JP2002342030A

JP2002342030A - タッチパネルの実装構造

Info

Publication number: JP2002342030A
Application number: JP2001151229A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sarada; 孝史皿田; Fumio Kimura; 文雄木村; Hideki Kitajima; 秀樹北島; Masataka Araogi; 正隆新荻; Koji Toda; 耕司戸田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電体の振動を阻害しないことにより、超音
波の強度が低下せず、検出感度が向上したタッチパネル
の提供。【解決手段】圧電体２上面の接合パッド以外の部位
が、回路基板５と接触しないように、圧電体２と回路基
板５との間に空隙を設けた構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、携帯機器等や、
電子手帳または、各種表示装置に使用されているタッチ
パネルの実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、タッチパネルは超音波を用いる場
合、非圧電性の超音波伝搬基板と前記伝搬基板にとりつ
けられた複数の圧電体、それぞれの圧電体と接続される
回路基板から成っている。

【０００３】全体的な構成を、図４を用いて説明する。
図４はタッチパネルを上面から見た図である。矩形の非
導電性の伝搬基板１上に、矩形の圧電体２が複数個、伝
搬基板１の各辺に沿って固着されている。圧電体２表面
には、接合パッド３とすだれ状電極４が形成されてい
る。接合パッド３は、圧電体２の上面に実装される回路
基板５の配線６と電気接続される。本図では回路基板５
は、受信用圧電体２ｂにのみ実装しているが、実際には
送信用圧電体２ａにも実装される。

【０００４】圧電体２のパターン構造を、図５に上面図
で示す。図５は圧電体２を上から見た図である。すだれ
状電極４は、電極指と呼ばれる線状のパターンを、複
数、平行に形成したものである。また２つの接合パッド
３がすだれ状電極４をはさむ位置に形成され、前記電極
指が１つおきに接続されている。

【０００５】タッチパネルの実装構造を図６に断面図で
説明する。圧電体２は伝搬基板１上に固着される。圧電
体２上にはすだれ状電極４と接合パッド３が形成されて
いる。接合パッド３と、回路基板５上の２本の配線６と
は、はんだ７にて電気接続される。接続方法には、他
に、導電性接着剤や異方性導電膜を用いて熱圧着する方
法がある。接合パッド３の高さが１〜５μｍ以下と低い
ため、接続と同時に、回路基板５とすだれ状電極４、圧
電体２とが接触もしくは固着されることとなる。

【０００６】タッチパネルの接触検出原理を、図４を用
いて説明する。前述の通り、接合パッド３と回路基板５
の配線６とが接続されると、接合パッド３を通じて、送
信用圧電体２ａのすだれ状電極４に電圧が印加される。
その結果、圧電効果を介在して該圧電体２ａに超音波が
励振する。この圧電体２ａは伝搬基板１上に固着してい
るため、超音波９が伝搬基板１上を伝搬し、送信用圧電
体２ａと対になる受信用圧電体２ｂで受信される。受信
用圧電体２ｂに超音波を受信することで、超音波９が電
気信号として出力される。伝搬基板１に指で接触するな
どして負荷がかかった場合、送信用圧電体２ａから送信
した超音波の強度は負荷箇所において減衰し、受信用圧
電体２ｂで受信する超音波の強度が小さくなるため、得
られる電気信号の電圧が小さくなる。前記電気信号の電
圧の変化を測定することにより、タッチパネルへの接触
の有無が判明する。

【０００７】タッチパネルの接触部位検出のためには、
送信用圧電体２ａ、受信用圧電体２ｂとが複数配列され
る。複数の超音波が、タッチパネルのＸＹ軸に平行に伝
搬するようにした場合、タッチパネルは伝搬超音波によ
り座標化することが可能となる。前述した通り、タッチ
パネルへの接触の検出は、超音波の強度変化を受信用圧
電体２ｂで得られる電圧変化として検出されるが、電圧
変化した超音波の座標からタッチパネル上への接触部位
が検出される。

【０００８】圧電体２は、超音波９の伝搬方向と垂直に
すだれ状電極４が向くように配置される。配置方法の例
として、送信用圧電体２ａと受信用圧電体２ｂのそれぞ
れのすだれ状電極４が平行になるように対向して配置す
る方法、もしくは、プリズムのような超音波反射装置を
用いて所定の超音波伝搬方向と垂直にすだれ状電極４が
向くように配置する方法が挙げられる。この送受信機能
を有した超音波伝搬の構成は、電気的に見ればバンドバ
スフィルターとしての機能を持っている。そのため、す
だれ状電極４の電極指の周期長などで決定される特定の
周波数で最も大きな出力電圧が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記回路基板
の配線と前記接合パッドとを熱圧着により接続する際、
前記回路基板が前記すだれ状電極と接触し、場合によっ
ては固着されていた。そのため前記回路基板が、前記圧
電体の振動を阻害していた。すなわち、すだれ状電極で
励振、もしくは、受信した超音波の強度を低下してい
た。これにより、前記伝搬基板に伝搬する超音波の強度
が低下し、また、超音波を受信した際に得られる電気信
号が小さくなっていた。そのため、検出感度が低下し、
本タッチパネルを駆動する消費電力が高くなり、また、
発振回路を組むのに不利であるという問題があった。

【００１０】本発明は、この問題を解決し、検出感度の
高いタッチパネルを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、非圧電性である超音波伝搬基板
と、圧電体、回路基板とから成り、前記圧電体は前記伝
搬基板の各辺に沿って、前記伝搬基板上面に配列されて
おり、前記圧電体表面にはすだれ状電極と、すだれ状電
極の電位を取出す働きをする２つの接合パッドが前記す
だれ状電極の両側に形成されており、前記接合パッドが
前記回路基板の配線と接続されて成るタッチパネルにお
いて、前記圧電体上面の前記接合パッド以外の部位が、
前記回路基板と接触しないように、前記圧電体と前記回
路基板との間に空隙を設けた構造であることを特徴して
いる。

【００１２】これにより前記回路基板が、前記圧電体の
前記接合パッド以外の部位と接触することがなくなる。
すなわち前記圧電体が圧電効果により超音波を励振した
場合、もしくは、超音波を受信した場合でも、前記圧電
体の振動が阻害されることがなくなる。従って、超音波
の強度を減ずることがなくなるため、検出感度が高いタ
ッチパネルを作製することが可能となる。

【００１３】前記タッチパネルの実装構造とするために
は、前記接合パッドの高さがすだれ状電極の高さより高
くすれば良い。

【００１４】これにより前記回路基板が、前記圧電体上
面に配置された場合でも、すだれ状電極に接触すること
がなくなる。従って、前記圧電体と前記回路基板との間
に空隙を設けた構造とすることができる。

【００１５】前記接合パッドの高さを高くする方法は、
具体的には、前記圧電体の形状を、前記圧電体上面の接
合パッド以外の部位が、接合パッド部分より低くなって
いる凹形状にする。

【００１６】これにより、前記回路基板を前記圧電体上
部から実装した場合、前記接合パッド部と前記回路基板
の配線とが接続されても、前記すだれ状電極と前記回路
基板とが接触しない。

【００１７】また、前記接合パッドの金属層の厚みを、
前記すだれ状電極の金属層の厚みより厚くしても良い。
これには、前記接合パッド部分のみ乾式もしくは湿式め
っきを施し、金属層を厚くする方法がある。めっき金属
としては、色々考えられるが例として、アルミニウム、
銅、ニッケル、金などが挙げられる。

【００１８】これにより、前記接合パッド部と前記回路
基板の配線とが接続されても、前記すだれ状電極と前記
回路基板とが接触しない。また、めっきプロセスにより
これを行うため、高さ方向のパッドの寸法精度を高くす
ることができる利点がある。従って、前記すだれ状電極
の長さを短くするなどして、タッチパネルの位置検出分
解能を向上した場合でも、精度良く前記回路基板を実装
することが可能となる。

【００１９】また、前記接合パッド上に、コアとして、
前記接合パッドより断面積が小さい金属柱を形成した
後、前記コア周囲に、はんだ、導電性接着剤を塗布する
ことにより、前記接合パッドの高さを前記すだれ状電極
の高さより高くしても良い。このようなコアは、例え
ば、金線を超音波熱圧着するなどして形成することがで
きる。この場合、コアの高さは５μｍ以上、１ｍｍ以下
であることが好ましい。

【００２０】これにより、前記接合パッド部と前記回路
基板の配線とが接続されても、前記コアにより、前記す
だれ状電極と前記回路基板とにギャップが生じる。その
ため、前記回路基板は前記すだれ状電極と接触しない。
前記コアの高さが、５μｍ未満の場合、前記すだれ状電
極と前記回路基板とのギャップが狭くなるため、これら
が接触する恐れが有る。一方、前記コアの高さが１ｍｍ
を超えると、前記回路基板接続時に適正な強度が得られ
ず、コアが曲がるなどして、不良を生じる可能性が有
る。前記コアは、上記方法によれば短時間に行え、ま
た、接着剤やはんだの塗布は、印刷や射出塗布など、従
来の塗布方法と同様に行える。従って前記接合パッドの
厚みを簡易に、短時間で増すことができ、サイクルタイ
ムを大幅に延長すること無く製造できるようになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】[実施例１]図１は本発明のタッチ
パネル断面図で、圧電体２部分を切断したものである。
伝搬基板１上に圧電体２が固着され、さらにその上面
に、回路基板５が実装されている構造を示している。本
タッチパネルの全体的な構成は、従来と同様で、図４に
示す通りである。

【００２２】本構造では、矩形の圧電体２上に、接合パ
ッド３の高さがすだれ状電極４の高さより高くなるよう
に金属層を形成した。そのため、接合パッド３と回路基
板５上の配線６とを接続する際に、回路基板５とすだれ
状電極４とが接触することがなくなった。

【００２３】このように接合パッド３の高さをすだれ状
電極４より高くする方法は次の通り行った。まず、接合
パッド３とすだれ状電極４とを、圧電体２上に、乾式め
っきで形成する。次に、すだれ状電極４をマスクし、接
合パッド３にさらにめっきを施す。最後に、マスクを取
り去ることにより、目的のパターン構造が得られる。接
合パッド３のめっき金属は、すだれ状電極４の金属と同
じでも、異なっていても良い。例として、アルミニウ
ム、銅、ニッケル、金などが挙げられる。

【００２４】これにより、圧電体２が圧電効果により超
音波を励振した場合、もしくは、超音波を受信した場合
でも、圧電体２の振動が阻害されることがなくなった。
従って、超音波の強度を減ずることがなくなるため、検
出感度が高いタッチパネルを作製することが可能となっ
た。

【００２５】また、前述のめっきプロセスによれば、パ
ッドの高さ寸法精度を高くすることができる利点があ
る。また、回路基板５の配線６が金、銅、スズ、はんだ
などで構成される場合が多いため、接合パッド３のめっ
き金属に金、銅を用いれば、接合パッド３と配線６との
接続において、熱圧着による拡散接合ができる。これに
より、一括で回路基板５を実装でき、また、高い品質信
頼性を得ることができるようになった。

【００２６】[実施例２]図２は本発明のタッチパネル断
面図で、圧電体２部分を切断したものである。伝搬基板
１上に圧電体２が固着され、さらにその上面に、回路基
板５が実装されている構造を示している。本タッチパネ
ルの全体的な構成は、従来と同様で、図４に示す通りで
ある。

【００２７】本構造の圧電体２は、圧電体２上面の接合
パッド３以外の部位、すなわち、すだれ状電極４部が接
合パッド３部分より低くなるような凹形状の圧電体に、
接合パッド３、すだれ状電極４を形成したものである。
そのため、接合パッド３と回路基板５上の配線６とを接
続する際に、回路基板５とすだれ状電極４とが接触する
ことがなくなった。

【００２８】これにより、圧電体２が圧電効果により超
音波を励振した場合、もしくは、超音波を受信した場合
でも、圧電体２の振動が阻害されることがなくなり、超
音波の強度を減ずることがなくなった。この効果によ
り、入力電圧に対する出力電圧の比率は１．５倍に向上
し、検出感度が高いタッチパネルを作製することが可能
となった。

【００２９】[実施例３]図３は本発明のタッチパネル断
面図で、圧電体２部分を切断したものである。伝搬基板
１上に圧電体２が固着され、さらにその上面に、回路基
板５が実装されている構造を示している。本タッチパネ
ルの全体的な構成は、従来と同様で、図４に示す通りで
ある。

【００３０】本構造は、接合パッド３と回路基板５の配
線６との間に金属のコア８を介在させたものである。接
合パッド３と配線６との接続には、はんだを用いた。圧
電体２と回路基板５とは、コア８のためギャップが生じ
たため、接合パッド３以外の部位では接触していない。

【００３１】以上の構造は次の通り作製した。まず金属
のコア８を、高さ３０μｍの金線を接合パッド３に超音
波接合して形成した。このコア８周囲にはんだを塗布
し、その上部から回路基板５を所定位置に配置して熱圧
着することにより実装した。

【００３２】これにより、圧電体２が圧電効果により超
音波を励振した場合、もしくは、超音波を受信した場合
でも、圧電体２の振動が阻害されることがなくなった。
従って、超音波の強度を減ずることがなくなるため、検
出感度が高いタッチパネルを作製することが可能となっ
た。

【００３３】コア８は、上記方法により数秒間で行っ
た。またはんだの塗布は、従来の射出塗布で行った。従
って前記接合パッドの厚みを簡易に、短時間で増すこと
ができ、サイクルタイムを大幅に延長すること無く製造
できた。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、タッチパネルの実
装構造に関して、前記圧電体上面の前記接合パッド以外
の部位が、前記回路基板と接触しないように、前記圧電
体と前記回路基板との間に空隙を設けた。これにより、
前記回路基板が、前記圧電体の前記接合パッド以外の部
位と接触することがなくなる。これにより前記圧電体が
圧電効果により超音波を励振した場合、もしくは、超音
波を受信した場合でも、前記圧電体の振動が阻害される
ことがなくなる。従って、超音波の強度を減ずることが
なくなるため、検出感度が高いタッチパネルを作製する
ことが可能となった。

【００３５】前記実装構造を実現するために、前記接合
パッドの高さをすだれ状電極の高さより高くした。これ
により、前記すだれ状電極と前記回路基板との間に空隙
を設けた構造とすることができる。

【００３６】前記接合パッドの高さを高くする方法とし
て、前記圧電体の形状を、前記すだれ状電極部が接合パ
ッド部分より低くなっている凹形状とした。これによ
り、前記すだれ状電極と前記回路基板との間に空隙を設
けた構造とすることができた。

【００３７】また、前記接合パッドの金属層の厚みが、
前記すだれ状電極の金属層の厚みより厚くした。これに
より、前記すだれ状電極と前記回路基板との間に空隙を
設けた構造とすることができた。また、めっきプロセス
によりこれを行うため、パッドの寸法精度を高くするこ
とができた。分解能を向上した場合でも、精度良く回路
基板を実装することができるようになった。

【００３８】また、前記接合パッドに金属コアを形成
し、その周囲にはんだ、導電性接着剤を塗布することに
より、前記接合パッドの高さを前記すだれ状電極の高さ
より高くした。これにより、前記すだれ状電極と前記回
路基板との間に空隙を設けた構造とすることができた。
また、前記接合パッドの厚みを簡易に、短時間で増すこ
とができるようになった。従って、サイクルタイムを変
えずに、感度の高いタッチパネルを製造することが可能
となった。

【００３９】以上の構造により、前記圧電体の接合パッ
ドでのみ前記回路基板と固着しているため、すだれ状電
極で励振、もしくは、受信した超音波の強度を低下する
ことがなくなる。従って、前記伝搬基板に伝搬する超音
波の強度が低下せず、また、超音波を受信した際に得ら
れる電気信号が小さくなることがなくなる。そのため、
前記回路基板を実装した際の検出感度は、従来と比較し
て向上するようになった。それと同時に、消費電力の低
下を抑えられ、各種の携帯機器や表示装置に適したタッ
チパネルを提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例１のタッチパネルの圧電体
での断面図である。

【図２】本発明による実施例２のタッチパネルの圧電体
での断面図である。

【図３】本発明による実施例３のタッチパネルの圧電体
での断面図である。

【図４】従来のタッチパネルの上面図である。

【図５】従来のタッチパネルに固着される圧電体の上面
図である。

【図６】従来のタッチパネルの圧電体での断面図であ
る。

【符号の説明】

１超音波伝搬基板２圧電体２ａ送信用圧電体２ｂ受信用圧電体３接合パッド４すだれ状電極５回路基板６配線７はんだ８コア９超音波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村文雄千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地株式会社エスアイアイ・アールディセンター内 (72)発明者北島秀樹千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地株式会社エスアイアイ・アールディセンター内 (72)発明者新荻正隆千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者戸田耕司神奈川県横須賀市二葉１丁目49番18号Ｆターム(参考） 5B087 AA03 AE09 CC13 CC16 CC31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非圧電性である超音波伝搬基板（以後、
伝搬基板とする）と、圧電体と、前記圧電体に接続され
る回路基板とから成り、前記圧電体は前記伝搬基板の各
辺に沿って、前記伝搬基板上面に配列されており、前記
圧電体表面にはすだれ状電極と、すだれ状電極の電位を
取出す働きをする２つの接合パッドが前記すだれ状電極
の両側に形成されており、前記接合パッドが前記回路基
板の配線と接続されて成るタッチパネルにおいて、前記
圧電体上面の前記接合パッド以外の部位と前記回路基板
との間に空隙を設けた構造であることを特徴とするタッ
チパネルの実装構造。
【請求項２】前記接合パッドの高さがすだれ状電極の
高さより高くなっていることを特徴とする請求項１記載
のタッチパネルの実装構造。
【請求項３】前記圧電体の形状が、前記圧電体上面の
前記接合パッド以外の部位が、接合パッド部分より低く
なっている凹形状であることを特徴とする請求項２記載
のタッチパネルの実装構造。
【請求項４】前記接合パッドの金属層の厚みが、前記
すだれ状電極の金属層の厚みより厚いことを特徴とする
請求項２記載のタッチパネルの実装構造。
【請求項５】前記接合パッドに、コアとして前記接合
パッドより断面積が小さい金属柱を形成した後、前記コ
ア周囲に、はんだ、導電性接着剤を塗布することによ
り、前記接合パッドの高さが前記すだれ状電極の高さよ
り高いことを特徴とする請求項２記載のタッチパネルの
実装構造。