DE102019104385A1

DE102019104385A1 - Sensorsubstrat mit Elektronik sowie Verwendung dazu

Info

Publication number: DE102019104385A1
Application number: DE102019104385.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Hierold; Sean Durkin; Andreas Ullmann; Mathias Gruber
Original assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Current assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-08-27
Also published as: WO2020169364A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsubstrat, wie beispielsweise einen Berührungssensor mit integrierter Elektronik, beispielsweise mit einem Chip. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung des Sensorsubstrats. Durch den hier erstmals vorgestellten Sensor, der digitale Signale liefert können Sensoren viel einfacher, kompakter und billiger hergestellt werden, da keine Drähte und langen Verbindungen zur Erzeugung der digitalen Signale erforderlich sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsubstrat, wie beispielsweise einen Berührungssensor mit integrierter Elektronik, beispielsweise mit einem Chip. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung des Sensorsubstrats.
Neuere elektronische Bauelemente werden zunehmend minimalisiert, wobei insbesondere auf kostengünstige Herstellung geachtet wird.
Ein wesentlicher Bestandteil beim Aufbau von elektronischen Eingabegeräten wie Berührungssensoren, so genannten Touch Screens, anderen Sensoren und/oder Displays, ist die sie umgebende Elektronik, insbesondere die Anordnung und/oder Verbindung der Treiberelektronik mit dem eigentlichen Sensor und/oder Display. Zur Treiberelektronik gehören immer integrierte Schaltkreise, die auf Chips, also Wafern, beispielsweise aus Silizium, realisiert sind. Die Treiberelektronik wandelt beispielsweise die vielen einzelnen, analog vom Berührungssensor kommenden Signale in digitale Signale, die wesentlich weniger Leitungen, also beispielsweise nur noch 4 Leitungen zur Übermittlung brauchen.
Es sind Sensoren und Displays mit dazugehöriger Elektronik, beispielsweise aus der Veröffentlichung „Development of a Display Module Using Flip Chip on Flex“ von J. Simon, J Gwiasda et al. von der Technischen Universität Berlin, veröffentlicht in Proceedings of 1995 Japan International Electronic Manufacturing Technology Symposium, Omiya, Japan, 1995, pp. 48-51, bekannt. Dort wird die Treiberelektronik mittels einer Leiterplatte, einen oder mehrere Chips und verschiedene SMDs - surface mounted devices - auf einer oder beiden Seiten der Leiterplatte zeigend, über Leitungen - beispielsweise Lotverbindungen und/oder elektrisch leitfähige Kleber, insbesondere anisotropic conductive film- „ACF“- Kleber, mit dem Sensor oder Display verbunden. Die gängigen Leiterplatten sind flexible Kunststoffsubstrate die Platz für den Chip, notwendige SMDs ACF Bonding Pads, also Verbindungsstellen mit elektrischen Kontakten und gegebenenfalls auch den dazugehörigen Leitungen bieten und die über eine Kontaktierung wie beispielsweise eine ZIF -„Zero-Insertion-Force - Kontaktierung an ein entsprechendes Endgerät angeschlossen werden. Aufgrund der Fläche und der Art des Materials für die flexible Leiterplatte sind Kosten und Herstellungsaufwand dafür nicht unerheblich.
Bislang sind die - vorzugsweise transparenten - Berührungssensoren grundsätzlich auf leitfähigen Sensorsubstraten wie beispielsweise teuren elektrisch leitfähigen und transparenten Metalloxiden, also z.B. ITO - Indium Tin Oxide - auf entsprechenden Trägern gefertigt. Dieses Material ist nicht nur teuer, sondern auch schwierig in der Handhabung. Daher sind die aus diesem Material gefertigten Teile auch relativ kostspielig.
Die Leiterplatte mit der Treiberelektronik wird bislang in zumindest einem Prozessschritt mit dem elektrisch leitfähigen transparenten Sensorsubstrat, vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, mit einem elektrisch leitfähigen Kleber verbunden. Das ist die kostengünstigste Lösung.
Dabei ist nachteilig, dass die Klebeverbindung extra erzeugt werden und damit sowohl Materialkosten für die Leiterplatte als auch Klebeaufwand entstehen, neben dem Nachteil, dass das Ankleben oder Bonden auch einen zusätzlichen Herstellungsaufwand bedeutet, der vor allem aufwändig ist, weil die Handhabung der transparenten Metalloxid-Sensorsubstrate heikel ist.
Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vereinfachung der Anbindung von Treiberelektronik an Eingabemodule wie Sensoren, Berührungssensoren und/oder Displays, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung, wie er in der Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbart ist, gelöst.
Dementsprechend ist Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein elektrisch leitfähiges Sensorsubstrat zumindest ein elektrisch leitfähiges Sensormaterial im Verbund mit einem elektrisch nicht leitfähigen Träger umfassend, mit zumindest zwei Bereichen, einem ersten, transparenten Bereich, der als Sensor dient und bei Berührung und/oder Annäherung mit analogen Wertänderungen reagiert, die als analoge elektrische Signale detektiert werden können und einem zweiten, weiterführenden Bereich, der digitale Signale liefert, wobei das Sensorsubstrat Leitungen aufweist, die vom ersten Bereich zu zumindest einem Bauelement, das an und/oder auf dem zweiten Bereich angeordnet ist, führen, und wobei das Bauelement analoge Wertänderungen des Sensors in digitale Signale wandelt.
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines derartigen Sensorsubstrats als Berührungssensor, in einem Berührungsbildschirm, einem Display und/oder in sonstigem elektronischen Gerät mit transparentem Eingabemodul.
Der zweite Bereich liegt zumindest zum Teil auf dem Sensorsubstrat, kann aber durch eine Leiterplatte oder einen Teil einer Leiterplatte ergänzt sein. Der zweite Bereich wird als „weiterführender Bereich“ bezeichnet, weil er die Wertänderungen, die im transparenten ersten Bereich des Sensorsubstrats erzeugt werden, zu einer Auswerteelektronik in Form digitaler Signale weiterführt. Der zweite Bereich ist z.B. ein Tail mit einer elektrischen Anschlussmöglichkeit, wie einem ZIF, Non-ZIF, Krimpkontakt, Lötkontakt und/oder PADs für Kontaktfedern.
Ein Bauelement, das analoge Wertänderungen des Sensorbereichs in digitale Signale wandelt und bei Berührungssensoren verwendbar ist, ist z.B. ein Microcontroller oder ein Touchcontroller.
Unter „Bauelement“ wird vorliegend ein oder mehrere elektronische Einzelelemente wie beispielsweise Chip, Kondensator, Widerstand, Transistor, Diode, Induktivität, Kapazität, Spule, Relais verstanden jeweils einzeln oder in Gruppen gegebenenfalls auch in Form eines Moduls auf einer Leiterplatte oder einem Leiterplattenstück vorliegend.
Unter „Modul“ versteht man ein oder mehrere elektronische Einzelelemente, die zusammengefasst und auf, unter und/oder an einer Leiterplatte oder einem Leiterplattenstück montiert sind.
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass es durch Einsatz eines geeigneten Sensorsubstrats und geeigneter Anordnung der Leiterbahnen und Leitungen möglich ist, auf einem einzigen Träger folgendes zu realisieren:

- einen Sensor, einen transparenten leitfähigen Bereich umfassend,
- zumindest ein Bauelement, das die analogen Wertänderungen des Sensors als digitale Signale ausgibt, und schließlich
- die Leiterbahnen und/oder Leitungen dazwischen, die zur Kontaktierung, wie beispielsweise zum ZIF-Kontakt,

Als „Sensorsubstrat“ wird vorliegend ein elektrisch leitfähiges und vorzugsweise zumindest in Teilbereichen transparentes Sensorsubstrat bezeichnet. Beispielsweise handelt es sich um eine transparente, elektrisch leitfähige Metalloxid-Lage, wie eine ITO-Lage, oder das bekannte PolyTC®, das ein Metalldrahtgelege ist, wobei die nicht transparenten Metalldrähte so schmal sind, dass das Gelege daraus so konzipiert werden kann, dass es für das menschliche Auge transparent erscheint. Diese elektrisch leitfähige Lage ist zur Bildung des Sensorsubstrates auf einem Träger, wie einer transparenten, nicht elektrisch leitfähigen Kunststofffolie und/oder mit einem Träger verbunden. Ein Sensorsubstrat kann aber genauso gut auch eine leitfähige transparente Schicht aus beispielsweise leitfähigen Nanowires, teilweise oder ganz eingebettet in eine transparente Kunststoffmatrix, sein. Das Sensorsubstrat ist dem Fachmann grundsätzlich aus der Technik zur Herstellung von Berührungssensoren bekannt.
Als „Leiterbahnen“ werden vorliegend die Leiterbahnen des PolyTC® s bezeichnet, die wegen ihrer geringen Dicke trotz ihres nicht transparenten Materials, insbesondere Metalldraht, auf einer Kunststofffolie so ausgelegt werden können, dass sie eine flächige elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger Transparenz gewährleisten. Leiterbahnen unterscheiden sich von den Leitungen dadurch, dass sie, auch wenn sie aus nicht transparentem Material sind, transparent erscheinen können.
Als „Leitungen“ werden dagegen vorliegend elektrische Leitungen verstanden, die beispielsweise ein elektrisches Bauelement mit einem elektrischen Kontakt, wie einem bonding pad, verbinden. Eine Leitung im vorliegenden Sinn kann durch ein Muster aus einer Vielzahl von Leiterbahnen gebildet sein. Die Leitungen sind dabei transparent oder nicht transparent und liegen beispielsweise in Form von siebgedruckten leitfähigen Pasten vor. Als „Leitungen“ werden beispielsweise herkömmliche Leitungen, wie sie bei Leiterplatten, Platinen und in der Elektronik allgemein eingesetzt werden, verwendet. Eine Leitung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann auch ein oder mehrere Kontakte umfassen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt das Bauelement, beispielsweise ein Chip und/oder ein Modul, nicht vollständig auf einem einzigen Sensorsubstrat mit dem ersten Bereich, sondern ist über Bonding Pads, ZIFs und/oder sonstige Kontakte mit dem Sensorsubstrat verbunden, wobei das Bauelement vorzugsweise mechanisch stabilisiert ist, also beispielsweise als Modul und/oder auf einem Versteifungsplättchen mit dem Tail des Sensorsubstrats verbunden vorliegt.
Grundsätzlich umfasst das Sensorsubstrat zumindest einen für das menschliche Auge transparenten ersten Bereich. Dabei liegt der Träger des Sensorsubstrats beispielsweise in Form einer transparenten Plastikfolie, beispielsweise einer transparenten PET-Folie vor, die mit Leiterbahnen so belegt ist, dass Transparenz für das menschliche Auge gewährleistet ist. Die Leiterbahnen können transparent und/oder nicht transparent sein, wobei im Falle von zumindest vorwiegend nicht-transparenten Leiterbahnen durch geschickte Auswahl der Dicke und Breite der Leiterbahnen sowie deren Anordnung gleichwohl ein mit diesen Leiterbahnen zur Bereitstellung elektrischer Leitfähigkeit belegter Bereich ein für das menschliche Auge transparenter Bereich sein kann.
Als „Sensor“ nach der vorliegenden Erfindung werden alle transparenten Teile elektronischer Geräte mit transparentem Eingabemodul bezeichnet, also alle Geräte die transparente Bereiche umfassen. Beispielsweise sind das Touch Screens und/oder Displays und andere Eingabemodule, die in einzelne Felder aufgeteilt sind, die durch Berührung und/oder Annäherung kapazitiv oder resistiv aktivierbar sind und die Berührung, Druck, Temperatur, Magnetismus, Licht einzeln oder gemeinsam in elektrische Signale wandeln können. Andere Sensoren, optische Sensoren, die Strahlung emittieren oder absorbieren, induktive Sensoren mit transparenten Bereichen, Temperatursensoren, Drucksensoren, und ähnliche Sensoren sind auch vom Umfang der Erfindung als „Sensor“ mit umfasst.
Berührungssensoren sind beispielsweise aus den Patenten der Anmelderin mit den amtlichen Aktenzeichen DE 10 2011 115 851 B4 , DE 102011 111 506 B4 und EP 3092551 B1 bekannt.
Ein Sensormaterial für das Sensorsubstrat zur Erzeugung flächiger elektrischer Leitfähigkeit ist beispielsweise das handelsübliche ITO und/oder das dem Fachmann als PolyTC® unter anderem aus der US 2012/0193130 A1 der Anmelderin bekannte Metalldrahtgelege, insbesondere Silberdrahtgelege.
Eine Sensorsubstrat umfasst beispielsweise Sensormaterial in Form von nicht transparenten leitfähigen Leiterbahnen mit einer Dicke im Bereich von 2 nm bis 5 µm, die parallel zur Oberfläche eines transparenten Trägers ein Muster bildend so angeordnet sind, dass in dem Muster ein Leiterbahnabstand realisiert ist, der bei flächiger Leitfähigkeit des Sensorsubstrats gleichzeitig Transparenz für das menschliche Auge gewährleistet. Das Sensormaterial liegt im Verbund mit einem Träger, beispielsweise einem transparenten Kunststoff, vor.
Beispielsweise hat ein derartiges Sensorsubstrat einzeln elektrisch anschließbare elektrisch leitfähige Segmente, die aus Leiterbahnen gebildet sind.
Wiederum beispielsweise haben einzelne Segmente eine Breite, die im Bereich von 500 µm bis 15 mm liegt. Diese Segmente bilden beispielsweise Leitungen.
Dabei können Leiterbahnen, die transparent oder nicht transparent sind, vorliegen, die eine Breite im Bereich von 1 µm bis 40 µm, oder - im Fall von transparenten Leiterbahnen - natürlich auch größere Dimensionen, haben.
Die Verbindung zwischen den Leiterbahnen auf dem Sensorsubstrat und den Leitungen des Chips und/oder der SMDs erfolgt beispielsweise über elektrische Kontakte wie Bonding Pads mit elektrisch leitfähigem Kleber, wie dem eingangs genannten ACF- und/oder einen ICA - „Isotropic conductive adhesive“ - und/oder Lotverbindungen und/oder über Durchkontakte. Zur mechanischen Stabilisierung des Chips und/oder der SMDs können dabei sowohl Versteifungsplättchen und/oder kleinere Leiterplatten-Teile vorgesehen sein.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Bereich, mit Leiterbahnen und/oder Leitungen belegt ist, die zum Chip und/oder zu SMDs, gegebenenfalls als Modul zumindest teilweise auch auf einer Leiterplatte montiert, führen und mit dem Sensorsubstrat durch leitfähigen Kleber, leitfähige Pads, Lotverbindungen und/oder Durchkontakte verbunden sind.
Nach einer Ausführungsform ist der zweite Bereich auf dem Sensorsubstrat als „Tail“ ausgebildet, den herkömmlich eine separat hergestellte Leiterplatte, die an den Berührungssensor angebracht, - beispielsweise angeklebt - wird, bildet. Dieser Tail wird nach der Erfindung durch das Sensorsubstrat, insbesondere dessen Träger, gebildet, so dass die Leiterplatte ganz oder teilweise entfällt und die notwendigen Bauelemente und Leitungen auf oder an dem gleichen Träger, der Teil des Sensorsubstrats mit dem transparenten Bereich ist, anstatt auf einer separat hergestellten Leiterplatte, angeschlossen und montiert werden. Diese Bauelemente können als SMDs - surface mounted devices - Bauelemente auf der Oberfläche des Tails, der den zweiten Bereich des Sensorsubstrats bildet, montiert sein, oder aber alternativ oder ergänzend dazu auch über Durchkontakte, wobei beide Seiten des Trägers des Sensorsubstrats zur Anordnung der Bauelemente nutzbar sind.
Vorteilhafterweise umfasst der zweite Bereich Bonding Pads, die zur Kontaktierung der Leiterbahnen des Sensorsubstrats mit denen des Bauelements oder gegebenenfalls der Leiterplatte, auf der das Bauelement montiert ist, dienen.
Vorzugsweise hat der Tail auch einen ZIF - Kontakt, das ist ein externer Kontakt, an dem Leitungen der Treiberelektronik zusammenfließen und über den der Berührungssensor samt dazugehöriger Treiberelektronik an externe Module und/oder an Leiterplatten anschließbar ist.
Die Kontaktierung kann vertikal erfolgen, in dem beispielsweise ein Chip auf dem Tail montiert wird. Die Kontaktierung kann auch horizontal, also seitlich erfolgen, in dem die Leiterbahnen des Sensorsubstrats, Leitungen bildend, und/oder Leitungen über einen Anschluss wie ein Bonding Pads an die Leitungen des Chips angeschlossen werden. Dieser Anschluss kann auch endständig erfolgen.
Dabei kann je nach Ausführungsform, der Anschluss der Leitungen des Sensorsubstrats und beispielsweise des Chips durch eine zusätzliche Versteifung mechanisch stabilisiert werden.
Dafür wird beispielsweise ein Versteifungsplättchen auf die Unterseite des Trägers des Sensorsubstrats, dort, wo die Verbindung zu den Bauelementen der Treiberelektronik erfolgt, angebracht. Dies kann beispielsweise ein Kunststoffplättchen, wie ein PET-Plättchen, mit einer Dicke im Bereich unter 500µm, insbesondere zwischen 100 und 400 µm, bevorzugt im Bereich zwischen 150 und 300 µm, beispielsweise von ca. 200µm, liegen. Dieses Versteifungsplättchen wird beispielsweise einfach aufgeklebt.
Trotz eines oder mehrerer Versteifungsplättchen ist das Sensorsubstrat bevorzugt flexibel, also biegsam, ausgebildet.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert:

1 zeigt einen Berührungssensor mit Treiberelektronik, bei dem die Bauelemente der Treiberelektronik vertikal mit dem Sensorsubstrat verbunden sind.
2 zeigt einen Berührungssensor mit Treiberelektronik, bei dem die Bauelemente der Treiberelektronik horizontal mit dem Sensorsubstrat verbunden sind.
3 zeigt von dem Berührungssensor mit Treiberelektronik auf einem Sensorsubstrat verschiedene Möglichkeiten mit Verkapselung der Treiberelektronik und/oder Schutzfolie auf dem Sensorsubstrat.

1 ist unterteilt in 1a und 1b. 1a zeigt die noch nicht montierte Version mit dem Chip 6 neben dem Tail 2 und 1b zeigt das montierte Produkt mit Chip 6 auf dem Tail 2.
Im Detail zeigt 1 als großes weißes Rechteck den ersten Bereich, hier den transparenten Sensor 1, mit Touch-Tasten (nicht gezeigt), der beispielsweise nicht transparente Leiterbahnen auf einem transparenten Träger in einem Muster umfasst. Der Aufbau des Sensors entspricht beispielsweise den aus den DE 10 2011 115 851 B4 , DE 102011 111 506 B4 und EP 3092551 B1 bekannten Ausführungen, kann aber auch über andere flexible transparente Träger im Verbund mit leitfähigen Sensormaterialien - wie beispielsweise Kunststofffolien mit Nanodrähten - realisiert sein. Jedenfalls umfasst der Sensor 1 eine Anzahl von Berührungsfeldern, die im Betrieb elektrische Signale analog erzeugen, die über Leitungen an eine oder mehrere Kontaktierungsstellen geführt werden. Dort laufen die analogen Signale zusammen und werden zur Treiberelektronik weitergeführt. Die Bauelemente der Treiberelektronik umfassen beispielsweise einen Chip 6 mit einem integrierten Schaltkreis und weitere SMDs, in dem die analogen Signale zu digitalen Signalen gewandelt werden.
Die elektrische Verbindung zwischen der Treiberelektronik und dem Berührungssensor werden gemäß dem in 1 gezeigten Beispiel durch Kontakte auf dem gleichen Sensorsubstrat, so genannte Bonding Pads - Kontakte 3 und 4, realisiert. Nach dem Stand der Technik sind für diese elektrische Verbindung externe Leitungen oder Drähte nötig, die vom Berührungssensor auf eine - hier eben überflüssige - Leiterplatte, auf der die Bauelemente der Treiberelektronik angeordnet sind. Dies entfällt nach der Erfindung.
Die Bonding - Pads - Kontakte 3,4 der Treiberelektronik befinden sich hier auf dem gleichen Träger und sind aus dem gleichen Sensormaterial wie die Eingabefelder des Sensors 1 und sind auch genau wie diese - bevorzugt im gleichen Produktionsschritt- herstellbar. Dies erfolgt insbesondere bevorzugt durch Bedrucken einer transparenten Folie mit nicht transparenten Leiterbahnen. Nach einer bevorzugten Variante bilden dabei die Muster der Leiterbahnen elektrisch einzeln ansteuerbare Segmente.
Das Sensorsubstrat ist bevorzugt ein transparenter flexibler Träger mit Metalldrahtgelege in Form von nicht transparenten dünnen Leiterbahnen darauf, die in so feiner Auflösung aufgebracht, beispielsweise mittels Metallpaste aufgedruckt, sind, dass sie für das menschliche Auge transparent erscheinen. Mit dieser Technik werden beispielsweise auch die Leitungen und Anschlüsse für die Treiberelektronik aufgebaut. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dazu das Produkt PolyTC® der Anmelderin, das auch unter der Bezeichnung „metal mesh“ in Fachkreisen bekannt ist, verwendet.
Dieses Material zeichnet hohe metallische Leitfähigkeit bei hoher Sensor-Abtastfrequenz und Signalqualität aus. Zudem hat es eine hohe optische Transparenz und Farbechtheit. Es kann beispielsweise kostengünstig im Rollezu-Rolle Produktionsprozess hergestellt werden.
In 1 ist der zweite Bereich, der so genannte „Tail“ 2 ebenfalls zu erkennen. Der erste und der zweite Bereich werden vorzugsweise im gleichen Prozess fertig gestellt. In einem kontinuierlichen Verfahren können Endlosbänder des Sensorsubstrats produziert werden.
Auf dem Tail 2 befinden sich Bonding Pads 3 und 4 für IN und OUT der Treiberelektronik, beispielsweise eines Chips 6. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bonding Pads 3 und 4 in zwei Gruppen angeordnet.
In 1 zeigt dabei die linke Darstellung 1a den noch nicht verbundenen Chip 6 abseits vom Tail 2, damit die im fertigen Produkt, wie in 1b gezeigt, in dieser Draufsicht verdeckten Bonding Pads 3 und 4 erkennbar sind. Am unteren Ende des Tails 2 befindet sich die Kontaktierung 5, der beispielsweise ein ZIF-Kontakt ist. Der Kontakt 5 überträgt digitale Signale. Die Bonding Pads 3 und 4 sind hier in zwei Gruppen angeordnet.
Der Pfeil 7 symbolisiert, wie der Chip 6 auf den Tail 2 montiert wird. In 1b ist klar erkennbar, dass der gesamte Chip 6 auf dem Tail 2 gemäß der Vorgabe des Pfeils 7, montiert ist.
2 zeigt einen Berührungssensor mit Treiberelektronik wie 1. Genau wie 1 ist auch 2 unterteilt in 2a - noch nicht montiert - und 2b - montiert -.
Der Unterschied zu 1 liegt bei 2 in der Anordnung der Bonding Pads 3 und 4, die IN und OUT für die Bauelemente der Treiberelektronik, beispielsweise dem Chip 6, darstellen. Diese Bonding Pads 3 und 4 sind beispielsweise als ACF-Pads realisiert, das sind Stellen aus leitfähigem Kleber, über die Kontakte herstellbar sind.
Wie in 2a erkennbar, sind die Bonding Pads 3 und 4 hier nicht versetzt, sondern in einer Gruppe, beispielsweise in einer Reihe angeordnet, so dass ein entsprechender Chip 6 - horizontal - also seitlich an den zweiten Bereich, am Tail 2, anschließt und nicht - vertikal - auf den Tail 2 montiert ist. Dies ist eine Variante der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist.
Der Pfeil 7 zeigt auch hier wieder, wie der Chip 6, mechanisch gegebenenfalls durch eine Mini-Leiterplatte stabilisiert, an den Tail 2 montiert wird, hier eben seitlich, auch wieder die Bonding Pads 3 und 4 verdeckend, weil das die Anschlüsse sind, wie in 2b erkennbar. Der Chip 6 ragt hier aus dem Umriss des Sensorsubstrats, das den Berührungssensor 1 und den Tails 2 bildet, heraus.
Dies entspricht der Ausführungsform, bei der der zweite Bereich, ein Bauelement, beispielsweise einen Chip umfassend, nicht oder nicht vollständig auf einem einzigen Sensorsubstrat mit dem ersten Bereich liegt, sondern diesen überragt und über eine miniaturisierte Leiterplatte, Bonding Pads, ZIFs und/oder sonstige Kontakte mit dem Sensorsubstrat und damit mit dem ersten Bereich, verbunden ist.
Aber auch hier sind, wie in 1, weder eine Leiterplatte für den Chip 6 noch Kabel, Drähte oder sonstige Verbindungen vom Sensorsubstrat des Sensors zum Chip 6 erforderlich. Der Chip 6 steht hier immer stellvertretend auch für andere SMDs, also Bauelemente der Treiberelektronik.
3 zeigt von dem Berührungssensor mit Treiberelektronik auf einem Sensorsubstrat verschiedene Möglichkeiten mit Verkapselung und/oder Versteifung.
3 ist unterteilt in die 3a, 3b, 3c, und 3d. Hinzu kommen noch die entsprechenden Querschnitts-Darstellungen 3e, 3f und 3g.
Die hier gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist besonders stabil und/oder mechanisch oder von den Betriebsbedingungen wie Temperatur, Strahlung, Umwelteinflüsse etc. her, besonders belastbar. Dazu wird ein Sensorsubstrat einen ersten Bereich, den Berührungssensor 1 und einen zweiten Bereich, den Tail 2 umfassend, mit einer Folie 12 - beispielsweise einer Schutzfolie - überzogen, damit die Leiterbahnen und der Berührungssensor vor Umwelteinflüssen als auch vor mechanischer Beschädigung geschützt sind.
Die Folie 12 kann ganz oder teilweise auf dem ersten und/oder zweiten Bereich des Sensorsubstrats aufgebracht sein. In 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Folie 12 ganz, also flächendeckend über dem Sensorsubstrat, aufgebracht ist. Lediglich ein äußerer Teil des zweiten Bereichs, also vom Tail 2, ist noch unbeschichtet mit der Folie 12, so dass das Sensorsubstrat 11 - unschraffiert - zu erkennen ist. Dies entspricht der Darstellung des Sensorsubstrates in 1 und 2.
Das Sensorsubstrat ist hier eine transparente leitfähige Funktionsschicht, beispielsweise aus Metal-Mesh realisiert, einen transparenten Träger 10 mit nicht transparenten Leiterbahnen 15 umfassend. Die Leiterbahnen 15 liegen hier beispielsweise segmentiert vor und bilden die einzelnen Touch-Tasten oder die Leitungen zu den Bonding Pads Kontakten 16.
Es befindet sich auf dem Sensorsubstrat 11 des Berührungssensors 1 mit Tail 2 der 3 eine Folie 12, die beispielsweise eine dünne Kunststofffolie, wie eine PET - Polyethylenterephtalat - Folie, sein kann. Die Folie 12 ist bevorzugt eine Schutzfolie und oberflächlich zumindest auf Teilbereichen des Sensorsubstrats vorgesehen.
Als „dünn“ wird die Folie 12 bezeichnet, weil sie vorzugsweise eine Folie mit einer Schichtdicke kleiner 30µm, insbesondere mit kleiner 20µm und ganz besonders mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen 10 und 18 µm, also beispielsweise mit 12 µm oder 16µm Schichtdicke, ist.
Die Folie 12 ist beispielsweise auf das Sensorsubstrat 11 aufgeklebt, angelasert, auflaminiert und/oder aufgedruckt.
Dabei kann insbesondere das Anlasern der Folie 12 auch zur Bildung eines Laser- Durchkontakts 17 durch die Folie 12 zur Kontaktierung des Chips 6 genutzt werden, beispielsweise über Bonding Pads Kontakte 16, wie elektrisch leitfähige Kleber und/oder Lotverbindungen, zum Sensorsubstrat 11. Auf die Folie 12 wird dann die Treiberelektronik, beispielsweise ein SMD - Bauelement 14 und7oder ein Chip 6, aufgebracht. Das SMD-Bauelement 14 kann seinerseits „gehoused“ also verkapselt, oder als „bare die“ ohne Verkapselung, vorliegen.
Beim Verkapseln eines SMD-Bauelements 14 und/oder eines Chips 6 kann auch wieder ein Kunststoff, wie beispielsweise ein Lack, insbesondere ein UVhärtender Lack, zum Einsatz kommen. Dabei wird beispielsweise ein Tropfen eines UV-Lacks 18 aufgebracht, der beispielsweise einen Chip verkapselt. Diese Verkapselung ist in den Querschnittsbildern 3e, 3f und 3g zu erkennen.
Optional kann - wie in den Querschnittsbildern 3e, 3f und 3g ebenfalls zu erkennen ist, noch ein Versteifungsplättchen 19 vorgesehen sein. Dieses Versteifungsplättchen dient dazu, an der Stelle des Sensorsubstrats 11 an der die SMD-Bauelemente und/oder der Chip 13 angeordnet ist, die mechanische Stabilität zu erhöhen. Das Plättchen 19 ist bevorzugt an der, dem SMD-Bauelement 14 oder dem Chip 6 entgegengesetzten, Seite des Sensorsubstrats 11 vorgesehen. Auch das ist wieder in den Querschnittsbildern 3e, 3f, und 3g zu erkennen.
In den Querschnittsbildern 3e bis 3g ist der transparente Träger 10 und die darauf liegenden nicht transparenten, elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 15 zu erkennen, welche zusammen das Sensorsubstrat 11 bilden. Auf den Leiterbahnen 15 liegt die Folie 12 zum Schutz vor Umwelteinflüssen. An die Leiterbahnen 15 ist jeweils über einen Bonding - Pads - Kontakt 16, wie einem elektrisch leitfähigen Kleber ACF, ICA und/oder einer Lotverbindung, ein Chip 6 angebondet, kontaktiert und/oder angeklebt. Dabei wird entweder ein Durchkontakt 17, also ein „Loch“ durch die Folie 12 - wie in 3e gezeigt - oder durch den Träger 10 des Sensorsubstrats 11 - wie in 3f gezeigt - zum Durchkontakt genutzt. Das Versteifungsplättchen 19 befindet sich jeweils auf der dem Chip 6 gegenüberliegenden Seite des Sensorsubstrats 11 aus Träger 10 und Leiterbahnen 15.
Die 3a und 3b zeigen die Ausführungsformen, die in den Querschnittsbildern 3e und 3f realisiert sind. 3a zeigt den fast vollflächig mit Folie 12 versiegelten Sensor 1 bei dem die oder das SMD-Bauelement(e) 14 auf einer vom Tail 2 entfernten Seite des Berührungssensors 1 angeordnet ist. Das SMD Bauelement 14 und/oder der Chip 6 sind dabei, wie im Querschnittsbild 3e oder 3f gezeigt, auf einem mit der Folie 12 verkapselten Bereich angeordnet. Zum Kontaktieren des Chips 6 oder SMD Bauelements 14 wird dabei ein Durchkontakt 17 - beispielsweise durch Lasern - in der Folie 12 - siehe 3e - oder im Träger des Sensorsubstrates - siehe 3f - erzeugt.
Die 3c und 3d zeigen die alternative Anbringung der SMD-Bauelemente 14 und/oder des Chips 6, bei der keine Folie 12 um den Chip 6 und/oder das/die SMD-Bauelement(e) 14 vorgesehen ist. Dabei erübrigt sich natürlich die Erzeugung einer Durchkontaktierung 17 durch die Folie 12 zum Bonding - Pads - Kontakt 16 des Chips 6 und/oder der SMD-Bauelemente 14 mit den Leiterbahnen 15. Dieser Unterschied zu den Querschnittsbildern 3e und 3f ist im Querschnittsbild 3g erkennbar. Ansonsten entsprechen die Ausführungsformen aus den 3c und 3d, respektive des Querschnittbildes 3g den Ausführungsformen 3a und 3b.
Durch den hier erstmals vorgestellten Sensor, der digitale Signale liefert können Sensoren viel einfacher, kompakter und billiger hergestellt werden, da keine Drähte und langen Verbindungen zur Erzeugung der digitalen Signale erforderlich sind.
Bezugszeichenliste

1: erster Bereich, Sensor, transparent
2: zweiter Bereich, Tail
3: Bonding Pads
4: Bonding Pads
5: Kontaktierung ZIF digitaler Signale
5': Kontaktierung ZIF analoger Signale
6: Chip
7: Montagepfeil
10: transparenter Träger
11: Sensorsubstrat
12: Folie
14: SMDs
15: Leiterbahn
16: Bonding Pads Kontakt
17: Laser-Durchkontakt
18: Verkapselung eines SMDs 14 oder eines Chips 6
19: Versteifungsplättchen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011115851 B4 [0023, 0040]
DE 102011111506 B4 [0023, 0040]
EP 3092551 B1 [0023, 0040]
US 2012/0193130 A1 [0024]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. Simon, J Gwiasda et al. von der Technischen Universität Berlin, veröffentlicht in Proceedings of 1995 Japan International Electronic Manufacturing Technology Symposium, Omiya, Japan, 1995, pp. 48-51, bekannt [0004]

Claims

Elektrisch leitfähiges Sensorsubstrat (1) zumindest ein elektrisch leitfähiges Sensormaterial im Verbund mit einem elektrisch nicht leitfähigen Träger umfassend, mit zumindest zwei Bereichen, einem ersten, transparenten Bereich, der als Sensor dient und bei Berührung und/oder Annäherung mit analogen Wertänderungen reagiert, die als analoge elektrische Signale detektiert werden können und einem zweiten, weiterführenden Bereich, der digitale Signale liefert, wobei das Sensorsubstrat Leitungen aufweist, die vom ersten Bereich zu zumindest einem Bauelement, das an und/oder auf dem zweiten Bereich angeordnet ist, führen, und wobei das Bauelement analoge Wertänderungen des Sensors in digitale Signale wandelt.
Sensorsubstrat nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Bauelement (6,14) horizontal an dem Sensorsubstrat (11) angeordnet ist.
Sensorsubstrat nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Bauelement (6,14) vertikal auf dem Sensorsubstrat (11) angeordnet ist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (6,14) über Kontakte (5') mit dem Sensorsubstrat (11) verbunden ist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das Bonding Pads (3,4,16) umfasst.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (6, 14) über Bonding Pads (3,4,16) mit dem Sensorsubstrat (11) verbunden ist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bonding Pads (3,4,16) auf dem Sensorsubstrat (11) „IN“ und „OUT“ des Bauelements (6,14) bilden.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Bonding Pads (3,4, 16) in zwei Gruppen angeordnet sind.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei die Bonding Pads (3,4,16) in einer Gruppe angeordnet sind.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bauelement einen Chip (6) umfasst.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Sensorsubstrat (11) einen transparenten Träger (10) und darauf angeordnete Leiterbahnen (15) umfasst.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bonding Pads (3,4,16) ein Material, ausgewählt aus der Gruppe folgender Verbindungen: „anisotropic conductive films ACF“ - Kleber, „isotropic conductive adhesive, ICA -Kleber und/oder Lotverbindungen, sowie beliebige Kombinationen der vorgenannten Verbindungen umfasst.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Bereich als so genannter Tail ausgeführt ist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ein Versteifungsplättchen (19) umfasst.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das oberflächlich eine Schutzfolie (12) zumindest teilweise umfasst.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Bauelement verkapselt vorliegt.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Schutzfolie (12) auf das Sensorsubstrat aufgeklebt, angelasert und/oder auflaminiert ist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das einen Durchkontakt aufweist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das im kontinuierlichen Verfahren herstellbar ist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das durch Bedrucken herstellbar ist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das flexibel ist.
Sensorsubstrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das Teil eines Touchsensors, eines Displays, eines elektronischen Bauelements ist.
Verwendung eines Sensorsubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 22 in einem Berührungsbildschirm, einem Display und/oder in sonstigem elektronischen Gerät mit transparentem Eingabemodul.