DE102015005931B4

DE102015005931B4 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102015005931B4
Application number: DE102015005931.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Gress; Jürgen Heinz
Original assignee: Oechsler AG
Current assignee: Oechsler AG
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: DE102015005931A1

Abstract

Schaltungsanordnung (13) mit auf einen Schaltungsträger (11) aufgebrachten Leiterbahnen aus Leitkleber-Strängen (12, 12') vorgebbaren Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Leitkleber-Strang (12) mit einer Folge abgestufter Leitwerte als Widerständen (Ri) in Serienschaltung (14) vorgesehen ist und etwa parallel zum Leitkleber-Strang (12`) dieser Widerstände (Ri) ein durchgehend niederohmiger zweiter Leitkleber-Strang (12`) als Rückleiter (18') verläuft, wobei zwischen den beiden Leitkleber-Strängen (12, 12') elektromechanische und elektronische Bauelemente oder Schaltkreise als Schaltungs-Komponenten (19) angeschlossen sind, dass beide Leitkleber-Stränge (12, 12`) mittels Leitklebers (26) mit federbelasteten Kontakten (22) bestückt sind und dass beide Leitkleber-Stränge (12, 12') je einpolig auf Massepotential gelegt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Für eine auch auf eine feste Platine mit unebener Oberfläche aufdruckbare, ausreichend leitfähige Verdrahtung wird in der DE 41 33 835 A1 vorgeschlagen, Kohlefasern in Form von Whisker-Kristallen etwa eines hochschmelzenden Metallpulvers, die mit einem leitfähigen Metall-Laminat durch elektrolytisches oder Vakuum-Plattieren plattiert sind, gleichmäßig mit einem leitfähigen Klebstoff, der einen leitfähigen Füllstoff, ein Bindemittel wie Kunstharz, ein Lösungsmittel und ein Additiv enthält, zu vermischen. Ein entsprechendes Leitungselement wird dann in eine Nut in der Oberfläche der Platine verlegt, vorzugsweise mit abschließendem Aufbringen einer dünnen flexiblen Kunstharzschicht etwa durch Eintauchen, Aufsprühen oder Schmelzschweißen. Solch ein Leitungselement wird anstelle von gewöhnlichen Leitungen als Widerstand oder als Heizelement durch Einstellen des Widerstands gemäß den elektrischen Erfordernissen verwendet. Der technologische Aufwand zum Erstellen eines Leitungselement-Stranges ist allerdings derart beträchtlich, dass sich damit einfache Schaltungen nicht preisgünstig realisieren lassen.
Aus der DE 37 41 918 A1 ist es bekannt, einen isolierenden Grundkörper dreidimensional mit unterschiedlich leitend dotierten Klebstoffen derart zu beschichten, dass aus aufeinanderfolgend ausgehärteten Schichten neben- und übereinander verschiedene leitende und isolierende Bereiche gebildet werden, welche in horizontaler und in vertikaler Orientierung direkt die gewünschten, miteinander in Verbindung stehenden, elektronischen Bauteile bilden, um Schaltungsfunktionen ohne den Einsatz konventioneller, diskreter Bauelemente zu realisieren. Es wird deshalb nicht mehr für etwa ohmsche und kapazitive Schaltungsfunktionen auf herkömmliche Leiter und isolierende Luftabstände zurückgegriffen. Allerdings können handelsübliche Bauteile in die Schichten eingebettet werden. Die unterste der Klebstoff-Schichten wird auf Kotaktmaterial aufgebracht, mit dem Sacklöcher im Grundkörper gefüllt sind. Bei Einsatz integrierter Halbleiterschaltkreise sollen auf deren, dann als Grundkörper fungierenden, Gehäusen die dreidimensional strukturierten Beschichtungen aufgebracht werden. Selbst einfach konfigurierte Schaltungen lassen sich auf diese Weise nicht schnell, zuverlässig und preisgünstig erstellen.
Aus der DE1 97 55 155 B4 ist ein Modul-Gehäuse bekannt, auf dessen Boden-Innenseite konventionelle Bauelemente so montiert sind, dass ihre Anschlüsse oberhalb der Bauelemente in einer Ebene liegen; während die Deckel-Innenseite mit Leiterbahnen bestückt ist, die beim Verschließen des Gehäuses auf die Anschlüsse der Bauelemente zu liegen kommen sollen, um diese dadurch miteinander zu verschalten. Das aber erbringt eine im Langzeitverhalten, insbesondere in vibrierender Umgebung wie bei Betrieb an Bord eines Fahrzeuges, nur unsichere Kontaktierung. Bei den Leiterbahnen handelt es sich um dünne, bei einheitlichem Querschnitt bis 100 Mikrometer stark im Siebdruck aufgebrachte Stränge aus Leitkleber nicht näher offenbarter Konsistenz unter einer zusätzlich aufzubringenden Schutzbeschichtung, die nach dem Schließen des Gehäuses thermisch ausgehärtet wird.
Um den Leitwert derartiger Leiterbahnen zu erhöhen, ist es aus der DE 1 02 16 526 A1 bekannt, einen dünnen Draht in die extrudierte Leiterbahn einzubetten, was aber erheblichen fertigungstechnischen Aufwandes bedarf.
Nach der DE 20 2012 012 625 U1 wächst die Breite eines, längs einer großflächig stromdurchflossenen Beschichtung auf deren Trägermaterial kaschierten, Sammelleiters über seiner Längserstreckung linear an, um über diese gesamte Länge möglichst überall eine etwa gleiche Stromdichte zu erzielen.
Vorliegender Erfindung liegt dagegen die technische Problemstellung zugrunde, vielseitigere Anwendungen für den funktionssicheren und technologisch unkritischen Einsatz von Leitkleber-Leiterbahnen zu eröffnen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Danach ist vorgesehen, im Zuge eines Leitkleber-Leiterstranges, insbesondere durch Querschnitts-, durch Längen- und / oder durch Materialvariationen, nacheinander abgestuft jeweils konstante Leitwerte aufeinander folgen zu lassen. Die wirken als Serien-, also Reihenschaltung unterschiedlicher ohmscher Widerstände und deshalb bei Bestromung als Spannungsteiler, etwa für eine Versorgung von bei unterschiedlichen Potentialabgriffen angeschlossenen elektrischen Bauelementen und elektronischen Schaltkreisen. Vorzugsweise wird die Reihenschaltung aus einer, im Verhältnis zu ihr, hochohmigen Spannungsquelle und dadurch praktisch im Kurzschlussbetrieb, also mit Konstantstrom gespeist, weil dann hochohmig am Spannungsteiler abgegriffene Teilspannungen nicht nur im festen Verhältnis zueinander stehen, sondern auch praktisch lastunabhängig, konstant sind. Die Bauelemente und Schaltkreise, nachstehend allgemein als die Komponenten der Schaltungsanordnung bezeichnet, können mit ihren zweiten, den so genannten kalten Polaritätsanschlüssen an einen, vorzugsweise relativ dicht benachbart parallel verlaufenden, gedruckten Leitkleber-Strang, mit vorzugsweise über seinem Verlauf konstant niedrigem spezifischem Widerstand, auf Massepotential gelegt sein; oder sie werden mit dem Spannungsabfall längs eines der als Widerstände in Serie geschalteten Strang-Abschnitte versorgt, der sich bei der Konstantstrom-Einspeisung der Widerstands-Reihenschaltung aus dem Abgriff-Verhältnis ergibt. Die Komponenten können mit z.B. getrimmter Bedrahtung in Sackbohrungen im Schaltungsträger eingeführt werden, die mit dem Leitkleber des auf dem Schaltungsträger dort endenden oder darüber hinweg verlaufenden Leiterstranges gefüllt sind. Beziehungsweise die Komponenten werden in SMD-Bestückungstechnologie aufgebracht; allerdings hier ohne Löterfordernisse, nämlich unmittelbar auf die Leiterbahnen in Form der Leitkleber-Leiterstränge und hier durch Verkleben mechanisch und elektrisch angeschlossen. Die SMD-Komponenten können dazu in einem Zubringer vereinzelt und gegurtet sein; oder sie werden beim SMD-Bestücker auf ein programmiertes Maß von einer Rolle abgelängt und zur SMD-Bestückung bereitgestellt. Wegen der dem Leitkleber inhärenten Elastizität ergibt die Verklebung der Komponenten-Anschlüsse in jedem Fall eine auch unter Vibrationsbeanspruchung mechanisch und elektrisch langzeit-zuverlässige Kontaktierung der Komponenten der Schaltungsanordnung auf dem Schaltungsträger.
Stattdessen oder zusätzlich können solche als Leitkleber-Stränge realisierten Leiterbahnen mit abschnittweise unterschiedlichen spezifischen, insbesondere höheren, Widerständen auch als Heizleiter dimensioniert sein, deren regionale Heizleistung, bei konstantem Stromfluss durch diese Reihenschaltung, proportional dem regionalen Widerstand ist. Damit lässt sich bei auf den elektrisch nicht leitenden Schaltungsträger mäandrisch aufgebrachtem Leitkleber-Strang mit regional erhöhtem Widerstand in diesem Bereich die Heizleistung gezielt anheben, etwa um diesen Bereich einer Scheibe, eines Gewebes oder eines sonstigen Schaltungsträgers bevorzugt zu erwärmen.
Dabei müssen zur Variation des wirksamen spezifischen Widerstandes nicht unbedingt der Querschnitt oder die Länge des - über eine konisch zulaufende Hohlnadel auf den Schaltungsträger ausgebrachten - Leitkleber-Stranges variiert werden; stattdessen oder zusätzlich kann streckenweise ein hinsichtlich seiner, in einer Dosiervorrichtung beigestellten, Leitmaterial-Zusätze variierender Leitkleber-Strang ausgebracht werden.
Von dem Einspeisungs-Anschluss in die Serienschaltung, oder aus dieser heraus, sowie vom Rückstrang her können Leitkleber-Stränge abzweigen, die der Verschaltung zusätzlicher Funktionalitäten wie Signalverarbeitungsschaltungen oder Antennenschaltkreisen auf dem Schaltungsträger dienen, ohne hierzu noch gesonderte Schaltungsträger bestücken und in einen Modul einbauen zu müssen.
Zusätzliche Weiterbildungen und Alternativen zur erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung einer unmaßstäblich vergrößert auf das Funktionswesentliche abstrahierten Skizze eines bevorzugten Realisierungsbeispieles zur Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

1 nach Art eines Blockschaltbildes eine Spannungsteiler-Schaltung aus einer Serie von Leitkleber-Strängen material- und / oder geometriebedingt abgestuft unterschiedlicher Leitwerte, veranschaulicht durch unterschiedlich skizzierte Strang-Breiten,
2 den mäandrischen Verlauf eines Heizleiters mit regional unterschiedlichen Leitwerten seines Leitkleber-Stranges und
3 bevorzugte Kontaktierungsmöglichkeiten bei mit Federkontakten bestückten Anschlüssen auf dem Schaltungsträger.

Auf einem elektrisch nicht leitenden Schaltungsträger 11, etwa aus Kunststoff, Keramik, Glas oder textilem Gewebe, beliebiger auch unebener Topographie verläuft in beliebiger Geometrie (hier linear) die Leiterbahn eines Speiseleiters 18 in Form eines Leitkleber-Stranges 12 abschnittweise unterschiedlicher spezifischer elektrischer Leitwerte, veranschaulicht durch bereichsweise unterschiedliche, gegenüber den Abschnitten des Speiseleiters 18 schmalere Breiten des Stranges 12. Der Strang 12' des Rückleiters 18' weist hier keine derartigen Streckenabschnitte verringerten Leitwertes auf.
Das Material des Leitklebers besteht aus Klebmittel mit typisch um 30% anorganischen, elektrisch leitfähigen Füllstoffen wie Gold, Palladium oder Platin, bevorzugt aber Silber, so etwa aus silberhaltigem Epoxid oder Polyamid. Der Strang 12 muss nicht wie skizziert im Wesentlichen linear verlaufen, er kann gemäß Strang 12', geometrischen Vorgaben folgend, einen beliebig gewundenen Verlauf nehmen. Vorzugsweise werden die Stränge 12, 12' über eine aus einer Dosiervorrichtung gespeiste, konisch zulaufende Hohlnadel (nicht dargestellt) auf den Schaltungsträger 11 ausgebracht. Zum Reduzieren des spezifischen Widerstandes (als dem Kehrwert des elektrischen Leitwertes) wird der Strang 12 über die zugeordnete Strecke durch langsamere Relativbewegung zwischen Schaltungsträger 11 und Hohlnadel dicker verlegt oder mehrmals neben- oder übereinander gelegt; oder die Hohlnadel wird gegen eine mit größerer Öffnung ausgewechselt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Dosiervorrichtung vor der Hohlnadel vorübergehend mit Leitkleber-Material beschickt wird, in dem eine geänderte, hier erhöhte, Konzentration leitfähiger Füllstoffe, oder ein besser leitfähiges Material, enthalten ist.
Die in 1 skizzierte Schaltungsanordnung 13 auf dem Schaltungsträger 11 stellt eine Reihen- oder Serienschaltung 14 von Widerständen Ri (i = 1, 2, 3) dar. Diese Serienschaltung 14 ist einpolig auf Masse 15 gelegt. An den ihr schaltungstechnisch gegenüber gelegenen Einspeisungs-Anschluss 16 ist eine Leistungsquelle 17 geführt. Von der wird die Serienschaltung 14 mit einem Konstantstrom I gespeist, wenn der Wert der Summe deren Widerstände ΣRi klein ist im Verhältnis zum Innenwiderstand der Leistungsquelle 17, so dass diese praktisch im Kurzschluss betrieben wird. Der jeweilige Spannungsabfall Uj gegen Masse 15, hier U1 ... U3, ist dann längs der Serienschaltung 14 der jeweiligen Widerstands-Summe ΣRj proportional. Außerdem kann über dem jeweiligen Widerstand Ri (oder über einen Teil dessen beziehungsweise über mehrere Widerstände R-R) eine Spannung Ui, hier U4 über R2, abgegriffen werden.
Geometrisch grob parallel zur Serienschaltung 14 verläuft der durchgehend niederohmige Leitkleber-Strang 12' eines einpolig ebenfalls an Masse 15 angeschlossenen Rückleiters 18'. Zwischen diesem und den zwischen den Widerständen Ri gelegenen Abschnitten des Speiseleiters 18 können, möglichst leistungsarme, Komponenten 19, wie elektromechanische oder elektronische Bauelemente oder Schaltkreise, angeschlossen sein, die so mit unterschiedlich an der Serienschaltung 14 abgegriffenen Spannungen Uj gegen Masse 15 betreibbar sind. Da die Komponenten 19 über die Serienschaltung 14 sämtlich aus der Leistungsquelle 17 gespeist werden, kann in Serie zu ihr ein Codegeber 20 betrieben werden, der etwa durch rhythmisches Absenken des Stromes I oder durch Überlagerung von anderen Steuerungssignalen auf die Komponenten 19 einwirkt.
Bei der in 2 skizzierten Realisierung der Erfindung ist auf den Schaltungsträger 11 kein im Wesentlichen linearer, sondern ein mäandrischer Verlauf des eine Widerstands-Serienschaltung 14 bildenden Leitkleber-Stranges 12 ausgebracht. Der ist als Heizleiter mit zwei unterschiedlichen Widerstandswerten Ri (i = 1, 2) bei R1< R2 ausgelegt und weist benachbart zu zwei einander gegenüber gelegenen Längsseiten des Schaltungsträgers 11 je einen höheren (R1), im Mittenbereich dagegen niedrigere (R2) elektrischen Leitwerte auf. Da die Widerstandserwärmung unter konstantem Strom I zum elektrischen Widerstand R proportional ist, wird der Mittenbereich stärker erwärmt, als die beiden ihm benachbarten Randbereiche; was sich in der Heizwirkung durch wie skizziert dichtere Mäandrierung im Mittenbereich noch steigern lässt. Wenn es sich beim Schaltungsträger 11 etwa um ein Spiegelglas handelt, hat diese Serienschaltung 14 zur Folge, dass ein zunächst beschlagener oder gar vereister Spiegel in seinem Mittenbereich schneller aufklart und dadurch nutzbar wird, als in den beiderseits benachbarten Randbereichen.
Etwa die Leistungsquelle 17 ist, wie in 1 skizziert, vorzugsweise kein integraler Bestandteil der Schaltungsanordnung 13 auf dem Trägermaterial des Schaltungsträgers 11, sondern etwa im Innern eines mit dem Schaltungsträger 11 zu bestückenden Modulgehäuses gesondert angeordnet. Die Leistungsquelle 17 wird erst im Zuge des Bestückens des Modulgehäuses (nicht dargestellt) mit dem Schaltungsträger 11 zugeschaltet. Dafür können biegefeder-belastete Kontakte 22 auf die Leitkleber-Stränge 12 beziehungsweise 12' geklebt sein; oder besser noch, nämlich mangels Schälbeanspruchung des materialschlüssigen Verbindungsbereiches, wie ebenfalls in 3 skizziert schraubenfeder-belastete Kontakte 22. Bei letzteren handelt es sich bevorzugt um die handelsüblichen Pogo-Kontakte, die eine in einem Hohlzylinder geführte Schaubenfeder unter orthogonaler Abstützung gegen den Leitkleber-Strang 12 beziehungsweise 12' für den Andruck des eigentlichen Kontaktes 22 aufweisen.
Die Kontaktierung von beim Rand eines Schaltungsträgers 11 offen, also hier ohne Schutzbeschichtung (27) endenden Strängen 12, 12' kann vorteilhaft auch mittels von außerhalb des Schaltungsträgers 11 rand-übergreifender Biegefedern erfolgen, wie im Einzelnen in der heutigen Parallelanmeldung „Leiterbahnen-Kontaktstelle“ dargestellt und beschrieben; worauf hier zur Ergänzung vorliegender Erfindungsoffenbarung vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Entsprechend 1 oder 3 können Schaltungs-Komponenten 19 in SMD-Bestückung auf die Leitkleber-Stränge 12 - 12' aufgebracht werden; oder sie werden mit ihrer Bedrahtung 24 in Sacklöcher 25 im Schaltungsträger 11 eingesteckt, die von jene überbrückenden oder von dort endenden Strängen 12 / 12' mit Leitkleber 26 gefüllt sind.
In 3 ist berücksichtigt, dass es zweckmäßig ist, nach dem Bestücken des Schaltungsträgers 11 mit den Komponenten 19 der Schaltungsanordnung 13 in als solcher bekannter Weise wenigstens die Leitkleber-Stränge 12, 12' mit einer thermisch aushärtenden Schutzbeschichtung 27 abzudecken.
Eine Schaltungsanordnung 13, bei der ein Schaltungsträger 11 mit Leiterbahnen aus Leitkleber-Strängen 12, 12' bestückt ist, weist also erfindungsgemäß wenigstens einen Strang 12 als Speiseleiter 18 mit einer Folge von Abschnitten mit abgestuften Leitwerten als den Widerständen Ri einer Serienschaltung 14 nach Art eines Stufen-Potentiometers auf. Etwa parallel zum Strang 12 der Widerstände Ri kann ein Strang 12' als an Masse 15 führender Rückleiter 18' verlaufen. Dann können zwischen den Strängen 12 - 12' Schaltungs-Komponenten 19, nach Art einer SMD-Bestückung 23 oder durch Eingriff in ein mit Leitkleber 26 eines Stranges 12; 12' gefülltes Sackloch 25, angeschlossen werden. Zum elektrischen Kontaktieren der Schaltungsanordnung 13 auf dem Schaltungsträgers 11 mit Leitungszügen etwa auf anderen Schaltungsträgern können federbelastete Kontakte 22 auf die Stränge 12; 12' geklebt oder von außen aufgelegt sein. Die Widerstands-Serienschaltung 14 kann etwa zum Abgreifen von Teil-Spannungen Uj an Widerständen Ri gegen Masse 15 und / oder Ui über Widerstände Ri, bevorzugt bei Konstantstrom-Einspeisung I, ausgelegt sein, oder auch als Heizkreis mit regional unterschiedlicher elektrischer Widerstands-Heizleistung.
Bezugszeichenliste

U: (Abgriff-)Spannung; Uj gegen Masse 15, Ui über Widerständen R
R: (Serien-)Widerstand
I: (Konstant-)Strom
11: Schaltungsträger
12: (Leitkleber-)Strang; 12' (Leitkleber-)Rückstrang
13: Schaltungsanordnung
14: Serienschaltung
15: Masse
16: Einspeisungs-Anschluss
17: Leistungsquelle
18: Speiseleiter 18' Rückleiter
19: Komponenten
20: Codegeber
21: Rückleiter-Anschluss
22: Kontakte
23: SMD-Bestückung
24: Bedrahtung
25: Sackloch
26: Leitkleber
27: Schutzbeschichtung

Claims

Schaltungsanordnung (13) mit auf einen Schaltungsträger (11) aufgebrachten Leiterbahnen aus Leitkleber-Strängen (12, 12') vorgebbaren Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Leitkleber-Strang (12) mit einer Folge abgestufter Leitwerte als Widerständen (Ri) in Serienschaltung (14) vorgesehen ist und etwa parallel zum Leitkleber-Strang (12`) dieser Widerstände (Ri) ein durchgehend niederohmiger zweiter Leitkleber-Strang (12`) als Rückleiter (18') verläuft, wobei zwischen den beiden Leitkleber-Strängen (12, 12') elektromechanische und elektronische Bauelemente oder Schaltkreise als Schaltungs-Komponenten (19) angeschlossen sind, dass beide Leitkleber-Stränge (12, 12`) mittels Leitklebers (26) mit federbelasteten Kontakten (22) bestückt sind und dass beide Leitkleber-Stränge (12, 12') je einpolig auf Massepotential gelegt sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Leitkleber-Stränge (12, 12`) zu Reduzieren ihrer Widerstände abschnittweise dicker oder mehrmals neben- beziehungsweise übereinander auf dem Schaltungsträger (11) verlegt sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Leitkleber-Stränge (12, 12’) auf einen nicht-ebenen Schaltungsträger (11) aufgebracht sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Leitkleber-Stränge (12, 12') einen nicht-linearen Verlauf aufweisen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die beiden Leitkleber-Stränge (12, 12') mit einer Schutzbeschichtung (27) abgedeckt sind, aber am Rande des Schaltungsträger (11) offen endende Leitkleber-Stränge (12, 12`), zum Kontaktieren mittels von außerhalb des Schaltungsträgers (11) randübergreifender Biegefedern, vorgesehen sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten (19) unter Eingriff ihrer Bedrahtung (24) in, mit Leitkleber (26) von den beiden darüber hinweg verlaufenden Leitkleber-Strängen (12, 12`) gefüllte, Sacklöcher (25) im Schaltungsträger (11) an die Schaltungsordnung (12) angeschlossen sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten (19) nach Art einer SMD-Bestückung (23) aber durch Verkleben mechanisch und elektrisch an den beiden Leitkleber-Strängen (12, 12`) der Schaltungsordnung (13) angeschlossen sind.