DE102004024937A1

DE102004024937A1 - Montierbare Mikroelektronikbaugruppe

Info

Publication number: DE102004024937A1
Application number: DE102004024937A
Authority: DE
Inventors: Prasanna Southfield Ramsager; Andrew Z. Plymouth Glovatsky
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2004-12-09
Also published as: US6770813B1; GB2403849B; GB0409459D0; GB2403849A

Abstract

Eine Mikroelektronikbaugruppe enthält ein flexibles Substrat und ist zur Installation auf einer Stützkonstruktion ausgelegt, die vorzugsweise eine nichtebene Stützkonstruktion ist. Die Baugruppe enthält einen Rahmen, der an einer Umrandung eines ersten Teils des flexiblen Substrats befestigt ist und das Substrat in eine Gestalt formt, die der Stützkonstruktion entspricht. Die Baugruppe ist derart installiert, dass sich die Rückseite des flexiblen Substrats unmittelbar auf der Stützkonstruktion befindet, so dass die Stützkonstruktion die Baugruppe zur Verhinderung von Beschädigung nicht nur versteift, sondern außerdem die während des Betriebs der Elektronik erzeugte Wärme ableitet.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikroelektronikbaugruppe, die zur Erleichterung der Montage direkt auf einer Stützkonstruktion ein flexibles Substrat und einen am Substrat befestigten Rahmen umfasst.

Hintergrund der Erfindung

Eine Mikroelektronikbaugruppe besteht aus Elektronikkomponenten und auf einem Substrat angeordneten metallischen Leiterzügen. In den meisten Anwendungen ist das Substrat eine starre, ebene Tafel. Alternativ kann das Substrat eine flexible Polymerfolie sein. Einer der Vorteile eines flexiblen Substrats besteht darin, dass es in eine nichtebene Form gebracht werden kann. Weiter von Vorteil ist, dass das Substrat zur Verringerung der Grundfläche im Erzeugnis gefaltet werden kann. Zur Erleichterung der Fertigung wird während der Verarbeitung zur Ausbildung der Leiterzüge und Befestigung der Elektronikkomponenten eine ebene Fläche beibehalten. Nach Montage der Elektronikkomponenten auf einer der Flächen wird die andere Fläche auf einem Träger befestigt, um Beschädigungen an Komponenten und elektrischen Verbindungen zu verhindern, die sonst infolge von Biegebeanspruchung bei der Handhabung und beim Einbau in das Erzeugnis auftreten könnten. Außerdem ist der Träger normalerweise aus Metall geformt, so dass er als Wärmesenke zum Ableiten der von den Elektronikkomponenten erzeugten Wärme dient und dadurch eine niedrigere Betriebstemperatur für die Baugruppe aufrechterhalten wird.

Durch den Träger werden die Größe, das Gewicht und die Kosten der Baugruppe erhöht. In zahlreichen Anwendungen wird die Baugruppe anschließend auf eine Stützkonstruktion innerhalb des Erzeugnisses montiert. Die Baugruppe kann an einem Installationsstandort montiert werden, der zum Beispiel Teil des Chassis eines Kraftfahrzeugs ist. Unter diesen Umständen ist die Stützkonstruktion in der Lage, das Substrat zu versteifen und zugleich als eine Wärmesenke zu dienen. Jedoch kann die Zugänglichkeit zum Installationsstandort zum Beispiel durch andere Komponenten des Fahrzeugs eingeschränkt sein. Deshalb ist ein Träger erforderlich, damit das Aufsetzen der Baugruppe auf den Installationsstandort und ihre Befestigung ohne Beschädigung und in einer den Arbeitsabläufen einer Massenproduktion förderlichen vertretbaren Zeit gewährleistet wird.

Deshalb besteht ein Bedarf an einer Mikroelektronikbaugruppe, die ein flexibles Substrat umfasst, das gefaltet und in einer gewünschten Konfiguration gestaltet sowie ohne einen Zwischenträger einfach mit der Rückseite des Substrats auf eine Stützkonstruktion im Erzeugnis montiert werden kann. Die Baugruppe muss ohne Beschädigung an Komponenten und elektrischen Verbindungen und in einer den Arbeitsabläufen einer Massenproduktion förderlichen vertretbaren Zeit genau und schnell an der Stützkonstruktion zu positionieren und zu befestigen sein. Durch Eliminierung des Trägers sollten sich Größe, Gewicht und Kosten der Baugruppe verringern und die Stützkonstruktion sollte für die Gewährleistung der mechanischen Festigkeit und der Wärmeableitung während des Betriebs dienen.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

In einer Vorzugsausgestaltung stellt die Erfindung eine Mikroelektronikbaugruppe bereit, die ein flexibles Substrat umfasst, das gefaltet und in einer gewünschten Konfiguration gestaltet sowie auf einer Stützkonstruktion montiert werden kann. Das flexible Substrat hat einen ersten Teil, einen zweiten Teil und eine Faltzone (Falz) dazwischen. Der erste Teil enthält einen ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich, eine erste Umrandung um den ersten Flächenbereich herum und eine dem ersten Bereich gegenüberliegende Rückseite. Der zweite Teil enthält einen zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich und eine zweite Umrandung um den zweiten Flächenbereich herum. Auf dem ersten und dem zweiten Flächenbereich sind Elektronikkomponenten befestigt und das flexible Substrat ist am Falz abgekantet, so dass sich der zweite Flächenbereich dem ersten gegenüber befindet. Die Mikroelektronikbaugruppe enthält erfindungsgemäß einen Rahmen mit einer an der ersten Umrandung befestigten ersten Seite und einer an der zweiten Umrandung befestigten zweite Seite. Der Rahmen enthält für die Montage der Mikroelektronikbaugruppe an der Stützkonstruktion ein oder mehrere Löcher zur Aufnahme von Befestigungsmitteln. Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Befestigung des Rahmens an der ersten Umrandung des ersten Teils, so dass die Rückseite für die direkte Montage an der Stützkonstruktion frei ist. Der Rahmen versteift das flexible Substrat und verleiht der Mikroelektronikbaugruppe eine gewünschte Konfiguration, so dass Handhabung und Montage ohne Beschädigung von Elektronikkomponenten und elektrischen Verbindungen erleichtert werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist außerdem durch Zeichnungen illustriert, von denen ist/sind:
1 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Kraftfahrzeugs mit einer darauf montierten, der Vorzugsausgestaltung der Erfindung entsprechenden Mikroelektronikbaugruppe;
die 2 und 3 perspektivische Ansichten von Elementen der Mikroelektronikbaugruppe während der Fertigung;
4 eine perspektivische Ansicht der gefertigten und montierten Mikroelektronikbaugruppe.
5 die Darstellung eines Schnitts der Mikroelektronikbaugruppe in 4 entlang der Linie 5-5; und
6 die Darstellung eines Schnitts der Mikroelektronikbaugruppe in 4 entlang der Linie 6-6.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung stellt als Vorzugsausgestaltung eine in 1 dargestellte Mikroelektronikbaugruppe 10 bereit, die für die Montage an einem zylindrischen Querträger 12 ausgelegt ist, der wiederum Teil eines Kraftfahrzeugchassis ist. In diesem Beispiel ist die Baugruppe 10 neben der Instrumententafel 14 angeordnet und zum Betreiben der in der Tafel installierten Instrumente mit dieser elektrisch leitend verbunden. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung anhand einer Vorzugsausgestaltung erfolgt und die Erfindung leicht derart angepasst werden kann, dass für andere Standorte innerhalb eines Kraftfahrzeugs geeignete Mikroelektronikbaugruppen oder nicht in Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzte Baugruppen bereitgestellt werden.
Jetzt Bezug nehmend auf die 2 bis 6 umfasst die Baugruppe 10 als Hauptelement ein flexibles Substrat 16 und einen Rahmen 18. Das Substrat 16 ist aus einer dünnen Polymerfolie geformt und enthält einen ersten Teil 20 und einen an einem Falz 24 integral befestigten laschenähnlichen zweiten Teil 22. Der erste Teil 20 enthält einen ersten Hauptflächenbereich 26, eine erste Umrandung 28 um den Bereich 26 herum und eine zum Bereich 26 entgegengesetzt liegende erste Rückseite 30. Der zweite Teil 22 enthält einen zweiten Hauptflächenbereich 32, eine zweite Umrandung 34 um den Bereich 32 herum und eine zum Bereich 32 entgegengesetzt liegende zweite Rückseite 36. Schematisch dargestellte Elektronikkomponenten 38 sind auf den Hauptflächen 26 und 32 befestigt und durch ebenfalls schematisch dargestellte metallische Leiterzüge 37 miteinander verbunden. In diesem Beispiel sind auch auf der zweiten Rückseite 36 Elektronikkomponenten 38 aufgebracht. Die Leiterzüge 37 liegen auf den Bereichen 26 und 32 und erstrecken sich zur Verbindung der Kompo nenten auf dem ersten Teil 20 und der Komponenten auf dem zweiten Teil 22 über den Falz 24 hinaus. Das Substrat 16 enthält außerdem Verbinderstreifen 40, die sich zur Erstellung externer Verbindungen zur Schaltung auf der Baugruppe 10 vom ersten Teil 20 weg erstrecken.
Der Rahmen 18 enthält an Längskanten des Teils 20 parallel zum Falz 24 befestigte Streifen 50. Die Streifen 50 enthalten eine Sektion 51, die an den Falz 24 angrenzt und zur Bildung eines gewünschten Radius für Falz 24 eine abgerundete Kontur aufweist, wie in 5 dargestellt. Der Rahmen 18 enthält außerdem einen Endstreifen 52 und Streifen 54, die die Streifen 50 verbinden und sich allgemein senkrecht zu diesen erstrecken. Zwischen den Stoßstellen der Streifen 54 und 50 erstrecken sich in X-Form Rippen 55 für eine zusätzliche Versteifung. Eine erste Seite 58 des Rahmens 18 ist an der ersten Umrandung 28 klebend befestigt. Die Streifen 54 und Rippen 55 sind zwar ebenfalls klebend am Bereich 26 befestigt, jedoch abseits von den darauf montierten Elektronikkomponenten angeordnet. Die zweite Umrandung 34 des zweiten Teils 22 ist an einer zweiten Seite 60 des Rahmens 18 bei Sektion 51, den Streifen 54 und einem entgegengesetzt zur Sektion 51 liegenden Teil des Längsstreifens 50 klebend befestigt, wie in den 4 und 5 dargestellt. Der Rahmen 18 ist vorzugsweise aus Polymermaterial geformt und stellt eine selbsttragende Konstruktion dar, die zur Anpassung an den Installationsstandort, der in dieser Ausgestaltung Teil eines zylindrischen Querträgers 12 ist, bemessen und gestaltet ist. Folglich sind die Streifen 52 und 54 in einem dem Träger entsprechenden Radius gekrümmt, so dass der Rahmen, wenn das Substrat 16 am Rahmen 18 befestigt wird, dem Substrat eine Teilzylinderkonfiguration gibt, die dem Installationsstandort entspricht. Dadurch ist die einfache und genaue Positionierung der Baugruppe auf dem Träger gewährleistet. Außerdem ist der Falz 24 zur Achse der Krümmung, d. h. zur Achse des zylindrischen Trägers, parallel, wodurch eine gerade Linie zur Erleichterung des Falzens des Substrats ohne Beschädigung zur Verfügung steht.
Eine Abdeckung 62 ist an der zweiten Seite 60 des Rahmens 18 und an der zweiten Rückseite 36 klebend befestigt. Für die Montage werden im Rahmen Löcher 70 für die Aufnahme von Befestigungsschrauben 72 bereitgestellt, die außerdem durch das Substrat 16 und die Abdeckung 62 ragen. Obwohl in der beschriebenen Ausgestaltung die Baugruppe 10 mithilfe der Schrauben 72 am Querträger 12 befestigt ist, kann die Baugruppe durch andere geeignete Befestigungsmittel einschließlich Niete, Stifte und Presspassungsstifte befestigt sein.
Die Mikroelektronikbaugruppe 10 ist vorzugsweise aus handelsüblicher Polymerfolie gefertigt, die auf ihren Hauptflächen aufgebrachte metallische Folien enthält. Das Tafelmaterial wird in die Form des Substrats 16 geschnitten, das die Teile 20 und 22 umfasst. Das Substrat 16 wird in einer Ebene aufgespannt und bearbeitet, um das nicht benötigte Metall von den Flächen zu entfernen und dadurch die Leiterzüge 37 zu definieren. Während das Substrat 16 ständig eben gehalten wird, werden die Elektronikkomponenten 38 auf die Flächen 26, 32 und 36 montiert. Anschließend wird der Rahmen 18 am ersten Teil 20 befestigt, um die erste Seite 58 an der ersten Umrandung 28 klebend zu befestigen, wie in 3 dargestellt. Anschließend wird der zweite Teil 22 am Falz 24 um die Außenkontur der Sektion 51 herum abgekantet, und die zweite Umrandung 34 wird an der zweiten Seite 60 des Rahmens klebend befestigt. Der selbsttragende Rahmen formt das Substrat in die für die Baugruppe gewünschte Gestalt, die in dieser Ausgestaltung eine teilweise zylindrische Form ist. Danach wird zur Komplettierung der Baugruppe die Abdeckung 62 auf die zweite Rückseite 36 des Rahmens klebend befestigt. Die Abdeckung 62 ist vorzugsweise ebenfalls eine selbsttragende Konstruktion zur Versteifung der Baugruppe in der gewünschten Gestalt.
Es ist ein prinzipieller Vorteil der bevorzugten Mikroelektronikbaugruppe 10, dass sie während der Montage des Kraftfahrzeugs einfach auf dem Querträger 12 installiert werden kann. Der Rahmen 18 und ebenso die Abdeckung 62 bieten für das Substrat 16 eine Versteifung, die das Manövrieren der Baugruppe zum Installationsstandort auf dem Querträger 12 ohne Beschädigung an den Elektronikkomponenten oder den elektrischen Verbindungen zulässt. Die Baugruppe wird am Installationsstandort einfach mit der Rückseite 30 auf dem Querträger 12 positioniert und zur Befestigung der Baugruppe in ihrer Position werden die Schrauben 72 durch die Löcher 70 gesteckt. Zur Versteifung der Befestigung und Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem flexiblen Substrat und der Stützkonstruktion kann zwischen der Rückseite 30 und dem Querträger 12 eine Schicht Heißfett oder Heißkleber aufgebracht werden. Anschließend werden als Abschluss der Installation die Verbinderstreifen mit der Verdrahtung innerhalb des Fahrzeugs verbunden.
Damit stellt die Erfindung eine Mikroelektronikbaugruppe 10 bereit, die ein flexibles Substrat enthält, das abgekantet und in eine gewünschte Konfiguration geformt und in einem Erzeugnis, wie z. B. in einem Kraftfahrzeugchassis, installiert werden kann, ohne dass ein an der Rückseite befestigter Träger erforderlich ist. Durch die Erfindung werden infolge Eliminierung des Trägers Größe, Gewicht und Kosten der Produktbaugruppe verringert. Die Mikroelektronikbaugruppen umfassen einen Rahmen, der gesondert von den Elektronikkomponenten am flexiblen Substrat befestigt ist. Außerdem ist der Rahmen an der Umrandung der Hauptteile zur physikalischen Versteifung des flexiblen Substrats befestigt und verhindert ein übermäßiges Verbiegen, das der Elektronik schaden könnte. Außerdem formt der Rahmen das flexible Substrat und damit die Baugruppe in eine gewünschte Konfiguration zur Erleichterung der Installation in einem Produkt. Zum weiteren Schutz der elektronischen Ausstattungen und zur weiteren Versteifung der Baugruppe in der gewünschten Gestalt kann die Baugruppe eine Abdeckung enthalten. Die Erfindung ist besonders bei der Formgebung von Baugruppen nützlich, die gefalzte Abschnitte und nichtebene Konfigurationen umfassen, wodurch die Hauptvorteile flexibler Schaltungen bei optimaler Verwendung zum Tragen kommen. Das wird ohne Beladung der Rückseite erreicht, die zwecks weiterer Versteifung und Wärmeableitung unmittelbar auf der Stützkonstruktion installiert ist. Damit ist bei der Mikroelektronikbaugruppe maximal sichergestellt, dass die Stützkonstruktion das flexible Substrat versteift und im Betrieb die Wärme ableitet.
Obwohl die Erfindung auf ihre bestimmten Ausgestaltungen bezogen beschrieben worden ist, ist nicht beabsichtigt, sie auf diese zu beschränken, sondern vielmehr nur in dem Umfang, wie in den nachfolgenden Patentansprüchen dargelegt ist.

Claims

Zur Befestigung an einer Stützkonstruktion ausgelegte Mikroelektronikbaugruppe, umfassend: – ein flexibles Substrat mit einem ersten Teil, einem zweiten Teil und einem Falz dazwischen, wobei der erste Teil einen ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich, eine erste Umrandung um den ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich herum und eine dem ersten Bereich gegenüberliegende Rückseite hat, wobei der zweite Teil einen zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich und eine zweite Umrandung um den zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich herum hat, wobei das flexible Substrat am Falz abgekantet ist, so dass sich der zweite mit Elektronik ausgestattete Flächenbereich dem ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich gegenüber befindet; – an den ersten und zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereichen befestigte Elektronikkomponenten; – einen Rahmen mit einer an der ersten Umrandung befestigten ersten Seite und einer an der zweiten Umrandung befestigten zweite Seite und mindestens einem Loch zur Aufnahme eines Befestigungsmittels zur Befestigung der Mikroelektronikbaugruppe an einer Stützkonstruktion, so dass sich die erste Rückseite neben der Stützkonstruktion befindet.
Mikroelektronikbaugruppe nach Anspruch 1, einen den Falz überlagernden Leiterzug zur Verbindung der Elektronikkomponenten auf dem ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich und auf dem zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich umfassend.
Mikroelektronikbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rahmen eine selbsttragende, nichtebene Gestalt aufweist.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rahmen den ersten Teil in eine Gestalt formt, die einer Teilfläche eines Zylinders mit einer zum Falz parallelen Achse entspricht.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem eine am flexiblen Substrat und am Rahmen befestigte Abdeckung umfassend.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abdeckung eine selbsttragende, nichtebene Gestalt aufweist.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sektion eine gekrümmte Außenfläche neben dem Falz enthält.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mikroelektronikbaugruppe zur Montage auf einer nichtebenen Abstützung innerhalb eines Chassis eines Kraftfahrzeugs ausgelegt ist.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mikroelektronikbaugruppe zur Montage auf einem zylindrischen Träger ausgelegt ist.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Substrat Streifen umfasst, die sich vom ersten Teil weg erstrecken und für die Verbindung der Elektronikkomponenten mit einer externen Schaltung ausgelegt sind.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Befestigungsmittel eine Schraube ist.
Am Installationsstandort befestigte Mikroelektronikbaugruppe, umfassend: – ein flexibles Substrat mit einem ersten Teil, einem zweiten Teil und einem Falz dazwischen, wobei der erste Teil einen ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich, eine erste Umrandung um den ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich herum und eine dem ersten Bereich gegenüberliegende Rückseite hat, wobei der zweite Teil einen zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich und eine zweite Umrandung um den zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich herum hat, wobei das flexible Substrat am Falz abgekantet ist, so dass sich der zweite mit Elektronik ausgestattete Flächenbereich dem ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich gegenüber befindet; – an den ersten und zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereichen befestigte Elektronikkomponenten; – einen Rahmen mit einer an der ersten Umrandung befestigten ersten Seite und einer an der zweiten Umrandung befestigten zweite Seite, – mindestens ein Befestigungsmittel, das die Mikroelektronikbaugruppe an einem Installationsstandort befestigt, so dass sich die erste Rückseite neben der Stützkonstruktion befindet.
Mikroelektronikbaugruppe nach Anspruch 12, einen den Falz überlagernden Leiterzug zur Verbindung der Elektronikkomponenten auf dem ersten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich und auf dem zweiten mit Elektronik ausgestatteten Flächenbereich umfassend.
Mikroelektronikbaugruppe nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Installationsstandort nichteben ist und wobei der Rahmen eine selbsttragende Konstruktion ist, die den ersten Teil in eine nichtebene Gestalt formt, die dem Installationsstandort entspricht.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Installationsstandort ein zylindrischer Träger ist.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, außerdem eine am flexiblen Substrat und am Rahmen befestigte Abdeckung umfassend.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Mikroelektronikbaugruppe zur Montage auf einer nichtebenen Abstützung innerhalb eines Chassis eines Kraftfahrzeugs ausgelegt ist.
Mikroelektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Befestigungsmittel eine Schraube ist.