DE19912519C2 - Verfahren zum elektrischen Verbinden von Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbin­ den von Leiterplatten.

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.

Aus der Patentschrift US 4,742,183 ist bekannt, eine Leiter­ platte in deren Mitte mit einer Einkerbung und mit zwei Aus­ nehmungen zu versehen, die sich beiderseits der Einkerbung erstrecken. Über die Ausnehmung werden Drähte bestückt, die jeweils in Durchkontaktierungen beiderseits der Einkerbung gesteckt und anschließend gelötet werden. Die Leiterplatte wird anschließend entlang der Einkerbung in zwei Teile aus­ einander gebrochen. Die Drähte können nicht mit einem SMD- Bestückungsautomaten bestückt werden.

Die Patentanmeldung EP 0 891 128 A1 betrifft eine Leiterplat­ tenanordnung, bei der zwei Leiterplatten über einen aufwendi­ gen, kammartigen Verbinder miteinander verbunden sind. Der Verbinder kann nicht mit einem SMD-Bestückungsautomaten ge­ handhabt werden.

JP 0 82 36 895 A offenbart die Verbindung zwischen zwei Lei­ terplatten mittels einem Leiter, der die Leiterplatten elekt­ risch miteinander verbindet und als Gelenk eingesetzt ist.

Das Gebrauchsmuster DE 77 04 585 U1 betrifft ein elektrisch leitendes Verbindungselement für Leiterbahnen auf winklig zu­ einander angeordneten Leiterbahnen. Das Verbindungselement besteht aus Stromanschlußelementen, zwischen denen eine Falt­ zone eingearbeitet ist.

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum elektrischen Verbinden von Leiterplatten bereitzustellen, das eine einfa­ che, kostengünstige und besonders sichere elektrische Verbin­ dung zwischen wenigstens zwei Leiterplatten ermöglicht.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren erreicht, wie es in Pa­ tentanspruch 1 definiert ist. 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 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 CuZn₃₇Fe₂₉.

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 (4)

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

• - zu verbindende Leiterplatten (1; 2) werden nebeneinander und voneinander beabstandet in einer Ebene angeordnet,
• - wenigstens ein Steg (12) wird zwischen den Leiterplatten (1; 2) angeordnet
• - mehrere flexible, elektrisch leitende Verbindungselemente (3) werden von einem SMD-Bestückungsautomaten (4) derart auf den Leiterplatten (1; 2) und über dem Steg (12) positi­ oniert, 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.