DE19914418A1 - Leiterplatte mit starren und elastisch verformbaren Abschnitten und Gerät mit einer solchen Leiterplatte - Google Patents
Leiterplatte mit starren und elastisch verformbaren Abschnitten und Gerät mit einer solchen LeiterplatteInfo
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Abstract
Um bei einer Leiterplatte mit wenigstens zwei starren mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen versehenen Leiterplattenabschnitten, die durch einen elastisch verformbaren Mittelabschnitt miteinander verbunden sind, welcher Mittelabschnitt mit Leiterbahnen versehen ist, die sich von dem ersten starren Abschnitt bis zu dem zweiten starren Abschnitt erstrecken, die Elastizität des Mittelbereiches zu verbessern, wird vorgeschlagen, daß in den elastisch verformbaren Mittelabschnitt wenigstens eine Öffnung eingebracht ist, wobei der die Öffnung umgebende Bereich des Mittelabschnitts wenigstens zwei sich in Richtung von dem ersten starren Abschnitt zu dem zweiten starren Abschnitt erstreckende, die wenigstens eine Öffnung seitlich begrenzende Stege ausbildet, an denen die Leiterbahnen angeordnet sind. Wird in einem elektrischen/elektronischen Gerät der erste starre Abschnitt der Leiterplatte mit einem schwingungsgedämpften gelagerten Bauteil und der zweite starre Abschnitt mit dem Gerätgehäuse fest verbunden, so wird vermieden, daß Vibrationen von der Leiterplatte auf das Bauteil übertragen werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit den im Oberbe
griff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Derartige Leiterplatten werden in der Literatur auch als
starr-flexible Leiterplatten bezeichnet und umfassen zwei
starre Endabschnitte, auf denen elektrische und/oder elektro
nische Bauelemente, wie beispielsweise Durchkontaktierungen,
Leiterbahnen und aktive oder passive elektronischen Bauteile
angeordnet sind. Die beiden starren Abschnitte sind durch ei
nen elastisch verformbaren Mittelabschnitt miteinander ver
bunden. Derartige Leiterplatten können um den Mittelabschnitt
gebogen werden und sind daher sehr platzsparend in elektri
schen Geräten anzuordnen. Insbesondere ist es möglich, einen
starren Endabschnitt der Leiterplatte mit einem stoß- oder
vibrationsempfindlichen Bauteil zu verbinden, welches in ei
nem Gerätegehäuse schwingungsgedämpft gelagert ist und den
anderen starren Endabschnitt mit einem feststehenden Gehäuse
teil zu verbinden, beispielsweise einem Steckerteil. Durch
den elastisch verformbaren Mittelabschnitt wird erreicht, daß
Stoß- und Vibrationsbelastungen des Gerätegehäuses nicht auf
das stoß- oder vibrationsempfindliche Bauteil übertragen wer
den. Nachteilig ist jedoch, daß der Mittelabschnitt der be
kannten flexibel-starren Leiterplatten trotz seiner Elastizi
tät noch zu steif ist, so daß mit den bekannten Leiterplatten
Stoß- und Schüttelbelastungen teilweise dennoch auf die emp
findlichen Bauteile übertragen werden.
Durch die erfindungsgemäße Leiterplatte mit den kennzeich
nenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird dieser Nachteil ver
mieden. Dies wird durch wenigstens eine in den elastisch
verformbaren Mittelabschnitt der Leiterfolie eingebrachte
Öffnung erreicht, wobei der die Öffnung umgebende Bereich
des Mittelabschnitts wenigstens zwei sich in Richtung von
dem ersten starren Abschnitt zum zweiten starren Abschnitt
hin erstreckende, die wenigstens eine Öffnung seitlich be
grenzende Stege ausbildet, an denen die Leiterbahnen ange
ordnet sind. Durch die Öffnungen in dem Mittelabschnitt wird
die Steifheit des Mittelabschnitts vorteilhaft reduziert und
die Elastizität vergrößert. Die in dem Mittelabschnitt ste
hengelassenen Stege können sehr schmal ausgebildet werden,
so daß die Steifheit der Leiterfolie zumindest an dem mit
den Stegen versehenen Bereich stark reduziert ist. Im Grenz
fall kann für jede Leiterbahn ein einzelner Steg vorgesehen
sein, dessen Breite nur geringfügig größer als die Breite
der Leiterbahn ist. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß
Schüttel- und Vibrationsbelastungen gar nicht oder nur noch
in äußerst geringem Ausmaß auf die mit dem einen starren Ab
schnitt verbundenen empfindlichen Bauteile, beispielsweise
Sensorelemente, übertragen werden. Vorteilhaft kann die we
nigstens eine Öffnungen in dem Mittelabschnitt durch einen
einfachen Stanzvorgang hergestellt werden. Die Leiterplatte
kann sehr preiswert gefertigt werden, da keine größeren Ab
änderung des Herstellungsprozesses notwendig sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin
dung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen
Merkmale ermöglicht.
Vorteilhaft ist, wenn die wenigstens eine Öffnung in Form
eines sich in Richtung von dem ersten starren Abschnitt zu
dem zweiten starren Abschnitt erstreckenden Schlitzes, ins
besondere in Form eines Langlochs, ausgebildet ist.
Die Steifheit des elastisch verformbaren Mittelabschnittes
der Leiterplatte kann noch weiter reduziert werden, wenn
mehrere schlitzartige Öffnungen in dem Mittelabschnitt aus
gebildet sind, wobei jede Öffnung seitlich von je zwei par
allel zueinander verlaufenden Stegen begrenzt wird. Vorteil
haft können die Stege auf der Oberseite und Unterseite mit
Leiterbahnen versehen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, im Gehäuse eines elektri
schen/elektronischen Gerätes den ersten starren Abschnitt
der Leiterplatte mit einem stoß- und vibrationsempfindlichen
Bauteil des Gerätes zu verbinden, welches Bauteil in dem Ge
rätegehäuse schwingungsgedämpft gelagert ist, und den zwei
ten starren Abschnitt der Leiterplatte an einem feststehen
den Gehäuseteil, vorzugsweise einem an dem Gehäuse angeord
neten Steckerteil festzulegen. Der Abstand zwischen dem er
sten starren Abschnitt und dem zweiten starren Abschnitt der
Leiterplatte kann dann vorteilhaft derartig eingestellt wer
den, daß die Stege, welche die beiden starren Abschnitte
miteinander verbinden, sich schlaufenförmig biegen. Durch
die Schlaufen wird eine wirksame Entkopplung des stoßemp
findlichen Bauteils von dem Gehäuseteil erreicht und wirksam
vermieden, daß Stöße und Vibrationen durch die Leiterplatte
auf das empfindliche Bauteil, beispielsweise einen Sensor
übertragen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung nä
her erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbei
spiel der erfindungsgemäßen Leiterfolie,
Fig. 1a einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbei
spiel der erfindungsgemäßen Leiterfolie,
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Leiterplatte aus Fig. 1,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein elektrisches Gerät mit der
erfindungsgemäßen Leiterplatte.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungs
beispiel der erfindungsgemäßen Leiterplatte 1. Die Leiter
platte 1 weist einen ersten starren Abschnitt 2 und einen
zweiten starren Abschnitt 3 auf, die durch einen elastisch
verformbaren Mittelabschnitt 4 miteinander verbunden sind.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, bestehen die starren Abschnit
te 2, 3 aus einer Polyimidfolie 15, auf die beidseitig eine
Kupferfolie 14 aufgebracht ist. Auf die beiden Kupferfolien
14 ist über jeweils eine Isolations- und/oder Kleberschicht
13 je ein FR4-Substrat 12, also ein Epoxidharz-Substrat auf
gebracht. Die relativ dicken FR4-Substrate verleihen den Ab
schnitten 2, 3 der Leiterplatte ihre Steifheit. Auf die FR4-
Substrate 12 ist jeweils eine Kupferfolie 11 und anschließend
eine Deckfolie 10 aufgebracht. In den Kupferfolien 11 und 14
sind in bekannter Weise in Fig. 2 nicht erkennbare Leiterbah
nen ausgebildet. Leiterbahnen verschiedener Lagen können über
Durchkontaktierungen miteinander verbunden sein.
Wie weiterhin in Fig. 2 dargestellt ist, wird der elastisch
verformbare Mittelabschnitt 4 der Leiterplatte 1 durch eine
parallele Verlängerung und seitliche Herausführung der Polyi
midfolie 15 mit den diese bedeckenden Kupferfolien 14 aus dem
starren Abschnitt 2 bzw. 3 gebildet. Die Kupferfolien 14 des
Mittelabschnitts sind auf ihren Außenseiten mit einem Deck
lack oder einer Polyimid-Deckschicht 16 abgedeckt. Wie in
Fig. 4 zu erkennen ist, ist der Mittelabschnitt 4 mit einer
geringeren Breite d ausgebildet, als die starren Abschnitte
2, 3 und weist Materialaussparungen bzw. Öffnungen 6 auf, wel
che durch Ausstanzen in dem Mittelabschnitt gebildet sind.
Die Öffnungen 6 erstrecken sich schlitzförmig vom ersten
starren Abschnitt 2 zum zweiten starren Abschnitt 3 und sind
in diesem Ausführungsbeispiels als Langlöcher ausgebildet.
Die Breite b der Öffnungen 6 beträgt beispielsweise etwa 1,6 mm.
Die Öffnungen 6 werden seitlich von parallel zueinander
verlaufenden Stegen 5 begrenzt. Die Stege 5 können sehr
schmal ausgebildet werden, mit Breiten c von beispielsweise 2 mm.
Auf den Stegen sind Leiterbahnen angeordnet, von denen in
Fig. 4 nur die Leiterbahn 8 dargestellt ist. In den schraf
fiert dargestellten Randbereichen 30 des Mittelabschnittes 4
sind keine Leiterbahnen vorgesehen. Es ist empfehlenswert,
die Breite c der Stege 5 möglichst schmal auszuführen, um die
Steifheit des Mittelabschnittes 4 weiter zu verringern. In
wie weit dies möglich ist, wird von der Anzahl der Leiterbah
nen 8 abhängen, welche von dem ersten starren Abschnitt 2 zum
zweiten starren Abschnitt 3 verlaufen. Gegebenenfalls kann
die Breite d des Mittelabschnittes vergrößert werden und wei
tere Stege 5 vorgesehen werden. Nach der Herstellung der Lei
terplatte wird der erste starre Abschnitt 2 mit elektrischen
und/oder elektronischen Bauelementen 31 und der zweite Ab
schnitt 3 mit Bauelementen 32 bestückt.
In den Fig. 1a und 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem eine elastisch verformbare Leiterfolie 4
mit einem Endabschnitt 4a auf die Oberseite eines ersten
starren FR4-Substrats 2 und mit dem zweiten Endabschnitt 4b
auf die Oberseite eines zweiten starren FR4-Substrats 3 auf
geklebt ist. Die Leiterfolie 4 besteht aus einem mit Kupfer-
Leiterbahnen versehenen Polyimidsubstrat, wobei die Leiter
bahnen beispielsweise durch einen Isolierlack nach außen iso
liert sind. Der nicht auf die FR4-Substrate 2, 3 aufgeklebte
mittlere Bereich der Leiterfolie 4 bildet den elastisch ver
formbaren Mittelabschnitt und ist, wie in Fig. 3 dargestellt,
mit zahlreichen parallel zueinander verlaufenden Stegen 5
versehen, welche durch Stanzen in der Leiterfolie 4 ausgebil
det sind.
Die Leiterbahnen können, wie in den hier dargestellten Aus
führungsbeispielen, auf der Oberseite und Unterseite der Ste
ge 5 oder nur auf einer Seite vorgesehen sein. Auch ist denk
bar, daß der Mittelabschnitt 4 durch ein Mehrlagensubstrat
mit mehreren übereinander angeordneten Leiterbahnlagen gebil
det wird, wobei dann auch mehr als zwei übereinander angeord
nete Leiterbahnen an einem Steg ausgebildet sein können.
Werden bei dem in Fig. 1 und Fig. 1a gezeigten Ausführungs
beispielen die beiden starren Leiterplattenabschnitte 2 und 3
in einer Ebene zueinander hin bewegt, so bilden die elastisch
verformbaren Stege 5 des Mittelabschnitts 4 C-förmige oder U-
förmige Schlaufen aus.
In Fig. 5 ist ein elektrisches/elektronisches Gerät 40 darge
stellt, welches beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahr
zeuges angeordnet werden kann. Das Gerät 40 umfaßt ein Gehäu
se 41, welches mit einem Gehäusedeckel 42 verschließbar ist.
In einer Gehäusewand ist ein Steckerteil 44 mit Steckerstif
ten 45 vorgesehen. Im Gehäuseinnenraum ist ein stoß- und vi
brationsempfindliches Sensorelement 33 in einem Sensorgehäuse
35 angeordnet. Das Sensorelement 33 ist auf einer Leiterplat
te oder einem Hybrid 38 angeordnet, der über Bonddrähte 37
mit Anschlußstiften 34 verbunden ist. Das Sensorgehäuse ist
über Dämpfungselemente 39 schwingungsgedämpft in dem Geräte
gehäuse 41 gelagert. Eine Leiterplatte 1, deren Aufbau dem in
Fig. 1, 1a oder 4 gezeigten Aufbau entspricht, ist im Innen
raum des Gerätegehäuses 41 angeordnet, wobei der erste starre
Abschnitt 2 der Leiterplatte 1 mit den Anschlußstiften 34 des
Sensorgehäuses 35 fest verbunden ist. Über die Anschlußstifte
34 ist das Sensorelement 33 mit Leiterbahnen des starren Ab
schnitts 2 elektrisch verbunden. Weitere elektrische und/oder
elektronische Bauelemente 31 sind ebenfalls mit dem ersten
starren Abschnitt 2 der Leiterplatte 1 verbunden. Die Bauele
mente 31 sind über nicht dargestellte elektrische Verbindun
gen mit Leiterbahnen der Leiterplatte 1 verbunden, welche
über die Stege 5 des elastisch verformbaren Mittelabschnittes
4 mit Leiterbahnen verbunden sind, welche auf dem zweiten
tarren Abschnitt 3 angeordnet sind. Der zweite starre Ab
schnitt ist fest mit dem Gehäuse 41 verbunden. Wie in Fig. 5
dargestellt ist, sind die Steckerstifte 45 des Steckerteils
44 durch in dem zweiten starren Abschnitt 3 vorgesehene Öff
nungen hindurchgeführt und dort mit den Leiterbahnen der Lei
terplatte 1 verlötet. Der Abstand a (Fig. 1) zwischen dem er
sten und dem zweiten starren Abschnitt ist so gewählt, daß
die Stege 5 des Mittelabschnittes 4 U-förmige Schlaufen bil
den. Bei Vibrationsbelastungen des Gehäuses 41 wird dann vor
teilhaft vermieden, daß die Vibrationen auf den mit dem Sen
sor 33 fest verbundenen ersten starren Abschnitt 2 übertragen
werden.
Claims (8)
1. Leiterplatte (1) mit wenigstens zwei starren, mit elektri
schen und/oder elektronischen Bauteilen (31, 32, 33, 45) verse
henen Leiterplattenabschnitten (2, 3), die durch einen ela
stisch verformbaren Mittelabschnitt (4) miteinander verbun
den sind, welcher Mittelabschnitt (4) mit Leiterbahnen (8)
versehen ist, die sich von dem ersten starren Abschnitt (2)
bis zu dem zweiten starren Abschnitt (3) erstrecken, dadurch
gekennzeichnet, daß in den elastisch verformbaren Mittelab
schnitt (4) wenigstens eine Öffnung (6) eingebracht ist, wo
bei der die Öffnung (6) umgebende Bereich des Mittelab
schnitts (4) wenigstens zwei sich in Richtung von dem ersten
starren Abschnitt (2) zu dem zweiten starren Abschnitt (3)
erstreckende, die wenigstens eine Öffnung seitlich begren
zende Stege (5) ausbildet, an denen die Leiterbahnen (8) an
geordnet sind.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die wenigstens eine Öffnung (6) in Form eines sich in Rich
tung von dem ersten starren Abschnitt (2) zu dem zweiten
starren Abschnitt (3) erstreckenden Schlitzes ausgebildet
ist.
3. Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der wenigstens eine Schlitz (6) in Form eines Langlochs in
dem elastisch verformbaren Mittelabschnitt (4) ausgebildet
ist (Fig. 4).
4. Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere schlitzartige Öffnungen (6) in dem Mittelabschnitt
ausgebildet sind, wobei jede Öffnung (6) seitlich von je
zwei parallel zueinander verlaufenden Stegen (5) begrenzt
wird.
5. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die wenigstens zwei Stege (5) auf der Oberseite und Unter
seite mit Leiterbahnen versehen sind.
6. Elektrisches/elektronisches Gerät (40) mit einem Gehäuse
(41, 42) und mit einer Leiterplatte (1) nach einem der vor
stehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste starre Abschnitt (2) der Leiterplatte (1) mit einem
stoß- und vibrationsempfindlichen Bauteil (33) des Gerätes,
insbesondere einem Sensorelement, fest verbunden ist, wel
ches Bauteil (33) in dem Gerätegehäuse (41, 42) schwingungs
gedämpft gelagert ist, und daß der zweite starre Abschnitt
(3) der Leiterplatte (1) an einem feststehenden Gehäuseteil,
vorzugsweise einem an dem Gehäuse (42) angeordneten Stecker
teil (44) festgelegt ist (Fig. 5).
7. Elektrisches/elektronisches Gerät nach Anspruch 6, da
durch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem ersten
starren Abschnitt (2) und dem zweiten starren Abschnitt (3)
der in dem Gerät (40) festgelegten Leiterplatte (1) kleiner
ist, als die Länge der mit den Leiterbahnen (8) versehenen
Stege (5).
8. Elektrisches/elektronisches Gerät nach Anspruch 7, da
durch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen dem er
sten starren Abschnitt (2) und dem zweiten starren Abschnitt
(3) der in dem Gerät (40) festgelegten Leiterplatte (1) der
artig eingestellt ist, daß die Stege (5) sich schlaufenför
mig biegen (Fig. 1, Fig. 5).
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