DE19912519A1

DE19912519A1 - Verfahren zum elektrischen Verbinden von Leiterplatten und Leiterplattenanordnung

Info

Publication number: DE19912519A1
Application number: DE1999112519
Authority: DE
Inventors: Rainer Venus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2019-03-20
Also published as: DE19912519C2

Abstract

Bei einem Verfahren zum elektrischen Verbinden von Leiterplatten werden die zu verbindenden Leiterplatten (1; 2) nebeneinander in einer Ebene angeordnet. Mehrere flexible, elektrisch leitende Verbindungselemente (3) werden von einem SMD-Bestückungsautomaten (4) auf den Leiterplatten positioniert, so daß eine durch die Verbindungselemente (3) verbundene Leiterplattenanordnung entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbin den von Leiterplatten und eine Leiterplattenanordnung, bei der wenigstens zwei Leiterplatten durch Verbindungselemente miteinander verbunden sind.

Häufig benötigt eine elektronische Schaltung eine große Lei terplattenfläche, die in einem Gehäuse nicht für eine einzel ne zusammenhängende Leiterplatte zur Verfügung steht. In die sem Fall muß die elektronische Schaltung auf mehrere Leiter platten verteilt werden. Die Leiterplatten sind dann meist in unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Eine solche Leiterplat tenanordnung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 42 40 755 A1 bekannt.

Es ist bekannt, für die Herstellung einer elektrischen Ver bindung zwischen solchen Leiterplatten Papierverbinder einzu setzen. Papierverbinder weisen parallel angeordnete Drähte auf, die durch Papierlagen fixiert sind. Die Enden der Drähte werden gebogen und in Durchkontaktierungen der zu verbinden den Leiterplatten gesteckt. Papierverbinder müssen manuell bestückt werden. Zur Herstellung einer elektrischen Verbin dung mit den Leiterplatten ist eine Schwall- oder Hub- Tauchlötung notwendig.

Ferner ist bekannt, Leiterplatten miteinander über Stift- und Buchsenleisten zu kontaktieren. Hierbei handelt es sich um verhältnismäßig teuere Bauteile, die ebenfalls mit einer Schwall- oder Hub-Tauchlötung gelötet werden müssen, sofern es sich nicht um besonders teuere SMD-Bauteile handelt. Wer den Stift- und Buchsenleisten mittels Einpreßtechnik auf den Leiterplatten angebracht, ist eine manuelle Bestückung zwin gend erforderlich.

Außerdem ist bekannt, eine elektrische Verbindung zwischen Leiterplatten über Bandkabel und Steckverbinder herzustellen. Die Herstellung einer elektrischen Verbindung auf diese Weise ist umständlich und teuer.

Bei der Verwendung von flexiblen Leiterplatten als Verbindung zwischen starren Leiterplatten ist ein spezieller Lötprozeß erforderlich (Bügellötung). Dabei müssen Kontaktstellen zwi schen einer zu verbindenden Leiterplatte und der flexiblen Leiterplatte mit Lot versehen und übereinander ausgerichtet werden. Anschließend wird mit einem heißen Stempel das Lot aufgeschmolzen wird.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum elektrischen Verbinden von Leiterplatten und eine Leiterplattenanordnung bereitzustellen, die eine einfache, kostengünstige und beson ders sichere elektrische Verbindung zwischen wenigstens zwei Leiterplatten ermöglichen.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren und mit einer Leiter plattenanordnung erreicht, wie sie in den unabhängigen Pa tentansprüchen definiert sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Verbindungselemente weisen Dimensionen auf, die eine Handhabung durch SMD-Bestückungsautomaten und eine entspre chende Magazinierung gestatten. Das Verbinden von Leiterplat ten kann daher in den Prozeß der Leiterplattenbestückung in tegriert werden.

Aufgrund der flexiblen Eigenschaften der Verbindungselemente können miteinander verbundene Leiterplatten in unterschiedli che Ebenen ausgerichtet werden. Beim Ausrichten der verbunde nen Leiterplatten erfolgt vorzugsweise keine seitliche Ver setzung der Leiterplatten zueinander.

Vorzugsweise werden starre Leiterplatten miteinander verbun den. Es können aber auch flexible Leiterplatten, beispiels weise flexible Leiterbahnfolien aus Polyimid oder LTCC- Keramikfolien, Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung sein.

Die Verbindungselemente weisen vorzugsweise eine Dicke zwi schen etwa 0,25 mm und 1,25 mm auf. Dabei wird die Dicke senk recht zur Ebene der nebeneinander angeordneten Leiterplatten gemessen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Erfindungselemente Kreiszylinder. Diese Formgebung hat den Vorteil, daß es zu keiner Beeinträchtigung der flexi blen Eigenschaften der Verbindungselemente infolge Verkantens kommen kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mehrere zu verbindende Leiterplatten aus einer einzigen großen Lei terplatte gewonnen. Die Fläche dieser zu teilenden Leiter platte entspricht ungefähr dem Gebiet, das ein Bestückungsau tomat abdecken kann, also der Reichweite eines Bestückungsau tomaten.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 zwei nebeneinander angeordnete starre Leiterplatten,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Leiterplatten anordnung der Fig. 1,

Fig. 3 zwei miteinander verbundene, in parallelen Ebenen zueinander ausgerichtete Leiterplatten,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3,

Fig. 5 das Bestücken einer Leiterplattenanordnung,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt der Leiterplattenan ordnung der Fig. 5, und

Fig. 7 mehrere zusammenhängende Leiterplatten.

In Fig. 1 sind in einer Ebene angeordnete Leiterplatten 1 und 2 dargestellt, die über eine Vielzahl von flexiblen, elektrisch leitenden Verbindungselementen 3 miteinander so wohl elektrisch als auch mechanisch verbunden sind. Dabei dient ein Teil der Verbindungselemente 3 lediglich zur mecha nischen Verbindung der Leiterplatten, ohne eine elektrische Verbindung zwischen Bauelementen herzustellen.

Fig. 2 veranschaulicht die Verbindungselemente 3 des Details x von Fig. 1.

Der Abstand a zwischen den Leiterplatten sollte im Bereich zwischen 3 mm und 30 mm liegen. Besonders günstig ist aber ein Abstand zwischen 10 mm und 15 mm.

Die senkrecht zur Ebene der Leiterplatten gemessene Dicke der Verbindungselemente beträgt 0,7 mm. Die Dicke eines Verbin dungselements sollte etwa 1/15 bis 1/30 seiner Länge betra gen. Bei einer Länge eines Verbindungselements 3 von 15 bis 20 mm betragen besonders geeignete Dicken zwischen 0,6 mm und 0,85 mm.

Die Breite eines Verbindungselements 3 beträgt etwa 1 mm.

Die für die Verbindungselemente auf den Leiterplatten vorge sehenen Lötflächen (Pads) weisen eine Fläche von 1 mm . 3 mm auf. Das Bestückungsraster beträgt ungefähr 2,5 mm.

Die Verbindungselemente weisen eine elektrisch leitende Ober fläche auf, so daß sie auf die Leiterplatten gelötet werden können. Besonders geeignet sind metallische Verbindungsele mente, und insbesondere Verbindungselemente aus Kupfer-Zinn- Legierungen wegen ihrer biegsamen, flexiblen Eigenschaften. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungselemente aus CuZn₃₇F₂₉.

Fig. 3 zeigt zwei über Verbindungselemente 3 zueinander ge bogene Leiterplatten 1 und 2. Die Leiterplatten sind parallel zueinander ausgerichtet und übereinander angeordnet.

Über Bohrungen 11 werden die Leiterplatten in einem Gehäuse befestigt und in ihrer Position zueinander gehalten.

In Fig. 4 ist die Biegung von Verbindungselementen 3 veran schaulicht, die im Detail x von Fig. 3 angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt zwei Leiterplatten 1 und 2, die über Verbin dungselemente 3 mit rundem Querschnitt miteinander elektrisch und mechanisch verbunden sind. Die Dicke oder der Durchmesser der Verbindungselemente beträgt 0,7 mm.

Ein SMD-Bestückungsautomat 4 bestückt die Leiterplatten 1 und 2 sowohl mit elektrischen und elektronischen Bauteilen 5 als auch mit den Verbindungselementen 3. Die Verbindungselemente 3 werden auf den hierfür vorgesehenen Pads plaziert und wer den dort mittels einer Klebung gehalten. Anschließend werden die Verbindungselemente 3 gemeinsam mit den elektronischen Bauteilen 5 in einem Reflow-Prozeß gelötet.

Um beim Bestücken der Verbindungselemente 3 ein Durchbiegen zu verhindern, befindet sich zwischen den Stirnflächen der Leiterplatten 1 und 2 ein Steg 12. Dieser Steg besitzt unge fähr dieselbe Höhe wie die Leiterplatten 1 und 2, so daß sei ne Oberfläche in derselben Ebene wie die Oberflächen der Lei terplatten 1 und 2 liegt.

In Fig. 6 sind die Verbindungselemente 3 als Kreiszylinder erkennbar.

Die zu verbindenden Leiterplatten 1 und 2 wurden zusammen mit weiteren untereinander zu verbindenen Leiterplatten aus einer einzigen Leiterplatte gewonnen.

Um den Trennprozeß zwischen den Leiterplatten zu vereinfa chen, wird zwischen zwei durch Verbindungselemente 3 zu ver bindende Leiterplatten eine Ausnehmung eingebracht. Die zu verbindenden Leiterplatten können zunächst entlang der senk recht zu den Stirnflächen 13 verlaufenden Leiterplattenkanten verbunden bleiben. Dadurch ist eine besonders exakte Beab standung der Leiterplatten zueinander gewährleistet.

Die Bestückung der Leiterplatten 1 und 2 mit Verbindungsele menten wird erleichtert, wenn ein Steg 12 zwischen den Stirn flächen 13 der Leiterplatten 1 und 2 angeordnet ist. Dies verhindert eine Durchbiegung der Verbindungselemente 3 beim Bestückungsvorgang. Der Steg 12 kann gebildet werden, indem zwei parallele Nute zwischen den Leiterplatten 1 und 2 ge fräst werden. Zur Fixierung kann der Steg 12 eine oder mehre re Verbindungen zu den Leiterplatten 1 und 2 aufweisen.

Fig. 7 zeigt mehrere miteinander verbundene Leiterplatten 1 und 2, die eine große, zusammenhängende Leiterplatte bilden. Die Leiterplatten 1, 2 wurden von einem Bestückungsautomaten mit Bauteilen bestückt. Die von der großen, zusammenhängenden Leiterplatte gebildete Fläche entspricht etwa dem maximalen Arbeitsgebiet oder der Reichweite eines Bestückungsautomaten.

Die Leiterplatten 1, 2 sind mittels Kerben 14 oder Nuten un terteilte Gebiete. Die Kerben 14 bilden Sollbruchstellen oder Trennstellen für die Teilung der großen Leiterplatte in klei nere Leiterplatten 1, 2. Zwischen miteinander über Verbin dungselemente 3 verbundene Leiterplatten 1 und 2 sind jeweils Ausnehmungen gefräst. Daher werden die Verbindungselemente 3 beim Abtrennen der Leiterplatten nicht oder nur geringfügig belastet.

Im Detail x ist erkennbar, daß auf beiden Seiten der Leiter platten (Ober- und Unterseite) V-förmige Kerben 14 einge bracht sind.

Claims

1. Verfahren zum elektrischen Verbinden von Leiterplatten, mit den Schritten:

- zu verbindende Leiterplatten (1; 2) werden nebeneinander in einer Ebene angeordnet,
- mehrere flexible, elektrisch leitende Verbindungselemente (3) werden von einem SMD-Bestückungsautomaten (4) derart auf den Leiterplatten (1; 2) positioniert, daß sie Brücken zwischen den Leiterplatten (1; 2) bilden, und
- die Verbindungselemente (3) werden auf die Leiterplatten (1; 2) gelötet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (3) gleichzeitig mit elektronischen Bau elementen (5) auf den Leiterplatten (1; 2) gelötet werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Leiterplatten (1; 2) in unterschiedliche Ebenen ausgerichtet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (3) in einem Ab stand im Bereich zwischen 1 mm und 30 mm nebeneinander ange ordnet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bestücken der Verbindungselemente (3) wenigstens ein Steg (12) zwischen den Leiterplatten (1; 2) angeordnet wird.

6. Leiterplattenanordnung mit wenigstens zwei Leiterplatten (1; 2), die durch mehrere voneinander getrennte, metallische Verbindungselemente (3) miteinander elektrisch verbundenen sind und in unterschiedliche Ebenen ausgerichtet sind, wobei die Verbindungselemente (3) eine Dicke im Bereich zwischen 0,25 mm bis 1,25 mm aufweisen.

7. Leiterplattenanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (3) auf die Leiterplatten (1; 2) gelötet sind.

8. Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden, auf eine Leiterplatte gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Verbindungselemente (3) eine Länge im Bereich von 10 mm bis 30 mm aufweisen.

9. Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden, auf eine Leiterplattenanordnung gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (3) einen runden Querschnitt aufweisen.

10. Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden, auf eine Leiterplattenanordnung gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Verbindungselemente (3) die Leiterplatten (1; 2) lediglich mechanisch verbindet, ohne ei ne elektrische Verbindung zwischen elektronischen Bauteilen (5) herzustellen.