JP2004241358A

JP2004241358A - Substrate embedded touch sensor and its manufacturing method

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Publication number: JP2004241358A
Application number: JP2003032279A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Goto; 祥文後藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize the whole by integrating the mechanism of a detecting part (an operating part) and the circuit board composing a detecting circuit. <P>SOLUTION: A substrate embedded touch sensor 1 is structured by embedding a detecting circuit 5 composed of a plurality of electronic parts 4 as well as embedding a temperature sensor element 3 on a surface layer side of a multilayered wiring board main body 2 equipped with conductor patterns and inter-layer connecting conductor portions between multilayered insulating layers 8. A light-emitting element 6 is embedded near the temperature sensor 3. In manufacturing the sensor 1, a base material forming step of forming base materials provided with the necessary patterns and the connecting conductor portions necessary for a film made of thermoplastic resin to be the insulating layer 8; a laminating step of vertically laminating a plurality of base materials in the state that the temperature sensor 3, the light-emitting element 6 and each electronic part 4 constituting the detecting circuit 5 are disposed at prescribed positions between the base materials; and a heat-press step of integrally heat-pressing the laminated materials are performed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板にタッチセンサを一体化した基板組込型タッチセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば各種機器の操作パネルやオン・オフスイッチなどに、人間の手指の接触を検知するタッチセンサを用いることが行われている。この種のタッチセンサ装置としては、光学式のものや抵抗膜式のものなどがある。
【０００３】
そのうち光学式のタッチセンサ装置では、樹脂製のパネルの表面に、一方側からフォトダイオードにより赤外光を発し、反対方向でフォトトランジスタによりその光を受け、それに接続される検知回路によってその光の大きさを検出することにより、人間の指でその光路が遮られているかを検知するものである。また、抵抗膜式のタッチセンサ装置では、ガラス基板内に形成された抵抗膜の抵抗値変化量を、それに接続された検知回路が検出することに基づき、人間の指が接触している位置を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のタッチセンサ装置では、いずれも、人がタッチ操作する検知箇所（操作部）の機構部品（ガラス製や樹脂製のパネル）と、センサの信号を処理する検知回路を構成する回路基板とを別体に必要とするため、全体が大型化して搭載スペースが大きくなる不具合があり、また、生産性やコスト面でも劣るものとなっていた。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、検知箇所（操作部）の機構部品と、検知回路を構成する回路基板とを一体化することができ、全体の小型化を図ることができる基板組込型タッチセンサ、及び、そのような基板組込型タッチセンサを容易に製造することができる基板組込型タッチセンサの製造方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂といった結晶転移型の熱可塑性樹脂製のフィルムを用いた多層配線基板の製造方法を開発してきている。このような熱可塑性樹脂は、例えば２００℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となり（さらに高い温度（約４００℃）では溶解する）、また、高温から温度低下する際には、２００℃付近でも硬質を保つ性状を呈するものとなっている（図４参照）。
【０００７】
このため、このような熱可塑性樹脂製のフィルムに導体パターンや層間接続導体部を形成した基材を積層し、一括して約２００℃で熱プレスすることにより、多層配線基板を容易に製造することができる。また、このような製造方法を用いることにより、例えば数十層もの多層のものを一括して製造できて生産性が大幅に向上すると共に、熱硬化性樹脂を用いた場合と比較して寸法精度に優れる、リサイクル性にも優れるなどの多大なメリットを得ることができる。
【０００８】
本発明者は、このような多層配線基板の製造方法の応用により、多層配線基板本体内に、接触検知用のセンサ素子や、検知回路を構成する各種電子部品を、埋込んだ形態で設けることができ、またこの場合、前記センサ素子を、多層配線基板本体の表面側に位置して埋込むことにより、センサ素子の表層部に位置する一層あるいは少数層からなる絶縁層はごく薄く、軟質であるので、その表層部を介して人間の指が触れたかどうかを検知することが可能となることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【０００９】
即ち、本発明の請求項１の基板組込型タッチセンサは、多層配線基板本体の表面側に位置して、表層部の絶縁層を介して人間の指が触れたかどうかを検知するためのセンサ素子を埋込むと共に、内部に、前記センサ素子の信号を処理する検知回路を組込んだところに特徴を有する。これによれば、多層配線基板本体に、センサ素子及び検知回路を一体的に組込むことによって、従来では分離されていた検知箇所（操作部）の機構部品と検知回路を構成する回路基板とを、一つの多層配線基板に集約することができる。この結果、全体の小型化を図ることができると共に、生産性やコスト面の向上も図ることができる。
【００１０】
この場合、前記表層部の絶縁層を、ある程度の透光性を有したものとすることができるので、多層配線基板本体の表面側に位置して、表層部の絶縁層を透過して明輝する発光素子を埋込み、検知回路からの検知信号に基づいて動作（点灯）させるように構成することができる（請求項２の発明）。これによれば、発光素子をも一体に組込むことができ、特別な構成を設けることなく明輝部を容易に設けることができ、例えば、多層配線基板本体の表面の操作部つまりセンサ素子対応部にタッチされたときにその発光素子を点灯させてその旨を知らせるといったことができる。
【００１１】
上記センサ素子としては、人間の指が触れることを検知できるものであれば、光学式など様々なタイプ（検知方式）のものを採用できるが、人間の指が触れることによる温度変化を検出する温度センサ素子から構成することができる（請求項３の発明）。また、多層配線基板本体の表面に、タッチ位置を示すための印刷を容易に設けることができる（請求項４の発明）。さらには、多層配線基板に用いられるフィルム（基材）は、積層枚数が少なければフレキシブルな状態となるので、多層配線基板本体に、外部機器との接続のために導出されるフレキシブルな入出力用端子部を一体的に設けることも容易である（請求項５の発明）。
【００１２】
そして、本発明の請求項６の基板組込型タッチセンサの製造方法は、上記した基板組込型タッチセンサを製造する方法にあって、基材を形成する基材形成工程、基材を積層する積層工程、熱プレス工程を含み、積層工程において、多数枚の基材間の所定位置に、センサ素子及び検知回路を構成する電子部品を配置することにより、センサ素子及び検知回路を多層配線基板本体内に埋込んだ形態に設けるところに特徴を有する。
【００１３】
これによれば、熱可塑性樹脂のフィルムを主体とした基材を複数枚積層する際に、基材間の所定位置にセンサ素子及び検知回路を構成する電子部品を配置し、熱プレスを行うことにより、多層配線基板本体に、表面側に位置してセンサ素子を埋込むと共に、内部に検知回路を組込んだ形態基板組込型タッチセンサを製造することができる。そして、積層工程において、センサ素子及び電子部品を所定位置に配置することによって、センサ素子及び検知回路を一体的に組込んだ形態に設けることができるので、工程を特に複雑化することなく済ませることができ、製造が容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。
まず、図１及び図２は、本実施例に係る基板組込型タッチセンサ１の構成を示すもので、図１は、要部の断面構成を概略的（模式的）に示し、図２は、基板組込型タッチセンサ１の表面の外観構成（印刷の様子）を示している。尚、本実施例では、基板組込型タッチセンサ１を、例えば電話装置や設備機器の操作盤（テンキー）に適用している。
【００１５】
図１に示すように、基板組込型タッチセンサ１は、例えば矩形板状をなす多層配線基板本体２に、人間の指が触れたかどうかを検知するためのセンサ素子としての温度センサ素子３を埋込むと共に、複数個の電子部品（チップ部品）４を備え前記温度センサ素子３の信号を処理する検知回路５を組込んで構成される。また、本実施例では、多層配線基板本体２には、発光素子６も埋込まれた形態で設けられる。さらに本実施例では、前記多層配線基板本体２には、フレキシブルな入出力端子部７が一体的に設けられる。
【００１６】
前記多層配線基板本体２は、後述する熱可塑性樹脂材料からなる多数の絶縁層８を積層して構成されており、その表面（本実施例では下面）及び各絶縁層８間には、便宜上図３にのみ示すように、例えば銅箔からなる導体パターン９が形成されていると共に、要所に層間の導体パターン９を電気的に接続する層間接続導体部１０（図３（ｇ）参照）が設けられている。尚、実際には、絶縁層８の層数は、十数層〜数十層にもなるが、ここでは便宜上７層で図示している。また、これも便宜上、前記温度センサ素子３、各電子部品４、発光素子６の厚み寸法を、絶縁層８の１層分の厚みにほぼ等しいものとしている。
【００１７】
前記温度センサ素子３は、例えば、温度によって抵抗値が変化する性状を呈するサーミスタからなり、この場合多層配線基板本体２内の図で表面（上面）から２層目の絶縁層８部分に配置されている。つまり、温度センサ素子３は、多層配線基板本体２の表面側に位置して、表層の一層分の絶縁層８を介した状態で埋込まれており、多層配線基板本体２の表面の操作部２ａ（温度センサ素子３に対応する部分）に人間の指Ｆが触れたときに、表層部の絶縁層８を介してその温度変化を検知するようになっている。
【００１８】
また、前記発光素子６は、例えば発光ダイオードからなり、前記温度センサ素子３と隣り合うようにして、多層配線基板本体２内の図で表面から２層目の絶縁層８部分に配置されている。これにて、発光素子６がオン（点灯）されると、表層の一層分の絶縁層８を透過して、多層配線基板本体２の表面の明輝部（前記操作部２ａにほぼ一致する）を明輝させるようになっている。
【００１９】
このとき、詳しく図示はしないが、多層配線基板本体２には、これら温度センサ素子３と発光素子６とのペアが、縦４列、横３列の計１２組設けられており、図２に示すように、表面に１２個の操作部２ａを有した操作盤（テンキー）として用いられるようになっている。この場合、多層配線基板本体２の表面には、タッチ位置（各操作部２ａ）を示すための印刷１１が施されている。この印刷１１は、各操作部２ａに対応した１２個の押ボタン中に、「０〜９」の１０個の数字及び「＊」，「＃」の文字を夫々記して構成されている。
【００２０】
そして、前記検知回路５は、詳しく図示はしないが、前記複数個の電子部品４を前記導体パターン９及び層間接続導体部１０により接続して構成され、この検知回路５には、前記温度センサ素子３及び発光素子６が、導体パターン９及び層間接続導体部１０を介して接続されている。これにて、温度センサ素子３からの信号を検知回路５により処理することによって、操作部２ａにおけるタッチ操作の有無及びタッチ位置が検知され、また、検知回路５からの検知信号に基づいて各操作部２ａ（タッチ位置）に対応した発光素子６が点灯されるようになっているのである。
【００２１】
また、図１に示すように、前記入出力端子部７は、図示しない接続用の導体パターンを有し、この場合、多層配線基板本体２の積層方向中間部（図で表層から３層目）の絶縁層８から、図で右方に一体に延びて設けられており、前記検知回路５は、この入出力端子部７を介して外部機器（例えばマイコン等）に接続されるようになっている。これにて、基板組込型タッチセンサ１は、入出力端子部７を介して外部より動作電力の供給を受けることができると共に、前記検知回路５から外部機器に検知信号を出力することができるようになっているのである。
【００２２】
さて、上記構成の基板組込型タッチセンサ１を製造するための本実施例に係る製造方法について、図３、図４も参照して述べる。図３は、基板組込型タッチセンサ１を製造する手順を概略的に示しており、基板組込型タッチセンサ１を製造するにあたっては、まず、図３（ａ）〜（ｅ）に示すような基材１２を形成する基材形成工程が実行される。
【００２３】
この基材１２は、図３（ｅ）に示すように、前記多層配線基板本体２の各絶縁層８を構成する結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるフィルム１３上に、必要な導体パターン９を形成してなり、また、要所に層間接続導体部１０を構成するためのビアホール１３ａ（図３（ｃ）にのみ符号を付す）が形成されると共にそのビアホール１３ａ内に導電ペースト１４を充填して構成される。
【００２４】
このとき、前記フィルム１３は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂３５〜６５重量％と、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂３５〜６５重量％とを含んだ材料からなり（商品名「ＰＡＬ−ＣＬＡＤ」）、厚みが例えば２５〜７５ミクロンの、多層配線基板本体２の大きさに対応した矩形状をなしている。この樹脂材料は、図４に示すように、例えば２００℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となる（さらに高い温度（約４００℃）では溶解する）性状を呈し、また、高温から温度低下する際には、２００℃付近でも硬質を保つものとなっている。
【００２５】
この基材１２を製作するにあたっては、まず、図３（ａ）に示すようにフィルム１３の表面（上面）に貼付けられた導体箔この場合例えば厚さ１８ミクロンの銅箔１５に対して、エッチングにより導体パターン９を形成する工程が実行される。図３（ｂ）に示すように、この導体パターン９の形成後、フィルム１３の裏面（下面）には、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）製の保護フィルム１６が貼付される。
【００２６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、保護フィルム１６側からの例えば炭酸ガスレーザの照射により、フィルム１３の要所に導体パターン９を底面とする有底のビアホール１３ａを形成する工程が実行される。この場合、炭酸ガスレーザの出力及び照射時間の調整により、導体パターン９に穴が開かないようにしている。
尚、このビアホール１３ａの形成には、炭酸ガスレーザ以外にもエキシマレーザ等も使用可能である。また、ドリル加工等の機械的加工も可能であるが、微細な穴を開けるためには、レーザ加工が望ましい。
【００２７】
引続き、図３（ｄ）に示すように、前記ビアホール１３ａ内に、導電ペースト１４を充填する工程が実行される。この導電ペースト１４は、銅、銀、スズ等の金属粒子に、バインダ樹脂や有機溶剤を加えて混練してペースト状としたものであり、例えばメタルマスクを用いたスクリーン印刷によりビアホール１３ａ内に印刷充填される。導電ペースト１４の充填後、図３（ｅ）に示すように、フィルム１３から保護フィルム１６が剥がされ、基材１２が完成する。尚、図示はしないが、基材１２のうち前記入出力端子部７に連続する絶縁層８に対応するものについては、入出力端子部７となる部分を一体に設けて構成される。
【００２８】
次に、上記のようにして形成された複数枚の基材１２を、多層配線基板１の最終形態に応じた形態に上下に積層する積層工程が実行される。この積層工程においては、図３（ｆ）に示すように、多数枚（図では便宜上７枚）の基材１２が、導体パターン９を下にして（図３（ｅ）とは上下反転した状態で）上下に積層されるのであるが、このとき、基材１２間の所定位置に、前記温度センサ素子３、発光素子６（図３では図示せず）、検知回路５を構成する各電子部品４が配置される。
【００２９】
この場合、温度センサ素子３や電子部品４などは、その各電極端子が導体パターン９あるいは層間接続導体部１０（導電ペースト１４）に接触するように位置合せされることは勿論である。その際、電極端子に導電ペースト１４を塗布しておくこともできる。また、前記基材１２（フィルム１３）には、予めそれら部品が配置される部位に位置して切欠穴が設けられるようになっている。更に、この積層の際には、最下層を構成する基材１２の下面（導体パターン９の露出面）側には、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）製のフィルムからなるカバーレイヤ１６が配置されるようになっている。このカバーレイヤ１６は、例えば弾性率が１〜１０００ＭＰａのものが使用される。
【００３０】
そして、上記した積層物を一括して熱プレスする工程が実行される。この熱プレス工程では、上記積層物が図示しない真空加圧プレス機にセットされ、例えば２００〜３５０℃に加熱されながら、０．１〜１０Ｍｐａの圧力で上下方向に加圧される。このとき、上記各基材１２を構成するフィルム１３は、図４に示すような温度に対する弾性率変化を生ずるので、この熱プレスの工程により、各フィルム１３が熱により一旦軟化した状態で加圧されることによって相互に融着し、その後結晶化（硬化）して一体化するようになる。
【００３１】
これにて、図３（ｇ）に示すように、多層の絶縁層８間に導体パターン９が埋込まれると共に、ビアホール１３ａ内の導電ペースト１４が硬化して層間接続導体部１０が形成されるようになる。これと共に、温度センサ素子３、発光素子６、検知回路５を構成する各電子部品４が、多層配線基板本体２（絶縁層８）内の所定位置に埋込まれるようになるのである。また、入出力端子部７が多層配線基板本体２の側方に導出された形態に一体に設けられる。
【００３２】
尚、この熱プレス工程後、前記カバーレイヤ１６が多層配線基板本体２から取外される。また、多層配線基板本体２の表面に、図２に示すような印刷１１が施され、もって、図１に示す基板組込型タッチセンサ１が構成される。さらには、多層配線基板本体２の裏面（下面）側に、必要に応じて他の電子部品を実装することもできる。
【００３３】
上記構成の基板組込型タッチセンサ１においては、その表面部が図２に示すように操作盤（テンキー）として機能し、１２個の操作部２ａのうちいずれかが指Ｆでタッチ操作されると、指Ｆの体温による温度変化が表層の絶縁層８を介して温度センサ素子３により検知される。そして、温度センサ素子３からの信号が検知回路５に入力されて処理されることにより、操作部２ａにおけるタッチ操作の有無及びタッチ位置が検知され、検知信号として外部機器に出力されると共に、その検知回路５からの信号に基づいて該当する（タッチ操作された）操作部２ａに対応した発光素子６が点灯され、表層の絶縁層８を透過して当該操作部２ａが明輝する（図１では「５」の操作部２ａが明輝した様子を示す）。
【００３４】
この場合、多層配線基板本体２の表面側に位置して、表層部の絶縁層８を介して人間の指が触れたかどうかを検知するための温度センサ素子３を埋込むと共に、内部に、温度センサ素子３の信号を処理する検知回路５を一体的に組込んだので、従来では分離されていた検知箇所（操作部）の機構部品と検知回路を構成する回路基板とを、一つの多層配線基板に集約することができた。この結果、本実施例の基板組込型タッチセンサ１によれば、全体の小型化を図ることができると共に、生産性やコスト面の向上も図ることができるという優れた効果を得ることができる。
【００３５】
しかも、特に本実施例では、多層配線基板本体２の表面側に位置して、表層部の絶縁層８を透過して明輝する発光素子６を一体的に埋込み、検知回路５からの検知信号に基づいて動作（点灯）させるように構成したので、特別な構成を設けることなく明輝部を容易に設けることができ、さらには、多層配線基板本体２に、外部機器との接続のためのフレキシブルな入出力用端子部７を一体的に設けることも容易であるといった利点も得ることができる。
【００３６】
そして、本実施例の基板組込型タッチセンサ１の製造方法によれば、熱可塑性樹脂のフィルム１３を主体とした基材１２を複数枚積層する際に、基材１２間の所定位置に温度センサ素子３や発光素子６、検知回路５を構成する複数個の電子部品４を配置し、熱プレスを行うことにより、多層配線基板本体２（絶縁層８）内にそれら部品３，６，４を埋込んだ形態で設けることができた。この場合、工程を特に複雑化することなく済ませることができ、基板組込型タッチセンサ１を容易に製造することができるものである。
【００３７】
図５は、本発明の他の実施例を示すものであり、本実施例に係る基板組込型タッチセンサ２１を、例えばモータ駆動用のオン・オフスイッチに適用したものである。この基板組込型タッチセンサ２１は、多層配線基板本体２２の表面に、オン及びオフの２箇所の操作部２２ａを有して構成されている。このとき多層配線基板本体２２の表面には、タッチ位置（各操作部２２ａ）を示すための印刷２３が施されている。この印刷２３は、各操作部２２ａに対応した２個の押ボタン中に、「ＯＮ」、「ＯＦＦ」の文字を夫々記して構成されている。
【００３８】
詳しい図示は省略するが、この基板組込型タッチセンサ２１にあっても、熱可塑性樹脂材料からなる多数の絶縁層８を積層し更に導体パターン９や層間接続導体部１０を有して構成された多層配線基板本体２２に、人間の指が触れたかどうかを検知するためのセンサ素子を左右２箇所に位置して埋込むと共に、複数個の電子部品を備え前記各センサ素子の信号を処理する検知回路を組込んで構成される。また、これも図示はしないが、本実施例においても、前記各センサ素子に隣り合って発光素子が埋込まれた形態で設けられている。
【００３９】
さらに、本実施例では、基板組込型タッチセンサ２１は、前記多層配線基板本体２２に一体に設けられたフレキシブルな入出力端子部２４を介して、外部機器としてのモータ駆動回路２５に接続されている。これにて、センサ素子からの信号を検知回路により処理することによって、操作部２２ａにおけるタッチ操作の有無及びタッチ位置が検知され、モータ制御信号としてモータ駆動回路２５に入力されるようになっている。また、検知回路からの検知信号に基づいて各操作部２２ａ（タッチ位置）に対応した発光素子が点灯されるようになっている。
【００４０】
そして、この基板組込型タッチセンサ２１も、上記実施例と同様に、熱可塑性樹脂からなるフィルムに必要な導体パターン及び層間接続導体部を設けた基材を形成する基材形成工程、複数枚の基材をそれら基材間の所定位置に、センサ素子、発光素子、検知回路を構成する各電子部品を配置した状態で上下に積層する積層工程、積層物を一括して熱プレスする熱プレス工程が実行されることにより製造されるようになっている。
【００４１】
このような基板組込型タッチセンサ２１においても、上記実施例と同様に、従来では分離されていた検知箇所（操作部２２ａ）の機構部品と検知回路を構成する回路基板とを、一つの多層配線基板本体２２に集約することができ、この結果、全体の小型化を図ることができると共に、生産性やコスト面の向上も図ることができる。また、工程を特に複雑化することなく済ませることができ、基板組込型タッチセンサ２１を容易に製造することができるものである。
【００４２】
尚、上記実施例では、人間の指が触れたことを検知するためのセンサ素子として温度センサ素子３を採用したが、それ以外でも各種のセンサ素子を採用することができる。また、上記各実施例では絶縁層８（基材１２のフィルム１３）を構成する結晶転移型の熱可塑性樹脂として、ＰＥＥＫ樹脂とＰＥＩ樹脂とを混合したものを採用したが、ＰＥＥＫ樹脂単体、あるいはＰＥＩ樹脂単体、さらにはそれらにフィラーを添加したもの等を採用することも可能である。
【００４３】
その他、上記各実施例では、多層配線基板本体内に発光素子を埋め込んで操作部を明輝させるように構成するようにしたが、明輝部を操作部とは離れた位置に設けるようにしても良く、また、発光素子は必ずしも設けなくても良い。あるいは、操作部のタッチ操作を検出した際に外部のブザーを鳴動させるように構成しても良い。さらには、基板組込型タッチセンサの用途としても様々な変形例が考えられる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、基板組込型タッチセンサの要部の概略的な縦断面図
【図２】印刷の様子を示すための基板組込型タッチセンサの平面図
【図３】基板組込型タッチセンサの製造手順を説明するための図
【図４】結晶転移型の熱可塑性樹脂の温度変化と弾性率との関係を示す図
【図５】本発明の他の実施例を示すもので、基板組込型タッチセンサをオン・オフスイッチに適用した様子を示す平面図
【符号の説明】
図面中、１，２１は基板組込型タッチセンサ、２，２２は多層配線基板本体、２ａ，２２ａは操作部、３は温度センサ素子（センサ素子）、４は電子部品、５は検知回路、６は発光素子、７，２４は入出力端子部、８は絶縁層、９は導体パターン、１０は層間接続導体部、１１，２３は印刷、１２は基材、１３はフィルム、２５はモータ駆動回路（外部機器）、Ｆは指を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a touch sensor integrated into a board, in which a touch sensor is integrated with a multilayer wiring board, and a method for manufacturing the touch sensor.
[0002]
[Prior art]
For example, a touch sensor that detects contact of a human finger is used for an operation panel or an on / off switch of various devices. Examples of this type of touch sensor device include an optical type and a resistive type.
[0003]
Among them, in the optical touch sensor device, infrared light is emitted from a photodiode on one surface of a resin panel, the light is received by a phototransistor in the opposite direction, and the light is received by a detection circuit connected thereto. By detecting the size, it is detected whether the optical path is blocked by a human finger. In a resistive touch sensor device, the position where a human finger is in contact is determined based on a change in the resistance of a resistive film formed in a glass substrate detected by a detection circuit connected thereto. It is to detect.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional touch sensor devices, all of them constitute a mechanical component (a glass or resin panel) at a detection position (operation unit) where a human touches and a detection circuit that processes a sensor signal. Since the circuit board is required separately, there is a problem that the whole becomes large and a mounting space becomes large, and productivity and cost are also inferior.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to integrate a mechanical component of a detection portion (operation unit) and a circuit board constituting a detection circuit, thereby reducing the overall size. It is an object of the present invention to provide a touch sensor with a built-in substrate and a method of manufacturing a touch sensor with a built-in substrate that can easily manufacture such a touch sensor with a built-in substrate.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present applicant has developed a method for manufacturing a multilayer wiring board using a film made of a crystal transition type thermoplastic resin such as a polyetheretherketone (PEEK) resin or a polyetherimide (PEI) resin. Such a thermoplastic resin becomes soft at, for example, about 200 ° C., but becomes hard at lower and higher temperatures (dissolves at a higher temperature (about 400 ° C.)). Has a property of maintaining its hardness even at around 200 ° C. (see FIG. 4).
[0007]
Therefore, a multilayer wiring board can be easily manufactured by laminating a base material having a conductor pattern and an interlayer connection conductor portion on such a thermoplastic resin film and hot-pressing at about 200 ° C. collectively. be able to. In addition, by using such a manufacturing method, for example, a multilayer of several tens of layers can be manufactured at a time, productivity is greatly improved, and dimensional accuracy is improved as compared with a case where a thermosetting resin is used. It is possible to obtain great merits such as excellent recyclability and excellent recyclability.
[0008]
By applying such a method for manufacturing a multilayer wiring board, the present inventor provides a sensor element for contact detection and various electronic components constituting a detection circuit in an embedded form in a multilayer wiring board body. In this case, by embedding the sensor element on the surface side of the multilayer wiring board main body, the insulating layer consisting of one or a few layers located on the surface layer of the sensor element is extremely thin and flexible. Therefore, the present inventors have confirmed that it is possible to detect whether or not a human finger has touched through the surface layer, and have accomplished the present invention.
[0009]
That is, the substrate-embedded touch sensor according to claim 1 of the present invention is a sensor for detecting whether or not a human finger has touched the surface of the multilayer wiring board body via the insulating layer of the surface layer portion. It is characterized in that the element is embedded and a detection circuit for processing the signal of the sensor element is incorporated therein. According to this, by integrating the sensor element and the detection circuit into the multilayer wiring board main body, the mechanical parts of the detection part (operation part) and the circuit board constituting the detection circuit, which have been conventionally separated, can be formed. It can be integrated into one multilayer wiring board. As a result, the overall size can be reduced, and the productivity and cost can be improved.
[0010]
In this case, since the insulating layer in the surface layer portion can have a certain degree of translucency, it is located on the front surface side of the multilayer wiring board body and shines through the insulating layer in the surface layer portion. The light emitting element can be embedded so as to operate (light) based on a detection signal from the detection circuit (the invention of claim 2). According to this, the light emitting element can also be incorporated integrally, and the bright portion can be easily provided without providing a special configuration. For example, the operating portion on the surface of the multilayer wiring board body, that is, the sensor element corresponding portion When touched, the light-emitting element is turned on to notify that effect.
[0011]
As the sensor element, various types (detection methods) such as an optical type can be adopted as long as the sensor element can detect the touch of a human finger. It can be constituted by a sensor element (the invention of claim 3). Further, printing for indicating the touch position can be easily provided on the surface of the multilayer wiring board main body (the invention of claim 4). Furthermore, since the film (substrate) used for the multilayer wiring board is in a flexible state if the number of laminated layers is small, the flexible input / output for connecting to the external device is connected to the multilayer wiring board body. It is also easy to provide the terminal unit integrally (the invention of claim 5).
[0012]
A method of manufacturing a touch sensor with a built-in substrate according to claim 6 of the present invention is a method of manufacturing a touch sensor with a built-in substrate according to the above-described method. In the laminating step, electronic components constituting the sensor element and the detecting circuit are arranged at predetermined positions between a plurality of base materials, thereby forming the sensor element and the detecting circuit on a multilayer wiring board. The feature is that it is provided in a form embedded in the main body.
[0013]
According to this, when laminating a plurality of substrates mainly composed of a thermoplastic resin film, electronic components constituting a sensor element and a detection circuit are arranged at predetermined positions between the substrates, and hot pressing is performed. Accordingly, it is possible to manufacture a form-substrate-integrated touch sensor in which a sensor element is buried on the surface side and embedded with a detection circuit in the multilayer wiring board body. In the laminating step, by disposing the sensor element and the electronic component at predetermined positions, the sensor element and the detection circuit can be provided in a form in which the sensor element and the detection circuit are integrated, so that the step is not particularly complicated. And manufacturing becomes easy.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 1 and FIG. 2 show a configuration of a touch sensor 1 incorporated in a substrate according to the present embodiment. FIG. 1 schematically (schematically) shows a cross-sectional configuration of a main part, and FIG. 1 shows an external configuration (printing state) of the surface of a touch sensor 1 incorporated in a substrate. In this embodiment, the board-embedded touch sensor 1 is applied to, for example, an operation panel (numeric keypad) of a telephone device or equipment.
[0015]
As shown in FIG. 1, a substrate-embedded touch sensor 1 includes, for example, a temperature sensor element 3 as a sensor element for detecting whether or not a human finger has touched a multilayer wiring board main body 2 having a rectangular plate shape, for example. It is embedded and includes a detection circuit 5 that includes a plurality of electronic components (chip components) 4 and that processes signals of the temperature sensor element 3. In the present embodiment, the light emitting element 6 is provided in the multilayer wiring board body 2 in a buried form. Further, in this embodiment, a flexible input / output terminal portion 7 is provided integrally with the multilayer wiring board main body 2.
[0016]
The multilayer wiring board main body 2 is formed by laminating a large number of insulating layers 8 made of a thermoplastic resin material to be described later, and the surface thereof (the lower surface in this embodiment) and the space between the insulating layers 8 are illustrated for convenience. As shown only in FIG. 3, a conductor pattern 9 made of, for example, copper foil is formed, and an interlayer connection conductor portion 10 (see FIG. 3 (g)) for electrically connecting the conductor pattern 9 between the layers is formed at a key position. Is provided. In practice, the number of insulating layers 8 may be as many as ten to several tens, but here, seven layers are shown for convenience. Also, for the sake of convenience, the thickness dimensions of the temperature sensor element 3, each electronic component 4, and the light emitting element 6 are substantially equal to the thickness of one layer of the insulating layer 8.
[0017]
The temperature sensor element 3 is composed of, for example, a thermistor exhibiting a property of changing the resistance value depending on the temperature. In this case, the temperature sensor element 3 is arranged in the insulating layer 8 of the second layer from the surface (upper surface) in the diagram of the multilayer wiring board main body 2. ing. That is, the temperature sensor element 3 is located on the surface side of the multilayer wiring board main body 2 and is embedded with the insulating layer 8 of one surface layer interposed therebetween. When a human finger F touches 2a (a portion corresponding to the temperature sensor element 3), a temperature change is detected via the insulating layer 8 in the surface layer.
[0018]
The light-emitting element 6 is made of, for example, a light-emitting diode, and is disposed adjacent to the temperature sensor element 3 in the insulating layer 8 at the second layer from the surface in the drawing in the multilayer wiring board body 2. . Thus, when the light-emitting element 6 is turned on (lit), the light-emitting element 6 penetrates through one insulating layer 8 on the surface layer to form a bright portion (substantially coincident with the operation portion 2a) on the surface of the multilayer wiring board main body 2. It is designed to brighten.
[0019]
At this time, although not shown in detail, the multilayer wiring board main body 2 is provided with a total of twelve pairs of the temperature sensor elements 3 and the light emitting elements 6 in four rows and three rows, as shown in FIG. As shown, it is used as an operation panel (numeric keypad) having twelve operation units 2a on the surface. In this case, a print 11 for indicating a touch position (each operation unit 2a) is provided on the surface of the multilayer wiring board main body 2. The print 11 is configured by writing ten numbers “0 to 9” and characters “*” and “#” in twelve push buttons corresponding to each operation unit 2a.
[0020]
Although not shown in detail, the detection circuit 5 is configured by connecting the plurality of electronic components 4 by the conductor pattern 9 and the interlayer connection conductor portion 10. The detection circuit 5 includes the temperature sensor element. 3 and the light emitting element 6 are connected via the conductor pattern 9 and the interlayer connection conductor portion 10. Thus, by processing the signal from the temperature sensor element 3 by the detection circuit 5, the presence or absence of a touch operation and the touch position on the operation unit 2a are detected, and each operation is performed based on the detection signal from the detection circuit 5. The light emitting element 6 corresponding to the portion 2a (touch position) is turned on.
[0021]
Also, as shown in FIG. 1, the input / output terminal portion 7 has a conductor pattern for connection (not shown). In this case, an intermediate portion in the stacking direction of the multilayer wiring board main body 2 (the third layer from the surface layer in the figure) The detection circuit 5 is connected to an external device (for example, a microcomputer or the like) through the input / output terminal 7 from the insulating layer 8 of FIG. I have. Thus, the board-integrated touch sensor 1 can receive operation power from the outside via the input / output terminal unit 7 and can output a detection signal from the detection circuit 5 to an external device. It is like that.
[0022]
Now, a manufacturing method according to the present embodiment for manufacturing the substrate-embedded touch sensor 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 3 schematically shows a procedure for manufacturing the substrate-embedded touch sensor 1. In manufacturing the substrate-embedded touch sensor 1, first, as shown in FIGS. A base material forming step of forming a suitable base material 12 is executed.
[0023]
As shown in FIG. 3 (e), the substrate 12 is formed by forming a necessary conductor pattern 9 on a film 13 made of a crystal transition type thermoplastic resin constituting each insulating layer 8 of the multilayer wiring board main body 2. In addition, via holes 13a (designated only in FIG. 3C) for forming the interlayer connection conductor portion 10 are formed at important places, and the conductive paste 14 is filled in the via holes 13a. It is composed.
[0024]
At this time, the film 13 is made of a material containing, for example, 35 to 65% by weight of a polyetheretherketone (PEEK) resin and 35 to 65% by weight of a polyetherimide (PEI) resin (trade name “PAL-CLAD”). "), And has a rectangular shape corresponding to the size of the multilayer wiring board main body 2 having a thickness of, for example, 25 to 75 microns. As shown in FIG. 4, this resin material becomes soft at, for example, around 200 ° C., but becomes hard at lower and higher temperatures (dissolves at higher temperatures (about 400 ° C.)). Further, when the temperature is lowered from a high temperature, the hardness is maintained even at around 200 ° C.
[0025]
In manufacturing the base material 12, first, as shown in FIG. 3 (a), a conductor foil attached to the surface (upper surface) of the film 13, in this case, for example, a copper foil 15 having a thickness of 18 microns is etched. Thus, the step of forming the conductor pattern 9 is performed. As shown in FIG. 3B, after the formation of the conductor pattern 9, a protective film 16 made of, for example, polyethylene naphthalate (PEN) is attached to the back surface (lower surface) of the film 13.
[0026]
Next, as shown in FIG. 3C, a step of forming a bottomed via hole 13a having the conductor pattern 9 as a bottom surface at a key point of the film 13 by irradiating, for example, a carbon dioxide gas laser from the protective film 16 side is performed. You. In this case, by adjusting the output of the carbon dioxide gas laser and the irradiation time, holes are not formed in the conductor pattern 9.
Note that an excimer laser or the like can be used for forming the via hole 13a in addition to the carbon dioxide gas laser. In addition, mechanical processing such as drilling is also possible, but laser processing is desirable for making fine holes.
[0027]
Subsequently, as shown in FIG. 3D, a step of filling the via hole 13a with the conductive paste 14 is performed. The conductive paste 14 is a paste formed by adding a binder resin or an organic solvent to metal particles such as copper, silver, and tin, and kneading the paste. For example, the paste is printed in the via hole 13a by screen printing using a metal mask. Will be filled. After the filling of the conductive paste 14, as shown in FIG. 3E, the protective film 16 is peeled from the film 13, and the base material 12 is completed. Although not shown, the base material 12 corresponding to the insulating layer 8 continuous with the input / output terminal portion 7 is integrally provided with a portion serving as the input / output terminal portion 7.
[0028]
Next, a lamination step of vertically laminating the plurality of base materials 12 formed as described above in a form according to the final form of the multilayer wiring board 1 is performed. In this laminating step, as shown in FIG. 3 (f), a large number (seven in FIG. 3) of the base materials 12 are placed with the conductive pattern 9 down (upside down from FIG. 3 (e)). In this case, the electronic components constituting the temperature sensor element 3, the light emitting element 6 (not shown in FIG. 3), and the detection circuit 5 are provided at predetermined positions between the base materials 12. 4 are arranged.
[0029]
In this case, the temperature sensor element 3 and the electronic component 4 are, of course, aligned so that their respective electrode terminals are in contact with the conductor pattern 9 or the interlayer connection conductor 10 (conductive paste 14). At this time, the conductive paste 14 may be applied to the electrode terminals. The base material 12 (film 13) is provided with a notch at a position where the components are to be arranged in advance. Further, at the time of this lamination, a cover layer 16 made of, for example, a film made of polyethylene naphthalate (PEN) is arranged on the lower surface (the exposed surface of the conductor pattern 9) of the base material 12 constituting the lowermost layer. It has become. The cover layer 16 has, for example, an elastic modulus of 1 to 1000 MPa.
[0030]
Then, a step of hot-pressing the above-mentioned laminates at once is executed. In this hot press step, the laminate is set in a vacuum press machine (not shown), and is vertically pressed at a pressure of 0.1 to 10 Mpa while being heated to, for example, 200 to 350 ° C. At this time, the film 13 constituting each of the base materials 12 undergoes a change in elastic modulus with respect to temperature as shown in FIG. As a result, they are fused to each other and then crystallized (hardened) to be integrated.
[0031]
As a result, as shown in FIG. 3 (g), the conductor pattern 9 is embedded between the multilayer insulating layers 8, and the conductive paste 14 in the via holes 13a is cured to form the interlayer connection conductor portion 10. Become like At the same time, the electronic components 4 constituting the temperature sensor element 3, the light emitting element 6, and the detection circuit 5 are embedded at predetermined positions in the multilayer wiring board main body 2 (insulating layer 8). Further, the input / output terminal section 7 is integrally provided in a form of being led out to the side of the multilayer wiring board main body 2.
[0032]
After the heat pressing step, the cover layer 16 is removed from the multilayer wiring board main body 2. In addition, printing 11 as shown in FIG. 2 is performed on the surface of the multilayer wiring board main body 2, thereby forming the board-integrated touch sensor 1 shown in FIG. 1. Further, other electronic components can be mounted on the rear surface (lower surface) of the multilayer wiring board main body 2 as necessary.
[0033]
In the substrate-embedded touch sensor 1 having the above-described configuration, the surface portion functions as an operation panel (numeric keys) as shown in FIG. 2, and one of the twelve operation units 2 a is touch-operated with the finger F. Then, the temperature change due to the body temperature of the finger F is detected by the temperature sensor element 3 via the surface insulating layer 8. Then, the signal from the temperature sensor element 3 is input to the detection circuit 5 and processed, whereby the presence or absence and touch position of the touch operation on the operation unit 2a are detected, and output to an external device as a detection signal. Based on the signal from the detection circuit 5, the light emitting element 6 corresponding to the corresponding (touched) operation unit 2a is turned on, transmits through the insulating layer 8 on the surface layer, and the operation unit 2a shines (FIG. 1). This shows that the operation unit 2a of “5” shines brightly).
[0034]
In this case, the temperature sensor element 3 for detecting whether or not a human finger has touched the surface of the multilayer wiring board main body 2 via the surface insulating layer 8 is embedded, and the temperature sensor element 3 is internally provided. Since the detection circuit 5 for processing the signal of the sensor element 3 is integrated, the mechanical parts of the detection part (operation unit), which have been conventionally separated, and the circuit board constituting the detection circuit are connected by one multilayer wiring. It could be integrated on the substrate. As a result, according to the substrate-embedded touch sensor 1 of the present embodiment, it is possible to obtain an excellent effect that the overall size can be reduced and productivity and cost can be improved. .
[0035]
Moreover, in this embodiment, in particular, the light emitting element 6 which is located on the surface side of the multilayer wiring board main body 2 and shines through the insulating layer 8 in the surface layer portion is integrally embedded, and the detection signal from the detection circuit 5 is Since it is configured to be operated (lighted) based on the above, the bright portion can be easily provided without providing a special configuration. Further, the multilayer wiring board main body 2 has a flexible structure for connection with an external device. The advantage that it is easy to provide the input / output terminal portion 7 integrally can also be obtained.
[0036]
According to the manufacturing method of the substrate-integrated touch sensor 1 of the present embodiment, when a plurality of base materials 12 mainly composed of the thermoplastic resin film 13 are laminated, the temperature is set at a predetermined position between the base materials 12. A plurality of electronic components 4 constituting the sensor element 3, the light emitting element 6, and the detection circuit 5 are arranged and subjected to hot pressing, so that the components 3, 6, 4 Could be provided in an embedded form. In this case, the process is not particularly complicated, and the substrate-integrated touch sensor 1 can be easily manufactured.
[0037]
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, in which the substrate-embedded touch sensor 21 according to this embodiment is applied to, for example, an on / off switch for driving a motor. The board-embedded touch sensor 21 is configured to have two operation units 22 a on and off on the surface of the multilayer wiring board main body 22. At this time, a print 23 for indicating the touch position (each operation unit 22a) is provided on the surface of the multilayer wiring board main body 22. The print 23 is configured by writing “ON” and “OFF” characters in two push buttons corresponding to each operation unit 22a.
[0038]
Although not shown in detail, this substrate-embedded touch sensor 21 is also configured by laminating a large number of insulating layers 8 made of a thermoplastic resin material and further having a conductor pattern 9 and an interlayer connection conductor 10. Sensor elements for detecting whether or not a human finger has touched the multi-layered wiring board main body 22 are embedded at two locations on the left and right sides, and are provided with a plurality of electronic components to process signals from the sensor elements. It is configured by incorporating a detection circuit. Although not shown, the light emitting element is also provided in the present embodiment in such a manner that a light emitting element is embedded adjacent to each sensor element.
[0039]
Further, in the present embodiment, the board-embedded touch sensor 21 is connected to a motor drive circuit 25 as an external device via a flexible input / output terminal 24 provided integrally with the multilayer wiring board main body 22. ing. Thus, by processing the signal from the sensor element by the detection circuit, the presence / absence of a touch operation and the touch position on the operation unit 22a are detected, and are input to the motor drive circuit 25 as a motor control signal. . Further, a light emitting element corresponding to each operation section 22a (touch position) is turned on based on a detection signal from the detection circuit.
[0040]
The substrate-integrated touch sensor 21 also has a base material forming step of forming a base material provided with a conductor pattern and an interlayer connection conductor part necessary for a film made of a thermoplastic resin, similarly to the above-described embodiment. Laminating step of vertically laminating the base material in a state where the sensor element, the light emitting element, and the electronic components constituting the detection circuit are arranged at predetermined positions between the base materials, and a heat press for collectively hot pressing the laminate. It is manufactured by executing the process.
[0041]
In such a board-mounted touch sensor 21 as well, similarly to the above-described embodiment, the mechanical component of the detection part (the operation unit 22a) which has been conventionally separated and the circuit board constituting the detection circuit are formed by one multilayer. It is possible to concentrate on the wiring board main body 22, and as a result, it is possible to reduce the size of the whole and to improve productivity and cost. In addition, the process can be prevented from being particularly complicated, and the touch sensor 21 with a built-in substrate can be easily manufactured.
[0042]
In the above embodiment, the temperature sensor element 3 is used as a sensor element for detecting the touch of a human finger. However, various other sensor elements can be used. In each of the above embodiments, a mixture of a PEEK resin and a PEI resin is used as the crystal transition type thermoplastic resin constituting the insulating layer 8 (the film 13 of the base material 12). It is also possible to use a PEI resin alone, or a material obtained by adding a filler to them.
[0043]
In addition, in each of the above embodiments, the light emitting element is embedded in the multilayer wiring board main body so as to make the operation unit bright, but the bright portion may be provided at a position apart from the operation unit. Further, the light emitting element is not necessarily required. Alternatively, an external buzzer may be sounded when a touch operation of the operation unit is detected. Further, the present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the gist, for example, various modified examples can be considered as the application of the substrate-embedded touch sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is a schematic longitudinal sectional view of a main part of a touch sensor mounted on a substrate. FIG. 2 is a plan view of the touch sensor mounted on a substrate for showing a state of printing. FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing procedure of a touch sensor incorporated in a substrate. FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a temperature change and an elastic modulus of a crystal transition type thermoplastic resin. FIG. 10 is a plan view showing another embodiment, in which a touch sensor embedded in a substrate is applied to an on / off switch.
In the drawings, reference numerals 1 and 21 denote a touch sensor incorporated in a board, 2, 22 a main body of a multilayer wiring board, 2a and 22a an operation section, 3 a temperature sensor element (sensor element), 4 an electronic component, 5 a detection circuit, 6 is a light emitting element, 7 and 24 are input / output terminal portions, 8 is an insulating layer, 9 is a conductor pattern, 10 is an interlayer connection conductor portion, 11 and 23 are printed, 12 is a base material, 13 is a film, and 25 is a motor drive. The circuit (external device), F indicates a finger.

Claims

Positioned on the surface side of the multilayer wiring board body having a multilayer insulating layer made of a thermoplastic resin, and burying a sensor element for detecting whether a human finger has touched through the insulating layer of the surface layer,
A board built-in type touch sensor, wherein a detection circuit for processing a signal of the sensor element is built inside the multilayer wiring board body.

A light emitting element which is located on the surface side of the multilayer wiring board main body, operates based on a detection signal from the detection circuit, and shines through the insulating layer of the surface layer portion, is embedded therein. The touch sensor embedded in a substrate according to claim 1.

The substrate-embedded touch according to claim 1, wherein the sensor element includes a temperature sensor element that detects a temperature change due to a touch of a human finger through the insulating layer of the surface layer. Sensors.

The substrate-embedded touch sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a print for indicating a touch position is provided on a surface of the multilayer wiring board main body.

5. The multi-layer wiring board body according to claim 1, wherein a flexible input / output terminal portion led out for connection with an external device is integrally provided. 6. Touch sensor built into the board.

A method for manufacturing a substrate-embedded touch sensor according to claim 1,
A base material forming step of forming a base material provided with a surface conductor pattern and an interlayer connection conductor portion on a thermoplastic resin film constituting the insulating layer,
A laminating step of laminating a large number of the base materials,
Including a hot press step of integrating by heating and pressurizing the laminated base material at once,
In the laminating step, the sensor element and the detection circuit are embedded in the multilayer wiring board body by arranging electronic components constituting the sensor element and the detection circuit at predetermined positions between the multiple substrates. A method for manufacturing a substrate-integrated touch sensor, wherein the touch sensor is provided in an embedded form.