DE102006033710A1

DE102006033710A1 - Widerstandsanordnung

Info

Publication number: DE102006033710A1
Application number: DE102006033710A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Ihle; Werner Kahr; Helmut Pölzl
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: US20090179731A1; DE102006033710B4; WO2008009282A3; EP2044599B1; EP2044599A2; WO2008009282A2; US7876194B2; JP5076201B2; JP2009544123A

Abstract

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird eine Widerstandsanordnung mit Widerstandselementen (21, 22, 23) angegeben, deren erste Elektroden (201) mittels eines biegsamen leitfähigen Verbindungselements (12, 14) leitend miteinander verbunden sind, das Krümmungen aufweist. Das Verbindungselement weist in den zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen angeordneten Bereichen eine Krümmungsänderung auf. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine Widerstandsanordnung mit Widerstandselementen (21, 22, 23) angegeben, die durch ein flexibles Verbindungselement miteinander verbunden sind. Die Widerstandselemente (21, 22, 23) weisen jeweils eine Anordnung von schlitzartigen Vertiefungen (221, 222) auf.

Description

Wiederstandsanordnung
Eine Heizvorrichtung mit Körnchen aus PTC-Material, die in einem Bindemittel verteilt sind, ist aus der Druckschrift DE 3107290 A1 bekannt. Aus DE 8309023 U1 ist eine flexible Heizvorrichtung in Bandform bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Widerstandsanordnung anzugeben, die zu einer effizienten Wärmeabgabe an eine gekrümmte Fläche oder zur Erfassung einer physikalischen Größe eines Objekts mit einer gekrümmten Oberfläche geeignet ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird eine Widerstandsanordnung mit Widerstandselementen angegeben, die jeweils eine erste und eine zweite Elektrode aufweisen. Die ersten Elektroden der Widerstandselemente sind mittels mindestens eines biegsamen, gekrümmten ersten elektrischen Verbindungselements leitend miteinander verbunden, das eine Krümmungsänderung in den Bereichen aufweist, die zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen angeordnet sind.
Die zweiten Elektroden der Widerstandselemente sind vorzugsweise mittels eines biegsamen, gekrümmten zweiten elektrischen Verbindungselements leitend miteinander verbunden, das in den zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen angeordneten Bereichen eine Krümmungsänderung aufweist. Die Verbindungselemente werden nachstehend auch als Zuleitungen bezeichnet.
Die zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen gemessene Länge des jeweiligen elektrischen Verbindungselements übersteigt den Mindestabstand zwischen diesen Widerstandselementen. Somit gelingt es, bei Biegebelastungen der Widerstandsanordnung mechanischen Spannungen der elektrischen Verbindungselemente vorzubeugen.
Die Widerstandselemente sind vorzugsweise mit einer ersten flexiblen Trägerfolie fest verbunden. Sie können außerdem mit einer zweiten flexiblen Trägerfolie fest verbunden sein. Die Widerstandselemente sind vorzugsweise zwischen den flexiblen Trägerfolien angeordnet. Die nachstehend in Verbindung mit einer flexiblen Trägerfolie genannten Merkmale treffen in einer bevorzugten Variante für beide flexiblen Trägerfolien zu.
Die flexible Trägerfolie kann eine Metallfolie sein. Die flexible Trägerfolie kann aber auch ein elastisches Material umfassen, in dem das jeweilige elektrische Verbindungselement in Form einer gekrümmten Leiterbahn eingelassen ist.
Zwischen den biegsamen elektrischen Verbindungselementen kann eine flexible Isolierschicht angeordnet sein, welche die zwischen den Widerstandselementen in Lateralrichtung gebildeten Zwischenräume zumindest teilweise ausfüllt.
Die Widerstandselemente und die biegsamen elektrischen Verbindungselemente sind in einer vorteilhaften Variante in einem flexiblen Substrat eingebettet, wobei sie im Substrat vorzugsweise eingegossen sind. Das vorzugsweise gummiartige Substrat kann Silikonkautschuk enthalten. Weitere gummiartige, vorzugsweise elektrisch isolierende Materialien kommen als Material für das Substrat in Betracht. Insbesondere sind dafür Materialien geeignet, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.
Zur Erzielung einer hohen Wärmeleitfähigkeit kann einem flexiblen, gummiartigen Material ein Füllstoff zugegeben werden, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das gummiartige Grundmaterial aufweist. Vorzugsweise werden dafür elektrisch nicht leitende oder schlecht leitende Stoffe wie z. B. SiC, MgO, Keramik oder Metalloxidverbindungen verwendet.
Die Widerstandselemente können zwischen zwei flexiblen Substraten angeordnet sein, wobei die Substrate vorzugsweise mit den vorstehend erwähnten Trägerfolien gleichzusetzen sind.
In einer vorteilhaften Variante sind die Widerstandselemente, die biegsamen elektrischen Verbindungen und die Trägerfolien in einem flexiblen Substrat eingebettet, vorzugsweise eingegossen.
Das jeweilige elektrische Verbindungselement kann im Substrat integriert sein. Das Verbindungselement ist vorzugsweise als eine im flexiblen Substrat eingelassene, gekrümmte Leiterbahn realisiert. Das Verbindungselement kann beispielsweise eine Metalllitze umfassen. Das jeweilige elektrische Verbindungselement kann alternativ als eine kaschierte Metallschicht realisiert sein, die auf der Oberfläche der jeweiligen flexiblen Trägerfolie angeordnet ist. Die jeweilige Trägerfolie kann z. B. eine kupferkaschierte Polyimid-Folie oder eine andere biegsame Folie sein, die elektrisch leitend ist oder eine elektrisch leitende Schicht umfasst.
Der Mindestabstand zwischen den biegsamen elektrischen Verbindungselementen in den zwischen den Widerstandselementen liegenden Bereichen kann kleiner als die Höhe der Widerstandselemente sein. Der Abstand zwischen den biegsamen elektrischen Verbindungen in solchen Bereichen kann auch größer als die Höhe der Widerstandselemente sein.
Die zweiten Elektroden der Widerstandselemente können in einer Variante durch eine elektrisch leitende Fläche elektrisch verbunden werden, die die Widerstandsanordnung berührt, aber nicht Bestandteil dieser Anordnung ist.
In der jeweiligen flexiblen Trägerfolie können Vertiefungen zur Aufnahme von Widerstandselementen ausgebildet sein.
Die Widerstandsanordnung umfasst vorzugsweise gleichartige Widerstandselemente. Mindestens eine Hauptfläche des jeweiligen Widerstandselements kann eine Anordnung von schlitzartigen Vertiefungen aufweisen.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine Widerstandsanordnung mit Widerstandselementen angegeben, die durch ein flexibles Verbindungselement miteinander verbunden sind. Die Widerstandselemente weisen jeweils auf mindestens einer Hauptfläche eine Anordnung von schlitzartigen Vertiefungen auf. Durch die schlitzartigen Vertiefungen wird eine wesentlich höhere Oberfläche der Widerstandselemente erzielt. Die schlitzartigen Vertiefungen sind in einer vorteilhaften Variante mit einem elastischen Material vorzugsweise vollständig ausgefüllt, was die Wärmeauskopplung der Widerstandsanordnung verbessert.
Nachstehend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Widerstandsanordnung erläutert, die für beide bevorzugten Ausführungsformen zutreffen.
Die Widerstandsanordnung stellt ein flächiges Gebilde dar, dessen in mindestens einer Lateralrichtung gemessene Länge vorzugsweise wesentlich – z. B. um mindestens Faktor 3 – größer ist als seine Dicke. Das flexible Verbindungselement ist vorzugsweise ein flächig ausgebildetes Substrat, das die Widerstandselemente trägt.
Die Widerstandselemente sind vorzugsweise plattenförmig bzw. flach ausgebildet. Die Widerstandselemente sind vorzugsweise Keramikelemente, die jeweils einen vorzugsweise massiv ausgebildeten, starren Keramikkörper umfassen. Das Material des Keramikkörpers weist vorzugsweise PTC-Eigenschaften auf und enthält vorzugsweise BaTiO₃. PTC steht für Positive Temperature Coefficient.
Der Keramikkörper ist vorzugsweise als eine Widerstandsschicht ausgebildet, die zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnet ist. Die Elektroden sind vorzugsweise auf den Hauptflächen des Widerstandselements angeordnet. Die zweite Elektrode ist von der ersten Elektrode elektrisch isoliert. Die Elektroden sind vorzugsweise sperrschichtabbauend.
Obwohl in einer vorteilhaften Variante jedes Widerstandselement für sich starr ist, ist die Widerstandsanordnung mit den verformbaren elektrischen Verbindungen biegsam. Dies hat der Vorteil, dass sie an eine beliebig geformte, auch gekrümmte Oberfläche formschlüssig angelegt werden kann.
In einer vorteilhaften Variante sind die Widerstandselemente als Heizelemente vorgesehen. Die Widerstandsanordnung ist vorzugsweise eine Heizvorrichtung. In einer weiteren Variante sind die Widerstandselemente als Sensorelemente vorgesehen. Sensorelemente sind zur Erfassung einer physikalischen Größe wie z. B. Temperatur geeignet. Die Widerstandsanordnung ist in diesem Fall eine Sensorvorrichtung.
Die Widerstandsanordnung kann beispielsweise im folgenden Verfahren hergestellt werden.
Es werden mit Elektroden versehene Widerstandselemente bereitgestellt. Diese werden mittels Befestigung an mindestens einer elektrisch leitenden Folie oder mindestens einem Metallgeflecht miteinander verbunden. Unter einer elektrisch leitenden Folie versteht man eine Metallfolie oder eine Folie, die eine elektrisch leitende Schicht aufweist, welche auf einem nicht leitenden Träger angeordnet ist. Vorzugsweise werden erste Hauptflächen der Widerstandselemente mit einer ersten Folie und ihre zweiten Hauptflächen mit einer zweiten Folie z. B. mittels Löten oder Kleben verbunden.
Die zwischen den Widerstandselementen vorhandenen Zwischenräume werden zumindest teilweise mit einem elektrisch isolierenden Material vergossen, das nach dem Aushärten elastisch verformbar (flexibel) bleibt. Darüber hinaus kann eine Schicht aus einem flexiblen Material zur Bildung eines flexiblen Substrats auf mindestens eine der leitenden Folien oder Metallgeflechte aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Anordnung, die die leitenden Folien und die daran befest Widerstandselemente umfasst, im flexiblen Material eingegossen. Das flexible Material ist vorzugsweise elektrisch isolierend.
Die elektrisch leitende Folie wird vor dem Einbetten im flexiblen Material vorzugsweise derart vorgeformt, dass die zwi schen den Widerstandselementen angeordneten elektrischen Verbindungen gegenüber dem Mindestabstand zwischen diesen Widerstandselementen verlängert werden. Insbesondere können die elektrischen Verbindungen im Querschnitt bezüglich ihrer Höhenlage strukturiert und insbesondere gekrümmt sein. Die elektrischen Verbindungen können auch Stufen aufweisen oder mindestens einen Teil einer Schlaufe bilden.
Gekrümmte elektrische Verbindungselemente können dadurch erzielt werden, dass in der elektrisch leitenden Folie Vertiefungen ausgebildet werden. Die Vertiefungen können jeweils zur Aufnahme von einem Widerstandselement dienen. Auch zwischen den Widerstandselementen können z. B. rillenförmige Vertiefungen ausgebildet werden, die beim Verbiegen der Widerstandsanordnung zur mechanischen Entlastung der elektrischen Verbindungen beitragen.
Die elektrisch leitende Folie oder das Metallgeflecht wird – vorzugsweise vor dem Einbetten in das flexible Material – mit von außen zugänglichen elektrischen Anschlüssen verlötet oder verklebt. Die Anordnung von miteinander verbunden Widerstandselementen mit den Anschlüssen wird dann in eine Form eingelegt und mit dem elektrisch isolierenden Material wie z. B. Silikonkautschuk vergossen. Um Lufteinschlüsse zu vermeiden, kann anschließend evakuiert werden.
Die nach dem Aushärten des flexiblen Materials fertig gestellte Widerstandsanordnung kann nun aus der Form entnommen werden. Sie ist biegsam und kann insbesondere zur Beheizung von Objekten verwendet werden, wobei die Widerstandsanordnung auch an eine gekrümmte Oberfläche formschlüssig angelegt werden kann.
In einem weiteren Verfahren wird ein ggf. noch nicht ausgehärtetes Trägersubstrat (z. B. Silikonfilm) bereitgestellt, in dem ein Drahtgeflecht oder eine andere strukturierte Leiterbahn eingelassen ist, die Krümmungen aufweist. Dieses Substrat wird mit einem Widerstandssubstrat verbunden, das noch nicht vereinzelte Widerstandselemente umfasst. Die Verbindung der Substrate erfolgt derart, dass die gekrümmte Leiterbahn in den als Widerstandselemente vorgesehenen Bereichen die Hauptfläche des Widerstandssubstrats berührt.
Nach dem Aushärten des Materials des Trägersubstrats kann das Widerstandssubstrat in mehrere Widerstandselemente durch Schneiden oder Sägen getrennt werden. Das Trennen erfolgt so, dass nur das Widerstandssubstrat durchgeschnitten wird, wobei das Trägersubstrat nur angeschnitten wird, ohne dass die darin eingelassene Leiterbahn beschädigt wird. Dies kann unter Verwendung einer harten Unterlage bewerkstelligt werden.
Somit entsteht ein Verbund, der auf einer Seite elektrisch und mechanisch miteinander verbundene Widerstandselemente umfasst. Eine beidseitige elektrische und mechanische Verbindung der Widerstandselemente ist auch möglich. Dabei wird eine noch mit keinem Substrat verbundene Hauptfläche des Verbunds mit einem zweiten Trägersubstrat in einem ähnlichen Verfahren verbunden, wobei das zweite Trägersubstrat vorzugsweise die Eigenschaften des ersten Trägersubstrats aufweist.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Trägersubstrat kann ein Luftspalt vorgesehen sein, der einen Kurzschluss zwischen den Trägersubstraten verhindert. Die Zwischenräume, die zwischen den Trägersubstraten und den Widerstandselementen vorhanden sind, können aber auch mit einem elektrisch isolierenden, flexiblen, gut wärmeleitenden Material wie z. B. Silikonkau tschuk gefüllt werden. Dazu werden die zwischen den Widerstandselementen gebildeten Zwischenräume vorzugsweise vor dem Verbinden des Verbunds mit dem zweiten Trägersubstrat mit diesem Material ausgegossen.
Die Widerstandselemente können auf ihren Hauptflächen angeordnete, vorzugsweise schlitzartige Vertiefungen aufweisen. Diese Vertiefungen sind vorzugsweise auf mindestens einer Hauptfläche der Widerstandselemente angeordnet. Die Elektrodenschichten bedecken auch die Oberfläche dieser Vertiefungen.
Die angegebene Widerstandsanordnung sowie das Verfahren zu deren Herstellung wird nun anhand von schematischen und nicht maßstabgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
1A im Querschnitt ein beispielhaftes Widerstandselement;
1B, 1C im Querschnitt Widerstandselemente auf einer metallkaschierten Trägerfolie;
1D im Querschnitt die Anordnung gemäß 1C, die in ein Substrat eingebettet ist;
1E eine Widerstandsanordnung mit Widerstandselementen gemäß 1A, die teilweise in ein elastisch verformbares Substrat eingebettet sind;
1F eine Widerstandsanordnung mit Widerstandselementen gemäß 1A, die zwischen zwei elastisch verformbaren Substraten angeordnet sind;
2 im Querschnitt eine Widerstandsanordnung, bei der elektrische Verbindungselemente zur Kontaktierung von ersten und zweiten Elektroden der Widerstandselemente im Substrat eingebettet sind;
3 im Querschnitt die Widerstandsanordnung gemäß 2, die an eine gekrümmte Oberfläche angepasst ist;
4 im Querschnitt die Widerstandsanordnung gemäß 5;
5 Draufsicht auf eine flächige Widerstandsanordnung;
6 eine Widerstandsanordnung mit geschlitzten Widerstandselementen und zwei elastisch verformbaren Substraten;
7A elektrisch miteinander verbundene geschlitzte Widerstandselemente;
7B eine Widerstandsanordnung mit in einem Substrat eingebetteten, elektrisch miteinander verbundenen geschlitzten Widerstandselementen.
In 1A ist ein beispielhaftes Widerstandselement 21 mit einem starren Körper 20 gezeigt, an dessen Hauptflächen Elektroden 201, 202 angeordnet sind. Die in den folgenden Figuren gezeigten Widerstandselemente 21, 22, 23 sind vorzugsweise identisch ausgebildet.
Die Widerstandselemente 21, 22, 23 sind auf einem Substrat 1 befestigt, das eine Trägerfolie 11 z. B. aus Polyimid umfasst. Das Substrat 1 weist eine auf der Trägerfolie angeordnete Metallkaschierung – die Metallschicht 12 – auf, die zu den Widerstandselementen gewandt ist (1B). Die Befestigung kann mittels Löten oder Kleben erfolgen.
Die metallkaschierte Trägerfolie 11 ist vorzugsweise wie in 1C gezeigt derart vorgeformt, dass sie Vertiefungen zur Aufnahme von Widerstandselementen 21, 22, 23 aufweist. Durch diese Vertiefungen kommen gekrümmte Abschnitte 41 der Metallschicht 12 zustande, die zwischen zwei aufeinander folgenden Widerstandselementen angeordnet sind. Mittels der Metallschicht 12, die gekrümmte Abschnitte aufweist, ist das biegsame gekrümmte elektrische Verbindungselement realisiert.
Die Länge der gekrümmten Abschnitte 41 ist größer als der Mindestabstand zwischen diesen Widerstandselementen. Das Vorformen der metallkaschierten Trägerfolie 11 kann vor oder nach dem Montieren der Widerstandselemente 21, 22, 23 erfolgen.
Die in den 1B, 1C gezeigte, metallkaschierte Trägerfolie 11 kann auch durch einen Verbund eines Substrats und einer elektrisch leitenden Schicht ersetzt werden. Die Metallschichten 12, 14 können jeweils durch ein Metallgeflecht ersetzt werden. Wichtig ist stets, dass beim Verbiegen der Widerstandsanordnung einer unter der Biegebelastung entstehenden mechanischen Spannung vorgebeugt werden kann. Dies ist deswegen möglich, da eine strukturierte und daher längere elektrische Leitung gegenüber einer geradlinigen Leitung beim Verbiegen in höherem Maße mechanisch entlastet werden kann.
In der 1D ist die in der 1C gezeigte Anordnung dargestellt, die zwischen einer elektrisch isolierenden Grundschicht 1a und einer Isolierschicht 10 teilweise eingebettet ist. Vorzugsweise umfassen die Schichten 1a, 10 das selbe Material. Sie können laminiert, geklebt oder durch ein Vergussverfahren erzeugt sein.
Auf die Grundschicht 1a kann auch verzichtet werden, siehe 1E. Bei der in der 1C gezeigten Anordnung werden die zwischen den Widerstandselementen angeordneten Zwischenräume teilweise mit einem isolierenden Material gefüllt. Das elastisch verformbare Substrat 1, in dem die Widerstandselemente 21, 22, 23 teilweise eingebettet sind, ist in diesem Fall durch die Schichten 10, 11 gebildet.
Das Substrat 1, in dem die Widerstandselemente teilweise eingebettet und das elektrische Verbindungselement (die Metallschicht 12) integriert ist, ist in der Variante gemäß der 1D durch die Grundschicht 1a, die Trägerfolie 11 und die Isolierschicht 10 gebildet. Das Substrat 1 kann ferner wie in den Varianten gemäß den 1F und 2 eine zweite Trägerfolie 13 umfassen. Die Trägerfolie 13 hat vorzugsweise die gleichen Eigenschaften wie die Trägerfolie 11.
Die Oberseite der in 1E gezeigten Anordnung kann, wie in 1F angedeutet, mit einer ggf. vorgeformten, metallkaschierten Trägerfolie 13 verbunden sein. In der Variante gemäß der 1F ist das Substrat 1 durch die Trägerfolien 11, 13 und die Isolierschicht 10 gebildet. Die metallkaschierten Trägerfolien 11, 13 können als zwei elastisch verformbare Substrate betrachtet werden, zwischen denen die Widerstandselemente angeordnet sind.
Anstelle metallkaschierter Trägerfolien 11, 13 können in allen Ausführungsformen Folien aus einem leitfähigen elastischen Material verwendet werden.
Das Substrat 1 kann ferner wie in der Variante gemäß 2 eine Deckschicht 1b umfassen.
In der in 2 gezeigten Variante ist ein zweites elektrische Verbindungselement, das alle zweiten Elektroden der Widerstandselemente untereinander leitend verbindet, mittels der zweiten Metallschicht 14 realisiert. Die zweite Metallschicht 14 ist vorzugsweise als Metallkaschierung der zweiten Trägerfolie 13 ausgebildet. Die Metallkaschierung der Trägerfolie, d. h. die Metallschicht 14, ist nach innen, also zu den Widerstandselementen gewandt. Die Metallschicht 14 verbindet die zweiten Elektroden der Widerstandselemente.
Die erste Metallschicht 12 ist an einen ersten elektrischen Anschluss 31 und die zweite Metallschicht 14 an einen zweiten elektrischen Anschluss 32 der Widerstandsanordnung angeschlossen. Die Anschlüsse 31, 32 sind von außen zugänglich und können z. B. an eine Steckerverbindung angeschlossen werden. Das in Zusammenhang mit der Trägerfolie 11 und der Metallschicht 12 Gesagte gilt auch für die in den 2, 3 gezeigte zweite Trägerfolie 13 und die mit dieser verbundene Metallschicht 14.
Eine Anordnung, die durch die Widerstandselemente 21, 22, 23 und deren elektrische Verbindungen gebildet ist, ist in 2 komplett im Substrat 1 eingebettet. Damit die mit verschiedenen Potentialen beaufschlagten Metallschichten 12 und 14 einander nicht berühren, ist zwischen diesen eine Isolierschicht 10 angeordnet.
In der 3 ist die Heizanordnung gemäß der 2 gezeigt, die an eine gekrümmte, in der 3 nicht gezeigte Oberfläche angepasst ist.
In der 4 sind die Widerstandselemente 21, 22, 23 mittels eines leitfähigen elektrischen Verbindungselements wie z. B. eine vorgeformte Metallfolie oder Metalllitze leitend miteinander verbunden. Die Anordnung, die durch die Widerstandselemente 21, 22, 23 und deren elektrische Verbindungen gebildet ist, ist dabei im Substrat 1 eingegossen.
Es ist vorteilhaft, wenn mindestens eine Hauptflächen des Substrats 1 plan ist. Vorzugsweise sind beide Hauptfläche des Substrats 1 plan ausgebildet.
Die in den 1A bis 4 gezeigte Widerstandsanordnung kann in Form eines biegsamen Bandes vorhanden sein, das eine eindimensionale Anordnung von Widerstandselementen 21, 22, 23 aufweist.
In 5 ist eine flächige Widerstandsanordnung, d. h. eine Widerstandsanordnung mit einer zweidimensionalen Anordnung von Widerstandselementen, gezeigt. Eine solche Anordnung entsteht nach dem Durchschneiden eines Widerstandssubstrats, das zunächst nicht vereinzelte Widerstandselemente 21, 22, 23 umfasst, entlang der vorgegebenen Trennlinien, wobei das Trägersubstrat 1 nicht durchgeschnitten wird.
Die in den vorstehend erläuterten Figuren gezeigten Widerstandselemente können wie in 6 bis 8 ausgebildet sein.
In 6 ist eine Widerstandsanordnung mit Widerstandselementen gezeigt, die auf ihren Hauptflächen angeordnete Vertiefungen 221, 222 aufweisen. Die ersten Vertiefungen 221 sind auf einer ersten Hauptfläche (Oberseite) eines Widerstandselements und die zweiten Vertiefungen 222 auf seiner zweiten Hauptfläche (Unterseite) angeordnet. Die Elektrodenschichten 201, 202 bedecken auch die Oberfläche dieser Vertiefungen.
Die Vertiefungen 221, 222 sind vorzugsweise mit einem Füllmaterial 8 gefüllt, das eine bessere thermische Leitfähigkeit als der Keramikkörper des Widerstandselements aufweist. Der Zwischenraum 7 zwischen zwei Widerstandselementen ist vorzugsweise auch mit einem elastisch verformbaren Füllstoff gefüllt.
Die zweiten Vertiefungen 222 sind gegenüber den ersten Vertiefungen 221 lateral versetzt. Die Tiefe der Vertiefungen kann ungefähr die Hälfte oder mehr als die Hälfte der Dicke des Keramikkörpers betragen.
Die Widerstandselemente sind mittels elastisch verformbarer Substrate 81, 82 mechanisch miteinander verbunden. Jedes Substrat 81, 82 weist eine isolierende Schicht 811, 821 auf. Jedes Substrat 81, 82 weist außerdem eine leitende Schicht 812, 822 auf, die auf der isolierenden Schicht 811, 821 z. B. als eine Metallkaschierung aufgebracht und zu den Widerstandselementen gewandt ist. Die ersten Elektrodenschichten 201 der Widerstandselemente sind mittels der leitenden Schicht 812 und die zweiten Elektrodenschichten 202 der Widerstandselemente mittels der leitenden Schicht 822 leitend miteinander verbunden. Die Schichten 812, 822 sind elektrische Verbindungselemente, die vorzugsweise wie die Metallschichten 12, 14 biegsam und gekrümmt ausgebildet sind. Die Schichten 812, 822 können Metallgeflechte oder Metallfolien sein, die vorzugsweise vorgeformt sind.
7A zeigt eine Anordnung von Widerstandselementen, deren erste Elektrodenschichten 201 mittels eines elektrischen Verbindungselements 91 und deren zweite Elektrodenschichten 202 mittels eines elektrischen Verbindungselements 92 elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Verbindungselemente 91, 92 können Metallgeflechte oder Metallfolien sein, die vorzugsweise derart vorgeformt sind, dass die Länge des Verbindungselements größer ist als der Abstand zwischen den miteinander zu verbindenden Widerstandselementen. Die ersten Elektrodenschichten 201 sind leitend mit einem elektrischen Anschluss 31 verbunden, der von außen zugänglich ist. Die zweiten Elektrodenschichten 202 sind leitend mit einem elektrischen Anschluss 32 verbunden, der ebenfalls von außen zugänglich ist. Die in ein Substrat 81 eingebettete Heizanordnung gemäß 7A ist in 7B vorgestellt.

1, 81: flexibles Substrat
1a: Grundschicht
1b: Deckschicht
10: Isolierschicht
11, 13: Trägerfolie
12, 14: Metallschicht
20: Körper
201, 202: Elektroden der Widerstandselemente
21, 22, 23: Widerstandselemente
221, 222: Vertiefungen
31, 32: elektrische Anschlüsse
41: gekrümmte Abschnitte der Metallschicht 12
7: Zwischenraum
8: Füllmasse
81, 82: elastisch verformbares Substrat
812, 822: leitende Schicht
811, 821: isolierende Schicht
91, 92: elektrisches Verbindungselement

Claims

Widerstandsanordnung – mit Widerstandselementen (21, 22, 23), die jeweils eine erste Elektrode (201) und eine zweite Elektrode (202) aufweisen, – wobei die ersten Elektroden (201) mittels eines biegsamen, gekrümmten ersten elektrischen Verbindungselements (12, 812, 91) leitend miteinander verbunden sind, das in den zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen (21, 22, 23) angeordneten Bereichen eine Krümmungsänderung aufweist.
Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, – wobei die Widerstandselemente (21, 22, 23) mit einer ersten flexiblen Trägerfolie (11) fest verbunden sind.
Widerstandsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, – wobei die zweiten Elektroden (202) mittels eines biegsamen, gekrümmten zweiten elektrischen Verbindungselements (14, 822, 92) leitend miteinander verbunden sind, das in den zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen (21, 22, 23) angeordneten Bereichen eine Krümmungsänderung aufweist.
Widerstandsanordnung nach Anspruch 3, wobei zwischen den biegsamen elektrischen Verbindungselementen (12, 14, 812, 822, 91, 92) eine flexible Isolierschicht (10) angeordnet ist.
Widerstandsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, – wobei die Widerstandselemente (21, 22, 23) mit einer zweiten flexiblen Trägerfolie (13) fest verbunden sind.
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, – wobei die biegsamen elektrischen Verbindungselemente (12, 14, 812, 822, 91, 92) in einem flexiblen Substrat (1, 81) eingebettet sind, – wobei die Widerstandselemente (21, 22, 23) zumindest teilweise im flexiblen Substrat (1, 81) eingebettet sind.
Widerstandsanordnung nach Anspruch 5, – wobei die Widerstandselemente (21, 22, 23), die biegsamen elektrischen Verbindungselemente (12, 14, 812, 822, 91, 92)s und die Trägerfolien (11, 13) in einem flexiblen Substrat (1, 81) eingebettet sind.
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, – wobei der Abstand zwischen den biegsamen elektrischen Verbindungselementen (12, 14, 812, 822, 91, 92) in den zwischen den Widerstandselementen (21, 22, 23) liegenden Bereichen kleiner ist als die Höhe der Widerstandselemente (21, 22, 23).
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, – wobei der Abstand zwischen den biegsamen elektrischen Verbindungselementen (12, 14, 812, 822, 91, 92) in den zwischen den Widerstandselementen (21, 22, 23) liegenden Bereichen größer ist als die Höhe der Widerstandselemente (21, 22, 23).
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, – wobei auf der ersten flexiblen Trägerfolie (11) eine kaschierte Metallschicht angeordnet ist, durch die das erste biegsame elektrische Verbindungselement (12, 812, 91) gebildet ist.
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei in der ersten flexiblen Trägerfolie (11) Vertiefungen zur Aufnahme von Widerstandselementen (21, 22, 23) ausgebildet sind.
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, – wobei auf der zweiten flexiblen Trägerfolie (13) eine kaschierte Metallschicht angeordnet ist, durch die das zweite biegsame elektrische Verbindungselement (14, 822, 92) gebildet ist.
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, – wobei das erste biegsame elektrische Verbindungselement (12, 812, 91) eine Metalllitze umfasst.
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, – wobei das zweite biegsame elektrische Verbindungselement (14, 822, 92) eine Metalllitze umfasst.
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, – wobei die biegsamen elektrischen Verbindungselemente (12, 14, 812, 822, 91, 92) jeweils als eine im flexiblen Substrat (1) eingelassene, gekrümmte Leiterbahn realisiert sind.
Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 – wobei mindestens eine Hauptfläche des jeweiligen Widerstandselements (21, 22, 23) eine Anordnung von schlitzartigen Vertiefungen (221, 222) aufweist.
Widerstandsanordnung – mit Widerstandselementen (21, 22, 23), die durch ein flexibles Verbindungselement miteinander verbunden sind, – wobei die Widerstandselemente (21, 22, 23) jeweils eine Anordnung von schlitzartigen Vertiefungen (221, 222) aufweisen.
Widerstandsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, – wobei die schlitzartigen Vertiefungen (221, 222) mit einem Füllmaterial (8) gefüllt sind, dessen Wärmeleitfähigkeit diejenige des Widerstandselements übersteigt.
Verfahren zur Herstellung einer Widerstandsanordnung, mit den Schritten: A) ein Widerstandssubstrat, das noch nicht vereinzelte Widerstandselemente umfasst, wird mit einer Schicht aus flexiblem Material verbunden, in der eine gekrümmte Leiterbahn eingelassen ist, wobei die Verbindung derart erfolgt, dass die gekrümmte Leiterbahn in den als Widerstandselemente vorgesehenen Bereichen mit der Hauptfläche des Widerstandssubstrats in Berührung kommt, B) der im Schritt A) entstandene Verbund wird derart angesägt, dass nur das Widerstandssubstrat durchgeschnitten wird, wobei mehrere Widerstandselemente entstehen, die durch die Schicht aus flexiblem Material mechanisch und durch die gekrümmte Leiterbahn elektrisch miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer Widerstandsanordnung, mit den Schritten: A) Widerstandselemente werden auf mindestens einer Seite mit einer flexiblen leitfähigen Folie fest verbunden, wobei ein Verbund gebildet wird, B) die leitfähige Folie wird vorgeformt, C) der Verbund wird zumindest teilweise in ein flexibles Material eingegossen.