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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Biegen und Halten eines Leiterplatten-Bereichs einer Semiflex-Leiterplatte, aufweisenden zwei starre Leiterplatten-Bereiche und einen flexiblen Leiterplatten-Bereich, welcher die beiden starren Bereiche verbindet.
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Moderne elektronische Systeme bieten eine hohe Funktionalität und besitzen gleichzeitig eine relativ kompakte Bauform. Das Volumen, das die Gerätedesigner für die Elektronik zur Verfügung stellen, ist stets begrenzt und muss daher optimal genutzt werden. Die elektronischen Bauelemente weisen eine immer höhere Dichte und Anzahl ihrer Anschlüsse auf.
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Aus diesen Gründen werden Leiterplatten mit einer höheren Verbindungsdichte und höheren Lagenanzahl benötigt. In vielen elektronischen Geräten werden oft mehrere starre Leiterplatten eingesetzt, die miteinander zu einer kompakten elektronischen Baugruppe verbunden werden müssen. Zusätzlich sind meistens Verbindungen zu peripheren Elementen, wie z. B. Bedien- und Anzeigeelemente oder externe Anschlüsse erforderlich. Zur Verbindung können beispielsweise Drähte, Kabel, Flachbandleitungen, Jumper oder Steckverbindungssysteme usw. verwendet werden. Diese Verbindungen müssen bei dem automatischen Bestückungsprozess geschaffen werden oder aufwendig in nachfolgenden Arbeitsstufen hergestellt und überprüft werden.
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Diese konventionellen Verbindungssysteme nehmen in den begrenzt zur Verfügung stehenden Einbauvolumen erheblichen Platz ein und sind daher nicht immer die beste Lösung. Leiterplatten, die eine dreidimensionale Montage ermöglichen, und somit den Raum optimal ausnutzen können, sind gefordert. Flexible Leiterplatten sind eine Möglichkeit, wobei die zuverlässigste Technik allerdings die starr-flexible Leiterplatte bietet. Starr-flexible Leiterplatten bieten einen besonderen Vorteil:
Sie bestehen meistens aus zwei oder mehreren starren Bereichen, die miteinander durch flexible Bereiche elektrisch verbunden sind.
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Dadurch entfallen die sonst notwendigen separaten Verbindungen der starren Leiterplatten. Die einzelne starr-flexible Leiterplatte kann mit geringstem Aufwand in die kleinsten Gehäuse eingebaut werden. Starr-flexible Leiterplatten bieten eine sehr hohe Zuverlässigkeit in der Verbindungstechnik, da viele Steckverbindungen und Lötstellen entfallen können, die je nach Anwendung bekanntlich sehr fehlerträchtlich sein können. Zusätzliche kostenintensive Produktionsschritte wie das Löten von Flachbandleitungen oder Kabel zur Verbindung der starren Leiterplatten und deren Überprüfung entfallen.
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Der Entwickler entwirft nur ein Layout, bei dem die Zwischenverbindungen bereits enthalten sind. Es wird nur ein Zeichnungssatz benötigt und nur ein Artikel wird eingekauft und im Lager verwaltet.
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Starr-flexible Leiterplatten werden heute in vielen Anwendungen eingesetzt und sind deshalb in nahezu allen Branchen anzutreffen. Im Handel sind zwei Arten von starr-flexiblen Leiterplatten bekannt. Die kostengünstige starr-flexible Leiterplatte ist die Semiflex-Leiterplatte. Derartige Semiflex-Leiterplatten werden dann verwendet, wenn bei der Bestückung und Montage der Leiterplatte nur wenige Biegungen notwendig sind. Demgegenüber sind Multiflex-Leiterplatten für Anwendungen vorgesehen, bei denen sehr kleine Biegeradien auftreten können oder für dynamische Biegebelastungen vorgesehen sind.
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Semiflex-Leiterplatten werden aus konventionellen Basismaterialien hergestellt, aus denen auch Multilayer oder doppelseitige Leiterplatten bestehen. Die Fertigungsmethode ist sehr einfach und besteht darin, die Dicke von herkömmlichen Multilayermaterialien selektiv soweit zu verringern, bis sich das Material biegen lässt. Dies wird durch niveauausgeregeltes Tiefenfräsen des starren Materials in den Bereichen erreicht, die später gebogen werden müssen.
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Für Semiflex-Leiterplatten sind einige Einschränkungen in der Anwendung zu beachten, die sich aus technischen Gründen ergeben:
- – nur wenige Biegezyklen erlaubt (bis zu zehn Zyklen),
- – der Biegeradius ist auf minimal 5 mm begrenzt,
- – die maximale Länge des Biegebereichs darf 16 mm nicht überschreiten,
- – nur eine Leiterbildlage im Biegebereich möglich.
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Werden höhere Anforderungen an die Biegemöglichkeiten gestellt, als es eine Semiflex-Leiterplatte zulässt, muss eine Multiflex-Leiterplatte verwendet werden.
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Es wurde nun festgestellt, dass obwohl der flexible Bereich einer Semiflex-Leiterplatte nur während der Montage und eventuell zur Nacharbeit und Reparatur nur wenige Male gebogen wird, es vorkommen kann, dass dieser flexible Bereich einreißt bzw. stellenweise bricht, obwohl die maximal zulässige Anzahl von Biegevorgängen noch nicht erreicht worden ist. Dieses Problem tritt insbesondere bei Semiflex-Leiterplatten auf, bei denen zwei Leiterplatten-Bereiche derart zueinander gebogen werden sollen, dass diese beiden Leiterplatten-Abschnitte im rechten Winkel zueinander stehen. Wegen dieser 90°-Biegung ist der flexible Bereich relativ schmal, so dass beim Biegevorgang der minimale Biegeradius unterschritten werden kann, was zur Folge hat, dass dieser flexible Bereich stellenweise durchbricht. Dadurch ist diese Semiflex-Leiterplatte nicht mehr zu gebrauchen.
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Aus der
DE 44 29 984 C1 geht ein elektrisches oder elektronisches Gerät hervor, welches eine zumindest in Teilbereichen biegsame Leiterplatte aufweist. Der biegsame Teilbereich der Leiterplatte trennt zwei feste Abschnitte der Leiterplatte. Die Leiterplatte ist um einen Tragrahmen herumgebogen und mit dem Tragrahmen durch Rastmittel verbunden. Das Rastmittel weist einen Torsionsschnapphaken auf, der in einer Ausnehmung der Leiterplatte eingreift. Der Tragrahmen schützt den Biegebereich der Leiterplatte vor mechanischen Einflüssen.
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Aus der
DE 198 19 057 A1 ist eine Vorrichtung zum Biegen von flexiblen elektrischen Flachleitern bekannt. Die Vorrichtung bestimmt einen Biegeradius, der zumindest zwei gelenkig miteinander verbundene Formteile umfasst. Jedes Formteil weist eine dem Biegeradius entsprechend gekrümmte Stirnfläche auf, die an eine untere Anlagefläche des flexiblen elektrischen Flachleiters grenzt. Die zusammengeführten Stirnflächen der zwei Formteile bilden nach Ausführung der Biegung eine für die bestimmungsgemäße Biegung vorgesehene Biegefläche. Die beiden Formteile sind stirnseitig durch ein Knickgelenk miteinander verbunden. In die Biegefläche der beiden Formteile ist eine Knickgelenkaufnahme eingebracht, in der das Knickgelenk nach Ausübung der Biegung eingeklappt ist. Die in der zusammengefügten Stellung der Biegevorrichtung aneinandergrenzenden Innenseiten der Formteile, werden durch ineinandergreifende Verklammerungselemente zusammengehalten.
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Aus der
DE 10 2007 002 193 A1 geht ein mehrteiliges Kontaktierungsbauteil für Mechatroniken mit mindestens einem Halterungsteil und mindestens einem davon unabhängigen Führungsteil mit Steckervorrichtung hervor. Das Führungsteil ist auf das Halterungsteil so aufschiebbar, dass es durch ein Schwenken in eine formschlüssige Parallelstellung mit dem Halterungsteil gebracht werden kann. Ein das Halterungsteil überragendes Endstück einer flexiblen Leiterplatte ist zwischen beiden Teilen so angeordnet, dass durch weiteres Schwenken des Führungsteils eine zum Halterungsteil senkrechte Endlage erreicht wird. Die Befestigung der flexiblen Leiterplatte auf dem Halterungs- bzw. Führungsteil erfolgt mittels Rasternasen und/oder Zentrierdome.
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Aus der
EP 1 575 344 A1 ist ein Steuergerät bekannt, welches ein Gehäuse und eine Leiterplatte mit wenigstens zwei starren Leiterplattenbereichen und wenigstens einem biegbaren Bereich aufweist. Der erste starre Leiterplattenbereich trägt einen Steckverbinder, in dem der zweite starre Leiterplattenbereich hineingesteckt wird. Beide starre Leiterplattenbereiche sind über den biegbaren Bereich miteinander verbunden.
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Die
JP 2001332885 A zeigt eine Haltevorrichtung für eine Leiterplatte mit wenigstens zwei starren Leiterplattenbereichen und wenigstens einem biegbaren Bereich. Die Haltevorrichtung besteht aus einem abschirmenden Gehäuse mit Boden und Deckel. Boden und Gehäuse werden mit Rastermitteln zusammen gebracht, wobei ein Teil der zwei starren Leiterplattenbereiche innerhalb des abgeschirmten Gehäuses angebracht ist, der andere außerhalb. Die beiden starren Leiterplattenbereiche sind über den biegbaren Bereich miteinander verbunden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der ein Leiterplatten-Bereich einer wenigstens zwei Leiterplatten-Bereiche aufweisenden Semiflex-Leiterplatte zum anderen Leiterplatten-Bereich verbogen werden kann, ohne dass ein vorbestimmter Biegeradius unterschritten werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
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Durch die Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Leiterplatten-Bereich, der zu einem zweiten Leiterplatten-Bereich verbogen werden soll, zunächst zwischen einem Aufnahmeteil und einem Verschlussteil dieser Vorrichtung verspannt und dadurch gehalten. Eine flexible Folie zwischen einem Montageteil und dem Aufnahmeteil der Vorrichtung entspricht den Abmessungen nach dem flexiblen Bereich der Semiflex-Leiterplatte. Als Gegenstück zur flexiblen Folie der Vorrichtung ist ein dem Aufnahmeteil abgewandter Bereich des Verschlussteils derart ausgebildet, dass dieser einen vorbestimmten Abrollradius aufweist. Beim Biegevorgang stützt sich der flexible Bereich der Semiflex-Leiterplatte auf die flexible Folie der Vorrichtung ab, wobei der mit einem vorbestimmten Abrollradius versehene Bereich des Verschlussteils der Vorrichtung als Gegenstück dafür sorgt, dass ein minimaler Biegeradius nicht unterschritten werden kann. D. h., dass während des Biegevorgangs der flexible Bereich der Semiflex-Leiterplatte zwischen den beiden Teilen (flexible Folie, Steg mit Abrollradius) der Vorrichtung geführt wird. Dadurch besteht auch nicht mehr die Gefahr, dass der flexible Bereich einer Semiflex-Leiterplatte brechen kann.
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Das Aufnahmeteil und das Verschlussteil der Vorrichtung bilden einen zu einer Seite offenen Käfig, in dem ein Leiterplatten-Bereich einer Semiflex-Leiterplatte untergebracht und fixiert ist. Beim Biegevorgang muss nicht mehr der Leiterplatten-Bereich angefasst werden, wobei unter Umständen Bauelemente dieses Leiterplatten-Bereichs mechanisch belastet werden können, wodurch später die Semiflex-Leiterplatte Fehlfunktionen verursachen könnte. Da der zu verbiegende Leiterplatten-Abschnitt einer Semiflex-Leiterplatte in einem gebildeten Käfig steckt, wird während des Biegevorgangs nur der Käfig angefasst. Dadurch bleibt der zu verbiegende Leiterplatten-Bereich frei von mechanischen Belastungen. D. h., der zu verbiegende Leiterplatten-Bereich kann nicht mehr zur Biegeachse verkantet werden, so dass ein Einreißen des flexiblen Bereiches der Semiflex-Leiterplatte unterbunden wird.
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Vorteilhafte Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt sind.
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1 zeigt eine Semiflex-Leiterplatte, deren beiden Leiterplatten-Bereiche rechtwinklig zueinander angeordnet sind, in der
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2 ist eine Draufsicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, wogegen in der
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3 deren Rückansicht dargestellt ist, die
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4 zeigt die Semiflex-Leiterplatte gemäß 1 mit der Vorrichtung nach der Erfindung nach erfolgter Biegung und in der
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5 ist eine Semiflex-Leiterplatte mit einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung nach erfolgter Biegung veranschaulicht, wobei die
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6 die Rückansicht der montierten Vorrichtung nach 5 darstellt.
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Die in der 1 dargestellte Semiflex-Leiterplatte 2 weist zwei Leiterplatten-Bereiche 4 und 6 auf, die mittels eines flexiblen Bereiches 8 miteinander verbunden sind. Der Leiterplatten-Bereich 4, der im Vergleich zum Leiterplatten-Bereich 6 flächenmäßig viel größer ist, bildet eine sogenannte Hauptbaugruppe, wogegen der flächenmäßig kleinere Leiterplatten-Bereich 6 eine Sub-Baugruppe bildet. Beide Leiterplatten-Bereiche 4 und 6 sind beidseitig bestückt. Der Bestückungsprozess findet vor dem Biegevorgang statt, da dann die beiden Leiterplatten-Bereiche 4 und 6 noch in einer Ebene liegen.
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In der 2 und 3 ist jeweils eine Vorder- und Rückansicht einer Vorrichtung 10 nach der Erfindung näher dargestellt. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist einen Montageteil 12, einen Aufnahmeteil 14 und einen Verschlussteil 16 auf. Das Montageteil 12 ist mittels einer flexiblen Folie 18 mit dem Aufnahmeteil 14 der Vorrichtung 10 verbunden. Diese flexible Folie 18 verläuft über die gesamte Breite der Vorrichtung 10. Das Verschlussteil 16 der Vorrichtung 10 ist ebenfalls mittels einer flexiblen Folie 20 mit dem Aufnahmeteil 14 der Vorrichtung 10 verbunden. Wegen der Ausgestaltung des Aufnahmeteils 14 und des Verschlussteils 16 ist diese Folie 20 in zwei Folienstücke unterteilt. Da der aufzunehmende Leiterplatten-Bereich 6 beidseitig mit Bauelementen bestückt ist, weisen das Aufnahmeteil 14 und das Verschlussteil 16 jeweils eine Gitterkonstruktion auf. Diese Gitterkonstruktion weist Längs- und Querstege 22 und 24 auf. Die Anzahl der Längs- und Querstege 22 und 24 und deren Zuordnung zueinander hängt von der Lage der bestückten Bauelemente und von der Bestückungsdichte des Leiterplatten-Bereichs 6 der Semiflex-Leiterplatte 2 ab. Weist die Sub-Baugruppe 6 der Semiflex-Leiterplatte 2 nur SMD-Bauelemente auf, die nur eine geringe Bauhöhe aufweisen, können das Aufnahme- und Verschlussteil 14 und 16 von der Gitterkonstruktion abweichen.
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Das Aufnahmeteil 14 der Vorrichtung 10 weist außerdem Rastmittel 26 und 28 auf, die seitlich am Aufnahmeteil 14 angeordnet sind. Ferner weist dieser Aufnahmeteil 14 noch beidseitig jeweils ein Führungselement 30 für den Leiterplatten-Bereich 6 und das Verschlussteil 16 auf. Dadurch kann das Verschlussteil 16 verkantungsfrei auf das Aufnahmeteil 14 geschwenkt und mit diesem verrastet werden. Außerdem wird durch das Führungselement 30 der vom Aufnahmeteil 14 aufgenommene Leiterplatten-Bereich 6 besser geführt. Im vom Aufnahmeteil 14 und Verschlussteil 16 gebildeten Zwischenraum befindet sich der Leiterplatten-Bereich 6 der Semiflex-Leiterplatte 2.
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Der dem Aufnahmeteil 14 abgewandte Bereich des Verschlussteils 16, in dieser Ausführungsform des Verschlussteils 16 der Quersteg 32, ist derart ausgebildet, dass dieser, insbesondere der Quersteg 32, einen vorbestimmten Abrollradius aufweist. D. h., der Quersteg 32 weist als Außenfläche eine bogenförmige ausgestaltete Außenfläche auf. Diese Außenfläche dieses Quersteges 32 bildet das Gegenstück zur flexiblen Folie 18 zwischen Montage- und Aufnahmeteil 12 und 14 der Vorrichtung 10. Der Radius dieser bogenförmig ausgebildeten Außenfläche des Querstegs 32 bestimmt den Biegeradius des flexiblen Bereichs 8 der Semiflex-Leiterplatte 2 im montierten Zustand. Während eines Biegevorgangs befindet sich dieser flexible Bereich 8 der Semiflex-Leiterplatte 2 zwischen der flexiblen Folie 18 und der bogenförmigen Außenfläche des Querstegs 32 des Verschlussteils 16. Dadurch wird dieser flexible Bereich 8 der Semiflex-Leiterplatte 2 durch die bogenförmige Außenfläche des Steges 32 des Verschlussteils 16 derart geführt, dass sich dieser flexible Bereich 8 der Semiflex-Leiterplatte 2 auf der flexiblen Folie 18 der Vorrichtung 10 abstützen kann. Dadurch kann ein minimaler vorbestimmter Biegeradius nicht unterschritten werden, der einen Bruch des flexiblen Bereichs 8 der Semiflex-Leiterplatte 2 zur Folge haben könnte.
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Das Montageteil 12 weist wenigstens eine Befestigungsvorrichtung 34 und mehrere Zentrierzapfen 36 auf. Außerdem weist dieses Montageteil 12 wenigstens zwei Stützelemente 38 auf, die dem Aufnahmebereich des Aufnahmeteils 14 abgewandten Seite des Montageteils 12 angeordnet sind. In Flucht zu diesen Stützelementen 38 weist die flexible Folie 18 Ausnehmungen 40 auf. Diese Stützelemente 38 sind derart ausgebildet, dass das Aufnahmeteil 14 mit dem aufgenommenen Verschlussteil 16 nur in eine Richtung um 90° verbogen werden kann. Somit wird dafür gesorgt, dass der Leiterplatten-Bereich 6, der zwischen Aufnahmeteil 14 und Verschlussteil 16 der Vorrichtung 10 angeordnet ist, nur in eine vorgesehene Biegerichtung der Semiflex-Leiterplatte 2 gebogen werden kann.
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Inder 4 sind die Semiflex-Leiterplatte 2 gemäß 1 und die Vorrichtung 10 gemäß der 2 und 3 nach erfolgtem Biegeprozess dargestellt. In dieser Darstellung ist sehr gut erkennbar, dass sich der flexible Bereich 8 der Semiflex-Leiterplatte 2 sich auf der flexiblen Folie 18 der Vorrichtung 10 abstützt, wobei die bogenförmig ausgebildete Außenfläche des Quersteges 32 des Verschlussteils 16 der Vorrichtung 10 als Gegenstück den flexiblen Bereich 8 der Semiflex-Leiterplatte 2 führt. Im verschlossenen Zustand der Vorrichtung 10, ist das Verschlussteil 16 mit dem Aufnahmeteil 14 der Vorrichtung 10 verrastet. In diesen verschlossenen Zustand ist der Leiterplatten-Bereich 6 der Semiflex-Leiterplatte 2 zwischen dem Aufnahmeteil 14 und dem Verschlussteil 16 der Vorrichtung 10 fixiert. Das Montageteil 12 der Vorrichtung 10 ist in dieser Darstellung mit einem Kühlkörper 42 mechanisch verbunden. Dieser Montageteil 12 der Vorrichtung 10 kann auch mit einem Träger eines Gerätes lösbar verbunden sein.
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In der 5 ist die Semiflex-Leiterplatte 2 gemäß 1 und eine Vorrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform wie in der 4 dargestellt. Gegenüber der ersten Ausführungsform der Vorrichtung 10 unterscheidet sich die zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 5 dadurch, dass das Verschlussteil 16 auf der dem Aufnahmebereich des Aufnahmeteils 14 abgewandten Seite mit Aufnahmeelemente 44 versehen ist. Diese Aufnahmeelemente 44 sind derart beschaffen, dass diese jeweils einen Bolzen 46 aufnehmen können. Mittels dieser Bolzen 46, die jeweils durch den Leiterplatten-Abschnitt 4 und einer Befestigungsvorrichtung 34 des Montageteils 12 der Vorrichtung 10 geführt sind, wird der Leiterplatten-Bereich 6 der Semiflex-Leiterplatte 2 rechtwinklig zum Leiterplatten-Bereich 4 gehalten und gleichzeitig mit einem Kühlkörper 42 mechanisch verbunden.
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Die Rückansicht der Ausführungsform gemäß 5 ist in der 6 näher dargestellt. In dieser Darstellung sind neben den Stützelementen 38 des Montageteils 12 der Vorrichtung 12 ebenfalls die Ausnehmungen 40 der flexiblen Folie 18 der Vorrichtung 10 zu sehen, die fluchtend zu den Stützelementen 38 angeordnet sind. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass der flexible Bereich 8 der Semiflex-Leiterplatte 2 sich auf der flexiblen Folie 18 der Vorrichtung 10 abstützt, wobei die bogenförmige Außenfläche des Quersteges 32 des Verschlussteils 16 der Vorrichtung 10 als Gegenstück zur flexiblen Folie 18 auftritt.
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Um eine Vorrichtung 10 kostengünstig herstellen zu können, ist diese als Kunststoffspritzteil ausgebildet.
