DE19720167B4

DE19720167B4 - Struktur zum Anschließen einer Mehrzahl voneinander entfernter elektrischer Bauelemente an eine Zentraleinheit

Info

Publication number: DE19720167B4
Application number: DE19720167A
Authority: DE
Inventors: Josef Loibl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: DE19720167A1; US6104618A; FR2763467A1; JPH114051A

Abstract

Struktur zum Anschließen einer Mehrzahl voneinander entfernter elektrischer Bauelemente (28) an eine Zentraleinheit (4), enthaltend
– eine flexible Leiterplatte (8), in deren innerem Bereich einzelne Leiterbahnen (16) in Kontaktflächen (10) zur Kontaktierung von an der Zentraleinheit (4) ausgebildeten Verbindungskontakten (6) enden, wobei die anderen Enden der Leiterbahnen zum Anschluß der elektrischen Bauelemente vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß
– die Leiterbahnen (16) auf der flexiblen Leiterplatte (8) derart ausgebildet sind, daß die flexible Leiterplatte bei ihrer Herstellung eine kompakte Grundfläche (18) aufweist, aus deren jeweiligen Randbereichen die Leiterbahnen (16) nach Ausstanzen herausbiegbar sind, so daß zum Anschließen der voneinander entfernten Bauelemente (28) an die Enden der Leiterbahnen die flexible Leiterplatte eine sich nach außen hin verästelnde Gestalt annimmt, die eine gegenüber der kompakten Grundfläche vergrößerte Fläche überdeckt, wobei die flexible Leiterplatte (8) um die Zentraleinheit (4) herum unter Zwischenanordnung einer umlaufenden Dichtung (14) sandwichartig zwischen einem Deckel (12) und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Struktur nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Einer solchen Struktur entspricht eine bekannte elektrische Verbindung zwischen einer Hybridbaugruppe und einer flexiblen Leiterplatte, die zwei Leiterstränge mit jeweils mehreren Leiterbahnen umfaßt, die im Bereich eines Ausschnitts der Leiterplatte zur Kontaktierung mit Kontakten der Hybridbaugruppe freiliegen ( DE 38 13 566 A1 ). Zur Fixierung auf einer als Kühlkörper ausgebildeten Unterlage weist die Leiterplatte Löcher auf. An den freien Enden der Leiterbahnen ausgebildete Anschlußbahnen liegen auf Kontaktflächen der Hybridbaugruppe auf und werden mittels Bügel-Lötverfahren elektrisch verbunden.

In vielerlei Anwendungsfällen stellt sich das Problem, eine Mehrzahl voneinander entfernter elektrischer Bauelemente an einer Zentraleinheit anzuschließen, wobei die Zentraleinheit beispielsweise mit einem Mehrfachstecker versehen sein kann, über den sie an ein zentrales Steuergerät oder ähnliches anschließbar sind. Ein Anwendungsbeispiel ist ein Automatikgetriebe, innerhalb dessen unterschiedliche Sensoren zur Erfassung von Drehzahlen, Drücken und Temperaturen angeordnet sind und das elektrische Aktoren zur Betätigung von Kupplungen oder Schaltgliedern aufweist.

Aus der DE 44 30 798 A1 ist bekannt, die zur Verbindung der Bauelemente mit der Zentraleinheit erforderlichen Leiterbahnen als Stanzgitter auszubilden, das beispielsweise aus einer Kupferlegierung besteht. Aus einem Blech bzw. einer Platte wird das Stanzgitter ausgestanzt und in einen Tragkörper innerhalb des Getriebegehäuses eingebaut. Zum Schutz gegen Kurzschlüsse infolge metallischer Spähne wird das Stanzgitter zusätzlich mit einer Abdeckung aus Kunststoff versehen. Insgesamt ist der Einsatz eines Stanzgitters verhältnismäßig teuer, auch wegen des erforderlichen Werkzeugaufwandes.

Zur Verbindung einer Mehrzahl voneinander entfernter elektrischer Bauelemente ist auch der Einsatz von flexiblen Leiterplatten bzw. Flex-Leiterfolien üblich. Solche flexiblen Leiterplatten bestehen beispielsweise aus einer Polyimid-Folie oder Platte, auf die mittels eines Klebers, beispielsweise eines Acrylklebers, eine Kupferleitschicht aufgebracht ist, die wiederum mit Silber beschichtet sein kann. Solche flexiblen Leiterplatten sind sehr biegsam, ohne daß dabei die elektrischen Leiterbahnen beschädigt werden. Ein Vorteil besteht weiter darin, daß die flexiblen Leiterplatten ölbeständig ausgeführt werden können, so daß sie auch innerhalb von Getriebegehäusen einsetzbar sind, wo sie mit Getriebeöl in Berührung kommen. Die ölbeständigen flexiblen Leiterplatten sind jedoch verhältnismäßig teuer, so daß sich bei einem Einsatz für den genannten Zweck ein großer Flächenverbrauch ergibt, der insgesamt zu ähnlich hohen Kosten führt wie der Einsatz von Stanzgittern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Struktur derart auszubilden, daß mit ihr bei geringen Kosten und mit hoher Funktionszuverlässigkeit eine Mehrzahl voneinander entfernter elektrischer Bauelemente an eine Zentraleinheit angeschlossen werden kann, wobei die gattungsgemäße Struktur für die Verwendung im Getriebegehäuse und somit im Getriebeöl geeignet sein muß.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Durch die Erfindung ist es möglich, ausgehend von einer beispielsweise rechteckigen flexiblen Leiterplatte eine Mehrzahl elektrischer Bauelemente an einer Zentraleinheit anzuschließen, wobei der Abstand der Bauelemente voneinander und der Abstand zwischen den Bauelementen und der Zentraleinheit erheblich größer ist als die Abmessungen der flexiblen Leiterplatte in deren Ausgangszustand.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Struktur gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
1 einen Querschnitt durch den Anschlußbereich einer flexiblen Leiterplatte an eine Zentraleinheit und
2 eine Aufsicht auf die Anordnung gemäß 1 bei abgenommenen Deckel.
Gemäß 1 ist ein Bodenteil 2 beispielsweise im Innenraum eines Getriebegehäuses (nicht dargestellt) angeordnet und mit einer abgestuften Oberfläche versehen. Das Bodenteil 2 besteht vorteilhafterweise aus Aluminium, da dieses Metall eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Mit einem erhöhten Bereich des Bodenteils 2 ist mittels eines Wärmeleitklebers die Grundplatte einer Zentraleinheit 4 verklebt, die als Hybridgerät ausgeführt sein kann und die unmittelbar mit Verbindungskontakten 6 versehen ist, die längs der Unterseite ihres Außenumfangs freiliegen. Um den erhöhten Bereich der Oberfläche des Bodenbereichs 2 herum ist eine flexible Leiterplatte 8 angeordnet, deren Leiterbahnen in Kontaktierflächen 10 enden, welche mit den Verbindungskontakten 6 mittels eines elektrisch leitenden Klebers verbunden sind. An dem Bodenteil 2 ist beispielsweise mittels nicht dargestellter Schrauben oder Nieten ein Deckel 12 befestigt, zwischen dem und der flexiblen Leiterplatte 8 eine umlaufende Dichtung 14 angeordnet ist, die den die Zentraleinheit 4 aufnehmenden Raum zwischen Bodenteil 2 und Deckel 12 nach außen hin öldicht abdichtet. Die gesamte dargestellte Anordnung kann innerhalb eines Getriebegehäuses untergebracht sein oder auch unmittelbar an der Außenwand des Getriebegehäuses, wobei die Zentraleinheit 4 jeweils zuverlässig gegenüber dem Öl des Getriebes und sonstigen Umwelteinflüssen geschützt ist. Die Zentraleinheit 4 kann lediglich eine Einheit sein, die viele abgehende Leiterbahnen mit Leiterbahnen verbindet, die zu einem Mehrfachstecker führen. Sie kann aber auch eine Einheit sein, die selbst Stromversorgungs- und Steuerschaltungen enthält, wobei die einzelnen Bauelemente nicht dargestellt sind. Das aus Aluminium bestehende Bodenteil 2 und die Verklebung der Zentraleinheit 4 mit dem Bodenteil 2 mittels eines Wärmeleitklebers sorgen für zuverlässige Wärmeabfuhr.
Die gesamte Baugruppe gemäß 1 ist beispielsweise zusammen mit einem zusätzlichen oder einteilig mit dem Deckel ausgebildeten Tragteil, das die Leiterbahnen der flexiblen Leiterplatte hält und in einem Mehrfachstecker endet, auf der Hydraulik-Schaltplatte eines Automatgetriebes innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet.
2 zeigt eine Aufsicht auf die Anordnung gemäß 1 bei abgenommenen Deckel 12:
Deutlich sichtbar ist die Zentraleinheit 4 mit den Kontaktierflächen 10, in denen die einzelnen Leiterbahnen 16 der flexiblen Leiterplatte 8 unterhalb der Zentraleinheit 4 enden. Um die Kontaktierflächen 10 herum verläuft die Zentraleinheit 4 umschließend die Dichtung 14, die auf der flexiblen Leiterplatte 8 aufliegt.
Die flexible Leiterplatte 8 hat im Anlieferzustand eine rechteckige Grundform gemäß der gestrichelten Umfangslinie 18. Sie ist unterhalb der Zentraleinheit 4 ausgeschnitten. Entsprechend dem späteren Bedarf werden auf der flexiblen Leiterplatte 8 Leiterbahnen 16 ausgebildet, die zur Zentraleinheit 4 hin in den Kontaktierflächen 10 enden und an ihren freien Enden in Kontaktierflächen 20 enden.
Die einzelnen Leiterbahnen 16 werden so ausgebildet, beispielsweise aufgedruckt, freigeätzt usw., daß sie außerhalb eines die Zentraleinheit 4 umschließenden Bereiches 22, in dem die Dichtung 14 angeordnet ist, nach Ausstanzen der einzelnen Leiterbahnen 16 bzw. diese tragenden Flex-Folien-Streifen 25 mittels Stanzlinien 24 herausbiegbar bzw. ausklappbar sind, so daß sich die einzelnen Leiterbahnen außerhalb der Umfangslinie 18 erstrecken und zu einer insgesamt verästelten Gestalt der flexiblen Leiterplatte führen. Die an den Enden der Leiterbahnen 16 ausgebildeten Kontaktierflächen 20 sind beispielsweise mittels eines elektrisch leitenden Klebers mit Anschlußkontakten 26 der anzuschließenden Bauelemente 28 verbunden. Die Bauelemente 28, von denen nur eines dargestellt ist, sind im Anwendungsbeispiel eines automatischen Getriebes Sensoren, Aktoren oder Stecker.
Am Beispiel der Kontaktgruppe c rechts oben in 2 wird die Ausbildung der einzelnen Leiterbahnen erläutert: Dargestellt sind vier Kontaktierflächen 10, von denen jeweils eine Leiterbahn c₁-c₄ abgeht. Die Leiterbahnen werden auf der flexiblen Leiterplatte zunächst so ausgebildet, daß sich die Leiterbahnen c₁-c₄ innerhalb der Umfangslinie 18 von innen nach außen parallel nebeneinander befinden. Anschließend werden zwischen den Leiterbahnen c₁-c₄ und zwischen der innersten Leiterbahn c₁ und dem Bereich 22 Stanzlinien 24 in die flexible Leiterplatte eingeprägt, so daß die einzelnen Leiterbahnen c₁-c₄ herausgeklappt bzw. umgebogen werden können, und einzeln für den Anschluß einzelner elektrischer Bauelemente (nicht dargestellt) zur Verfügung stehen.
Wie für die Kontaktgruppe links unten in 2 dargestellt, ist es dabei durchaus möglich, daß sich einzelne der Leiterbahnen übereinander kreuzen, wie im dargestellten Beispiel die Leiterbahn d, die drei nach links abgehende Leiterbahnen überquert.
Wie ersichtlich, ist es möglich, sehr lange Leiterbahnen auszubilden, in dem diese auf der flexiblen Leiterplatte 8 in deren ursprünglichen Zustand mehrfach hin- und herverlaufen und dann entsprechend mehrfach ausgeklappt werden. Im dargestellten Beispiel stehen 28 Kontaktierflächen 10 zur Verfügung. Die Fläche, die mit der "entfalteten" flexiblen Leiterplatte mit Kontaktierflächen 20 beschickt werden kann, ist gegenüber der ursprünglichen Grundfläche der flexiblen Leiterplatte 8 etwa um den Faktor 5 vergrößert. Dabei entsteht kein Verschnitt. Das flexible Kunststoffgrundmaterial der flexiblen Leiterplatte, von dem jeweils ein Flex-Folien-Streifen 25 zu jeder Leiterbahn 16 gehört, wird vollständig für die zu den einzelnen Bauelementen führenden Äste der flexiblen Leiterplatte verbraucht.
Es versteht sich, daß die Leiterbahnen 16 ein- oder beidseitig auf der Grundfolie ausgebildet werden können und daß sich das Layout der Leiterbahnen und der zwischen ihnen ausgebildeten Stanzlinien nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten richtet, wie räumliche Anordnung der anzuschließenden Bauelemente, auftretende Stromstärken, thermische Bedingungen, elektromagnetische Beeinflussungen usw.. Die Führung der einzelnen Leiterbahnen bzw. der Verästelungen der flexiblen Leiterplatte ist außerordentlich flexibel. Zur Stützung der einzelnen, sich über große Strecken erstreckenden Leiterbahnen kann ein zusätzlicher Kunststoffkörper vorgesehen sein. Die Leiterbahnen können mit einer Kunststoffschicht versehen sein, so daß zusätzliche Isolationen nicht erforderlich sind. Zusätzliche Kontaktierfahnen usw. sind überflüssig, da die Kontaktierung unmittelbar über die an den Enden der Leiterbahnen vorgesehenen Kontaktier-flächen 20 erfolgen kann. Somit können Bond-, Schweiß- oder Nietvorgänge entfallen. Die Leiterbahnen können an den anzuschließenden Bauelementen zusätzlich mechanisch befestigt sein.
Die flexible Leiterplatte ist mechanisch und chemisch außerordentlich stabil, so daß eine hohe Funktionszuverlässigkeit gewährleistet ist.

Claims

Struktur zum Anschließen einer Mehrzahl voneinander entfernter elektrischer Bauelemente (28) an eine Zentraleinheit (4), enthaltend – eine flexible Leiterplatte (8), in deren innerem Bereich einzelne Leiterbahnen (16) in Kontaktflächen (10) zur Kontaktierung von an der Zentraleinheit (4) ausgebildeten Verbindungskontakten (6) enden, wobei die anderen Enden der Leiterbahnen zum Anschluß der elektrischen Bauelemente vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß – die Leiterbahnen (16) auf der flexiblen Leiterplatte (8) derart ausgebildet sind, daß die flexible Leiterplatte bei ihrer Herstellung eine kompakte Grundfläche (18) aufweist, aus deren jeweiligen Randbereichen die Leiterbahnen (16) nach Ausstanzen herausbiegbar sind, so daß zum Anschließen der voneinander entfernten Bauelemente (28) an die Enden der Leiterbahnen die flexible Leiterplatte eine sich nach außen hin verästelnde Gestalt annimmt, die eine gegenüber der kompakten Grundfläche vergrößerte Fläche überdeckt, wobei die flexible Leiterplatte (8) um die Zentraleinheit (4) herum unter Zwischenanordnung einer umlaufenden Dichtung (14) sandwichartig zwischen einem Deckel (12) und einem Bodenteil (2) aufgenommen ist und wobei zumindest einige der voneinander entfernten elektrischen Bauelemente (28) innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnet sind und wobei die Zentraleinheit (4) vom Innern des Getriebegehäuses mittels der Dichtung (14) getrennt ist.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Leiterplatte (8) in einem Bereich unter der Zentraleinheit (4) einen Ausschnitt aufweist und im Randbereich des Ausschnitts sandwichartig zwischen der Zentraleinheit und einem Bodenteil (2) aufgenommen ist, wobei die Verbindungskontakte (6) die Kontaktierflächen (10) kontaktieren.
Struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (4) an dem Bodenteil (2) mittels eines Wärmeleitklebers befestigt ist.
Struktur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierflächen (10) mit den Verbindungskontakten (6) mittels eines elektrisch leitendem Klebers verbunden sind.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einige der zu den voneinander entfernten Bauelementen (28) führenden Leiterbahnen übereinander verlaufen.