DE19819088A1

DE19819088A1 - Flexible Leiterplatte

Info

Publication number: DE19819088A1
Application number: DE1998119088
Authority: DE
Inventors: Niels Berkenhoff; Christoph Oster; Martin Wagner; Edward Ziebko
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1998-04-29
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2018-04-30
Also published as: DE19819088B4

Abstract

Eine flexible Leiterplatte 1 besteht aus einer flexiblen Trägerfolie 2, auf der eine Anzahl von dieser getragenen Leiterbahnen angeordnet sind. Die Leiterplatte 1 dient mit ihrer Leiterbahnstruktur als Kabelbaum zum elektrischen Kontaktieren einer bestimmten Anordnung elektrischer und/oder elektronischer Komponenten. Das Leiterbahnlayout der Leiterplatte 1 ist bezüglich seiner räumlichen Ausdehnung gegenüber der einbaufertigen kabelbaumähnlichen Leiterplatte 1 in einer komprimierten Herstellungsanordnung hergestellt. In der Herstellungsanordnung des Leiterbahnlayouts sind in vorbestimmten Abschnitten Biegestellen vorgesehen, an denen die angrenzenden Leiterbahnäste L¶1¶-L¶5¶ aus ihrer Herstellungsanordnung in ihre bestimmungsgemäße Einbauanordnung biegbar sind. Durch dieses Biegen erfolgt eine Dekomprimierung der in der Herstellungsanordnung komprimiert angeordneten Leiterbahnäste L¶1¶-L¶5¶.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von flexiblen Leiterplatten, so genannten Flach- oder Folienleitern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine flexible Leiterplatte bestehend aus einer flexiblen Trägerfolie mit ei ner Anzahl von dieser getragenen Leiterbahnen, welche Leiterplatte mit ihrer Leiterbahnstruktur als Kabelbaum zum elektrischen Kontaktieren ei ner bestimmten Anordnung elektrischer und/oder elektronischer Kompo nenten ausgelegt ist.

Derartige flexible Leiterplatten werden in zunehmendem Maße zum Ersatz herkömmlicher, aus Rundleitern bestehend er Kabelbäume eingesetzt. Eine solche Leiterplatte besteht im wesentlichen aus einer flexiblen Trä gerfolie, die eine den Kabelbaum bildende Leiterbahnstruktur trägt. Die einzelnen Leiterbahnen sind elektrisch voneinander isoliert angeordnet und weisen üblicherweise einen rechteckigen Querschnitt auf, weshalb derartige Leiterbahnen auch als Rechteckleiter angesprochen werden. Die Oberseite der Leiterbahnen ist elektrisch isoliert, wobei Lacke oder Folien zum Einsatz kommen. Der Vorteil derartiger flexibler Leiterplatten liegt zum einen in der Verwendung von Rechteckleitern, bei denen verglichen mit Rundleitern bei geringeren Querschnittsflächen die gleiche Strom menge übertragen werden kann. Folglich ist die bereitzustellende Kup fermenge reduziert. Darüber hinaus ist die Übersichtlichkeit einer solchen als Kabelbaum ausgebildeten Leiterplatte gegenüber herkömmlichen Ka belbäumen erhöht, so daß Schäden, etwa Leiterbahnbrüche leichter de tektierbar sind. Vorteilhaft ist ferner die flache Ausbildung dieser als Ka belbaum ausgebildeten Leiterplatten, so daß diese beispielsweise bei ei nem Einsatz im Automobilbereich hinter Verkleidungen, etwa einem Dachhimmel oder einer Türverkleidung ohne weiteres anbringbar sind. Mitunter sind die vorbekannten, als Kabelbäume ausgebildeten flexiblen Leiterplatten bereits mit elektronischen Bauelementen oder Baugruppen bestückt, so daß ansonsten herzustellende Anschlüsse bereits vorgefer tigt sind. Die Enden der Leiterbahnäste sind mit Steckverbindern zum Kontaktieren der gewünschten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten ausgerüstet.

Die flexiblen Leiterplatten werden wie auch feste Leiterplatten durch Be schichten der Trägerfolie mit dem Leitermaterial, nämlich Kupfer, an schließendem Wegätzen des Leitermateriales der kupferbeschichteten, nicht als Leiterbahn ausgebildeten Bereiche und abschließendes Be schichten der erstellten Leiterbahnen zu ihrer Isolierung hergestellt. Da Kabelbäume mitunter sehr verzweigte und voneinander weit beabstandete Leiterbahnäste aufweisen, ist zur Herstellung von Kabelbäumen aus flexi blen Leiterplatten ein hoher Materialeinsatz notwendig, da ein nicht unbe trächtlicher Materialanteil sich in der daraus gebildeten flexiblen, als Ka belbaum vorgesehenen Leiterplatte nicht wiederfindet. Bezüglich der Trä gerfolie bedeutet dies, daß die nicht benötigten Folienbereiche nach einer Ausbildung der Leiterbahnen entfernt werden. Da üblicherweise zur Er stellung der Leiterbahn die gesamte Trägerfolie mit Kupfer in der ge wünschten Dicke beschichtet wird und anschließend die nicht benötigten Kupferbereiche weggeätzt werden, ist der primäre Kupferverbrauch hoch. Die weg zu ätzenden Kupferbereiche bedecken oftmals bezogen auf ihre Fläche ein Vielfaches derjenigen Fläche, die tatsächlich für die Leiterbah nen vorgesehen sind. Entsprechend hoch ist ebenfalls der Verbrauch an den zum Beschichten und zum Ätzen benötigten Chemikalien.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße flexible Leiterplatte bereitzustellen, deren Herstellung hinsichtlich des Materialeinsatzes ins besondere bei weit voneinander beabstandeten Leiterbahnästen optimiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leiter bahnlayout der Leiterplatte einer bezüglich der räumlichen Ausdehnung der einbaufertigen kabelbaumähnlichen Leiterplatte komprimierten Her stellungsanordnung entspricht, in welchem Leiterbahnlayout in vorbe stimmten Abschnitten Biegestellen vorgesehen sind, an denen die an grenzenden Leiterbahnäste zur Erstellung der kabelbaumartigen Ein bauanordnung der Leiterplatte aus ihrer raumbedarfsbezogen kompri mierten Herstellungsanordnung in ihre vorgesehene bezüglich ihrer Aus dehnung größere bestimmungsgemäße Einbauanordnung biegbar sind.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, den nicht mit Kupfer zu beschichtenden Freiraum auf einer Trägerfolie den Anforderungen ent sprechend möglichst gering zu halten, wobei das Leiterbahnlayout zur Herstellung der Leiterplatte sozusagen komprimiert ist. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt durch Ausklappen, Ausziehen oder Ausbiegen der Leiterbahnäste zur Bereitstellung einer einbaufertigen kabelbaumähn lichen Leiterplatte in ihrer bestimmungsgemäßen Einbauanordnung eine Dekomprimierung dieser Anordnung. Zu diesem Zweck sind in dem Lei terbahnlayout Biegestellen vorgesehen, an denen die einzelnen Leiter bahnäste zu Biegen sind, um die bestimmungsgemäße Einbauanordnung der Leiterplatte herbeizuführen. In der bestimmungsgemäßen Ein bauanordnung liegen die zu kontaktierenden Leiterbahnenden an denje nigen Positionen, an denen elektrische und/oder elektronische Kompo nenten durch diese Leiterbahnen kontaktiert werden sollen.

Durch eine solche "Biegetechnik" lassen sich verzweigte und weit vonein ander beabstandete Leiterbahnäste durch entsprechende platzsparende Anordnung der Leiterbahnen unter Vermeidung von platzgreifenden aus gestellten Leiterbahnästen auf einer relativ kleinen Fläche anordnen. Erst durch Zurechtbiegen der einzelnen Leiterbahnäste wird die verästelte und mit ihren einzelnen Leiterbahnästen ggf. weit voneinander beabstandete Leiterplatte zur Erstellung des eigentlichen Kabelbaums zurechtgebogen. Folglich ist insbesondere der notwendige Chemikalieneinsatz auf ein Min destmaß reduziert.

Vorteile ergeben sich jedoch nicht nur im Hinblick auf die Reduzierung der zur Herstellung verwendeten Chemikalien, sondern auch in der Handha bung der als Kabelbaum ausgebildeten flexiblen Leiterplatte mit den kom primiert angeordneten Leiterbahnästen in ihrer Herstellungsanordnung. Die zur Herstellung einer solchen Leiterplatte verwendeten Maschinen brauchen nur einen Bruchteil der Fläche abzudecken, die die spätere, in ihre Einbauanordnung gebrachte Leiterplatte einnimmt. Es lassen sich daher auf herkömmlichen Maschinen Leiterplatten mit einer wesentlich höheren Endbreite herstellen. Auch zur Bestückung einer solchen Leiter platte mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen oder Bau gruppen ist die Handhabbarkeit aufgrund der geringen Größe der Leiter platte in ihrer Herstellungsanordnung vereinfacht.

Zur Ausbildung eines von einem zentralen Leiterbahnbereich abragenden Leiterbahnastes kann dieser in seiner Herstellungsanordnung mäandrie rend angeordnet sein, wobei die nebeneinander befindlichen geraden Leiterbahnabschnitte durch U-förmige Abschnitte verbunden sind. Durch Herausbiegen eines der beiden Leiterbahnabschnitte kann dann eine Verlängerung des anderen Leiterbahnabschnittes erfolgen. Zu diesem Zweck wird an zwei rechtwinklig zum Leiterbahnverlauf angeordneten Biegestellen im Bereich des U-förmigen Abschnittes der mäandrierend angeordnete Leiterbahnast dergestalt gebogen, daß abschließend ein von dem zentralen Leiterbahnbereich abgehender langer Leiterbahnast gebil det ist. Abragende Leiterbahnäste können auch durch Biegen bestimmter Leiterbahnäste in einer zum Leiterbahnverlauf winkligen Anordnung aus gestellt werden.

Es ist zweckmäßig, die Biegestellen auf der Leiterplatte zu markieren, wo bei Markierungen aufgedruckt sein können oder diese durch seitlich be züglich der Trägerfolie angeordnete Befestigungslaschen gekennzeichnet sein können. Bei einem Einsatz derartiger Befestigungslaschen, die zweckmäßiger Weise eine Befestigungsöffnung aufweisen, ist vorgese hen, daß bei Durchführen der bestimmungsgemäßen Biegung die Befe stigungslaschen von zwei Leiterbahnabschnitten mit ihren Befestigungs öffnungen miteinander fluchtend und die Befestigungslaschen übereinan der liegend angeordnet sind. Die Befestigungslaschen können zur Befe stigung der Leiterplatte bzw. dieses Leiterbahnastes an einem zu bestüc kenden Gegenstand verwendet werden. Ebenfalls können die Biegestel len durch seitlich in die Leiterplatte eingebrachte Einschnitte markiert sein.

In einem zentralen Leiterplattenbereich, in dem keine Biegestelle vorge sehen ist, sind zweckmäßiger Weise Befestigungsmittel in die Trägerfolie eingebracht, so daß dieser Teil bei einer Montage der Leiterplatte in ei nem ersten Schritt an dem zu bestückenden Gegenstand befestigbar ist. In weiteren Schritten erfolgt dann sukzessive das Herausbiegen der in ihrer Herstellungsanordnung befindlichen Leiterbahnäste, wobei zur Fixie rung der Leiterbahnäste die oben genannten Befestigungslaschen ver wendet werden können. Dabei kann es zweckmäßig sein, daß die die Leiterbahnäste bildenden Leiterbahnabschnitte untereinander durch kleine Stege aus Trägerfolienmaterial verbunden sind. Erst bei einer Montage der Leiterplatte werden diese Stege, etwa durch Abreißen getrennt, so daß die Leiterplatte in ihrer Herstellungsanordnung eine erhöhte Handha bungsstabilität aufweist.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Be standteil der übrigen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschrei bung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 Eine flexible Leiterplatte in ihrer Herstellungsanordnung mit ihren komprimiert angeordneten Leiterbahnästen,

Fig. 2a-2c unterschiedliche Faltungsarten zum Dekomprimieren von Leiterbahnästen,

Fig. 3a die Leiterplatte der Fig. 1 in einer vereinfachten, verklei nerten Abbildung und

Fig. 3b ein aus der Leiterplatte der Fig. 3a gebildeter Kabelbaum zur Kontaktierung von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten.

Eine flexible Leiterplatte 1 mit einem vorgeformten Leitungssatz besteht aus einer Trägerfolie 2, etwa aus Polyester, auf der in der in Fig. 1 dar gestellten Struktur Leiterbahnen aufgetragen sind. Der Leiterplatte 1 sind ferner ein Steuergerät 3 sowie ein Bedienelement 4 zugeordnet, die beide elektrisch leitend mit Leiterbahnen verbunden sind. Folglich dient die Lei terplatte 1 auch zum Tragen zusätzlicher elektronischer Komponenten. Die Leiterbahnstruktur der Leiterplatte 1 läßt sich in mehrere Leiter bahnäste L₁-L₅ unterteilen, welche Leiterbahnäste L₁-L₅ jeweils von dem durch das Steuergerät 3 und das Bedienelement 4 gebildeten zentralen Bereich der Leiterplatte 1 ausgehen. Die Leiterbahnäste L₁-L₅ sind in Fig. 1 in ihrer Herstellungsanordnung dargestellt, in welcher Anordnung diese einen weitaus geringeren Platz beanspruchen als in ihrer aus dieser Anordnung zu erstellenden Einbauanordnung. Die Leiterbahnäste L₁-L₅ sind untereinander durch Stege S zur Stabilisierung der Leiterplatte 1 in ihrer Herstellungsanordnung verbunden. Die Stege S sind ebenfalls aus dem Material der Trägerfolie (Polyester) und weisen Einschnürungen auf, so daß die einzelnen Leiterbahnäste L₁-L₅ leicht voneinander, etwa durch Abreißen trennbar sind.

Die Leiterbahnäste sind endseitig mit Steckverbindern SV zur Kontaktie rung elektrischer und/oder elektronischer Komponenten bestückt.

Das Leiterbahnlayout der Leiterplatte 1 in ihrer Herstellungsanordnung berücksichtigt Biegestellen, an denen die einzelnen Leiterbahnäste L₁-L₅ zur Erstellung eines bestimmungsgemäßen Kabelbaumes herausgebogen werden können. Die Biegestellen sind in Fig. 1 mit quer zu den Leiter bahnästen L₁-L₅ verlaufenden gestrichelten Linien gekennzeichnet.

Beispielhaft sind in den Fig. 2a bis 2c verschiedene Faltungsarten, die zur Komprimierung bzw. Dekomprimierung von Leiterbahnästen einge setzt werden können, wiedergegeben. Fig. 2a zeigt eine U-förmige An ordnung von zwei Leiterbahnabschnitten 5, 6, welche Anordnung bei spielsweise in dem Leiterbahnast L₅ der Leiterplatte der Fig. 1 enthalten ist. Die vorgesehenen Biegestellen sind in dieser Figur mit den Bezugs zeichen 7 und 8 in der obersten Abbildung der Fig. 2a gekennzeichnet. Die mittlere Abbildung dieser Figur gibt die Anordnung der Leiterbahnab schnitte 5, 6 nach Durchführen der ersten Biegung an der Biegestelle 7 wieder, wobei nunmehr die Unterseite des Leiterbahnabschnittes 6 zu oberst liegt. Nach Durchführen der zweiten Biegung 8 sind beide Leiter bahnabschnitte 5, 6 miteinander fluchtend in gleichsinniger Orientierung angeordnet. Das Vorsehen derartiger U-förmiger Biegestellen dient zur Erstellung eines gegenüber seiner Herstellungsanordnung verlängerten Leiterbahnastes. Durch entsprechende Aneinanderreihung derartiger U- förmiger Abschnitte zur Bildung eines mäandrierenden Leiterbahnastes läßt sich dieser anschließend durch die beschriebenen Biegungen in ei nen langen Leiterbahnast wandeln.

In Fig. 2b ist ein zwei weitere Leiterbahnabschnitte 9, 10 verbindender Z- förmiger Abschnitt gebildet, in dem eine mit dem Bezugszeichen 11 ge kennzeichnete Biegestelle vorgesehen ist. Nach Ausführen der Biegung befinden sich die beiden Leiterbahnabschnitte 9, 10 in einer miteinander fluchtenden Anordnung, wobei die Unterseite des Leiterbahnabschnittes 10 nunmehr zu oberst liegt.

Zur Erstellung von winkligen Abwinklungen, die bevorzugt als 90°- Abwinklungen ausgebildet sind, jedoch auch beliebige Winkel einnehmen können, dienen spitzwinklig zum Leiterbahnverlauf angeordnete Biege stellen. Eine solche Biegestelle 12 ist im oberen Teil der Fig. 2c in dem Leiterbahnabschnitt 13 vorgesehen. Der Leiterbahnabschnitt 13 hat nach Durchführen der bestimmungsgemäßen Biegung die in Fig. 2c unten wiedergegebene Konfigurierung. Derartige Abwinklungen sind beispiels weise in dem Leiterbahnast L₁ der Leiterplatte 1 der Fig. 1 vorgesehen.

Zur Darstellung eines flächenmäßigen Größenvergleichs zwischen der Leiterplatte 1 in ihrer Herstellungsanordnung gemäß Fig. 1 und ihrer nach Durchführen der bestimmungsgemäßen Biegungen vorgesehenen Einbauanordnung sind diese beiden Anordnungen in den Fig. 3a und 3b wiedergegeben, wobei die Fig. 3a eine vereinfachte und verkleinerte Darstellung der Fig. 1 ist. Aus dieser Gegenüberstellung wird deutlich, daß der von der Leiterplatte 1 in ihrer Einbauanordnung abgedeckte Raum sehr viel größer ist als derjenige, in der die Leiterplatte 1 gemäß Fig. 3a hergestellt wird.

Bei den genannten Biegestellen kann es sich naturgemäß auch um Knic kungen handeln, solange bei den Knickungen sichergestellt ist, daß durch diese Knickungen die Leiterbahnen nicht beschädigt werden.

Sollen die Biegung in einem vorbestimmten Biegeradius vollzogen wer den, können Hilfsmittel bereitgestellt sein, die auf der Innenseite der durchzuführenden Biegung anbringbar sind und um welche Hilfsmittel der zu biegende Leiterbahnast gebogen wird. Dabei wird der Biegeradius von dem Hilfsmittel bestimmt, so daß bei einer durchgeführten Biegung nicht die Gefahr besteht, daß die Leiterbahnen an diesen Stellen brechen. Ein solches Hilfsmittel kann beispielsweise aus zwei gelenkig über einen Knicksteg miteinander verbundenen Formteilen mit gekrümmten als Bie geflächen ausgebildeten Stirnflächen aufgebaut sein, die in ihrer neben einander liegend angeordneten Befestigungsstellung zum Befestigen des Hilfsmittel auf der Leiterplatte beabstandet sind. Beim Durchführen der Biegung werden die beiden Formteile durch Zusammenbiegen in eine übereinanderliegende Anordnung gebracht, welche Bewegung mit einer Abstandsverkürzung zwischen den gekrümmten Stirnflächen der Form teile einhergeht, so daß eine Längung des zu biegenden Leiterbahnastes nicht eintritt. Derartige Hilfsmittel können darüber hinaus dazu verwendet werden, zusätzliche Versorgungsleitungen, etwa Hydraulikleitungen, opti sche Fasern oder BUS-Systeme zu tragen.

Bezugszeichenliste

1

Flexible Leiterplatte

2

Trägerfolie

3

Steuergerät

4

Bedienelement

5

Leiterbahnabschnitt

6

Leiterbahnabschnitt

7

Biegestelle

8

Biegestelle

9

Leiterbahnabschnitt

10

Leiterbahnabschnitt

11

Biegestelle

12

Biegestelle

13

Leiterbahnabschnitt

14

Biegelasche

15

Befestigungsöffnung
L₁

-L₅

Leiterbahnäste
S Steg
SV Steckverbinder

Claims

1. Flexible Leiterplatte bestehend aus einer flexiblen Trägerfolie (2) mit einer Anzahl von dieser getragenen Leiterbahnen, welche Lei terplatte (1) mit ihrer Leiterbahnstruktur als Kabelbaum zum elektri schen Kontaktieren einer bestimmten Anordnung elektrischer und/oder elektronischer Komponenten ausgelegt ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das Leiterbahnlayout der Leiterplatte (1) einer bezüglich der räumlichen Ausdehnung der einbaufertigen kabel baumähnlichen Leiterplatte (1) komprimierten Herstellungsanord nung entspricht, in welchem Leiterbahnlayout in vorbestimmten Ab schnitten Biegestellen vorgesehen sind, an denen die angrenzen den Leiterbahnäste (L₁-L₅) zur Erstellung der kabelbaumartigen Einbauanordnung der Leiterplatte (1) aus ihrer raumbedarfsbezo gen komprimierten Herstellungsanordnung in ihre vorgesehene be züglich ihrer Ausdehnung größere bestimmungsgemäße Ein bauanordnung biegbar sind.

2. Flexible Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterbahnlayout U-förmige Abschnitte aufweist, an denen ein innerer Leiterbahnast (5) durch Biegen des U-förmigen Ab schnittes an zwei rechtwinklig zum Leiterbahnverlauf angeordneten Biegestellen (7, 8) zum Herausbiegen eines äußeren Leiter bahnastes (6) bezüglich seiner Längserstreckung verlängerbar ist.

3. Flexible Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Leiterbahnlayout Z-förmige Abschnitte aufweist, in denen eine Biegestelle vorgesehen ist.

4. Flexible Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Bezug auf den Leiterbahnverlauf winklige Biegestellen (12) vorgesehen sind.

5. Flexible Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegestellen auf der Leiterplatte markiert sind.

6. Flexible Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie zur Stabilisierung der auszu biegenden Leiterbahnäste (L₁-L₅) in ihrer Herstellungsanordnung über Stege (S) mit der Trägerfolie (2) benachbarter Leiterbahnab schnitte (L₁-L₅) verbunden ist.

7. Flexible Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Biegeabschnitte der Leiterplatte (1) Befestigungslaschen (14) mit einer Befestigungsöffnung (15) an geformt sind, die nach Erstellung der bestimmungsgemäßen Bie gung übereinanderliegend und mit ihren Befestigungsöffnungen miteinander fluchtend angeordnet sind.

8. Flexible Leiterplatte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte einen zen tralen Bereich ohne Biegestellen umfaßt, in dem Mittel zur Befesti gung der Leiterplatte an einem mit der Leiterplatte zu bestücken den Gegenstand angeordnet sind.

9. Flexible Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) Träger elektronischer Bauelemente oder Baugruppen (3, 4) ist, die ihrerseits mit entspre chenden Leiterbahnabschnitten elektrisch leitend verbunden sind.

10. Flexible Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den vorgesehenen Biegestellen auf der Oberfläche der Leiterplatte Hilfsmittel zum bestimmungsgemäßen Biegen der Leiterplatte an diesen Stellen vorgesehen sind.