DE102004028814A1

DE102004028814A1 - Leiterplatte und Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE102004028814A1
Application number: DE200410028814
Authority: DE
Inventors: Klaus Burger; Peter Dr. Demmer; Martin Franke; Josef Ressel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-01-05

Abstract

Leiterplatte (LP) mit einer ersten Leiterplattenschicht (LS1) und einer zweiten Leiterplattenschicht (LS2), wobei zumindest eine der Leiterplattenschichten zumindest eine Durchtrittsöffnung (DO) zum Durchlass von Licht aufweist, und einem Lichtleiterelement (LL), welches zwischen erster (LS1) und zweiter Leiterplattenlage (LS2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einem Lichtleiterelement und ein Verfahren zum Herstellen der Leiterplatte.
Hochwertige Kommunikationsgeräte, insbesondere tragbare wie etwa Mobiltelefone oder tragbare Computer, sind heute bereits in hohem Maße miniaturisiert. So wird beispielsweise bei der Tastatur von Mobiltelefonen, um den Hub gering zu halten, eine Plastikmatte verwendet, welche gleichzeitig als Lichtleiter dient. So wird eine Tastatur mit geringer Höhe, welche zugleich beleuchtbar ist, realisiert.
Um ihre Handhabbarkeit, insbesondere wenn der Benutzer unterwegs ist, weiter zu verbessern, werden Kommunikationsgeräte ständig weiter verkleinert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, Kommunikationsgeräte unter Beibehaltung der vorhandenen Funktionalität weiter zu verkleinern.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Es ist Kern der Erfindung, dass ein Lichtleiterelement sich innerhalb einer Leiterplatte befindet, d.h. zwischen einer ersten Leiterplattenschicht und einer zweiten Leiterplattenschicht. Mittels des Lichtleiterelements kann beispielsweise ein über einer Durchtrittsöffnung, welche das Lichtleiterelement liegendes Ein- oder Ausgabeelement beleuchtet werden. Auf diese Art und Weise kann die Leiterplatte mit einer Möglichkeit zur Beleuchtung sehr flach gestaltet werden.

Vorzugsweise wird das Lichtleiterelement an Stellen, wo ein Ein- oder Ausgabeelement vorgesehen ist, also beispielsweise über einer Durchtrittsöffnung oder an den Rändern des Lichtleiterelements eine Taste für eine Tastatur vorgesehen ist, mit Störstellen versehen. Dadurch kann Licht aus dem Lichtleiter ausgekoppelt werden, welches dann beispielsweise durch eine Durchtrittsöffnung an die Oberfläche einer Leiterplatte gelangt, wo dann eine Ein- oder Ausgabeeinheit, beispielsweise eine berührungssensitive Anzeigeeinheit realisierbar ist.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand ausgewählter Ausführungsbeispiele detailliert geschildert. Es zeigt:
1 eine Realisierung einer Leiterplatte mit einem Lichtleiter
In 1 ist eine Leiterplatte LP dargestellt, in der sich ein Lichtleiter LL befindet. Der Lichtleiter LL ist zwischen einer ersten Leiterplattenschicht LS1 und einer zweiten Leiterplattenschicht LS2 angeordnet. Der Eintritt von Licht in den Lichtleiter LL erfolgt über ein Koppelelement CE. Das Licht, welches sich im Lichtleiter LL ausbreitet, ist in der 1 als Lichtstrahl LS dargestellt. Das Licht wird an Störstellen SS gestreut und tritt durch eine Durchtrittsöffnung DO aus dem Lichtleiter LL aus. aber die Durchtrittsöffnung DO kann das Licht zu einer Ein- oder Ausgabeeinheit T geleitet werden.
Die erste Leiterplattenschicht LS1 oder/und die zweiter Leiterplattenschicht LS2 sind vorzugsweise als Trägerschicht, welche der Leiterplatte LP Stabilität verleiht, ausgebildet. Eine Trägerschicht besteht beispielsweise aus einer Glasfaserverbindung, wie etwa FR4 (FR: Fibre Resist) oder auch keramischen Stoffen. Eine typische Dicke der Trägerschicht beträgt etwa 470 Mikrometer. Eine Anordnung des Lichtleiters LL zwischen zumindest einer Trägerschicht stellt einen ausreichenden Schutz des Lichtleiters LL gegenüber Verformungen beispielsweise im Rahmen der Verarbeitung der Leiterplatte, sicher.
Alternativ können die erste Leiterplattenschicht LS1 oder die zweite Leiterplattenschicht LS2 auch als Aufbauschicht ausgebildet sein. Eine Leiterplattenaufbauschicht besteht beispielsweise aus einer flexiblen Folie, insbesondere auch sogenannten "Resin Coded Copper"-Folien (RCC), eine mit Harz beschichtete Kupferfolie. Eine Möglichkeit zur Anordnung des Lichtleiters zwischen beliebigen Schichten gewährleistet eine ausreichende Freiheit bei der Konstruktion und/oder Bearbeitung der Leiterplatte.
Weiterhin sind auch Leiterplatten LP vorgesehen, welche aus mehr als zwei Leiterplattenschichten aufgebaut sind. Dabei kann sich dann Lichtleiter LL beispielsweise zwischen einer als Trägerschicht ausgebildeten ersten Leiterplattenschicht und einer als Aufbauschicht ausgebildeten zweiten Leiterplattenschicht LS2 befinden. Weiterhin sind Realisierungen vorgesehen, bei denen mehr als ein Lichtleiter LL in die Leiterplatte eingebaut ist. Beispielsweise kann ein Aufbau Leiterplattenschicht, Lichtleiter, Leiterplattenschicht, Lichtleiter, Leiterplattenschicht vorgesehen sein. Der jeweilige Aufbau kann bezüglich der Anordnung des Lichtleiters LL in der Leiterplatte LP sowohl asymmetrisch als auch symmetrisch erfolgen. Ein symmetrischer Aufbau der Leiterplatte LP hat den Vorteil, das Auftreten von thermischen Verspannungen, wie sie etwa durch Lötprozess auftreten, zu vermeiden.
Insbesondere können Lichtleiter LL in mehreren Schichten vorgesehen sein, so dass beispielsweise auf beiden Seiten der Leiterplatte eine beleuchtbare Tastatur realisierbar ist, indem entsprechende Durchtrittsöffnungen DO nach beiden Seiten vorgesehen sind Der Lichtleiter LL kann als Faser oder als flächige Lage ausgebildet sein. Eine Realisierung mit Fasern hat den Vorteil, dass das Licht in Bereichen konzentriert ist, in denen Licht benötigt oder gewünscht wird. Eine Realisierung als flächige Lage hat den Vorteil, dass Licht zu sämtlichen Bereichen der Leiterplatte LP geleitet werden kann mit nur einem einzigen Einkoppelelement CE. Weiterhin ist es verfahrenstechnisch einfach, einen flächigen Lichtleiter zwischen zwei Leiterplattenschichten zu laminieren bzw. zu verkleben.
Als Material für den Lichtleiter LL sind Glasverbindungen oder Polymere vorgesehen. Die Auswahl des Materials hängt von der gewünschten Güte der Lichtleitung, der den Lichtleiter umgebenden Materialien in Bezug auf die Verarbeitbarkeit ab, sowie von den für das Einkoppeln in den Lichtleiter und das Auskoppeln aus dem Lichtleiter verwendeten Elemente, da hier kein nennenswerter Brechzahlunterschied auftreten sollte, welcher aufgrund von dann auftretenden Reflexionen die Transmission herabsetzt. Als besonders geeignetes Material für den Lichtleiter LL hat sich Borosilikatglas erwiesen.
Die Einkopplung von Licht in den Lichtleiter LL erfolgt über ein Einkoppelelement CE. Das Einkoppelelement CE kann beispielsweise als Leuchtdiode ausgebildet sein. Der Vorteil bei einer Leuchtdiode liegt darin, dass bei dieser Art der Lichteinkopplung kein nennenswerter Brechzahlunterschied zwischen Leuchtdiode und dem Lichtleiter auftritt, welcher zu einer Herabsetzung der Transmission führen würde.
Weiterhin kann die Einkopplung auch vom Rand R der Leiterplatte LP erfolgen, wenn sich der Lichtleiter bis zu den Rändern R erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass keine separate Lichteinkopplung erforderlich ist. Alternativ kann eine Lichteinkopplung auch durch die Durchtrittsöffnungen DO erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass beim Einbau der Leiterplatte LP in ein elektrisches Gerät so die Lichteinkopplung ohne konstruktionstechnischen Aufwand erfolgen kann, wenn beispielsweise Ein- oder Ausgabeelemente T über den Durchtrittsöffnungen DO angeordnet sind.
Die Durchtrittsöffnungen DO sind mit einem Material ausgekleidet, dessen Brechungsindex ähnlich dem des Lichtleiters LL ist, um eine zufriedenstellende Transmission zu ermöglichen. Um die Transmission weiter zu erhöhen, ist die Grenzfläche G zwischen dem Material, mit dem die Durchtrittsöffnung DO ausgekleidet ist, und dem Lichtleiter LL aufgeraut. Das Aufrauen erfolgt durch Sandstrahlen oder An-Ätzen der Oberfläche des Lichtleiters LL.
Die Durchtrittsöffnung DO bzw. die Durchtrittsöffnungen sind an Stellen angebracht, wo ein Lichtaustritt, beispielsweise zur Beleuchtung eines Ein- oder Ausgabeelements, erwünscht ist.
Um überhaupt den Lichtaustritt aus dem Lichtleiter LL effizient zu ermöglichen, werden an Stellen, wo ein Lichtaustritt aus dem Lichtleiter gewünscht ist, Störstellen eingebaut, welche das Licht unregelmäßig reflektieren. Dadurch trifft ein Lichtstrahl LS teilweise nicht mehr unter einem Winkel an die Grenzfläche G, unter dem eine Totalreflexion erfolgen würde, sondern unter einem zum Einfallslot EL hin spitzeren Winkel.
Die Störstellen SS werden vorzugsweise durch Kugeln gebildet, welche durch einen Ätzvorgang, eine Dotierung oder eine Bestrahlung des Lichtleiters LL mit einem Laser erzeugt werden. Die Erzeugung der Kugeln mittels eines Lasers hat den Vorteil, dass die Störstellen – bedingt durch die jeweilige Eindringtiefe des Lasers – gezielt an einer Position im Lichtleiter erstellt werden können.
Weiterhin kann die Bestrahlung so gezielt erfolgen, dass die Störstellen SS so angeordnet sind, dass bei einem Blick auf das Ein- oder Ausgabeelement T sich eine bestimmte geometrische Form, beispielsweise eine Ziffer oder ein Buchstabe ergibt. Damit kann ein Ein- oder Ausgabeelement realisiert werden, bei dem z.B. das Zeichen nicht mittels Siebdruck aufge bracht ist. Bei einer Draufsicht auf das Ein- oder Ausgabeelement bzw. die Durchtrittsöffnung ergibt sich damit ein "beleuchtetes" Zeichen.
Sofern direkt neben der Durchtrittsöffnung DO eine berührungsempfindliche Fläche angeordnet ist, kann auf diese Art eine Tastatur realisiert werden. Eine Alternative zur berührungsempfindlichen Fläche oder Schicht als Interaktionselement wäre ein Näherungssensor, welcher die Annäherung z.B. eines Fingers oder eines Bedienelements wie einem Stift über kapazitive Mittel oder Infrarotsensoren erfasst. Sofern dieses Interaktionselement transparent ausgeführt wird, ist auch eine Anordnung direkt auf der Durchtrittsöffnung möglich.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Lasers zur Erzeugung der Störstellen liegt darin, dass die damit erzeugten Störstellen SS sehr klein sind, wodurch hochaufgelöste geometrische Formen darstellbar sind. Dies erlaubt die Herstellung einer "Beschriftung" welche gegenüber einer Abnutzung durch etwa Berühren des Ein- oder Ausgabeelements T resistent ist.
Eine Steuerung der Bestrahlung zum Erstellen der geometrisch angeordneten Störstellen SS, über welche sich ein Zeichen realisieren lässt, wird über eine Positionsänderung des Laserstrahls erzielt.
Die Ein- oder Ausgabeelemente T werden vorzugsweise auf das Material aufgeklebt, mit welchem die Durchtrittsöffnung DO ausgekleidet ist. Das für das Ein- oder Ausgabeelement T verwendete Material weist vorzugsweise ebenfalls einen ähnlichen Brechungsindex auf, um eine gute Transmission des Lichts zu gewährleisten.
Das Ein- oder Ausgabeelement T besteht aus einem Material mit ähnlichem Brechungsindex wie das Material, mit dem die Durchtrittsöffnung DO ausgekleidet ist und ist beispielsweise auf dieses Material aufgeklebt. Die Eingabe von Daten selbst kann beispielsweise durch eine darüber liegende, berührungssensitive Fläche oder auch durch weitere Infrarotsensoren realisiert werden.

LP: Leiterplatte
T: Ein- oder Ausgabeelement
EL: Einfallslot
G: Grenzfläche zwischen dem Material der Durchtrittsöffnung
: und dem Lichtleiter
LS2: zweite Leiterplattenschicht
LS1: erste Leiterplattenschicht
LL: Lichtleiter
DO: Durchtrittsöffnung
SS: Störstelle
LS: Lichtstrahl
R: Rand
CE: Koppelelement

Claims

Leiterplatte (LP) mit a) einer ersten Leiterplattenschicht (LS1) und einer zweiten Leiterplattenschicht (LS2), wobei zumindest eine der Leiterplattenschichten zumindest eine Durchtrittsöffnung (DO) zum Durchlass von Licht aufweist und b) einem Lichtleiterelement (LL), welches zwischen erster (LS1) und zweiter Leiterplattenlage (LS2) angeordnet ist.
Leiterplatte (LP) nach Anspruch 1, bei der das Lichtleiterelement (LL) als Lage ausgebildet ist.
Leiterplatte (LP) nach Anspruch 1 oder 2, bei der zumindest eine Leiterplattenschicht (LS1, LS2) als Trägerschicht zum Stabilisieren der Leiterplatte (LP) ausgebildet ist.
Leiterplatte (LP) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Koppelelement (CE) zum Einkoppeln des Lichts in den Lichtleiter (LL).
Leiterplatte (LP) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Durchtrittsöffnung (DO) mit einem Material ausgekleidet ist, dessen Brechungsindex zum Gewährleisten eines guten Lichtübergangs ähnlich dem des Lichtleiterelements (LL) ist.
Leiterplatte (LP) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Lichtleiterelement (LL) an der Position der zumindest einen Durchtrittsöffnung (DO) Störstellen (SS) zum Streuen von Licht aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte (LP) mit folgenden Schritten: a) Bestrahlen des Lichtleiters (LL) an vorbestimmten Positionen zum Herstellen von Störstellen (SS) im Lichtleiter (LL). b) Anordnen des Lichtleiters (LL) zwischen einer ersten (LS1) und einer zweiten Leiterplattenschicht (LS2).
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Bestrahlen mittels eines Lasers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Bestrahlen so erfolgt, dass die Störstellen (SS) derart angeordnet sind, dass Licht, welches an den Störstellen (SS) gestreut wird, eine vorgesehene geometrische Form auf einer Projektionsfläche einnimmt.