DE102012205439A1

DE102012205439A1 - Schaltungsträger und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102012205439A1
Application number: DE201210205439
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schmidt; Michael Schwab
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltungsträger (500) aufweisend zumindest zwei gestapelte Leiterplatten (100), die miteinander elektrisch kontaktiert sind, wobei die Haupterstreckungsrichtung einer ersten Leiterebene (110) der ersten Leiterplatte (100) im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung einer zweiten Leiterebene (110) der zweiten Leiterplatte (100) angeordnet ist, wobei eine erste Kontaktfläche (140) einer ersten Leiterbahn (130) der ersten Leiterebene (110) und eine zweite Kontaktfläche (140) einer zweiten Leiterbahn (130) der ersten oder der zweiten Leiterebene (110) auf einer Mantelfläche (120) der Leiterplatten (100) angeordnet sind, wobei ein auf der Mantelfläche (120) angeordnetes Verbindungselement (520) die zumindest zwei Kontaktflächen (140) miteinander verbindet, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen (140) entsteht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaltungsträger und Verfahren zur Herstellung desselben, sowie auf ein elektronisches Fahrzeugmodul mit einem solchen Schaltungsträger.
Üblicherweise werden Schaltungsträger beziehungsweise Leiterplatten über z. B. Kabel, Steckverbinder, Lötverbindungen, Flexfolien/Folienkabel (FFC – flexible flat cable), Einpresskontakte und andere Verbindungselemente miteinander verbunden. Dabei erfolgt die Kontaktierung der Leiterplatte üblicherweise über die Oberfläche. Eine besondere Form einer Leiterplatte stellen Aktiv-Multi-Layer-Leiterplatten dar. Die AML-Leiterplatte (Aktiv Multi Layer) stellt eine besondere Form eines elektronischen Schaltungsträgers dar, bei der elektronische Bauelemente, insbesondere aktive Bauelemente, in die Leiterplatte integriert bzw. eingebettet sind. Üblicherweise besteht eine solche AML-Leiterplatte aus einer Platinenanordnung, die durch abwechselndes Aufeinanderstapeln einzelner ein- oder beidseitig mit elektronischen Bauelementen bestückten Einzelplatinen und isolierender Platinenprepregs (ungehärtetes und unbestücktes Platinenhalbzeug), sowie anschließendes Verpressen und Verbacken des Platinen-Prepreg-Stapels erzeugt wird.
Die Patentschrift DE 69330967 T2 offenbart die Herstellung mehrlagiger Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten, bei denen die biegsamen Leiterplatten aus der starren Leiterplatte herausragen.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung einen verbesserten Schaltungsträger und ein Verfahren zur Herstellung desselben Schaltungsträgers gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Kontaktierung zwischen zumindest zwei Schaltungsträgern über die Mantelfläche der Schaltungsträger erfolgen. Insbesondere kann eine sichere Verbindung auch bei beengtem Raumangebot umgesetzt werden. Bei einer Kontaktierung der Schaltungsträger über die Mantelfläche entsteht ein kompakter Schaltungsträger, der Vorteile der Durchkontaktierung innerhalb eines Schaltungsträgers auf eine Mehrzahl von Schaltungsträgern überträgt. Zugleich kann eine solche Kontaktierung von Kontaktfeldern von mehreren Leiterebenen auf sehr einfache und kostengünstige Weise erfolgen, da das Verbindungselement leicht durch ein Anbringen kurz vor der Fertigstellung des Schaltungsträgers erfolgen kann und beispielsweise nicht während des Zusammenfügens der einzelnen Lagen mit den Leiterebenen erfolgen braucht. Im Vergleich zu den Verbindungstechniken im Stand der Technik erlaubt die vorliegende Erfindung ferner auch Verbindungen, die weniger Raum einnehmen und auch z. B. gegenüber Vibration unempfindlicher sind als Steckverbindungen.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Schaltungsträger aufweisend zumindest zwei gestapelte Leiterplatten, die miteinander kontaktiert sind, wobei die Haupterstreckungsrichtung einer ersten Leiterebene der ersten Leiterplatte im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung einer zweiten Leiterebene der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, wobei eine erste Kontaktfläche einer ersten Leiterbahn der ersten Leiterebene und eine zweite Kontaktfläche einer zweiten Leiterbahn der ersten oder der zweiten Leiterebene auf einer Mantelfläche der Leiterplatten angeordnet sind., Hierbei verbindet ein auf der Mantelfläche angeordnetes Verbindungselement die zumindest zwei Kontaktflächen miteinander, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen entsteht. Die Mantelfläche der Leiterplatten ist insbesondere zu deren Haupterstreckungsrichtung im Wesentlichen senkrecht ausgebildet.
Unter einer Leiterplatte kann eine Platine, gedruckte Schaltung, integrierte Schaltung oder Träger für diskrete elektronische Bauteile verstanden werden. Die Leiterplatte kann dabei der mechanischen und elektrischen Verbindung der Bauteile dienen. Die Leiterplatte kann aus zumindest einer Platte aus elektrisch isolierendem Material bestehen, wobei die Platte auch eine Isolierschicht aufweisen kann, und daran haftenden elektrischen Verbindungen beziehungsweise Leiterbahnen. Die Ebene mit den Leiterbahnen kann als Leiterebene bezeichnet werden. Dabei kann eine Leiterplatte aus mehreren Lagen, Ebenen oder Schichten bestehen. Zwischen einer Leiterebene und einer benachbarten Leiterebene kann eine Isolierschicht angeordnet sein. Leiterbahnen auf unterschiedlichen Ebenen der Leiterplatte können mittels sogenannter Durchkontaktierungen miteinander verbunden sein. Eine Durchkontaktierung kann senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung einer Leiterebene durch die Isolierschicht verlaufen, wobei die Durchkontaktierung als Loch in der Isolierschicht ausgebildet sein kann, mit elektrisch leitendem Material in seinem Inneren oder an den Wänden des Lochs, wobei das in der Durchkontaktierung befindliche elektrisch leitende Material eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterebenen herstellen kann. Eine Leiterplatte kann mit aktiven und/oder passiven Bauelementen bestückt werden. Die zur Haupterstreckungsrichtung der Leiterplatte nebengeordnete Fläche kann als Mantelfläche bezeichnet werden. Die Mantelfläche kann im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung angeordnet sein.
Einer Leiterplatte kann daher beispielsweise einerseits eine ein- oder beidseitig mit elektrischen Bauelementen bestückte einzelne Platine sein. Andererseits kann eine Leiterplatte beispielsweise auch eine AML-Leiterplatte (Aktiv Multi Layer) sein, das heißt eine Platinenanordnung, innerhalb welcher elektronische Bauelemente, insbesondere aktive Bauelemente, integriert bzw. eingebettet sind. Wie eingangs erläutert besteht eine solche AML-Leiterplatte üblicherweise aus einer Platinenanordnung, mit mehreren ein- oder beidseitig bestückten Einzelplatinen und dazwischen angeordneten isolierenden Platinenprepregs, welche miteinander durch Verpressen und Verbacken fixiert sind.
Unter einem Verbindungselement kann ein Element verstanden werden, welches eine elektrische Verbindung zwischen zwei Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen der Leiterbahnen herstellt, beispielsweise ein Draht oder eine Litze. Dabei kann es sich bei einem Verbindungselement selbst um eine Leiterbahn handeln, beispielsweise eine auf einer Folie (z. B. Flexfolie) aufgebrachte Leiterbahn. Es kann auch ein elektronisches Bauteil als Verbindungselement verwendet werden bzw. das elektronische Bauteil kann auf dem Verbindungselement angeordnet sein. Falls das Verbindungselement ein oder mehrere elektronische Bauteile aufweist, können komplette Teile einer Schaltung auf der Mantelfläche ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei Leiterplatten ausschließlich mittels des und gegebenenfalls entsprechend ausgeführter weiterer Verbindungselemente und entsprechender Kontaktflächen auf der Mantelfläche. Hierdurch werden aufwändig herzustellende Verbindungen zwischen den Leiterplatten innerhalb des Schaltungsträgers nicht benötigt.
Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Verbindungselement als Leiterbahn auf einer Folie und/oder einem Flachkabel ausgebildet sein. Unter einer Leiterbahn auf einer Folie kann ein Folienkabel, eine Flexfolie oder ein hochflexibles Flachkabel verstanden werden. Auch ein im Englischen als „Flexible Flat Cable“ oder FFC bezeichnetes Verbindungselement kann hierunter verstanden werden. Eine Leiterbahn auf einer Flexfolie kann mit Lötpaste bedruckt sein. Nach einer genauen Positionierung der Flexfolie auf der Mantelfläche und somit der auf der Flexfolie angeordneten Leiterbahnen über den Kontaktflächen kann eine dauerhafte elektrische Verbindung hergestellt werden. Der Einsatz einer mit Leiterbahnen bedruckten Flexfolie kann zu besonders günstigen und effizienten Produktionsverfahren beitragen. Auch kann eine Flexfolie zu mechanisch günstigen Eigenschaften einer solchen Verbindung beitragen. Auf der Folie kann auch ein oder mehrere mit dem bzw. den Verbindungselementen verbundene elektronische Bauteile angeordnet sein. Somit bildet die Folie auf der Mantelfläche und dem bzw. den darauf befindlichen elektronischen Bauteilen ein kompletter Teil einer Schaltung des Schaltungsträgers. Die einzelnen Leiterplatten können hierdurch weniger aufwändig ausgeführt sein.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schaltungsträger zumindest eine dritte und eine vierte Kontaktfläche auf der Mantelfläche aufweisen und auf der Folie kann zumindest ein vom ersten Verbindungselement elektrisch isoliertes zweites Verbindungselement angeordnet sein, wobei das zweite Verbindungselement zumindest die dritte und die vierte Kontaktfläche miteinander elektrisch leitfähig verbindet. Eine solche Ausprägung der vorliegenden Erfindung erlaubt, eine Mehrzahl von Verbindungen besonders effizient herbeizuführen. Hierbei können die Verbindungselement entlang der Mantelfläche auch überkreuzt bzw. auf mehreren (mindestens zwei) voneinander isolierten Ebenen überlappend verlaufen, wodurch sich eine Vielzahl weiterer Verbindungsmöglichkeiten ergeben. Hierzu können insbesondere mehrere Lagen von Folien mit jeweils darauf angeordneten Verbindungselementen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die oder eine der Folien auch mehrschichtig vorgefertigt sein, wobei jede Schicht zumindest eines der Verbindungselemente aufweist. Ebenso kann die oder eine der Folien beidseitig Verbindungselemente aufweisen.
Auch ist es günstig, wenn zwischen der ersten Leiterebene und der zweiten Leiterebene zumindest eine dritte Leiterebene angeordnet ist und das Verbindungselement auf der Mantelfläche die erste Kontaktfläche auf der ersten Leiterebene und die zweite Kontaktfläche auf der zweiten Leiterebene elektrisch leitfähig miteinander verbindet, ohne einen elektrischen Kontakt mit einer Leiterbahn auf der dritten Leiterebene über die Mantelfläche herzustellen. So kann eine Vielzahl von Leiterebenen und mit Leiterbahnen auf der Leiterebene verbundene Kontaktflächen auf der Mantelfläche über Verbindungselemente auf der Mantelfläche ein elektrischer Kontakt zwischen entsprechenden Kontaktflächen hergestellt werden.
In einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zwischen der ersten Leiterebene und der dritten Leiterebene zumindest eine vierte Leiterebene angeordnet sein und auf der Mantelfläche können zumindest vier Kontaktflächen in einer Reihe auf je einer Leiterebene angeordnet sein und das Verbindungselement kann die Kontaktfläche der ersten Leiterebene mit einer Kontaktfläche der vierten Leiterebene verbinden und ein weiteres Verbindungselement kann die Kontaktfläche der dritten Leiterebene und die Kontaktfläche der zweiten Leiterebene elektrisch leitfähig miteinander verbinden. Eine solche Ausführungsform der Erfindung ist vorteilhaft, da so eine Vielzahl von Verbindungen über eine Vielzahl von Leiterebenen ermöglicht wird.
Ferner können auch auf der Mantelfläche zumindest drei Kontaktflächen ausgebildet sein und das Verbindungselement auf der Mantelfläche die zumindest drei Kontaktflächen elektrisch leitfähig miteinander verbinden. Dies erlaubt auch den Aufbau von komplexeren Schaltungen und/oder effizientere Verbindungen und Leitungsführungen.
Günstig ist es auch, wenn in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das zumindest eine Verbindungselement mindestens zwei Kontaktflächen derselben Leiterebene miteinander verbindet. Hierdurch kann das Schaltungslayout auf der betroffenen Leiterebene vereinfacht werden.
Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Breite des Verbindungselements größer sein als eine Höhe des Verbindungselements. Unter der Breite kann hier eine Ausdehnung des Verbindungselements auf der Mantelfläche verstanden werden, wobei die zweite Erstreckungsrichtung auf der Mantelfläche als Länge bezeichnet werden kann. Unter einer Höhe soll hier eine Ausdehnung des Verbindungselements senkrecht zur Mantelfläche beziehungsweise in Richtung der Haupterstreckungsrichtung der Leiterebene verstanden werden.
Günstig ist es auch, wenn in einer weiteren Ausführungsform ein Verbindungselement auf der Mantelfläche zumindest abschnittsweise L-förmig ausgebildet ist und gleichzeitig oder alternativ mehrere Stufen aufweist. Hierdurch lassen sich auch Kontaktflächen miteinander verbinden, die nicht in einer Reihe angeordnet sind. Auch kann dies ermöglichen, eine Kontaktfläche zu umgehen. Weiterhin kann eine derartige Ausführungsform die Verbindung von einer Mehrzahl von Kontaktflächen auf einer Leiterebene mit Kontaktflächen einer anderen Leiterebene ermöglichen.
Entsprechend einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verbindungselement einen Ringschluss aufweisen. Auch diese Ausführungsform erlaubt effiziente elektrische Schaltungen.
Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest ein Teil eines Verbindungselements schräg zur Haupterstreckungsrichtung der Mantelfläche verlaufen. Dies ist besonders günstig, da dies kürzere Verbindungselemente ermöglicht und hierdurch Material einspart.
Durch ein bzw. mehrere Verbindungselemente ist es somit möglich die Leiterbahnen des Schaltungsträgers über die Kontaktflächen an der Mantelfläche beliebig miteinander zu kontaktieren. Das bzw. die Verbindungselemente können dabei insbesondere einzelne Kontaktflächen oder ganze Leiterebenen überspringen und/oder auch mehrere Kontaktflächen auf einer einzigen Leiterebene miteinander verbinden. Das bzw. die Verbindungselemente können unter anderem parallel oder senkrecht oder schräg zu den Leiterebenen verlaufen oder, falls zweckmäßig, zumindest abschnittsweise auch geschwungen, das bedeutet beispielsweise S- oder J-förmig, ausgeführt sein. Hierdurch sind Kontaktflächen gezielt umgehbar. Diese können stattdessen dann von einem weiteren Verbindungselement kontaktiert werden. Die Form des bzw. der Verbindungselemente ist daher nahezu beliebig und wird somit vor allem durch die Position der jeweiligen Kontaktflächen auf der Mantelfläche festgelegt. Deren Anzahl und Position ist wiederum ebenso nahezu beliebig und wird vor allem durch die in bzw. auf der jeweiligen Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauteile bestimmt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform kann die erste und/oder die zweite Leiterplatte mit integrierten und insbesondere darin eingebetteten elektronischen Bauteilen ausgebildet sein (AML-Leiterplatte). Bei den Bauteilen kann es sich um aktive oder passive Bauelemente handeln. Dies kann sich positiv auf die Bauform und -größe des Schaltungsträgers auswirken. Hierdurch ist eine hochkomplexe Schaltung auf kleinstem Raum realisierbar.
Auch ist es günstig, wenn der Schaltungsträger zylindrisch geformt ist, wobei die Leiterebenen im Wesentlichen parallel zur Grundfläche angeordnet sind. Diese Bauform kann beispielsweise bei mechatronischen Systemen ideal innerhalb einer Achse verbaut werden. Auch kann eine (kreis-)zylindrische Form günstig beim Aufbringen einer Flexfolie auf der Mantelfläche sein. Gegebenenfalls können je nach Einsatzort oder Zweck allerdings auch andere Formen des Schaltungsträgers zweckmäßig sein. Herstellungstechnische Gesichtspunkte können die Form ebenso beeinflussen. So werden bei Verwendung einer im Wesentlichen gleichseitigen vier- oder sechseckigen Form Materialverluste (Verschnitt) bei der Herstellung der Leiterplatten des Schaltungsträgers minimiert, da diese zur Herstellung wabenförmig direkt nebeneinander angeordnet werden können (bei Parkettierung).
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers bestehend aus zumindest zwei gestapelten Leiterplatten, die über eine Mantelfläche miteinander kontaktiert sind, gekennzeichnet durch einen Schritt des Bereitstellens von zumindest zwei Leiterplatten, wobei die Leiterplatten jeweils zumindest mit einer Kontaktfläche auf einer zur Haupterstreckungsrichtung einer Leiterebene der Leiterplatte im Wesentlichen senkrecht ausgerichteten Mantelfläche ausgebildet sind, wobei im Schritt des Bereitstellens ferner ein Verbindungselement bereitgestellt wird, gekennzeichnet durch einen Schritt des Positionierens des Verbindungselements auf der Mantelfläche, und gekennzeichnet durch einen Schritt des dauerhaften Verbindens des Verbindungselements mit den Kontaktflächen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein elektronisches Fahrzeugmodul mit einem der obig beschriebenen Schaltungsträger. Bei einem solchen Modul kann es sich insbesondere um ein Mechatronikmodul oder ein Steuergerätmodul eines Kraftfahrzeugs handeln. Ein solches Mechatronikmodul weist hierbei insbesondere eine Sensorik zur Überwachung einer Ist-Größe, eine elektronische Auswerteschaltung zur Auswertung der von der Sensorik ermittelten Ist-Größe und eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung einer Aktorik zur Beeinflussung der Ist-Größe, beispielsweise auf Grundlage einer Soll-Größe, auf. Ein solches Steuergerätmodul ist hingegen ein Bestandteil eines Fahrzeugsteuergerätes, das die Steuerung oder Regelung eines kompletten Fahrzeugaggregats übernimmt, beispielsweise ein Motorsteuergerät oder ein Getriebesteuergerät oder ein Lenkungssteuergerät einer Fahrzeuglenkung (zur Fahrtrichtungsänderung). Es verfügt daher insbesondere über eine elektrische oder elektronische Auswerteschaltung zur Auswertung von Größen, die dem Steuergerät zugeführt werden und zur Ausgabe von Größen, die aus dem Steuergerät hinausgeführt werden. Mittels der herausgeführten Größen werden in der Regel wiederum ein oder mehrere Mechatronikmodule des jeweiligen Fahrzeugaggregats angesteuert.
Der erfindungsgemäße Schaltungsträger eignet sich besonders zum Einsatz in einem elektronischen Fahrzeugmodul, da durch die kostengünstige und zugleich platzsparende elektrische Verbindung der Leiterplatten über die Mantelfläche kleine, kostengünstige und zugleich leistungsfähige Elektronikmodule herstellbar sind, was besonders im Automotive-Bereich wichtige Anforderungen sind.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung eines Schaltungsträgers zur Ansteuerung eines elektrischen Aktors eine Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Betätigen eines Schaltelements einer Fahrzeuggetriebeeinrichtung (beispielsweise zum Einlegen von Übersetzungsstufen oder zum An-/Abkoppeln von Getriebeausgangswellen), zum Betätigen einer Fahrzeuglenkung (beispielsweise als Lenkkraftunterstützung oder zum aktiven Lenkeingriff) oder zum Betätigen einer Fahrzeugfahrwerksverstellung (beispielsweise zum Einstellen einer Radspur oder eines Radsturzes an einer Fahrzeugradaufhängung). So kann ein drehbar auf einer Getriebewelle gelagertes Schaltelement, vorzugsweise ein als Klauen- oder Lamellenkupplung ausgeführtes Schaltelement einer Getriebeeinrichtung, mittels des Aktors betätigt werden, wobei der Aktor zusammen mit dem Schaltungsträger zumindest teilweise im Inneren der Welle angeordnet sein kann. Der Schaltungsträger bildet dann insbesondere eine Steuer- und Leistungselektronik des Aktors. Der erfindungsgemäße Schaltungsträger ist jedoch nicht auf die genannten Anwendungsfälle beschränkt, sondern kann auch für andere geeignete Fälle vorgesehen sein.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Leiterplatte mit mehreren Leiterebenen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine weitere Leiterplatte mit mehreren Leiterebenen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine zusätzliche Leiterplatte mit mehreren Leiterebenen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Leiterplattenstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Leiterplattenstapel und eine daneben angeordnete Folie mit Verbindungselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 Schaltungsträger gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Schaltungsträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine Leiterplatte mit mehreren Leiterebenen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Leiterplatte 100 besteht aus Isolationsschichten mit dazwischen angeordneten Leiterebenen 110. Die Leiterebenen 110 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die im Wesentlichen senkrecht zu den Leiterebenen 110 stehende Fläche der Leiterplatte 100 wird als Mantelfläche 120 bezeichnet. In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Mantelfläche 120 nicht senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Leiterebenen 110 ausgebildet, sondern wird durch eine Verschiebung einer Leiterebene 110 entlang einer Geraden, die nicht in der Leiterebene 110 verläuft, definiert. Bei der in 1 gezeigten Leiterplatte 100 handelt es sich um eine Aktive Multi-Layer Leiterplatte (AML), innerhalb derer elektronische Bauteile integriert und somit fest eingebettet sind, weshalb diese in 1 nicht sichtbar sind. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen die Leiterebenen 110 und die dazwischen angeordneten Isolierschichten eine kreisrunde Form auf. Es ergibt sich für die Leiterplatte und den daraus erzeugten Schaltungsträger 500 (5 und 6) somit eine Form eines endlichen Zylinders. Eine Leiterebene 110 weist eine Mehrzahl von Leiterbahnen 130 auf, wobei offene Leiterbahnstücke als Kontaktflächen 140 bis zur Mantelfläche 120 herausgeführt sind. Die Leiterplatte 100 weist eine weiter auf die Mantelfläche 120 geführte erste Leiterbahn 150a auf, die über die gesamte Mantelfläche 120 von einer Grund- bis zu einer Deckfläche verläuft und Kontaktflächen 140 von bis zur Mantelfläche geführten Leiterbahnstücken einzelner Leiterebenen miteinander verbindet. Zwei weitere Leiterbahnen 150b, 150c auf der Mantelfläche verlaufen parallel zur ersten Leiterbahn 150a auf der Mantelfläche und sind kürzer ausgebildet als die erste Leiterbahn 150a. Auch die zwei weiteren Leiterbahnen 150b, 150c auf der Leiterbahn verbinden Kontaktflächen 140 unterschiedlicher Leiterebenen miteinander. In weiteren Ausführungsformen sind auch andere Formen wie die hier gezeigte runde Form einer Leiterebene realisierbar, wie beispielsweise eine rechteckige Form oder andere vieleckige Formen. Zur Minimierung von Materialverlusten bei der Herstellung kann die Form insbesondere die eines gleichseitigen Vier- oder Sechsecks sein.
2 zeigt eine weitere Leiterplatte mit mehreren Leiterebenen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Analog zu der in 1 gezeigten Leiterplatte 100 ist eine aus Leiterebenen 110 und dazwischenliegenden Isolierschichten aufgebaute Leiterplatte 100, welche auf der Mantelfläche 120 aus offenen Leiterbahnstücken oder auf die Mantelfläche geführten Leiterbahnen gebildete Kontaktflächen 140 aufweist. Diese Leiterplatte 100 ist auch als Aktive Multi-Layer Leiterplatte (AML) ausgeführt.
3 zeigt eine zusätzliche Leiterplatte mit mehreren Leiterebenen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Auch in dieser Ausführungsform sind offene Leiterbahnstücke 140 aus der Leiterplatte 100, welche ebenfalls als Aktive Multi-Layer Leiterplatte (AML) ausgeführt ist, auf die Mantelfläche 120 geführt und stellen somit Kontaktflächen 140 auf der Mantelfläche 120 dar.
4 zeigt einen Leiterplattenstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die drei in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Leiterplatten 100 sind übereinandergestapelt. Die Grundplatte einer ersten Leiterplatte 100 steht in Kontakt einer Deckplatte einer zweiten Leiterplatte 100, die Grundplatte der zweiten Leiterplatte 100 ist verbunden mit der Deckplatte einer dritten Leiterplatte 100. Die Mantelflächen der drei Leiterplatten 100 sind derart angeordnet, dass eine durchgehende Mantelfläche entsteht. Es ist klar, dass beliebig viele weitere Leiterplatten dem Stapel hinzugefügt werden können. Der Stapel kann auch nur aus zweien der in 1, 2 oder 3 dargestellten Leiterplatten 100 hergestellt werden. Ebenso ist es nicht Voraussetzung, dass alle der Leiterplatten 100 Aktive Multi-Layer Leiterplatten sind. Vielmehr können auch ausschließlich ein- oder beidseitig mit elektronischen Bauteilen bestückte Einzelplatinen als Leiterplatten 100 verwendet werden. Eine Stapelung aus Aktive Multi-Layer Leiterplatten und Leiterplatten aus bestückten Einzelplatinen ist ebenso möglich.
Zur Erzielung einer hohen mechanischen Festigkeit des Leiterplattenstapels, können die Leiterplatten 100 miteinander verklebt, verlötet oder auf andere Art lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sein. Es kann zur Erzielung einer besonders hohen Festigkeit auch zwischen den Leiterplatten 100 jeweils ein Platinenprepreg angeordnet sein, der nach Verpressen und Verbacken des Leiterplattenstapels eine feste mechanische Fixierung der einzelnen Leiterplatten 100 zueinander bewirkt. Alternativ oder zusätzlich kann der Leiterplattenstapel auch durch die im folgenden Schritt aufgebrachten Verbindungselemente 520, welche die Kontaktflächen 140 auf der Mantelfläche 120 der Leiterplatten 100 elektrisch miteinander verbinden (siehe 5 und 6), mechanisch zueinander fixiert werden.
5 zeigt einen Leiterplattenstapel und eine daneben angeordnete Folie mit Verbindungselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Schaltungsträger 500 wird gebildet aus dem Stapel aus Leiterplatten 100 und der Folie 510 mit Verbindungselementen. Der Leiterplattenstapel entspricht dem in 4 gezeigten Leiterplattenstapel. Die Folie 510 mit den Verbindungselementen 520 ist rechteckig geformt. Dabei entspricht die Höhe der Folie 510 der Höhe des kreiszylindrischen Leiterplattenstapels und die Länge der Folie 510 entspricht dem Umfang des Leiterplattenstapels. Die Folie 510 weist Verbindungselemente 520 auf, welche als Leiterbahnen auf der Folie ausgebildet sind. Eine erste Leiterbahn 520a erstreckt sich entlang der Höhe von einer Längsseite zur anderen Längsseite der Folie 510. Weitere Verbindungselemente sind parallel zur ersten Leiterbahn angeordnet, aber erstrecken sich nur über einen Teil der Höhe. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle derartige Leiterbahnen 520b, 520c, 520d, 520e, 520f mit Bezugszeichen versehen. Die Verbindungselemente 520d, 520e, 520f sind in einer Reihe angeordnet. Die drei Leiterbahnen 520d, 520e, 520f sind derart angeordnet, dass sie von einer Längsseite zur anderen Längsseite der Folie parallel zur ersten Leiterbahn 520a verlaufen, jedoch zwischen den Teilstücken 520d, 520e, 520f immer eine Lücke verbleibt, die keine elektrische Verbindung zulässt. Ein Verbindungselement 520g weist im Bezug zur Längsseite der Folie 510 senkrechte und waagrechte Teilabschnitte auf. Das Verbindungselement 520g ist treppenartig ausgeformt, wodurch es abschnittsweise L-förmig ist. Ähnlich ist ein weiteres Verbindungselement 520h ausgeformt. Das weitere Verbindungselement 520h weist in Bezug zur Längsseite senkrechte und schräge Teilabschnitte auf. Ein zusätzliches Verbindungselement 520i verläuft von einer Längsseite zur gegenüberliegenden Längsseite der Folie 510 und weist neben einem zur Längsseite parallel ausgerichtetem Teilstück auch einen Ringschluss auf, das heißt einen O-förmigen Abschnitt. Ein Pfeil deutet in 5 an, dass die Folie 510 um den Leiterplattenstapel herum positioniert wird, wie es in 6 gezeigt wird.
5 illustriert eine Verbindungstechnik von mehreren gestapelten Leiterplatten 100 beziehungsweise Aktiven-Multi-Layer Leiterplatten (AMLs). Gezeigt wird eine Flexfolie mit unterschiedlichen Leiterbahnen und aufgedrucktem Lötzinn. Die Flexfolie mit den Leiterbahnen auf der Innenseite wird um den Leiterplattenstapel gewickelt. Mit ausreichend hoher Temperatur werden die offenen Leiterbahnstücke auf der Mantelfläche, beziehungsweise Kontaktstellen, an der Mantelfläche der AMLs beziehungsweise Platinen mit den innenliegenden Leiterbahnen auf der Flexfolie verlötet. Nicht gezeigt ist, dass auf der Folie 510 selbst ein oder mehrere elektronische Bauteile angeordnet sein können. Dieses zumindest eine Bauteil ist dann mit zumindest einer der Leiterbahnen 520b, 520c, 520d, 520e, 520f elektrisch verbunden, insbesondere verbindet es zwei voneinander isolierte Teile der entsprechenden Leiterbahn elektrisch miteinander. Ebenso kann dieses Bauteil mehrere der Leiterbahnen 520b, 520c, 520d, 520e, 520f elektrisch miteinander verbinden. Hierdurch kann die Folie 510 selbst ein kompletter Schaltungsteil des Schaltungsträgers 500 bilden.
6 zeigt einen Schaltungsträger gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Von dem Schaltungsträger 500 sind von einer oberen Leiterplatte 100 eine Leiterebene sichtbar sowie die einen Leiterplattenstapel umfassende Folie mit Verbindungselementen. Der in 6 gezeigte Schaltungsträger 500 kann auch als AML-Stapel mit umwickelter Flexfolie betrachtet werden. Der Schaltungsträger 500 wurde durch Stapelung der Leiterplatten 100 aus 1, 2 und 3 (siehe 4), Umwickeln des Stapels mit einer Folie 510 mit Verbindungselementen 520 (siehe 5) und anschließendem Verlöten der Verbindungselemente 520 mit den Leiterplatten 100, i.e. deren Kontaktflächen 140 auf der Mantelfläche 120, gebildet. Zur weiteren Kontaktierung des Schaltungsträgers 500 mit externen elektrischen oder elektronischen Komponenten, d. h. Komponenten außerhalb des Schaltungsträgers 500, beispielsweise einer Spannungsquelle und/oder einem übergeordneten Steuergerät (jeweils nicht in 6 gezeigt) kann dieser grundsätzlich entweder über die Stirn- oder die Mantelfläche weiter kontaktiert werden. Insbesondere kann die Folie 510 weitere Verbindungselemente aufweisen, die über die Mantelfläche der einzelnen Leiterplatten bzw. des daraus gebildeten Schaltungsträgers 500 hinausragen. Über diese ist der Schaltungsträgers 500 dann mit den externen Komponenten verbindbar. In der in 5 und 6 gezeigten bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die elektrische Verbindung der einzelnen, in 1, 2 und 3 gezeigten Leiterplatten 100 ausschließlich über die Verbindungselemente 520 der Folie 510 und den jeweiligen Kontaktflächen 140 auf der Mantelfläche 120 der Leiterplatten 100. Dies ist herstellungstechnisch einfach zu realisieren. Falls erforderlich können allerdings zusätzlich eine oder mehrere interne elektrische Verbindungen zwischen den Leiterplatten 100 innerhalb des Schaltungsträgers 500 vorgesehen sein, was dessen Herstellung jedoch verkompliziert.
Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz kann eine Verbindung von mehreren Leiterplatten oder einzelnen Platinen (beispielsweise in einer Aktiven Multi-Layer-Leiterplatte) durch die Kontaktierung der Mantelfläche über eine oder mehrere Flexfolien erfolgen. Es ist dazu notwendig, dass die Leiterbahn bis an den Rand der Leiterplatte und von dort weiter auf die Mantelfläche geführt wird. Auf der Mantelfläche sind entsprechende Lötpads für die Kontaktierung der Flexfolie vorzusehen. Hierzu bieten sich zwei Möglichkeiten an:

1.) Es erfolgt ein Strukturieren der Mantelfläche mit Lötpads.
2.) Die Mantelfläche wird mit Durchkontaktierungen versehen, die wiederum mit den Leiterbahnen der Leiterplatte in Verbindung stehen. Als abschließenden Fertigungsschritt werden bei dem Austrennen der Leiterplatten aus dem Nutzen die Durchkontaktierungen derart angefräst, dass nur noch eine ein Rest der Durchkontaktierung auf der Mantelfläche verbleibt. Diese Restfläche der Durchkontaktierung kann als Lötpad für die Flexfolie genutzt werden.

Bei gestapelten Leiterplatten kann dann eine Art "Mantel", bestehend aus Flexfolie, um die Leiterplatten gewickelt oder auch nur in Bereichen verlegt werden. Diese Flexfolie hat dann Leiterbahnen, die mit Lötpaste bedruckt sind. Nach korrekter Position wird die Folie mit den Leiterplatten ausreichend erhitzt und somit die Verbindung zwischen den Leiterplatten über die Flexfolie durch Löten hergestellt.
In einem Ausführungsbeispiel können statt der Flexfolie auch Leitungen, Silber- oder Kupferdrähte oder sonstige Verbindungselemente gewählt werden. Starre Verbindungselemente, beispielsweise Silber- oder Kupferdrähte aus vollem Material, bewirken im Gegensatz zu flexiblen Verbindungselementen, beispielsweise Flexfolie oder Flachkabel, eine hohe Festigkeit des Schaltungsträgers, wodurch eine extra Fixierung der einzelnen Leiterplatten des Schaltungsträgers zueinander, beispielsweise mittels Verkleben oder Zwischenlagen aus Prepregs, nicht erforderlich ist. Es können auch unterschiedliche Verbindungselemente zusammen verwendet werden, insbesondere starre Verbindungselemente (zur mechanischen Fixierung) zusammen mit flexiblen Verbindungselementen (zur weiteren kostengünstigen Kontaktierung).
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Schaltungsträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 700 umfasst einen Schritt 710 des Bereitstellens, einen Schritt 720 des Positionierens sowie einen Schritt 730 des dauerhaften Verbindens. Der Schritt 720 des Positionierens folgt auf den Schritt 710 des Bereitstellens. Der Schritt 730 des dauerhaften Verbindens folgt auf den Schritt 720 des Positionierens. Im Schritt 710 des Bereitstellens werden zumindest zwei Leiterplatten 100 und zumindest ein Verbindungselement 140 bereitgestellt. Die Leiterplatten 100 weisen jeweils zumindest eine Kontaktfläche 140 auf einer zur Haupterstreckungsrichtung einer Leiterebene 110 der Leiterplatte 100 im Wesentlichen senkrecht stehenden Mantelfläche 120 auf. Im Schritt 720 des Positionierens wird das zumindest eine Verbindungselement 520 auf der Mantelfläche 120 der Leiterplatten 100 positioniert. Im Schritt 730 des dauerhaften Verbindens wird das Verbindungselement 520 mit den Kontaktflächen 140 auf der Mantelfläche 120 dauerhaft verbunden.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Leiterplatte
110: Leiterebene
120: Mantelfläche
130: Leiterbahn
140: Kontaktfläche
150a: Leiterbahn auf Mantelfläche
150b: Leiterbahn auf Mantelfläche
150c: Leiterbahn auf Mantelfläche
500: Schaltungsträger
510: Folie
520a: Verbindungselement
520b: Verbindungselement
520c: Verbindungselement
520d: Verbindungselement
520e: Verbindungselement
520f: Verbindungselement
520g: Verbindungselement
520h: Verbindungselement
520i: Verbindungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69330967 T2 [0003]

Claims

Schaltungsträger (500) aufweisend zumindest zwei gestapelte Leiterplatten (100), die miteinander elektrisch kontaktiert sind, wobei die Haupterstreckungsrichtung einer ersten Leiterebene (110) der ersten Leiterplatte (100) im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung einer zweiten Leiterebene (110) der zweiten Leiterplatte (100) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kontaktfläche (140) einer ersten Leiterbahn (130) der ersten Leiterebene (110) und eine zweite Kontaktfläche (140) einer zweiten Leiterbahn (130) der ersten oder der zweiten Leiterebene (110) auf einer Mantelfläche (120) der Leiterplatten (100) angeordnet sind, wobei ein auf der Mantelfläche (120) angeordnetes Verbindungselement (520) die zumindest zwei Kontaktflächen (140) miteinander verbindet, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen (140) entsteht.
Schaltungsträger (500) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (520) als Leiterbahn auf einer Folie (510) und/oder einem Flachkabel ausgebildet ist.
Schaltungsträger (500) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei gestapelten Leiterplatten (100) ausschließlich mittels eines oder mehrerer der Verbindungselemente (520) und entsprechender Kontaktflächen (140) auf der Mantelfläche (120) erfolgt.
Schaltungsträger (500) gemäß Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (500) zumindest eine dritte und eine vierte Kontaktfläche (140) auf der Mantelfläche (120) aufweist und zumindest ein vom ersten Verbindungselement (520d) elektrisch isoliertes zweites Verbindungselement (520e) vorgesehen ist, wobei das zweite Verbindungselement (520e) zumindest die dritte und vierte Kontaktfläche (140) miteinander elektrisch leitfähig verbindet.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Leiterebene (110) und der zweiten Leiterebene (110) zumindest eine dritte Leiterebene (110) angeordnet ist und das Verbindungselement (520) auf der Mantelfläche (120) die erste Kontaktfläche (140) auf der ersten Leiterebene (110) und die zweite Kontaktfläche (140) auf der zweiten Leiterebene (110) elektrisch leitfähig miteinander verbindet, ohne einen elektrischen Kontakt mit einer Leiterbahn (130) auf der dritten Leiterebene (110) über die Mantelfläche (120) herzustellen.
Schaltungsträger (500) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Leiterebene (110) und der dritten Leiterebene (110) zumindest eine vierte Leiterebene (110) angeordnet ist und dass auf der Mantelfläche (120) zumindest vier Kontaktflächen (140) in einer Reihe auf je einer Leiterebene (110) angeordnet sind und das Verbindungselement (520) die Kontaktfläche (140) der ersten Leiterebene (110) mit einer Kontaktfläche (140) der vierten Leiterebene (110) verbindet und ein weiteres Verbindungselement (520) die Kontaktfläche (140) der dritten Leiterebene (110) und die Kontaktfläche (140) der zweiten Leiterebene (110) elektrisch leitfähig miteinander verbindet.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Mantelfläche (120) zumindest drei Kontaktflächen (140) ausgebildet sind und das Verbindungselement (520) auf der Mantelfläche (120) die zumindest drei Kontaktflächen (140) elektrisch leitfähig miteinander verbindet.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (520) mindestens zwei Kontaktflächen (140) derselben Leiterebene (110) miteinander verbindet.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (520g) auf der Mantelfläche (120) zumindest abschnittsweise L-förmig ausgebildet ist und/oder mehrere Stufen aufweist.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (520i) einen Ringschluss aufweist.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil eines Verbindungselements (520h) schräg zur Haupterstreckungsrichtung der Mantelfläche verläuft.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Leiterplatte (100) darin integrierte Bauteilen aufweist.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (500) zylindrisch ausgeformt ist, wobei die Leiterebenen (110) im Wesentlichen parallel zur Grundfläche angeordnet sind.
Schaltungsträger (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (520) ein elektronisches Bauteil aufweist.
Verfahren (700) zur Herstellung eines Schaltungsträgers (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen Schritt (710) des Bereitstellens von zumindest zwei Leiterplatten (100), wobei die Leiterplatten (100) jeweils zumindest mit einer Kontaktfläche (140) auf einer zur Haupterstreckungsrichtung einer Leiterebene (110) der Leiterplatte (100) im Wesentlichen senkrecht ausgerichteten Mantelfläche (120) ausgebildet sind, wobei im Schritt des Bereitstellens ferner ein Verbindungselement (520) bereitgestellt wird, einen Schritt (720) des Positionierens des Verbindungselements (520) auf der Mantelfläche (120), und einen Schritt (730) des dauerhaften Verbindens des Verbindungselements (520) mit den Kontaktflächen (140).
Elektronisches Fahrzeugmodul, insbesondere Mechatronikmodul oder Steuergerätmodul eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schaltungsträger (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.