DK142718B - Kapacitivt koblingsorgan til selektiv ind- og udkobling af kapacitive koblingsforbindelser, navnlig til tangentborde. - Google Patents

Description

0U FREMLÆGGELSESSKRIFT H27 1 8 (w vL5/ DANMARK (51) Int. Cl.3 H 03 K 17/965 (21) Ansøgning nr. 268l/75 (22) Indleveret den 1J. Jun. 1975 ψψζ-] (24) Løbedee 13. Jun. 1975 X/ (44) Ansøgningen fremlagt og fremleeggelsesskriftet offentliggjort den 29· de C. 1 98Ο

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

14. jun. 1974, 479685, US

<71> INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION, Armonk, N.Y. 10504, US.

(72) Opfinder: Jon Edward Fox, 1405 Laughridge Ur., Cary, N.C., US.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Kapacitivt koblingsorgan til selektiv ind- og udkobling af kapaci= tive koblingsforbindeiser, navnlig til tangentborde.

Opfindelsen angår et kapacitivt koblingsorgan af den i krav 1's indledning angivne art.

I tidligere koblingsorganer af denne art har de to ledende lag været påført de to sider af det mellemliggende dielektriske ark, f.eks. ved hjælp af den teknik, der anvendes til fremstilling af trykte kredsløb. For at tilvejebringe en kapacitiv kobling - til forskel fra en direkte galvanisk berøring - mellem de første områder i det første ledende lag og lederen og mellem denne og de andre områder i det første ledende lag - er det første lag som angivet i krav l's afsnit e dækket af et dielektrisk lag. Det har desuden været nødvendigt at tilvejebringe permanente elektriske forbindelser mellem visse steder på det ene 142718 2 lag og visse over for disse liggende steder på det andet lag, hvad pian ved den tidligere teknik har opnået ved at anvende gennempletterede huller på de pågældende steder i det mellemliggende dielektriske ark.

De tidligere kendte koblingsorganer af denne art er behæftet med visse ulemper. Således kræves der til den tosidige påføring af de ledende områder en ret kompliceret teknik, som ikke gøres mindre kompliceret af dannelsen af de nævnte gennempletterede huller til tilvejebringelse af de permanente elektriske forbindelser mellem de to lag. En anden ulempe består i, at det er vanskeligt at påføre det dielektriske lag, som skal dække i det mindste det første lag, uden at der opstår ujævnheder i dette dielektriske lags tykkelse, med deraf følgende uensartethed i værdierne af de koblingskapaciteter, som fremkommer, når lederen bringes til den stilling, hvor den ligger tæt op ad de områder, der skal forbindes kapacitivt, hvilket normalt vil sige i berøring med det dielektriske lag på de pågældende steder.

Disse ulemper afhjælpes ved et koblingsorgan, der ifølge opfindelsen tillige er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del. Ved den i krav l's afsnit £ angivne ejendommelighed opnås, at det er væsentligt lettere end hidtil både at fremstille de enkelte ledende lag, idet hvert af dem kun skal anbringes på én side af det pågældende substrat - dvs. det dielektriske ark -og at tilvejebringe det dielektriske lag, som daskker det første lag, i ensartet tykkelse, idet dette lag udgøres af det dielektriske ark, hvorpå det første lag er anbragt. Samtidigt får man så at sige gratis også et lag, der dækker det andet lag, så at begge de ledende lag er beskyttet imod f.eks. tærende luftarter.

Det vil kunne indses, at den i krav l's afsnit £ angivne ejendommelighed gør det vanskeligt, om ikke umuligt, at tilvejebringe de ovennævnte permanente elektriske forbindelser mellem de to ledende lag. Dette problem er imidlertid løst ved hjælp af den i krav l's afsnit h angivne ejendommelighed, som er baseret på erkendelsen af, at de permanente forbindelser ikke nødvendigvis behøver at være galvaniske forbindelser, således som de fremkommer ved den tidligere anvendelse af gennempletterede huller i det mellemliggende ark, men at de lige så godt kan være af kapacitiv art og ligge i serie med de koblingskapaciteter, som dannes 142718 3 af lederen, når denne er anbragt i sin koblingsstilling tæt op ad de pågældende ledende områder i det første ledende lag. Ved en passende dimensionering af de over for hinanden liggende områder i de to lag, som tilsammen danner den permanente koblings-' kapacitet, kan dennes kapacitetsværdi gøres tilpas stor tii ikke at formindske den samlede serie-koblingskapaoitet mere end tilladeligt ved de enkelte anvendelser.

En yderligere fordel, der kan opnås ved koblingsorganet ifølge opfindelsen, er en forøget formfasthed og dermed en forøget elektrisk stabilitet. Dette kan opnås enten ved at fremstille det andet dielektriske ark eller det mellemliggende dielektriske ark af stift materiale, så at de to øvrige ark slutter sig til og støtter sig til det stive ark, eller ved at fremstille alle tre dielektriske ark af fleksibelt materiale og understøtte dem ved hjælp af et stift, ydre organ.

Koblingsorganet ifølge opfindelsen er især velegnet til anvendelse som krydsnlngsmatrix eller krydsfelt, således som nærmere angivet i krav 2's indledning. I så fald er det hensigtsmæssigt at udforme koblingsorganet som angivet i krav 2's kendetegnende del. Herved opnås at samtlige rækkeledere og de hermed forbundne indgangsklemmer henholdsvis samtlige søjleledere og de hermed forbundne udgangsklemmer kan anbringes på hver sin særskilte del af koblingsorganet og eventuelt også tilsluttes indgangs- henholdsvis udgangsledningerne, inden de to dele samles, f.eks. med en mellemliggende dielektrisk del, til dannelse af det færdige koblingsorgan.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1A viser et mønster af ledende dele på modsvarende par af ledende plader sammen med hertil hørende ledninger og tilslutningsorganer for den ene halvdel af "laminat"-konstruktionen ved en foretrukket matrixudførelsesform, fig. IB det modstående mønster af modsvarende par af ledende dele med tilhørende ledninger og tilslutningsorganer for den anden halvdel af "laminf'-konstruktionen ved den foretrukne matrixudførelsesform, og 4 142718 fig. 2 en skematisk tværsnintsillustration af en færdig ma-trix-"laminat"-konstruktion, der er fremstillet ved sammenstilling af de i fig. 1A og IB viste enheder i forbindelse med et mellemlag; denne figur viser desuden skematisk tilhørende driv-, affølings- og koblingselementer i et kapacitivt tangentbord.

Beskrivelsen til USA patent nr. 3.786.497 giver en vis baggrund, som letter forståelsen af teknikken vedrørende kapacitive matrixtangentborde,.og desuden er der her givet en detaljeret beskrivelse af de elektroniske kredsløbsarrangementer, som anvendes i kapacitivt koblede, elektroniske matrixtangentborde.

I fig. 1A er der vist en fleksibel kredsløbsunderlags-"la-minat"-del, Det fleksible underlag 1 er fortrinsvis fremstillet af dielektrisk plastmateriale med en tykkelse på ca. 0,05 mm. Ved den foretrukne udførelsesform er der anvendt en polyethylenterephthalat-film, men der findes adskillige dielektriske filmmaterialer, som hensigtsmæssigt kunne anvendes til fremstilling af underlaget 1. På underlagsfilmen 1 findes et antal kapacitive dele 2 i form af påtrykt ledende farve eller ætset kobber og et antal ledende dele 3 i samme plan og og nar ved delene 2. De ledende dele 2 sammenkobles af ledninger 4 således, at der dannes særskilte rækker eller søjler (M eller N), som er forbundet med klemmetilslutninger 5. Den viste udførelses-form skal omtales med henblik på en matrix af kapacitivt koblede tangentdele 2 og 3, idet et fuldstændigt tangentbord opbygges med rækker (N) og søjler (M) af tangentpositioner.

Det bemærkes, at M og N er hele tal. Ved denne type tangent-bord anvendes flere par af dele 2 og 3 (hver repræsenterende en given tangentposition på underlaget 1) i den sædvanligste udførelsesform. I denne forbindelse henvises til det ovenfor omtalte USA patentskrift, som forklarer, hvorledes kapacitive matrixtangentborde kan opbygges og udnyttes.

I fig. IB er der vist et spejlbillede af den i fig. 1A viste udførelsesform, hvad angår placeringen af de kapacitive dele 2 og 3. I fig. IB forbindes de særskilte dele 3' ved hjælp af ledninger 4 i rækker og søjler, som afsluttes i tilslutningsorganer 5 som vist. Det bemærkes, at de til hinanden svarende dele 2' i samme plan ikke er sammenkoblet, hvilket ikke stemmer overens med det i fig. 1A for delene 2 viste forhold. Underlaget 1' for denne nedre halvdel af arrangementet kan være fleksibelt eller stift. Hvis det er stift, yder det understøtning for den øvre, fleksible film 1, og tykkelsen af dette nedre underlag er uden betydning.

5 U2718

Som det er åbenbart for fagfolk inden for teknikken, kan de forskellige ledninger 4 og delene 2, 3, 2' og 3' samt tilslutningsdelene 5 alle være udformet af ledende farve, som er anbragt ved påtrykning. Alternativt kan delene fremstilles ved anvendelse af konventionelle fotoætsnings- og pletteringsprocesser, der er velkendte inden for teknikken til fremstilling af pletterede metalkredsløb.

Som allerede tidligere påpeget kan endvidere et af kredsløbsunderlagene være stift, mens det andet udformes fleksibelt, så at det let tilpasser sig efter uregelmæssigheder i det stive underlags overflade. I dette tilfælde udgør det øvre lag normalt det fleksible underlag, mens bundlaget er stift, hvilket gør arrangementet stabilt. Ved den foretrukne udførelsesform anvendes fortrinsvis et sølvholdigt farvestof, da den trykketeknik, som i dette tilfælde kan anvendes er mere simpel, let og billig end den alternative fotoætsnings- og metalplet-teringsteknik.

De to halvdele af den kapacitive kredsløbsplade med indbyrdes overensstemmende huller til at lette en nøjagtig flugtning mellem modsvarende områder er vist i fig. 1A og IB. De to halvdele monteres med deres ender A ud for hinanden og med de kredsløbsbærende overflader vendende mod hinanden. Disse to halvdele monteres på modstående sider af en dielektrisk isolerings- og adskillelsesfilm, som ikke er vist i fig. 1A og IB. Den resulterende struktur er i skematisk form vist i fig. 2.

Fig. 2 viser skematisk et færdigt "laminat" bestående af særskilte, kredsløbsbærende underlagsfilm 1, som hver bærer op mod hinanden anbragte, ledende dele 2, 3 eller 2', 3' samt ledninger 4 og tilslutningsorganer 5. Et mellemliggende, dielektrisk filmlag 6 er anbragt mellem de ledende overflader af filmene 1 og skal være i berøring med filmene 1 i det endelige arrangement. I fig. 2 er de imidlertid vist adskilt herfra for at lette forståelsen af opfindelsen. I fig. 2 er der også vist en ledende koblingsdel 7, som ved hjælp af ikke viste organer skal føres ned i berøring med oversiden af filmen 1, som bærer de ledende dele 2 og 3, for at tilvejebringe en kapacitiv kobling mellem visse dele 2 og 3. Vekselstrømsignaler på en given del 2 fra en vekselstrømsignalkilde 8 kobles kapacitivt via den ledende del 7 til den modstående kapacitive del 3. Som vist findes der en affølingsforstærker 9, som via ledninger skal forbindes med de særskilte tilslutninger 5 på de ledninger 4, som forbinder de forskellige kapacitive dele 3' på det nedre underlag 1.

6 142718

Det bemærkes, at vekselstrømsignaler, der optræder på en given kapacitiv koblingsdel 2, ved hjælp af en ledende del 7 kan kobles via, hvad der i virkeligheden udgør en variabel kondensator bestående af den ledende del 2, den dielektriske film 1 og den ledende del 7, til en anden kondensator, der består af den ledende del 7, den dielektriske film 1 og en given kapacitiv del 3. De to kondensatorer, som eksisterer, når delen 7 befinder sig i koblingsstillingen, dvs. i berøring med filmen 1, er vist skematisk som variable kondensatorer Cl og C2. En tredje kondensator, der er fast, dannes af modsvarende kapacitive dele 3 og 31 på de modstående dielektriske film 1 sammen med den mellemliggende, dielektriske film 6. Dette er vist i form af en kondensator C3 i fig. 2. Der optræder også et fjerde kapacitivt par, men det udnyttes ikke ved den foreliggende udførelsesform. Det er vist med punkterede linier i form af kondensatoren C4 mellem modsvarende dele 2 og 2'. Udtrykket "modsvarende" betyder i denne forbindelse en beliggenhed af delene 2-2', 3-3' lodret over hinanden.

Det mellemliggende, dielektriske lag 6 er fortrinsvis et isolerende ark af polyethylenterephthaiat, som på begge sider er belagt med lim, så at modsvarende, ledende dele 2 og 2', 3 og 3', som bæres på filmene eller på filmene og underlaget 1, ved den endelige montering holdes i fikseret stilling i forhold til hinanden både i lodret og vandret retning. Det færdigmonterede kapacitive kredsløb, der består af filmene 1 og tilhørende kredsløb, samt det mellemliggende, dielektriske lag 6, udgør en fleksibel, tynd, dobbelt-isoleret (dvs. ved begge sidefladerne dielektrisk), kapacitivt koblet struktur, gennem hvilken der kan forplantes vekselstrømssignaler, når som helst en given koblingslederdel 7 anbringes op mod et givet par af dele 2 og 3 eller 2’ og 3' i nærheden af laminatets ene overflade. Den fleksible karakter af det færdige kredsløbsunderlags-arrangement gør det let at opretholde planheden, hvilket kræves for at opnå en nøjagtig transport af signaler gennem den ledende del 7, da det fleksible arrangement kan anbringes oven på en ikke vist plan, stiv understøtningsplade eller et underlag. Alternativt kan det nedre underlag i sig selv være stift, hvilket medfører den ovenfor omtalte planhed og understøtning.

Det færdige laminat af kredsløbsbærende underlag og dielektriske inderlag 6 tilvejebringes fortrinsvis med lim på begge sider ved sammenpresning af elementerne mod hinanden i korrekt indbyrdes forhold under anvendelse af plane plader, så at al luft og fugt ude- 142718 7 lukkes fra de ledende mønstre. Resultatet bliver en indkapslet struktur på grund af limen på mellemlaget 6's to sideflader, og fordi kredsløbene bæres på indersiden af filmene (eller af filmen og underlaget) i det monterede laminat. Dette medfører ved et enkelt fremstillingstrin samme virkning som en nøjagtig rengøring og forsegling af overfladen af en sædvanlig, stiv kredsløbsplade, som er forsynet med et koblingsmønster, ved hjælp af en belægning af dielektrisk materiale, uden at der optræder de normale vanskeligheder ved at bevare planheden, integriteten, belægningsensartetheden og rengøringsnøj agtigheden. Af fig, 2 fremgår det tydeligt, at der ikke findes nogen fysiske, gennemgående tilslutninger fra den ene kredsløbsunderlagsfilm 1 til den anden. I stedet ledes vekselstrømssignalerne kapacitivt via kondensatoren C3 fra det ene underlag til det andet.

Den samlede formindskelse af arealbehovet, som opnås ved normal anvendelse af dobbeltsidede matrixunderlag i overensstemmelse med det ovenfor anførte, opnås ved dette arrangement uden brug af gennemplet-terede huller eller den dermed forbundne kostbare bearbejdning.

Ved en særlig udførelsesform kan de særskilte filmunderlag 1 være fremstillet af et dielektrisk materiale, såsom f.eks. poly-ethylenterephthalat med en tykkelse på 0,05 mm. Tangentdelmønsteret for de ledende eller kapacitive dele 2, 3, 2' og 3', ledningerne 4 og kontakterne 5 kan påføres ved trykning, f.eks. ved silketryk, med en ledende farve, der f.eks. indeholder sølv. Normalt har de særskilte, kapacitive tangentdele en størrelse på 5 x 12,5 mm, og to op mod hinanden beliggende dele kan anbringes i et kvadrat med sidelængden 12,5 mm og en adskillelse fra centrum til centrum på ca.

19 mm. Kondensatorerne Cl og C2 i fig. 2 er resultatet af den dielektriske egenskab af den øverste fleksible film 1 og et eventuelt luftmellemrum, som er dannet mellem koblingspladen 7 og den øvre overflade. Når lederen 7 hviler på filmen JL's overside er kapaciteten af kondensatorerne Cl og C2 i serie sædvanligvis ca. 11 pf. Når koblingsdelen 7 løftes eller føres bort fra berøringsstillingen, bliver kapaciteten normalt mindre end 1 pf. Kondensatoren C3's kapacitet, der leder signaler fra den øvre film via det dielektriske lag 6 til det nedre lag, som kan være fleksibelt eller stift, er normalt ca.

4-5 pF. Da kapaciteten af kondensatoren C3 ligger i serie med koblingskapaciteten på 11 pF, formindskes nettokapaciteten til ca. 9 pF. Dette er imidlertid mere end tilstrækkelig til en pålidelig funktion af normale affølings- og drivkredsløb, som nøjagtigt kan detektere ændringer på mindre end 1 pF.

142718 8

De forskellige ledende dele eller kapacitive koblingsdele på de forskellige underlag 1 fremstilles ved udnyttelse af en ledende farve, der har forholdsvis stor modstand i forhold til sædvanlige kredsløb, hvor der praktisk talt ikke optræder nogen modstand. Dette medfører intet større problem, bortset fra ved jævnstrømme. Da der ikke anvendes jævnstrømme i tangentkoblingsdelenes område, har seriemodstanden kun ubetydelig indvirkning.

Det er åbenbart for fagfolk inden for teknikken, at undgåelsen af gennempletterede huller og tilvejebringelsen af den generelle effekt ved udnyttelse af dobbeltsidede matrixkredsløb er meget ønskelig, navnlig ved den simple fremstillingsteknik, som er blevet mulig. Ved forenkling af monteringen - da der kun udnyttes tre grunddele, hvoraf de to er praktisk talt spejlbilleder af hinanden, bortset fra ledende tilslutninger på visse film - bliver omkostningerne for det færdige produkt væsentligt formindsket, samtidig med at pålideligheden ved fremstillingen af færdige kredsløbsarrangementer forøges væsentligt, fordi der anvendes en mere pålidelig kredsløbsfremstil-lingsteknik.

Claims (2)

1. Kapacitivt koblingsorgan af den art, der omfatter a) et første elektrisk ledende lag bestående af flere indbyrdes adskilte og i sanune plan beliggende områder (2, 3), af ledende materiale, hvoraf mindst ét er forbundet med en indgangsklemme (5) , b) et andet elektrisk ledende lag bestående af flere indbyrdes adskilte og i samme plan beliggende områder (2’, 3') af ledende materiale, hvoraf mindst ét (3') er forbundet med en udgangsklemme (5), samt c) et mellem de to lag beliggende ark (6) af dielektrisk materiale, idet d) det første og det andet lag af ledende materiale er i berøring med modstående sider ^f det mellemliggende ark (6) og er anbragt i forhold til hinanden således, at modsvarende områder af lagene af ledende materialer ligger over for hinanden og idet e) i det mindste det første lag på sin bort fra det mellemliggende ark (6) vendende side er dækket af et dielektrisk lag (1) samt f) mindst én leder (7) for elektrisk strøm, som er indrettet til at bevæges til og fra en stilling, hvori den samtidigt ligger nær ved mindst ét første (2) af områderne i det første lag, der er forbundet med indgangeklemmen (5), og ved mindst ét andet (3) af områderne i det første lag, som er adskilt fra det første område, så at der dannes en kapacitiv forbindelse fra det første område (2) til lederen (1) og fra denne til det andet ledende område (3), kendetegnet ved, g) at det første og det andet ledende lag er anbragt på den imod det mellemliggende dielektriske ark (6) vendende side af et første, fleksibelt ark (1) henholdsvis et andet ark (l1) af dielektrisk materiale, idet de tre ark (1, 1', 6) holdes sammen i intim berøring ved hjælp af dertil egnede midler, f.eks. lim, og h) at mindst ét andet (3) område af det første lag ligger over for det ledende område (3') i det andet lag, som er forbundet med udgangsklemmen (5, se fig.

2).