DE102021124300B3

DE102021124300B3 - Elektronisches Bauelement aus pflanzlichem Material

Info

Publication number: DE102021124300B3
Application number: DE102021124300.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Kraft; Julian Reuter; Moritz Köhn; Felix Wurster
Original assignee: Ofs Beteiligungs Holding GmbH
Current assignee: Ofs Beteiligungs Holding GmbH
Priority date: 2021-09-20
Filing date: 2021-09-20
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2041-09-21
Also published as: WO2023041123A1; EP4406372A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronisches Bauelement (1) umfassend ein Trägersubstrat (2) für elektronische Bauteile, die auf einer ersten (3) und/oder zweiten Fläche (4) des Trägersubstrats (2) aufgebracht sind, eine zwischen der ersten Fläche (3) und der zweiten Fläche (4) des Trägersubstrats (2) ausgebildete elektrische Verbindung (5), wobei das Trägersubstrat (2) ein Rattanmaterial mit einer kapillaren Struktur ist und die kapillare Struktur (13) zwischen der ersten (3) und der zweiten Fläche (4) verläuft und als elektrische Verbindung zumindest abschnittsweise zwischen der ersten und der zweiten Fläche (3, 4) des Trägersubstrats (2) dient

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Bauelement aus pflanzlichem Material gemäß den Merkmalen des geltenden Patentanspruch 1.
Es ist bekannt, dass der Trend zur Verwendung von pflanzlichen Materialien in vielen technischen Gebieten zunimmt. Die Verwendung ist im Wesentlichen dadurch begründet, dass die Struktur des pflanzlichen Materials jeweils einzigartig ist und somit dem Gegenstand eine Einzigartigkeit für den Verwender verleiht. So werden pflanzliche Materialien z.B. als Dekor in Innenausstattungen von Fahrzeugen verwendet. Ebenso finden pflanzliche Materialien Verwendung in z.B. sichtbaren Bereichen von Schalttafeln von elektrischen Geräten.
Aus DD 2 05 692 A1 , DE 10 2016 109 467 A1 und DE 10 2019 003 555 A1 ist bekannt pflanzlichem Material eine leitfähige Eigenschaft zu verleihen, um so das Einsatzgebiet des pflanzlichen Materials zu erweitern. Bei dem bekannten pflanzlichen Material wird hierzu das pflanzliche Material mit einem leitfähigen Material überzogen.
US 2020 / 0 120 793 A1 offenbart ein mehrschichtiges ökologisches Material als Gehäuse für elektronische Schaltungen. Eine Leiterplatte mit einem Echtholzlagenverbundwerkstoff und ein Herstellungsverfahren dazu ist aus DE 10 2012 025 409 A1 bekannt. Aus US 2020 / 0 258 423 A1 ist eine Leiterplatte mit einem Substrat aus Holz bzw. Bambus bekannt. Ein Verfahren zum Beschichten eines nicht-leitfähigen Materials mit einer metallischen Schicht ist aus US 5 492 613 A bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein verbessertes elektronisches Bauelement aus pflanzlichem Material anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem elektronischen Bauelement des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße elektronische Bauelement umfasst ein Trägersubstrat für elektronische Bauteile, die auf einer ersten und/oder zweiten Fläche des Trägersubstrats aufgebracht sind und eine zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche des Trägersubstrats ausgebildete elektrische Verbindung. Gemäß der Erfindung ist das Trägersubstrat ein Rattanmaterial mit einer kapillaren Struktur, wobei die kapillare Struktur zwischen der ersten und der zweiten Fläche verläuft und die kapillare Struktur zumindest abschnittsweise als elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Fläche des Trägersubstrats dient.
In dem erfindungsgemäßen elektronischen Bauelement werden elektrische Signale durch die kapillare Struktur des Rattans von einer ersten Fläche des Trägersubstrats zu einer zweiten Fläche des Trägersubstrats transportiert. Die kapillare Struktur ist somit leitfähig ausgebildet. Das Trägersubstrat kann dabei derart ausgebildet sein, dass vorgegebene Bereiche eine leitfähige kapillare Struktur aufweisen und andere, z.B. benachbarte Bereiche eine nicht leitfähige kapillare Struktur aufweisen. Das Trägersubstrat kann somit in zwischen der ersten und zweiten Fläche leitfähige und nicht leitfähige Abschnitte unterteilt werden. Dadurch ist es möglich ein elektrisches Bauelement zu schaffen, welches abschnittsweise mit verschiedenen weiteren elektrischen Komponenten verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der ersten oder zweiten Fläche des Trägersubstrats ein kapazitiver und/oder induktiver Schalter angeordnet. Es ist dadurch möglich, ein berührungssensitives elektronisches Bauelement zu realisieren. Durch Berührung oder Annäherung an z.B. die erste Fläche des Trägersubstrats kann ein elektrisches Signal durch einen leitfähigen Abschnitt der kapillaren Struktur des Trägersubstrats an eine zweite Fläche geleitet werden, an welche ein berührungssensitiver Schalter angebracht ist. Dieser Schalter kann beispielsweise mit einem Steuergerät oder einem weiteren elektronischen Bauelement verbunden werden. Durch die elektrisch leitfähige kapillare Struktur wird das zu übertragende elektrische Signal verstärkt, wodurch es möglich ist, kleinere und kostengünstigere kapazitive oder induktive Schalter zu verwenden. Dadurch können bauraumoptimierte elektronische Bauelemente geschaffen werden, welche auf beliebig geformten Oberflächen angeordnet oder in beliebig geformten Oberflächen integriert werden können.
Damit ist es möglich, ein elektronisches Bauelement aus einem umweltfreundlichen und nachhaltigen Werkstoff herzustellen. Als kapillare Struktur werden im Weiteren in Längsrichtung des Rattanstammes verlaufende Röhrchen verstanden. Rattan zeichnet sich durch ein fehlendes sekundäres Dickenwachstum aus, im Gegensatz zu pflanzlichem Material mit ausgeprägtem Dickenwachstum, wie z.B. Holz. Dadurch entsteht bei Rattan eine weitestgehend parallel verlaufende Ausrichtung der kapillaren Struktur entlang der Wuchsrichtung der Pflanze. Dieser besondere Aufbau ermöglicht das Einbringen der leitfähigen Stoffe mit sehr wenig Energie und in sehr kurzer Zeit.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, dass auf einer Fläche des Trägersubstrats eine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht wird. An diese Schicht kann z.B. eine elektrische Verbindung zu einem Steuergerät oder eine weitere elektrische Komponente angeordnet werden.
In einer Ausbildungsform der Erfindung ist mindestens ein elektrischer Anschluss vorhanden. Dieser Anschluss ist mit der elektrisch leitfähigen Schicht und/oder mit der elektrischen Verbindung zwischen der ersten und zweiten Fläche des Trägersubstrats verbunden. Der elektrische Anschluss kann somit entweder direkt auf der elektrisch leitfähigen Schicht auf der ersten oder zweiten Fläche des Trägersubstrats aufgebracht sein oder der elektrische Anschluss kann in die kapillare Struktur eingebracht sein. Der elektrische Anschluss kann hierbei entweder gelötet, geschweißt oder mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers mit dem Trägersubstrat verbunden sein.
Dadurch ist es möglich, das elektronische Bauelement z.B. mit einer Stromquelle zu verbinden, um elektrische Bauteile, welche auf dem elektronischen Bauelement angeordnet sind mit Strom zu versorgen. Es ist aber auch möglich, mittels des elektrischen Anschlusses eine elektrische Signalverbindung von einem elektrischen Bauteil auf dem Trägersubstrat mit z.B. einem mit dem elektronischen Bauelement verbundenen Steuergerät herzustellen.
In einer weiteren Ausbildungsform ist die elektrische Verbindung zwischen der ersten und zweiten Fläche des Trägersubstrats durch einen in die kapillare Struktur des Trägersubstrats eingebrachten elektrisch leitfähiger Stoff gebildet. Der elektrisch leitfähige Stoff kann auf Kohlenstoff, z.B. geflocktes oder pulverförmiges Leitruß, Acetylenruß oder Kohlenstoffnanoröhren, auf einem Metall, z.B. mit Kupfer beschichtete Aluminium Flakes basieren. Der leitfähige Stoff kann ferner auf einem Polymer, z.B. PEDOT:PSS (Variante von Poly-3,4-ethylendioxythiophen) oder POF (polymer optische Faser) oder auf einem Oxid, z.B. Indiumzinnoxid basieren. Selbstverständlich kann der leitfähige Stoff auch auf einer Kombination daraus basieren.
Insbesondere kann der elektrisch leitfähige Stoff in die kapillare Struktur des Trägersubstrats gesprüht, gerieben, gespachtelt, gerollt, gestrichen, gezogen, gesaugt, gedrückt, gedampft, genebelt, gewalzt, geflutet oder gegast sein. Selbstverständlich sind auch andere Verfahren möglich, mit denen der elektrisch leitfähige Stoff in gelöster oder ungelöster Form in die kapillare Struktur eingebracht wird. Es ist aber auch möglich, dass der elektrisch leitfähige Stoff in Bereichen zwischen der kapillaren Struktur des Trägersubstrats eingebracht ist.
Das elektronische Bauelement kann eine dreidimensionale Form aufweisen. Dies wird z.B. dadurch realisiert, dass das Trägersubstrat in eine vorgegebene dreidimensionale Form gebracht ist. Anschließend kann das geformte Trägersubstrat in vorgegebenen Bereichen mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen werden. Das Trägersubstrat und somit das elektronische Bauteil kann somit derart hergestellt werden, dass es optimal in z.B. ein vorgegebenes Gehäuse eingepasst werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Trägersubstrat eine transparente oder quasitransparente Schicht oder Folie. Diese Schicht oder Folie kann hierbei das Trägersubstrat vollständig oder lediglich bereichsweise umschließen. Dadurch wird das Trägersubstrat sowie die elektrisch leitfähige Schicht und vorhandene elektrische Anschlüsse vor äußeren Umgebungseinflüssen geschützt.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Darstellung eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements,
2 eine weitere Darstellung eines erfindungsgemäßen elektronische Bauelements.

1 zeigt in einer ersten Darstellung eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements 1. Das elektronische Bauelement 1 weist ein Trägersubstrat 2 auf mit einer ersten Fläche 3 und einer zweiten Fläche 4. Das Trägersubstrat 2 ist aus Rattan gefertigt, welches eine kapillare Struktur 13 mit parallel verlaufenden Röhrchen 12 aufweist. Diese Röhrchen 12 verbinden hierbei die erste Fläche 3mit der zweiten Fläche 4 des Trägersubstrats 2.
Beispielhaft sind in einem ersten Bereich 6 die Röhrchen 12 mit einem elektrisch leitfähigen Stoff 14 gefüllt (nicht dargestellt), zur Herstellung einer elektrischen Verbindung 5 zwischen der ersten Fläche 3 und der zweiten Flüche 4 des Trägersubstrats 2. Auf der ersten Fläche 3 des Trägersubstrat 2 ist in dem ersten Bereich 6 eine elektrisch leitfähige Schicht 8 auf dem Trägersubstrat 2 aufgebracht. Diese elektrisch leitfähige Schicht 8 ist hierbei mit der elektrischen Verbindung 5 zwischen der ersten Fläche 3 und zweiten Fläche 4 des Trägersubstrats 2 elektrisch leitend verbunden. Ein elektrischer Anschluss 9, z.B. eine Litze 10 eines ersten Kabels 11, ist mit dieser elektrisch leitfähigen Schicht 8 verbunden, z.B. verlötet oder elektrisch leitend verklebt. Das Kabel 11 verbindet dabei das elektronische Bauelement 1 mit einem nicht dargestellten Steuergerät.
In einem zweiten Bereich 7 des Trägersubstrats 2 ist die elektrisch leitfähige Schicht 8 in die kapillare Struktur 13 des Trägersubstrats 2, d.h. in die Röhrchen 12 in Form eines elektrisch leitfähigen Stoffs 14 eingebracht. Dadurch ist, wie bereits oben beschrieben, zwischen der ersten Fläche 3 und der zweiten Fläche 4 des Trägersubstrats 2 eine elektrische Verbindung 5 realisiert. Ein weiterer elektrischer Anschluss 9, z.B. eine Litze 10 eines weiteren Kabels 11, ist hierbei in die Röhrchen 12 eingebracht. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung ist die Litze 10 z. B. mit der elektrisch leitfähigen Schicht, d.h. mit der elektrischen Verbindung in den Röhrchen 12 verlötet oder mittels einer Passform in die Röhrchen 12 eingebracht.
Auf der zweiten Fläche 4 ist ein elektrisches Bauteil 16 angeordnet. Dieses elektrische Bauteil 16 ist mit der elektrisch leitfähigen Schicht 8 elektrisch leitend verbunden. Diese elektrische Verbindung 5 ist hierbei entweder über nicht dargestellte Pins des Bauteils 16 realisiert, welche durch das Trägersubstrat 2 reichen. Oder die Pins sind mit dem elektrisch leitfähigen Stoff 14, welcher in die Röhrchen 12 eingebracht ist, elektrisch leitend verbunden.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes elektronisches Bauelement mit einem Trägersubstrat, an welchen ein Schalter angeordnet ist. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird bei der Erläuterung der einzelnen Bezugszeichen auf 1 verwiesen. Das elektronische Bauelement weist ein Trägersubstrat auf mit einem Abschnitt einer leitfähigen kapillaren Struktur. Auf der ersten Fläche 3 des Trägersubstrats 2 ist in diesen Abschnitt ein Schalter 17 angeordnet. Der Schalter 17, z.B. ein kapazitiver oder induktiver Schalter ist mit dem Trägersubstrat 2 verlötet oder verklebt. Es ist aber auch möglich, dass der Schalter 17 mittels einer Klemmvorrichtung (nicht dargestellt) an dem Trägersubstrat 2 gehalten ist. Der Schalter 17 weist elektrische Leitungen (nicht dargestellt) zur Verbindung mit einem nicht gezeigten Steuergerät oder weiteren elektrischen Gerät.
Bezugszeichenliste

1: elektronisches Bauelement
2: Trägersubstrat
3: erste Fläche
4: zweite Fläche
5: elektrische Verbindung
6: erster Bereich
7: zweiter Bereich
8: elektrisch leitfähige Schicht
9: elektrischer Anschluss
10: Litze
11: Kabel
12: Röhrchen
13: kapillare Struktur
14: elektrisch leitfähiger Stoff
15: weitere transparente und quasitransparente Schicht
16: elektrisches Bauteil
17: Schalter

Claims

Elektronisches Bauelement (1) umfassend - ein Trägersubstrat (2) für elektronische Bauteile (16), die auf einer ersten (3) und/oder zweiten Fläche (4) des Trägersubstrats (2) aufgebracht sind, - eine zwischen der ersten Fläche (3) und der zweiten Fläche (4) des Trägersubstrats (2) ausgebildete elektrische Verbindung (5), wobei das Trägersubstrat (2) ein Rattanmaterial mit einer kapillaren Struktur (13) ist, wobei die kapillare Struktur (13) zwischen der ersten (3) und der zweiten Fläche (4) verläuft und als elektrische Verbindung zumindest abschnittsweise zwischen der ersten und der zweiten Fläche (3, 4) des Trägersubstrats (2) dient.
Elektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten oder zweiten Fläche (3, 4) des Trägersubstrats (2) ein kapazitiver und/oder induktiver Schalter angeordnet ist.
Elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Fläche (3, 4) des Trägersubstrats (2) eine elektrisch leitfähige Schicht (8) aufgebracht ist.
Elektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektrischer Anschluss (9) vorhanden ist, welcher mit der elektrisch leitfähigen Schicht (8) und/oder mit der elektrischen Verbindung (5) zwischen der ersten (3) und zweiten Fläche (4) des Trägersubstrats (2) verbunden ist.
Elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (5) zwischen der ersten (3) und zweiten Fläche (4) des Trägersubstrats (2) durch einen in die kapillare Struktur (13) des Trägersubstrats (2) eingebrachten elektrisch leitfähiger Stoff (14) gebildet ist.
Elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (2) eine transparente oder quasitransparente Schicht (15) oder Folie umfasst.