AT519891A1

AT519891A1 - Leiterplatte

Info

Publication number: AT519891A1
Application number: ATA50381/2017A
Authority: AT
Inventors: Philipp Moser MSc; Ing Dr Herbert Grabner Dipl; Zdravko Georgiev Msc; Christian Raschko MSc
Original assignee: Hitzinger Gmbh
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2018-11-15

Abstract

Es wird eine Leiterplatte (1) mit zumindest einem Basismaterial (2.1, 2.2, 2.3) ge- zeigt, mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leiterbahnlage (3.1, 3.2), wel- che jeweils elektrisch leitfähige Leiterbahnen (4) aufweisen, mit einer ein Epoxid- harz aufweisenden Zwischenlage (5), die zwischen der ersten und der zweiten Lei- terbahnlage (3.1, 3.2) angeordnet ist, und mit einem kapazitiven Drucksensor (7), der eine Druckmesszelle (10) mit einer Kavität (9) zwischen zwei Kondensatorelekt- roden (11.1, 11.2) aufweist. Um eine Leiterplatte konstruktiv zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass die Zwischenlage (5) zumindest eine Schicht (5.1, 5.3) aus Low-Flow-Prepreg (6.1, 6.2) oder No-Flow-Prepreg (6.1, 6.2) mit einer Aussparung (8) aufweist, welche die Kavität (9) der Druckmesszelle (10) ausbildet, und dass die über und unterhalb der Kavität (9) vorgesehenen Leiterbahnen (4) die Kondensator- elektroden (11.1, 11.2) der Druckmesszelle (10) ausbilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit zumindest einem Basismaterial, mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leiterbahnlage, welche jeweils elektrisch leitfähige Leiterbahnen aufweisen, mit einer ein Epoxidharz aufweisenden Zwischenlage, die zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnlage angeordnet ist, und mit einem kapazitiven Drucksensor, der eine Druckmesszelle mit einer Kavität zwischen zwei Kondensatorelektroden aufweist.

Mehrlagige Leiterplatten mit einem Basismaterial, mehreren Leiterbahnlagen und mit einer zwischen den Leiterbahnlagen vorgesehenen Zwischenlage mit Epoxidharz sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weiter ist bekannt, auf solch eine Leiterplatte einen kapazitiven Drucksensor vorzusehen, der eine Druckmesszelle mit einer Kavität zwischen zwei Kondensatorelektroden aufweist, um damit beispielsweise die Betätigung einer Taste aufzunehmen und zur Weiterverarbeitung der Sensordaten anderen elektronischen Bauelementen auf der Leiterplatte zuzuführen. Nachteilig ist ein derartiger Aufbau komplex und konstruktiv aufwendig, was zu einer verminderten Standfestigkeit führen kann.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Leiterplatte mit einem Drucksensor der eingangs geschilderten Art konstruktiv zu vereinfachen und damit dessen Standfestigkeit zu erhöhen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Zwischenlage zumindest eine Schicht aus Low-Flow-Prepreg oder No-flow-Prepreg mit einer Aussparung aufweist, welche die Kavität der Druckmesszelle ausbildet, und dass die über und unterhalb der Kavität vorgesehenen Leiterbahnen die Kondensatorelektroden der Druckmesszelle ausbilden.

Weist die Zwischenlage zumindest eine Schicht aus Low-Flow-Prepreg oder No-Flow-Prepreg mit einer Aussparung auf, welche die Kavität der Druckmesszelle ausbildet, so kann konstruktiv besonders einfach die Leiterplatte in einem Teilbereich flexibel gestaltet werden. Insbesondere kann auf verfahrenstechnisch einfache Weise die Kavität der Druckmesszelle direkt in der Leiterplatte integriert werden -was die Standfestigkeit des Drucksensors deutlich erhöhen kann. Zudem kann durch die Low-Flow- bzw. No-Flow-Eigenschaften des Prepregs sichergestellt werden, dass die beim Kaschieren in die Leiterplatte eingebrachten Kavitäten in nachfolgenden Verfahrensschritten nicht ungewünschterweise aufgefüllt bzw. ausgeglichen werden, sodass die Leiterplatte auch reproduzierbar herstellbar und damit kostengünstig sind. Bilden zudem die über und unterhalb der Kavität vorgesehenen Leiterbahnen die Kondensatorelektroden der Druckmesszelle aus, kann eine äußerst kompakte kapazitive Druckmesszelle geschaffen werden, welche keine der Leiterplatte auskragenden Teile des Drucksensors bedarf - wodurch die Leiterplatte in Vorrichtungen auch verhältnismäßig einfach integrierbar ist.

Die Stabilität und Rigidität der geschaffenen Leiterplatte mit integrierter Druckmesszelle können erhöht werden, wenn die erste Leiterbahnlage an dem ersten Basismaterial und die zweite Leiterbahnlage an einem zweiten Basismaterial vorgesehen ist.

Ist die Zwischenlage zwischen erster Leiterbahnlage und dem zweiten Basismaterial vorgesehen, so kann die Standfestigkeit der Leiterplatte erhöht werden.

Ist die Zwischenlage mehrschichtig aufgebaut und weist sie hierfür eine erste und dritte Zwischenschicht aus einem Low-Flow-Prepreg oder No-Flow-Prepreg und eine zwischen der ersten und dritten Zwischenschicht vorgesehene und an diese angrenzende zweite Zwischenschicht aus einem dritten Basismaterial auf, durch welche drei Zwischenschichten die Aussparung verläuft, so kann durch den mehrschichtigen Aufbau eine höhere Flexibilität der Leiterplatte im Bereich der Druck messzelle erreicht und die Präzision der Druckmesszelle erhöht werden - wodurch die Zuverlässigkeit der Leiterbahn weiter verbesserbar sind.

Die Zuverlässigkeit der Leiterplatte mit integrierter Druckmesszelle kann weiter verbessert werden, wenn die Kavität einen kreisrunden Querschnitt aufweist.

Weist die Kavität einen Durchmesser von 5 bis 20 mm, insbesondere von 12 bis 15 mm, auf, so kann eine in ihrer Funktion besonders zuverlässige, an die Größe einer menschlichen Fingerspitze optimierte Druckmesszelle in der Leiterplatte geschaffen werden.

Sind die, die Leiterbahnen im Bereich der Boden- und Deckelfläche der Kavität vollflächig vorgesehen, kann die Sensitivität und Responsivität des Drucksensors in der Leiterplatte verbessert werden. Die Zuverlässigkeit der Leiterplatte ist derart weiter erhöhbar.

Ist das Basismaterial ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Fasergewebe, insbesondere Glasfasergewebe, so kann eine besonders zuverlässige Leiterplatte geschaffen werden.

Im Allgemeinen wird festgehalten, dass sich als Basismaterial unter anderem auch ein FR4-Verbundwerkstoff eignen kann.

Ist mindestens eine der als Kondensatorelektroden wirkenden elektrischen Leiterbahnen reversibel mechanisch deformierbar, insbesondere eindrückbar, können das haptische Feedback und die Sensitivität der Druckmesszelle verbessert werden -womit eine zuverlässigere Leiterplatte zur Verfügung gestellt werden kann.

In der Figur ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand einer Ausführungsvariante näher dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Leiterplatte.

In Fig. 1 wird beispielsweise eine erfindungsgemäße Leiterplatte 1 mit zumindest einem Basismaterial 2.1 und mit einer ersten Leiterbahnlage 3.1 sowie einer zweiten Leiterbahnlage 3.2 gezeigt, wobei die Leiterbahnlagen 3.1, 3.2 jeweils elektrisch leitfähige Leiterbahnen 4 aufweisen. Zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnlage 3.1, 3.2 ist eine ein Epoxidharz aufweisende Zwischenlage 5 angeordnet.

Das Basismaterial 2.1, 2.2, 2.3 ist insbesondere ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Fasergewebe. Als besonders geeignet kann sich ein Glasfasergewebe auszeichnen, beispielsweise FR4.

Erfindungsgemäß ist zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnlage 3.1, 3.2 ein kapazitiver Drucksensor 7 vorgesehen.

Eine Zwischenlage 5 weist zumindest ein Epoxidharz auf, nämlich zumindest eine Schicht 6.1, 6.2 aus Low-Flow-Prepreg oder No-Flow-Prepreg, welche eine Aussparung 8 aufweisen. Die Aussparung 8 in der Zwischenlage 5 bildet dabei eine Kavität 9 der Druckmesszelle 10 des Drucksensors 7 aus. Die Kavität 9 ist zwischen zwei Kondensatorelektroden 11.1, 11.2 in den Leiterbahnlagen 3.1, 3.2 angeordnet, die jeweils über und unter der Kavität 9 vorgesehen sind - und zusammen mit dieser die Druckmesszelle 10 des Drucksensors 7 ausbilden.

Vorteilhaft sind die Kondensatorelektroden 11.1, 11.2 um die Kavität 9 vollflächig vorgesehen, um eine möglichst sensitive Druckmesszelle 10 zu schaffen. Die Kondensatorelektroden 11.1, 11.2 bzw. im Speziellen die elektrischen Leiterbahnen 4 in den Leiterbahnlagen 3.1, 3.2, welche die Kondensatorelektroden 11.1, 11.2 ausbilden, sind reversibel mechanisch deformierbar, insbesondere eindrückbar, um eine Abstandsänderung der Kondensatorelektroden 11.1, 11.2 zueinander, und damit eine Änderung der Kapazität der Druckmesszelle 10 zu ermöglichen. Ein standfester Drucksensor 7 ist damit geschaffen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte zumindest ein erstes Basismaterial 2.1 und ein zweites Basismaterial 2.2 auf, wobei die erste Leiterbahnlage 3.1 an dem ersten Basismaterial 2.1 vorgesehen ist und die zweite Leiterbahnlage 3.2 an dem zweiten Basismaterial 2.2 vorgesehen ist. Die Zwischenlage 5 ist dabei zwischen der ersten Leiterbahnlage 3.1 und dem zweiten Basismaterial 2.2 vorgesehen.

Die Zwischenlage 5 kann bevorzugterweise mehrschichtig aufgebaut sein. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Zwischenlage 5 aus drei Zwischenschichten 5.1, 5.2, 5.3, wobei die erste und dritte Zwischenschicht 5.1, 5.3 aus einem Low-Flow- oder einem No-Flow-Prepreg bestehen. Die zweite Zwischenschicht 5.2 besteht aus einem dritten Basismaterial 2.3 und ist zwischen der ersten und der dritten Zwischenschicht 5.1, 5.3 vorgesehen - zweite Zwischenschicht 5.2 grenzt an die beiden anderen Zwischenschichten 5.1, 5.3 an. Die Aussparung 8 verläuft durch die gesamte Zwischenlage 5 und somit durch alle drei Zwischenschichten 5.1, 5.2, 5.3, um die Kavität 9 der Druckmesszelle 10 zu schaffen. Vorzugsweise - unter anderem in Hinblick auf die Bedienung durch eine Fingerspitze -, ist die Aussparung 8 und somit die Kavität 9 im Querschnitt kreisrund ausgebildet und weist einen Durchmesser 12 von 5 bist 20mm, insbesondere von 12 bis 15mm, auf.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:

1. Leiterplatte mit zumindest einem Basismaterial (2.1, 2.2, 2.3), mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leiterbahnlage (3.1, 3.2), welche jeweils elektrisch leitfähige Leiterbahnen (4) aufweisen, mit einer ein Epoxidharz aufweisenden Zwischenlage (5), die zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnlage (3.1, 3.2) angeordnet ist, und mit einem kapazitiven Drucksensor (7), der eine Druckmesszelle (10) mit einer Kavität (9) zwischen zwei Kondensatorelektroden (11.1, 11.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (5) zumindest eine Schicht (5.1, 5.3) aus Low-Flow-Prepreg (6.1, 6.2) oder No-Flow-Prepreg (6.1, 6.2) mit einer Aussparung (8) aufweist, welche die Kavität (9) der Druckmesszelle (10) ausbildet, und dass die über und unterhalb der Kavität (9) vorgesehenen Leiterbahnen (4) die Kondensatorelektroden (11.1, 11.2) der Druckmesszelle (10) ausbilden.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterbahnlage (3.1) an dem ersten Basismaterial (2.1) und die zweite Leiterbahnlage (3.2) an einem zweiten Basismaterial (2.2) vorgesehen ist.
3. Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (5) zwischen erster Leiterbahnlage (3.1) und dem zweiten Basismaterial (2.2) vorgesehen ist.
4. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (5) mehrschichtig aufgebaut ist, nämlich eine erste und dritte Zwischenschicht (5.1, 5.3) aus einem Low-Flow-Prepreg (6.1, 6.2) oder No-Flow-Prepreg (6.1, 6.2) und eine zwischen der ersten und dritten Zwischenschicht (5.1, 5.3) vorgesehene und an diese angrenzende zweite Zwischenschicht (5.2) aus einem dritten Basismaterial (2.3) aufweist, durch welche drei Zwischenschichten (5.1, 5.2, 5.3) die Aussparung (8) verläuft.
5. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (9) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
6. Leiterplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (9) einen Durchmesser (12) von 5 bis 20 mm, insbesondere von 12 bis 15 mm, aufweist.
7. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4) im Bereich der Boden- und Deckelfläche der Kavität (9) vollflächig vorgesehen sind.
8. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (2.1, 2.2, 2.3) ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Fasergewebe, insbesondere Glasfasergewebe, ist.
9. Leiterplatte nach der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der als Kondensatorelektroden (11.1, 11.2) wirkenden elektrischen Leiterbahnen (4) reversibel mechanisch deformierbar, insbesondere eindrückbar, ist.