DE102022211204B3

DE102022211204B3 - Elektrisches Verbindungselement, elektrische Schaltungsanordnung und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022211204B3
Application number: DE102022211204.0A
Authority: DE
Inventors: Anton Schultheiß
Original assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2042-10-22

Abstract

Elektrisches Verbindungselement (2) umfassend wenigstens eine Leiterstreifengruppe (22, 23) mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Koppelfläche (6) und wenigstens zwei elektrisch leitfähigen Leiterstreifen (7, 8), wobei sich die Leiterstreifen (7, 8) jeweils in ihrer Längsrichtung (L) von einem ersten Anschlussbereich (10) des Verbindungselements (2) zu einem zweiten Anschlussbereich (11) des Verbindungselements (2) erstrecken, wobei die Leiterstreifen (7,8) in ihrer Breitenrichtung (B) versetzt nebeneinander angeordnet sind und zwischen dem ersten Anschlussbereich (10) und dem zweiten Anschlussbereich (11) wenigstens einen Mäander (12) um eine sich in Breitenrichtung (B) der Leiterstreifen (7, 8) erstreckende Achse (13) ausbilden, wobei die Koppelfläche (6) die Leiterstreifen (7, 8) in Längsrichtung (L) und in Breitenrichtung (B) jeweils zumindest teilweise überdeckt, wobei die Koppelfläche (6) über wenigstens eine isolierende Zwischenschicht (9) von den Leiterstreifen (7, 8) getrennt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungselement umfassend wenigstens eine Leiterstreifengruppe mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Koppelfläche und wenigstens zwei elektrisch leitfähigen Leiterstreifen, wobei sich die Leiterstreifen jeweils in ihrer Längsrichtung von einem ersten Anschlussbereich des Verbindungselements zu einem zweiten Anschlussbereich des Verbindungselements erstrecken, wobei die Leiterstreifen in ihrer Breitenrichtung versetzt nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Schaltungsanordnung und ein Fahrzeug.
Für viele unterschiedliche Anwendungen werden elektrische Verbindungen benötigt, die eine Informationsübertragung mit einer hohen Datenrate ermöglichen. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist der Anschluss einer Leiterplatte mit einem Kamerasensor an ein Verbindungselement zum Anschluss eines Koaxialkabels. Solche Schaltungen werden beispielsweise für Kameras in einem Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs genutzt. Mit zunehmender Auflösung der verfügbaren Kamerasensoren steigt auch die bei einer Bildaufnahme über den Kamerasensor zu übertragende Datenmenge. Analog dazu steigen auch die Anforderungen an die Übertragungseigenschaften einer für die Datenübertragung eingesetzten elektrischen Verbindung.
Beispielsweise ergibt sich bei einer zu übertragenden Datenrate im Bereich von bis zu 3 GBit/s eine benötigte Hochfrequenz-Bandbreite von bis zu 1.5 GHz für die elektrische Verbindung. Steigt die Datenrate zum Beispiel in einen Bereich zwischen 6 Gbit/s und 12 Gbit/s, so steigt auch die benötigte Hochfrequenz-Bandbreite auf 3 GHz oder mehr. Mit der steigenden Hochfrequenz-Bandbreite nehmen analog auch die Anforderungen an ein elektrisches Verbindungselement, welches zur Realisierung der Verbindung eingesetzt wird, zu. Ferner muss das Verbindungselement auch eine an die Vorgaben für eine Hochfrequenzverbindung angepasste Impedanz aufweisen, um die Übertragung mit einer hohen Datenrate zu ermöglichen.
Darüber hinaus kann es in manchen Anwendungsfällen erforderlich sein, dass das elektrische Verbindungselement auch eine gewisse Flexibilität aufweist, beispielsweise um Anordnungstoleranzen zwischen zwei über das Verbindungselement zu verbindenden Komponenten auszugleichen und/oder um Bauteile zu kontaktieren, welche in einem gewissen Umfang beweglich sein müssen, zum Beispiel bei auf das Bauteil einwirkenden Vibrationen. Dabei ist es zur Gewährleistung der gewünschten Datenübertragung erforderlich, dass auch bei einer Verformung des Verbindungselements dessen elektrische Eigenschaften zumindest im Wesentlichen unverändert bleiben.
In US 6181950 B1 wird eine elektrische Verbindungsanordnung zum Anschluss einer Koaxialantenne an eine Leiterplatte beschrieben. Die Verbindungsanordnung umfasst dabei mehrere Leiterstreifen, welche jeweils zur Übertragung eines Signals oder eines Massepotentials verwendet werden. Dabei sind die Leiterstreifen mit einem ersten Ende an der Leiterplatte und mit einem zweiten Ende an der Koaxialleitung angeordnet, wobei die Leiterstreifen dazu halbkreisförmig gebogen sind. Zwischen den aufgrund der Biegung flexiblen Leiterstreifen ist jeweils ein Spalt ausgebildet, wobei die mehreren benachbart zueinander angeordneten Leiterstreifen über ein elektrisch isolierendes Element in einer koplanaren Anordnung fixiert werden.
DE 10 2020 202 025 A1 beschreibt ein Verbindungselement zur elektrischen Verbindung von Leiterplatten und ein Verbindungssystem. Das Verbindungselement umfasst einen komprimierbaren Körper, einen Verbindungsbereich, der zur Herstellung einer stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung des komprimierbaren Körpers mit der ersten Leiterplatte eingerichtet ist, und einen elektrisch leitfähigen Bereich. Der elektrisch leitfähige Bereich bedeckt dabei den komprimierbaren Körper zumindest teilweise und/oder ist zumindest teilweise durch den komprimierbaren Körper geführt. Der elektrisch leitfähige Bereich ist dazu eingerichtet, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement auf der ersten Leiterplatte und dem zweiten Kontaktelement herzustellen.
Aus DE 10 2015 105 716 A1 ist eine Detektionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Erfassen eines Umgebungsbereiches des Kraftfahrzeugs mit einer ersten elektronischen Baugruppe, welche eine erste starre elektrische Kontaktierungseinheit aufweist, mit einer zweiten elektronischen Baugruppe, welche eine zweite starre elektrische Kontaktierungseinheit aufweist, und mit einem Flachbandkabel, welches mit den starren elektrischen Kontaktierungseinheiten zum Übertragen von elektrischen Signalen zwischen den elektronischen Baugruppen über das Flachbandkabel elektrisch verbunden ist, bekannt. Das Flachbandkabel ist dabei in seiner Längsrichtung in sich selbst reversibel längenveränderlich ausgebildet.
In DE 101 57 678 A1 wird ein Folienkabel, dessen Leiterbahnen eine mäanderförmige Struktur aufweisen, beschrieben. Mindestens zwei Leiterbahnen der Struktur überkreuzen sich entlang der Längsrichtung des Folienkabels in periodischen Abständen, wobei die beiden Leiterbahnen an den Kreuzungspunkten in zwei räumlich voneinander beabstandeten Ebenen verlaufen und gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisches Verbindungselement anzugeben, welches eine demgegenüber verbesserte elektrische und mechanische Verbindung zwischen zwei Komponenten ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verbindungselement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leiterstreifen zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich wenigstens einen Mäander um eine sich in Breitenrichtung der Leiterstreifen erstreckende Achse ausbilden, wobei die Koppelfläche die Leiterstreifen in Längsrichtung und in Breitenrichtung jeweils zumindest teilweise überdeckt, wobei die Koppelfläche über wenigstens eine isolierende Zwischenschicht von den Leiterstreifen getrennt ist.
Das elektrische Verbindungselement umfasst den ersten Anschlussbereich zum Anschluss an eine erste elektrische Komponente sowie den zweiten Anschlussbereich zum Anschluss an eine zweite Komponente. Die beiden Komponenten werden dabei über das elektrische Verbindungselement elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung erfolgt über die wenigstens zwei Leiterstreifen des Verbindungselements, welche sich zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich erstrecken.
Dabei wird die Richtung der Leiterstreifen, welche sich unter Ausbildung des wenigstens einen Mäanders zwischen den Anschlussbereichen erstreckt, als die Längsrichtung der Leiterstreifen bezeichnet. Aufgrund der Ausbildung des wenigstens einen Mäanders ist die Längsrichtung dabei keine Gerade, sondern die sich entlang der gekrümmten Leiterstreifen bzw. in Richtung eines Stromflusses durch die Leiterstreifen erstreckende Richtung.
In der sich orthogonal zu der Längsrichtung erstreckenden Breitenrichtung sind die wenigstens zwei Leiterstreifen der Leiterstreifengruppe nebeneinander angeordnet. Die Ausdehnung der Leiterstreifen in der Breitenrichtung kann insbesondere wesentlich geringer als ihre Ausdehnung in der Längsrichtung sein. Die Dicke der Leiterstreifen, d. h. also die Abmessungen der Leiterstreifen in der Richtung, welche sowohl orthogonal zur Längsrichtung als auch zur Breitenrichtung ist, ist insbesondere wesentlich kleiner als die Länge der Leiterstreifen in der Längsrichtung und wesentlich kleiner als die Breite der Leiterstreifen in der Breitenrichtung. Die Leiterstreifen sind also streifenförmig, wobei sie jeweils wenigstens einmal um eine sich in der Breitenrichtung der Leiterstreifen erstreckende Achse gekrümmt sind, um den wenigstens einen Mäander auszubilden.
Zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich bilden die, insbesondere lokal parallel bzw. koplanar, nebeneinander verlaufenden Leiterstreifen der Leiterstreifengruppe einen oder mehrere Mäander aus. Die Leiterstreifen sind dabei mit einem Biegeradius um eine Achse geboren, welche sich in der Breitenrichtung der Leiterstreifen erstreckt. Dabei weisen die wenigstens zwei Leiterstreifen insbesondere jeweils die gleiche Krümmung bzw. den gleichen Krümmungsradius auf. Insbesondere verlaufen die Leiterstreifen zwischen den Anschlussbereichen vollständig parallel zueinander.
Die Geometrie des Verlaufs entlang der Längsrichtung hängt dabei von der Anzahl der Mäander, welche die Leiterstreifen zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich bilden, ab. Bei einem Mäander können die Leiterstreifen beispielsweise U-förmig gebogen sein. Bei zwei Mäandern kann sich beispielsweise ein im Wesentlichen S-förmiger Verlauf der Leiterstreifen ergeben, bei drei Mäandern ein im Wesentlichen M-förmiger bzw. W-förmiger Verlauf usw.
Durch das Ausbilden des wenigstens einen Mäanders wird eine vergleichsweise hohe Flexibilität der Leiterstreifengruppe bzw. des Verbindungselements zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich erreicht. Vorteilhaft können mit dem Verbindungselement durch ein insbesondere elastisches Einfedern der Leiterstreifen somit räumliche Toleranzen zwischen über das Verbindungselement zu verbindenden Komponenten kompensiert werden. Das Bereitstellen eines oder mehrerer Mäander zum Erzeugen dieser Flexibilität hat dabei den Vorteil, dass insbesondere eine im Wesentlichen konstante Federkonstante des Verbindungselements erreicht werden kann, sodass keine unerwünschten Kräfte auf die zu verbindenden Komponenten einwirken. Vorteilhaft kann somit zum Beispiel ein Verbiegen einer mit dem Verbindungselement verbundenen Leiterplatte aufgrund einer ungünstigen Krafteinwirkung verhindert werden.
Der Krümmungsradius des Mäanders oder die Krümmungsradien der Mäander können insbesondere ein Vielfaches der Leiterstreifendicke, ein Vielfaches der Breite eines Spalts zwischen den Leiterstreifen und/oder ein Vielfaches einer Dicke der isolierenden Zwischenschicht betragen, sodass die elektrischen Eigenschaften des Verbindungselements durch ein Einfedern im Bereich des wenigstens einen Mäanders nicht oder zumindest nicht wesentlich geändert werden. Das Vielfache kann dabei jeweils mindestens das Fünffache oder das Zehnfache, bevorzugt mindestens das Zwanzigfache oder mindestens das Fünfzigfache, sein.
Das elektrische Verbindungselement umfasst weiterhin wenigstens eine Koppelfläche, welche die Leiterstreifen der Leiterstreifengruppe jeweils wenigstens teilweise in Breitenrichtung und in Längsrichtung überdeckt. Die Koppelfläche ist elektrisch leitfähig und von den Leiterstreifen über die wenigstens eine isolierende Zwischenschicht räumlich und elektrisch getrennt. Dies bedeutet, dass sich das elektrische Potenzial der Koppelfläche von den jeweiligen Potenzialen der Leiterstreifen unterscheidet. Die Koppelfläche überdeckt die Leiterstreifen insbesondere nur an einer Seite der Leiterstreifen. Je nach Anordnung der Koppelfläche kann diese dem Verlauf der Leiterstreifen zumindest abschnittsweise folgen, wobei bevorzugt die Koppelfläche in Längsrichtung stets einen konstanten Abstand zu den Leiterstreifen einhält. Dies kann zum Beispiel durch das Vorsehen einer isolierenden Zwischenschicht mit einer konstanten Dicke erreicht werden.
Das elektrische Verbindungselement kann eine oder mehrere Leiterstreifengruppen umfassen, wobei jede der Leiterstreifengruppen, so wie es vorangehend beschrieben wurde, wenigstens zwei Leiterstreifen sowie eine von den Leiterstreifen über eine isolierende Zwischenschicht getrennte Koppelfläche aufweist. Durch das Verwenden von zwei oder mehr derartiger Leiterstreifengruppen können mehrere parallele Signalwege geschaffen werden, welche jeweils federnd wirken können. Das elektrische Verbindungselement kann dabei vorteilhaft an unterschiedliche elektrische und mechanische Anforderungen angepasst werden.
Das Verwenden der Koppelfläche hat dabei den Vorteil, dass die Kopplung zwischen den Leiterstreifen verstärkt wird, sodass vorteilhaft eine Impedanz des elektrischen Verbindungselements eingestellt und auch bei einer Verformung des elektrischen Verbindungselements in einem montierten Zustand beibehalten werden kann. Das Bereitstellen der elektrisch leitfähigen Koppelfläche ermöglicht es, die Impedanz des elektrischen Verbindungselements zu erreichen, welche für eine Hochfrequenzverbindung erforderlich ist. Dies hat den Vorteil, dass Reflektionen und/oder Verluste an dem Verbindungselement vermieden werden können und somit eine hohe Bandbreite für eine Datenübertragung erzielt werden kann. Das elektrische Verbindungselement kann daher vorteilhaft für Übertragungen mit einer hoher Datenrate eingesetzt werden. Dies stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber der Verwendung von mehreren Federkontakten dar, welche aufgrund der fehlenden Kopplung zwischen den Kontakten insgesamt eine hohe Impedanz aufweisen und somit limitierend auf die maximal erreichbare Datenrate wirken. Ferner kann durch die Verwendung der Koppelfläche auf sehr geringe Abstände zwischen den Leiterstreifen verzichtet werden, welche bereits bei geringen Abweichungen große Schwankungen der Impedanz bewirken können und/oder ein hohes Risiko für Kurzschlüsse aufweisen.
Gegenüber normalen, federnden Kontakten weist das elektrische Verbindungselement somit den Vorteil auf, dass das Verbindungselement an die vergleichsweise niedrigen Impedanzvorgaben von Hochfrequenzverbindungen, beispielsweise an eine Impedanz von 50 Ohm, angepasst werden kann und somit die Hochfrequenzverluste der elektrischen Verbindung reduziert werden können. Durch die Verwendung der Koppelfläche wird weiterhin der Vorteil erreicht, dass diese Impedanz auch bei einer Verformung des elektrischen Verbindungselements, also insbesondere bei der Aufnahme von räumlichen Anordnungstoleranzen zwischen den zu verbindenden Komponenten, innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselements liegt darin, dass es vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden kann. Somit reduzieren sich vorteilhaft auch die Kosten einer elektrischen Schaltungsanordnung, welche eines oder mehrere dieser Verbindungselemente umfasst. Ferner kann durch das erfindungsgemäße Verbindungselement der Abstand zwischen den Anschlussbereichen des Verbindungselements durch das Einfedern des wenigstens einen Mäanders stufenlos eingestellt werden.
Im Gegensatz zu gängigen koaxialen Verbindungssystemen, welche in Längsrichtung einen Luftspalt aufweisen, um mechanische Toleranzen abdecken zu können bzw. um einen räumlichen Versatz zwischen den zu verbindenden Komponenten kompensieren können, treten bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement keine Luftspalte zwischen unterschiedlichen Leitersegmenten in der Übertragungsrichtung auf. Dies wirkt sich ebenfalls vorteilhaft auf die Qualität einer Datenübertragung über das Verbindungselement aus, da Verluste aufgrund des Luftspalts und/oder vom Ausmaß der kompensierten Toleranzen abhängige Luftspaltgrößen, welche die Übertragungseigenschaften beeinflussen, vermieden werden können.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zwischen benachbart angeordneten Leiterstreifen jeweils ein Spalt, insbesondere mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Breite, ausgebildet ist. Auch über die Breite des Spalts, also über die Abmessungen des Spalts in der Breitenrichtung der Leiterstreifen, kann die Kopplung zwischen den Leiterstreifen beeinflusst werden. Durch die Anordnung der Koppelfläche bzw. der isolierenden Zwischenschicht an den Leiterstreifen kann weiterhin vorteilhaft die Breite dieses Spalts über die gesamte Länge der Leiterstreifen zwischen den Anschlussbereichen des Verbindungselements konstant gehalten werden. Auch dies bewirkt, dass sich die Impedanz des elektrischen Verbindungselements bei der Aufnahme von räumlichen Toleranzen bzw. bei der Aufnahme von Kräften durch das elektrische Verbindungselement nicht oder zumindest nicht wesentlich ändert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Leiterstreifen zur Ausbildung des wenigstens einen Mäanders jeweils parallel verlaufende gerade Abschnitte und gebogene Abschnitte aufweisen, wobei die Koppelfläche jeweils wenigstens einen der geraden Abschnitte der Leiterstreifen zumindest teilweise überdeckt, und/oder dass die Leiterstreifen zur Ausbildung des wenigstens einen Mäanders jeweils eine helikale Form aufweisen.
Die Leiterstreifen können zur Ausbildung des wenigstens einen Mäanders jeweils gebogene bzw. gekrümmte Abschnitte und an die gebogenen Abschnitte anschließende gerade Abschnitte aufweisen. Zwischen zwei gekrümmten Abschnitten, welche jeweils einen Mäander bilden, weisen die Leiterstreifen dabei insbesondere jeweils einen geraden Abschnitt auf.
Alternativ dazu ist es möglich, dass die Leiterstreifen von zwei Leiterstreifengruppen jeweils eine helikale Struktur aufweisen. Die zwei Leiterstreifengruppen können dabei insbesondere eine Doppelhelix-Struktur wie vergleichbar zu einem DNA-Molekül bilden. Dabei können die Leiterstreifen jeweils neben einem oder mehreren Mäandern um die sich in der Breitenrichtung erstreckenden Mäander auch einen oder mehrere Mäander um wenigstens eine weitere Achse ausführen, sodass sich jeweils ein helikaler Verlauf der Leiterstreifen zw. der Leiterstreifengruppen ergibt. Durch eine helikale Struktur der einen oder mehreren Leiterstreifengruppen des elektrischen Verbindungselements kann vorteilhaft eine insbesondere im Wesentlichen gleichmäßige, Flexibilität in mehrere Richtungen erreicht werden.
Die Koppelfläche kann insbesondere in den geraden Abschnitten an den Leiterstreifen angeordnet sein. Dabei ist es möglich, dass das elektrische Verbindungselement eine Koppelfläche aufweist, welche beispielsweise nur an den geraden Abschnitten der Leiterstreifen zwischen zwei Mäandern angeordnet ist. Auch in den Anschlussbereichen der Leiterstreifen kann keine Koppelfläche vorgesehen sein, sodass zumindest in diesen Bereichen die einzelnen Leiterstreifen separat einfedern können, um Toleranzen im Anschlussbereich, beispielsweise Unterschiede in den Abständen der mit den jeweiligen Leiterstreifen zu verbindenden Kontakte, auszugleichen.
Bei einem elektrischen Verbindungselement, bei dem die Leiterstreifen zwei Mäander ausbilden, kann insbesondere eine Koppelfläche in Längsrichtung mittig an den Leiterstreifen angeordnet sein. Entsprechend können bei einem elektrischen Verbindungselement, bei dem die Leiterstreifen drei Mäander ausbilden, zwei elektrische Koppelflächen vorgesehen sein, welche jeweils an den geraden Abschnitten zwischen zwei in Längsrichtung benachbart verlaufenden Mäandern angeordnet sind. Bei dem elektrischen Verbindungselement, bei dem die Leiterstreifen mehr als drei Mäander ausführen, können entsprechend auch drei oder mehr getrennte Koppelflächen vorgesehen sein. Es ist möglich, dass an den gebogenen Abschnitten der Leiterstreifen jeweils keine Koppelfläche angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die elastischen Eigenschaften der Leiterstreifen erhalten bleiben bzw. die Federkraft nur von den Leiterstreifen bestimmt wird, deren elastische und plastische Verformbarkeit grundsätzlich bekannt und in einfacher Weise einstellbar bzw. vorgebbar ist.
Alternativ ist es möglich, dass sich die Koppelfläche auch ganz oder teilweise über die gebogenen Abschnitte der Leiterstreifen erstreckt. Insbesondere ist es möglich, dass das Verbindungselement nur eine einzelne Koppelfläche aufweist, welche sich über alle geraden und gebogenen Abschnitte der Leiterstreifen erstreckt. Dabei kann die Koppelfläche insbesondere an einer Seite der Leiterstreifen angeordnet sein, sodass an der gegenüberliegenden Stelle die Leiterstreifen kontaktiert werden können, insbesondere um den Anschluss von elektrischen Komponenten an den ersten und den zweiten Anschlussbereich des Verbindungselements zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Leiterstreifen mehrere Mäander mit entlang der Längsrichtung der Leiterstreifen alternierenden Krümmungsrichtungen und/oder mit zumindest im Wesentlichen gleichen Krümmungsradien ausbilden. Dadurch kann eine zumindest im Wesentlichen konstante Federkonstante des Verbindungselements in zumindest einer Raumrichtung erreicht werden. Somit kann bei der Aufnahme einer Kraft bzw. einer Stauchung des Verbindungselements in einer Raumrichtung, insbesondere in einer sich zwischen den Anschlussbereichen erstreckenden Raumrichtung, ein gleichmäßiges Einfedern des Verbindungselements erreicht werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Impedanz des Verbindungselements konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement derart flexibel ist, dass ein relativer Versatz zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich in drei Raumrichtungen von jeweils wenigstens 0,5 mm, insbesondere von jeweils wenigstens 1 mm, einstellbar ist. Damit eignet sich das Verbindungselement beispielsweise zum Verbinden von zwei Komponenten in einer elektrischen Schaltungsanordnung, welche einen Bestandteil eines Fahrzeugs bildet. Vorteilhaft kann somit beispielsweise eine auf einer Leiterplatte angeordnete Komponente, zum Beispiel eine Kamera oder ein Kamerasensor, mit einer weiteren Komponente, beispielsweise einer Anschlussbuchse eines Gehäuses oder Ähnlichem, über das Verbindungselement verbunden werden, wobei entsprechende Toleranzen aufgenommen bzw. kompensiert werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Koppelfläche eine elektrisch leitfähige Schicht und/oder eine elektrisch leitfähige Folie ist oder umfasst. Die Koppelfläche kann zum Beispiel eine elektrisch leitfähige Metallschicht sein und/oder unmittelbar auf die wenigstens eine isolierende Zwischenschicht aufgebracht sein. Die wenigstens eine isolierende Zwischenschicht kann insbesondere unmittelbar auf die Leiterstreifen aufgebracht sein. Das Aufbringen der isolierenden Zwischenschicht und der Koppelfläche kann dabei bevorzugt vor einem Krümmen der Leiterstreifen zu einer Ausbildung des Mäanders erfolgen, um die Herstellung des Verbindungselements zu erleichtern.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Koppelfläche und/oder die Leiterstreifen aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung bestehen und/oder dass die elektrisch isolierende Zwischenschicht eine Kunststoffschicht, insbesondere eine Polyvinylchlorid-Schicht, ist oder umfasst. Durch das Fertigen der Koppelfläche und/oder der Leiterstreifen aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung kann neben einer elektrischen Leitfähigkeit auch eine hinreichende Flexibilität der Koppelfläche und/oder der Leiterstreifen erreicht werden.
Durch das Verwenden einer Kunststoffschicht zur Trennung der Koppelfläche von den Leiterstreifen wird zum einen eine elektrische Isolierung ermöglicht und zum anderen ebenfalls eine hinreichende Flexibilität der isolierenden Zwischenschicht erreicht, sodass der gesamte Schichtstapel aus Leiterstreifen, isolierender Zwischenschicht und Koppelfläche zur Ausbildung des wenigstens einen Mäanders gekrümmt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Leiterstreifen zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich in einem Frequenzbereich bis wenigstens 3 GHz eine Impedanz zwischen 40 Ohm und 60 aufweist. Das Verbindungselement kann insbesondere in einem Frequenzbereich ab 0 Hz (DC) oder ab einer anderen Frequenz bis wenigstens 3 GHz zum Beispiel auf eine Impedanz von 50 Ohm, 75 Ohm oder 100 Ohm ausgelegt sein, d.h. das Verbindungselement bzw. der eine Leiterstreifen des Verbindungselements kann in diesem Frequenzbereich eine Impedanz von oder zumindest im Wesentlichen von 50 Ohm, 75 Ohm oder 100 Ohm aufweisen. In diesem Zusammenhang kann „im Wesentlichen“ als eine Toleranz von 10% um die gewünschte Zielimpedanz aufgefasst werden. Dadurch eignet sich das Verbindungselement für Hochfrequenzverbindungen, welche auf diese Impedanzen ausgelegt sind, sodass bei einer Datenübertragung über das Verbindungselement aufgrund der ausbleibenden bzw. aufgrund der nur geringen Reflexionen eine hohe Datenrate erzielt werden kann.
Des Weiteren können über das elektrische Verbindungselement symmetrische oder unsymmetrische Impedanzleitungen verbunden werden, sodass das Verbindungselement sowohl für Koaxialleitungen als auch für geschirmte und ungeschirmte, differentielle Leitungen (unshielded or shielded twisted pair cables) geeignet ist, welche insbesondere eine typische Impedanz von 100 Ohm aufweisen können. Vorteilhaft können dabei durch das Verbindungselement die gerade und die ungerade Mode-Impedanz gezielt eingestellt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Schaltungsanordnung umfassend eine Leiterplatte sowie wenigstens eine elektrische Baueinheit mit einem Anschlussabschnitt, wobei der Anschlussabschnitt mit der Leiterplatte über ein elektrisches Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche verbunden ist. Dabei kann zum Beispiel der erste Anschlussbereich des Verbindungselements mit der Leiterplatte verbunden sein und der zweite Anschlussbereich des Verbindungselements entsprechend mit der elektrischen Baueinheit oder umgekehrt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement wenigstens eine Hochfrequenz-Verbindung zwischen der elektrischen Baueinheit und der Leiterplatte mit einer Bandbreite von wenigstens 1,5 GHz, insbesondere von 3,0 GHz, ausbildet. Bevorzugt wird über das Verbindungselement eine Hochfrequenz-Verbindung mit einer Bandbreite von wenigstens 3 GHz ausgebildet.
Die obere Bandbreite wird im Wesentlichen durch die Fertigungs- und Materialparametertoleranzen der dielektrischen isolierenden Zwischenschicht bestimmt. Wesentliche Parameter sind dabei die Schichtdicke und die relative Dielektrizitätszahl, wobei auch höhere Frequenzen bzw. Bandbreiten von mehr als 3 GHz darstellbar sind. Über das Verbindungselement ist neben einer Datenübertragung auch eine Übertragung von Gleichstrom möglich, insbesondere um die angeschlossene elektrische Baueinheit zu versorgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Baueinheit eine Anschlusseinrichtung für eine Hochfrequenzleitung ist und/oder dass die Leiterplatte einen Fahrzeugumfeld-Sensor, insbesondere einen Kamerasensor, einen Radarsensor oder einen Lidarsensor, umfasst. Neben der Verbindung eines insbesondere hochauflösenden Fahrzeug-Umfeldsensors wie eines hochauflösenden Kamerasensors über das elektrische Verbindungselement zu einer Anschlusseinrichtung für eine Hochfrequenzleitung können auch andere elektrische Komponenten über das elektrische Verbindungselement miteinander verbunden werden. Der Einsatz des elektrischen Verbindungselements ist nicht nur auf eine Verbindung zwischen einer Anschlusseinrichtung und einer Leiterplatte beschränkt, sondern das elektrische Verbindungselement kann vorteilhaft auch zur Verbindung von weiteren Komponenten mit den vorangehend beschriebenen Vorteilen eingesetzt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug umfassend ein erfindungsgemäßes Verbindungselement und/oder eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung kann dabei insbesondere eine Leiterplatte mit einem Kamerasensor und eine über das elektrische Verbindungselement mit der Leiterplatte verbundene Anschlusseinrichtung für eine Hochfrequenzleitung umfassen. Die elektrische Schaltungsanordnung kann dabei insbesondere eine zumindest einen Teil des Fahrzeugumfelds aufnehmende Bildaufnahmeeinrichtung wie eine Kamera sein. Mithilfe der Bildaufnahmeeinrichtung gewonnene Bilddaten können beispielsweise einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs zugeführt und als Grundlage für dessen Funktion verwendet werden. Allgemein können mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement insbesondere Sensordaten von einem Radar, einem Lidar, oder einer Kamera als auch Daten von Zentralrecheneinheiten unter Einhaltung der Systemimpedanz übertragen werden. In Radaranwendungen können über ein oder mehrere der Verbindungselemente auch Antennenarrays kontaktiert werden.
Als eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verbindungselements ist innerhalb von Zentralrecheneinheiten auch die Verbindung von Datenbus-Systemen, welche mehrere impedanzkontrollierte Leitungen oder Leitungspaare aufweisen, möglich, beispielsweise Ethernet 1000base-t, Multi Gigabit Ethernet oder Ähnliches. Durch Größenskalierung des Verbindungselements können auch schnelle Impedanz-basierte Bussysteme wie MIPI CSI-D, CSI-C PHY oder PCIe kontaktiert werden.
Sämtliche vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselement beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung und für das erfindungsgemäße Fahrzeug sowie jeweils umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung umfassend ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselements in einer ersten Ansicht,
2 ein Ausschnitt des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselements in einer zweiten Ansicht,
3 ein Ausschnitt des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselements in einer dritten Ansicht
4 Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselements in einer ersten Ansicht,
5 Ausschnitt des weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselements in einer weiteren Ansicht und
6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltungsanordnung 1 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Verbindungselements 2, über welches eine Leiterplatte 3 mit einer elektrischen Baueinheit 4 verbunden ist. Die elektrische Baueinheit 4 ist beispielsweise als eine Anschlusseinrichtung für eine Hochfrequenzleitung, beispielsweise als eine Buchse bzw. als ein Anschluss für ein Koaxialkabel, ausgeführt.
Die Baueinheit 4 umfasst einen Anschlussabschnitt 5, welcher über das elektrische Verbindungselement 2 mit der Leiterplatte 3, beispielsweise mit auf der Leiterplatte 3 ausgebildeten Kontaktflächen oder ähnlichem, verbunden ist. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 3 und der elektrischen Baueinheit 4 hergestellt. Das Verbindungselement 2 kann dabei insbesondere ein Teil einer Kommunikationsverbindung, über die von einem auf der Leiterplatte angeordneten, insbesondere hochauflösenden Kamerasensor erfasste Bilddaten an eine Hochfrequenz-Leitung übertragbar sind, sein. Dabei wird über das Verbindungselement 2 insbesondere eine Hochfrequenz-Verbindung mit einer Bandbreite von wenigstens 1,5 GHz, bevorzugt von wenigstens 3 GHz oder mehr, ausgebildet.
Das elektrische Verbindungselement 2 umfasst wenigstens eine elektrisch leitfähige Koppelfläche 6 und eine Leiterstreifengruppe 22 mit wenigstens zwei elektrisch leitfähigen Leiterstreifen 7, 8. Zwischen der Koppelfläche 6 und den Leiterstreifen 7, 8 ist eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 9 angeordnet. Die Anordnung der Koppelschicht 6 und der Leiterstreifen 7, 8 ist in einer Detailansicht des Verbindungselements 2 in 2 dargestellt. In 1 ist nur der Leiterstreifen 7 zu sehen, der weitere Leiterstreifen 8 ist in der Breitenrichtung B der Leiterstreifen 7, 8, welche sich in x-Richtung und somit in 1 in die Zeichenebene erstreckt, versetzt zu dem Leiterstreifen 7 angeordnet.
Beide Leiterstreifen 7, 8 verlaufen parallel zueinander in ihrer Längsrichtung L von einem ersten Anschlussbereich 10 des Verbindungselement 2 zu einem zweiten Anschlussbereich 11 des Verbindungselements 2. Vorliegend ist der erste Anschlussbereich 10 mit der Leiterplatte 3 und der zweite Anschlussbereich 11 des Verbindungselements 2 mit der elektrischen Baueinheit 4 verbunden.
Zwischen dem ersten Anschlussbereich 10 dem zweiten Anschlussbereich 11 bilden die Leiterstreifen 7, 8 wenigstens einen Mäander 12 aus. Dabei sind die Leiterstreifen 7, 8 jeweils um eine sich in Breitenrichtung B der Leiterstreifen 7, 8 erstreckende Achse 13 gebogen bzw. gekrümmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die Leiterstreifen 7, 8 drei Mäander 12.
Die Leiterstreifen 7, 8 weisen jeweils parallel verlaufende gerade Abschnitte 14 und gebogene Abschnitte 15 zur Ausbildung der Mäander 12 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Koppelfläche 6 sowie die elektrisch isolierende Zwischenschicht 9 von dem ersten Anschlussbereich 10 zu dem zweiten Anschlussbereich 11 an einer Seite 19 der Leiterstreifen 7, 8, wobei die Koppelfläche 6 die Leiterstreifen 7, 8 in der Breitenrichtung B und der Längsrichtung L sowohl in den geraden Abschnitten 14 als auch in den gebogenen Abschnitten 15 überdeckt.
Die Überdeckung der Leiterstreifen 7, 8 in Breitenrichtung B und in Längsrichtung L kann dabei vollständig sein, so wie es in den 1 und 2 dargestellt ist. Alternativ kann die Überdeckung der Leiterstreifen 7, 8 durch die Koppelfläche 6 auch nur teilweise erfolgen, sodass die Leiterstreifen 7, 8 in ihrer Längsrichtung L und/oder ihrer Breitenrichtung B teilweise über die Koppelfläche 6 hinausragen. Ferner können statt einer durchgehenden Koppelfläche 6 auch mehrere separate Koppelflächen verwendet werden. Damit lässt sich auch die obere Grenzfrequenz erhöhen, die dadurch entsteht kann, dass die Länge der Koppelfläche einem Viertel der Wellenlänge entspricht (sogenannte Lambda-Viertel-Resonanz)
Durch die Koppelfläche 6 werden die Leiterstreifen 7, 8 elektromagnetisch gekoppelt, sodass eine Impedanz des elektrischen Verbindungselements 2 vorgegeben werden kann. Weiterhin trägt die Koppelfläche 6 sowie die Befestigung der Koppelfläche 6 über die isolierende Zwischenschicht 9 dazu bei, dass ein zwischen den Leiterstreifen 7, 8 ausgebildeter Spalt 16 über die Ausdehnung der Leiterstreifen 7, 8 in Längsrichtung L im Wesentlichen konstant bleibt bzw. in Breitenrichtung B der Leiterstreifen L eine zumindest im Wesentlichen konstante Breite aufweist. Auch über den Spalt 16 kann die Impedanz der elektrischen Verbindung über das elektrische Verbindungselement 2 vorgegeben werden.
Bevorzugt weist das elektrische Verbindungselement 2 zwischen dem ersten Anschlussbereich 10 und dem zweiten Anschlussbereich 11 für Frequenzen bis zu wenigstens 3 GHz eine Impedanz zwischen 40 Ohm und 120 Ohm, insbesondere von 50 Ohm bis 100 Ohm, auf. Die Impedanz des elektrischen Verbindungselements 2 zwischen dem ersten Anschlussbereich 10 und dem zweiten Anschlussbereich 11 kann zum Beispiel 50 Ohm, 75 Ohm, oder 100 Ohm betragen und/oder innerhalb einer Toleranzintervalls, beispielsweise von +/- 10% um eine solche Zielimpedanz liegen.
Durch die Mäander 12 der Leiterstreifen 7, 8 weist das elektrische Verbindungselement 2 eine Flexibilität zwischen dem ersten Anschlussbereich 10 und dem zweiten Anschlussbereich 11 auf. Dadurch können Toleranzen in der Anordnung zwischen der Leiterplatte 3 und der elektrischen Baueinheit 4 kompensiert werden. Dabei ist das Verbindungselement 2 derart flexibel, dass ein relativer Versatz zwischen dem ersten Anschlussbereich 10 und dem zweiten Anschlussbereich 11 in den drei Raumrichtungen x, y und z von jeweils wenigstens 0,5 mm, insbesondere von jeweils wenigstens 1 mm, eingestellt werden kann.
Insbesondere in z-Richtung kann jedoch auch eine größere Flexibilität bzw. ein größerer Versatz erreicht werden. In dieser Richtung wirken die Mäander 12 als eine Feder, sodass über das elektrische Verbindungselement 2 unterschiedliche Abstände zwischen der Leiterplatte 3 in der elektrischen Baueinheit 4 überbrückt werden können. Die durch die Mäander 12 erzeugte Flexibilität hat weiterhin den Vorteil, dass eine auf die Leiterplatte 3 wirkende Kraft aufgenommen werden kann, sodass ein Verbiegen der Leiterplatte 3 o. ä. vorteilhaft vermieden werden kann.
Die Leiterstreifen 7, 8 können entlang ihrer Längsrichtung L auch mehr oder weniger als drei Mäander 12 ausbilden. Die Mäander 12 können entlang der Längsrichtung L der Leiterstreifen 7, 8 bevorzugt alternierende Krümmungsrichtungen aufweisen, so wie es in 1 für die drei Mäander 12 dargestellt ist. Weiterhin weisen die Mäander 12 bevorzugt auch die gleichen Krümmungsradien auf, um ein in z-Richtung im Wesentlichen konstantes Stauchen bzw. Einfedern des elektrischen Verbindungselements 2 zu ermöglichen. Dies trägt dazu bei, dass die Impedanz auch bei einem Einfedern des elektrischen Verbindungselements 2 bzw. bei dem Kompensieren eines alternativ oder zusätzlich auftretenden lateralen Versatzes in x-Richtung und/oder in y-Richtung im Wesentlichen unveränderlich bleibt. Durch das Einfedern des Verbindungselements 2 kann eine Anpresskraft erzeugt werden, die notwendig ist, um einen niedrigen Oberflächenkontaktwiderstand zu erzeugen. Typischerweise kann dies eine Anpresskraft von beispielsweise 1 N sein. In 3 ist ein Querschnitt durch die Anordnung aus den Leiterstreifen 7, 8, der isolierenden Zwischenschicht 9 und der Koppelfläche 6 dargestellt. Die Koppelfläche 6 ist als eine elektrisch leitfähige Schicht oder als eine elektrisch leitfähige Folie ausgeführt und kann beispielsweise eine Metallschicht bzw. eine Metallfolie sein. Die Koppelfläche 6 und/oder die Leiterstreifen 7, 8 können insbesondere aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung bestehen. Die zwischen der Koppelfläche 6 und den Leiterstreifen 7, 8 angeordnete, elektrisch isolierende Zwischenschicht 9 kann insbesondere als eine Kunststoffschicht, beispielsweise eine Polyvinylchlorid-Schicht (PVC-Schicht), ausgeführt sein.
Aufgrund der isolierenden Zwischenschicht 9 liegt die elektrische Koppelfläche 6 auf einem anderen Potenzial als die Leiterstreifen 7, 8. Für die über das elektrische Verbindungselement 2 erzeugte elektrische Verbindung kann beispielhaft der Leiterstreifen 7 als eine Signalleitung (SGN) und der Leiterstreifen 8 als eine Erdungsleitung (GND) verwendet werden.
Die Leiterstreifen 7, 8 können insbesondere jeweils eine Breite w₁ zwischen 0,5 mm und 5 mm, beispielsweise von 2 mm, aufweisen. Die Dicke d₁ der Leiterstreifen 7, 8 kann insbesondere zwischen 0,05 mm und 2 mm, beispielsweise 0,5 mm, betragen. Die Breite w_g des Spaltes kann, je nach einzustellender Impedanz, zwischen 0,1 mm und 1 mm, beispielsweise 0,6 mm, betragen. Die Breite w₂ der isolierenden Zwischenschicht 9 bzw. die Breite w₃ der Koppelfläche 6 kann für eine vollständige Überdeckung der Leiterstreifen 7, 8 der Summe aus den Breiten aller nebeneinander angeordneten Leiterstreifen 7, 8 und der Breiten w_g der zwischen zwei benachbarten Leiterstreifen 7, 8 ausgebildeten Spalte 16 entsprechen. Die Breiten w₂, w₃ können vorliegend beispielsweise 4,6 mm betragen. Wenn nur eine teilweise Überdeckung der Leiterstreifen 7, 8 durch die Koppelfläche 6 realisiert werden soll, kann auch eine abweichende Breite w₂ der Zwischenschicht 9 und/oder eine abweichende Breite w₃ der Koppelfläche 6 verwendet werden.
Die Dicke d₂ der isolierenden Zwischenschicht 9 hat maßgeblichen Einfluss auf die Impedanz des elektrischen Verbindungselements 2. Zur Realisierung einer Impedanz von 50 Ohm kann vorliegend beispielsweise bei einem PVC-Material mit einer relativen Permeabilität von ε_r = 1,4 eine Dicke von 0,4 mm gewählt werden. Es ist möglich, dass die gesamte Dicke d₂ der isolierenden Zwischenschicht 9 durch das Aufbringen mehrerer Schichten, beispielsweise mehrerer PVC-Schichten übereinander, gebildet wird.
Die Dicke d₃ der Koppelfläche 6 kann geringer gewählt werden als die Dicke d₁ der Leiterstreifen 7, 8. Die Dicke d₃ kann beispielsweise zwischen 0,01 mm und 2 mm, insbesondere 0,05 mm, betragen. Die gesamte Höhe des elektrischen Verbindungselement 2 in z-Richtung (vergleiche 1), also der Abstand zwischen dem ersten Anschlussbereich 10 und dem zweiten Anschlussbereich 11, kann insbesondere zwischen 5 mm und 15 mm betragen. Die einzelnen Abmessungen des Verbindungselements 2 können je nach Anwendungsfall gewählt werden, sodass sich eine Eignung des Verbindungselements 2 für unterschiedliche Schaltungsarten ergibt. Insbesondere kann das Verbindungselement 2 auch in einem Surface Mounted Device-Prozess (SMD-Prozess) eingesetzt werden.
Zur Verbindung der Leiterstreifen 7, 8 mit dem Anschlussabschnitt 5 der elektrischen Baueinheit 4 können die einzelnen Leiterstreifen 7, 8 mit unterschiedlichen Kontakten an dem Anschlussbereich 5 verbunden werden. Bei der elektrischen Baueinheit 4, welche einen als Koaxialanschluss ausgebildeten Anschlussbereich 5 aufweist, kann beispielsweise der Leiterstreifen 8 (GND) mit einem Schirm und der Leiterstreifen 7 (SGN) mit einem Innenleiter verbunden sein.
Zur Realisierung weiterer Arten von Verbindungen ist es möglich, dass das elektrische Verbindungselement 2 mehr als zwei Leiterstreifen 7, 8 aufweist. Dadurch können Verbindungen gebildet werden, welche mehrere Signalleitungen und/oder mehrere Erdungsleitungen umfassen, sodass eine höhere Übertragungsbandbreite, eine mehrkanalige Übertragung und/oder eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden können. Die weiteren Leiterstreifen sind dabei insbesondere ebenfalls in Breitenrichtung B versetzt angeordnet, sodass alle Leiterstreifen 7, 8 des elektrischen Verbindungselements 2 parallel verlaufen. Zwischen zwei benachbarten Leiterstreifen 7, 8 ist dabei jeweils ein Spalt 16 ausgebildet, wobei alle Spalte 16 bevorzugt dieselbe Breite w_g aufweisen. In einem solchen Fall können die Koppelfläche 6 und die isolierende Zwischenschicht 9 auch die weiteren Leiterstreifen 7, 8 überdecken, sodass insgesamt die gewünschte Impedanz des Verbindungselements 2 erzielt werden kann. Bei Verbindungselementen 2 mit mehr als zwei Leiterstreifen 7, 8 kann es vorteilhaft sein, wenn eine der Koppelflächen 6 nur jeweils zwei zu verkoppelnde Leiterstreifen 7, 8 überdeckt. Dabei kann zum Beispiel jedes Paar von Leiterstreifgen 7, 8 über eine eigene, separate Koppelfläche 6 gekoppelt werden. Alternativ können aber auch eine oder mehrere gemeinsame Koppelflächen 6 verwendet werden, welche mehr als zwei Leiterstreifen 7, 8 überdecken.
Bei der Verwendung von mehr als zwei Leiterstreifen 7, 8 kann beispielsweise eine Signalleitung verwendet werden, welche zwischen zwei Masseleitungen verläuft. Auch eine elektrische Verbindung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Signalleitungen kann durch das elektrische Verbindungselement 2 umgesetzt werden. Ein Einsatz des elektrischen Verbindungselement 2 ist insbesondere für alle Verbindungen, welche eine bestimmte Impedanz benötigen, von Vorteil, beispielsweise für Verbindungen wie Gigabit Serial Data Link (50 Ohm), Gigabit Ethernet (100 Ohm), MIPI CSI-2 (100 Ohm) und weitere.
Alternativ zu der in 1 gezeigten Anordnung können die Koppelfläche 6 und die Zwischenschicht 9 auch nur an einem Teilabschnitt der Länge der Leiterstreifen 7, 8 angeordnet werden. Es ist insbesondere möglich, dass jeweils in den geraden Abschnitten 14 der Leiterstreifen 7, 8 jeweils eine Koppelfläche 6 angeordnet ist, welche über wenigstens eine zwischen der Koppelfläche 6 und den Leiterstreifen 7, 8 angeordnete Zwischenschicht 9 elektrisch isoliert ist. Dabei ist es möglich, dass das Verbindungselement 2 mehrere Koppelflächen 6 aufweist.
Insbesondere im Bereich der die Kontaktflächen des Verbindungselements 2 darstellenden Anschlussbereiche 10, 11 und im Bereich der gebogenen Abschnitte 15 können auch keine Koppelflächen 6 angeordnet sein, damit der Federweg des Verbindungselements 2 zum Ausgleich einer mechanischen Höhentoleranz und das gleichmäßige Aufbringen einer Kontaktkraft ermöglicht wird, sodass jeder der Anschlussbereiche 10, 11 mit einer bestimmten minimalen Kraft aufdrücken kann um einen niedrigen Kontaktwiderstand zu gewährleisten.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass eine oder mehrere Koppelflächen 6 und entsprechend eine oder mehrere Zwischenschichten 9 auch an einer gegenüberliegenden Seite 17 der Leiterstreifen 7, 8 angeordnet sind. Dabei können insbesondere Abschnitte 20, 21 der Leiterstreifen 7, 8, welche in den Anschlussbereichen 10, 11 verlaufen, ohne Überdeckung durch die Koppelfläche 6 bzw. die Zwischenschicht 9 sein, sodass eine elektrische Verbindung, beispielsweise durch Verlöten o. ä., zu der Leiterplatte 3 bzw. dem Anschlussbereich 5 der elektrischen Baueinheit 4 möglich ist.
In 4 ist ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements 2 dargestellt. Das Verbindungselement 2 umfasst dabei zwei Leiterstreifengruppen 22, 23, welche jeweils drei Leiterstreigen 7, 8 umfassen. Die Leiterstreifen 7, 8 der Leiterstreifengruppen 22, 23 weisen jeweils eine helikale Struktur auf, wobei die Leiterstreifengruppen 22, 23 zumindest zwischen den ersten Anschlussbereichen (in 4 nicht dargestellt) eine Doppelhelix-Struktur vergleichbar zu einem DNA-Molekül bilden. Die helikalen Leiterstreifen 7, 8 einer der Leiterstreifengruppen 22, 23 verlaufen dabei jeweils längs parallel.
Die helikalen Leiterstreifen 7, 8 sind dabei um die sich zwischen den Anschlussbereichen 10, 11 erstreckende z-Achse gewunden. Durch die Windungen werden kontinuierlich Mäander um sich in der Breitenrichtung B und orthogonal dazu erstreckende Achsen gebildet, sodass das Verbindungselement 2 eine gewisse Flexibilität in alle Raumrichtungen aufweist. Vorteilhaft können somit, insbesondere im Wesentlichen gleichförmig, Anordnungstoleranzen zwischen zu verbindenden Bauteilen in allen Raumrichtungen kompensiert werden.
In 5 ist ein Querschnitt durch eine der Leiterstreifengruppen 22, 23 gezeigt. Die Leiterstreifengruppen 22, 23 weisen insbesondere einen gleichen Aufbau auf, wobei über die jeweils innenliegenden Leiterstreifen 7 unterschiedliche Signale SGN übertragen werden können. Die Leiterstreifengruppen 22, 23 umfassen jeweils eine separate Isolationsschicht 9 und eine separaten Koppelfläche 6. Die Leiterstreifen 8 der Leiterstreifengruppen 22, 23, welche beispielsweise ein Massepotential führen, können über zusätzliche Verbindungsabschnitte 24 (in 5 gestrichelt dargestellt) verbunden werden. Die Verbindungsabschnitte 24 können dazu beispielsweise aus einer Metallfolie bestehen und punktweise oder flächig an den Leiterstreifen 8 befestigt werden, beispielsweise mittels Schweißen, Verlöten oder vergleichbarer Verfahren. Wie in 4 dargestellt ist, sind die Verbindungsabschnitte 24 zwischen den helikalen Leiterstreifengruppen 22, 23 angeordnet. Der Übersichtlichkeit halber sind nur drei Verbindungsabschnitte 24 dargestellt, wobei das Verbindungselement 2 auch weitere, insbesondere entlang der z-Achse versetzt angeordnete, Verbindungsabschnitte 24 aufweisen kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu können auch die Koppelflächen 6 der Leiterstreifengruppen 22, 23 über weitere Koppelflächenabschnitte (nicht dargestellt) elektrisch leitfähig verbunden werden. Die Koppelflächenabschnitte können dabei zum Beispiel analog zu den Verbindungsabschnitten 24 angeordnet werden, wobei eine Befestigung bzw. eine elektrisch leitfähige Verbindung zu den Koppelflächen 6 anstatt zu den Leitertstreifen 8 erfolgt.
Alternativ zu dem in 4 gezeigten verlauf mit den außenliegenden Leiterstreifen 7, 8 können die Leiterstreifengruppen 22, 23 auch derart angeordnet sein, dass die Koppelflächen 6 außenliegend sind.
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 18 dargestellt. Bei dem Fahrzeug 18 kann es sich um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder ein schienengebundenes Fahrzeug, handeln. Auch eine Ausführung des Fahrzeugs 18 als Flugzeug oder als Raumschiff ist denkbar. Es ist auch möglich, dass das Fahrzeug 18 ein unmotorisiertes Fahrzeug, beispielsweise ein Anhänger o. ä., ist.
Das Fahrzeug 18 umfasst eine oder mehrere, beispielsweise vier, elektrische Schaltungsanordnungen 1, welche jeweils eine Leiterplatte 3 mit einem Kamerasensor, eine als Anschlusseinrichtung für eine Hochfrequenzleitung ausgebildete elektrische Baueinheit 4 sowie wenigstens ein die Leiterplatte 3 und die Baueinheit 4 verbindendes Verbindungselement 2 umfassen. Die elektrischen Schaltungsanordnungen 1 können dabei insbesondere als Umfeldkameras oder als ein Teil von Umfeldkameras des Fahrzeugs 18 verwendet werden. Dabei können von den Schaltungsanordnungen 1 generierte Bilddaten im Rahmen eines Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung eines Fahrers des Fahrzeugs 18 verwendet werden.
Neben einer Verbindung zwischen einer Leiterplatte 3 und einer insbesondere als Anschlusseinrichtung für eine Hochfrequenzleitung ausgebildeten elektrischen Baueinheit 4 kann das Verbindungselement 2 auch für andere Arten von elektrischen Verbindungen eingesetzt werden. Beispielsweise ist auch ein Einsatz zum Verbinden von zwei Leiterplatten möglich. Dabei können zum Beispiel Leiterplatten eines Steuergerätes und/oder einer Kamera miteinander verbunden werden. Auch Verbindungen einzelner Leiterplatten zu beliebigen Arten von Steckern und/oder Buchsen und/oder anderen Arten von Anschlussmitteln sowie Verbindungen zwischen derartigen Steckern, Buchsen und/oder Anschlussmitteln untereinander ist möglich. Vorteilhaft können aufgrund der Flexibilität des Verbindungselements 2 auch insbesondere bei einem Betrieb des Fahrzeugs 18 auftretende Vibrationen aufgenommen bzw. kompensiert werden, sodass sich das Verbindungselement 2 in besonderem Maße für einen Einsatz in Fahrzeugen verschiedenster Art eignet.
Das Verbindungselement 2 kann auch in einer Fassungsvorrichtungen für Sensoren, insbesondere Umfeldsensoren, des Fahrzeugs 18 verwendet werden. Beim Einbau in das Fahrzeug 18 kann es erforderlich sein, dass die Sensoren genau in allen Achsen kalibriert werden, was über eine beispielsweise standardisierte und fahrzeugseitig ausgerichtete Fassungsvorrichtung geschehen kann. Darin kann ein Sensor eingesteckt werden wobei eine elektrische Verbindung über eines oder mehrere Verbindungselemente 2 hergestellt wird. Beim Austauschen des Sensors bleibt die Fassungsvorrichtung in der kalibrierten Stellung und nur der Sensor wird neu gesteckt.
Für die Herstellung eines Verbindungselements 2 ist es insbesondere möglich, dass die isolierende Zwischenschicht 9 und die Koppelfläche 6 mittels eines Beschichtungsverfahrens auf die Leiterstreifen 7, 8 aufgebracht werden, bevor die Leiterstreifen 7, 8 zur Ausbildung des einen oder der mehreren Mäander 12 geformt werden. Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Herstellung des elektrischen Verbindungselements 2 möglich.
Insbesondere durch die Wahl der Abmessungen der Leiterstreifen 7, 8, der Dicke d₂ der isolierenden Zwischenschicht 9 und/oder dem Grad der Überdeckung der Leiterstreifen 7, 8 durch die Koppelfläche 6 kann dabei die Impedanz des Verbindungselements 2 eingestellt werden. Dabei können vorteilhaft unterschiedliche Impedanzen realisiert werden.

Claims

Elektrisches Verbindungselement (2) umfassend wenigstens eine Leiterstreifengruppe (22, 23) mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Koppelfläche (6) und wenigstens zwei elektrisch leitfähigen Leiterstreifen (7, 8), wobei sich die Leiterstreifen (7, 8) jeweils in ihrer Längsrichtung (L) von einem ersten Anschlussbereich (10) des Verbindungselements (2) zu einem zweiten Anschlussbereich (11) des Verbindungselements (2) erstrecken, wobei die Leiterstreifen (7,8) in ihrer Breitenrichtung (B) versetzt nebeneinander angeordnet sind und zwischen dem ersten Anschlussbereich (10) und dem zweiten Anschlussbereich (11) wenigstens einen Mäander (12) um eine sich in Breitenrichtung (B) der Leiterstreifen (7, 8) erstreckende Achse (13) ausbilden, wobei die Koppelfläche (6) die Leiterstreifen (7, 8) in Längsrichtung (L) und in Breitenrichtung (B) jeweils zumindest teilweise überdeckt, wobei die Koppelfläche (6) über wenigstens eine isolierende Zwischenschicht (9) von den Leiterstreifen (7, 8) getrennt ist.
Elektrisches Verbindungselement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbart angeordneten Leiterstreifen (7, 8) jeweils ein Spalt (16), insbesondere mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Breite, ausgebildet ist.
Elektrisches Verbindungselement (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstreifen (7, 8) zur Ausbildung des wenigstens einen Mäanders (12) jeweils parallel verlaufende gerade Abschnitte (14) und gebogene Abschnitte (15) aufweisen, wobei die Koppelfläche (6) jeweils wenigstens einen der geraden Abschnitte (14) der Leiterstreifen (7, 8) zumindest teilweise überdeckt, und/oder dass die Leiterstreifen (7, 8) zur Ausbildung des wenigstens einen Mäanders (12) eine helikale Form aufweisen.
Elektrisches Verbindungselement (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstreifen (7, 8) mehrere Mäander (12) mit entlang der Längsrichtung (L) der Leiterstreifen (7, 8) alternierenden Krümmungsrichtungen und/oder mit zumindest im Wesentlichen gleichen Krümmungsradien ausbilden.
Elektrisches Verbindungselement (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) derart flexibel ist, dass ein relativer Versatz zwischen dem ersten Anschlussbereich (10) und dem zweiten Anschlussbereich (11) in drei Raumrichtungen von jeweils wenigstens 0,5 mm, insbesondere von jeweils wenigstens 1 mm, einstellbar ist.
Elektrisches Verbindungselement (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelfläche (6) eine elektrisch leitfähige Schicht und/oder eine elektrisch leitfähige Folie ist oder umfasst.
Elektrisches Verbindungselement (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelfläche (6) und/oder die Leiterstreifen (7, 8) aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung bestehen und/oder dass die elektrisch isolierende Zwischenschicht (9) eine Kunststoffschicht, insbesondere eine Polyvinylchlorid-Schicht, ist oder umfasst.
Elektrisches Verbindungselement (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Leiterstreifen (7, 8) zwischen dem ersten Anschlussbereich (10) und dem zweiten Anschlussbereich (11) in einem Frequenzbereich bis wenigstens 3 GHz eine Impedanz zwischen 40 Ohm und 120 Ohm, insbesondere eine Impedanz zwischen 50 Ohm und 100 Ohm, aufweist.
Elektrische Schaltungsanordnung (1) umfassend eine Leiterplatte (3) sowie wenigstens eine elektrische Baueinheit (4) mit einem Anschlussabschnitt (5), wobei der Anschlussabschnitt (5) mit der Leiterplatte (3) über ein elektrisches Verbindungselement (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche verbunden ist.
Elektrische Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) wenigstens eine Hochfrequenz-Verbindung zwischen der elektrischen Baueinheit (4) und der Leiterplatte (3) mit einer Bandbreite von wenigstens 1,5 GHz, insbesondere von 3,0 GHz, ausbildet.
Elektrische Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Baueinheit (4) eine Anschlusseinrichtung für eine Hochfrequenzleitung ist und/oder dass die Leiterplatte (3) einen Fahrzeugumfeld-Sensor, insbesondere einen Kamerasensor, einen Radarsensor oder einen Lidarsensor, umfasst.
Fahrzeug (18) umfassend ein elektrisches Verbindungselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eine elektrische Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.