DE102013216493A1

DE102013216493A1 - Leiterplatte mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt und Verfahren zum Bereitstellen der Leiterplatte

Info

Publication number: DE102013216493A1
Application number: DE201310216493
Authority: DE
Inventors: Michael Sperber; Wilfried Lassmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Ausführungsbeispiele umfassen eine Leiterplatte 100 mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt 110, 350 und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120, 350. Der erste 110, 350 und der zweite starre Leiterplattenabschnitt 120, 350 sind mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts 130, 360 verbunden. Die Leiterplatte 100 weist dabei einen Schichtstapel 140 aus einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leiterschichtern 150 und elektrisch isolierenden Isolationsschichten 160 aufweist. Auch umfasst der Schichtstapel 140 einen Teilstapel 170 mit einer ersten Leiterschicht 180, einer zweiten Leiterschicht 190 und einer zwischen der ersten und zweiten Leiterschicht 180, 190 angeordneten Isolationsschicht 200. Hierbei ist eine Anzahl von Schichten des Teilstapels 170 geringer als die Mehrzahl von Schichten des Schichtstapels 140. Der flexible Leiterplattenabschnitt 130, 360 wird von dem Teilstapel 170 gebildet, und der erste 110, 350 und zweite starre Leiterplattenabschnitt 120, 360 jeweils von dem Schichtstapel 140.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Leiterplatten und betrifft insbesondere Leiterplatten mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt, wobei der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts verbunden sind
Elektrische Schaltungen werden in vielen Anwendungsgebieten auf Schaltungsträger, d.h. Leiterplatten (Leiterkarten, Platinen) aufgebracht. Je nach Gestaltung eines verfügbaren Bauraums kann es dabei erforderlich sein, diese Schaltungsträger in mehreren Ebenen auszuführen. Die Verbindung von Schaltungsträgern auf verschiedenen Ebenen kann bisher unterschiedlich realisiert werden.
So können beispielsweise mehrere Schaltungsträger mit elektrischen Verbindungen zueinander verwendet werden. Dabei werden jedoch mehrere Schaltungsträger bzw. Leiterplatten benötigt, die jeweils einzeln hergestellt, bestückt und montiert werden. Zudem kann zwischen den Schaltungsträgern eine aufwändige Verbindungstechnik realisiert sein, z.B. durch Stecker oder Jumper. Daraus können sich an den Verbindungsstellen hohe Anforderungen an die Haltbarkeit der Verbindung gegenüber Umwelteinflüssen, z.B. Korrosion, Temperaturzyklen, Vibration oder elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), ergeben. Eine robuste Verbindungstechnik in den genannten Punkten zu realisieren kann teuer oder nur eingeschränkt möglich sein.
Darüber hinaus gibt es sogenannte Starrflex-Schaltungsträger, d.h. Platinen mit starren und flexiblen Bereichen. Bei diesen werden z.B. Polyamid-Folien verwendet, die entweder teilweise in die Leiterplatte eingebracht werden können oder über die gesamte Schaltungsträgerfläche verteilt sein können. Diese Folie kann in die Leiterplatte eingebracht werden. Hiermit kann eine zwar eine flexible, haltbare Verbindung hergestellt werden, doch kann diese Technik sehr teuer werden. Weiterhin können mit dieser Technik viele Fremdstoffe in die Leiterplatte gebracht werden, was bei einem kommerziellen Einsatz in Hochtemperatur-Elektronik zu unnötig hohem Verschleiß führen kann.
Es sind konventionelle Lösungen mit Semiflex-Leiterplatten, oder anders ausgedrückt, teilweise flexible Leiterplatten, bzw. Leiterplatten mit einem flexiblen Leiterplattenabschnitt bekannt. Semiflex-Leiterplatten sind Schaltungsträger, bei der mittels Tiefen- oder Niveaufräsen in den Schaltungsträger Nuten gebracht werden. Dadurch wird die Leiterplatte biegbar. So bezieht sich beispielsweise die Druckschrift DE 10 2005 012 404 B4 auf eine Leiterplatte, die mindestens einen ersten, einen zweiten und einen dritten Starrbereich sowie mindestens einen ersten und einen zweiten flexiblen Bereich, die senkrecht zu einer ausgedehnten Seite dünner als die Starrbereiche ausgebildet sind, umfasst.
Die Druckschrift WO 2009/013694 A2 offenbart eine elektronische Vorrichtung mit einem rechteckigen Gehäuse und einer Leiterplatte. Die Leiterplatte umfasst zwei Seitenteile und ein Mittelteil, die jeweils durch biegsame Abschnitte voneinander getrennt sind. Die Leiterplatte ist ferner derart gebogen, dass die Seitenteile im 90°-Winkel zu dem Mittelteil stehen, und die Leiterplatte in einem guten thermischen Kontakt zu den Seitenwänden des Gehäuses steht.
Bei manchen Einsatzbereichen von Semiflex-Leiterplatten kann jedoch die EMV eine erhebliche Rolle spielen, wie z.B. bei Verwendung in einem Fahrzeug, wo vergleichsweise große Mengen an Elektronik auf kleinem Raum verbaut sein können. EMV kennzeichnet dabei einen üblicherweise erwünschten Zustand, dass technische Geräte einander nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte störend beeinflussen. Einsatzbereiche für Semiflex-Leiterplatten können beispielsweise Getriebesteuerungen oder Steuerungen für elektrische Antriebe im Fahrzeug oder Steuerungen für Sensorik (Wählhebelmodule, Induktivsensorik) umfassen. Dementsprechend sind Maßnahmen für Systemaufbauten in solchen Umfeldern noch nicht bekannt, bei denen eine hohe EMV-Robustheit und gleichzeitig gute Wärmeableitung gegeben ist. Neben der Verwendung in Fahrzeugen könnten solche Maßnahmen durchaus auch in anderen Umfeldern zum Einsatz kommen.
Es ist daher wünschenswert, einen verbesserten Kompromiss von EMV und Temperaturregulierung bei Leiterplatten mit einem flexiblen Leiterplattenabschnitt zu verwirklichen.
Dem tragen eine Leiterplatte und ein Verfahren zum Bereitstellen der Leiterplatte gemäß den unabhängigen Patentansprüchen Rechnung.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Leiterplatte mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt, wobei der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts verbunden sind. Die Leiterplatte weist dabei einen Schichtstapel aus einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leiterschichtern und elektrisch isolierenden Isolationsschichten auf. Der Schichtstapel umfasst einen Teilstapel mit einer ersten Leiterschicht, einer zweiten Leiterschicht und einer zwischen der ersten und zweiten Leiterschicht angeordneten Isolationsschicht. Hierbei ist eine Anzahl von Schichten des Teilstapels geringer als die Mehrzahl von Schichten des Schichtstapels. Weiterhin wird der flexible Leiterplattenabschnitt von dem Teilstapel gebildet, und der erste und zweite starre Leiterplattenabschnitt wird jeweils von dem Schichtstapel gebildet. Hierdurch können bereits in der Schichtstruktur der Leiterplatte vorhandene Schichten bzw. Lagen ausgenutzt werden, um den flexiblen Leiterplattenabschnitt bereitzustellen. Dadurch kann ein EMV-robusterer und gleichzeitig besser wärmeleitfähiger Systemaufbau ermöglicht werden als bei konventionellen Lösungen.
Gemäß Ausführungsbeispielen umfassen Leiterplatten einen Schichtstapel aus mehreren Schichten, wobei sich in dem Schichtstapel elektrisch leitfähige Leiterschichten und elektrisch isolierende Isolationsschichten abwechseln. Leiterschichten können z.B. aus Metalllegierungen oder Metallen wie etwa Kupfer oder Gold, und Isolationsschichten z.B. aus teils faserverstärkten, Kunststoffen wie etwa Polyamiden, Polyimiden, Pertinax oder mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten gefertigt sein. Darüber hinaus können auch andere Materialien in Leiterplatten zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Teflon, Aluminium, Keramik oder Polyesterfolie.
Leiterplatten können gemäß Ausführungsbeispielen zudem mit einem sogenannten Lötstopplack beschichtet sein. Lötstopplack (auch Lötstoppmaske, Soldermask oder Stopplack) kann auf einer Leiterplatte für elektronische Schaltungen unterschiedliche Funktionen erfüllen. Er kann die Leiterplatte vor Korrosion oder mechanischer Beschädigung schützen, und beim Löten das Benetzen der mit ihm überzogenen Flächen auf der Leiterplatte verhindern. Des Weiteren kann Lötstopplack elektrische Eigenschaften wie eine Durchschlagsfestigkeit verbessern. Lötstopplack kann z.B. aus Epoxidharz gefertigt werden.
Mehrlagige, also aus einem Schichtstapel aufgebaute oder einen Schichtstapel umfassende Leiterplatten, können in manchen Fällen einige zehn Schichten, in Einzelfällen auch mehr, aufweisen. Es können z.B. Leiterplatten mit vier bis acht Lagen in Computern und bis zu zwölf Lagen in Mobiltelefonen verwendet werden. Einzelne Schichten eines Schichtstapels können beispielsweise eine Dicke von 10 bis 100 µm aufweisen. Neuere Verfahren erlauben die Herstellung von Leiterplatten mit bis zu 48 Lagen bei einer Schichtdicke von 9 bis 400 µm.
Der den flexiblen Leiterplattenabschnitt bildende Teilstapel ist mindestens aus zwei Leiterschichten und einer Isolationsschicht aufgebaut, umfasst also mindestens drei Schichten. Dementsprechend umfasst der Schichtstapel gemäß Ausführungsbeispielen mindestens vier Schichten. Der Teilstapel kann zudem auf einer oder beiden Seiten mit Lötstopplack beschichtet sein.
Unter einem starren Leiterplattenabschnitt wird zunächst ein solcher verstanden, der eine höhere Biegesteifigkeit aufweist als ein flexibler Leiterplattenabschnitt. Die Biegesteifigkeit folgt dabei basierend auf einem Produkt aus einem Elastizitätsmodul und einem geometrischen Flächenträgheitsmoment. Die Biegesteifigkeit eines starren Leiterplattenabschnitts kann dabei in einigen Ausführungsbeispielen um mindestens einen Faktor 5, 10 oder 20 größer sein als die Biegesteifigkeit eines flexiblen Leiterplattenabschnitts. Die genaue Zahl kann von der Anzahl an Schichten abhängen, die jeweils von dem flexiblen und dem starren Leiterplattenabschnitt umfasst sind.
Eine Leiterplatte weist in der Regel zwei zu dem Schichtstapel parallele Flächen auf, die gegenüber zu dem Schichtstapel geneigten Seitenflächen eine vielfach größere Ausdehnung haben. Im Folgenden werden die zu dem Schichtstapel parallelen Flächen als „Fläche der Leiterplatte“ oder „Oberfläche der Leiterplatte“ bezeichnet, die nichtparallelen als „Kanten“.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die erste und zweite Leiterschicht einer untersten und einer zweituntersten oder einer obersten und einer zweitobersten Leiterschicht des Schichtstapels entsprechen. Hierdurch kann eine einfache Herstellung ermöglicht werden. Die Begriffe „unterste“, „zweitunterste“, „oberste“ und „zweitoberste“ sind hier in Bezug auf eine Oberfläche der Leiterplatte zu verstehen. Mit anderen Worten können die erste und zweite Leiterschicht benachbart sein; „benachbart“ bedeutet in diesem Falle lediglich, dass sich keine weitere Leiterschicht dazwischen befindet. Die Leiterschichten können aber durch die Isolationsschicht räumlich voneinander getrennt sein. Bei dieser Anordnung kann der Teilstapel mit dem Schichtstapel an einer oberen oder unteren Fläche der Leiterplatte bündig abschließen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen können der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt vermittels des flexiblen Leiterplattenabschnitts in einem veränderbaren Winkel von mindestens 0° und höchstens 180° zueinander ausrichtbar sein. Durch die Vielzahl an so erreichbaren Winkeln kann die Leiterplatte an eine entsprechende Vielfalt von räumlichen Gegebenheiten angepasst werden. Aufgrund der geringeren Biegesteifheit im Vergleich zu den starren Leiterplattenabschnitten kann der flexible Leiterplattenabschnitt verformt und um bis zu 180° durchgebogen werden, indem der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt in ihrer Ausrichtung zueinander verändert werden. Die Form der starren Leiterplattenabschnitte kann hierbei erhalten bleiben. Veränderbar bedeutet, dass in manchen Fällen auch ein mehrmaliges oder wiederholtes Biegen des flexiblen Leiterplattenabschnitts möglich sein kann. Der Winkel wird zwischen einer Flächennormale zu einer Oberfläche des ersten starren Leiterplattenabschnitts und einer Flächennormale zu einer Oberfläche des zweiten starren Leiterplattenabschnitts gemessen. Anders ausgedrückt stehen die Flächennormalen jeweils senkrecht auf einer Schichtebene des ersten und des zweiten Leiterplattenabschnitts.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt die erste Leiterschicht eine zu der zweiten Leiterschicht stromsymmetrische Leitungsanordnung aufweisen, sodass sich von der Leitungsanordnung der ersten und zweiten Leiterschicht erzeugte magnetische Felder im Wesentlichen aufheben. Störende Auswirkungen eines Stromflusses in einer der Leiterschichten auf eine Umgebung können durch die jeweils andere Leiterschicht begrenzt werden, was die EMV erhöht.
Anders ausgedrückt kann z.B. im Betrieb der Leitplatte eine Stromrichtung eines die erste Leiterschicht des flexiblen Abschnitts durchfließenden elektrischen Stromes antiparallel zu einer Stromrichtung eines die zweite Leiterschicht des flexiblen Abschnitts durchfließenden elektrischen Stromes orientiert sein. Durch einen veränderlichen Stromfluss in der ersten Leiterschicht kann z.B. ein Magnetfeld erzeugt werden, was sich störend auf umgebende Elektronik auswirken kann. Durch das Anlegen eines entsprechenden antiparallel gerichteten Stromes bzw. durch entsprechende Orientierung der Leiterbahnen in der zweiten Leiterschicht kann dieser Effekt vermindert werden. Ist der Abstand eines Messpunktes beispielsweise um mindestens das Zehnfache größer als der Abstand der Leiterschichten voneinander, so kann das aus beiden Leiterschichten resultierende kombinierte Magnetfeld an diesem Messpunkt bereits um mindestens das Zehnfache schwächer sein, als das unveränderte, nur von der ersten Leiterschicht erzeugte Magnetfeld.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein eine erste und eine demgegenüber gleichlange oder kürzere zweite Seite umfassendes elektronisches Bauteil an den flexiblen Leiterplattenabschnitt derart befestigt sein, dass eine Normale der ersten Seite zu dem ersten oder zweiten starren Leiterplattenabschnitt weist. Dadurch kann auch der flexible Leiterplattenabschnitt als Bauraum für elektronische Bauteile, z.B. Chips, genutzt werden. Durch die beschriebene Anordnung des elektronischen Bauteils kann eine mechanische Beanspruchung des Bauteils oder seiner Lötkontakte bei einem Biegen des flexiblen Leiterabschnitts reduziert werden.
Das elektronische Bauteil kann z.B. ein sogenanntes oberflächenmontiertes Bauteil (engl.: Surface-Mounted Device, SMD) sein. Die Seitenlängen beziehen sich genau genommen auf eine Projektion von Bauteilabmessungen auf die Oberfläche der Leiterplatte. Die Normale der ersten Seite liegt somit ebenfalls in einer die Oberfläche der Leiterplatte umfassenden Ebene. Ein Bauteil kann beispielsweise eine Normgröße von bis zu 1,6 Millimetern (mm) mal 0,8 mm oder 0,6 mm mal 0,3 mm aufweisen. Die erste Seite des Bauteils, die mindestens genauso lang wie dessen zweite Seite ist, kann dabei so orientiert sein, dass sie nahezu parallel zu einer Kante ausgerichtet ist, an der sich der erste oder zweite starre Leiterplattenabschnitt und der flexible Leiterplattenabschnitt berühren. Nahezu parallel bedeutet hierbei, dass z.B. fertigungsbedingte Winkelabweichungen von bis zu 1°, 5°, 10° oder 20° von einer idealen Parallelität auftreten können. Durch diese Anordnung des elektronischen Bauteils können Kräfte (mechanische Spannungen, Hebelkräfte, Scherkräfte) erheblich verkleinert werden, die bei einem Biegen des flexiblen Leiterplattenabschnitts auf Lötkontakte zwischen dem Bauteil und dem flexiblen Leiterplattenabschnitt wirken können.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Leiterplatte einen weiteren (d.h. zweiten) flexiblen Leiterplattenabschnitt und einen dritten starren Leiterplattenabschnitt umfassen. Dabei können der zweite und der dritte starre Leiterplattenabschnitt mittels des weiteren bzw. zweiten flexiblen Leiterplattenabschnitts verbunden sein. Der Schichtstapel der Leiterplatte kann weiterhin einen weiteren (d.h. zweiten) Teilstapel mit einer dritten Leiterschicht, einer vierten Leiterschicht und einer zwischen der dritten und vierten Leiterschicht angeordneten weiteren Isolationsschicht umfassen. Dabei ist eine Anzahl von Schichten des weiteren Teilstapels wieder geringer als die Mehrzahl von Schichten des Schichtstapels. Der weitere flexible Leiterplattenabschnitt wird von dem weiteren bzw. zweiten Teilstapel gebildet, und der dritte starre Leiterplattenabschnitt wird von dem Schichtstapel gebildet. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Leiterplatte an mehr als einer flexiblen Stelle biegsam ist. Somit kann eine bessere Anpassung der Leiterplatte an eine Struktur einer Unterlage oder eines Gehäuses erfolgen, an die oder in welches die Leiterplatte montiert wird. Entsprechend können in weiteren Ausführungsbeispielen beliebig viele starre und flexible Leiterplattenabschnitte von einer Leiterplatte umfasst sein. Die dritte und die vierte Leiterschicht können dabei bei manchen Ausführungsbeispielen identisch mit der ersten und der zweiten Leiterschicht sein.
Bei anderen Ausführungsbeispielen können die dritte und die vierte Leiterschicht nicht identisch mit ersten und der zweiten Leiterschicht sein. Nicht identisch bedeutet, dass es sich bei zwei Leiterschichten nicht um dieselbe Schicht des ursprünglichen Schichtstapels handelt. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die erste und zweite Leiterschicht einer untersten und einer zweituntersten Leiterschicht des Schichtstapels (bezogen auf eine Oberfläche der Leiterplatte) entsprechen, kann der flexiblen Leiterplattenabschnitt derart gebogen werden, dass eine durch das Biegen zustande kommende Krümmung des flexiblen Leiterplattenabschnitts nach unten hin konvex ist. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die erste und zweite Leiterschicht einer obersten und einer zweitobersten Leiterschicht des Schichtstapels entsprechen, kann der flexiblen Leiterplattenabschnitt derart gebogen werden, dass eine durch das Biegen zustande kommende Krümmung des flexiblen Leiterplattenabschnitts nach oben hin konvex ist. Sind die dritte und die vierte Leiterschicht nicht identisch mit ersten und der zweiten Leiterschicht, können der flexible Leiterplattenabschnitt und der weitere flexible Leiterplattenabschnitt z.B. in jeweils verschiedene Richtungen gebogen werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können der erste und der dritte starre Leiterplattenabschnitt mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements, welches keine Leiterschicht des Leiterplattenschichtstapels ist, elektrisch miteinander gekoppelt sein. Hierdurch kann ein Stromkreis durchgehend geschlossen werden, der einem Umfang der (gebogenen) Leiterplatte wenigstens teilweise folgt. Mit anderen Worten kann dadurch z.B. ein Faradayscher Käfig realisiert werden, der von der Leiterplatte wenigstens teilweise umfasst ist. Mittels des Faradayschen Käfigs kann eine Innenseite desselben von außerhalb des Käfigs auftretenden elektromagnetischen Effekten, oder eine Außenseite von innerhalb des Käfigs auftretenden elektromagnetischen Effekten abgeschirmt werden. Somit kann also vermieden werden, dass elektromagnetische Störungen durch an der (gebogenen) Leiterplatte angebrachte Bauteile schädlichen Einfluss auf benachbarte Schaltkreise nehmen oder umgekehrt.
Bei manchen Ausführungsbeispielen können der zweite und der dritte starre Leiterplattenabschnitt vermittels des weiteren bzw. zweiten flexiblen Leiterplattenabschnitts in einem weiteren veränderbaren Winkel von mindestens 0° und höchstens 180° zueinander ausrichtbar sein. Der weitere flexible Leiterplattenabschnitt kann dabei eine nahezu gleich große Biegesteifheit aufweisen wie der (erste) flexible Leiterplattenabschnitt. Außerdem kann die Biegesteifheit des flexiblen Leiterplattenabschnitts um mindestens einen Faktor 5, 10 oder 20 kleiner sein als die Biegesteifigkeit eines starren Leiterplattenabschnitts Der veränderbare Winkel wird wiederum zwischen zwei Flächennormalen gemessen, die jeweils senkrecht auf einer Schichtebene des zweiten und des dritten Leiterplattenabschnitts stehen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Leiterplatte eine Mehrzahl von wenigstens vier starren Leiterplattenabschnitten und eine Mehrzahl von wenigstens drei flexiblen Leiterplattenabschnitten aufweisen. Somit können zwei benachbarte starre Leiterplattenabschnitte durch einen flexiblen Leiterplattenabschnitt miteinander verbunden sein. Ein starrer Leiterplattenabschnitt ist benachbart zu einem anderen, wenn eine Kante des einen starren Leiterplattenabschnitts einer Kante des anderen wenigstens teilweise gegenüberliegt, sich die beiden Kanten zugewandt sind und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Abweichungen um bis zu 1°, 5°, 10° oder 20° können dabei in einzelnen Ausführungsbeispielen möglich sein. Dabei kann die Mehrzahl der starren Leiterplattenabschnitte polyederförmig angeordnet sein. Dadurch kann ein bestehender Bauraum besser ausgenutzt werden.
Mit anderen Worten können die Ebenen, die durch zu dem Schichtstapel parallel liegende Ober- oder Unterseiten der starren Leiterplattenabschnitte aufgespannt werden, ein Polyeder begrenzen. Eine Leiterplatte kann gemäß Ausführungsbeispielen also derart gebaut sein, dass sie in eine Polyederform gebogen werden kann. Das Polyeder kann z.B. ein Würfel oder Quader, aber auch ein Prisma, Tetraeder oder unregelmäßiges, sowie ein konvexes oder konkaves Polyeder sein. Ferner können bei solchen Ausführungsbeispielen, bei denen der erste und der dritte starre Leiterplattenabschnitt mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements (außerhalb des Leiterplattenschichtstapels) elektrisch miteinander gekoppelt sind, auch weitere elektrisch leitfähige Verbindungselemente (außerhalb des Leiterplattenschichtstapels) zwischen weiteren starren Leiterplattenabschnitten angebracht werden, sodass um ein Volumen des Polyeders herum ein Faradayscher Käfig geschaffen wird. Dadurch kann die EMV der Leiterplatte mit möglichen Schaltkreisen in ihrer unmittelbaren Umgebung nochmals deutlich erhöht werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Leiterplatte derart in ein Gehäuse montiert sein, dass jeweils eine Seitenfläche des Gehäuses zu einem starren Leiterplattenabschnitt parallel verläuft und/oder damit in Kontakt steht. Somit kann bei der Leiterplatte oder daran angebrachten Bauteilen entstehende Wärme über das Gehäuse abgeführt werden. Mit anderen Worten kann eine Oberfläche eines starren Leiterplattenabschnitts im Wesentlichen parallel zu der Seitenfläche des Gehäuses ausgerichtet sein und mit dieser in Anlage stehen. Das Gehäuse kann ebene Seitenflächen aufweisen, also beispielsweise polyederförmig sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse sogar eine gebogene Seitenfläche aufweisen, und ein starrer Leiterplattenabschnitt kann die gebogene Seitenfläche mit wenigstens einer Ecke oder Kante berühren.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein Medium derart an die (biegbare) Leiterplatte anordenbar sein, dass wenigstens ein starrer Leiterplattenabschnitt mit dem Medium einen unmittelbaren Kontakt bildet, wobei das Medium wärmeleitfähig und/oder schwingungsdämpfend ist. Auf dem starren Leiterplattenabschnitt befindliche Bauteile können somit vor Überhitzung oder auch vor Beschädigung durch eventuell auftretende Vibrationen geschützt werden. Vibrationen können z.B. bei Anwendungen in einem Fahrzeug auftreten. Das Medium kann starr oder elastisch sein, aber auch in flüssigem oder zähflüssigem Zustand eingebracht werden und/oder sich nach dem Einbringen verfestigen. Schwingungsdämpfend bedeutet hierbei, dass Schwingungen der Bauteile durch mechanische Fixierung vermittels des Mediums dämpfbar sind. Wärmeleitfähig bedeutet, dass das Medium in einzelnen Ausführungsbeispielen jeweils eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1, 5 oder 10 W / (m·K) aufweist. Hierzu können z.B. einige Metalle, Kohlenstoff, Metall- oder Kohlenstoffverbindungen oder deren Legierungen, aber auch eine Wärmeleitpaste zählen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das Medium einen Zwischenraum zwischen einer Fläche der Leiterplatte und einer Fläche eines Gehäuses oder einer Unterlage ausfüllen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt vermittels des flexiblen Leiterplattenabschnitts um eine nicht ebene Oberfläche des Mediums angeordnet sein. Das Medium kann also beispielsweise mehrere in einem Winkel zueinander stehende Flächen aufweisen. Das Medium kann beispielsweise auch einen polyederförmigen Raum ausfüllen, der von den starren Leiterplattenabschnitten umschlossen oder teilweise umschlossen ist. Kurz: das Medium kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann das Medium durch die Leiterplatte in seiner Position fixiert sein. Auch kann das Medium zwischen eine Unterlage, die in mehreren Ebenen ausgebildet ist, und eine Leiterplatte eingebracht sein, deren starre Leiterplattenabschnitte jeweils im Wesentlichen parallel zu den Ebenen der Unterlage ausgerichtet sind.
Manche Ausführungsbeispiele umfassen weiterhin ein Fahrzeug mit einer Leiterplatte gemäß Ausführungsbeispielen. Das Fahrzeug kann dabei neben einem Landfahrzeug wie z.B. Pkw oder Lkw auch ein Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug oder Raumfahrzeug sein.
Ausführungsbeispiele beziehen sich ferner auf ein Verfahren zum Bereitstellen der Leiterplatte mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt. Dabei sind der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts verbunden. Das Verfahren umfasst zunächst ein Bereitstellen einer starren Leiterplatte, die einen Schichtstapel aus einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leiterschichtern und elektrisch isolierenden Isolationsschichten aufweist. Zusätzlich umfasst das Verfahren ein Entfernen einer oder mehrerer Schichten aus dem Schichtstapel in einem Bereich zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich des Schichtstapels. Dadurch erhält man in dem Bereich einen Teilstapel mit einer ersten Leiterschicht, einer zweiten Leiterschicht und einer zwischen der ersten und zweiten Leiterschicht angeordneten Isolationsschicht. Der Teilstapel bildet dabei in dem Bereich den flexiblen Leiterplattenabschnitt. Ferner wird der erste starre Leiterplattenabschnitt von dem ersten Bereich und der zweite starre Leiterplattenabschnitt von dem zweiten Bereich des Schichtstapels gebildet.
Durch das Verfahren kann ein aufwandsarmer Fertigungsprozess geschaffen werden. Die nach dem Entfernen übrig gebliebenen elektrisch leitenden Leiterschichten können als Verbindungselemente zwischen den starren Leiterplattenabschnitten dienen. Hierbei können bereits bestehende stoffschlüssige Verbindungen zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (d.h. dem ersten und zweiten starren Leiterplattenabschnitt) genutzt, und ein Herstellen einer neuen Verbindung mit mehreren Übergangsstellen vermieden werden. Das Entfernen einer oder mehrerer Schichten kann hierbei z.B. durch Fräsen oder Schleifen erfolgen. Nach dem Entfernen können in manchen Ausführungsbeispielen bis zu 50 % der ursprünglichen Schichten des Leiterplattenschichtstapels bestehen bleiben. Durch das Entfernen von Schichten kann in dem Bereich die Biegesteifigkeit im Vergleich zu dem ersten oder zweiten Bereich verringert werden. Ferner kann der Bereich, in dem eine oder mehrere Schichten entfernt werden, auf zwei gegenüberliegenden Seiten durch den ersten und den zweiten Bereich, und auf zwei weiteren gegenüberliegenden Seiten durch jeweils eine Kante der Leiterplatte begrenzt sein. Mit anderen Worten kann der (flexible) Bereich sich in einigen Ausführungsbeispielen über die gesamte Breite der Leiterplatte erstrecken.
In manchen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ferner ein Verändern einer Lage des ersten starren Leiterplattenabschnitts relativ zu dem zweiten starren Leiterplattenabschnitt durch Verbiegen des flexiblen Leiterplattenabschnitts umfassen. Somit kann eine variable geometrische Form der Leiterplatte an eine vorgegebene geometrische Form eines Leiterplattenträgers angepasst werden. Der Leiterplattenträger kann beispielsweise ein Gehäuse oder eine Unterlage sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann der so gebildete flexible Leiterplattenabschnitt derart gebogen werden, dass nach dem Biegen die einer durch das Entfernen entstandenen Vertiefung, d.h. beispielsweise der Fräsung, zugewandte Fläche des flexiblen Leiterplattenabschnitts eine konkave Krümmung aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben.
So zeigen die Figuren schematisch die nachfolgenden Ansichten:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten im Querschnitt;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten im Querschnitt;
3 ein Ausführungsbeispiel einer bestückten Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten im Querschnitt;
4 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten nach einem Biegeprozess im Querschnitt;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten nach einem Biegeprozess im Querschnitt;
6 ein Ausführungsbeispiel einer auf eine Unterlage montierten Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten im Querschnitt;
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer auf eine Unterlage montierten Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten im Querschnitt;
8 ein Ausführungsbeispiel einer zu einem Quader faltbaren Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten in nicht gefaltetem Zustand;
9 ein Ausführungsbeispiel einer zu einem Quader faltbaren Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten in gefaltetem Zustand;
10 ein Ausführungsbeispiel einer zu einem Quader gefalteten Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten in eingebautem Zustand im Querschnitt;
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zu einem Quader gefalteten Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten in eingebautem Zustand im Querschnitt;
12 ein Ausführungsbeispiel einer zu einer Box faltbaren Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten in nicht gefaltetem Zustand;
13 ein Ausführungsbeispiel einer zu einer Box gefalteten Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten in eingebautem Zustand;
14 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zu einer Box faltbaren Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten in eingebautem Zustand; und
15 ein Flussdiagramm zum Ablauf eines Verfahrens zum Bereitstellen einer Leiterplatte mit flexiblen Leiterplattenabschnitten.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet (z.B. „starrer Leiterplattenabschnitt 350“ zusammenfassend für „starrer Leiterplattenabschnitt 350-1“ und „starrer Leiterplattenabschnitt 350-2“), die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
1 zeigt eine Leiterplatte 100 mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt 110 und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120. Bei Ausführungsbeispielen sind der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt 110, 120 mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts 130 verbunden. Die Leiterplatte 100 weist dabei einen Schichtstapel 140 aus einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leiterschichtern 150 und elektrisch isolierenden Isolationsschichten 160 auf. Auch umfasst der Schichtstapel 140 einen Teilstapel 170 mit einer ersten Leiterschicht 180, einer zweiten Leiterschicht 190 und einer zwischen der ersten und zweiten Leiterschicht 180, 190 angeordneten Isolationsschicht 200. Hierbei ist eine Anzahl von Schichten des Teilstapels 170 geringer als die Mehrzahl bzw. Anzahl von Schichten des Schichtstapels 140. Der flexible Leiterplattenabschnitt 130 wird von dem Teilstapel 170 mit den Schichten 180, 190, 200 gebildet, und der erste und zweite starre Leiterplattenabschnitt 110, 120 jeweils von dem gesamten Schichtstapel 140.
Optional kann die Leiterplatte 100 einen weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitt 210 und einen dritten starren Leiterplattenabschnitt 220 umfassen. In 1 sind der zweite und der dritte starre Leiterplattenabschnitt 120, 220 mittels des weiteren bzw. zweiten flexiblen Leiterplattenabschnitts 210 verbunden. Der Schichtstapel 140 kann dabei einen weiteren Teilstapel 230 mit einer dritten Leiterschicht 240, einer vierten Leiterschicht 250 und einer zwischen der dritten und vierten Leiterschicht 240, 250 angeordneten weiteren Isolationsschicht 260 umfassen. Eine Anzahl von Schichten des weiteren Teilstapels 230 ist hierbei wiederum geringer als die Mehrzahl von Schichten des Schichtstapels 140. Der weitere flexible Leiterplattenabschnitt 210 wird von dem weiteren Teilstapel 230 gebildet, und der dritte starre Leiterplattenabschnitt 220 von sämtlichen Schichten des Schichtstapels 140.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann, wie 1 zeigt, die dritte und die vierte Leiterschicht 240, 250 nicht identisch mit ersten und der zweiten Leiterschicht 180, 190 sein. Dementsprechend können die Isolationsschicht 200 und die weitere Isolationsschicht 260 nicht identisch, d.h. verschieden, sein. In diesem Fall ist auf einer Oberfläche der Leiterplatte 100 eine Aussparung 270, und auf einer gegenüberliegenden Oberfläche der Leiterplatte 100 eine weitere Aussparung 280 vorhanden. Die Aussparungen 270, 280 können, wie im Folgenden noch beschrieben wird, z.B. durch Fräsen oder Abschleifen von Schichten des Schichtstapels 140 gebildet werden.
Ferner können die erste und zweite Leiterschicht 180, 190 einer untersten und einer zweituntersten oder einer obersten und einer zweitobersten Leiterschicht des Schichtstapels 140 entsprechen. Dies kann auch für die dritte und vierte Leiterschicht 240, 250 gelten. In 1 entspricht die erste Leiterschicht 180 einer untersten, die zweite Leiterschicht 190 einer zweituntersten, die dritte Leiterschicht 240 einer zweitobersten und die vierte Leiterschicht 250 einer obersten Leiterschicht des Schichtstapels 140. Auf der untersten oder obersten Schicht des Schichtstapels 140, d.h. auf den Oberflächen der Leiterplatte 100, kann außerdem eine Beschichtung aus Lötstopplack 285 aufgebracht sein, wie in 1 dargestellt.
Mit anderen Worten erklärt wird in 1 ein Querschnitt eines prinzipiellen Aufbaus einer beidseitig biegbaren Semiflex-Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. In manchen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass von beiden Oberflächen der Leiterplatte 100 her Schichten entfernt werden, also z.B. beidseitig in die Leiterplatte 100 gefräst wird, um flexible Leiterplattenabschnitte 130, 210 zu erhalten. Eine Leiterplatte 100 könnte z.B. eine Dicke (senkrecht zu den Schichten des Schichtstapels 140) von ca. 0,5 mm–3 mm haben. Eine Fräsung könnte z.B. einen Durchmesser bzw. Breite (parallel zu den Schichten des Schichtstapels 140) von ca. 5 mm–10 mm haben, je nach Herstellungsprozess. Zudem kann die Fräsung so ausgeführt werden, dass mindestens eine erste und eine zweite Leiterschicht 180, 190, die beispielsweise als Kupferlagen ausgeführt sein können, übrigbleiben. Es können abhängig von einem Lagenaufbau bis zu 50% der Gesamtlagenzahl des Schichtstapels 140 nach der Fräsung verbleiben. Die Fräsung kann über die gesamte Leiterplattenbreite eingebracht werden, wobei unter „Breite“ eine von zwei Ausdehnungsrichtungen der Oberfläche der Leiterplatte 100 zu verstehen ist. Eine Biegung der Leiterplatte 100 kann z.B. so realisiert werden, dass zu der Aussparung 270 oder zu der weiteren Aussparung 280 hin gebogen wird.
Optional kann in einigen Ausführungsbeispielen in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 130 die erste Leiterschicht 180 eine zu der zweiten Leiterschicht 190 stromsymmetrische Leitungsanordnung aufweisen, sodass sich von der Leitungsanordnung der ersten und zweiten Leiterschicht 180, 190 erzeugte magnetische Felder im Wesentlichen aufheben.
2 zeigt eine Querschnittsdarstellung zu einem Funktionsprinzip eines mehrlagigen flexiblen Leiterplattenabschnitts 130. Eine mehrlagige Ausführung der Verbindungselemente, d.h. der flexiblen Leiterplattenabschnitte 130, 210, kann ermöglichen, dass eine oder mehrere Leiterschichten 180, 190 mit einem Schirmpotential für benachbarte, von den Leiterschichten 190, 180 umfasste Leitungen belegt werden können. Es können also auch komplette Flächen in den Leiterplattenabschnitten 130, 210 Leitungen in benachbarten Lagen schirmen, bzw. einen Rückstromweg zu einem eine benachbarte Leitung durchfließenden Strom bereitstellen. Somit kann mittels eines stromsymmetrischen Layouts eine parallele Führung von Hin- und Rückstrom ermöglicht werden. In 2 kann beispielsweise ein Strom von dem ersten starren Leiterplattenabschnitt 110 durch die erste Leiterschicht 180 zu dem zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120 fließen, und von dem zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120 kann ein Gegenstrom durch die zweite Leiterschicht 190 zu dem ersten starren Leiterplattenabschnitt 110 wieder zurück fließen. Die erste und zweite Leiterschicht 180, 190 befinden sich dabei in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 130, der den ersten starren Leiterplattenabschnitt 110 mit dem zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120 verbindet. Ferner ist auf den ersten starren Leiterplattenabschnitt 110 ein elektronisches Bauteil 290 aufgebracht.
2 zeigt weiterhin den weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitt 210, der den zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120 mit dem dritten starren Leiterplattenabschnitt 220 verbindet. Entsprechend kann hier eine dritte Leiterschicht 240 in dem weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitt 210 einen Strom von dem zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120 zu dem dritten starren Leiterplattenabschnitt 220 leiten, und eine vierte Leiterschicht 250 in dem weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitt 210 einen Gegenstrom wieder zurück leiten. Allgemein ausgedrückt können die erste und die dritte Leiterschicht 180, 240 als Bereiche für eine Signalführung, und die zweite und die vierte Leiterschicht 190, 250 als Schirmfläche dienen.
Dies kann dazu führen, dass elektrische oder magnetische Felder und/oder Störungen außerhalb der stromsymmetrischen Struktur nahezu vollständig ausgelöscht werden können. Elektrostatische Abschirmung funktioniert nach dem Prinzip der Influenz und findet unter anderem beim Faradayschen Käfig Anwendung. Somit kann eine weitere Verkleinerung von Bauraum, z.B. einer elektronischen Steuerung, erreicht werden. Zudem kann die geschlossene Schirmfläche, die in 2 beispielsweise durch die zweite und die vierte Leiterschicht 190, 250 geschaffen wird, als Filter für elektrische Felder wirken. Mit dieser Struktur kann eine Signalqualität und Signalintegrität verbessert werden.
3 zeigt eine Semiflex-Leiterplatte 100 im Querschnitt nach einer Bestückung mit elektronischen Bauteilen 290. Die Leiterplatte 100 umfasst einen ersten, zweiten und dritten starren Leiterplattenabschnitt 110, 120, 220, die exemplarisch jeweils mit einem elektronischen Bauteil 290 bestückt sind. Zwischen dem ersten und zweiten starren Leiterplattenabschnitt 110, 120 befindet sich ein flexibler Leiterplattenabschnitt 130, und zwischen dem zweiten und dritten starren Leiterplattenabschnitt 120, 220 befindet sich ein weiterer flexibler Leiterplattenabschnitt 210.
Die Semiflex-Leiterplatte 100 kann wie eine konventionelle Leiterplatte hergestellt und beispielsweise in einem Wiederaufschmelz-Lötprozess (engl.: Reflow-Lötprozess) bestückt werden. Also können nach der Herstellung der Leiterplatte 100 weitere Prozessschritte umgangen werden, sodass der Herstellungsprozess in einen bestehenden Verarbeitungs-Prozessablauf integrierbar ist. Ein Biegeprozess kann jedoch zusätzlich eingeführt werden.
Zudem kann in einigen Ausführungsbeispielen ein eine erste und eine demgegenüber gleichlange oder kürzere zweite Seite umfassendes elektronisches Bauteil an den flexiblen Leiterplattenabschnitt 130 derart befestigt sein, dass eine Normale der ersten (längeren) Seite zu dem ersten 110 oder zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120 weist. In anderen Worten kann das Bauteil senkrecht zu einer Biegerichtung angeordnet werden.
Elektronische Bauteile können mit anderen Worten prinzipiell auf der kompletten Leiterplatte 100 platziert werden. Vor allem in den starren Leiterplattenabschnitten 110, 120, 220, in denen keine durch Schichtabtragung resultierende Aussparungen 270 sind, können alle Bauformen bestückt werden, die auch auf konventionellen Leiterplatten zu finden sind. An den flexiblen Leiterplattenabschnitten 130, 210 können z.B. kleine Chip-Bauformen, etwa mit einem Baugrößen-Code von 0603 (d.h. 0,6 mm mal 0,3 mm Größe) oder kleiner montiert werden, vorzugsweise senkrecht zu einer Biegerichtung. Auch eine doppelseitige Bestückung kann, wie bei einer konventionellen Leiterplatte, möglich sein.
In manchen Ausführungsbeispielen sind der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt 110, 120 vermittels des flexiblen Leiterplattenabschnitts 130 in einem veränderbaren Winkel von mindestens 0° und höchstens 180° zueinander ausrichtbar. Ferner können auch der zweite und der dritte starre Leiterplattenabschnitt 120, 220 vermittels des weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitts 210 in einem weiteren veränderbaren Winkel von mindestens 0° und höchstens 180° zueinander ausrichtbar sein.
4 und 5 zeigen die Semiflex-Leiterplatte 100 nach einem Biegeprozess. Nach der Bestückung, beispielsweise mittels eines Reflow-Prozess, kann die Semiflex-Leiterplatte 100 gebogen werden, z.B. mittels einer entsprechenden Biegevorrichtung. Dabei kann ein beliebiger Biegewinkel realisierbar sein. Der Biegewinkel kann prinzipiell von 0° bis 180° jeden Wert annehmen. Es können natürlich auch Werte von 180° bis 360° zu einer festgelegten Seite hin realisiert werden, was einem Biegen von 180° bis 0° zu einer entgegengesetzten Seite entspricht. Die Aussparung 270 (vgl. 1) kann dazu auf der entgegengesetzten Seite angeordnet sein.
In 4 ist eine Leiterplatte 100 dargestellt, die in ihrem Aufbau der in 3 gezeigten Leiterplatte 100 entspricht. Im Unterschied zu 3 zeigt 4 die Leiterplatte 100 nach einem Biegeprozess. Durch ein Biegen des flexiblen Leiterplattenabschnitts 130 zu einer angrenzenden Aussparung 270 hin können der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt 110, 120 in einem gewünschten Winkel zueinander neu ausgerichtet werden. Dieser Winkel beträgt in 4 90°, wobei zwischen den Normalen der Oberflächen des ersten und des zweiten starren Leiterplattenabschnitts 110, 120 gemessen wird. Ebenso kann der dritte starre Leiterplattenabschnitt 220 zu dem zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120 neu ausgerichtet werden, indem der weitere flexible Leiterplattenabschnitt 210 zu einer angrenzenden weiteren Aussparung 280 hin gebogen wird. Auch hier beträgt der in 4 gezeigte Winkel 90°. Die Biegung des flexiblen und des weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitts 130, 210 erfolgt jeweils zu der angrenzenden Aussparung 270 und weiteren Aussparung 280 hin, d.h. die flexiblen Leiterplattenabschnitte 130, 210 weisen nach dem Biegen aussparungsseitig eine konkave Krümmung auf. Der erste flexible Leiterplattenabschnitt 130 wird in dem gezeigten Beispiel 90° gegen den Uhrzeigersinn gebogen, während der zweite flexible Leiterplattenabschnitt 210 90° im Uhrzeigersinn gebogen wird, so dass eine Art S-Form der flexiblen Leiterplatte 100 entsteht.
Die Leiterplatte 100 zeichnet sich dadurch aus, dass die von den elektronischen Bauelementen 290 produzierte Wärme verteilt bzw. gespreizt wird. Demnach wird die Wärme der elektronischen Bauelemente in die Leiterbahnabschnitte 110, 120, 220 transportiert. Dort wird die Wärme entsprechend der Fläche dieser Abschnitte 110, 120, 220 gespreizt. Zusätzlich wird die Wärme über die flexiblen Leiterplattenabschnitte 130, 210 geführt. Es findet somit eine Wärmespreizung durch das Aufspannen einer möglichst großen Fläche durch die starren Leiterbahnabschnitte 110, 120, 220 und flexiblen Leiterbahnabschnitte 130, 210 statt. Der Wärmestrom von den elektronischen Bauelementen 290 in die Leiterplattenabschnitte 110, 120, 220, 130, 210 ist direkt proportional zu der Fläche dieser Abschnitte 110, 120, 220, 130, 210.
Eine weitere Abbildung einer Leiterplatte 100 ist in 5 dargestellt. Die Leiterplatte 100 weist, wie bereits in 3 erklärt, einen ersten, zweiten und dritten starren Leiterplattenabschnitt 110, 120, 220 sowie einen flexiblen und einen weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitt 130, 210 auf. Auf den starren Leiterplattenabschnitten 110, 120, 220 sind jeweils zwei elektronische Bauteile 290 auf einander gegenüberliegenden Flächen montiert. Der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt 110, 120 sind durch Biegen des flexiblen Leiterplattenabschnitts 130 mit ihren Oberflächennormalen in einem 180°-Winkel zueinander ausgerichtet. Anders ausgedrückt kann die Leiterplatte 100 vermittels des flexiblen Leiterplattenabschnitts 130 derart gebogen werden, dass der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt 110, 120 sich gegenüber liegen und deren Oberflächen parallel zueinander angeordnet sind. Ebenso ist der weitere flexible Leiterplattenabschnitt 210 derart gebogen, dass die Oberflächennormalen des zweiten und des dritten starren Leiterplattenabschnitts 120, 220 einen 180°-Winkel einschließen. Der flexible und der weitere flexible Leiterplattenabschnitt 130, 210 sind dabei wiederum jeweils zu der angrenzenden Aussparung 270 und weiteren Aussparung 280 hin gebogen. Der erste flexible Leiterplattenabschnitt 130 wird in dem gezeigten Beispiel 180° gegen den Uhrzeigersinn gebogen, während der zweite flexible Leiterplattenabschnitt 210 180° im Uhrzeigersinn gebogen wird, so dass wiederum eine intensive S-Form der flexiblen Leiterplatte 100 entsteht.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann, wie 6 und 7 verdeutlichen, ein optionales Medium 300 derart an die Leiterplatte 100 angeordnet bzw. angebracht werden, dass wenigstens der erste starre Leiterplattenabschnitt 110 mit dem Medium 300 einen unmittelbaren Kontakt bildet. Das Medium 300 kann dabei wärmeleitfähig und/oder schwingungsdämpfend sein.
Nach der Biegung kann die Leiterplatte 100 auf einer Unterlage 310 montiert werden, z.B. auf einen Kühlkörper, ein metallisches Gehäuse oder eine Getriebeglocke. Die biegbare Leiterplatte 100 kann auf einer beliebig geformten Unterlage 310 montiert werden, und einen vorhandenen Bauraum somit effektiv ausnutzen. Optional kann ein Medium 300 zwischen Leiterplatte 100 und Unterlage 310 eingebracht werden. Das Medium 300 kann z.B. ein Wärmeleitmedium zur Wärmeabfuhr an einen Kühlkörper, eine Getriebeglocke, ein Gehäuse oder ein Kleber zur Erhöhung der mechanischen Stabilität sein. Ebenfalls kann es möglich sein, Biegung und Montage in einem Prozessschritt zu vollziehen.
Ein Ausführungsbeispiel wird in 6 veranschaulicht. Es zeigt eine Leiterplatte 100, die hinsichtlich Aufbau sowie Anordnung und Ausrichtung ihrer Komponenten der in 4 dargestellten entspricht. Die Leiterplatte 100, deren flexibler und weiterer flexibler Leiterplattenabschnitt 130, 210 jeweils um ±90° gebogen sind, ist auf eine Unterlage 310 montiert. Die Leiterplatte 100 ist dabei einem Oberflächenverlauf der Unterlage 310 derart angepasst, dass der erste, zweite und dritte starre Leiterplattenabschnitt 110, 120, 220 jeweils parallel zu einem ersten, zweiten und dritten Oberflächenabschnitt 320, 330, 340 der Unterlage verläuft. Der zweite Oberflächenabschnitt 330 steht dabei in einem 90°-Winkel zu dem ersten und dem dritten Oberflächenabschnitt 320, 340 und bildet somit eine Stufe. Der Abstand zwischen einem starren Leiterplattenabschnitt 110, 120, 220 und einem Oberflächenabschnitt 320, 330, 340 beträgt in 6 höchstens den Wert einer Dicke der Leiterplatte 100 senkrecht zu deren Oberfläche, kann in weiteren Ausführungsbeispielen aber auch darüber liegen. Zwischen der Leiterplatte 100 und der Unterlage 310 ist ein Medium 300 eingebracht. D.h., die Leiterplatte 100 ist über das Medium 300 mit der Unterlage 310 gekoppelt. Das Medium 300 kann den ersten, zweiten und dritten Oberflächenabschnitt 320, 330, 340 der Unterlage 310 mit gleichmäßiger Dicke und nahezu vollständig bedecken. Auch kann das Medium 300 die starren Leiterplattenabschnitte 110, 120, 220 an jeweils einer Oberfläche nahezu vollständig berühren. Die unbestückten flexiblen Leiterplattenabschnitte berühren hier das Medium 300 jedoch kaum. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Medium 300 die flexiblen Leiterplattenabschnitte 130, 210 wenigstens teilweise oder sogar auf einer gesamten Oberfläche berühren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt 7. Eine Unterlage 310 umfasst einen zweiten Oberflächenabschnitt 330, der gegenüber einem ersten Oberflächenabschnitt 320 um 45° nach oben, und gegenüber einem dritten Oberflächenabschnitt 340 um 45° nach unten geneigt ist, und sich zwischen dem ersten und dem dritten Oberflächenabschnitt 320, 340 befindet. Eine auf die Unterlage 310 montierte Semiflex-Leiterplatte 100 umfasst einen zweiten starren Leiterplattenabschnitt 120, der gegenüber einem ersten starren Leiterplattenabschnitt 110 um 45° nach oben, und gegenüber einem dritten starren Leiterplattenabschnitt 220 um 45° nach unten geneigt ist. Die Leiterplatte 100 ist also einem Oberflächenverlauf der Unterlage 310 derart angepasst, dass der erste, zweite und dritte starre Leiterplattenabschnitt 110, 120, 220 jeweils parallel zu einem ersten, zweiten und dritten Oberflächenabschnitt 320, 330, 340 der Unterlage verläuft. Der Abstand zwischen einem starren Leiterplattenabschnitt 110, 120, 220 und einem Oberflächenabschnitt 320, 330, 340 beträgt auch in 7 höchstens den Wert einer Dicke der Leiterplatte 100 senkrecht zu deren Oberfläche, kann in weiteren Ausführungsbeispielen aber auch darüber liegen. Das Medium 300 berührt dabei eine Oberfläche des ersten, zweiten und dritten starren Leiterplattenabschnitts 110, 120, 220 vollständig, und weist eine Dicke senkrecht zu der Oberfläche der Unterlage 310 auf, die höchstens so groß ist wie eine Dicke der Leiterplatte 100; die Dicke des Mediums 300 kann in weiteren Ausführungsbeispielen aber auch darüber liegen. Auf dem ersten und dem dritten starren Leiterplattenabschnitt 110, 220 ist ferner jeweils ein elektronisches Bauteil 290 angebracht.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann, wie in den 8 und 9 gezeigt, die Leiterplatte 100 eine Mehrzahl von wenigstens vier starren Leiterplattenabschnitten 350 und eine Mehrzahl von wenigstens drei flexiblen Leiterplattenabschnitten 360 aufweisen. Zwei benachbarte starre Leiterplattenabschnitte 350 können durch einen flexiblen Leiterplattenabschnitt 360 miteinander verbunden sein. Dabei kann die Mehrzahl der starren Leiterplattenabschnitte 350 polyederförmig angeordnet werden.
Anders ausgedrückt kann mit der Semiflex-Technik z.B. ein Leiterplatten-Quader hergestellt werden. 8 zeigt eine Abwicklung des Quaders, wie er vor einer Biegung bzw. Verformung aussehen kann. Die in Draufsicht gezeigte Leiterplatte 100 umfasst sechs starre Leiterplattenabschnitte 350, sowie fünf flexible Leiterplattenabschnitte 360. Die flexiblen Leiterplattenabschnitte 360 können mehrlagig und flächig ausgeführt sein und insbesondere dieselben Eigenschaften aufweisen wie in 2 die Leiterschichten 180, 190. Es kann zudem eine ergiebige Auslegung eines Mehrfachnutzens möglich sein. Mittig befindet sich ein starrer Leiterplattenabschnitt 350-3, der über flexible Leiterplattenabschnitte 360-1, 360-2, 360-3, 360-5 jeweils mit starren Leiterplattenabschnitten 350-1, 350-2, 350-4, 350-6 verbunden ist. Der starre Leiterplattenabschnitt 350-4 ist über einen flexiblen Leiterplattenabschnitt 360-4 mit einem starren Leiterplattenabschnitt 350-5 verbunden, sodass sich eine kreuzförmige Anordnung ergibt. Die starren Leiterplattenabschnitte 350 können ferner jeweils einen quadratischen Grundriss aufweisen. Die flexiblen Leiterplattenabschnitte 360 können wiederum z.B. durch Abfräsung von Leiterplattenschichten eines Leiterplattenschichtstapels geschaffen werden, wobei sich, wie in 8, alle Fräsungen auf derselben Fläche der Leiterplatte 100 befinden können.
Mittels der in 9 gezeigten Darstellung wird ersichtlich, dass die in 8 gezeigte Semiflex-Leiterplatte 100 zu einem Quader gebogen werden kann. Dazu werden die starren Leiterplattenabschnitte 350-1, 350-2, 350-4, 350-6 in Bezug auf den starren Leiterplattenabschnitt 350-3 jeweils um 90° zu derselben Oberfläche der Leiterplatte 100 hin geneigt, und der starre Leiterplattenabschnitt 350-5 im Bezug zu dem starren Leiterplattenabschnitt 350-4 nochmals um 90° zu der besagten Oberfläche hin geneigt. Aufgrund des quadratischen Grundrisses der starren Leiterplattenabschnitte 350 ergibt sich in 9 der Spezialfall eines Würfels; genauer gesagt, liegen die Oberflächen der starren Leiterplattenabschnitte 350 in einer Mehrzahl an Ebenen, die ein würfelförmiges Volumen begrenzen.
9 zeigt die gebogene Semiflex-Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Diese Leiterplatte 100 kann eine effiziente Möglichkeit der Bauraumausnutzung bieten. An den starren Leiterplattenabschnitten 350 können auf beiden Oberflächen Bauteile bestückt werden. Die flexiblen Leiterplattenabschnitte 360 können mehrlagig und flächig ausgeführt sein. Dies kann einen thermischen oder elektrischen Widerstand einer Verbindung der einzelnen starren Leiterplattenabschnitte 350 verringern. Dadurch kann die EMV und die Wärmeleitfähigkeit verbessert werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann es auch möglich sein, z.B. mit vier starren Leiterplattenabschnitten mit dreieckigem Grundriss ein Tetraeder, mit zwei starren Leiterplattenabschnitten mit fünfeckigem Grundriss und fünf mit rechteckigem Grundriss ein Fünfeckprisma, oder auch mit verschieden geformten starren Leiterplattenabschnitten ein unregelmäßiges Polyeder zu bilden. Ferner kann es sogar möglich sein, ein konkaves Polyeder zu bilden. Hierzu kann ein Teil der flexiblen Leiterplattenabschnitte zu einer Oberfläche der Leiterplatte 100 hin, und ein weiterer Teil der flexiblen Leiterplattenabschnitte zu einer entgegengesetzten Oberfläche hin gebogen werden.
10 und 11 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer eingebauten, zu einem Semiflex-Quader gebogenen Leiterplatte 100, ähnlich der in 8 und 9 beschriebenen, im Querschnitt. Die Leiterplatte 100 kann in einigen Ausführungsbeispielen derart in ein Gehäuse 370 montiert sein, dass jeweils eine Seitenfläche 380 des Gehäuses 370 zu einem starren Leiterplattenabschnitt 350 parallel verläuft und/oder mit diesem in unmittelbaren oder mittelbaren Kontakt steht. In 10 verläuft die Gehäuseseitenfläche 380-X jeweils parallel zu dem starren Leiterplattenabschnitt 350-X, wobei X = 1, 2, 3, 4 ist. Optional kann zwischen den Seitenflächen 380 und den starren Leiterplattenabschnitten 350 noch ein Medium 300, wie z.B. ein festes oder flüssiges Wärmeleitmedium, eingebracht sein. In 10 und 11 stellt das Medium 300 einen indirekten Kontakt zwischen den Seitenflächen 380 und den starren Leiterplattenabschnitten 350 her.
Die Leiterplatte 100 ist mit zwei Schrauben 390 an dem Gehäuse 370 fixiert, die die starren Leiterplattenabschnitte 350-2, 350-4 jeweils derart an den Seitenflächen 380-2, 380-4 befestigen, dass das Medium 300 dazwischen liegt. Weiterhin durchdringen zwei Abstandsbolzen 400 die starren Leiterplattenabschnitte 350-1, 350-3, sodass der starre Leiterplattenabschnitt 350-3 derart an der Seitenfläche 380-3 befestigt ist, dass das Medium 300 dazwischen liegt. Die Abstandsbolzen 400 können ferner einen Abstand zwischen dem starren Leiterplattenabschnitt 350-1 und dem starren Leiterplattenabschnitt 350-3 vorgeben.
Das Gehäuse 370 kann außerdem einen Deckel 410 umfassen. In 10 und 11 ist die Seitenfläche 380-1 des Gehäuses 370 gleichzeitig der Deckel 410. Der Deckel 410 kann nach einer Montage der Leiterplatte 100 an dem Gehäuse 370 angebracht werden, und ist in 10 und 11 mit zwei weiteren Schrauben 420 an dem Gehäuse 370 fixiert. Zusätzlich oder alternativ zu den Schrauben 390, den Abstandsbolzen 400 oder den weiteren Schrauben 420 können in weiteren Ausführungsbeispielen auch beliebige form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindungen vorhanden sein. Mittels dieser Verbindungen kann die Leiterplatte 100 in direktem Kontakt an das Gehäuse 370 befestigt werden, oder es kann sich ein Medium 300 dazwischen befinden.
Die starren Leiterplattenabschnitte 350 weisen weiterhin an der dem Medium 300 abgewandten Fläche jeweils ein elektronisches Bauteil 290 auf. Außerdem ist in 10 und 11 ein weiteres Medium 430 vorhanden, wie z.B. ein festes oder flüssiges Wärmeleitmedium, welches einen von den starren Leiterplattenabschnitten 350 beschriebenen quaderförmigen Hohlraum wenigstens teilweise ausfüllt und mit den starren Leiterplattenabschnitten 350 von innen her in Kontakt steht. Bei manchen Ausführungsbeispielen können die starren Leiterplattenabschnitte 350 vermittels der flexiblen Leiterplattenabschnitte 360 um eine nicht ebene Oberfläche des Mediums 430 angeordnet sein. Eine nicht ebene Oberfläche des Mediums kann z.B. eine quaderförmige Oberfläche des weiteren Mediums 430 sein, wie 10 und 11 zeigen.
Ferner durchdringen die Abstandsbolzen 400 das innenliegende Medium 430. Das innenliegende Medium 430 umschließt ferner die elektronischen Bauteile 290 derart, dass Vibrationen der elektronischen Bauteile 290 dadurch erschwert werden können.
Mit anderen Worten zeigt 10 einen möglichen Einbaufall des Semiflex-Quaders. Dabei ist ein prinzipieller Querschnitt durch das fertig montierte System dargestellt. Der Semiflex-Quader könnte z.B. in ein mehrschaliges Gehäuse 370 eingebaut werden. Das Gehäuse kann also z.B. mehrere ineinander angeordnete Schalen aufweisen. Dabei kann die Leiterplatte 100 zuerst in eine Unterschale eingebaut werden. Optional können hier teilweise oder vollständig Medien 300 zwischen Leiterplatte 100 und Schale eingebracht werden, z.B. zur Wärmeleitung an das Gehäuse 370 oder zur Erhöhung der mechanischen Stabilität. Nach Montage in eine Unterschale, z.B. mit mindestens einer Schraube pro starrem Leiterplattenabschnitt 350 kann zusätzlich auch noch ein weiteres Medium 430 in den Innenraum des System gebracht werden, ebenfalls zur Wärmeleitung an die Unterlage oder zur Erhöhung der mechanischen Stabilität. Das System mit dem Semiflex-Quader zeichnet sich zudem dadurch aus, dass ein Großteil der Leiterplattenfläche auf kurzem Weg an eine Schale angebunden werden kann, was eine großflächige Wärmeleitung mit verringertem thermischem Widerstand an die Schalen ermöglicht.
Der oberste starre Leiterplattenabschnitt 350-1 könnte z.B. mit Abstandsbolzen 400 befestigt werden. Als weiterer Schritt kann ein Deckel 410, auf dem möglicherweise auch schon ein Medium 300 montiert wurde, mit dem restlichen Aufbau verbunden werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen können mehrere starre Leiterplattenabschnitte mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements elektrisch miteinander gekoppelt sein. In 11 ist der starre Leiterplattenabschnitt 350-1 mit dem starren Leiterplattenabschnitt 350-4 mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements 440 elektrisch gekoppelt. Hierdurch kann ein Faradayscher Käfig geschaffen werden, also eine elektrisch leitende Verbindung, die den quaderförmigen Hohlraum, und damit die elektronischen Bauteile 290, wenigstens in einer Richtung ringförmig umschließt. Störende elektromagnetische Effekte von außerhalb des Käfigs können somit abgeschwächt werden. Auch kann z.B. ein schadhaftes Einwirken von z.B. durch die Bauteile 290 erzeugten Störungen auf Schaltkreise außerhalb des Käfigs erschwert werden.
Anders ausgedrückt wird in 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Semiflex-Quaders dargestellt. Ausgehend vom Einbaufall in 10 kann die Möglichkeit bestehen, den Quader komplett um den inneren Kern zu verschließen. Hier kann ein zusätzliches Verbindungselement 440, z.B. ein Stecker, montiert werden, der für eine teilweise oder sogar komplett geschlossene Schirmung sorgen kann. Somit kann ein Faradayscher Käfig hergestellt werden.
Mit der Semiflex-Technik kann auch z.B. eine Leiterplatten-Faltbox aus einer Leiterplatte hergestellt werden. 12 zeigt eine Abwicklung der Faltbox, wie sie vor der Biegung aussehen kann. Die Leiterplatte 100 umfasst z.B. vier starre Leiterplattenabschnitte 350. Zwei starre Leiterplattenabschnitte 350-Y und 350-Z sind jeweils mit einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 360-Y verbunden, wobei Y = 1, 2, 3 und Z = Y + 1 ist. Hier kann eine optimale Auslegung eines Mehrfachnutzens möglich sein. Die starren Leiterplattenabschnitte 350 sind hierbei entlang einer geraden Linie angeordnet.
13 und 14 zeigen mögliche Einbaufälle jeweils verschiedener Semiflex-Faltboxen. Dabei stellen 13 und 14 Querschnitte durch eine fertig montierte Anordnung mit Leiterplatte 100 und Unterlage 310 dar. Die Semiflex-Faltbox könnte z.B. auf eine Unterlage 310 montiert werden. Optional können hier teilweise oder vollständig Medien 300 zwischen Leiterplatte 100 und Unterlage 310 eingebracht werden, und z.B. eine Wärmeleitung an die Unterlage 310 oder eine Erhöhung der mechanischen Stabilität ermöglichen. Nach Montage auf eine Unterlage 310, z.B. mit mindestens einer Schraube pro starrem Leiterplattenabschnitt 350, kann zusätzlich auch noch ein weiteres Medium 430 in den Innenraum der Anordnung gebracht werden, ebenfalls zur Wärmeleitung an die Unterlage 310 oder zur Erhöhung der mechanischen Stabilität. Das System mit der Semiflex-Faltbox zeichnet sich zudem dadurch aus, dass ein Großteil der Fläche der Leiterplatte 100 auf kurzem Weg an eine Schale angebunden werden kann, was eine großflächige, thermisch niederimpedante Wärmeleitung an die Unterlage 310 ermöglicht.
Die in 13 gezeigte Leiterplatte 100 umfasst fünf starre Leiterplattenabschnitte 350 und vier flexible Leiterplattenabschnitte 360. Zwei starre Leiterplattenabschnitte 350-Y und 350-Z sind jeweils mit einem flexiblen Leiterplattenabschnitt 360-Y verbunden, wobei Y = 1, 2, 3, 4 und Z = Y + 1 ist. Auf die starren Leiterplattenabschnitte 350 ist jeweils ein elektronisches Bauteil 290 montiert.
Die Unterlage 310 weist fünf Seitenflächen 380 auf. Die Seitenflächen 380-2 und 380-4 stehen im 90°-Winkel auf der Seitenfläche 380-3 und bilden mit dieser eine quader- bzw. schalenförmige Vertiefung 450 in der Unterlage 310. An die der Seitenfläche 380-3 entgegengesetzten Kanten der Seitenflächen 380-2 und 380-4 anschließend, erstrecken sich jeweils die Seitenflächen 380-1 und 380-5 von der Vertiefung 450 weg, und stehen dabei im 90°-Winkel auf den Seitenflächen 380-2 und 380-4. Ein starrer Leiterplattenabschnitt 350-X ist jeweils parallel zu einer Seitenfläche 380-X angeordnet, wobei X = 1, 2, 3, 4, 5 ist. Dazwischen befindet sich ein Medium 300, welches mit den starren Leiterplattenabschnitten 350 und den Seitenflächen 380 in Kontakt steht und somit eine Kopplung (z.B. zur Wärmeleitung) zwischen den starren Leiterplattenabschnitten 350 und den Seitenflächen 380 herstellt. Die flexiblen Leiterplattenabschnitte 360-1 und 360-4 weisen eine zu der Unterlage 370 hinweisende konkave Biegung auf, und die flexiblen Leiterplattenabschnitte 360-2 und 360-3 dagegen eine zu der Unterlage 370 hinweisende konvexe Biegung. Anders ausgedrückt befinden sich z.B. die Fräsungen zum Herstellen der flexiblen Leiterplattenabschnitte 360-1 und 360-4 auf derselben Fläche der Leiterplatte 100, und die Fräsungen zum Herstellen der flexiblen Leiterplattenabschnitte 360-2 und 360-3 auf einer gegenüberliegenden Fläche der Leiterplatte 100. Die starren Leiterplattenabschnitte 350-1 und 350-5 sind mit je zwei Schrauben 390 an dem Medium 300 fixiert. Die starren Leiterplattenabschnitte 350-2 und 350-4 sind mit je einer das Medium 300 durchdringenden Schraube 390, der starre Leiterplattenabschnitt 350-3 mit zwei das Medium 300 durchdringenden Schrauben 390 an der Unterlage 310 fixiert. Die starren Leiterplattenabschnitte 350-2, 350-3, 350-4 schließen teilweise einen Hohlraum mit rechteckigem Querschnitt ein, in den ein quaderförmiges weiteres Medium 430 derart eingebracht ist, dass es die elektronischen Bauteile 290 auf den starren Leiterplattenabschnitten 350-2, 350-3, 350-4 berührt. Hierdurch können diese beispielsweise vor Überhitzung oder Vibrationen geschützt werden. Die Vertiefung 450 in der Unterlage 310 kann durch die mittels Biegung zustande kommende Geometrie der Leiterplatte 100 effektiv als Bauraum verwendet werden. Anders ausgedrückt bildet die Leiterplatte 100 eine Faltbox, die in die Vertiefung 450 eingebracht ist.
14 zeigt eine Leiterplatte 100 mit einem Aufbau entsprechend der in 12 gezeigten Leiterplatte. Die starren Leiterplattenabschnitte 350-Y und 350-Z sind um 180° zueinander geneigt, wobei Y = 1, 2, 3 und Z = Y + 1 ist. Dabei weist der flexible Leiterplattenabschnitt 360-2 eine zu einer Unterlage 310 weisende konvexe Biegung, und die flexiblen Leiterplattenabschnitte 360-1 und 360-3 eine zu einer Unterlage 310 weisende konkave Biegung auf. Anders ausgedrückt wird ein im Querschnitt mäanderförmiger Verlauf der Leiterplatte 100 geschaffen.
Die Unterlage 310 weist eine frei endende Platte 460-1 mit zwei gegenüber gelegenen Seitenflächen 380-1, 380-2, und eine frei endende Platte 460-2 mit zwei gegenüber gelegenen Seitenflächen 380-3, 380-4 auf. Die Seitenfläche 380-X wird jeweils nahezu vollständig von einem Medium 300-X bedeckt. Das Medium 300-X liegt dabei zwischen der Seitenfläche 380-X und dem starren Leiterplattenabschnitt 350-X, wobei X = 1, 2, 3, 4 ist.
Auf beiden Flächen der starren Leiterplattenabschnitte 350 ist jeweils ein elektronisches Bauteil 290 angebracht. Es ist also pro starrem Leiterplattenabschnitt 350 ein der Platte 460 abgewandtes elektronisches Bauteil 290 und ein der Platte 460 zugewandtes elektronisches Bauteil 290 vorhanden, wobei das letztere von dem Medium 300 teilweise umschlossen ist. Temperatureinflüsse und Schwingungen können dadurch vermindert werden.
Eine Schraube 390-1 durchdringt den starren Leiterplattenabschnitt 350-1, das Medium 300-1, die Platte 460-1, das Medium 300-2 und den starren Leiterplattenabschnitt 350-2 in dieser oder umgekehrter Reihenfolge. Eine Schraube 390-2 durchdringt den starren Leiterplattenabschnitt 350-3, das Medium 300-3, die Platte 460-2, das Medium 300-4 und den starren Leiterplattenabschnitt 350-4, ebenfalls in dieser oder umgekehrter Reihenfolge. Eine Mutter 470-1, 470-2 kann zum Fixieren der jeweiligen Komponenten an der Schraube 390-1, 390-2 angebracht sein.
Die auf die Unterlage 310 montierte Leiterplatte 100 kann eine erhebliche Menge an Bauraum einsparen. 14 zeigt ferner ein Gehäuse 370, welches derart auf die Unterlage 310 montiert ist, dass die Leiterplatte 100 vollständig von der Unterlage 310 und dem Gehäuse 370 umschlossen ist. Das Gehäuse 370 kann also auch eine Abdeckung oder ein Deckel sein. Der Deckel 370 weist eine frei endende Platte 460-3 auf, welche im montierten Zustand des Deckels 370 auf der Unterlage 310 zwischen den beiden auf der Unterlage angeordneten Platten 460-1 und 460-2 angeordnet ist. Zwischen dem Gehäuse 370 und den dem Gehäuse 370 zugewandten elektronischen Bauelementen 290 auf der Leiterplatte 100 sowie zwischen der Platte 460-3 und den der Platte 460-3 zugewandten elektronischen Bauelementen 290 ist eine Kühlanbindung 465, insbesondere eine Wärmeleitpaste eingebracht. Durch das Biegen der flexiblen Leiterplattenabschnitte 360 kann die Leiterplatte 100 auf ein Einbaumaß gebracht werden, welches eine Montage in dem von dem Gehäuse 370 und der Unterlage 310 umschlossenen Hohlraum ermöglicht.
Die in 1 bis 14 gezeigten Ausführungsbeispiele können eine Ausnutzung vorhandenen Bauraums erheblich verbessern, und zusätzlich die elektromagnetische Verträglichkeit durch Abschirmung erhöhen. Dies kann bei Anwendungen von Nutzen sein, bei denen für eine große Menge an elektronischen Komponenten nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, wie beispielsweise einem Fahrzeug. Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Fahrzeug mit einer Leiterplatte 100.
15 stellt ein Flussdiagramm zu einem Verfahren 500 zum Bereitstellen der Leiterplatte mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt dar, wobei der erste und der zweite starre Leiterplattenabschnitt mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts verbunden sind bzw. werden. Das Verfahren 500 umfasst ein Bereitstellen 510 einer zunächst starren Leiterplatte, die einen Schichtstapel aus einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leiterschichtern und elektrisch isolierenden Isolationsschichten umfasst. Außerdem umfasst das Verfahren 500 ein Entfernen 520 einer oder mehrerer Schichten aus dem Schichtstapel in einem Bereich zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich des Schichtstapels. Dadurch wird in dem Bereich ein Teilstapel mit einer ersten Leiterschicht, einer zweiten Leiterschicht und einer zwischen der ersten und zweiten Leiterschicht angeordneten Isolationsschicht geschaffen. Der Teilstapel bildet dann in dem Bereich den flexiblen Leiterplattenabschnitt. Der erste starre Leiterplattenabschnitt wird dann von dem ersten Bereich und der zweite starre Leiterplattenabschnitt von dem zweiten Bereich des Schichtstapels gebildet.
Das Verfahren 500 umfasst ferner einen optionalen Schritt des Veränderns 530 einer Lage des ersten starren Leiterplattenabschnitts relativ zu dem zweiten starren Leiterplattenabschnitt durch Verbiegen des flexiblen Leiterplattenabschnitts. Hiermit wird eine variable geometrische Form der Leiterplatte an eine vorgegebene geometrische Form eines Leitplattenträgers angepasst. Der Leiterplattenträger kann hierbei eine Unterlage, ein Gehäuse oder ein Oberflächenabschnitt bzw. eine Seitenfläche derselben sein.
Durch die in Ausführungsbeispielen beschriebene Semiflex-Leiterplatte kann erreicht werden, dass Schaltungsträger auf mehreren Ebenen mit einem Schaltungsträger realisiert werden können, und aufwändige Verbindungstechnik eingespart werden kann. Durch mehrlagig ausgeführte Verbindungselemente an den Biegestellen wird eine stoffschlüssige, EMV-robuste, temperaturfeste Verbindung hergestellt, und es kann vermieden werden, dass Fremdkörper ins System gebracht werden. Zudem ist ein Hinzufügen externer Elemente zu dem System nicht erforderlich. Es können lediglich bereits vorhandene, thermisch, sowie elektrisch niederimpedante Verbindungen in der Leiterplatte konsequent ausgenutzt werden, was einen Systemaufbau ermöglichen kann, der sich gegenüber konventionellen Lösungen durch seine bessere EMV und Wärmeleiteigenschaften unterscheidet. Dabei können die Schaltungsträger in der Herstellung, Bestückung und Montage in den bestehenden Standard-Workflow integriert werden und damit günstig realisierbar sein. Semiflex-Leiterplatten können sich jedem bestehenden Bauraum anpassen und diesen im Vergleich zu konventionellen Leiterplatten besser ausnutzen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Bezugszeichenliste

100: Leiterplatte
110: erster starrer Leiterplattenabschnitt
120: zweiter starrer Leiterplattenabschnitt
130: flexibler Leiterplattenabschnitt
140: Schichtstapel
150: elektrisch leitfähige Leiterschichten
160: elektrisch isolierende Isolationsschichten
170: Teilstapel
180: erste Leiterschicht
190: zweite Leiterschicht
200: Isolationsschicht
210: weiterer flexibler Leiterplattenabschnitt
220: dritter starrer Leiterplattenabschnitt
230: weiterer Teilstapel
240: dritte Leiterschicht
250: vierte Leiterschicht
260: weitere Isolationsschicht
270: Aussparung
280: weitere Aussparung
285: Lötstopplack
290: elektronisches Bauteil
300: Medium
300-1: Medium
300-2: Medium
300-3: Medium
300-4: Medium
310: Unterlage
320: erster Oberflächenabschnitt
330: zweiter Oberflächenabschnitt
340: dritter Oberflächenabschnitt
350: starrer Leiterplattenabschnitt
350-1: starrer Leiterplattenabschnitt
350-2: starrer Leiterplattenabschnitt
350-3: starrer Leiterplattenabschnitt
350-4: starrer Leiterplattenabschnitt
350-5: starrer Leiterplattenabschnitt
350-6: starrer Leiterplattenabschnitt
360: flexibler Leiterplattenabschnitt
360-1: flexibler Leiterplattenabschnitt
360-2: flexibler Leiterplattenabschnitt
360-3: flexibler Leiterplattenabschnitt
360-4: flexibler Leiterplattenabschnitt
360-5: flexibler Leiterplattenabschnitt
370: Gehäuse
380: Seitenfläche
380-1: Seitenfläche
380-2: Seitenfläche
380-3: Seitenfläche
380-4: Seitenfläche
390: Schraube
390-1: Schraube
390-2: Schraube
400: Abstandsbolzen
410: Deckel
420: weitere Schraube
430: weiteres Medium
440: elektrisch leitfähiges Verbindungselement
450: Vertiefung
460: Platte
460-1: Platte
460-2: Platte
460-3: Platte
465: Kühlanbindung
470: Mutter
470-1: Mutter
470-2: Mutter
500: Verfahren
510: Bereitstellen
520: Entfernen
530: Verändern

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005012404 B4 [0005]
WO 2009/013694 A2 [0006]

Claims

Leiterplatte (100) mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt (110, 350) und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt (120, 350), wobei der erste (110, 350) und der zweite starre Leiterplattenabschnitt (120, 350) mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts (130, 360) verbunden sind, wobei die Leiterplatte (100) einen Schichtstapel (140) aus einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leiterschichten (150) und elektrisch isolierenden Isolationsschichten (160) aufweist, wobei der Schichtstapel (140) einen Teilstapel (170) mit einer ersten Leiterschicht (180), einer zweiten Leiterschicht (190) und einer zwischen der ersten (180) und zweiten Leiterschicht (190) angeordneten Isolationsschicht (200) umfasst, wobei eine Anzahl von Schichten des Teilstapels (170) geringer ist als die Mehrzahl von Schichten des Schichtstapels (140), wobei der flexible Leiterplattenabschnitt (130, 360) von dem Teilstapel (170) gebildet wird, und wobei der erste (110, 350) und zweite starre Leiterplattenabschnitt (120, 350) jeweils von dem Schichtstapel (140) gebildet werden.
Leiterplatte (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste (180) und zweite Leiterschicht (190) einer untersten und einer zweituntersten oder einer obersten und einer zweitobersten Leiterschicht des Schichtstapels (140) entsprechen.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste (110, 350) und der zweite starre Leiterplattenabschnitt (120, 350) vermittels des flexiblen Leiterplattenabschnitts (130, 360) in einem veränderbaren Winkel von mindestens 0° und höchstens 180° zueinander ausrichtbar sind.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem flexiblen Leiterplattenabschnitt (130, 360) die erste Leiterschicht (180) eine zu der zweiten Leiterschicht (190) stromsymmetrische Leitungsanordnung aufweist, sodass sich von der Leitungsanordnung der ersten (180) und zweiten Leiterschicht (190) erzeugte magnetische Felder im Wesentlichen aufheben.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein eine erste und eine demgegenüber gleichlange oder kürzere zweite Seite umfassendes elektronisches Bauteil an den flexiblen Leiterplattenabschnitt (130, 360) derart befestigt ist, dass eine Normale der ersten Seite zu dem ersten (110, 350) oder zweiten starren Leiterplattenabschnitt (120, 350) weist.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Leiterplatte (100) einen weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitt (210, 360) und einen dritten starren Leiterplattenabschnitt (220, 350) umfasst, wobei der zweite (120, 350) und der dritte starre Leiterplattenabschnitt (220, 350) mittels des weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitts (210, 360) verbunden sind, wobei der Schichtstapel (140) einen weiteren Teilstapel (230) mit einer dritten Leiterschicht (240), einer vierten Leiterschicht (250) und einer zwischen der dritten (240) und vierten Leiterschicht (250) angeordneten weiteren Isolationsschicht (260) umfasst, wobei eine Anzahl von Schichten des weiteren Teilstapels (230) geringer ist als die Mehrzahl von Schichten des Schichtstapels (140), wobei der weitere flexible Leiterplattenabschnitt (210, 360) von dem weiteren Teilstapel (230) gebildet wird, und wobei der dritte starre Leiterplattenabschnitt (220, 350) von dem Schichtstapel (140) gebildet wird.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die dritte (240) und die vierte Leiterschicht (250) nichtidentisch mit ersten (180) und der zweiten Leiterschicht (190) sind.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste (110, 350) und der dritte starre Leiterplattenabschnitt (220, 350) mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements (440) elektrisch miteinander gekoppelt sind.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der zweite (120, 350) und der dritte starre Leiterplattenabschnitt (220, 350) vermittels des weiteren flexiblen Leiterplattenabschnitts (210, 360) in einem weiteren veränderbaren Winkel von mindestens 0° und höchstens 180° zueinander ausrichtbar sind.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Leiterplatte (100) eine Mehrzahl von wenigstens vier starren Leiterplattenabschnitten (350) und eine Mehrzahl von wenigstens drei flexiblen Leiterplattenabschnitten (360) aufweist, sodass zwei benachbarte starre Leiterplattenabschnitte (350) durch einen flexiblen Leiterplattenabschnitt (360) miteinander verbunden sind, wobei die Mehrzahl der starren Leiterplattenabschnitte (350) polyederförmig angeordnet sind.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Leiterplatte (100) derart in ein Gehäuse (370) montiert ist, dass jeweils eine Seitenfläche (380) des Gehäuses (370) zu einem starren Leiterplattenabschnitt (350) parallel verläuft und/oder in Kontakt steht.
Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Medium (300, 430) derart an die Leiterplatte (100) anordenbar ist, dass wenigstens der erste starre Leiterplattenabschnitt (110, 350) mit dem Medium (300, 430) einen unmittelbaren Kontakt bildet, wobei das Medium (300, 430) wärmeleitfähig und/oder schwingungsdämpfend ist.
Fahrzeug mit einer Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verfahren (500) zum Bereitstellen der Leiterplatte (100) mit einem ersten starren Leiterplattenabschnitt (110, 350) und einem zweiten starren Leiterplattenabschnitt (120, 350), wobei der erste (110, 350) und der zweite starre Leiterplattenabschnitt (120, 350) mittels eines flexiblen Leiterplattenabschnitts (130, 360) verbunden sind, mit folgenden Schritten: Bereitstellen (510) einer starren Leiterplatte (100) umfassend einen Schichtstapel (140) aus einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leiterschichtern (150) und elektrisch isolierenden Isolationsschichten (160); Entfernen (520), in einem Bereich zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich des Schichtstapels (140), einer oder mehrerer Schichten aus dem Schichtstapel (140), um in dem Bereich einen Teilstapel (170) mit einer ersten Leiterschicht (180), einer zweiten Leiterschicht (190) und einer zwischen der ersten (180) und zweiten Leiterschicht (190) angeordneten Isolationsschicht (200) zu erhalten, sodass der Teilstapel (170) in dem Bereich den flexiblen Leiterplattenabschnitt (130, 360) bildet, und der erste starre Leiterplattenabschnitt (110, 350) von dem ersten Bereich und der zweite starre Leiterplattenabschnitt (120, 350) von dem zweiten Bereich des Schichtstapels (140) gebildet werden.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 14, ferner umfassend: Verändern (530) einer Lage des ersten starren Leiterplattenabschnitts (110, 350) relativ zu dem zweiten starren Leiterplattenabschnitt (120, 350) durch Verbiegen des flexiblen Leiterplattenabschnitts (130, 360), um eine variable geometrische Form der Leiterplatte (100) an eine vorgegebene geometrische Form eines Leitplattenträgers anzupassen.