DE4412278A1

DE4412278A1 - Starre und flexible Bereiche aufweisende Leiterplatte

Info

Publication number: DE4412278A1
Application number: DE19944412278
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Phys Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-04-09
Filing date: 1994-04-09
Publication date: 1995-10-12

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer starre und flexible Bereiche aufweisenden Leiterplatte nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine starre und flexible Bereiche aufweisende Leiterplatte ist beispielsweise aus der DE-C 26 57 212 bekannt, bei der übereinanderliegende starre und flexible Einzellagen mit ein- oder zweiseitiger Kupferkaschierung fest miteinander verklebt und verpreßt sind. Die Form der starren Lagen legt den starren Bereich der Leiterplatte fest. Der flexible Bereich wird durch Frei sparen des Basismaterials an der Biegefläche hergestellt. Für einlagige Leiterplatten ist ebenfalls bekannt, das Basismaterial bis auf eine Dicke von ca. 0,2 mm im Bereich der Biegezone wegzufräsen, so daß ein flexibler Bereich entsteht. Der flexible Bereich ist hierbei jedoch nur mit geringer Biegebeanspruchung zu belasten und erfordert darüberhinaus große Mindestradien. Die ferner bekannte Verbindung zweier Leiterplatten mit flexiblen Leitungen oder Drahtbrücken erfordert zusätzliche Arbeitsschritte beim Bestücken beziehungsweise Verlöten der Verbindungen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Leiterplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Biegezone mit einfachen Mitteln herstellbar ist, ohne daß teure Leiterplattenverbinder erforderlich sind oder teure Materialien verwendet werden müssen. Das Einbringen der Einschnitte bzw. der Biegefugen kann im selben Arbeitsgang hergestellt werden, der zum Trennen der Leiterplatten aus einem Nutzen erforderlich ist. Mehrere parallele Schnitte vergrößern den Biegeradius und führen zur Entlastung der Kupferleiterbahn in der Biegezone. Außerdem lassen sich auf gleiche einfache Weise mehrfach gebogene Leiterplatten herstellen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Leiterplatte möglich. Besonders vorteilhaft ist das Anbringen einer plastisch verformbaren Verstärkung im Bereich der Biegezone, wodurch die gebogene Leiterplatte in der gewünschten Biegung mit erhöhter Biegesteifigkeit gehalten wird. Die Verwendung eines Kupferbandes als Verstärkung ermöglicht zusätzlich eine erhöhte Strombelastbarkeit der Leiterbahn in diesem Bereich. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht in einem mäanderförmig strukturierten Verlauf der Leiterplatte in der Biegezone, wobei seitliche Aussparungen in die Leiterplatte eingebracht werden, wodurch quer zur Biegerichtung auf Torsion beanspruchbare Biegeabschnitte entstehen, durch die die Biegung ausgeführt wird. Diese Ausführung bietet insbesondere den Vorteil, in beidseitig kaschierte und Multilayer-Leiterplatten flexible Bereiche einzubringen, die auch im Bereich der Biegezone zwei oder mehrlagige Kupferleiterbahnen enthalten.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ebenen Leiterplatte für ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Leiterplatte gemäß Fig. 1 mit einer 90°-Biegung,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Biegezone in einer Draufsicht auf die Biegezone und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Biegezone gemäß Fig. 3.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Leiterplatte 10 mit einer Leiterplatten-Basis 11 aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem Epoxidhartglasgewebe. Die Leiterplatten-Basis 11 ist einseitig mit einer Leiterbahn 12, beispielsweise aus Kupfer beschichtet. In die Leiterplatten-Basis 11 sind quer zu einer gewünschten Biegerichtung mehrere parallel nebeneinander verlaufende und sich über die Breite der Leiterplatte 10 erstreckende Einschnitte 13 eingebracht, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel bis an die Kupferleiterbahn 12 heranreichen. Es ist aber genauso denkbar, die Einschnitte 13 lediglich so tief in die Leiterplatten-Basis 11 einzubringen, daß die verbleibende Materialstärke hinreichend flexibel wird.

Über den mit den Einschnitten 13 versehenen Bereich ist leiterbahnseitig eine Verstärkung 14 auf die Leiterbahn 12 aufgelötet. Die Verstärkung 14 ist beispielsweise ein Kupferband, welches quer zur Biegerichtung über die gesamte Leiterplatte 10 geführt sein kann oder als einzelner Streifen oder als mehrere nebeneinander angeordnete Streifen ausgeführt sein kann. Im Bereich der Einschnitte 13 ist leiterbahnseitig die Verstärkung 14 mit einem Hohlraum 15 ausgeführt, welcher als Dehnfuge bei der späteren Biegung wirkt. Die Verstärkung 14 ist mit einem Lot 16 auf die Leiterbahn 12 aufgelötet, wobei das Kupferband mit einem Bestückungsautomat auf die Leiterplatte aufbringbar ist. Auf die Verstärkung 14 kann auch verzichtet werden, wenn beispielsweise andere Mittel vorgesehen sind, die die Leiterplatte in der geforderten Biegung halten.

Fig. 2 zeigt die Leiterplatte gemäß Fig. 1 mit einer 90°-Biegung. Danach entsteht durch Biegung der Leiterplatte 10 eine Biegezone 18. Durch Aufweiten der Einschnitte 13 zu keilförmigen Biegefugen 19 entsteht in der Biegezone 18 ein flexibler Bereich der Leiterplatte 10. Durch eine entsprechende Anzahl von Einschnitten 13 und durch eine entsprechende Beabstandung der Einschnitte 13 untereinander kann der Biegeradius variiert werden. Insofern läßt sich jede beliebige Biegung bis 180° realisieren.

Die Flexibilität quer zur Biegerichtung kann dadurch erhöht werden, wenn zumindest im Bereich der Biegezone 18 in Biegerichtung zusätzliche Einschnitte eingebracht werden, die aus der vorliegenden Zeichnung nicht hervorgehen. Es ist jedoch leicht vorstellbar, daß dann die Leiterplatten-Basis 11 im Bereich der Biegezone 18 eine rechteckförmige Aufteilung aufweist, wodurch die Leiterplatte 10 zusätzlich quer zur eigentlichen Biegerichtung flexibel wird.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem im Bereich der Biegezone 18 von den gegenüberliegenden Schmalseiten 21 der Leiterplatte 10 jeweils versetzt zueinander bis auf einen Randbereich 22 durch die Leiterplatte 10 hindurchgehende Einschnitte 23 eingebracht sind, wodurch die Leiterplatte 10 im Bereich der Biegezone 18 einen mäanderförmig strukturierten Verlauf erhält. Zwischen den Einschnitten 23 bilden sich Stege 24 aus, die einen geringeren Querschnitt aufweisen als der Randbereich 22. Über den Randbereich 22 und die Stege 24 ist die Leiterbahn 12 geführt. Über die Stege 24 können auf Ober- und Unterseite Leiterbahnen geführt werden. Ebenso ist es möglich, über die Stege 24 mehrlagig Leiterbahnen zu führen.

Bei einer Biegung der Leiterplatte 10 werden die Stege 24 auf Torsion beansprucht, wobei sich aufgrund des geringeren Querschnitts gegenüber dem Randbereich 22 die Stege 24 verwinden, so daß die Leiterplatte 10 mit einem Biegeradius biegbar ist. Der Randbereich 22 bleibt beim Biegen der Leiterplatte annähernd starr. Durch eine Ausgestaltung der Biegezone 18 mit einer entsprechenden Anzahl von Einschnitten 23 und durch die Wahl eines entsprechenden Querschnitts für die Stege 24 ist der Biegeradius und der Biegewinkel variierbar.

Eine abgeänderte Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiel geht aus Fig. 4 hervor, bei dem die Leiterplatte 10 im Bereich der Biegezone 18 zwei symmetrisch nebeneinander angeordnete mäanderförmig strukturierte Verläufe hat. Die für den mäanderförmigen Verlauf erforderlichen Einschnitte an der zweiten Schmalseite werden hierbei durch eine in die Leiterplatte entsprechend eingebrachte Aussparung 25 realisiert. Durch diese Ausführungsform läßt sich der Leiterbahnquerschnitt durch zwei Leiterbahnen 12 und 12′ erhöhen oder mehrere voneinander unabhängige Leiterbahnen können durch den Biegebereich geführt werden. Die Belastung der Stege 24 ist so gewählt, daß der elastische Verformungsbereich der Leiterplatte 10 beziehungsweise des Materials der Leiterplatten-Basis 11 nicht überschritten wird.

Das Einbringen der Einschnitte 13 und 23 beziehungsweise der Aussparung 25 läßt sich vorteilhaft mittels Laserschneiden realisieren. Die geringe Schnittbreite beim Laserschneiden erlaubt sehr dünne Einschnitte, die mit keinem anderen Verfahren erzielbar sind. Darüberhinaus gestattet dieses Verfahren eine selektive Durchtrennung des Materials der Leiterplatten-Basis 11, so daß die Kupferleiterbahnen nicht beschädigt werden. Die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers sowie sein hohes Reflexionsvermögen verhindern die Absorption des Laserlichts beziehungsweise leiten die absorbierte Energie schnell ab. Das Material der Leiterplatten-Basis 11 absorbiert das Laserlicht dagegen sehr gut und wird somit verdampft. Das Einbringen der Einschnitte kann im selben Arbeitsgang, der zum Trennen der Leiterplatte aus einem Nutzen erforderlich ist, realisiert werden.

Eine Anwendung gebogener Leiterplatten ist beispielsweise bei Elektromotorenbürstenhaltern möglich. Hierbei wird die Bürstenträgerplatine beispielsweise um 90° gebogen und beispielsweise mit einem Hallsensorelement bestückt, welches zur Lageerfassung eines auf der Ankerwelle des Elektromotors befestigten Ringmagneten dient. Ebenfalls senkrecht zur Bürstenträgerplatine steht ein Steckerplatinenabschnitt, der unter anderem Relais und Anschlußstecker enthält.

Claims

1. Starre und flexible Bereiche aufweisende Leiterplatte mit einer im wesentlichen starren Leiterplatten-Basis, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines flexiblen Bereiches in einer Biegezone (18) mindestens ein Einschnitt (13) in die Leiterplatten-Basis (11) eingebracht ist, derart, daß die Leiterplatten-Basis (11) zumindest in der Biegezone (18) flexibel ist.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschnitt (13) quer zur Biegerichtung verläuft und beim Biegen eine Biegefuge (19) ausbildet.

3. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Einschnitte in Biegerichtung vorgesehen sind.

4. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß leiterbahnseitig über der Biegezone (18) mindestens eine plastisch verformbare Verstärkung (14) vorgesehen ist, welche außerhalb der Biegezone (18) mit der Leiterplatte (10) verbunden ist und innerhalb der Biegezone (18) leiterbahnseitig einen Hohlraum (15) als Dehnfuge aufweist.

5. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten-Basis (11) quer zur Biegerichtung bis auf einen Randbereich (22) durch die Leiterplatte (10) hindurchgehende Einschnitte (23) aufweist, derart, daß sich zwischen den Einschnitten (23) Stege (24) ausbilden und die Leiterplatte (10) im Bereich der Biegezone (18) einen mäanderförmig strukturierten Verlauf hat.

6. Leiterplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (10) im Bereich der Biegezone (18) mehrere nebeneinander angeordnete mäanderförmig strukturierte Verläufe aufweist.

7. Leiterplatte nach Anspruch 5, oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (12, 12′) über mindestens einen der mäanderförmig strukturierten Verlauf geführt ist.

8. Leiterplatte nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (12, 12′) zumindest im Bereich der Stege (24) mehrlagig ausgeführt sind.