Betätigungsvorrichtung bzw. Schalter für elektronische Kleinstgeräte

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betätigungsorgan, insbesondere für elektrische und elektronische Kleinstgeräte gemäss dem Oberbegriff nach Anspruch 1, sowie eine Verwendung der Vorrichtung und ein Hörgerät mit einer Vorrichtung.

Bei Kleinstelektronikgeräten, wie beispielsweise Hörgeräten, werden sogenannte "Toggleswitches" und andere Schalter eingesetzt, um z.B. zwischen verschiedenen Programmen zu wählen, um die Lautstärke einzustellen oder um lediglich das Gerät ein- oder auszuschalten.

Bei einem sogenannten Toggleswitch ist in der Regel eine die Kontaktschalter überdeckende, flexible Membran, wie beispielsweise ein Silikonformteil, vorgesehen, mit einer speziell aufgebrachten, leitfähigen Schicht. Die Funktion dieses Silikonmembran-Formteiles besteht einerseits in der Abdichtung des Gehäuses gegen eindringende Feuchtigkeit und andererseits um die Schaltfunktionen auszulösen. Diese Technik ist ähnlich wie bei sehr einfachen Schaltmatten aus Gummi oder Silikon, wie beispielsweise angeordnet bei billigen Taschenrechnern. Der Vorteil dieser Technik ist, dass sie sehr einfach aufgebaut und anzuwenden ist. Neu ist lediglich, dass das Silikonformteil eine leitfähige Schicht aufweist.

Bei Geräten welche mit einer sogenannten "Toggle-Matte" ausgerüstet sind, treten im Gebrauch verschiedene Probleme auf. Ein Problem ist die nicht hermetische Abdichtung der Schaltkontakte gegen eindringende Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeiten, so dass je nach Verunreinigung der Flüssigkeit undefinierte Kriechströme zwischen den Schaltkontakten entstehen können. Dies führt einerseits zu einem erhöhten Leckstrom des Schaltkreises und somit zu einer eingeschränkten Batterie-Lebensdauer und anderseits zu unkontrollierten Schaltvorgängen. Ein weiteres Problem der erwähnten Technik besteht darin, dass das verwendete Silikon nicht dauerhaft gegen alle in elektronischen Kleinstgeräten, wie Hörgeräten, verwendeten bzw. auftretenden Flüssigkeiten resistent sind. Einmal eingedrungene Flüssigkeit, beispielsweise infolge Kapillarkräfte, kann zum Quellen des Silikons führen. Aus verschiedenen Beobachtungen bei Geräten, bei welchen sogenannten Toggle-Matten verwendet wurden ergaben, dass es sich in der Regel um Sonnenschutzmittel oder Hautcremes handelt, welches durch Personen, welche die elektronischen Kleinstgeräten betätigen, auf den Schalter übertragen. Das Quellen des Silikons oder der leitenden Beschichtung führt zu einem Unterbruch der leitfähigen Beschichtung, welche dadurch in ihrer Leitfähigkeit beeinträchtigt wird und diese gar verlieren kann. Die Folge ist, dass ein zuverlässiges Schalten nicht mehr garantiert ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin im Schaffen eines Schalters oder Potentiometers bzw. in einer Betätigungsvorrichtung, bei welcher die Schaltkontakte gegen eindringende Feuchtigkeit und andere Flüssigkeiten sowie gegen Verschmutzung geschützt sind, und welche Kontakte auf einfachste Art und Weise schaltbar sind.

Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe mittels einer Betätigungsvorrichtung gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 gelöst.

Vorgeschlagen wird eine Betätigungsvorrichtung bzw. ein Schalter für elektrische bzw. elektronische Kleinstgeräte, aufweisend mindestens zwei Schaltkontakte, welche über eine wenigstens einen der Kontakte überspannenden Membranaufdruck auf die Membran miteinander verbindbar sind, um einen Schaltvorgang auszulösen.

Mindestens einer der Kontakte ist in einer Randzone der Membran angeordnet, und mit dieser über ein elektrisch leitendes Polymer mit einer Leiterbahn verbunden, und der andere Kontakt ist durch die Membran derart überspannt, dass bei Nichtbetätigung der Vorrichtung bzw. der Membran diese bzw. die Leiterbahn vom anderen Kontakt beabstandet ist. Bei Betätigung bzw. bei Druck auf die Membran ist diese gegen den anderen Kontakt derart auslenkbar, so dass die Leiterbahn den anderen Kontakt berührt.

Die den anderen Kontakt überspannende Membran ist vorzugsweise derart federnd ausgebildet, dass bei Nichtbetätigung die Membran bzw. die dem anderen Kontakt zugewandete Leiterbahn von diesem beabstandet sind.

Beim leitfähigen Polymer handelt es sich vorzugsweise um einen anisotrop-elektrisch leitenden Klebstoff, wobei die Leitfähigkeit vorzugsweise aufgrund der Verwendung eines entsprechenden Füllstoffes im Polymer erzielt wird.

Zur Lösung des eingangs gestellten Problemes werden im Stand der Technik eine Reihe von Lösungsansätzen vorgeschlagen, wie insbesondere in den US-Patenten 4 375 018, 6 417 467, 5 463 692 und 5 990 425 sowie in den internationalen Anmeldungen 95/12207, WO 01/67843, der europäischen Patentanmeldung EP 0 311 233 und der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 31 382. Alle Vorschläge zielen darauf ab, möglichst nach aussen hermetisch abgeschlossene Schalter bzw. Schalteranordnungen vorzuschlagen, um die eingangs geschilderte Problematik bezüglich Feuchtigkeit bzw. eindringender Flüssigkeiten zu lösen. In keinem der angeführten Dokumente jedoch wir ein Lösungsansatz offenbart, welcher demjenigen der vorliegenden Erfindung entspricht. Durch die Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffes wird es möglich, einen Schalter bzw. eine Schaltanordnung oder ein Potentiometer vorzuschlagen, welches im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentlich einfachere Konstruktion aufweist bzw. in der Herstellung wesentlich einfacher ist.

Gemäss einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Membran allseitig gegenüber beispielsweise eindringender Feuchtigkeit durch Verwendung eines entsprechenden polymeren Materials, wie beispielsweise des elektrisch leitfähigen Klebstoffes, mit den darunter angeordneten Schaltergehäuse abgedichtet.

Gemäss einer weiteren Ausführungsvariante sind mehrere Schaltkontakte vorgesehen, welche durch Druck auf die Membran schaltbar bzw. betätigbar sind.

Weitere bevorzugte Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.

Der erfindungsgemäss vorgeschlagene Schalter bzw. die Betätigungsvorrichtung sind insbesondere geeignet für elektronische bzw. elektrische Kleinstgeräte, wie insbesondere für Hörgeräte.

Die Erfindung wird nun beispielsweise und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1a und 1b

im Schnitt und in Ansicht von oben eine erfindungsgemässe Betätigungsvorrichtung,

Fig. 2

einen Ausschnitt aus Figur 1 in Vergrösserung,

Fig. 3

eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 4a und 4b

im Längsschnitt und in Ansicht von oben eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung, und

Fig. 5

eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Schalters.

Figuren 1a und 1b zeigen eine sogenannte "Toggleswitch" für das Betätigen von Schaltkontakten bei einem elektronischen Kleinstgerät 1 mit Anschlüssen 9 und 11, wie beispielsweise geeignet für den Einbau in einem Hörgerät. In einem Seitenbereich 6 des Schaltergehäuses 1 sind einerseits Schaltkontakte 5 angeordnet sowie ein mittiger Schaltkontakt 7, welche für das Auslösen eines Schaltvorganges miteinander zu verbinden sind. Die Schaltkontakte 5 und 7 überdeckend bzw. überspannend ist eine Membran bzw. ein sogenannter "Coverlayer" 13 vorgesehen, an dessen unteren, den Kontakten zugewandeten Oberfläche, eine Leiterbahn 15 angeordnet ist. Um nun die seitlichen Kontakte 5 mit der Leiterbahn 15 zu verbinden, ist der Coverlayer 13 über ein elektrisch leitendes Polymer 17 miteinander verbunden. Dabei kann es sich um einen elektrisch leitenden Klebstoff handeln, wie an sich in der Elektroindustrie bestens bekannt. Bei elektrisch leitenden Klebern kann es sich beispielsweise um elektrisch leitende Epoxidharze, Polyurethanharze, Silikonharze, Polyesterharze, etc. handeln, wobei das entsprechende Polymer mit elektrisch leitenden Füllstoffen, wie metallenen Füllstoffen, Grafit, Russ und dgl., versetzt sind. Als sogenannte Coverlayer geeignet sind beschränkt elastisch flexible Polymere, wie beispielsweise Polyimid.

Für das Betätigen des Schalters 3 kann beispielsweise ein sogenannter Toggle-Stift 19 verwendet werden, mittels welchem die Membran bzw. der Coverlayer 13 gegen den mittigen Kontakt 7 gedrückt wird bis die Leiterbahn 15 mit dem Kontakt 7 in Berührung gelangt.

In Figur 1b ist das Schaltergehäuse 1 und der Coverlayer 13 in Ansicht von oben dargestellt. Falls es sich bei der Membran bzw. dem Coverlayer 13 um eine transparente Membran handelt, ist die mittige Elektrode 7 sichtbar. Seitlich und hermetisch abgedichtet gegenüber dem Schaltergehäuse 1 ist der Coverlayer mittels des oben erwähnten elektrisch leitenden Klebstoffes.

Bezüglich der Kontakte bzw. Elektroden ist ergänzend zu erwähnen, dass diese beispielsweise einen speziellen Schichtaufbau besitzen können, um optimale Kontakteigenschaften zu erreichen. So sind beispielsweise Kontakte für Relais vorzugsweise mit Gold beschichtet, währenddem bei anderen Anwendungen andere Metalle, wie Nickel, etc. verwendet werden können oder spezielle Legierungen, um beispielsweise Korrosion zu verhindern.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus Figur 1a in Vergrösserung, wobei nun deutlich die auf der Seitenoberfläche 6 angeordnete seitliche Elektrode 5 erkennbar ist, welche über den elektrisch leitenden Klebstoff 17 mit der Leiterbahn 15 des Coverlayers 13 verbunden ist. Im Sinne einer schematischen Darstellung sind die elektrisch leitenden Füllstoffe als Kugeln 18 dargestellt.

Das eingangs geschilderte Problem bzw. die erfindungsgemässe Aufgabe wird durch die hermetische Abdichtung der Schaltkontakte gegenüber eindringender Feuchtigkeit durch die Verwendung des elektrisch leitenden Klebstoffes und des Coverlayers gelöst. Der in den Figuren 1a, 1b und 2 dargestellte, hermetisch geschlossene Schalter, auf Basis eines sogenannten Flexprints, zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:

• Als Coverlayer 13 kann grundsätzlich ein beliebiges Material und Dicke gewählt werden. Anstelle des vorgeschlagenen Polyimids kann selbstverständlich ein anderes geeignetes Polymer oder Keramik, Glas oder Metall verwendet werden, welches bzw. welche über die geforderten, elektrischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften verfügt. Derartige Materialien können von bestehenden Flexprint-Lieferanten hergestellt und bezogen werden.
• Die Applikation eines anisotropen Klebstoffes, wie in Vergrösserung in Figur 2 dargestellt, ist einfach und zuverlässig möglich. Elektrisch leitende Polymere, wie die erwähnten anisotropen Klebstoffe, sind z.B. schon als vorgefertigte Teile zu beziehen, was die Anwendung stark vereinfacht. Derartige Kleber, wie insbesondere Reaktionskleber, lassen sich beispielsweise durch Licht, UV, Infrarot aktivieren, wodurch die Temperaturbelastung auf ein Minimum reduziert wird.

In Figur 3 ist im Schnitt eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Schalters 21 dargestellt, wobei es sich beispielsweise um einen positionssensitiven bzw. drucksensitiven Schalter oder Sensor handelt. Wiederum sind periphere Elektroden 25 über einen elektrisch leitenden Kleber 41, beinhaltend elektrisch leitende Füllstoffe 43 mit einem Coverlayer 37 verbunden, an dessen Unterseite eine Leiterbahn 39 angeordnet ist. Auf dem Substrat 23 angeordnet sind diverse Elektroden 27 bis 35. Beim positionssensitiven bzw. drucksensitiven Schalter, wie in Figur 3 dargestellt, kann je nach Betätigungsort oder Betätigungskraft ein spezifisches Signal ausgelesen werden. Mit diesem Signal kann z.B. in einem Hörgerät die Programmwahl erfolgen oder die Lautstärke geregelt werden.

Je nach Druck bei der Betätigung werden jeweils mehr oder weniger Elektroden kontaktiert. Durch Wahl des Materials des Coverlayers kann im übrigen die Druckkraft beeinflusst werden, mittels welcher nur eine Elektrode kontaktiert wird oder mehrere Elektroden gleichzeitig durch die Leiterbahn berührt werden. Zudem kann durch örtliche Verschiebung des Angriffes der Betätigungsort bzw. nur eine Elektrode kontaktiert werden.

Der in Figur 3 dargestellte Schalter kann auch mit einem "Knackfrosch"-ähnlichen Prinzip realisiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Schalter gemäss Figur 3 mit einem partiell flexiblen Gehäuse bzw. auf einem flexiblen Substrat 23 als sogenannte "Magic Switch" auszubilden.

In den Figuren 4a und 4b wird erneut eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Schalters 51 dargestellt, bei welchem erneut seitliche Elektroden 55 über einen mit elektrisch leitenden Füllstoffen 67 versehenen Klebstoff 65 mit dem Coverlayer 61 verbunden sind, an dessen Unterseite erneut die Leiterbahn 63 angeordnet ist. In der Ausführung gemäss Figur 4 ist eine einzige, längsausgedehnte, mittige Elektrode 57 ausgebildet, welche beispielsweise nach dem "Knackfrosch"-Prinzip betätigbar ist, wobei Figur 4a den Schalter im Längsschnitt zeigt und Figur 4b den Schalter in Ansicht von oben ohne Coverlayer. Beim "Knackfrosch"-Prinzip werden die unterschiedlichen geometrischen Längenausdehnungen der Lagen ausgenützt. Das Trägersubstrat 53 sollte dabei aus einem etwas dickeren Material bestehen als die Schaltelektrode 57. Je nach Ausbildung der Schaltelektrode 57 ist es übrigens auch möglich den Schalter gemäss Figur 4 als Folientastatur auszubilden, indem je nach Ort der Betätigung der Tastatur eine unterschiedliche Stromstärke beim Schaltvorgang durch den Schalter fliessen kann. Dabei ist der Betätigungsort 60 differentiell gemäss der Korrelation x:y ≅ E_x : E_y messbar, wie schematisch in Fig. 4a dargestellt.

In Figur 5 ist im Schnitt schematisch eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Schalters dargestellt. Der auf einem Substrat 73 angeordnete Schalter 71 weist erneut je seitlich elektrische Leiterbahnen bzw. Elektroden 75 auf, welche mittels einer Isolationsschicht 74 gegen aussen hin abgeschirmt sind. Wiederum sind diese Elektroden 75 über einen elektrisch leitenden Kleber 77 mit einem sogenannten Coverlayer 83 verbunden, der an seiner Unterseite eine Leiterbahn 81 aufweist. Durch Herunterdrücken dieses Coverlayers 83 wird die Leiterbahn 81 an die mittig im Schalter 71 angeordnete Elektrode 85 gedrückt, womit ein Kontakt zwischen den äusseren Elektroden 75 und der mittigen Elektrode 85 hergestellt wird und somit ein übertragenes Signal durch die mit der mittigen Elektrode verbundene Leiterbahn 87 weitergeführt werden kann. Auch im Schalter dargestellt in Figur 5 sind sämtliche Leiterbahnen beispielsweise gegen Feuchtigkeitseinflüsse von aussen hermetisch abgeschlossen bzw. gegen eindringende Flüssigkeiten geschützt.

Durch den in den Figuren 1 bis 5 beispielsweise dargestellten Schalter können heute bestehende Probleme mit den sogenannten "Toggleswitches" nachhaltig gelöst bzw. eliminiert werden. Dies insbesondere bei Hörgeräten, wo die Verwendung der sogenannten "Toggleswitches" zu den eingangs beschriebenen bekannten Problemen geführt hat.

Zusätzlich zu Hörgeräten und den unter Bezug auf die Figuren 1 bis 5 beschriebenen Schalter können selbstverständlich andere Ausführungsformen erfindungsgemäss ausgestaltet werden, oder aber andere Schalter oder Regler können mit den beschriebenen Betätigungsvorrichtungen ersetzt werden. Überall dort, wo Feuchtigkeit, irgendwelche chemischen Substanzen, Schweiss, Sonnenschutzmittel, usw. beim Betätigen von Schaltern eine Rolle spielen, bieten die erfindungsgemäss vorgeschlagenen Schalter einen zuverlässigen Lösungsansatz. Somit können auch unter ungünstigen Bedingungen zuverlässig, funktionierende, kleinstelektronische Geräte mit entsprechenden Schaltern versehen werden. Für die Produktion derartiger Geräte bedeutet die Erfindung eine starke Verbilligung und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit, indem billige und an sich bestens bekannte Materialien und Formteile verwendet werden können. Auch die Wartung der elektronischen Kleinstgeräte kann erheblich reduziert werden.