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Die
Erfindung betrifft eine Lichtleiteranordnung und eine Leiterplatte.
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Beim
Herstellen von elektronisch bestückten Leiterplatten
sind SMD-Bestückungsautomaten
bekannt, die elektrische Bauelemente, wie Kondensatoren, Widerstande,
integrierte Schaltungen, einem Speicher entnehmen und auf die Leiterplatte
positionieren. Die dort vorher aufgetragene klebende Lötpaste hält die Bauelemente
während
des nachfolgenden Durchfahren eines Ofens. Dabei lagert und verbindet
sich Lötgut
an metallische Oberflächenbereiche,
wie metallische Leiterbahnen auf der Leiterplatte und metallische
Füßchen der
Bauelemente. Die somit entstandene Lötverbindung übt also
mechanische Haltekräfte
zwischen den metallischen Bereichen beider Teile, also Bauelement
und Leiterplatte, aus. Darüber
hinaus ist selbstverständlich
eine elektrische Kontaktierung bewirkt. Die Speicher bestehen oft
aus langen Bändern,
in denen gleichartige Bauelemente hintereinander angeordnet sind.
Beim Bestücken
wird dann das Band sukzessive entleert und das entnommene Bauelement
auf die Leiterplatte bestückt.
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Aus
der
US 6 159 045 A ist
eine elektrische Komponente, also ein elektrisches Bauelement, bekannt,
das zusätzlich
zu den metallischen Lötverbindungen
auch eine Verstärkung
der Haltekraft für
die Komponente erhält
aus einem verdickten Bereich, der in einer Durchkontaktierung steckt,
wie in
5 gezeigt ist.
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Es
sind Lichtleiter bekannt, die allerdings von Hand mit einer Leiterplatte
oder einem Gehäuse
verbunden werden.
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Aus
der
EP 1 106 913 B1 ist
ein leiterplattenmontierbares Anzeigeelement mit einer aufwendig und
kostspielig vorzusehenden Blende bekannt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtleiteranordnung
und eine Leiterplatte weiterzubilden, wobei möglichst kompakte Anordnungen
ausführbar
sein sollen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei der Lichtleiteranordnung nach den in Anspruch 1 und
bei der Leiterplatte nach den in Anspruch 2 angegebenen Merkmalen
gelöst.
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Wichtige
Merkmale bei der Lichtleiteranordnung sind, dass sie Lichtleiter
umfasst, die
- a) nebeneinander auf einer Leiterplatte
berührend oder
mit einem Abstand angeordnet sind, der kleiner ist als ein Viertel
der Wellenlänge
des zu leitenden Lichtes, und
- b) jeweils eine erste Seitenfläche aufweisen, die mit einer
lichtabschwächenden
Farbe und/oder Beschichtung versehen ist, und jeweils eine der ersten
Seitenfläche
gegenüberliegende
zweite Seitenfläche
aufweisen, die eine zur Unterdrückung
des Übersprechens
derartige kontaktfreie Ausnehmung aufweist, dass nur ein Teil der
benachbarten ersten Seitenfläche
des jeweils weiteren, parallel angeordneten, direkt benachbarten Lichtleiters
berührend
oder im genannten Abstand angeordnet ist.
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Von
Vorteil ist dabei, dass kompakte Anordnungen ermöglicht sind, bei denen die
Anzeigemittel aus mehreren kleinen Bereichen bestehen, die von einem
Lichtleiter versorgt sind.
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Der
Lichtleiter leitet das vom Leuchtmittel erzeugte Licht zur Anzeigefläche, also
dem Raumbereich, welcher die leuchtenden Oberflächenbereiche aufweisen soll.
Hierzu ist vorzugsweise eine Kugellinse am Lichtleiter ausgeprägt, die
ein möglichst gleichmäßiges Leuchten
in alle Richtungen vorsieht, da sie einen kleineren Durchmesser
aufweist als der lichtdurchleitende Bereich des Lichtleiters.
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Erfindungsgemäß ist bei
dem Lichtleiter eine erste Seitenfläche mit einer lichtabschwächenden Farbe
und/oder Beschichtung versehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass
Lichtleiter aneinanderreihbar sind. Das Übersprechen ist dabei vermindert.
Denn das übertretende
Licht wird abgeschwächt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung schwächt die lichtabschwächenden
Farbe und/oder Beschichtung das durch die erste Seitenfläche hindurchtretende
Licht ab oder hat es abgeschwächt. Von
Vorteil ist dabei, dass absorbierende Beschichtungen oder Farben verwendbar
sind. Somit wird Licht, das austritt, absorbiert und kann nicht
in einen benachbarten Lichtleiter eintreten. Analog wird von außen kommendes
Licht, beispielsweise von einem anderen Lichtleiter kommendes Licht
am Eintreten gehindert und kann daher nicht stören.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die lichtabschwächende Farbe
und/oder Beschichtung eine zumindest teilweise lichtreflektierenden
oder lichtabsorbierenden Beschichtung. Von Vorteil ist dabei, dass
auch eine reflektierende Schicht aufbringbar ist. Diese kann durch
eine dünne
metallische Beschichtung hergestellt werden und dabei einen hohen
Wirkungsgrad bei der Verhinderung des Übersprechens erreichen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die gegenüberliegende
zweite Seitenfläche
eine derartige Ausnehmung auf, dass nur ein Teil der ersten Seitenfläche eines
weiteren, direkt parallel angeordneten, benachbarten Lichtleiters
berührend
ist. Von Vorteil ist dabei, dass weniger Fläche berührend ist, insbesondere wird
also ein großer
Teil der Fläche statt
auf Berührung
auf Abstand gehalten in einfacher und kostengünstiger Weise. Somit ist das Übersprechen
weiter verringerbar. Vorzugsweise ist die erste Seitenfläche hierbei
eben und die zweite Seitenfläche
besteht aus zwei parallelen Teilbereichen, die versetzt angeordnet
sind. Dabei ist dann der kleinere Teil berührend zur ersten Seitenfläche des
benachbarten Lichtleiters und der größere Teilbereich beabstandet.
Vorzugsweise beträgt
dieser Abstand mehr als eine halbe oder eine ganze Wellenlänge. Je
größer der
Abstand desto geringer das Übersprechen. Dieses
nimmt sogar exponentiell ab mit dem Abstand.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei der Leiterplatte sind, dass auf ihr elektrische
Bauelemente und mindestens ein Lichtleiter bestückt sind,
- a)
wobei der mindestens eine Lichtleiter jeweils mindestens einen Haltebereich
aufweist, der eine Verengung und eine daran anschließende Verdickung
umfasst,
- b) wobei die Verdickung im Bereich einer Durchkontaktierung
der Leiterplatte vorgesehen ist und von Lötgut gehalten ist und
- c) wobei jeweils eine Kugellinse am mindestens einen Lichtleiter
vorgesehen ist, die einen kleineren Durchmesser aufweist als der
lichtleitende Bereich des mindestens einen Lichtleiters.
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Von
Vorteil ist dabei, dass ein ansonsten handzubestückendes Teil nun vom Bestückungsautomat
in gleichartiger Weise bestückbar
ist wie auch elektrische Bauelemente. Dabei handelt es sich bei der
Komponente nicht um ein elektrisches Bauteil sondern um ein andersartiges.
Es hat nämlich
keine elektrischen Kontakte oder metallische Kontaktbereiche ist
als Komponente ein Lichtleiter insbesondere aus speziellem Kunststoff,
verwendbar, der entsprechende Eigenschaften aufweist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Lötgut mit metallisierten Bereichen
der Durchkontaktierung verbunden, insbesondere stoffschlüssig. Von Vorteil
ist dabei, dass eine mechanisch stabile Verbindung des Lötgutes vorgesehen
ist.
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Erfindungsgemäß ist die
Komponente ein Lichtleiter. Von Vorteil ist dabei, dass der Lichtleiter durch
den Ofen zusammen mit den anderen elektrischen Bauelementen hindurchfahrbar
ist und die vorher aufgebrachte Lötpaste ihn mechanisch festhält. Somit
muss er nicht von Hand bestückt
werden und er kann wie ein elektrisches Bauelement vom Automaten
bestückt
werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Komponente aus einem Kunststoff,
der einerseits derart geringe Absorption von Licht aufweist, dass die
Komponente als Lichtleiter verwendbar ist, und andererseits eine
derart geringe Oberflächenspannung
zum Lötgut
aufweist, dass eine Benetzung wesentlicher Teile des Haltebereiches
ausgeführt
ist, insbesondere ohne wesentliche Luft- oder Schutzgaseinschlüsse. Von
Vorteil ist dabei, dass ohne die Einschlüsse und bei guter Benetzung
eine mechanisch stabile Verbindung realisierbar ist. Außerdem ist
es überraschend,
dass ein Kunststoff verwendbar ist, welcher trotz des Aussetzens
an die hohen Ofentemperaturen Licht nur gering absorbiert, so dass
der Lichtleiter seine Funktion der Transmission des Lichtes erhält. Die
Temperaturen können
bis 240°C
oder gar 260°C
betragen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Lichtleiter mindestens
eine Linse zur Abstrahlung des in den Lichtleiter eingestrahlten
Lichtes ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass die Linse als Diffusor einsetzbar
ist. Hierzu ist die Oberfläche
der Linse zusätzlich
aufgeraut ausführbar.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen Leiterplatte und
Lichtleiter ein Leuchtmittel vorgesehen, insbesondere SMD-bestückbare LED, wobei
Kontakte des Leuchtmittels mit elektrischen Leiterbahnen der Leiterplatte
in elektrischer Verbindung sind. Insbesondere übt der Lichtleiter gehäusebildende
Eigenschaft, insbesondere also mechanische Schutzfunktion, für das Leuchtmittel
aus, insbesondere das Leuchtmittel zumindest teilweise umgibt. Von
Vorteil ist dabei, dass das Leuchtmittel auf der Leiterplatte bestückbar ist
und dann der Lichtleiter darüber
auf die Leiterplatte setzbar, also bestückbar ist. Somit wird auch
das aus dem Leuchtmittel austretende Licht gut auffangbar durch
den Lichtleiter.
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Insbesondere
ist der Lichtleiter durch seine mechanische Form entsprechend gestaltet
sowie mit einer lichtabschwächenden
Farbe einseitig bearbeitet um eine unerwünschte. Auskopplung des Lichts auf
direkt daneben platzierte Lichtleiter zu unterbinden. Damit ist
eine Aneinanderreihung mehrerer Lichtleiter direkt nebeneinander
problemlos möglich ohne
ein Übersprechen
des Lichts von einem auf den anderen Lichtleiter zu erhalten.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kunststoff der Art PES
oder PSU, insbesondere gehört
er also der Klasse der Polysulfone oder Polyethersulfone an. Von
Vorteil ist dabei, dass der Kunststoff die erwähnten Eigenschaften der Oberflächenspannung,
der Absorption und zusätzlich
der mechanisch ausreichende Festigkeit aufweist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lichtleiter zusammen mit
den Bauelementen von beim Lötvorgang
einer Umgebung im Ofen von unterhalb 260°C ausgesetzt, insbesondere unterhalb 240°C. Von Vorteil
ist dabei, dass der Kunststoff nach dem Lötvorgang, also nach Durchfahren
des Ofens, seine genannten Eigenschaften aufweist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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- 1
- Komponente
- 2
- Leiterplatte
- 3
- Durchkontaktierung,
metallisierte Oberflächenbereich
- 4
- Lötgut
- 5
- Verengung
- 6
- Verdickung
- 20
- Linse
- 21
- Kontaktbereiche
- 22
- Leuchtmittel
- 31
- Lichtleiter
- 32
- Verengung
- 33
- Verdickung
- 34
- Seitenfläche, schwarz
bedruckt
- 35
- Linse
- 36
- Ausnehmung
- 37
- Schrägfläche
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht
symbolisch gezeigt.
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Die
Leiterplatte weist eine Ausnehmung auf, die an ihrem Randbereich
einen metallisierten Oberflächenbereich
aufweist, an dem sich Lötgut 4 beim Lötvorgang
anbinden kann. Die Komponente 1 ist mit einem Haltebereich
ausgeführt,
der eine Verengung 5 und eine Verdickung 6 umfasst.
Diese beiden Bereiche sind derart ausgeführt, dass zumindest die Verdickung
im Bereich der Ausnehmung der Leiterplatte vorgesehen ist.
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Somit
ist die Komponente mittels eines Automaten, beispielsweise mittels
eines SMD-Bestückungsautomaten,
automatisch bestückbar.
Die Komponente ist dabei beispielsweise in einem aus Bändern bestehenden
Speicher anordenbar. Ein Band enthält also seriell hintereinander
angeordnete Kopien der Komponente.
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Besonders
vorteilhaft ist bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen, dass die Komponente
kein elektrisches Bauteil ist sondern ein Kunststoffteil, wie Lichtleiter.
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Denn
die Verdickung ist aus Kunststoff und wird vom Lötgut im Bereich der Durchkontaktierung umgeben.
Das Lötgut
verbindet sich einerseits mit den metallisierten Bereichen der Durchkontaktierung und
andererseits umgibt das Lötgut
die Kunststoffoberfläche
der Komponente unmittelbar. Die Oberflächenspannung des Kunststoffes
zum Lötgut
ist also derart gewählt,
dass der Kunststoff benetzt wird, ohne dass sich wesentliche Schutzgas-
oder Lufteinschlüsse
ergeben.
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Dies
ist deshalb überraschend,
weil der Kunststoff außerdem
noch die Eigenschaft hat, Licht wenig zu absorbieren und daher die
Komponente als Lichtleiter ausführbar
ist.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist die Ausnehmung als Bohrung ausgeführt.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
hat der Lichtleiter als Komponente mehr als nur einen Haltebereich.
Er wird von mehreren Durchkontaktierungen gehalten.
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Insbesondere
wird im Zwischenbereich zwischen dem Lichtleiter und der Leiterplatte
ein Leuchtmittel vorgesehen, das selbst SMD-bestückbar ist. Es weist also elektrische
Verbindungen auf zu Leiterbahnen der Leiterplatte. Der Lichtleiter
umgibt sozusagen das Leuchtmittel. Daher ist auch ein mechanischer
Schutz vom Lichtleiter für
das Leuchtmittel ausgeführt.
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Bei
der SMD-Technik werden die Bauelemente auf die Lötpasten-benetzte Leiterplatte
bestückt,
also positioniert. Danach wird die derart bestückte Leiterplatte durch einen
Ofen gefahren. Dabei entsteht die Lötverbindung zwischen den Bauelementen
und den metallischen Leiterbahnen der Leiterplatte durch Veränderung
der Lötpaste.
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Der
Lichtleiter strahlt hauptsächlich
wesentliche Anteile des vom Leuchtmittel aufgenommenen Lichtes über eine
an ihm ausgeformte Linse in einer Richtung ab, deren Achse senkrecht
zur Normalenrichtung der Leiterplatte vorgesehen ist.
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Bei
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
sind auch andere Richtungen vorteilhaft, in die das Licht lenkbar
ist.
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Dies
ist in 2 symbolisch dargestellt:
Die Linse 20 ist
am Lichtleiter, also der Komponente 1 ausgeformt und das
Leuchtmittel 22 ist an den Kontaktbereichen 21 mit
Leiterbahnen der Leiterplatte in Lötverbindung zum mechanischen
Halten und zur elektrischen Verbindung.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist der Kunststoff der Art PES oder PSU, insbesondere gehört er also
der Klasse der Polysulfone oder Polyethersulfone an. Von Vorteil
ist dabei, dass der Kunststoff die erwähnten Eigenschaften der Oberflächenspannung,
der Absorption und zusätzlich
der mechanisch ausreichende Festigkeit aufweist. Außerdem ist
der Lichtleiter zusammen mit den Bauelementen in den leiterplattennahen
Bereichen mit Lötpaste
versehen und wird beim Lötvorgang
im Ofen einer Umgebungstemperatur von unterhalb 260°C ausgesetzt,
insbesondere unterhalb 240°C.
Von Vorteil ist dabei, dass der Kunststoff nach dem Durchfahren
des Ofens die genannten Eigenschaften aufweist.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist der Kunststoff derart gewählt, dass
zwar keine Benetzung auftritt, jedoch die Lötpaste zwischen der Durchkontaktierung
und der Verengung 32 hindurchtreten kann. Wichtig ist nur,
dass nach dem Umwandeln und Aushärten
der Lötpaste ein
mechanischer Halt der Komponente vorhanden ist. Je besser die Benetzung,
desto mechanisch belastbarer ist die Verbindung.
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In 3 ist
ein Lichtleiter 31 als erfindungsgemäße Komponente in Schrägansicht
gezeigt. In 4 ist derselbe Lichtleiter 31 in
anderer Schrägansicht
gezeigt. Er weist zwei Füßchen auf,
die eine Verengung 32 und eine Verdickung 33 umfassen. Zwischen
Leiterplatte und Unterseite wird auf der Leiterplatte eine LED als
Leuchtmittel vorgesehen, deren Licht vom Lichtleiter umgelenkt wird
und ein wesentlicher Anteil über
die Linse 35 abgestrahlt wird.
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Eine
der Seitenflächen
ist schwarz gefärbt, insbesondere
schwarz bedruckt. Auf diese Weise ist erreicht, dass unwesentliche
Mengen von Streulicht austreten oder gar kein Streulicht austritt.
Somit ist es ermöglicht,
dass mehrere solcher Lichtleiter auf der Leiterplatte direkt nebeneinander,
insbesondere sogar berührend,
vorsehbar sind, ohne dass Streulicht eines benachbarten Lichtleiters
eintritt und stört.
Die Schwarzfärbung
absorbiert also einerseits aus dem Lichtleiter austretendes und
andererseits vom benachbarten Lichtleiter eintretendes Licht. Je
dicker die Schicht schwarzer Farbe desto besser ist die Absorption
ausgeprägt.
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Für eine Aneinanderreihung
mehrere Lichtleiter 30 genügt es also, dass stets eine
Seitenfläche gefärbt wird.
Denn diese berührt
dann die andere Seitenfläche
des benachbarten Lichtleiters und absorbiert dessen austretendes
Streulicht.
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Ein
sogenanntes Übersprechen
von Licht ist also bei einer solchen parallelen Anordnung von mindestens
zwei Lichtleitern ermöglicht.
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Weiter
verbessert wird die Unterdrückung des Übersprechens
durch die Ausnehmung 36. Diese ist nämlich an der gegenüberliegenden
Seitenfläche
des Lichtleiters 30 angebracht. Somit wird die Berührfläche vermindert
und das Übersprechen
zusätzlich
weiter reduziert. Auch wenn also die Schicht schwarzer Färbung nur
dünn ausgeführt ist
oder aus Fertigungsgründen
kleine ungefärbte
Bereiche vorhanden sind, vermindert die Ausnehmung 36 das Übersprechen
erheblich.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist auch statt der Schwarzfärbung eine
Verspiegelung, also beispielsweise metallische Beschichtung, verwendbar.
Allerdings sind hierfür
etwas höhere
Kosten zu berücksichtigen.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist auch statt der Schwarzfärbung eine
andere lichtabschwächende
Farbe oder Beschichtung aufbringbar.
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Die
Schrägfläche 37 dient
hauptsächlich
der Umlenkung des von dem Leuchtmittel eingestrahlten Lichtes auf
die Linse 35 hin. Dabei ist ein Winkel der Schrägung gegenüber der
Normalen der Leiterplatte zwischen 40° und 50° besonders vorteilhaft.
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Die
Normale der schwarzgefärbten
Seitenfläche
ist senkrecht zur Normalen der Leiterplatte.
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Die
Ausnehmung 36 ist derart tief ausgeformt, dass der Abstand
von dem direkt benachbart angeordneten Lichtleiter in dem durch
die Ausnehmung verursachten kontaktfreien Bereich größer ist als
0,1 mm, vorzugsweise größer als
eine halbe oder sogar eine ganze Wellenlänge des vom Leuchtmittel abgestrahlten
Lichtes.