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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit einer Bedienoberfläche und einer unterhalb der Bedienoberfläche angeordneten Leiterplatte.
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Mit einer Bedienoberfläche wird eine flächige Benutzerschnittstelle bezeichnet, über die ein Benutzer eine Anwendungssoftware bedienen kann. Beispielsweise weist ein Berührbildschirm (engl. Touchscreen) eine Bedienoberfläche auf, die durch Berührungen bedient werden kann. Die Bedienoberfläche des Berührbildschirms wird dabei beispielsweise mit einem oder mehreren Fingern und/oder mit einem Eingabestift berührt, beispielsweise um Anwendungen zu starten oder zu steuern oder auf dem Berührbildschirm angezeigte grafische Inhalte zu beeinflussen oder zu ändern.
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Andere Bedienoberflächen weisen berührungsempfindliche Bereiche auf, mit denen Berührtasten realisiert werden, das heißt durch Berühren der Bedienoberfläche bedienbare Tasten.
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Die Erfindung betrifft eine Bedienoberfläche, die einen berührungsempfindlichen Anzeigebereich, insbesondere einen Anzeigebereich eines Berührbildschirms, und neben dem Anzeigebereich angeordnete Berührtasten aufweist. Selbstverständlich können Berührtasten durch eine entsprechende Vergrößerung des berührungsempfindlichen Anzeigebereichs realisiert werden. Jedoch vergrößert dies die Fläche des Anzeigebereichs und damit auch entsprechend die Kosten für den Anzeigebereich.
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Alternativ kann neben dem Anzeigebereich ein zusätzlicher Sensorbereich angeordnet werden, mit dem die Berührtasten realisiert werden. Allerdings ist auch ein derartiger zusätzlicher Sensorbereich relativ teuer. Außerdem muss dieser Sensorbereich an eine Steuerung des Anzeigebereichs angeschlossen werden. Der Anschluss des Sensorbereichs an die Steuerung des Anzeigebereichs verursacht weitere Kosten, beispielsweise durch den Anschluss realisierende Steckverbinder oder Kontaktfedern auf einer Leiterplatte sowie einen Fügeprozess für die Bestückung mit den Steckverbindern oder Kontaktfedern in der Produktion. Außerdem können Steckverbindungen ausfallen oder fehlerhaft sein, und Kontaktfedern können in der Produktion leicht beschädigt werden und sind daher anfällig für Produktionsfehler.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bedienoberfläche mit einem berührungsempfindlichen Anzeigebereich und neben dem Anzeigebereich angeordneten Berührtasten kostengünstig zu realisieren.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Baugruppe mit einer Bedienoberfläche und einer unterhalb der Bedienoberfläche angeordneten Leiterplatte gelöst, wobei:
- - die Bedienoberfläche einen berührungsempfindlichen Anzeigebereich und einen an den Anzeigebereich angrenzenden Tastenbereich aufweist und
- - die Leiterplatte einen ersten Leiterplattenabschnitt, der unterhalb des Anzeigebereichs in einer ersten Ebene angeordnet ist, und einen zweiten Leiterplattenabschnitt, der unterhalb des Tastenbereichs in einer zweiten Ebene angeordnet ist, aufweist, wobei
- - die Ebenen parallel zueinander verlaufen und voneinander verschiedene Abstände zur Bedienoberfläche aufweisen und
- - der zweite Leiterplattenabschnitt mindestens eine berührungsempfindliche Sensorfläche aufweist, die zum Erfassen einer Berührung der Bedienoberfläche eingerichtet ist.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe realisiert neben einem berührungsempfindlichen Anzeigebereich angeordnete Berührtasten durch berührungsempfindliche Sensorflächen, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte ist unter einer Bedienoberfläche angeordnet, die den berührungsempfindlichen Anzeigebereich und einen an den Anzeigebereich angrenzenden Tastenbereich aufweist. Die Leiterplatte weist zwei Leiterplattenabschnitte auf, wobei ein erster Leiterplattenabschnitt beispielsweise unterhalb des Anzeigebereichs verläuft. Ein zweiter Leiterplattenabschnitt verläuft in geringem Abstand unterhalb des Tastenbereichs und weist die Sensorflächen auf.
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Damit ist kein Anschließen eines derartigen Sensorbereichs an eine Steuerung des Anzeigebereichs erforderlich, beispielsweise durch zusätzliche Steckverbinder oder Kontaktfedern. Stattdessen werden die Berührtasten durch die auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordneten Sensorflächen realisiert, die an eine Steuerung des Anzeigebereichs beispielsweise durch in der Leiterplatte verlaufende Leiterbahnen angeschlossen werden können. Die Steuerung des Anzeigebereichs kann dabei auf dem ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet sein. Dies vereinfacht und verbilligt die Realisierung der Berührtasten deutlich beispielsweise gegenüber einer Realisierung durch eine separate Sensorflächen-Baugruppe der Bedienoberfläche, da eine die Steuerung des Anzeigebereichs aufweisende Leiterplatte auch für die Realisierung der Berührtasten durch auf ihr angeordnete Sensorflächen genutzt werden kann.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe verläuft die zweite Ebene, in der der zweite Leiterplattenabschnitt verläuft, näher an der Bedienoberfläche als die erste Ebene, in der der erste Leiterplattenabschnitt verläuft.
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Die vorgenannte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe berücksichtigt, dass der erste Leiterplattenabschnitt unterhalb des Anzeigebereichs und damit unterhalb einer den Anzeigebereich aufweisenden Anzeigeeinheit, beispielsweise eines Berührbildschirms, angeordnet ist. Da die Anzeigeeinheit eine gewisse Einbautiefe aufweist, ist der erste Leiterplattenabschnitt relativ weit von der Bedienoberfläche beabstandet. Eine Sensorfläche des zweiten Leiterplattenabschnitts muss jedoch möglichst nahe an der Bedienoberfläche angeordnet werden, damit durch die Sensorfläche zuverlässig ein Berühren der Bedienoberfläche erfasst werden kann. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Ebene des zweiten Leiterplattenabschnitts näher an der Bedienoberfläche als die Ebene des ersten Leiterplattenabschnitts verläuft.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe weist die Leiterplatte einen dritten Leiterplattenabschnitt auf, der mindestens einen flexiblen Bereich aufweist und den ersten Leiterplattenabschnitt mit dem zweiten Leiterplattenabschnitt verbindet. Da der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt in voneinander verschiedenen Ebenen verlaufen, müssen die beiden Leiterplattenabschnitte durch einen zwischen diesen Ebenen verlaufenden Leiterplattenabschnitt miteinander verbunden sein.
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Zu diesem Zweck eignet sich ein dritter Leiterplattenabschnitt, der mindestens einen flexiblen Bereich aufweist, denn dies ermöglicht, den dritten Leiterplattenabschnitt in dem flexiblen Bereich zu biegen. Ohne einen derartigen flexiblen Bereich müssten der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt zwischen den Ebenen beispielsweise per Kabel verbunden sein, was den Aufwand und die Kosten für die Herstellung und Bauteile der Leiterplatte deutlich erhöhen würde.
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Beispielsweise weist mindestens ein flexibler Bereich des dritten Leiterplattenabschnitts eine geringere Dicke als der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt auf.
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Die Dicke des dritten Leiterplattenabschnitts ist dabei in mindestens einem Bereich gegenüber dem ersten Leiterplattenabschnitt und dem zweiten Leiterplattenabschnitt soweit reduziert, dass der Bereich flexibel, das hießt biegbar wird. Die Dicke des dritten Leiterplattenabschnitts in dem jeweiligen Bereich kann beispielsweise durch eine Tiefenfräsung reduziert werden, wobei die obersten Schichten abgetragen werden, um die Restdicke der Leiterplatte so weit zu minimieren, dass die Leiterplatte in diesem Bereich flexibel wird. Vorzugsweise erfolgt die Tiefenfräsung jeweils auf der Seite des Leiterplatte, die sich auf der Innenseite des Biegebereiches befindet.
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Alternativ oder zusätzlich ist mindestens ein flexibler Bereich des dritten Leiterplattenabschnitts mäanderartig ausgeführt.
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Unter einer mäanderartigen Ausführung eines Bereichs des dritten Leiterplattenabschnitts wird eine Ausführung verstanden, bei der mindestens ein Bereich des dritten Leiterplattenabschnitts schmal und geschlungen ausgeführt ist. Durch eine derartige mäanderartige Ausführung eines Bereichs des dritten Leiterplattenabschnitts kann eine Flexibilität (Biegbarkeit) des Bereichs erreicht werden, ohne die Dicke des Bereichs gegenüber dem ersten Leiterplattenabschnitt und dem zweiten Leiterplattenabschnitt reduzieren zu müssen. Dies reduziert die Kosten der Leiterplatte, da hier Arbeitsschritte eingespart werden können.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe weist mindestens eine Sensorfläche eine Kupferstruktur auf.
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Eine Kupferstruktur eignet sich aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer, um eine Berührung der Bedienoberfläche zu erfassen, da die Kupferstruktur auf elektrische Felder reagieren kann, die mit der Berührung einhergehen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe ist mindestens eine Sensorfläche als ein projiziert-kapazitiver Sensor ausgebildet.
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Mit einem projiziert-kapazitiven Sensor wird ein Sensor mit einer kapazitiven Struktur bezeichnet, die Berührungen einer Abdeckung der kapazitiven Struktur durch eine lokale Änderung der Kapazität der kapazitiven Struktur erfasst. Derartige kapazitive Strukturen werden vielfach in Berührbildschirmen von Smartphones und Tablet-Computern eingesetzt. Sie haben insbesondere den Vorteil, dass sie praktisch verschließfrei sind, da die kapazitive Struktur von der Abdeckung geschützt ist. Als Abdeckung fungiert bei der erfindungsgemäßen Baugruppe deren Bedienoberfläche.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe weist die Leiterplatte wenigstens eine Leiterbahn auf, die zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt und dem zweiten Leiterplattenabschnitt verläuft.
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Durch eine zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt und dem zweiten Leiterplattenabschnitt verlaufende Leiterbahn kann insbesondere eine Sensorfläche des zweiten Leiterplattenabschnitts mit einem elektronischen Bauelement oder mehreren elektronischen Bauelementen des ersten Leiterplattenabschnitts verbunden werden, beispielsweise mit einem elektronischen Bauelement oder mehreren elektronischen Bauelementen einer Steuerung der Anzeigeeinheit.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe ist über dem Anzeigebereich und dem Tastenbereich eine durchgehende Abdeckung angeordnet.
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Durch eine derartige Abdeckung können der Anzeigebereich und der Tastenbereich vorteilhaft geschützt werden, beispielsweise vor Verschmutzung, Feuchtigkeit und mechanischer Belastung. Die Abdeckung ist vorzugsweise transparent ausgeführt, beispielsweise aus einem Glas oder einem transparenten Kunststoff.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe ist der Anzeigebereich zum Anzeigen grafischer Inhalte eingerichtet.
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Insbesondere kann der Anzeigebereich als Anzeigefläche eines Berührbildschirms ausgeführt sein.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe,
- 2 eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Baugruppe,
- 3 eine rückseitige Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe,
- 4 eine Schnittdarstellung der in 3 gezeigten Baugruppe.
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1 (1) und 2 (2) zeigen eine Baugruppe 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt 1 eine Draufsicht auf die Baugruppe 100 und 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Baugruppe 100. Die Baugruppe 100 weist eine Bedienoberfläche 102 und eine unterhalb der Bedienoberfläche 102 angeordnete Leiterplatte 202 auf.
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Die Bedienoberfläche 102 weist einen berührungsempfindlichen Anzeigebereich 104 und zwei an den Anzeigebereich 104 angrenzende Tastenbereiche 106 auf. Die Tastenbereiche 106 grenzen jeweils an sich gegenüberliegenden Seiten des Anzeigebereichs 104 an den Anzeigebereich 104. Über dem Anzeigebereich 104 und den Tastenbereichen 106 ist eine durchgehende Abdeckung 212 angeordnet.
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Der Anzeigebereich 104 ist die Anzeigefläche eines Berührbildschirms 201, der zum Anzeigen grafischer Inhalte eingerichtet ist.
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Die Tastenbereiche 106 sind beispielsweise jeweils aus einem Glas oder Kunststoff gefertigt und nicht berührungsempfindlich ausgebildet.
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Die Abdeckung 212 ist transparent ausgeführt und beispielsweise aus einem Glas oder Kunststoff gefertigt.
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Die Leiterplatte 202 umfasst einen ersten Leiterplattenabschnitt 204, der unterhalb des Anzeigebereichs 104 in einer ersten Ebene 214 angeordnet ist, und zwei zweite Leiterplattenabschnitte 206, die jeweils unterhalb eines Tastenbereichs 106 in einer zweiten Ebene 216 angeordnet sind. Dabei verläuft die zweite Ebene 216 parallel zur ersten Ebene 214 und näher an der Bedienoberfläche 102 als die erste Ebene 214.
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Auf dem ersten Leiterplattenabschnitt 204 sind elektronische Bauelemente angeordnet, insbesondere elektronische Bauelemente zur Steuerung des Berührbildschirms 201.
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Jeder zweite Leiterplattenabschnitt 206 kann mehrere berührungsempfindliche Sensorflächen 108 aufweisen, die jeweils zum Erfassen einer Berührung der Bedienoberfläche 102 über der jeweiligen Sensorfläche 108 eingerichtet sind. Die Sensorflächen 108 weisen beispielsweise jeweils eine Kupferstruktur auf und/oder sind jeweils als ein projiziert-kapazitiver Sensor ausgebildet. Durch jede Sensorfläche 108 wird eine Berührtaste realisiert, die durch Berühren der Bedienoberfläche 102 bedient werden kann.
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Der erste Leiterplattenabschnitt 204 ist mit den zweiten Leiterplattenabschnitten 206 jeweils durch einen dritten Leiterplattenabschnitt 207 verbunden. Jeder dritte Leiterplattenabschnitt 207 weist flexible Bereiche 210 auf, in denen der dritte Leiterplattenabschnitt 207 mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 204 oder demjenigen zweiten Leiterplattenabschnitt 206 verbunden ist, den der dritte Leiterplattenabschnitt 207 mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 204 verbindet.
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Die flexiblen Bereiche 210 der dritten Leiterplattenabschnitte 207 weisen jeweils eine geringere Dicke als der erste Leiterplattenabschnitt 204 und die zweiten Leiterplattenabschnitte 206 auf. Die Dicke der dritten Leiterplattenabschnitte 207 ist in den flexiblen Bereichen 210 gegenüber dem ersten Leiterplattenabschnitt 204 und den zweiten Leiterplattenabschnitten 206 soweit reduziert, dass diese Bereiche flexibel, das hießt biegbar werden. Dadurch wird ermöglicht, die Leiterplatte 202 in den flexiblen Bereichen 210 der dritten Leiterplattenabschnitte 207 jeweils zu biegen, ohne die Leiterplatte 202 zu zerbrechen. Bei der in den 1 und 2 gezeigten Baugruppe 100 ist die Leiterplatte 202 in den flexiblen Bereichen 210 jeweils um 90 Grad gebogen.
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Zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 204 und jedem zweiten Leiterplattenabschnitt 206 verläuft mindestens eine Leiterbahn durch den dritten Leiterplattenabschnitt 207. Jede dieser Leiterbahnen verbindet eine Sensorfläche 108 des zweiten Leiterplattenabschnitts 206 beispielsweise mit einem elektronischen Bauelement des ersten Leiterplattenabschnitts 204.
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3 (3) und 4 (4) zeigen jeweils ausschnittsweise eine Baugruppe 300 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt 3 eine rückseitige Ansicht der Baugruppe 300 und 4 zeigt eine Schnittdarstellung der Baugruppe 300. Die Baugruppe 300 weist eine Bedienoberfläche 402 und eine unterhalb der Bedienoberfläche 402 angeordnete Leiterplatte 302 auf.
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Die Bedienoberfläche 402 weist einen berührungsempfindlichen Anzeigebereich 404 und einen an den Anzeigebereich 404 angrenzenden Tastenbereich 406 auf. Über dem Anzeigebereich 404 und dem Tastenbereich 406 ist eine durchgehende Abdeckung 412 angeordnet.
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Der Anzeigebereich 404 ist die Anzeigefläche eines Berührbildschirms 301, der zum Anzeigen grafischer Inhalte eingerichtet ist.
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Der Tastenbereich 406 ist beispielsweise aus einem Glas oder Kunststoff gefertigt und nicht berührungsempfindlich ausgebildet.
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Die Abdeckung 412 ist transparent ausgeführt und beispielsweise aus einem Glas oder Kunststoff gefertigt.
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Die Leiterplatte 302 umfasst einen ersten Leiterplattenabschnitt 304, der unterhalb des Anzeigebereichs 404 in einer ersten Ebene 414 angeordnet ist, und einen zweiten Leiterplattenabschnitt 306, der unterhalb des Tastenbereichs 406 in einer zweiten Ebene 416 angeordnet ist. Dabei verläuft die zweite Ebene 416 parallel zur ersten Ebene 414 und näher an der Bedienoberfläche 402 als die erste Ebene 414.
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Auf dem ersten Leiterplattenabschnitt 304 sind elektronische Bauelemente angeordnet, insbesondere elektronische Bauelemente zur Steuerung des Berührbildschirms 301.
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Der zweite Leiterplattenabschnitt 306 weist mehrere berührungsempfindliche Sensorflächen 308 auf, die jeweils zum Erfassen einer Berührung der Bedienoberfläche 402 über der jeweiligen Sensorfläche 308 eingerichtet sind. Die Sensorflächen 308 weisen beispielsweise jeweils eine Kupferstruktur auf und/oder sind jeweils als ein projiziert-kapazitiver Sensor ausgebildet. Durch jede Sensorfläche 308 wird eine Berührtaste realisiert, die durch Berühren der Bedienoberfläche 402 bedient werden kann.
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Der erste Leiterplattenabschnitt 304 ist mit dem zweiten Leiterplattenabschnitt 306 durch einen dritten Leiterplattenabschnitt 307 verbunden. Der dritte Leiterplattenabschnitt 307 weist einen flexiblen Bereich 310 auf oder ist vollständig als ein flexibler Bereich 310 der Leiterplatte 302 ausgebildet. Der flexible Bereich 310 ist mäanderartig ausgeführt. Durch die mäanderartige Ausführung wird die Flexibilität (Biegbarkeit) dieses Bereichs 310 erreicht, ohne die Dicke der Leiterplatte 302 in dem Bereich 310 gegenüber dem ersten Leiterplattenabschnitt 304 und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 306 reduzieren zu müssen.
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Zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 304 und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 306 verläuft mindestens eine Leiterbahn 312 durch den dritten Leiterplattenabschnitt 307. Jede dieser Leiterbahnen 312 verbindet eine Sensorfläche 308 des zweiten Leiterplattenabschnitts 306 beispielsweise mit einem elektronischen Bauelement des ersten Leiterplattenabschnitts 304.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 300
- Baugruppe
- 102,402
- Bedienoberfläche
- 104, 404
- Anzeigebereich
- 106,406
- Tastenbereich
- 108, 308
- Sensorfläche
- 201, 301
- Berührbildschirm
- 202, 302
- Leiterplatte
- 204, 304
- erster Leiterplattenabschnitt
- 206, 306
- zweiter Leiterplattenabschnitt
- 207, 307
- dritter Leiterplattenabschnitt
- 210, 310
- flexibler Bereich
- 212,412
- Abdeckung
- 214, 414
- erste Ebene
- 216, 416
- zweite Ebene
- 312
- Leiterbahn
