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DE19755792C2 - Textiles Flächengebilde aus mehreren miteinander verbundenen, teilweise elektrisch leitende Drähte/Fäden enthaltenden Gewebelagen - Google Patents

Textiles Flächengebilde aus mehreren miteinander verbundenen, teilweise elektrisch leitende Drähte/Fäden enthaltenden Gewebelagen

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DE19755792C2 DE19755792A DE19755792A DE19755792C2 DE 19755792 C2 DE19755792 C2 DE 19755792C2 DE 19755792 A DE19755792 A DE 19755792A DE 19755792 A DE19755792 A DE 19755792A DE 19755792 C2 DE19755792 C2 DE 19755792C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein textiles Flächengebilde aus mehreren miteinander verbundenen, teilweise elektrisch lei­ tende Drähte/Fäden enthaltenden Gewebelagen, insbesondere zum Aufbau elektronischer Schaltungen.
Die elektronische Schaltungstechnik verwendet konventio­ nelle Leiterplatten, Hybridschaltkreise und die derzeit hochaktuelle Folienmontagetechnik für die Multichipmontage. Dabei handelt es sich stets um planare Strukturen, in denen mit additiver und Subtraktionstechnik mehrlagige Leiterbahnführungen mit Durchmetallisierungen erzeugt werden. Eine Alternative, die sich im Unterschied zur planaren Leitungsebene einer räumlich vernetzten Leiter­ drahtstruktur bedient und dabei gleichzeitig ein hohes Maß an Flexibilität besitzt, ist nicht bekannt. Es existieren zwar textile Flächengebilde, in denen Leiter­ drahtstrukturen angeordnet sind, so daß elektrische Leitfähigkeit in einer Richtung erzielt wird oder das gesamte textile Flächengebilde elektrisch leitfähig ist. Bei diesen herkömmlichen textilen Flächengebilden handelt es sich aber um einfache meist gleichstrukturierte Gebilde mit geringer Anforderung an die laterale Präzision.
Bekannte Lösungen sind Zaunbänder gemäß DE 41 27 774 A1 und DE 40 36 886 A1 und Heizmatten gemäß DE 42 21 454 A1 sowie Sportanzüge, in denen über elektrische Leiter Signale übertragen werden gemäß DE 38 21 477 A1.
Weiterhin bekannt ist das Einarbeiten von elektrisch leitfähigen Drähten in Fechterkleidung zur Signalgabe.
Bekannt sind weitere textile Flächengebilde, die elek­ trische Leiter zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung enthalten gemäß DE 41 32 985 A1. Meistens handelt es sich bei den textilen Flächengebilden um Gewebe.
Ferner sind nach DE 43 00 791 A1 aber auch metalldraht­ haltige Gewirke zur Herstellung von Katalysatoren ge­ bräuchlich. Weiterhin sind gemäß EP-Anmeldung 0 616 065 A1 Abstandsgewirke bekannt, die aus zwei außenliegenden Ge­ wirkebahnen und einer dazwischenliegenden Abstandsstruktur, gebildet aus Abstandshalterfäden bestehen. Diese bekannten textilen Flächengebilde sind zum Aufbau elektronischer Schaltungen nicht geeignet, da die Anforderungen der komplexen, auch auf mehreren Ebenen auszuführenden Verdrahtungstechnik elektronischer Schaltungen nicht erfüllt werden.
Die DE 19 19 421 C3 beinhaltet eine Mehrschichtleiter­ platte, bei der sich die Leiter in mehreren mit Harz imprägnierten und zu einem Mehrschichtstoff verbundenen Lagen befinden, wobei auch Gewebe für den Aufbau der Lagen Anwendung finden können und die Leiter als Kett- oder Schußfäden eingewebt werden können. Diese mit Harz imprägnierten Lagen werden unter Druck- und Wärmeanwendung zu einer starren Mehrschichtplatte verbunden, die so fest und nicht biegsam erhalten werden muß, um exakt zielge­ richtet Bohrlöcher einzubringen, die eine Kontaktverbin­ dung bzw. eine Leiterunterbrechung bewirken. Weiterhin wird mindestens eine isolierende Zwischenschicht zwischen den Lagen benötigt.
Auf die isolierende Zwischenschicht kann auch bei der mehrlagigen Anordnung von elektrischen Leitern nach US-Patent 47 29 166 A bei Verwendung elastischer Binde­ mittel - Elastomere - nicht verzichtet werden, da es sonst bei den eingesetzten Geweben zwangsläufig zu Kurzschlüssen zwischen den elektrisch leitfähigen Dräh­ ten der einzelnen Lagen kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, textile Flä­ chengebilde zu schaffen, die als Trägermaterial für den Aufbau elektronischer Schaltungen auf Hybrid- und Baugruppenebene einsetzbar sind und permanente Flexibili­ tät aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 2 beschriebenen textilen Flächengebilde aus mehreren mit­ einander verbundenen, teilweise elektrisch leitende Drähte/Fäden enthaltenden Gewebelagen, mit mikrostruktu­ rierter Verdrahtung gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze in perspektivischer Sicht eines mehrschichtig aufgebauten textilen Flächengebildes mit mikro­ strukturierter Verdrahtung
Fig. 2 die schematische Draufsicht eines textilen Flächengebildes mit in zwei Ebenen angeordneten Verdrahtungen sowie Mikrotrenn- und Mikroverbin­ dungsstellen
Fig. 3 ein textiles Flächengebilde in Form einer zweilagigen Abstandsstruktur mit integriertem Elektronikbauteil im Querschnitt
Das textile Flächengebilde nach Fig. 1 besteht aus den Lagen eines mehrschichtig aufgebauten textilen Flächen­ gebildes, bestehend aus elektrisch isolierendem textilem Material 1, 1', 1" sowie sinngemäß weiteren Lagen des elektrisch isolierenden textilen Materials - beispiels­ weise Geweben oder Gelegen - mit in definierten Abständen und in festgelegten Richtungen eingebundenen elektrisch leitfähigen Drähten 2. Das Leitermaterial und die Abstände der elektrisch leitfähigen Drähte 2 in den einzelnen Lagen 1, 1' und 1" sind entsprechend der einzusetzenden elek­ tronischen Bauteile, wie Schaltkreise, angeordnet.
Gleiches gilt für die mustermäßige Einbindung der elek­ trisch leitfähigen Drähte 2 mit Hilfe unterschiedlicher textiler Bindungstechniken. Die Verbindung der Lagen 1, 1', 1" des textilen Flächengebildes nach Fig. 1 erfolgt im Prozeß der textilen Flächenbildung, wie durch Frottier-, Rips- und Samtbindung sowie durch spe­ zifische Jacquardtechnik erzeugte Bindungen - Matelassé- oder Cordbindung. Weiter ist es möglich, die textilen Flächengebilde durch Nähen sowie durch Webtechniken mit mehreren Fadensystemen zu verbinden - Multitextilien -. Beispiele sind mehrlagige Gewebe oder Abstandsgewirke. Die Mikrostruktur der elektrisch leitfähigen Drähte 2 innerhalb des textilen Flächengebildes gemäß Fig. 1 ent­ spricht der jeweiligen schaltungstechnischen Aufgabe. Hierzu sind die elektrisch leitfähigen Drähte 2 durch die textile Mustergestaltung mit unterschiedlichen Faden­ legungen funktionsgerecht angeordnet. Weiterhin sind zur Erzeugung der Mikrostruktur des textilen Flächen­ gebildes Mikrotrennstellen 3 und Mikroverbindungs­ stellen 4 zwischen den elektrisch leitfähigen Drähten 2 innerhalb einer der Lagen 1, 1', 1" sowie zwischen den Lagen 1, 1', 1" entsprechend des Schaltungsplanes vorgesehen. Die Mikrotrennstellen 3 entstehen beispiels­ weise durch mechanisches Durchtrennen der elektrisch leitfähigen Drähte 2 unter einem Mikroskop. Die Mikro­ verbindungsstellen 4 sind z. B. Lötstellen oder Klebe­ stollen mit elektrisch leitfähigen Verbindungswerkstoffen und dienen ausschließlich der elektrischen Kontaktierung.
Im einfachsten Fall kann die in Fig. 2 dargestellte rechtwinklige Verkreuzung der elektrisch leitfähigen Drähte 2 vorliegen.
Innerhalb der Lagen 1 und 1' aus elektrisch isolierendem textilem Material sind die elektrisch leitfähigen Drähte 2 vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen eingebunden. Die Mikrotrennstellen 3 und Mikroverbindungsstellen 4 dienen dem elektrischen Schaltungsaufbau. Die Ausläufer der textilen Struktur 5 in Form von Flottungen oder Maschen dienen der elektrischen Kontaktierung nach außen hin.
Die Fig. 3 zeigt ein textiles Flächengebilde in Form eines bekannten zweilagigen Abstandsgewirkes. Obere Lage 6 und untere Lage 7 des Abstandsgewirkes werden durch ab­ standshaltende Fäden 8 fixiert. In bindungstechnisch durch Polfäden ausgeformten Hohlräumen zur Bauteilaufnahme 9 sind Elektronikbauteile 10 vor äußeren Einwirkungen geschützt eingefügt. Die elektrische Verdrahtung und Kontaktierung ist, wie bereits dargelegt, ausgeführt. Anstelle der Drähte 2 ist die Verwendung von elektrisch leitfähigen Fäden, wie metalli­ sierte textile Fäden oder organische leitfähige Materialien in linienförmiger Struktur möglich.
Die Erfindung ermöglicht den Ersatz der gedruckten Leiterplatten und der Hybridschaltkreise durch den Einbau aktiver und passiver elektronischer Bauelemente in räumlichen textilen Strukturen, deren Ausläufer sich zur elektrischen Kontaktierung eignen und mustergemäß in den Schaltungsaufbau einbezogen sind.
Das erfindungsgemäße textile Flächengebilde mit mikro­ strukturierter Verdrahtung ist besonders für den Ein­ satz in der miniaturisierten Maschinentechnik wegen der hohen Flexibilität und wegen der räumlichen Draht­ führung zur elektrischen Signalübertragung von Chip zu Chip und zu den Anschlüssen geeignet.
Die textile Mustergestaltung ermöglicht durch die Viel­ falt der unterschiedlichsten Bindungsformen den Aufbau textiler Flächengebilde zur Realisierung komplexer elektronischer Schaltungen unter Ausnutzung der late­ ralen Präzision und Reproduzierbarkeit des textilen Prozesses auch bei kleinen Stückzahlen.
Anwendungsfelder der Erfindung sind die Ansteuerung bewegter Maschinenteile in der Elektromechanik, die flexible Verbindung zu Peripheriekomponenten, wie Tastaturen, Displays, Sensorarrays und Aktuatorsyste­ men, extrem platzsparende Konstruktionen für die Fahrzeugtelekommunikation, medizintechnische Applika­ tionen sowie der Ersatz für Motherboards durch ver­ teilte Elektronik. Es sind ungehäuste Chips entspre­ chend dem neuesten Stand der Miniaturisierung ein­ setzbar.
Die Erfindung ermöglicht die Chipanordnung auf engstem Raum und führt damit zu einer Reduzierung des Platz­ bedarfs der elektronischen Schaltungen.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das textile Flächengebilde mit mikrostrukturierter Verdrahtung lediglich aus Faden- und Drahtmaterial sowie verbindungstechnischen Zusatzwerkstoffen be­ steht, so daß bei seiner Herstellung im Gegensatz zu Schichtsubstrattechniken keinerlei schädliche Abfälle entstehen.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1
,
1
',
1
" Lagen eines mehrschichtig aufgebauten textilen Flächengebildes, bestehend aus elektrisch isolierendem textilem Material
2
elektrisch leitfähige Drähte
3
Mikrotrennstelle
4
Mikroverbindungsstelle
5
Ausläufer der textilen Struktu­ rierung
6
obere Lage des Abstandsgewirkes
7
untere Lage des Abstandsgewirkes
8
abstandshaltende Fäden
9
Hohlraum zur Bauteilaufnahme
10
Elektronikbauteil

Claims (2)

1. Textiles Flächengebilde, das aus mehreren miteinander verbundenen, teilweise elektrisch leitende, parallel zueinander verlaufende Drähte/Fäden enthaltende Gewebe­ lagen aufweist, besteht, wobei die elektrisch leitenden Fäden der einzelnen Gewebelagen teilweise elektrisch mitein­ ander verbunden sind, zum Aufbau von gedruckten Schal­ tungen, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - dieses in permanent flexibler Struktur aus mehreren Lagen eines mehrschichtig aufgebauten textilen Flä­ chengebildes, bestehend aus elektrisch isolierendem textilem Material (1, 1', 1") in definierten Abständen und in unterschiedlichen Richtungen zueinander inner­ halb jeder Lage (1, 1', 1") angeordneten nach außen durch eingesetzte textile Bindungstechnik isolierten elektrisch leitfähigen Drähten (2) und/oder elektrisch leitfähigen Fäden und/oder organisch leitfähigen Materia­ lien in linienförmiger Struktur bindungsgemäß verarbei­ tet, besteht, wobei die mustermäßige Anordnung der elektrisch leitfähigen Drähte (2) in den einzelnen Lagen (1, 1', 1") der einzusetzenden elektronischen Komponenten und der eingesetzten Bindungstechnik entspricht.
  • - die elektrisch leitfähigen Drähte (2) mittels von Mikrotrennstellen (3) und Mikroverbindungs­ stellen (4) in jeder Lage (1, 1', 1") einen ge­ wünschten Schaltungsaufbau darstellen.
  • - Ausläufer der textilen Struktur (5) gemäß der Bindungstechnik der textilen Flächengebilde nach außen hin zur elektrischen Kontaktierung angeordnet sind.
2. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde einen textiltechnologisch erzeugten Hohlraum (9) mit abstandshaltenden Fäden (8) aufweist, wobei die elektrisch leitfähigen Drähte (2) in den unterschiedlichen Ebenen in unterschiedlichen Richtungen sich befinden und in dem gebildeten Hohlraum zur Bauteilaufnahme (9) ein Elektronikbauteil (10) angeordnet ist.
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