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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung und eine dreidimensionale Leiterplattenanordnung gemäß den Hauptansprüchen.
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Zur elektrischen und mechanischen Verbindung einer Mehrzahl von Leiterplatten bzw. Platinen können diese z. B. gestapelt, verpresst, galvanisiert und in die dritte Dimension aufgebaut werden. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Leiterplatten werden dabei über Durchkontaktierungen – kurz Dukos – hergestellt. Eine andere Möglichkeit der Verbindung einzelnen Leiterplatten liegt in der Verwendung sogenannter Flexfolien, die bereits von vielen Herstellern eingesetzt werden. Bei einer Flexfolie handelt es sich um ein bandförmiges Kunststoffmaterial, in das elektrische Leitungen eingeschweißt oder eingebettet sind. Durch das verwendete Material zeichnet sich die Flexfolie dadurch aus, dass sie besonders biegsam ist, ohne dass beim Biegen die elektrischen Leitungen beschädigt werden. Ein anderer Aspekt ist darin zu sehen, dass diese Folie sehr empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen ist, z. B. bei Vibration, Beschleunigung, Temperaturen speziell im Automotive-Bereich, d. h. bei Temperaturen von –40 bis +120°C.
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Zum Beispiel werden diese bei Näherungssensoren (oft rund und lang) verwendet. Bei einem Einsatz in der Verbindungstechnik werden z. B. mehrere Leiterplatten über Flexfolie/n elektrisch miteinander verbunden.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung und eine verbesserte dreidimensionale Leiterplattenanordnung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz wird eine in sich geschlossene Anordnung von beliebig vielen Leiterplatten, die über flexible Verbindungselemente, z. B. Flexfolien, verbunden sind, bereitgestellt. Durch geeignetes Falten von benachbarte Leiterplatten verbindenden flexiblen Verbindungselementen ist es möglich, eine Leiterplatten-Verbindungselemente-Anordnung in die dritte Dimension aufzubauen. So kann eine komplexe Elektronik in der dritten Dimension aufgebaut werden, bei der die einzelnen Leiterplatten mit flexiblen Verbindungselementen verbunden sein können.
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Das hier vorgeschlagene Konzept weist den Vorteil auf, dass auf eine elektrische Verbindung mehrerer Leiterplatten in 3D-Elektroniken mittels Durchkontaktierungen, die mit zunehmender Größe der dritten Dimension aufgrund einer Begrenztheit des Verhältnisses von Durchkontaktierungslänge zu Durchkontaktierungsdurchmesser immer schwieriger zu fertigen sind, verzichtet werden kann. So ist es möglich, Elektronik kompakter in 3D zu bauen und einfacher zu verbinden. Zum Aufbau der 3D-Anordnung sind weniger Faltschritte erforderlich als bei bekannten Methoden. Es ist trotz der Tatsache, dass Flexfolien nur maximal zweilagig gefertigt werden können, eine hohe Komplexität der Elektronik realisierbar.
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Eine gemäß dem hier vorgestellten Ansatz gefertigte dreidimensionale Leiterplatten-Verbindungselemente-Anordnung kann rund oder eckig sein oder jede andere beliebige Form aufweisen.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Leiterplattenkette mit mindestens vier Leiterplatten, wobei eine erste Leiterplatte mittels eines ersten flexiblen Verbindungselements mit einer zweiten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden ist, eine dritte Leiterplatte mittels eines zweiten flexiblen Verbindungselements mit einer vierten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden ist und die zweite Leiterplatte mittels einer Verbindungseinheit mit der dritten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden ist, wobei die Verbindungseinheit zumindest ein drittes flexibles Verbindungselement aufweist; und
Biegen des dritten flexiblen Verbindungselements, um eine erste Hauptfläche der ersten Leiterplatte mit einer ersten Hauptfläche der vierten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen und/oder eine erste Hauptfläche der zweiten Leiterplatte mit einer ersten Hauptfläche der dritten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen, um die dreidimensionale Leiterplattenanordnung herzustellen.
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Das Verfahren kann z. B. manuell oder mithilfe einer Werkzeugmaschine durchgeführt werden. In dem Schritt des Bereitstellens können vier oder mehr identisch geformte Leiterplatten als Leiterplattenkette bereitgestellt werden. Die Leiterplattenkette kann dabei einen Verbund von Leiterplatten mit zwei Leiterplattenketten-Enden darstellen; es kann jedoch auch eine umlaufende Leiterplattenkette bereitgestellt werden, bei der alle Leiterplatten der Leiterplattenkette ringförmig zusammenhängen. Beispielsweise können die Leiterplatten eine runde oder rechteckige Form aufweisen. Die Leiterplatten können auch als Platinen bezeichnet werden und dienen der mechanischen Befestigung und elektrischen Verbindung elektronischer Bauteile. Die die einzelnen Leiterplatten verbindenden flexiblen Verbindungselemente können identisch sein und aus einem biegsamen Material in Form eines Bandes gefertigt sein, das geeignet ist, die Leiterplatten zugfest miteinander zu verbinden. Für die elektrische Anbindung einer Leiterplatte an eine benachbarte Leiterplatte können die flexiblen Verbindungselemente zumindest eine elektrische Leitung aufweisen. Für eine geradlinige kettenartige Verbindung der Leiterplatten können die flexiblen Verbindungselemente jeweils an gegenüberliegenden Schmalseiten oder Schmalseitenbereichen zweier zu verbindender Leiterplatten befestigt sein. Zur Bildung einer offenen Ringform der Leiterplattenkette kann zumindest eines der flexiblen Verbindungselemente in Bezug zu einem nächstliegenden in einem Winkel von weniger als 180 Grad an der Schmalseite einer Leiterplatte angeordnet sein. So können z. B. bei einer runden, insbesondere geschlossenen ringförmigen Leiterplattenkette alle flexiblen Verbindungselemente die Leiterplatten in einem Winkel von etwa 45 Grad miteinander verbinden, während bei einer Rechteckform der Leiterplattenkette lediglich in mittig angeordnetes flexibles Verbindungselement gegenüber den zwei benachbarten flexiblen Verbindungselementen in einem 90-Grad-Winkel angeordnet ist und die übrigen flexiblen Verbindungselemente in einem 180-Grad-Winkel zueinander angeordnet sind. Die Verbindungseinheit kann neben dem dritten flexiblen Verbindungselement z. B. eine oder mehrere weitere Leiterplatten aufweisen. Die Leiterplatten und flexiblen Verbindungselemente können in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Leiterplattenkette kann in einem separaten Prozess aus einzelnen Leiterplatten und einzelnen flexiblen Verbindungselementen gebildet werden.
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Die erste Hauptfläche der Leiterplatten kann im rechten Winkel zu den Schmalseiten oder Schmalseitenbereichen der Leiterplatten angeordnet und sein und z. B. Kontakte zum Anschluss von elektronischen Bauteilen aufweisen. In dem Schritt des Biegens kann das dritte flexible Verbindungselement mittig gefaltet werden, wobei darauf geachtet wird, dass die Faltung bogenförmig ist und kein Knick in dem Verbindungselement entsteht. Das Biegen kann dabei grundsätzlich in zwei entgegengesetzte Richtungen erfolgen. Nach erfolgtem Biegen können die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte in einer zu der gemeinsamen Ebene der dritten Leiterplatte und der vierten Leiterplatte parallel angeordneten weiteren Ebene angeordnet sein. Die Deckung kann nach erfolgtem Biegen komplett sein, sodass die Ecken der nun übereinander angeordneten Leiterplatten jeweils auf einer gemeinsamen zu den Leiterplattenebenen lotrecht verlaufenden Geraden liegen.
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Bei den Leiterplatten kann es sich insbesondere um starre Leiterplatten handeln, während es sich bei den flexiblen Verbindungselementen um jeweils eine flexible Leiterplatte handeln kann. Hierdurch ist eine hohe Flexibilität der Verbindungselemente möglich. Eines, einige oder alle der Verbindungselemente können dann auch als flexible Bestandteile einer, einiger oder aller Leiterplatten der Leiterplattenanordnung ausgeführt sein. Das jeweilige Verbindungselement und die jeweilige Leiterplatte sind hierdurch einteilig ausgeführt. Somit sind zwischen dem jeweiligen Verbindungselement und der jeweiligen Leiterplatte keine Verbindungsmittel, wie Löt- oder Steckverbindungsmittel notwendig, da das Verbindungselement eine flexible Weiterführung der ansonsten starren Leiterplatte bildet.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner einen Schritt des Umbiegens des ersten flexiblen Verbindungselements und des zweiten flexiblen Verbindungselements aufweisen, um eine zweite Hauptfläche der ersten Leiterplatte mit einer zweiten Hauptfläche der zweiten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen und/oder eine zweite Hauptfläche der dritten Leiterplatte mit einer zweiten Hauptfläche der vierten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen. Dabei kann das erste flexible Verbindungselement zwischen dem zweiten flexiblen Verbindungselement und je einer Schmalseite der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet werden oder das zweite flexible Verbindungselement zwischen dem ersten flexiblen Verbindungselement und je einer Schmalseite der dritten Leiterplatte und der vierten Leiterplatte angeordnet werden. Auch die zweiten Hauptseiten der jeweiligen Leiterplatten können Kontakte zum Anschluss elektrischer Schaltungen aufweisen. Die Kontakte der jeweils zweiten Hauptseiten können sich z. B. in Bezug auf Anordnung und Position von den Kontakten der jeweils ersten Hauptseiten der Leiterplatten unterscheiden, sodass entsprechend gewünschter Kontaktierungsmöglichkeiten sowohl in dem Schritt des Biegens als auch in dem Schritt des Umbiegens jeweils zwischen zwei Biegerichtungen gewählt werden kann. So kann auf einfache Weise eine Vielzahl von Kontaktierungsvarianten zur Verfügung gestellt werden, die nachfolgend zu einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung gefaltet oder gebogen werden. Ferner kann das entsprechend der gewählten Biegerichtung „innenliegende“ flexible Verbindungselement dadurch, dass es von dem anderen flexiblen Verbindungselement überspannt wird, vor Beschädigung geschützt werden.
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Beispielsweise kann in dem Schritt des Bereitstellens das dritte flexible Verbindungselement die zweite Leiterplatte und die dritte Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbinden.
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Alternativ kann in dem Schritt des Bereitstellens die Verbindungseinheit eine erste Leiterplatteneinheit und eine zweite Leiterplatteneinheit aufweisen und das dritte flexible Verbindungselement eine der ersten Leiterplatteneinheit zugeordnete fünfte Leiterplatte und eine der zweiten Leiterplatteneinheit zugeordnete sechste Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbinden. Entsprechend kann die zweite Leiterplatte mittels eines vierten flexiblen Verbindungselements mit der fünften Leiterplatte oder einer weiteren Leiterplatte der ersten Leiterplatteneinheit elektrisch und mechanisch verbunden sein und die dritte Leiterplatte mittels eines fünften flexiblen Verbindungselements mit der sechsten Leiterplatte oder einer weiteren Leiterplatte der zweiten Leiterplatteneinheit elektrisch und mechanisch verbunden sein. Mit dieser Ausführungsform kann auf einfache und schnelle Weise eine Erweiterung der Leiterplattenkette um eine beliebige Anzahl von zusätzlichen Leiterplatten realisiert werden, wobei sich entsprechend der Anzahl der zusätzlichen Leiterplatten weitere Schritte des Umbiegens ergeben, bis die gewünschte dreidimensionale Leiterplattenanordnung erreicht ist. So ergibt sich vorteilhaft eine Realisierungsmöglichkeit verschiedenster 3D-Elektroniken durch simple und einfache Leiterplattenerweiterung, ohne dass dadurch der Herstellungsprozess grundlegend verändert oder komplexer gestaltet zu werden braucht.
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Insbesondere kann in dem Schritt des Bereitstellens die erste Leiterplatteneinheit und/oder die zweite Leiterplatteneinheit jeweils eine gleiche Anzahl von mittels flexiblen Verbindungselementen verbundenden Leiterplatten aufweisen. Insbesondere kann dann im Schritt des Biegens eine gleiche Anzahl von Leiterplatten der ersten und zweiten Leiterplatteneinheiten zumindest teilweise übereinander angeordnet werden. So kann durch ein „Aufeinanderklappen“ jeweils gegenüberliegender Leiterplatten eine besonders kompakte und einheitlich gebildete dreidimensionale Leiterplattenanordnung in Form z. B. eines Quaders oder eines Zylinders hergestellt werden, die mit den üblichen Bauraumgegebenheiten, die meist eine einfache geometrische Form der Leiterplattenanordnung fordern, optimal kompatibel ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Bereitstellens eine Leiterplattenkette bereitgestellt werden, bei der die erste Leiterplatte der Leitplattenkette mit der vierten Leiterplatte der Leiterplattenkette mittels eines flexiblen Ringschlussverbindungselements verbunden sind, um einen geschlossenen Leiterplattenrahmen zu bilden. Hierbei bilden die Leiterplatten zusammen mit den flexiblen Verbindungselementen im nicht-gefalteten Zustand einen geschlossenen Ring. Dabei kann in dem Schritt des Biegens ferner das Ringschlussverbindungselement gebogen werden. Das flexible Ringschlussverbindungselement kann beispielsweise als ein weiteres flexibles Verbindungselement ausgeführt sein. Der geschlossene Leiterplattenrahmen kann dabei eine runde oder rechteckige Form aufweisen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die elektrische Anbindung sämtlicher verwendeter Leiterplatten mit sehr kurzen Leitungsstrecken, wobei zugleich eine sehr schnelle und kostensparende, da arbeitsschrittarme Faltung der Leiterplattenkette bzw. des „Leiterplattenrings“ möglich wird. Auf eine nachträgliche elektrische Kontaktierung der ersten oder letzten Leiterplatte einer Leiterplattenkette kann verzichtet werden, falls diese erforderlich ist.
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Das vorgehend beschriebene Verfahren zeichnet sich insbesondere darin aus, dass mittels sehr weniger Biege- bzw. Umbiegeschritte einfach und schnell eine große Menge von Leiterplatten umfassende komplexe 3D-Leiterplattenanordnung gebildet werden kann.
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Eine dreidimensionale Leiterplattenanordnung weist mindestens vier Leiterplatten auf, wobei eine erste Leiterplatte mittels eines ersten flexiblen Verbindungselements mit einer zweiten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden ist, eine dritte Leiterplatte mittels eines zweiten flexiblen Verbindungselements mit einer vierten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden ist und die zweite Leiterplatte mittels einer Verbindungseinheit mit der dritten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden ist, und wobei die Verbindungseinheit zumindest ein drittes flexibles Verbindungselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens vier Leiterplatten einen Stapel bildend aufeinander angeordnet sind und das erste flexible Verbindungselement zwischen dem zweiten flexiblen Verbindungselement und je einer Schmalseite der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist oder das zweite flexible Verbindungselement zwischen dem ersten flexiblen Verbindungselement und je einer Schmalseite der dritten Leiterplatte und der vierten Leiterplatte angeordnet ist. Eine derartige dreidimensionale Leiterplattenanordnung kann mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
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Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das erste flexible Verbindungselement und/oder das zweite flexible Verbindungselement und/oder das dritte flexible Verbindungselement aus einer zumindest eine elektrische Leitung aufweisenden Folie gebildet sein. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die flexiblen Verbindungselemente zum Einen einfach und ohne Kraftaufwand gebogen werden können und zum Anderen ein unerwünschtes Brechen der flexiblen Verbindungselemente im Biege- bzw. Umbiegeprozess vermieden werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte und/oder zwischen der zweiten Leiterplatte und der dritten Leiterplatte und/oder zwischen der dritten Leiterplatte und der vierten Leiterplatte zumindest eine mittels eines weiteren flexiblen Verbindungselements angebundene weitere Leiterplatte angeordnet sein. So ergibt sich der Vorteil, dass die mindestens eine weitere Leiterplatte übersprungen werden kann, falls bestimmte Signale auf dieser nicht benötigt werden oder diese nicht erreichen sollen.
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Wie obig bereits erwähnt kann es sich bei den Leiterplatten insbesondere um starre Leiterplatten handeln, während es sich bei den Verbindungselementen um jeweils eine flexible Leiterplatte handeln kann. Hierdurch ist eine hohe Flexibilität der Verbindungselemente möglich. Eines, einige oder alle der Verbindungselemente können dann auch als flexible Bestandteile einer, einiger oder aller Leiterplatten der Leiterplattenanordnung ausgeführt sein. Somit bildet das Verbindungselement eine flexible Weiterführung der ansonsten starren Leiterplatte. Das jeweilige Verbindungselement und die jeweilige Leiterplatte sind hierdurch einteilig ausgeführt. Daher sind zwischen dem jeweiligen Verbindungselement und der jeweiligen Leiterplatte keine Verbindungsmittel, wie Löt- oder Steckverbindungsmittel notwendig.
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Eine gemäß vorstehender Ausführungsformen gebildete dreidimensionale Leiterplattenanordnung kann sich in der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse erstrecken und eine Form eines Quaders oder eines Zylinders aufweisen. Eine so geformte Leiterplattenanordnung zeichnet sich unter anderem auch dadurch aus, dass sie mechanisch besonders stabil und kompakt ist.
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Grundsätzlich kann die fertig gebogene bzw. gefaltete Leiterplattenanordnung vergossen werden, beispielsweise durch Gießharz oder anderer geeigneter Vergussmasse. Hierdurch ist eine zusätzliche Steigerung der Stabilität der gebogenen Leiterplattenanordnung möglich.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung mit Einheiten, die zur Umsetzung oder Ansteuerung je eines der Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1A eine Draufsicht auf eine Leiterplattenkette gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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1B eine Draufsicht auf die Leiterplattenkette aus 1A nach einem Schritt des Biegens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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1C eine Draufsicht auf die Leiterplattenkette aus 1A nach einem Schritt des Umbiegens zum Platinenstapel aufgebaut, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2A eine Draufsicht auf einen geschlossenen Leiterplattenrahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2B eine Draufsicht auf den Leiterplattenrahmen aus 2A nach einem Schritt des Biegens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2C eine Draufsicht auf den Leiterplattenrahmen aus 2A nach einem Teilschritt des Umbiegens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2D eine Draufsicht auf die Leiterplattenkette aus 2A nach einem weiteren Teilschritt des Umbiegens zum Platinenstapel aufgebaut, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2E eine perspektivische Ansicht des Platinenstapels aus 2D;
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3A eine Draufsicht auf einen geschlossenen Leiterplattenrahmen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3B eine Draufsicht auf den Leiterplattenrahmen aus 3A nach einem Schritt des Biegens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3C eine Draufsicht auf den Leiterplattenrahmen aus 3A nach einem Teilschritt des Umbiegens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3D eine Draufsicht auf die Leiterplattenkette aus 3A nach einem weiteren Teilschritt des Umbiegens zum Platinenstapel aufgebaut, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3E eine perspektivische Ansicht des Platinenstapels aus 3D;
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4A eine Draufsicht auf eine Leiterplattenkette gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4B eine perspektivische Ansicht einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung basierend auf der Leiterplattenkette aus 4A, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5A eine Draufsicht auf eine Leiterplattenkette gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5B eine perspektivische Ansicht einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung basierend auf der Leiterplattenkette aus 5A, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6A eine Draufsicht auf eine Leiterplattenkette gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6B eine perspektivische Ansicht eines Halbzeugs einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung basierend auf der Leiterplattenkette aus 6A, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6C eine perspektivische Ansicht einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung basierend auf der Leiterplattenkette aus 6A, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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7 ein Ablaufdigramm eines Verfahrens zum Herstellen einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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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.
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Anhand der nachfolgenden Figuren wird das hierin vorgestellte Konzept, Leiterplatten über mehrere Leiterplatten mit dem Ziel zu verbinden, Elektronik kompakter in 3D aufzubauen, anschaulich erläutert.
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1A zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplattenkette 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Leiterplattenkette 100 ist geradlinig und umfasst eine erste Leiterplatte 102, eine zweite Leiterplatte 104, eine dritte Leiterplatte 106 und eine vierte Leiterplatte 108 sowie ein erstes flexibles Verbindungselement 110, ein zweites flexibles Verbindungselement 112 und eine Verbindungseinheit 114. Die Verbindungseinheit 114 besteht aus dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel der Leiterplattenkette 100 aus einem dritten flexiblen Verbindungselement 116. Die Leiterplattenkette 100 könnte alternativ auch insbesondere U-förmig oder rechteckig oder quadratisch ausgeführt sein.
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Das erste flexible Verbindungselement 110 verbindet die erste Leiterplatte 102 mit der zweiten Leiterplatte 104, das zweite flexible Verbindungselement 112 verbindet die dritte Leiterplatte 106 mit der vierten Leiterplatte 108 und die Verbindungseinheit 114 verbindet mittels des dritten flexiblen Verbindungselements 116 die zweite Leiterplatte 104 mit der dritten Leiterplatte 106. Alle in 1A gezeigten Elemente der Leiterplattenkette 100 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Leiterplatten bzw. Platinen 102, 104, 106 und 108 weisen hier eine runde Form auf, können alternativ aber auch eine rechteckige oder sonstige Form aufweisen. Jeweils eine erste Hauptfläche 118 der ersten Leiterplatte 102, der zweiten Leiterplatte 104, der dritten Leiterplatte 106 und der vierten Leiterplatte 108 sind in der Darstellung dem Betrachter zugewandt; der Übersichtlichkeit halber ist lediglich eine der ersten Hauptflächen 118 mit einem Bezugszeichen versehen. Die als Band ausgeführten flexiblen Verbindungselemente 110, 112 und 116 können insbesondere als Flexfolien ausgeführt werden und bestehen dann aus einem flexiblen, biegsamen Material, z. B. Kunststoff, in das elektrische Leitungen eingebettet sind. So sind die flexiblen Verbindungselemente 110, 112 und 116 geeignet, die Leiterplatten 102, 104, 106 und 108 sowohl mechanisch als auch elektrisch zu verbinden. Die flexiblen Verbindungselemente 110, 112 und 116 sind mit ihrem jeweils ersten und zweiten Endbereich an jeweils gegenüberliegenden Bereichen von Schmalseiten 120 jeder der Leiterplatten 102, 104, 106 und 108 angeordnet. Die elektrische Kontaktierung der Verbindungselemente 110, 112 und 116 mit den Leiterplatten 102, 104, 106 und 108 erfolgt beispielsweise über Lötverbindungen. Alternativ können auch Stecker oder weitere Verbindungsmittel verwendet werden. Insbesondere können die flexiblen Verbindungselemente 110, 112 und 116 als flexible Leiterplatten ausgeführt sein. In diesem Fall können die Verbindungselemente 110, 112 und 116 auch einteilig mit einer, mehreren oder allen der Leiterplatten 102, 104, 106 und 108 ausgeführt sein, sozusagen als flexible Weiterführung(en) der ansonsten starren Leiterplatten 102, 104, 106, 108. Hierdurch sind keine extra Verbindungsmittel zwischen dem jeweiligen Verbindungselement 110, 112, 116 und der jeweiligen Leiterplatte 102, 104, 106, 108 notwendig.
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Zur Bildung einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung wird in einem mittels eines Pfeils in der Darstellung in 1A gekennzeichneten Schritt des Biegens 122 das dritte flexible Verbindungselement 116 gefaltet bzw. gebogen, um die erste Leiterplatte 102 mit der vierten Leiterplatte 108 und die zweite Leiterplatte 104 mit der dritten Leiterplatte 106 so zur Deckung zu bringen, dass die jeweiligen Hauptseiten 118 der ersten Leiterplatte 102 und der vierten Leiterplatte 108 einander zugewandt sind sowie die jeweiligen ersten Hauptseiten 118 der zweiten Leiterplatte 104 und der dritten Leiterplatte 106 einander zugewandt sind. Der Schritt des Biegens 122 gestaltet sich hier als ein Umklappen nach oben einer die erste Leiterplatte 102 und die zweite Leiterplatte 104 umfassenden in der Darstellung unteren Hälfte der Leiterplattenkette 100 auf eine die dritte Leiterplatte 106 und die vierte Leiterplatte 108 umfassende in der Darstellung obere Hälfte der Leiterplattenkette 100. Alternativ kann das Biegen 122 des dritten flexiblen Verbindungselements 116 nach dem oben beschriebenen Prozess auch in die zu der hier erläuterten entgegengesetzten Richtung, also in Form eines Umklappens nach unten, erfolgen. Dann würden den jeweiligen ersten Hauptseiten 118 gegenüberliegende – in 1A dem Blick des Betrachters verborgene – zweite Hauptseiten der betreffenden Leiterplatten 102, 104, 106 und 108 in der oben genannten Konstellation einander zugewandt sein. In welche Richtung das Biegen 122 erfolgt, kann beispielsweise von unterschiedlichen Bestückungsoptionen, die die jeweiligen Hauptseiten der Leiterplatten 102, 104, 106 und 108 bieten, abhängen.
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1B zeigt in einer weiteren Draufsicht eine durch den anhand der Darstellung in 1A erläuterten Schritt des Biegens hergestellte dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124. Dem Auge des Betrachters zeigt sich hier eine durch den Schritt des Biegens gebildete zweite Ebene, in der nun die erste Leiterplatte 102 und die zweite Leiterplatte 104 angeordnet sind. Es wurde der aus 1A ersichtlichen Erstreckung in der X-Achse und der Y-Achse nun die Erstreckung in der Z-Achse hinzugefügt. Dem Auge des Betrachters ist nun jeweils eine der ersten Hauptseite gegenüberliegende zweite Hauptseite 126 der ersten Leiterplatte 102 und der zweiten Leiterplatte 104 zugewandt. Die Leiterplattenkette aus 1A ist nun so gefaltet, dass die erste Leiterplatte 102 mit der vierten Leiterplatte zur Deckung gebracht ist und die zweite Leiterplatte 104 mit der dritten Leiterplatte zur Deckung gebracht ist, weshalb die dritte und vierte Leiterplatte hier dem Blick des Betrachters verborgen ist. Wie die Darstellung in 1B zeigt, ist das dritte flexible Verbindungselement 116 nun gebogen, und entsprechend der hier gewählten Biegerichtung überlagert das erste flexible Verbindungselement 110 das nun nicht sichtbare zweite flexible Verbindungselement 112.
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Bei dem anhand der 1A bis 1C gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124 in ihrem in der Darstellung in 1B gezeigten Zustand lediglich ein Halbzeug. Die dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124 wird einem anhand eines weiteren Richtungspfeils gekennzeichneten Schritt des Umbiegens 128 unterzogen, um die Leiterplattenanordnung 124 in eine endgültige Stapelform zu bringen. Der Schritt des Umbiegens 128 umfasst ein Falten bzw. Biegen des ersten flexiblen Verbindungselements 110 sowie des in der Darstellung in 1B von dem ersten flexiblen Verbindungselement 110 überlagerten zweiten flexiblen Verbindungselements 112. Der Schritt des Umbiegens 128 erfolgt hier in der gleichen Richtung wie der anhand der Darstellung in 1A erläuterte Schritt des Biegens. Es soll also die zweite Leiterplatte 104 so mit der ersten Leiterplatte 102 zur Deckung gebracht werden, dass die zweite Hauptseite 126 der zweiten Leiterplatte 104 der zweiten Hauptseite 126 der ersten Leiterplatte 102 zugewandt wird. Selbstverständlich kann der Schritt des Umbiegens 128 auch in die entgegengesetzte Biegerichtung zu dem anhand der Darstellung in 1A erläuterten Schritt des Biegens 122 erfolgen.
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1C zeigt in einer weiteren Draufsicht die dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124 nach dem anhand der Darstellung in 1B erläuterten Schritt des Umbiegens in einer endgültigen Form als ein Platinenstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier sind nun alle vier anhand der Darstellung in 1A vorgestellten Leiterplatten 102, 104, 106, 108 übereinander angeordnet und bilden einen Stapel, der entsprechend der runden Ausführung der Leiterplatten eine Form eines Zylinders aufweist. In der Draufsicht auf den Platinenstapel 124 ist entsprechend dem Auge des Betrachters die zweite Hauptseite 126 der dritten Leiterplatte 106 zugewandt. Infolge des Schrittes des Umbiegens ist nun das erste flexible Verbindungselement 110 – hier, weil es dem Auge des Betrachters in der Realität verborgen ist, mittels einer Strichlinie angedeutet – zwischen den Schmalseiten 120 der Leiterplatten 102, 104 und dem zweiten flexiblen Verbindungselement 112 angeordnet.
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2A zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines geschlossenen Leiterplattenrahmens 200 im Sinne einer geschlossenen Leiterplattenkette. Hierbei bilden die Leiterplatten zusammen mit den flexiblen Verbindungselementen im nicht-gefalteten Zustand einen geschlossenen Ring. Der Leiterplattenrahmen 200 weist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kreisform auf und setzt sich aus der ersten Leiterplatte 102, der zweiten Leiterplatte 104, der dritten Leiterplatte 106 und der vierten Leiterplatte 108 sowie dem ersten flexiblen Verbindungselement 110, dem zweiten flexiblen Verbindungselement 112 und der Verbindungseinheit 114 zusammen. Wie bei der anhand der 1A erläuterten Leiterplattenkette verbindet das erste flexible Verbindungselement 110 die erste Leiterplatte 102 mit der zweiten Leiterplatte 104 und das zweite flexible Verbindungselement 112 die dritte Leiterplatte 106 mit der vierten Leiterplatte 108. Wiederum verbindet auch die Verbindungseinheit 114 die zweite Leiterplatte 104 mit der dritten Leiterplatte 106. Allerdings umfasst hier die Verbindungseinheit 114 neben dem dritten flexiblen Verbindungselement 116 zusätzlich eine fünfte Leiterplatte 202, eine sechste Leiterplatte 204, eine siebente Leiterplatte 206 und eine achte Leiterplatte 208 sowie ein viertes flexibles Verbindungselement 210, ein fünftes flexibles Verbindungselement 212, ein sechstes flexibles Verbindungselement 214 und ein siebentes flexibles Verbindungselement 216. Wie aus der Darstellung in 2A ersichtlich ist, verbindet das vierte flexible Verbindungselement 210 die zweite Leiterplatte 104 mit der fünften Leiterplatte 202, das fünfte flexible Verbindungselement 212 die fünfte Leiterplatte 202 mit der sechsten Leiterplatte 204, das dritte flexible Verbindungselement 116 die sechste Leiterplatte 206 mit der siebenten Leiterplatte 206, das sechste flexible Verbindungselement 214 die siebente Leiterplatte 206 mit der achten Leiterplatte 208 und das siebente flexible Verbindungselement 216 die achte Leiterplatte 208 mit der dritten Leiterplatte 106. Ferner umfasst der in 2A dargestellte geschlossene Leiterplattenrahmen 200 ein flexibles Ringschlussverbindungselement 218, das zur Bildung des Ringschlusses die vierte Leiterplatte 108 mit der ersten Leiterplatte 102 elektrisch und mechanisch verbindet. Wie die Darstellung zeigt, ist das flexible Ringschlussverbindungselement 218 ebenfalls insbesondere als eine Flexfolie ausgebildet. Selbstverständlich kann das Ringschlussverbindungselement 218, wie auch die anderen Verbindungselemente 110, 112, 116, 210, 212, 214, 216 jeweils als flexible Leiterplatte oder flexibler Bestandteil der Leiterplatten 102, 104, 106, 108, 202, 204, 206, 208 ausgeführt sein.
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Der wiederum mit einem Richtungspfeil gekennzeichnete Schritt des Biegens 122 erfolgt hier analog zu dem anhand der 1A beschriebenen Prozess, mit dem Unterschied, dass hier aufgrund der geschlossenen Ringform zusätzlich zu dem flexiblen Verbindungselement 116 das diametral zu dem flexiblen Verbindungselement 116 angeordnete flexible Ringschlussverbindungselement 218 gebogen wird. Entsprechend erfolgt die Biegung 122 entlang einer, in der Darstellung in 2A mittels einer gestrichelten Linie angedeuteten Biegeachse, sodass die erste Leiterplatte 102 mit der vierten Leiterplatte 108 zur Deckung gebracht wird, die zweite Leiterplatte 104 mit der dritten Leiterplatte 106 zur Deckung gebracht wird, die fünfte Leiterplatte 202 mit der achten Leiterplatte 208 zur Deckung gebracht wird und die sechste Leiterplatte 204 mit der siebenten Leiterplatte 206 zur Deckung gebracht wird. Auch hier werden in dem Schritt des Biegens 122 die ersten Hauptflächen 118 der ersten Leiterplatte 102, der zweiten Leiterplatte 104, der fünften Leiterplatte 202 und der sechsten Leiterplatte 204 den ersten Hauptflächen 118 der vierten Leiterplatte 108, der dritten Leiterplatte 106, der achten Leiterplatte 208 und der siebenten Leiterplatte 206 zugewandt.
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2B zeigt wiederum anhand einer Draufsicht den Leiterplattenrahmen 200 aus 2A nach dem Schritt des Biegens 122. Die Darstellung zeigt die dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124 als ein Halbzeug in einem ersten Zustand, wie es sich aus der Form des Leiterplattenrahmens aus 2A ergibt. Dem Auge des Betrachters sind jetzt die jeweils zweiten Hauptseiten 126 der ersten Leiterplatte 102, der zweiten Leiterplatte 104, der fünften Leiterplatte 202 und der sechsten Leiterplatte 204 sowie das erste flexible Verbindungselement 110, das dritte flexible Verbindungselement 116, das vierte flexible Verbindungselement 210, das fünfte flexible Verbindungselement 212 und das flexible Ringschlussverbindungselement 218 zugewandt, wobei das dritte flexible Verbindungselement 116 und das flexible Ringschlussverbindungselement 218 umgebogen sind. Auch bei dem anhand der 2A bis 2E gezeigten Ausführungsbeispiel ist als Endprodukt eine stapelförmige Leiterplattenanordnung vorgesehen. Aufgrund der hier erhöhten Anzahl von Leiterplatten und der die Leiterplatten verbindenden Verbindungselemente erfolgt der Schritt des Umbiegens in Teilschritten, die wiederholt werden, bis die Stapelform erreicht ist. An dem in 2B dargestellten Halbzeug wird ein wiederum durch einen Richtungspfeil gekennzeichneter erster Teilschritt des Umbiegens 128A durchgeführt, in der anhand der vorstehend gezeigten 2A erläuterten Biegerichtung. Die Biegerichtung kann alternativ auch hierzu entgegengesetzt sein. Die Faltung erfolgt an dem vierten flexiblen Verbindungselement 210 und dem von diesem überlagerten siebenten flexiblen Verbindungselement um eine durch eine gestrichelte Linie in der Darstellung gezeigte Biegeachse, mittels Umklappen nach oben, also in der Z-Richtung, der ersten Leiterplatte 102 und der unterhalb dieser angeordneten vierten Leiterplatte sowie der zweiten der Leiterplatte 104 und der unterhalb dieser angeordneten dritten Leiterplatte auf die fünfte Leiterplatte 202 und die sechste Leiterplatte 204.
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2C zeigt eine Draufsicht auf das Halbzeug der dreidimensionalen Leiterplattenanordnung 200 nach dem ersten Teilschritt des Umbiegens. Nun sind dem Auge des Betrachters die jeweils zweiten Hauptflächen 126 der dritten Leiterplatte 106 und der vierten Leiterplatte 108 sowie das zweite flexible Verbindungselement 112, das siebente flexible Verbindungselement 216 und das flexible Ringschlussverbindungselement 218 zugewandt. An dem in 2C gezeigten Halbzeug der dreidimensionalen Leiterplattenanordnung 124 wird nun der zweite Teilschritt des Umbiegens 128B durchgeführt, wobei hier die vierte Leiterplatte 108 nach oben umgeklappt wird, um die vierte Leiterplatte 108 mit der dritten Leiterplatte 106 zur Deckung zu bringen, und die zuunterst unter der vierten Leiterplatte 108 angeordnete siebente Leiterplatte nach unten umgeklappt wird, um die siebente Leiterplatte mit der zuunterst unter der dritten Leiterplatte 106 angeordneten achten Leiterplatte zur Deckung zu bringen. Die Faltung wird um eine wiederum anhand einer gestrichelten Linie gekennzeichnete Biegeachse durchgeführt, wobei die vierte Leiterplatte 108 mit ihrer zweiten Hauptfläche 126 auf die zweite Hauptfläche 126 der dritten Leiterplatte 106 geklappt wird und die siebente Leiterplatte 206 mit ihrer zweiten Hauptfläche 126 auf die die zweite Hauptfläche 126 der achten Leiterplatte 208 geklappt wird. Die Biegerichtung kann alternativ auch hierzu entgegengesetzt sein. Entsprechend der Anzahl der Leiterplatten wird mit der Durchführung des zweiten Teilschritts des Umbiegens 128B die Herstellung der dreidimensionalen Leiterplattenanordnung 124 abgeschlossen.
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2D zeigt eine Draufsicht auf die fertige dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124 nach der Durchführung des zweiten Teilschrittes des Umbiegens. Die dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124 ist hier zum Platinenstapel aufgebaut, wobei dem Blick des Betrachters die zweite Hauptseite 126 der ersten Leiterplatte 102, das flexible Ringschlussverbindungselement 218 sowie das erste flexible Verbindungselement 110 zugewandt ist.
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2E zeigt eine perspektivische Ansicht des Platinenstapels 124 aus 2D. In dieser Darstellung ist sehr gut zu erkennen, dass die einzelnen Leiterplatten 102, 104, 106, 108, 202, 204, 206 und 208 deckungsgleich aufeinander angeordnet sind und eine Zylinderform der Leiterplattenanordnung 124 bilden. Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass das vierte flexible Verbindungselement 210 zwischen Schmalseiten der zweiten Leiterplatte 104 und der fünften Leiterplatte 202 und dem siebenten flexiblen Verbindungselement 216 angeordnet ist. Gewissermaßen überspringt also das siebente flexible Verbindungselement 216, das die dritte Leiterplatte 106 mit der achten Leiterplatte 208 verbindet, die zweite Leiterplatte 104 und die fünfte Leiterplatte 202.
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Die Darstellungen in den 3A bis 3E erläutern den Schritt des Biegens 122 sowie die Schritte des Umbiegens 128A, 128B anhand eines Ausführungsbeispiels eines rechteckförmigen geschlossenen Leiterplattenrahmens 200. Die anhand der 2A bis 2E dargelegten Erläuterungen lassen sich auf die entsprechenden 3A bis 3E anwenden, mit dem Unterschied, dass hier die Teilschritte 128A und 128B des Umbiegens in umgekehrter Reihenfolge stattfinden, also zunächst eine ziehharmonikaartige Faltung und anschließend ein Umklappen entlang einer zentralen Achse erfolgt. Bei der in 3B dargestellten ziehharmonikaartigen Faltung, Teilschritte 128A des Umbiegens, werden jeweils zwei Viertel der Leiterplattenanordnung 124 aufeinandergelegt, wobei die Biegerichtungen der Teilschritte 128A des Umbiegend zueinander unterschiedlich sind (schwingtürartig). Selbstverständlich können die Biegerichtungen zueinander auch gleich sein. Bei einer entsprechend größeren Anzahl an Leiterplatten können auch zwei Achtel, zwei Sechzehntel, etc. der Leiterplattenanordnung 124 aufeinandergelegt werden.
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Zusammenfassend zu den im Vorangehenden erläuterten Figuren sei nochmals erwähnt, dass zur Bildung eines Ausführungsbeispiels der dreidimensionalen Leiterplattenanordnung 124 die Leiterplatten-Verbindungselemente-Kombination an ihren flexiblen Verbindungselementen gefaltet wird. Das Biegen, insbesondere halbierendes Biegen (Aufeinanderlegen zweier Hälften), der Leiterplatten-Verbindungselemente-Kombination wird so oft wiederholt, bis alle Leiterplatten übereinander angeordnet sind. Dann liegen deren Hauptflächen übereinander. Durch halbierendes Biegen, d.h. Aufeinanderlegen zweier Hälften der nicht-gebogenen oder bereits gebogenen Leiterplattenanordnung 124, ergibt sich eine möglichst geringe Anzahl von Biegeschritten. Die Biegereihenfolge und Biegeart (Aufeinanderlegen zweier Hälften, Viertel, Achtel, etc.; Biegen in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung zweier aufeinanderfolgender Biegeschritte bzw. Teilschritte) kann allerdings insbesondere anhand der gewünschten elektrischen Verbindungen zwischen den Leiterplatten und/oder der mechanischen Stabilität des fertigen Platinenstapels und/oder dem Fertigungs-/Biegeverfahren gewählt werden.
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Bei der anhand der 2A bis 3E erläuterten Leiterplatten-Verbindungselemente-Kombination 124 als ein in sich geschlossener Ring können die über die Verbindungselemente miteinander verbundenen benachbarten Leiterplatten 102, 104, 106, 108, 202, 204, 206 und 208 neben der gezeigten Rechteck- und Kreisform auch beliebige andere Formen aufweisen. Eine Anzahl der Leiterplatten ist ebenfalls beliebig. Die Leiterplatten liegen bevorzugt im nicht-gebogenen Grundzustand (1A, 2A, 3A) so aneinander an, dass freie Zwischenräume zwischen den Leiterplatten minimiert werden, um einen Verschnitt gering zu halten. Hierzu eignet sich insbesondere eine rechteckige (siehe 3A) oder U-förmige Anordnung der Leiterplatten im nicht-gebogenen Grundzustand.
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4A zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenkette 100. Die Leiterplattenkette 100 umfasst hier 14 rechteckförmige Leiterplatten unterschiedlicher Größe, die zur Bildung einer verzweigten Kette mittels einer Mehrzahl von flexiblen Verbindungselementen verbunden sind. Dazu können an einer einzelnen Leiterplatte bis zu vier flexible Verbindungselemente angeordnet sein. Mit dieser relativ komplexen Leiterplatten-Verbindungselemente-Anordnung 100 ist es möglich, einen Quader, z. B. einen Würfel, aufzubauen, der eine hohe Packungsdichte an elektronischen Bauteilen hat. Das Falten der komplexen Anordnung von Platinen und Flexfolien 100 führt zu einem mechanisch sehr stabilen und kompakten Gebilde.
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4B zeigt in einer perspektivischen Ansicht die aus der in 4A dargestellten Leiterplattenkette zu fertigende dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124, die die Form eines Würfels aufweist.
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5A zeigt anhand einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenkette 100 in Anlehnung an die in 1A vorgestellte Leiterplattenkette, wobei hier die Leiterplattenkette anstelle von vier, acht Leiterplatten und eine entsprechend höhere Anzahl an flexiblen Verbindungselementen umfasst. Auch der Biegeprozess zum Herstellen der dreidimensionalen Leiterplattenanordnung unterscheidet sich hier von dem anhand der 1A bis 1C geschilderten Prozess. Wie die Richtungspfeile andeuten, wird hier die Leiterplattenkette 100 ziehharmonikaartig gefaltet. Hierbei sind die Biegerichtungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Biegeschritt bzw. Teilbiegeschritten unterschiedlich.
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5B zeigt die dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124 als zylinderförmigen Platinenstapel, wie er durch die in der 5A dargestellten Biegetechnik entsteht, in einer perspektivischen Ansicht.
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6A zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Leiterplattenkette 100 aus 5A, das zusätzlich zwei seitlich an beispielsweise zwei benachbarten Leiterplatten angeordnete weitere flexible Verbindungselemente aufweist. Der konzeptionelle Hintergrund hierbei ist, dass bei komplexen Schaltungen häufig nicht alle Signale über jedes die Leiterplatten verbindende flexible Verbindungselement geführt werden oder dass die Signale erst in einer der folgenden Leiterplatte benötigt werden. Mit einer Verwendung der in der Darstellung in 6A gezeigten Leiterplattenkette 100 können Leiterplatten mit den weiteren flexiblen Verbindungselementen übersprungen werden. Wie die Darstellung zeigt, sind diese weiteren flexiblen Verbindungselemente nur einseitig fest mit einer der Leiterplatten verbunden, insbesondere einteilig mit dieser Leiterplatte ausgeführt. Sozusagen als flexibler Teil des ansonsten starren Rests der Leiterplatte. Durch den 3D-Aufbau ist es dann möglich, jede der weiteren flexiblen Verbindungselemente an der entsprechenden Leiterplatte und ihrer vorgesehenen Kontaktstelle elektrische anzuschließen, beispielsweise anzulöten oder anzustecken. Auch aus EMV-Gründen ist es oft sinnvoll, nicht alle Signale durch mehrere bzw. alle Leiterplatten durchzuschleifen, sondern wie hier angedacht direkt auf die gewünschte Leiterplatte zu führen. Dies ist besonders bei größeren Strömen, z. B. in Leistungsanwendungen, besonders wichtig. Wie bei der in 5A gezeigten Leiterplattenkette 100 erfolgt auch hier die Faltung ziehharmonikaartig. Die Biegereihenfolge und Biegeart (Aufeinanderlegen zweier Hälften, Viertel, Achtel, etc.; Biegen in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung zweier aufeinanderfolgender Biegeschritte bzw. Teilschritte) können allerdings auch anders geeignet gewählt werden.
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6B zeigt in einer perspektivischen Darstellung die zylinderförmige fertige Leiterplattenanordnung 124 mit noch nicht angeschlossenen Kontaktenden der weiteren flexiblen Verbindungselemente. Die zwei weiteren flexiblen Verbindungselemente weisen unterschiedliche Längen auf, sodass sie eine unterschiedliche Zahl an übereinander angeordneten Leiterplatten überspringen können.
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6C zeigt in einer weiteren perspektivischen Darstellung die dreidimensionale Leiterplattenanordnung 124 mit elektrisch angeschlossenen Kontaktenden der weiteren flexiblen Verbindungselemente.
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Jede Art von Kombination der anhand obiger Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele ist denkbar. So können die in 6A bis 6B gezeigten weiteren flexiblen Verbindungselemente beispielsweise bei jeder der Ausführungsbeispiele nach 1 bis 5 eingesetzt werden. Die Anzahl und Anordnung des/der weiteren flexiblen Verbindungselemente an die Leiterplatten kann dann an den Anwendungsfall angepasst werden.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 700 zum Herstellen einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung. In einem ersten Schritt 702 wird eine Leiterplattenkette mit zumindest vier Leiterplatten bereitgestellt. In der Leiterplattenkette ist eine erste Leiterplatte mittels eines ersten flexiblen Verbindungselements mit einer zweiten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden, eine dritte Leiterplatte mittels eines zweiten flexiblen Verbindungselements mit einer vierten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden und die zweite Leiterplatte mittels einer hier als ein drittes flexibles Verbindungselement ausgeführten Verbindungseinheit mit der dritten Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden. In einem Schritt des Biegens 122 wird das dritte flexible Verbindungselements gebogen, um eine erste Hauptfläche der ersten Leiterplatte mit einer ersten Hauptfläche der vierten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen und/oder eine erste Hauptfläche der zweiten Leiterplatte mit einer ersten Hauptfläche der dritten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen. In einem Schritt des Umbiegens 128 werden das erste flexible Verbindungselement und das zweite flexible Verbindungselement umgebogen, um eine zweite Hauptfläche der ersten Leiterplatte mit einer zweiten Hauptfläche der zweiten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen und/oder eine zweite Hauptfläche der dritten Leiterplatte mit einer zweiten Hauptfläche der vierten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen. Alternativ zu dem Schritt des Umbiegens 128, in dem die Biegung um eine zentrale Biegeachse (Aufeinanderlegen zweier Hälften der Leiterplattenanordnung) erfolgt, kann das Verfahren 700 auch einen ersten Teilschritt des Umbiegens 128A und einen zweiten Teilschritt des Umbiegens 128B ausführen, wenn die Biegung um zwei beidseitig der zentralen Biegeachse liegende weitere Biegeachsen erfolgt (Aufeinanderlegen zweier Viertel, Achtel, etc. der Leiterplattenanordnung).
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung einer dreidimensionalen Leiterplattenanordnung. Diese Vorrichtung kann beispielsweise einen Roboterarm umfassen, der ausgebildet ist, um die bereitgestellte Leiterplattenkette von einer Zuführungs- oder Bereitstellungseinheit zu entnehmen und entsprechend der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise das dritte flexible Verbindungselements zu verbiegen, um eine erste Hauptfläche der ersten Leiterplatte mit einer ersten Hauptfläche der vierten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen und/oder eine erste Hauptfläche der zweiten Leiterplatte mit einer ersten Hauptfläche der dritten Leiterplatte zumindest teilweise zur Deckung zu bringen.
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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.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Leiterplattenkette
- 102
- erste Leiterplatte
- 104
- zweite Leiterplatte
- 106
- dritte Leiterplatte
- 108
- vierte Leiterplatte
- 110
- erstes flexibles Verbindungselement
- 112
- zweites flexibles Verbindungselement
- 114
- Verbindungseinheit
- 116
- drittes flexibles Verbindungselement
- 118
- erste Hauptfläche einer Leiterplatte
- 120
- Schmalseite einer Leiterplatte
- 122
- Schritt des Biegens
- 124
- dreidimensionale Leiterplattenanordnung
- 126
- zweite Hauptfläche einer Leiterplatte
- 128
- Schritt des Umbiegens
- 200
- geschlossener Leiterplattenrahmen
- 202
- fünfte Leiterplatte
- 204
- sechste Leiterplatte
- 206
- siebente Leiterplatte
- 208
- achte Leiterplatte
- 210
- viertes flexibles Verbindungselement
- 212
- fünftes flexibles Verbindungselement
- 214
- sechstes flexibles Verbindungselement
- 216
- siebentes flexibles Verbindungselement
- 218
- flexibles Ringschlussverbindungselement
- 128A
- erster Teilschritt des Umbiegens
- 128B
- zweiter Teilschritt des Umbiegens
