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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung
mit wenigstens einem elektrischen Schaltelement. Weiterhin betrifft
die Erfindung eine Anordnung, die mit einem derartigen Verfahren
hergestellt werden kann.
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Es
ist bereits bekannt, zur Herstellung eines Folientasters einzelne
Folienlagen, zwischen denen ein Schaltkontakt realisiert werden
soll, übereinander zu
schichten und kalt miteinander zu verkleben. Dabei wird zwischen
zwei elektrisch leitende Schaltfolien eine gelochte und elektrisch
isolierende Zwischenfolie angeordnet, die als Abstandshalter dient und
verhindert, dass sich die Schaltfolien im Ruhezustand des Folientasters
berühren.
Die Zwischenfolie bewirkt somit, dass der Folientaster im Ruhezustand geöffnet ist.
Durch Ausübung
eines Drucks auf wenigstens eine der beiden Schaltfolien im Bereich
der Lochung der Zwischenfolie wird die Schaltfolie deformiert und
ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Schaltfolien hergestellt.
Infolge ihrer Elastizität nimmt
die Schaltfolie wieder ihre ursprüngliche Form an, sobald der
Druck nicht mehr vorhanden ist. Dadurch wird der elektrische Kontakt
zwischen den beiden Schaltfolien wieder unterbrochen. Der Folientaster
ist somit nur während
der Ausübung
eines Drucks auf wenigstens eine der beiden Schaltfolien geschlossen.
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Der
bekannte Folientaster kann vielfältig
eingesetzt werden und hat sich gut bewährt. Allerdings ist die bekannte
Vorgehensweise bei der Herstellung des Folientasters beispielsweise
dann nicht anwendbar, wenn die Folien durch Heißlaminierung miteinander verbunden
werden sollen, da die beim Heißlaminieren
auftretende Materialerweichung dazu führen würde, dass die Lochung der Zwischenfolie
ausgefüllt
würde und
dadurch die Funktion des Folientasters beeinträchtigt wäre. Ein Verzicht auf das Heißlaminieren und
ein Ausweichen auf die mit der bekannten Herstellungsweise des Folientasters
kompatible Kaltverklebung ist aber nicht immer möglich, da die durch das Heißlaminieren
realisierte Untrennbarkeit der einzelnen Folien sich durch Kaltverklebung
nicht erreichen lässt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung einer Anordnung
mit wenigstens einem elektrischen Schaltelement möglichst
optimal zu gestalten und insbesondere auch den Einsatz von materialerweichenden
Fertigungstechniken zur Herstellung der Anordnung zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des
Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß diesem
erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Schaltelement
aus mehreren Folien hergestellt, die in Form eines Stapels übereinander
geschichtet und stoffschlüssig
miteinander verbunden werden. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass mittels eines Materials, das eine höhere Erweichungstemperatur
als das Folienmaterial besitzt, jedes Schaltelement im Folienstapel
derart ausgebildet wird, dass innerhalb des Schaltelements ein durch
dieses Material gegen das umgebende Folienmaterial abgegrenzter
Hohlraum entsteht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, dass die Herstellung der Anordnung nicht auf eine
Verarbeitung der Folien im kalten Zustand beschränkt ist, sondern auch Techniken
eingesetzt werden können,
bei denen es zu einer Erweichung des Folienmaterials kommt. Dadurch
ist es möglich,
die Folien so miteinander zu verbinden, dass eine zerstörungsfreie
Trennung nicht mehr möglich
ist. Die Anordnung kann somit durch das erfindungs gemäße Verfahren
sehr robust und langlebig ausgebildet werden. Weiterhin wird das
Schaltelement zuverlässig
in der Anordnung eingeschlossen und dadurch vor Manipulationen geschützt.
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Im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann wenigstens eine der Folien mit einer Ausnehmung versehen werden,
in die das Material für das
Schaltelement eingebracht wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Material für
das Schaltelement in Form zweier Kontaktelemente und eines elektrisch
isolierenden Distanzstücks
eingebracht, wobei das Distanzstück
räumlich
zwischen den Kontaktelementen angeordnet wird. Dabei werden jedes
der Kontaktelemente und das Distanzstück in eine separate Folie eingebracht.
Das Distanzstück kann
als ein Rahmen, insbesondere als ein Ring, ausgebildet sein. Die
Kontaktelemente können
plattenförmig,
insbesondere als Kreisscheiben, ausgebildet und wenigstens auf ihren
an den Hohlraum angrenzenden Seiten elektrisch leitfähig sein.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
können
unterschiedliche Ausführungsformen
von Kontaktelementen verwendet werden. Dabei ist es möglich, das
Schaltelement aus zwei gleichartigen oder aus zwei verschiedenartigen
Kontaktelementen auszubilden. Bei einer Ausführungsform weist das Kontaktelement
auf seiner an den Hohlraum angrenzenden Seite eine elektrisch leitfähige Beschichtung
auf. Diese Ausführungsform
kann noch so abgewandelt werden, dass die Beschichtung in zwei nebeneinander
angeordnete und gegeneinander elektrisch isolierte Bereiche unterteilt
ist. Statt eine Beschichtung aufzubringen ist es beispielsweise
auch möglich,
das Kontaktelement als Metallplatte oder Metallfolie auszubilden.
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Je
nach Ausbildung der erfindungsgemäß hergestellten Anordnung kann
wenigstens eines der Kontaktelemente mit einer im Folienstapel angeordne ten,
elektrisch leitenden Struktur verbunden werden. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn dieses Kontaktelement lateral über das Distanzstück übersteht,
da dann die Verbindung auf derselben Seite des Kontaktelements ausgeführt werden
kann, auf der zur Realisierung der Schaltfunktion des Schaltelements
ohnehin eine elektrische Leitfähigkeit
des Kontaktelements erforderlich ist. Um die Betätigung des Schaltelements möglichst
komfortabel zu gestalten, kann im Hohlraum ein elastisches Element
zur Erzeugung einer taktilen Rückmeldung
beim Betätigen
des elektrischen Schaltelements angeordnet werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die stoffschlüssige
Verbindung zwischen den Folien durch Heißlaminieren hergestellt. Der
Einsatz der Heißlaminiertechnik
hat den Vorteil, dass es sich dabei um ein weit verbreitetes Standardverfahren handelt,
dass prozesstechnisch gut beherrschbar ist und sehr gute Ergebnisse
liefert. Insbesondere wird das Schaltelement dauerhaft und vor Manipulationen geschützt eingekapselt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es beispielsweise möglich,
das Schaltelement in einem Kartenkörper einer Chipkarte auszubilden.
Dadurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Chipkarte
mit einem integrierten Schaltelement hergestellt werden. Dabei ist
es insbesondere von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren
mit für
die Herstellung von Chipkarten üblicherweise
eingesetzten Produktionsmethoden verträglich ist.
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Ebenso
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung einer Tastatur mehrere Schaltelemente im Folienstapel
ausgebildet werden.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anordnung mit wenigstens
einem elektrischen Schaltelement, das in einem Stapel von mehreren über einander
geschichteten und stoffschlüssig
miteinander verbundenen Folien ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Anordnung
zeichnet sich dadurch aus, dass die Folien durch einen Heißlaminierprozess
zu einem Laminat verbunden sind und jedes Schaltelement wenigstens
partiell aus einem Material mit einer höheren Erweichungstemperatur
als das Folienmaterial besteht und einen Hohlraum aufweist, der
durch dieses Material gegen das umgebende Folienmaterial abgegrenzt
ist. Das Schaltelement weist vorzugsweise zwei Kontaktelemente und
ein elektrisch isolierendes Distanzstück auf, das räumlich zwischen
den Kontaktelementen angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Anordnung
hat den Vorteil, dass sie einfach aufgebaut und dadurch kostengünstig herstellbar
ist. Außerdem
ist durch den einfachen Aufbau eine zuverlässige Funktionsweise und Langlebigkeit
des Schaltelements gewährleistet.
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Das
Laminat kann beispielsweise als ein Kartenkörper einer Chipkarte ausgebildet
sein, d. h. ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Anordnung
ist eine Chipkarte mit einem integrierten Schaltelement.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert. Die
Ausführungsbeispiele
beziehen sich jeweils auf eine Chipkarte, in deren Kartenkörper ein Taster
ausgebildet ist. In gleicher Weise können jedoch auch dünne Tastaturen
oder andere Anordnungen mit wenigstens einem elektrischen Schaltelement
hergestellt werden.
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Es
zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel
für eine
Chipkarte mit einem Taster gemäß der Erfindung
in Schnittdarstellung,
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2 das Ausführungsbeispiel
aus 1 in einer Teilansicht
von unten,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Schnittdarstellung und
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4 das Ausführungsbeispiel
aus 3 in einer Teilansicht
von unten.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel
für eine Chipkarte 1 mit
einem Taster 2 gemäß der Erfindung in
Schnittdarstellung. Der besseren Übersicht wegen wurde eine stark
unmaßstäbliche Darstellung
gewählt
und es wurde lediglich der Taster 2 geschnitten dargestellt.
Die sonstigen Bestandteile der Chipkarte 1 sind jeweils
nur in ihren Umrissen dargestellt. Der Taster 2 ist ebenso
wie ein Chipmodul 3 in einem Kartenkörper 4 angeordnet.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht die Chipkarte 1 aus sieben Kunststofffolien 5,
die stapelförmig übereinander
angeordnet sind. Beiderseits derjenigen Kunststofffolie 5,
die in der Mitte des Kartenkörpers 4 angeordnet
ist, befinden sich Leiterbahnen 6. Die Leiterbahnen 6 sind
beispielsweise drucktechnisch auf beide Hauptflächen der mittleren Kunststofffolie 5 aufgebracht. Ebenso
können
die Leiterbahnen 6 auch jeweils auf die Hauptflächen der
an die mittlere Kunststofffolie 5 angrenzenden Kunststofffolien 5 aufgebracht
sein. Je nach Funktionsweise der Chipkarte 1 können die
Leiterbahnen 6 beispielsweise als Antenne dienen oder Bestandteil
einer elektronischen Schaltung sein.
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Der
Taster 2 dient dazu, eine temporäre elektrische Verbindung zwischen
den Leiterbahnen 6 herzustellen und erstreckt sich über die
mittlere Kunststofffolie 5 und die beiderseits unmittelbar
angrenzenden Kunststofffolien 5. Durch je zwei weitere Kunststofffolien 5 ist
der Taster 2 zu beiden Seiten des Kartenkörpers 4 hin
abgedeckt. Als Bestandteile weist der Taster 2 zwei kreisscheibenförmige Kontaktelemente 7 und
ein ringförmiges
Distanzstück 8 auf. Das
Distanzstück 8 ist
zwischen den Kontaktelementen 7 angeordnet, so dass von
den Kontaktelementen 7 und dem Distanzstück 8 ein
Hohlraum 9 eingeschlossen wird. Dabei sind das Distanzstück 8 in
einer dafür
vorgesehen Aussparung der mittleren Kunststofffolie 5 und
die beiden Kontaktelemente 7 jeweils in dafür vorgesehene
Aussparungen der unmittelbar benachbarten Kunststofffolien 5 angeordnet.
In ihren Abmessungen stimmen das Distanzstück 8 und die Kontaktelemente 7 jeweils
mit der Dicke der Kunststofffolie 5 überein, in der sie angeordnet
sind. Sowohl das Distanzstück 8 als
auch die Kontaktelemente 7 sind aus einem Material hergestellt,
dessen Erweichungstemperatur oberhalb der Erweichungstemperatur
der Kunststofffolien 5 liegt. Wie bei der Erläuterung
des Herstellungsverfahrens noch im Einzelnen dargelegt wird, ist
diese Materialeigenschaft von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung.
Bei dem Material handelt es sich beispielsweise um Epoxy, Polycarbonat
usw. Die Kunststofffolien 5 bestehen beispielsweise aus
PVC. Die Kontaktelemente 7 verfügen auf ihren an den Hohlraum 9 angrenzenden
Seiten jeweils über
eine elektrisch leitfähige
Beschichtung 10. Mit der Beschichtung 10 liegen
die Kontaktelemente 7 berührend an den Leiterbahnen 6 an.
Alternativ zu den beschichteten Kontaktelementen 7 können auch
Metallplatten oder Metallfolien als Kontaktelemente 7 verwendet
werden. Das Distanzstück 8 ist
elektrisch isolierend ausgebildet und dient dazu, einen vorgegebenen
Abstand zwischen den Kontaktelementen 7 einzustellen.
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Abhängig vom
Material der einzelnen Tasterschichten kann es notwendig sein, vorzugsweise oberhalb
und/oder unterhalb des Tastelements eine klebende Verbindung zwischen
dem Tastelement und den Deck- bzw. Bodenschichten herzustellen.
Zu diesem Zweck kann zwischen dem Kontaktelement 7 und
der benachbarten Kunststofffolie 5 noch eine in der Figur
nicht dargestellte Klebeschicht, die vorzugsweise die horizontale
Abmessung des Kontaktelementes 7 aufweist, angeordnet werden.
Die Klebeschicht kann beispielsweise durch einen Hot-Melt-Kleber
realisiert sein.
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Alternativ
zu einer zusätzlichen
Kleberschicht im Bereich des Tasters 2 können auch
die Kontaktelemente 7 gegenüber der elektrisch leitfähigen Beschichtung 10,
also angrenzend zu den benachbarten Kunststofffolien 5 mit
einem Kleber beschichtet sein oder es sind die Kunststofffolien 5 zumindest
im Bereich der Kontaktelemente 7 mit einem Kleber beschichtet.
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Des
weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, je nach verwendetem
Material auch zwischen den Tasterschichten 7, 8 und 10 eine
klebende Verbindung vorzusehen.
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Die
Kontaktelemente 7 und/oder das Distanzstück 8 sind
elastisch deformierbar ausgebildet, so dass der Abstand zwischen
den Kontaktelementen 7 durch eine Druckausübung auf
eine oder auf beide Hauptflächen
des Kartenkörpers 4 überbrückt werden
kann. Somit werden die beiden Kontaktelemente 7 für die Zeitdauer
der Druckausübung
elektrisch miteinander verbunden. Die Druckausübung kann beispielsweise von
einem Benutzer der Chipkarte 1 manuell vorgenommen werden.
Wird kein Druck mehr ausgeübt,
so federn die Kontaktelemente 7 und/oder das Distanzstück 8 in
ihre Ausgangspositionen zurück,
so dass der elektrische Kontakt unterbrochen wird. Der Druck, der
für die
Auslösung des
Schaltvorgangs benötigt
wird, kann beispielsweise über
die Wahl des Abstandes zwischen den Kontaktelementen 7 und
die Stabilität
der Kontaktelemente 7 vorgegeben werden. Um den Schaltvorgang für den Benutzer
der Chipkarte 1 fühlbar
zu machen, besteht die Möglichkeit
im Hohlraum 9 ein figürlich nicht
dargestelltes Schnappelement anzuordnen, dass beim Schaltvorgang
ruckartig seinen De formationszustand ändert und dadurch eine taktile
Rückmeldung
des Schaltvorgangs erzeugt.
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2 zeigt eine Teilansicht
von unten auf das in 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel
im Bereich des Tasters 2. Dabei ist das in der Darstellung der 1 untere Kontaktelement 7 entfernt,
um den Blick auf den Aufbau des Tasters 2 freizugeben.
Das Kontaktelement 7 weist einen größeren Außendurchmesser als das Distanzstück 8 auf
und stützt
sich auf das Distanzstück 8 ab.
Weiterhin liegt das Kontaktelement 7 in dem Bereich, in
dem es lateral über
das Distanzstück 8 übersteht,
mit seiner Beschichtung 10 auf der Leiterbahn 6 auf,
die zur Ausbildung eines zuverlässigen
elektrischen Kontakts flächig
verbreitert ist.
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Bei
der Herstellung der Chipkarte 1 inklusive des Tasters 2 wird
folgendermaßen
vorgegangen:
Die Kunststofffolien 5 werden in Form
von Bögen
verarbeitet, die entsprechend der in 1 dargestellten Abfolge übereinander
gestapelt werden. Zuvor werden die drei Bögen, die die Kontaktelemente 7 und das
Distanzstück 8 aufnehmen
sollen, entsprechend gelocht. Dabei werden die Lochungen in jedem
Bogen mehrfach ausgeführt,
da aus dem Bogenstapel mehrere Chipkarten 1 hergestellt
werden. Zudem werden in einigen Bögen noch Lochungen für die Aufnahme
der Chipmodule 3 ausgeführt
und es werden die Leiterbahnen 6 aufgedruckt. Das Aufdrucken der
Leiterbahnen 6 erfolgt vorzugsweise vor dem Lochen. Schließlich werden
die Bögen
mit den Chipmodulen 3 und den Kontaktelementen 7 sowie
den Distanzstücken 8 bestückt und
in gestapelter Form einer Laminierpresse zugeführt. Dort wird der Stapel unter Einwirkung
von Druck und Hitze zu einem Laminat verbunden. Während des
Heißlaminierens
erweichen die Bögen
und verbinden sich un trennbar miteinander. Dabei ist es sehr wichtig,
dass die Kontaktelemente 7 und die Distanzstücke 8 nicht
erweichen, sondern ihre Form behalten, um sicherzustellen, dass
die für
die Funktion der Taster 2 erforderlichen Hohlräume 9 erhalten
bleiben. Diese Hohlräume 9 werden
jeweils von zwei Kontaktelementen 7 und einem Distanzstück 8 hermetisch
verschlossen, so dass das beim Heißlaminieren erweichte Folienmaterial
nicht in die Hohlräume 9 eindringen
kann. Eine zuverlässige
Abdichtung der Hohlräume 9 wird
insbesondere dadurch gewährleistet,
dass durch den Druck der Laminierpresse gegen jede der beiden Öffnungen
eines jeden Distanzstücks 8 jeweils
eines der Kontaktelemente 7 gepresst wird. Weiterhin bewirkt der
Druck der Laminierpresse, dass die Kontaktelemente 7 mit
ihren Beschichtungen 10 gegen die Leiterbahnen 6 gepresst
werden. Durch das Heißlaminieren
werden die Kontaktelemente 7 in dieser Position fixiert,
so dass eine dauerhafte elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen 6 und
den Kontaktelementen 7 ausgebildet wird. Nach Beendigung des
Heißlaminiervorgangs
werden die Chipkarten 1 aus dem Laminat ausgestanzt und
vereinzelt.
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Wenn
Wert auf einen besonders zuverlässigen
elektrischen Kontakt zwischen den Leiterbahnen 6 und den
Kontaktelementen 7 gelegt wird, kann das Verfahren so abgewandelt
werden, dass die Kontaktelemente 7 mit den Leiterbahnen 6 verklebt,
verlötet oder
auf andere Weise elektrisch leitend verbunden werden.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung in Schnittdarstellung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind im Kartenkörper 4 nur
auf einer einzigen Folienfläche
Leiterbahnen 6 vorgesehen. Folglich muss der Taster 2 so
ausgebildet werden, dass er in der Lage ist, einen elektrischen
Kontakt zwischen den Enden einer Leiterbahn 6 herzustellen, die
in derselben Ebene angeordnet sind. Wie der 3 zu entnehmen ist, ist eine Ände rung
des prinzipiellen konstruktiven Aufbaus des Tasters 2 hierzu nicht
erforderlich. Lediglich im Hinblick auf die Geometrie, gemäß der die
Beschichtung 10 auf die Kontaktelemente 7 aufgebracht
ist, sind Anpassungen erforderlich. Dies ist im Einzelnen in 4 dargestellt.
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4 zeigt eine Teilansicht
von unten auf das in 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel
des Tasters 2. Analog zu 2 ist
auch bei 4 das untere
Kontaktelement 7 entfernt. Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass die Beschichtung 10 des oberen Kontaktelements 7 nicht vollflächig ausgebildet
ist, sondern in zwei nebeneinander angeordnete Bereiche unterteilt
ist, die voneinander durch einen unbeschichteten Streifen 11 getrennt
sind und somit elektrisch isoliert zueinander auf dem oberen Kontaktelement 7 angeordnet
sind. Jeder dieser beiden Bereiche der Beschichtung 10 ist mit
einem Ende der Leiterbahn 6 verbunden, wobei die Enden
der Leiterbahnen 6 auch bei diesem Ausführungsbeispiel flächig verbreitert
sind. Das untere Kontaktelement 7 ist entsprechend dem
Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 vollflächig beschichtet. Allerdings
ist das untere Kontaktelement 7 nicht mit der Leiterbahn 6 verbunden.
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Bei
einer Betätigung
des Tasters 2 werden die beiden Kontaktelemente 7 gegeneinander
gepresst und dabei wird durch die Beschichtung 10 des unteren
Kontaktelements 7 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
den beiden Bereichen der Beschichtung 10 des oberen Kontaktelements 7 hergestellt.
Somit sind bei betätigtem
Taster 2 die beiden Enden der Leiterbahn 6 elektrisch
leitend miteinander verbunden. Bezüglich der elastischen Eigenschaften
des Tasters 2 und der Möglichkeit
des Einsatzes eines Schnappelements gilt das zum Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 Gesagte in analoger Weise.
Auch die Herstellung der Chipkarte 1 erfolgt analog zu
dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.