DE102019114148A1 - Process for the production of a flat electronics arrangement, an electronics arrangement and an aircraft with a flat electronics arrangement - Google Patents
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Abstract
Zum Herstellen einer flächigen Elektronikanordnung (20) wird ein Trägerstreifen als Folie (10) bereitgestellt, dessen Längsrichtung L sich in einer ersten Richtung X erstreckt. Der Trägerstreifen (10) wird mit elektrischen Bauelementen (11) bestückt. Der Trägerstreifen (10) wird anschließend entlang von Faltlinien (12a, 12b) in Richtung F1 und in Richtung F2 gefaltet. Die Faltlinien (12a, 12b) sind in einem oder in mehreren Faltbereichen (13) des Trägerstreifens (10) so angeordnet, dass beim Falten mehrere Abschnitte (14a, 14b, 14c) des Trägerstreifens (10), die in dessen Längsrichtung L nacheinander angeordnet sind, in einer zweiten Richtung Y nebeneinander positioniert werden, die senkrecht zur ersten Richtung X verläuft. Es ergibt sich eine großflächige Elektronikanordnung, die zum Beispiel eine sehr flache und flexible Antennenanordnung bildet.To produce a flat electronic arrangement (20), a carrier strip is provided as a film (10), the longitudinal direction L of which extends in a first direction X. The carrier strip (10) is equipped with electrical components (11). The carrier strip (10) is then folded along fold lines (12a, 12b) in the direction F1 and in the direction F2. The fold lines (12a, 12b) are arranged in one or more fold areas (13) of the carrier strip (10) in such a way that when folding several sections (14a, 14b, 14c) of the carrier strip (10), which are arranged one after the other in its longitudinal direction L. are positioned next to one another in a second direction Y which is perpendicular to the first direction X. The result is a large-area electronics arrangement which, for example, forms a very flat and flexible antenna arrangement.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer flächigen Elektronikanordnung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Elektronikanordnung, die flächig ausgebildet ist, sowie ein Luftfahrzeug mit einer derartigen Elektronikanordnung.The invention relates to a method for producing a flat electronic arrangement. The invention also relates to an electronic arrangement which is flat, and an aircraft with such an electronic arrangement.
In verschiedenen Bereichen der Technik ist es erforderlich, dass eine Vielzahl von elektrischen und elektronischen Bauelementen in flacher Bauweise auf einer Trägerstruktur angeordnet ist. Die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente bilden dort eine oder mehrere elektronische Einheiten. Dabei ist es oftmals notwendig, die Trägerstruktur mit der elektronischen Einheit bzw. die gesamte Elektronikanordnung sehr großflächig zu gestalten.In various areas of technology, it is necessary for a large number of electrical and electronic components to be arranged in a flat design on a carrier structure. The electrical or electronic components there form one or more electronic units. It is often necessary to design the support structure with the electronic unit or the entire electronic arrangement over a very large area.
Die auf der Trägerstruktur befestigten elektrischen Bauelemente oder Komponenten können zum Beispiel Antennen, Antenneneinheiten, Chips mit elektronischen oder mikroelektronischen Schaltungen, Sensoren, elektrische Verbindungen, Leiterstrukturen, usw., sowie sonstige elektrische oder elektronische Bauelemente seinThe electrical components or components attached to the support structure can be, for example, antennas, antenna units, chips with electronic or microelectronic circuits, sensors, electrical connections, conductor structures, etc., as well as other electrical or electronic components
Bei der Herstellung flexibler Leiterplatten und gedruckter Schaltungen werden derartige elektronische Einheiten oftmals auf eine Folie gedruckt. Dabei wird zum Beispiel das R2R-Verfahren bzw. Roll-to-Roll-Verfahren angewendet. Bei dieser Technologie dient die Folie als ein Substrat für die elektrischen und elektronischen Komponenten, die auf der Folie oder in der Folie angeordnet werden, zum Beispiel durch Bedrucken der Folie und/oder Einbetten in die Folie. Auch kann eine elektrische Verbindung zwischen den Komponenten auf bzw. in der Folie enthalten sein, so dass z. B. keine Kabel erforderlich sind.In the manufacture of flexible circuit boards and printed circuits, such electronic units are often printed on a film. For example, the R2R process or roll-to-roll process is used. In this technology, the film serves as a substrate for the electrical and electronic components that are arranged on the film or in the film, for example by printing the film and / or embedding it in the film. An electrical connection between the components can also be contained on or in the film, so that, for. B. no cables are required.
Die Folie kann dabei sehr lang sein, wobei ihre Länge z. B. einige Meter bis hin zu einem Kilometer und mehr betragen kann. Dagegen ist die Breite der Folie sehr beschränkt, da bei der Herstellung der Folie nur eine geringe Folienbreite gehandhabt werden kann, die maximal ca. 30cm bis 60cm beträgt. Die Folie wird z. B. von einer Rolle abgerollt.The film can be very long, its length z. B. can be a few meters up to a kilometer and more. In contrast, the width of the film is very limited, since only a small film width can be handled during the production of the film, which is a maximum of approx. 30 cm to 60 cm. The film is z. B. unrolled from a roll.
Eine derartige Folie kann an einer Struktur angeordnet werden. Jedoch kann es für bestimmte Anwendungen erforderlich sein, dass die Breite der Folie größer sein muss als die Breite des Folienstreifens, der für die weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt wird. Zum Beispiel kann die maximale Breite der bereitgestellten Folie 30 cm betragen, während für eine bestimmte Anwendung eine Breite von 90 cm erforderlich ist.Such a film can be arranged on a structure. However, for certain applications it may be necessary for the width of the film to be greater than the width of the film strip that is made available for further processing. For example, the maximum width of the provided film can be 30 cm, while a width of 90 cm is required for a specific application.
Eine bekannte Lösung für dieses Problem sieht vor, dass eine lange Folie mit einer Anzahl von verschiedenen Segmenten hergestellt wird und die Folie anschließend in entsprechende Streifen geschnitten wird. Anschließend werden die einzelnen Folienstreifen nebeneinander Streifen-an-Streifen auf einer Struktur angeordnet, um eine größere Fläche mit einer größeren Breite zu erzielen.A known solution to this problem provides that a long film with a number of different segments is produced and the film is then cut into appropriate strips. The individual film strips are then arranged next to one another strip-by-strip on a structure in order to achieve a larger area with a larger width.
Die
Die
In vielen Fällen ist es erforderlich, elektrische Verbindungen zwischen den einzelnen Streifen bzw. Segmenten
Neben dem bekannten Roll-to-Roll- bzw. R2R-Verfahren ist eine weitere Technologie bekannt, bei der Folien auf der Basis eines Folienblatts verarbeitet werden. Derartige Folienblätter können eine Größe von beispielsweise ca. 40 cm x 40 cm aufweisen. Jedoch erfordern bestimmte Anwendungen einen längeren Folienstreifen. In diesem Fall wird das Folienblatt eingeschnitten und zu einem langen Streifen gefaltet.In addition to the known roll-to-roll or R2R process, another technology is known in which foils are processed on the basis of a foil sheet. Such film sheets can have a size of, for example, approximately 40 cm × 40 cm. However, certain applications require a longer strip of film. In this case, the sheet of film is cut and folded into a long strip.
Die
Die Druckschrift
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine flächige Elektronikanordnung zu schaffen, die in größeren Dimensionen gestaltet werden kann und elektrische Verbindungen zwischen ihren elektrischen und/oder elektronischen Komponenten erlaubt und auf einfache Weise sowie kostengünstig herstellbar ist.The invention has set itself the task of creating a flat electronic arrangement which can be designed in larger dimensions and allows electrical connections between its electrical and / or electronic components and can be produced in a simple and inexpensive manner.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer flächigen Elektronikanordnung, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Trägerstreifens, dessen Längsrichtung
L sich in einer ersten RichtungX erstreckt; - Bestücken des Trägerstreifens mit elektrischen Bauelementen; Falten des Trägerstreifens entlang von Faltlinien, die in einem oder in mehreren Faltbereichen des Trägerstreifens so angeordnet werden, dass beim Falten mehrere Abschnitte des Trägerstreifens in einer zweiten Richtung
Y nebeneinander angeordnet werden, die senkrecht zur ersten RichtungX verläuft.
- Providing a carrier strip, its longitudinal direction
L. in a first directionX extends; - Equipping the carrier strip with electrical components; Folding the carrier strip along fold lines which are arranged in one or more fold regions of the carrier strip in such a way that, when folding, a plurality of sections of the carrier strip in a second direction
Y are placed side by side, perpendicular to the first directionX runs.
Bevorzugt werden die Faltlinien in dem Trägerstreifen schräg zu dessen Längsrichtung
Vorteilhaft ist der Faltbereich zwischen zwei Abschnitten des Trägerstreifens angeordnet, um die beiden Abschnitte durch das Falten nebeneinander zu legen.The folding area is advantageously arranged between two sections of the carrier strip in order to place the two sections next to one another by folding.
Insbesondere können jeweils zwei Faltlinien im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen.In particular, two fold lines can each run essentially perpendicular to one another.
Beispielsweise grenzen jeweils zwei Faltlinien mit einem Ende aneinander.For example, two fold lines border each other with one end.
Vorteilhafterweise wird der Trägerstreifen durch ein erstes Falten in die Y-Richtung gefaltet. Bevorzugt wird der Trägerstreifen durch ein zweites Falten mit einem Versatz in der Y-Richtung wieder in die X-Richtung gefaltet. Beispielsweise findet in der X-Richtung eine Richtungsumkehr statt, so dass die auf beiden Seiten der Faltungen gelegenen Abschnitte des Trägerstreifens nebeneinander positioniert werden.The carrier strip is advantageously folded in the Y direction by a first folding. The carrier strip is preferably folded again in the X direction by a second folding with an offset in the Y direction. For example, a direction reversal takes place in the X direction, so that the sections of the carrier strip located on both sides of the folds are positioned next to one another.
Vorteilhaft hat der gefaltete Trägerstreifen in Richtung der Breite des ungefalteten Trägerstreifens eine größere Dimension als die Breite des Trägerstreifens.The folded carrier strip advantageously has a larger dimension in the direction of the width of the unfolded carrier strip than the width of the carrier strip.
Bevorzugt wird die Dimension des gefalteten Trägerstreifens in Richtung der Länge des ungefalteten Trägerstreifens durch die Wahl des Abstands zwischen zwei Faltbereichen bestimmt.The dimension of the folded carrier strip in the direction of the length of the unfolded carrier strip is preferably determined by the choice of the distance between two fold regions.
Insbesondere wird durch das Falten an einer Faltlinie der Faltbereich zusammengeklappt. Beispielsweise wird der gefaltete Trägerstreifen in dem Faltbereich mehrlagig.In particular, the folding area is collapsed by folding along a fold line. For example, the folded carrier strip becomes multilayered in the folded area.
Vorteilhafterweise wird in dem ungefalteten Trägerstreifen ein elektrisches Verbindungselement so angeordnet, dass es sich in der Längsrichtung
Dadurch ist das Verbindungselement im gefalteten Trägerstreifen an verschiedenen Stellen in der Y-Richtung elektrisch kontaktierbar.As a result, electrical contact can be made with the connecting element in the folded carrier strip at various points in the Y direction.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Elektronikanordnung geschaffen, die flächig ausgebildet ist, umfassend: einen länglich ausgebildeten, gefalteten Trägerstreifen mit elektrischen Bauelementen, wobei sich die Längsrichtung des Trägerstreifens in einer ersten Richtung
Vorteilhaft sind jeweils zwei nebeneinander liegende Abschnitte des Trägerstreifens durch einen Faltbereich verbunden, in dem mindestens zwei Lagen des Trägerstreifens übereinander liegen.Advantageously, two adjacent sections of the carrier strip are connected by a fold area in which at least two layers of the carrier strip lie one above the other.
Bevorzugt ist der Trägerstreifen in dem Faltbereich dünner ausgestaltet ist als ein oder mehrere daran angrenzende Bereiche.The carrier strip in the folding area is preferably designed to be thinner than one or more areas adjoining it.
Insbesondere sind jeweils zwei nebeneinander liegende Abschnitte des Trägerstreifens im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.In particular, two adjacent sections of the carrier strip are aligned essentially parallel to one another.
Beispielsweise sind jeweils zwei nebeneinander liegende Abschnitte des Trägerstreifens seitlich aneinandergrenzend angeordnet.For example, two adjacent sections of the carrier strip are arranged laterally adjacent to one another.
Je nach Erfordernis können auch zwei nebeneinander liegende Abschnitte des Trägerstreifens mit einem Abstand zueinander angeordnet sein.Depending on the requirement, two adjacent sections of the carrier strip can also be arranged at a distance from one another.
Auch können für bestimmte Anforderungen zwei nebeneinander liegende Abschnitte des Trägerstreifens seitlich überlappend angeordnet sein.For certain requirements, two sections of the carrier strip lying next to one another can also be arranged so as to overlap laterally.
Vorteilhaft ist ein elektrisches Verbindungselement vorgesehen, das in dem Trägerstreifen ausgebildet ist und sich in dessen Längsrichtung
Dabei kann das elektrische Verbindungselement in dem gefalteten Trägerstreifen an verschiedenen Stellen in der Y-Richtung elektrisch kontaktierbar ausgebildet sein.In this case, the electrical connecting element in the folded carrier strip can be designed to be electrically contactable at various points in the Y direction.
Bevorzugt ist der Trägerstreifen flexibel.The carrier strip is preferably flexible.
Insbesondere umfasst der Trägerstreifen eine Folie oder ist als eine Folie ausgebildet.In particular, the carrier strip comprises a film or is designed as a film.
Vorteilhaft umfasst der Trägerstreifen eine oder mehrere elektrische Bauelemente aus der Gruppe Antennen, Antennenelemente, elektronische Chips, elektrische Verbindungsleitungen, Metallisierungsschichten.The carrier strip advantageously comprises one or more electrical components from the group of antennas, antenna elements, electronic chips, electrical connecting lines, and metallization layers.
Beispielsweise kann der Trägerstreifen eine Länge zwischen 10 cm und 2000 Metern aufweisen.For example, the carrier strip can have a length between 10 cm and 2000 meters.
Insbesondere ist die Elektronikanordnung als eine Antenneneinheit ausgestaltet oder sie umfasst eine Antenneneinheit.In particular, the electronics arrangement is designed as an antenna unit or it comprises an antenna unit.
Vorzugsweise ist die Elektronikanordnung auf einem Hilfsträger positioniert.The electronic arrangement is preferably positioned on an auxiliary carrier.
Vorteilhaft ist die Elektronikanordnung zur Anbringung auf einer Struktur ausgestaltet, die insbesondere ein Teil eines Luftfahrzeugs und/oder dessen Außenhaut sein kann.The electronic arrangement is advantageously designed to be attached to a structure which can in particular be part of an aircraft and / or its outer skin.
Bevorzugt ist die Elektronikanordnung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.The electronic arrangement is preferably produced using a method according to the invention.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Luftfahrzeug geschaffen, das eine erfindungsgemäße Elektronikanordnung aufweist.According to a further aspect of the invention, an aircraft is created which has an electronic arrangement according to the invention.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 eine schematische skizzenhafte Darstellung einer Elektronikanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Ansicht von oben; -
2a und2b die Herstellung eines bekannten Folienelements gemäß dem Stand der Technik, wobei2a einen Folienstreifen und2b den geschnittenen Folienstreifen jeweils in einer Ansicht von oben schematisch als eine Skizze darstellen; -
3a ,3b und3c die Herstellung eines weiteren bekannten Folienelement gemäß dem Stand der Technik, jeweils in einer schematischen skizzenartigen Ansicht von oben, wobei3a ein Folienblatt als Ausgangsmaterial zeigt,3b das geschnittene Folienblatt zeigt, und3c einen Teilbereich des nach dem Schneiden gefalteten Folienblatts zeigt; und -
4 ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung bearbeiteten Trägerstreifens vor dem Falten in einer schematischen Skizze als Ansicht von oben.
-
1 a schematic sketchy representation of an electronic arrangement according to a preferred embodiment of the invention in a schematic view from above; -
2a and2 B the production of a known film element according to the prior art, wherein2a a foil strip and2 B show the cut film strip in each case in a view from above schematically as a sketch; -
3a ,3b and3c the production of a further known film element according to the prior art, each in a schematic sketch-like view from above, wherein3a shows a sheet of film as the starting material,3b shows the cut sheet of film, and3c shows a portion of the sheet of film folded after cutting; and -
4th an embodiment of a carrier strip processed according to the invention before folding in a schematic sketch as a view from above.
Die Elektronikanordnung
Durch das Falten des Trägerstreifens
Die Elektronikanordnung
An dem Trägerstreifen
In der Folie bzw. Elektronikanordnung
Zur besseren Darstellung sind in der Figur mögliche Abstände oder Ungenauigkeiten zwischen den Abschnitten
Je nach Anwendungsfall kann der Trägerstreifen
Die in der Figur schraffiert dargestellten Bereiche zeigen den Verlauf eines darunter liegenden Teilstücks des Trägerstreifens
Die Faltrichtungen
Die zweite Faltlinie
Jede Faltung
Die einzelnen Abschnitte
Die Faltlinien
Die Längsrichtung
Die aus dem gefalteten Trägerstreifen
Weiterhin kann auch die Dimension der Elektronikanordnung
In der als Folie ausgebildeten Leiterplatte bzw. Elektronikanordnung
Das heißt, das Verbindungselement
Das Verbindungselement
Die Folie bzw. Elektronikanordnung
Dabei kann die Ausrichtung der Elektronikanordnung
Die auf der Struktur angeordnete Elektronikanordnung kann auf einer Oberfläche befestigt werden.The electronic assembly arranged on the structure can be attached to a surface.
Die Struktur
Die Elektronikanordnung
Markierungen an der Folie bzw. Elektronikanordnung
Die elektrischen Elemente bzw. Bauelemente
Weiterhin sind als elektrische Bauelemente
Die Elektronikanordnung bzw. Folie
Je nach Ausführungsform beträgt die Die Dicke der Folie oder Elektronikanordnung
Durch das elektrische Verbindungselement
Die Elektronikanordnung
Nachfolgend wird anhand der
Zunächst wird ein Trägerstreifen
Die Bauelemente
Zwischen jeweils zwei Abschnitten
Das Verbindungselement
Wie aus
Um die Abschnitte
Um die in Längsrichtung
In anderen Ausgestaltungen ist es je nach der vorgesehenen Anwendung auch möglich, die Faltlinien
Das Zweifache Falten in den verschiedenen Faltbereichen
- Ausgehend von dem sich in einer Ebene in Längsrichtung
L erstreckenden Trägerstreifen 10 erfolgt zunächst das erste Falten ander Faltlinie 12a . Dabei wird der anden Abschnitt 14a angrenzende Faltbereich 13 einmal in RichtungF1 gefaltet, sodass seine Unterseite oben liegt und der restliche Trägerstreifen sich in die y-Richtung erstreckt. Anschließend erfolgt das zweite Falten in RichtungF2 ander Faltlinie 12b , wobei der sich andie Faltlinie 12b anschließende Faltbereich 13 wieder in die X-Richtung, d.h. in die LängsrichtungL des ursprünglichen Trägerstreifens10 erstreckt. Durch das Umklappen des Trägerstreifens10 anbeiden Faltabschnitten 12a ,12b ist die Oberseite des Trägerstreifens10 indem nächsten Abschnitt 12b wieder oben gelegen.
- Starting from which is in a plane in the longitudinal direction
L. extendingcarrier strip 10 the first folding is done on thefold line 12a . This is done by thesection 14a adjoiningfolding area 13 once towardsF1 folded so that its bottom is on top and the rest of the carrier strip extends in the y-direction. Then the second folding takes place in the directionF2 at thefold line 12b , being attached to thefold line 12b subsequent folding area 13 again in the X direction, ie in the longitudinal directionL. of theoriginal carrier strip 10 extends. By folding down thecarrier strip 10 on bothfolding sections 12a ,12b is the top of thecarrier strip 10 in thenext section 12b located upstairs again.
Beliebig viele weitere Faltungen
Gemäß der Erfindung wird eine lange Folie gefertigt bzw. bereitgestellt, die anschließend so gefaltet wird, dass eine größere Breite erreicht wird. Die Begrenzung der Breite von Trägerstreifen und insbesondere von Folien mit elektrischen Elementen, die zum Beispiel im Bereich von 30 bis 60 cm liegt, wird dadurch überwunden. Die Erfindung ermöglicht eine großflächige Struktur mit einer sehr großen Fläche, die mit einer großflächigen Folie bedeckt ist, wobei elektrische Verbindungen zwischen allen Bauelementen bzw. elektrischen und elektronischen Komponenten auf und/oder in der Folie ermöglicht werden.According to the invention, a long film is produced or provided, which is then folded in such a way that a greater width is achieved. The limitation of the width of carrier strips and in particular of foils with electrical elements, which is in the range from 30 to 60 cm, for example, is thereby overcome. The invention enables a large-area structure with a very large area that is covered with a large-area film, electrical connections being made possible between all structural elements or electrical and electronic components on and / or in the film.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere sehr große und dabei sehr dünne Antennenanordnungen, bei denen die verschiedenen Antennenelemente untereinander mit Hochfrequenzverbindungen und/oder Verbindungen mit hohen Datenraten verbunden sind. Wie oben beschrieben, kann die flache und flexible Elektronik- bzw Antennenanordnung
Die Herstellung flächiger Elektronikanordnungen und ihre Anbringung an Oberflächen von Strukturen, wie insbesondere auf der Außenhaut eines Flugzeugs, wird durch die Erfindung einfacher und kostengünstiger, da anschließend keine Verbindungen zwischen den elektrischen Elementen in verschiedenen Bereichen der Folie angebracht werden müssen und verschiedene Bereiche der Folie nicht mehr überbrückt werden müssen.The production of flat electronic arrangements and their attachment to surfaces of structures, such as in particular on the outer skin of an aircraft, is made easier and more cost-effective by the invention, since no connections between the electrical elements then have to be attached in different areas of the foil and different areas of the foil do not more need to be bridged.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- TrägerstreifenCarrier strip
- 10f10f
- gefalteter Trägerstreifenfolded carrier strip
- 1111
- elektrische Bauelementeelectrical components
- 12a, 12b12a, 12b
- FaltlinienFold lines
- 1313
- FaltbereichFolding area
- 14a, 14b, 14c14a, 14b, 14c
- Abschnitte des TrägerelementsSections of the carrier element
- 1515th
- Elektrisches VerbindungselementElectrical connector
- 2020th
- Elektronikanordnung Electronics arrangement
- 6060
- Foliefoil
- 60a, 60b, 60c60a, 60b, 60c
- FoliensegmenteFoil segments
- 6565
- Strukturstructure
- 7070
- Foliefoil
- 7171
- EinschnitteCuts
- 72a, 72b72a, 72b
- Streifenelemente Strip elements
- BB.
- Breite des FolienstreifensWidth of the foil strip
- F1 und F2F1 and F2
- FaltrichtungenFolding directions
- LL.
- Längsrichtung des FolienstreifensLongitudinal direction of the film strip
- VV
- VersatzOffset
- XX
- Richtung parallel zur LängsrichtungDirection parallel to the longitudinal direction
- YY
- Richtung senkrecht zur X-RichtungDirection perpendicular to the X direction
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- DE 102015113928 A1 [0015]DE 102015113928 A1 [0015]
- DE 102016209495 A1 [0016]DE 102016209495 A1 [0016]
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