WO2003052875A1 - Aufbau- und verbindungstechnik in textilen strukturen - Google Patents

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WO2003052875A1
WO2003052875A1 PCT/EP2002/013745 EP0213745W WO03052875A1 WO 2003052875 A1 WO2003052875 A1 WO 2003052875A1 EP 0213745 W EP0213745 W EP 0213745W WO 03052875 A1 WO03052875 A1 WO 03052875A1
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Stefan Jung
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Infineon Technologies Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for electrically connecting an electrical conductor to an electronic component according to claim 1 and a device according to claim 15.
  • AVT assembly and connection technology
  • the object relating to the method is achieved by a method for electrically connecting an electrical conductor to an electronic component.
  • the object relating to the device is achieved by a device according to claim 15. preferred
  • Embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a method for electrically connecting an electrical conductor to an electronic component comprises the steps:
  • the step of positioning the electrical conductor, which is arranged in the textile material, relative to the electrically conductive contact point comprises, in particular, approaching and placing the electrical conductor, preferably in contact or in the immediate vicinity of the contact point.
  • the electronic component can be, for example, an integrated circuit (chip) or an interconnect which is applied to an insulator and which is connected to an external electronic component.
  • the textile material is preferably a woven fabric and the conductor comprises at least one weft and / or warp thread of the woven fabric.
  • a fabric is understood to mean a textile fabric made up of two thread systems, in particular crossing one another at right angles, which - as usual - are referred to as warp and weft.
  • the warp lies in the longitudinal direction of the weaving process while the weft direction is transverse to the weaving direction.
  • the conductor can be synthetic threads with conductive fine metal wires spun therein.
  • the conductor can also consist of a thin metal wire, for example a fine silver or copper wire, which has a weft or
  • Warp thread of the fabric forms.
  • the conductor preferably does not consist of a single weft or warp thread, but instead of a multiplicity of weft or warp threads arranged in particular in the fabric.
  • An electrical interruption of a fine metal wire in one of the threads then does not lead to an interruption in the electrical conductivity of the conductor, so that a redundant arrangement with higher reliability results.
  • the conductor preferably has electrical insulation and the step of connecting the conductor to the contact point comprises at least partially chemical and / or thermal removal of the insulation.
  • the fine metal wires embedded in the conductive yarns are preferably provided with a protective layer for electrical insulation, so that it does not become a direct electrical one, especially when the fabric is folded or compressed laterally There is contact between the threads of different conductors - and thus electrical short circuits. If non-insulated wires are used, leakage currents or short circuits could also occur if the tissue is penetrated by moisture, for example, and current paths could therefore also form between conductor threads that are far apart. This is especially true when groups of conductive threads run perpendicular to one another in the textile structure (electrically conductive weft and warp threads) and thus have points of intersection.
  • the protective layer for the electrical insulation of the fine metal wires must on the one hand be so robust that it is not damaged either during the manufacture of the thread (spinning process etc.) or during the manufacturing process of the fabric (weaving, sewing and knitting process etc.) , especially when the textile structure is used in a clothing industry, withstands any mechanical, thermal and chemical loads that may occur. Before electrically connecting the conductor to the contact point or during this step, this electrical insulation must be removed so that a reliable electrical contact can be made between the conductor and the contact point.
  • a textile material can be provided which has an initially non-insulated conductor.
  • the non-insulated conductor with the contact point can be provided with electrical insulation, for example an impregnation step or by galvanic deposition of insulating material (for example polymers), which protects the conductor against unintentional electrical short circuits.
  • insulating material for example polymers
  • the step of electrically connecting the conductor to the contact point includes applying one
  • solder on at least one area of the contact point and mechanically pressing the conductor onto the contact point provided with solder.
  • the conductor consists of synthetic fibers with a spun-in, electrically insulated metal wire
  • the improvement in the electrical connection properties due to the mechanical pressure can be attributed to a mechanical displacement process of the thermally decomposed insulating sheathing, which enables the solder to have a larger surface area of the metal wire Can come into contact.
  • the conductor is preferably pressed on by means of a soldering device.
  • the soldering device can, for example, be the tip of an industrial soldering device which supplies heat and possibly additional soldering agent.
  • the contact point is coated, at least in some areas, with a conductive adhesive, which preferably has chemical ingredients that destroy a possible insulating sheath of the at least one fine metal wire of the conductor.
  • the mechanical pressing step improves the electrical contact between the conductor and the contact point.
  • the component comprises a multiplicity of electrically conductive contact points, the textile material a multiplicity of electrical conductors and the step of positioning the simultaneous arrangement of the conductors at the contact points.
  • This connection method which is particularly suitable for industrial mass production, is based on a simultaneous electrical connection process of a large number of electrical conductors with a large number of corresponding contact points.
  • the conductors can each consist of at least one weft or warp thread of a textile fabric.
  • This predetermined conductor arrangement can be positioned relative to a correspondingly arranged plurality of electrically conductive contact points and can be arranged thereon without the need for manual and sequential handling of the individual conductors and contact points.
  • the step of electrically connecting the conductor to the contact point comprises electrically connecting an at least partially electrically conductive auxiliary contact to the conductor and electrically connecting the auxiliary contact to the contact point.
  • the electrical connection between the conductor and the contact point thus takes place via an additional (auxiliary) component, which is fixed to the textile material in a first step and is electrically connected to the conductor.
  • the step of electrically connecting the auxiliary contact to the conductor includes applying solder to at least a portion of the auxiliary contact; placing the solder-coated area of the auxiliary contact on the conductor; and heating the auxiliary contact above the melting point of the solder to electrically connect the auxiliary contact to the conductor.
  • the electrical conductor is electrically connected to the solder-coated auxiliary contact by positioning the conductor relative to the solder-coated area of the auxiliary contact and pressing it on with sufficient heat. It is particularly advantageous to press the solder-coated auxiliary contact, for example by means of a soldering device, onto the conductor arranged in the textile material, the solder-coated area of the auxiliary contact facing the conductor and the soldering device to the solder-coated area opposite side of the auxiliary contact exerts a mechanical pressure.
  • the textile material is a synthetic fiber fabric with inserted electrical conductors.
  • the auxiliary contact is preferably heated in such a way that the synthetic fiber fabric melts on the textile material in the contact area of the auxiliary contact and thus connects intimately to the auxiliary contact.
  • An electrical connection to the contact point of the electronic component can subsequently be made to the textile material prepared in this way with the auxiliary contact attached using soldering and / or adhesive methods.
  • the auxiliary contact can be arranged directly at the contact point of the component. Alternatively, such an arrangement can be selected in which the contact point comes into contact with that side of the textile material which is opposite to the side on which the auxiliary contact was attached.
  • the step of electrically connecting the auxiliary contact to the conductor can include the application of a conductive adhesive to at least one
  • the conductive adhesive used preferably contains chemical ingredients which may be present Destroy the insulating sheathing of the fine metal wires of the conductor in order to ensure an improved electrical contact between the auxiliary contact and the conductor.
  • the conductive adhesive should also be selected in such a way that it enables a secure connection, which withstands the mechanical, chemical and thermal loads, between the auxiliary contact and the textile material.
  • any existing insulation of the conductor in the region of the auxiliary contact to be connected is first removed thermally and / or chemically in an upstream process step.
  • the electronic component is preferably a flexible strip, ie a flexible printed circuit board, which consists, for example, of polyethylene (PE) with conductor tracks (for example copper tracks) applied thereon.
  • PE polyethylene
  • conductor tracks for example copper tracks
  • Such a flexible band advantageously allows the spacing of the adjust electrical junctions between the electronic component and the textile material, so that the flex band acts as an "adapter piece".
  • a synthetic fiber fabric is selected as the textile material, which is matched to the material of the flex tape in such a way that a seamless and stable transition is achieved by fusing or gluing or similar connection techniques.
  • the step of electrically connecting the conductor to the contact point comprises electrically connecting the conductor to a further conductor arranged in the textile material.
  • the electronic component is merely an auxiliary element which ensures a secure electrical connection between the two conductors arranged in the textile material.
  • the step of electrically connecting the conductor to the contact point comprises the steps:
  • the component can be attached to the textile material, for example, by a welding process or by an adhesive step.
  • the method preferably comprises the further steps of positioning an insulating film on the side of the textile material opposite the component, for isolating the contact point and fixing the insulating film to the textile material. In this way, a "sandwich-like" structure is produced, in which the textile material is arranged between the component and the insulating film.
  • the insulating film increases the mechanical stability of the structure and ensures reliable electrical insulation of the electrically connected conductors.
  • the contact point can be electrically insulated by applying an insulating varnish or an impregnation.
  • a device comprises a textile material in which at least one flexible, wire and / or thread-like electrical material
  • Head is arranged; - At least one electronic component which has an electrically conductive contact point, the conductor being electrically conductively connected to the contact point.
  • the textile material is preferably a woven fabric and the conductor comprises at least one weft and / or warp thread of the woven fabric.
  • the conductor is particularly preferably electrically connected to the contact point via at least one partially conductive auxiliary contact.
  • the auxiliary contact is preferably a metal plate, which can consist in particular of copper or silver.
  • the textile material comprises at least one adjusting device for adjusting the position of the conductor relative to the contact point.
  • Such an adjustment device can consist, for example, of an adjustment loop and / or mark woven into the textile material. Marks can be created, for example, by weaving in an adjustment pattern or a depression or by differently coloring the conductive and non-conductive fibers.
  • Such coloring of the fibers is preferably designed to be washable or removable, so that such an alignment mark is used only as an alignment aid during construction and is removed, for example, during the first cleaning or washing of the textile material.
  • Such adjustment devices which are incorporated in the textile material, can significantly simplify adjustment and handling problems in handling the textile material relative to the electronic component. Furthermore, adjustment devices are also advantageous if an electrical connection is to take place over a relatively large distance or via a seam in the textile material, for example a piece of clothing, and an automatic placement machine has to follow the course of the “correct” fabric fiber.
  • the textile material has at least one woven-in component pocket, which is designed to hold the electronic component.
  • the textile material has at least one woven-in component pocket, which is designed to hold the electronic component.
  • the conductive warp threads are permanently raised during the weaving process, so that they run loosely over the fabric structure in this area.
  • An electronic component can be inserted into the pocket structure and possibly additionally fixed using an adhesive process.
  • the free-running conductive fibers are preferably under a certain tensile stress and run taut over the component, which is thus securely fixed in the component pocket.
  • FIG. 1 shows schematic views in plan and section of an embodiment of the invention, in which a multiplicity of conductors arranged in a textile material are connected to an electronic component by means of a soldering step;
  • Fig. 2 shows schematic sectional views in top view and section of a further embodiment of the invention, one for electrical contacting
  • FIG. 3 shows schematic views in plan and section of a further embodiment of the invention, in which two conductors arranged in the textile material are electrically connected to one another;
  • FIG. 4 shows schematic top and sectional views of a further embodiment of the invention, an electronic component being arranged in a component pocket of the textile material;
  • FIG. 5 schematic plan views of another
  • FIG. 6 shows a plan view of a further embodiment of the invention with insulating covers of the contacts created.
  • FIG. 1 a first embodiment of a device according to the invention is shown schematically.
  • Reference number 10 denotes a textile material, which is a woven fabric.
  • fabric is understood to mean a textile fabric composed of two thread systems, in particular intersecting at right angles, which - as usual - are referred to as warp and weft.
  • the warp lies in the longitudinal direction of the weaving process and is shown horizontally in FIGS. 1 (a) and (b).
  • the weft direction is transverse to the weaving direction.
  • the weft threads are indicated schematically by vertical dashed lines.
  • each of the conductors 12 consists of a plurality of electrically conductive warp threads 14.
  • the electrically conductive warp threads 14, which are shown in FIGS. 1 (a) and (b) are shown highlighted as horizontal lines, made of synthetic fibers into which a thin metal wire has been spun. Since each electrical conductor 12 is constructed from a multiplicity of electrically conductive warp threads 14, an electrical interruption of a single warp thread 14 does not lead to an electrical interruption of the conductor 12.
  • the warp threads 14 can also be thin metal wires, in particular copper wires, which especially with Synthetic fibers are spun into a yarn.
  • the spun thin metal wire preferably has an electrical insulating sheath.
  • the contact points 16 are first positioned relative to the conductors 12 in a first positioning step. This includes, in particular, the approach of the textile fabric 10 to the electronic component 18 in such a way that the conductors 12 lie as directly as possible against the contact points 16. In order to facilitate this positioning or adjustment process of the textile material 10 relative to the component 18, (not shown)
  • Adjustment devices can be provided in the textile material 10.
  • the (non-conductive) weft threads in the region of the contact points 16 were removed in the embodiment shown in FIG. 1 (b).
  • less insulating material which may be synthetic fibers, for example, has to be displaced in the electrical connection process, so that a better electrical connection results.
  • the contact points 16 of the electronic component 18 are preferably provided with a solder.
  • the electrical insulation of the fine metal wires in the electrically conductive warp threads 14 is preferably made of a material whose melting point is lower than or equal to that of the electrically insulating fibers and that of the solder.
  • Fig. 1 (c) shows a sectional view along the dashed line of Fig. 1 (a).
  • the pressing step of the conductors 12 against the contact points 16 must be carried out in such a way that the molten insulation of the electrically conductive warp threads 14 and the electrically insulating weft material present in FIG. 1 (a) are displaced.
  • any existing electrical insulation can also be removed beforehand, for example by heating with a laser or by chemical substances.
  • Another possibility is to first insert the copper wires spun into the electrically conductive warp threads 14 without an insulation layer, to carry out the desired electrical contacting of the conductors 12 with the contact points 16 and subsequently to finish the entire textile structure 10 in an impregnating or insulating or Electrically isolate the electroplating step (eg with a polymer). Such subsequent insulation is also advantageous in other cases after the installation, in order for the electrical Contacting to isolate stripped areas of the wires from each other again.
  • FIG. 2 shows another particularly preferred embodiment of a device according to the invention.
  • an auxiliary contact 22 is used, which is fixed to the textile material 10 prior to the “actual” electrical contacting of the conductor 12 with the contact points 16 of the electronic component 18.
  • the method for electrically connecting the conductors 12 to associated contact points 16 thus takes place in two stages.
  • the auxiliary contact 22 is first electrically connected to the conductors 12 in a first stage.
  • a metal plate wetted with solder is preferably placed on the corresponding location of the textile material 10 and pressed down with the hot tip of a soldering device 20 along the direction of the arrow in FIG. 2 (a).
  • FIG. 2 (b) shows the textile material 10 with the auxiliary contact 22 attached to it, which is electrically connected to the corresponding conductor 12.
  • Fig. 2 (c) is a top view of the device at this stage of the process, with the dashed line
  • Section axis for the section view shown in Fig. 2 (b) indicates.
  • the synthetic fiber fabric of the textile material 10 melts, any electrical insulation of the woven-in metal wires in the electrically conductive warp threads 14 and the solder.
  • the conductor 12 is conductively connected to the auxiliary contact and the re-solidified synthetic fiber ensures a mechanically resilient fixing of auxiliary contact on the textile material.
  • the tissue structure below the auxiliary contact and in a certain neighboring area is melted together and represents a mechanically, thermally and chemically resilient unit.
  • auxiliary contact 22 can be arranged on the side of the textile material 10 facing the contact point 16.
  • the electrical connection of the auxiliary contact 22 to the contact point 16 is carried out by a mechanical pressing and heating step, for example by means of a hot tip of a soldering device 20, which is placed on the side of the textile material 10 opposite the auxiliary contact 22.
  • FIG. 2 (e) it is possible to arrange the textile material 10 with the auxiliary contact 22 fixed on the contact point 16 in such a way that (melted and laterally displaced) wefts of the textile material 10 between the auxiliary contact 22 and the contact point 16 are arranged.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a device according to the invention.
  • an electrical connection between a conductor 12 running in the warp direction is made with an in
  • the conductor 12 which extends in the warp direction, is composed of a multiplicity of electrically conductive warp threads 14 and which in FIG
  • the weft extending conductor 12 is constructed from a plurality of electrically conductive weft threads 24.
  • the non-conductive fibers and any insulation sheathing of the spun-in metal wires are first removed in the crossing area of the warp and weft threads 14 and 24 by a thermal or chemical step.
  • the intersection area is shown in FIG. 3 (a) by a rectangle designated by reference numeral 26.
  • a component 18 with a contact point 16 attached thereto approximates the underside of the textile material 10 such that the electrically conductive contact point 16 comes into contact with the intersecting, electrically conductive weft and warp threads 14 and 24.
  • the result is shown in Fig. 3 (c).
  • the component 18 is merely an auxiliary device which is intended to ensure the secure contact between the crossing, electrically conductive thread systems of the fabric.
  • the component 18 is an approximately 100 ⁇ m thick plastic film on which a metal pad (in particular an etched, typically approximately 20 ⁇ m thick copper pad, which is optionally additionally coated with a solder) is applied in the center.
  • the dimension of this plastic film is preferably dimensioned such that its contact surface on the textile material 10 allows it to be securely glued and / or welded to it.
  • the electrically conductive weft and warp threads 14 and 24 crossing in the contact area 26 are subsequently with a conductive adhesive or a solder 28 electrically connected to the contact point 16.
  • the connection to the contact point 16 can be carried out by soldering on an auxiliary contact, in particular a small metal plate according to FIG. 2.
  • the contact area or intersection point 26 of the electrically conductive thread systems is subsequently electrically insulated preferably by a further insulating film 30, which is placed and welded from above, or by applying an insulating varnish.
  • the device at this stage of manufacture is shown schematically in Fig. 3 (f) in section and in Fig. 3 (g) in supervision.
  • the electronic component 18 can be held in the component material 38 in a self-adjusting manner in the textile material 10.
  • the electrically conductive warp threads 14 are permanently raised in an area 34 of the textile material 10 during the weaving process, so that they run loosely above the remaining fabric structure in this area.
  • the electrically conductive warp threads 14, which form the conductors 12 are “normally” woven into the textile material 10.
  • the warp threads 14 can be raised in the region 34, for example, using the Jaquard technique. As a result, as shown in FIG.
  • a component pocket 38 is formed, into which the component 18 can be inserted (FIG. 4 (c)).
  • the component 18 is held in the component pocket 38 in a self-adjusting manner, since the freely running conductive warp threads 14 preferably run under a certain tension and lie tightly over the module. If the component 18, as shown in FIG. 4 (d), has two opposite rows of contact points 16, the warp threads 14 can subsequently (ie after contacting using one of the methods described in connection with FIGS. 1 to 3) with a suitable one Cutting tool between the two rows of contact points 16 are removed so that the possibly undesirable short circuits are removed. The result of such a cutting operation to remove the electrical conductors between the rows of pads 16 is shown in Fig. 4 (e).
  • Such a method could be particularly advantageous if a plurality of chips (for example sensor chips) interconnected with a serial interface to form a chain are to be introduced along the textile material.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a device according to the invention.
  • a chip is not directly connected to the conductor 12 as an electronic component, but rather via a so-called flex band 40, which functions as an adapter piece.
  • the flex tape 40 is, for example, a flexible printed circuit board made of a polyester film, on which metallic conductor tracks 42, in particular copper tracks, have been applied by suitable deposition and etching processes (cf. FIG. 5 (a)).
  • the base of the flexible band 40 and the synthetic fibers of the textile material 10 preferably consist of a material group that is as similar as possible, so that a firm mechanical connection can be achieved when fusing or gluing or an ultrasonic welding process.
  • the electrical contacting of the conductors 12 to the metal tracks 42 of the flex strip 40 can be carried out analogously to that shown in FIGS. 1 and 2 described electrical
  • the flexible component 40 corresponds to the electronic component 18 and the conductor tracks 42 correspond to the contact points 16.
  • the (non-conductive) weft threads can be removed in the area 44 in which the conductors 12 run above the conductor tracks 42 to make electrically conductive warp threads 14 more accessible and to achieve better electrical contact.
  • the contact area is preferably electrically insulated to protect against electrical short-circuits and corrosion of the materials.
  • the contacted textile material 10 with the attached flex band 40 is shown in Fig. 5 (c).
  • 5 (d) shows a possible connection variant using the flexible band 40.
  • an integrated circuit 46 is connected to the conductor tracks 42 of the flex strip 40. This is particularly advantageous if the contact areas on the integrated circuit 46 are too small for the generally coarser textile grid.
  • the flexible band 40 thus offers the possibility of adapting the distances between the electrical connection points between the electronics and the textile. Methods for making electrical contact and attaching the flexible band 40 to external electronic components 46 are well known.
  • connection pads for integrated circuits is typically of the order of 0.1 mm and is therefore generally smaller than typical periods of a textile fabric (of the order of 1 mm). This applies in particular if, for reasons of redundancy, a plurality of weft or warp threads lying side by side in the fabric are to be interconnected per actual conductor 12.
  • a typical thread density in fine fabrics is about 20 threads per centimeter, which corresponds to a period (pitch) of 0.5 mm.
  • FIG. 6 shows a further preferred embodiment of a device according to the invention. Due to the assembly of the electronic components 18 in accordance with one of the above-described embodiments, open, non-insulated areas arise which should advantageously be electrically insulated again, for example in order to be encapsulated against the effects of moisture. This is advantageously done by pouring the relevant points, in particular the contact areas of the contact point 16 and the conductor 12, with a capsule material suitable for electrical insulation. 6 (a) shows some contact areas which are preferably subjected to an electrically insulating encapsulation.
  • the insulating material 48 can be, for example, a soft silicone or a flexible thermoplastic film, preferably made of a similar material group to the textile fiber, which can be placed on the textile material 10 and fused with it.
  • Such encapsulation is advantageously also to be provided on cut edges perpendicular to the course of the electrically conductive fibers 14, in particular on the ends of fabric webs or on seams.
  • subsequent galvanization is also possible, in particular with insulating polymers of the entire conductor track structure, so that all open areas which are caused by soldering points or defects are electrically isolated. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • textile material electrical conductor arranged in the textile material electrically conductive warp thread of the textile material contact point of the electronic component electronic component (e.g. chip) soldering device auxiliary contact, in particular metal plates electrically conductive weft threads crossing area of electrically conductive weft and
  • IC integrated circuit

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Leiters (12) mit einem elektronischen Bauelement (18) mit den Schritten: Bereitstellen eines texilen Materials (10), in welchem zumindest ein flexibler, draht- und/oder fadenartiger elektrischer Leiter (12) angeordnet ist; Positionieren des elektrischen Leiters (12) relativ zu einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle (16) des elektronischen Bauelements (18); und elektrisches Verbinden des Leiters (12) mit der Kontaktstelle (16).

Description

Aufbau- und Verbindungstechnik in textilen Strukturen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem elektronischen Bauelement gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15.
Die Integration von elektronischen Komponenten in eine textile Umgebung erfordert eine spezielle Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) , welche eine zuverlässige elektrische Verbindung konventioneller elektronischer Baugruppen, beispielsweise integrierter Schaltkreise,
Platinen oder Module, mit einer textilen Struktur gestattet. Anforderungen an eine derartige Aufbau- und Verbindungstechnik müssen insbesondere auf die bei der Verwendung des textilen Materials in der Bekleidung auftretenden mechanischen, thermischen und chemischen
Belastungen, der paßgenauen Plazierung und Verarbeitung auch über Nahtstellen in dem textilen Material hinweg sowie eventuell notwendigen elektrischen Isolierungseigenschaften genügen. Zu berücksichtigen ist ebenfalls, daß die Größe und der Abstand der Kontaktstellen auf typischen elektronischen Bauelementen mit ca. 100 μm im allgemeinen kleiner als die auf der textilen Seite auftretende Periode ist. Großtechnische Fertigungsverfahren sind in dem gesamten Umfeld der "wearable electronics" bislang nicht bekannt.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer textilen Struktur mit einem elektronischen Bauelement vorzuschlagen, welches eine mechanisch, chemisch und thermisch belastbare elektrische Verbindung ermöglicht und in einen großtechnischen Fertigungsprozeß eingebunden werden kann. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem elektronischen Bauelement gemäß Anspruch 1 gelöst . Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem elektronischen Bauelement die Schritte:
Bereitstellen eines textilen Materials, in welchem zumindest ein flexibler, draht- und/oder fadenartiger elektrischer Leiter angeordnet ist;
Positionieren des elektrischen Leiters des textilen Materials relativ zu einer elektrisch leitfähigen
Kontaktstelle eines elektronischen Bauelements; und elektrisches Verbinden des Leiters mit der
Kontaktstelle .
Der Schritt des Positionierens des elektrischen Leiters, welcher in dem textilen Material angeordnet ist, relativ zu der elektrisch leitfähigen Kontaktstelle umfaßt insbesondere das Annähern und Plazieren des elektrischen Leiters vorzugsweise in Berührung oder unmittelbare Nähe der Kontaktstelle. Bei dem elektronischen Bauelement kann es sich beispielsweise um eine integrierte Schaltung (Chip) oder um eine auf einem Isolator aufgebrachte Leiterbahn, welche mit einem externen elektronischen Bauelement verbunden ist, handeln.
Vorzugsweise ist das textile Material ein Gewebe und der Leiter umfaßt zumindest einen Schuß- und/oder Kettfaden des Gewebes. Unter einem Gewebe wird hierbei ein textiles Flächengebilde aus zwei sich insbesondere rechtwinklig kreuzenden Fadensystemen verstanden, welche - wie üblich - als Kette und Schuß bezeichnet werden. Die Kette liegt in Längsrichtung des Webprozesses während die Schußrichtung quer zur Webrichtung verläuft. Bei dem Leiter kann es sich um Kunstfäden mit darin eingesponnenen leitfähigen feinen Metalldrähten handeln. Alternativ kann der Leiter auch aus einem dünnen Metalldraht, beispielsweise einem feinen Silber- oder Kupferdraht, bestehen, welcher einen Schuß- bzw.
Kettfaden des Gewebes bildet. Bevorzugt besteht der Leiter nicht aus einem einzigen Schuß- oder Kettfaden, sondern aus einer Vielzahl im Gewebe insbesondere benachbart angeordneter Schuß- bzw. Kettfäden. Eine elektrische Unterbrechung eines feinen Metalldrahtes in einem der Fäden führt dann nicht zu einer Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit des Leiters, so daß sich eine redundante Anordnung mit höherer Zuverlässigkeit ergibt. Um eine bessere elektrische Verbindung des Leiters mit der Kontaktstelle zu gewährleisten, kann es von Vorteil sein, Schuß- bzw. Kettfäden, welche an den Leiter im Bereich des Kontaktierungsgebiets angrenzen, vor dem elektrischen Verbinden des Leiters mit der Kontaktstelle zu entfernen.
Vorzugsweise weist der Leiter eine elektrische Isolierung auf und der Schritt des Verbindens des Leiters mit der Kontaktstelle umfaßt das zumindest teilweise chemische und/oder thermische Entfernen der Isolierung. In einer textilen Struktur mit parallel verlaufenden Gruppen von Fäden, die abwechselnd elektrisch leitfähig und isolierend sind, werden die in die leitfähigen Garne eingebetteten feinen Metalldrähte vorzugsweise mit einer Schutzschicht zur elektrischen Isolierung versehen, damit es insbesondere beim Falten oder lateralen Zusammendrücken des Gewebes nicht zu einem direkten elektrischen Kontakt zwischen Fäden verschiedener Leiter - und damit zu elektrischen Kurzschlüssen - kommt. Auch könnten im Fall der Verwendung nicht-isolierter Drähte Kriechströme bzw. Kurzschlüsse auftreten, wenn das Gewebe beispielsweise von Feuchtigkeit durchdrungen wird und sich somit Strompfade auch zwischen weit voneinander entfernten Leiterfäden ausbilden könnten. Dies gilt besonders dann, wenn Gruppen leitfähiger Fäden senkrecht zueinander in der textilen Struktur verlaufen (elektrisch leitfähige Schuß- und Kettfäden) und somit Kreuzungspunkte aufweisen.
Die Schutzschicht zur elektrischen Isolierung der feinen Metalldrähte muß einerseits derart robust sein, daß sie sowohl bei der Herstellung des Fadens (Spinnprozeß etc.) als auch bei dem Herstellungsprozeß des Gewebes (Web-, Näh- und Strickprozeß etc.) nicht beschädigt wird und auch, insbesondere wenn die textile Struktur in einer Konfektion eingesetzt wird, eventuell auftretenden mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen standhält. Vor dem elektrischen Verbinden des Leiters mit der Kontaktstelle bzw. während dieses Schritts muß diese elektrische Isolierung entfernt werden, damit ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen dem Leiter und der Kontaktstelle hergestellt werden kann. Alternativ kann ein textiles Material bereitgestellt werden, welches einen zunächst nicht-isolierten Leiter aufweist. Nach dem elektrischen Verbinden des elektrisch nicht-isolierten Leiters mit der Kontaktstelle kann in einem nachfolgenden Prozeßschritt durch beispielsweise einen Imprägnierschritt oder durch galvanisches Abscheiden von isolierendem Material (z.B. Polymeren) auf dem metallischen Leiter eine elektrische Isolierung eingebracht werden, welche den Leiter vor unbeabsichtigten elektrischen Kurzschlüssen schützt .
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des elektrischen Verbindens des Leiters mit der Kontaktstelle das Aufbringen eines
Lotmittels auf zumindest einen Bereich der Kontaktstelle und das mechanische Andrücken des Leiters auf die mit Lotmittel versehene Kontaktstelle. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß- ein einfaches Erhitzen der mit Lotmittel versehenen Kontaktstelle, an welcher der elektrisch zu verbindende Leiter angeordnet ist, nur bedingt zu befriedigenden elektrischen Verbindungsergebnissen führt. Die elektrische Verbindung kann jedoch dadurch erheblich verbessert werden, daß der Schritt des elektrischen Verbindens des Leiters mit der Kontaktstelle den Schritt des mechanischen Andrückens des Leiters auf die mit Lotmittel versehene Kontaktstelle umfaßt. Besteht der Leiter beispielsweise aus Kunstfasern mit einem eingesponnenen, elektrisch isolierten Metalldraht, so ist die auf das mechanische Andrücken zurückzuführende Verbesserung der elektrischen Verbindungseigenschaften durch einen mechanischen Verdrängungsprozeß der thermisch zersetzten Isolierummantelung zurückzuführen, welcher es ermöglicht, daß das Lotmittel mit einer größeren Oberfläche des Metalldrahts in Berührung treten kann. Im Vergleich zu
Verbindungsverfahren, bei welchen in einem "statischen" Zustand lediglich das Lotmittel aufgeschmolzen wird, erzielt ein derartiges "dynamisches" mechanisches Andrückverfahren bessere elektrische Verbindungsergebnisse.
Vorzugsweise erfolgt das Andrücken des Leiters mittels einer Löteinrichtung. Die Löteinrichtung kann beispielsweise die Spitze einer industriellen Lotvorrichtung sein, welche Hitze und eventuell zusätzliches Lotmittel zuführt.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Kontaktstelle zumindest bereichsweise mit einem Leitkleber beschichtet ist, welcher vorzugsweise chemische Inhaltsstoffe aufweist, die eine eventuelle Isolierummantelung des zumindest einen feinen Metalldrahts des Leiters zerstören. Auch in diesem Fall verbessert der Schritt des mechanischen Andrückens den elektrischen Kontakt zwischen Leiter und Kontaktstelle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Bauelement eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen, das textile Material eine Vielzahl von elektrischen Leitern und der Schritt des Positionierens das gleichzeitige Anordnen der Leiter an die Kontaktstellen. Dieses für eine industrielle Massenproduktion besonders geeignete Verbindungsverfahren basiert auf einem simultanen elektrischen Verbindungsprozeß einer Vielzahl elektrischer Leiter mit einer Vielzahl entsprechender Kontaktstellen. Die Leiter können beispielsweise jeweils aus zumindest einem Schuß- bzw. Kettfaden eines textilen Gewebes bestehen. Diese vorbestimmte Leiteranordnung kann relativ zu einer entsprechend angeordneten Vielzahl elektrisch leitfähiger Kontaktstellen positioniert und auf diese angeordnet werden, ohne daß ein manuelles und sequentielles Handhaben der einzelnen Leiter und Kontaktstellen erforderlich ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Schritt des elektrischen Verbindens des Leiters mit der Kontaktstelle das elektrische Verbinden eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Hilfskontakts an den Leiter und das elektrische Verbinden des Hilfskontakts mit der Kontaktstelle. Somit erfolgt die elektrische Verbindung zwischen dem Leiter und der Kontaktstelle über ein zusätzliches (Hilfs-) Bauteil, welches in einem ersten Schritt an dem textilen Material festgelegt und mit dem Leiter elektrisch verbunden wird.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des elektrischen Verbindens des Hilfskontakts mit dem Leiter das Aufbringen eines Lotmittels auf zumindest einen Bereich des Hilfskontakts; das Anordnen des lotbeschichteten Bereichs des Hilfskontakts an den Leiter; und das Erhitzen des Hilfskontakts über den Schmelzpunkt des Lotmittels zum elektrischen Verbinden des Hilfskontakt mit dem Leiter.
Das elektrische Verbinden des Leiters mit der Kontaktstelle erfolgt somit in zwei Schritten. Zunächst wird der elektrische Leiter mit dem lotbeschichteten Hilfskontakt elektrisch verbunden, indem der Leiter relativ zu dem lotbeschichteten Bereich des Hilfskontakts positioniert und unter ausreichender Wärmeeinwirkung angepreßt wird. Besonders vorteilhaft ist es, den lotbeschichteten Hilfskontakt beispielsweise mittels einer Löteinrichtung an den in dem textilen Material angeordneten Leiter anzupressen, wobei der lotbeschichtete Bereich des Hilfskontakts dem Leiter zugewandt ist und die Löteinrichtung auf die dem lotbeschichteten Bereich gegenüberliegende Seite des Hilfskontakts einen mechanischen Druck ausübt.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das textile Material ein Kunstfasergewebe mit eingebrachten elektrischen Leitern ist. In diesem Fall wird der Hilfskontakt vorzugsweise derart erhitzt, daß das Kunstfasergewebe im Auflagebereich des Hilfskontakts auf dem textilen Material schmilzt und sich somit innig mit dem Hilfskontakt verbindet. Hierdurch entsteht ein mechanisch widerstandsfähiger Verband zwischen dem Hilfskontakt und dem textilen Material, welcher insbesondere den mechanischen Belastungen, wie sie in Bekleidungsstücken auftreten können, widerstehen kann. An das derart vorbereitete textile Material mit angebrachtem Hilfskontakt kann nachfolgend mittels Löt- und/oder Klebeverfahren eine elektrische Verbindung mit der Kontaktstelle des elektronischen Bauelement hergestellt werden. Der Hilfskontakt kann direkt an die Kontaktstelle des Bauelements angeordnet werden. Alternativ kann eine derartige Anordnung gewählt werden, bei welcher die Kontaktstelle mit derjenigen Seite des textilen Materials in Berührung gelangt, welche entgegengesetzt zu der Seite ist, auf welcher der Hilfskontakt angebracht wurde.
Ferner kann der Schritt des elektrischen Verbindens des Hilfskontakts mit dem Leiter das Aufbringen eines Leitklebers auf zumindest einen
Bereich des Hilfskontakts und das Anordnen des leitkleberbeschichteten Bereichs des Hilfskontakts an dem Leiter umfassen.
Vorzugsweise enthält der verwendete Leitkleber chemische Inhaltsstoffe, welche eine eventuell vorhandene Isolierummantelung der feinen Metalldrähte des Leiters zerstören, um so einen verbesserten elektrischen Kontakt zwischen dem Hilfskontakt und dem Leiter zu gewährleisten. Der Leitkleber sollte ferner derart ausgewählt werden, daß er eine sichere, den mechanischen, chemischen und thermischen Belastungen widerstehende Verbindung zwischen dem Hilfskontakt und dem textilen Material ermöglicht. Um den elektrischen Kontakt zwischen dem Hilfskontakt und dem Leiter weiter zu verbessern, kann ferner vorgesehen sein, daß in einem vorgeschalteten Verfahrensschritt zunächst eine eventuell vorhandene Isolierung des Leiters im Bereich des anzuschließenden Hilfskontakts thermisch und/oder chemisch entfernt wird.
Vorzugsweise ist der Hilfskontakt ein Metallplättchen, welches beispielsweise aus Silber oder Kupfer bestehen kann. Typische Flächenabmessungen eines derartigen Metallplättchens entsprechen der typischen Anzahl der parallel verlaufenden leitfähigen Garne multipliziert mit dem typischen Garndurchmesser zuzüglich einer Justierzugabe aufgrund von Justierungenauigkeiten. Bilden beispielsweise vier Garne einen elektrischen Leiter, welche jeweils einen Durchmesser von 500μm aufweisen, so beträgt die Mindestfläche A vorzugsweise A=(4x500μm)2 = 4mm2. Besonders bevorzugt wird ein rundes bzw. abgerundetes Metallplättchen eingesetzt Die Dicke des Metallplättchens wird vorzugsweise zwischen 50μm und 400 μm, besonders bevorzugt lOOμm bis 200μm gewählt.
Vorzugsweise ist das elektronische Bauelement ein Flexband, d.h. eine flexible Leiterplatte, welche beispielsweise aus Polyethylen (PE) mit darauf aufgebrachten Leiterbahnen (beispielsweise Kupferbahnen) besteht. Ein derartiges Flexband gestattet es vorteilhafterweise, die Abstände der elektrischen Verbindungsstellen zwischen dem elektronischen Bauelement und dem textilen Material anzupassen, so daß das Flexband als "Adapterstück" fungiert. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn als textiles Material ein Kunstfasergewebe gewählt wird, welches auf das Material des Flexbandes derart abgestimmt wird, daß durch Verschmelzen bzw. Verkleben oder ähnliche Verbindungstechniken ein nahtloser und stabiler Übergang erreicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Schritt des elektrischen Verbindens des Leiters mit der Kontaktstelle das elektrische Verbinden des Leiters mit einem weiteren in dem textilen Material angeordneten Leiter. Beispielsweise kann es erforderlich sein, sich im Gewebe kreuzende Leiter (z.B. sich kreuzende elektrische leitfähige Schuß- und Kettfäden) elektrisch zu verbinden. Das elektronische Bauelement ist in diesem Fall lediglich ein Hilfselement, welches eine sichere elektrische Verbindung zwischen den beiden in dem textilen Material angeordneten Leitern sicherstellt.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des elektrischen Verbindens des Leiters mit der Kontaktstelle die Schritte:
Positionieren der Kontaktstelle des Bauelements an zumindest zwei in dem textilen Material angeordnete Leiter;
Festlegen des Bauelements an dem textilen Material; und Verlöten oder leitfähiges Verkleben der Kontaktstelle mit den Leitern. Das Bauelement kann beispielsweise durch einen Schweißprozeß oder durch einen Klebeschritt an dem textilen Material befestigt werden. Vorzugsweise umfaßt das Verfahren die weiteren Schritte des Positionierens einer Isolierfolie an die dem Bauelement gegenüberliegende Seite des textilen Materials zu Isolierung der Kontaktstelle und des Festlegens der Isolierfolie an das textile Material. Auf diese Weise wird ein "sandwichartiger" Aufbau hergestellt, bei welchem das textile Material zwischen dem Bauelement und der Isolierfolie angeordnet ist. Die Isolierfolie erhöht die mechanische Stabilität des Aufbaus und sorgt für eine sichere elektrische Isolierung der elektrisch verbundenen Leiter. Alternativ zu der verwendeten Isolierfolie, bei welcher es sich um eine dünne Plastikfolie handeln kann, kann die Kontaktstelle durch Auftragen eines Isolierlacks oder einer Imprägnierung elektrisch isoliert werden.
Erfindungsgemäß umfaßt eine Vorrichtung ein textiles Material, in welchem zumindest ein flexibler, draht- und/oder fadenartiger elektrischer
Leiter angeordnet ist; - zumindest ein elektronisches Bauelement, welches eine elektrisch leitfähige Kontaktstelle aufweist, wobei der Leiter mit der Kontaktstelle elektrisch leitfähig verbunden ist.
Bei dem textilen Material handelt es sich vorzugsweise um ein Gewebe und der Leiter umfaßt zumindest einen Schuß- und/oder Kettfaden des Gewebes. Besonders bevorzugt ist der Leiter über zumindest einen teilweise leitfähigen Hilfskontakt mit der Kontaktstelle elektrisch verbunden. Der Hilfskontakt ist vorzugsweise ein Metallplättchen, welches insbesondere aus Kupfer oder Silber bestehen kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das textile Material zumindest eine Justiereinrichtung zur Positionsjustierung des Leiters relativ zu der Kontaktstelle. Eine derartige Justiereinrichtung kann beispielsweise aus einer in das textile Material eingewebten Justierschlaufe und/oder -marke bestehen. Marken können beispielsweise durch Einweben eines Justiermusters bzw. einer Vertiefung oder durch eine unterschiedliche Einfärbung der leitfähigen und nicht-leitfähigen Fasern erzeugt werden. Vorzugsweise ist eine derartige Einfärbung der Fasern auswaschbar bzw. entfernbar ausgelegt, so daß eine derartige Justiermarke lediglich als Justierhilfe während des Aufbaus Verwendung findet und beispielsweise bei der ersten Reinigung bzw. Wäsche des textilen Materials entfernt wird. Solche Justiereinrichtungen, welche in dem textilen Material eingebracht sind, können Justier- und Handhabungsprobleme im Umgang mit dem textilen Material relativ zu dem elektronischen Bauelement deutlich vereinfachen. Ferner sind Justierungseinrichtungen auch dann von Vorteil, wenn eine elektrische Verbindung über eine relativ große Entfernung oder über eine Nahtstelle in dem textilen Material, beispielsweise einem Kleidungsstück, erfolgen soll und ein Bestückungsautomat den Verlauf der "richtigen" Gewebefaser zu verfolgen hat .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das textile Material zumindest eine eingewebte Bauelementtasche auf, welche zur Aufnahme des elektronischen Bauelements ausgelegt ist. Beispielsweise können mit der sogenannten Jaquard-Technik in einem bestimmten Bereich des textilen
Materials die leitfähigen Kettfäden beim Webprozeß dauerhaft angehoben werden, so daß sie in diesem Bereich lose über der Gewebestruktur verlaufen. In diese so zu bildende Taschenstruktur kann ein elektronisches Bauelement eingeschoben und eventuell zusätzlich durch ein Klebeverfahren fixiert werden. Die frei verlaufenden leitfähigen Fasern stehen vorzugsweise unter einer gewissen Zugspannung und verlaufen straff über das Bauelement, welches somit sicher in der Bauelementtasche fixiert ist.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 schematische Ansichten in Aufsicht und Schnitt einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Vielzahl von in einem textilen Material angeordneten Leitern mittels eines Lötschritts an einem elektronischen Bauelement angeschlossen werden;
Fig. 2 schematische Schnittansichten in Aufsicht und Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei zur elektrischen Kontaktierung ein
Hilfskontakt verwendet wird;
Fig. 3 schematische Ansichten in Aufsicht und Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zwei in dem textilen Material angeordnete Leiter elektrisch miteinander verbunden werden;
Fig. 4 schematische Ansichten in Aufsicht und Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei ein elektronisches Bauelement in einer Bauelementtasche des textilen Materials angeordnet ist;
Fig. 5 schematische Aufsichten einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Vielzahl von in einem textilen Material angeordneten Leitern elektrisch mit einem Flexband verbunden werden; und Fig. 6 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Isolierabdeckungen der erstellten Kontakte .
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Mit Bezugszeichen 10 ist ein textiles Material bezeichnet, bei welchem es sich um ein Gewebe handelt. Unter Gewebe wird hierbei ein textiles Flächengebilde aus zwei sich insbesondere rechtwinklig kreuzenden Fadensystemen verstanden, welche - wie üblich - als Kette und Schuß bezeichnet werden. Die Kette liegt in Längsrichtung des Webprozesses und ist in Figuren 1 (a) und (b) waagerecht dargestellt. Die Schußrichtung verläuft quer zur Webrichtung. In Figs. 1 (a) und (b) sind die Schußfäden durch vertikal verlaufende, gestrichelte Linien schematisch angedeutet.
In dem textilen Material 10 sind eine Vielzahl elektrischer Leiter 12 eingewebt. Wie in Figs. 1 (a) und (b) dargestellt ist, besteht jeder der Leiter 12 aus einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kettfäden 14. Vorzugsweise handelt es sich bei den elektrisch leitfähigen Kettfäden 14, welche in Figs. 1 (a) und (b) als waagerecht verlaufende Linien hervorgehoben dargestellt sind, aus Kunstfasern, in welche ein dünner Metalldraht eingesponnen wurde. Da jeder elektrische Leiter 12 aus einer Vielzahl elektrisch leitfähiger Kettfäden 14 aufgebaut ist, führt eine elektrische Unterbrechung eines einzelnen Kettfadens 14 nicht zu einer elektrischen Unterbrechung des Leiters 12. Bei den Kettfäden 14 kann es sich auch um dünne Metalldrähte, insbesondere Kupferdrähte, handeln, welche insbesondere mit Kunstfasern zu einem Garn versponnen sind. Vorzugsweise weist der eingesponnene dünne Metalldraht eine elektrische Isolierummantelung auf.
Um die Leiter 12, welche in dem textilen Material 10 angeordnet sind, mit entsprechend angeordneten Kontaktstellen 16 eines elektronischen Bauelements 18 elektrisch zu verbinden, werden in einem ersten Positionierungsschritt zunächst die Kontaktstellen 16 relativ zu den Leitern 12 positioniert. Dies beinhaltet insbesondere das Annähern des textilen Gewebes 10 an das elektronische Bauelement 18 derart, daß die Leiter 12 möglichst unmittelbar an den Kontaktstellen 16 anliegen. Um diesen Positionierungs- bzw. Justiervorgang des textilen Materials 10 zu dem Bauelement 18 zu erleichtern, können (nicht dargestellte)
Justiereinrichtungen in dem textilen Material 10 vorgesehen sein.
Um den elektrischen Kontakt zwischen den Leitern 12 und den Kontaktstellen 16 zu verbessern, wurden in der in Fig. 1 (b) gezeigten Ausführungsform die (nicht-leitenden) Schußfäden im Bereich der Kontaktstellen 16 entfernt. Somit muß bei dem elektrischen Verbindungsprozeß weniger isolierendes Material, bei welchem es sich beispielsweise um Kunstfasern handeln kann, verdrängt werden, so daß eine bessere elektrische Verbindung resultiert. Die Kontaktstellen 16 des elektronischen Bauelements 18 sind vorzugsweise mit einem Lotmittel versehen. Die elektrische Isolierung der feinen Metalldrähte in den elektrisch leitfähigen Kettfäden 14 besteht vorzugsweise aus einem Material, dessen Schmelzpunkt niedriger oder gleich demjenigen der elektrisch isolierenden Fasern und dem des Lotmittels ist. Fig. l(c) stellt eine Schnittansicht entlang der gestrichelten Linie von Fig. 1 (a) dar. Die Leiter 12 des textilen Materials 10, welche nach dem Positioniervorgang an den zugeordneten Kontaktstellen 16 anliegen, werden mittels einer Löteinrichtung 20 auf die entsprechenden Kontaktstellen 16 mechanisch angepreßt und gleichzeitig erhitzt. Durch die Hitzezufuhr wird eine eventuell vorhandene elektrische Isolierung der feinen Metalldrähte der elektrisch leitfähigen Kettfäden 14 zerstört, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstellen 16 und den Leitern 12 resultiert. Wenn das textile Material 10 aus Kunstfasern besteht und das Bauelement 18 aus einem geeigneten Material gewählt wird, entsteht ein inniger, mechanisch belastbarer Verbund aus den geschmolzenen Kunstfasern und dem Bauelement 18.
Der Andrückschritt der Leiter 12 an die Kontaktstellen 16 muß derart ausgeführt werden, daß die geschmolzene Isolierung der elektrisch leitfähigen Kettfäden 14 sowie das in Fig. 1 (a) vorhandene elektrisch isolierende Schußmaterial verdrängt werden. Alternativ bzw. optional kann eine eventuell vorhandene elektrische Isolierung auch zuvor beispielsweise durch Erwärmung mit einem Laser oder durch chemische Substanzen entfernt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die in die elektrisch leitfähigen Kettfäden 14 eingesponnenen Kupferdrähte zunächst ohne Isolationsschicht einzubringen, die gewünschten elektrischen Kontaktierungen der Leiter 12 mit den Kontaktstellen 16 durchzuführen und nachfolgend die gesamte textile Struktur 10 abschließend in einem Imprägnier- bzw. Isolier- bzw. Galvanisierschritt (z.B. mit einem Polymer) elektrisch zu isolieren. Eine derartige nachträgliche Isolation ist auch in anderen Fällen nach erfolgter Montage vorteilhaft, um die für die elektrische Kontaktierung gezielt abisolierten Stellen der Drähte wieder voneinander zu isolieren.
In Fig. 2 ist eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform kommt ein Hilfskontakt 22 zum Einsatz, welcher vor der "eigentlichen" elektrischen Kontaktierung der Leiter 12 mit den Kontaktstellen 16 des elektronischen Bauelement 18 an dem textilen Material 10 festgelegt wird. Das Verfahren zum elektrischen Verbinden der Leiter 12 mit zugeordneten Kontaktstellen 16 erfolgt somit in zwei Stufen. In Figs. 2 (a) bis (c) wird in einer ersten Stufe zunächst der Hilfskontakt 22 elektrisch mit den Leitern 12 verbunden. Hierzu wird, wie in Fig. 2 (a) dargestellt ist, vorzugsweise ein mit Lotmittel benetztes Metallplättchen auf die entsprechende Stelle des textilen Materials 10 aufgelegt und mit der heißen Spitze einer Löteinrichtung 20 entlang der Pfeilrichtung in Fig. 2 (a) niedergedrückt.
In Fig. 2 (b) ist das textile Material 10 mit daran festgelegtem Hilfskontakt 22, welcher elektrisch mit dem entsprechenden Leiter 12 verbunden ist, gezeigt. Fig. 2 (c) stellt eine Aufsicht auf die Vorrichtung in diesem Prozeßstadium dar, wobei die gestrichelte Linie die
Schnittachse für die in Fig. 2 (b) gezeigte Schnittansicht anzeigt. Durch das Niederpressen des Hilfskontakts schmilzt das Kunstfasergewebe des textilen Materials 10, eine eventuelle elektrische Isolierung der eingewebten Metalldrähte in den elektrisch leitfähigen Kettfäden 14 sowie das Lotmittel. Nach dem Abkühlen ist der Leiter 12 mit dem Hilfskontakt leitfähig verbunden und die wiedererstarrte Kunstfaser sorgt für eine mechanisch belastbare Festlegung des Hilfskontakts an dem textilen Material. Durch dieses Verfahren wird die Gewebestruktur unterhalb des Hilfskontakts und in einem gewissen benachbarten Bereich zusammengeschmolzen und stellt eine mechanisch, thermisch und chemisch belastbare Einheit dar.
An das so vorbereitete textile Material 10 mit elektrisch angeschlossenen Hilfskontakten 22 können in einer zweiten Stufe elektrische Verbindungen mit zugeordneten Kontaktstellen 16 des elektronischen Bauelements 18 erstellt werden. Hierzu kommen zwei mögliche Anordnungsvarianten in Betracht. Zum einen kann, wie in Fig. 2 (d) gezeigt ist, der Hilfskontakt 22 auf der der Kontaktstelle 16 zugewandten Seite des textilen Materials 10 angeordnet werden. Das elektrische Verbinden des Hilfskontakts 22 mit der Kontaktstelle 16 erfolgt in diesem Fall durch einen mechanischen Anpreß- und Heizschritt beispielsweise mittels einer heißen Spitze einer Löteinrichtung 20, welche auf die dem Hilfskontakt 22 gegenüberliegende Seite des textilen Materials 10 angesetzt wird. Alternativ ist es möglich, wie in Fig. 2 (e) dargestellt, das textile Material 10 mit festgelegtem Hilfskontakt 22 derart an die Kontaktstelle 16 anzuordnen, daß zwischen dem Hilfskontakt 22 und der Kontaktstelle 16 (geschmolzene und seitlich verdrängte) Schußfäden des textilen Materials 10 angeordnet sind.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird eine elektrische Verbindung zwischen einem in Kettrichtung verlaufendem Leiter 12 mit einem in
Schußrichtung verlaufendem Leiter 12 hergestellt . Der sich in Kettrichtung erstreckende Leiter 12 ist aus einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kettfäden 14 und der sich in Schußrichtung erstreckenden Leiter 12 aus einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Schußfäden 24 aufgebaut. Bei diesem elektrischen Verbindungsverfahren wird zunächst in dem Kreuzungsgebiet der Kett- und Schußfäden 14 und 24 durch einen thermischen oder chemischen Schritt die nicht-leitenden Fasern sowie eine eventuell vorhandene Isolierummantelung der eingesponnenen Metalldrähte entfernt. Das Kreuzungsgebiet ist in Fig. 3 (a) durch ein mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnetes Rechteck dargestellt.
Nachfolgend wird, wie in Fig. 3 (b) im Schnitt entlang der gestrichelten Linie von Fig. 3 (a) dargestellt ist, ein Bauelement 18 mit einer daran angebrachten Kontaktstelle 16 die Unterseite des textilen Materials 10 derart angenähert, daß die elektrisch leitfähige Kontaktstelle 16 in Berührung mit den sich kreuzenden, elektrisch leitfähigen Schuß- und Kettfäden 14 und 24 gelangt. Das Ergebnis ist in Fig. 3 (c) dargestellt . Bei dem Bauelement 18 handelt es sich in diesem Fall lediglich um eine Hilfsvorrichtung, welche den sicheren Kontakt zwischen den sich kreuzenden, elektrisch leitfähigen Fadensystemen des Gewebes sicherstellen soll . Beispielsweise ist das Bauelement 18 eine ca. lOOμm dicke Kunststoffolie, auf welcher mittig ein Metallpad (insbesondere ein geätztes typischerweise ca. 20μm dickes Kupferpad, welches ggf. zusätzlich mit einem Lotmittel beschichtet ist) , aufgebracht ist. Die Abmessung dieser Kunststoffolie ist vorzugsweise derart bemessen, daß ihre Anlagefläche an dem textilen Material 10 ein sicheres Verkleben und/oder Verschweißen mit diesem gestattet.
Wie in Fig. 3 (d) dargestellt ist, werden die sich im Kontaktbereich 26 kreuzenden, elektrisch leitfähigen Schuß- und Kettfäden 14 und 24 nachfolgend mit einem Leitkleber oder einem Lotmittel 28 elektrisch mit der Kontaktstelle 16 verbunden. Alternativ kann die Verbindung mit der Kontaktstelle 16 durch Auflöten eines Hilfskontakts, insbesondere eines kleinen Metallplättchens gemäß Fig. 2 ausgeführt werden. Der Kontaktbereich bzw. Kreuzungspunkt 26 der elektrisch leitfähigen Fadensysteme wird nachfolgend vorzugsweise durch eine weitere, von oben aufgelegte und verschweißte Isolierfolie 30 oder durch Auftragen eines Isolierlacks elektrisch isoliert. Die Vorrichtung in diesem Herstellungsstadium ist schematisch in Fig. 3 (f) im Schnitt und in Fig. 3 (g) in Aufsicht dargestellt.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt . Bei dieser Ausführungsform kann das elektronische Bauelement 18 in einer Bauelementtasche 38 selbstjustierend in dem textilen Material 10 gehalten werden. Hierzu werden, wie in Fig. 4 (a) dargestellt ist, in einem Bereich 34 des textilen Materials 10 die elektrisch leitfähigen Kettfäden 14 beim Webprozeß dauerhaft angehoben, so daß sie in diesem Bereich lose überhalb der übrigen Gewebestruktur verlaufen. In den angrenzenden Bereichen 32 und 36 sind die elektrisch leitfähigen Kettfäden 14, welche die Leiter 12 bilden, "normal" in das textile Material 10 eingewebt. Das Anheben der Kettfäden 14 in dem Bereich 34 kann beispielsweise mittels der Jaquard-Technik erfolgen. Hierdurch wird, wie in Fig. 4 (b) dargestellt ist, eine Bauelementtasche 38 gebildet, in welche das Bauelement 18 eingeschoben werden kann (Fig. 4 (c) ) . Das Bauelement 18 wird in der Bauelementtasche 38 selbstjustierend gehalten, da die frei verlaufenden leitfähigen Kettfäden 14 vorzugsweise unter einer gewissen Zugspannung verlaufen und straff über dem Modul anliegen. Wenn das Bauelement 18, wie in Fig. 4 (d) dargestellt ist, zwei gegenüberliegende Reihen von Kontaktstellen 16 aufweist, können die Kettfäden 14 anschließend (d.h. nach Kontaktierung mittels eines der in Zusammenhang mit Figs. 1 bis 3 beschriebenen Verfahren) mit einem geeigneten Schneidwerkzeug zwischen den beiden Reihen der Kontaktstellen 16 entfernt werden, so daß die eventuell unerwünschten Kurzschlüsse aufgehoben werden. Das Ergebnis eines derartigen Schneidvorgangs zur Entfernung der elektrischen Leiter zwischen den Reihen der Kontaktstellen 16 ist in Fig. 4 (e) dargestellt. Ein solches Verfahren könnte insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn entlang des textilen Materials mehrere, mit einem seriellen Interface zu eine Kette verschaltete Chips (beispielsweise Sensorchips) eingebracht werden sollen.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird als elektronisches Bauelement nicht ein Chip unmmittelbar an die Leiter 12 angeschlossen, sondern über ein sogenanntes Flexband 40, welches als Adapterstück fungiert. Bei dem Flexband 40 handelt es sich beispielsweise um eine flexible Leiterplatte aus einem Polyesterfilm, auf welchem durch geeignete Abscheide- und Ätzverfahren metallische Leiterbahnen 42, insbesondere Kupferbahnen, aufgebracht worden sind (vgl. Fig. 5 (a) ) . Vorzugsweise besteht die Grundlage des Flexbandes 40 sowie die Kunstfasern des textilen Materials 10 aus einer möglichst ähnlichen Materialgruppe, so daß bei einem Verschmelzen bzw. Verkleben bzw. einem Ultraschall-Schweißvorgang eine feste mechanische Verbindung erreicht werden kann. Die elektrische Kontaktierung der Leiter 12 an die Metallbahnen 42 des Flexbandes 40 kann analog zu den anhand von Figs. 1 und 2 beschriebenen elektrischen
Verbindungsverfahren durchgeführt werden. Dem elektronischen Bauelement 18 entspricht in diesem Fall das Flexband 40 und den Kontaktstellen 16 entsprechen die Leiterbahnen 42. Optional können in dem Bereich 44, in welchem die Leiter 12 über den Leiterbahnen 42 verlaufen, die (nicht-leitenden) Schußfäden entfernt werden, um die elektrisch leitfähigen Kettfäden 14 besser zugänglich zu machen und einen besseren elektrischen Kontakt zu erzielen.
Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen den Leitern 12 und den Leiterbahnen 42 erfolgt vorzugsweise eine elektrische Isolierung des Kontaktbereichs zum Schutz vor elektrischen Kurzschlüssen und Korrosion der Materialien. Das kontaktierte textile Material 10 mit dem angebrachten Flexband 40 ist in Fig. 5 (c) dargestellt. In Fig. 5 (d) ist eine mögliche Anschlußvariante mittels des Flexbandes 40 gezeigt. Hierbei ist ein integrierter Schaltkreis 46 an die Leiterbahnen 42 des Flexbandes 40 angeschlossen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die auf dem integrierten Schaltkreis 46 angebrachten Kontaktflächen zu klein für das im allgemeinen gröbere textile Raster sind. Das Flexband 40 bietet somit als Adapterstück die Möglichkeit, die Abstände der elektrischen Verbindungspunkte zwischen Elektronik und Textil anzupassen. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung und Befestigung des Flexbandes 40 mit externen elektronischen Bauelementen 46 sind hinlänglich bekannt. Zu beachten ist, daß die Größe und der Abstand von Anschlußpads integrierter Schaltkreise typischerweise in der Größenordnung von 0,1 mm liegt und damit im allgemeinen kleiner als typische Perioden eines textilen Gewebes (Größenordnung 1 mm) sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn aus Gründen der Redundanz pro eigentlichem Leiter 12 mehrere im Gewebe nebeneinanderliegende Schuß- bzw. Kettfäden zusammengeschaltet werden sollen. Eine typische Fadendichte in feinen Geweben beträgt etwa 20 Fäden pro Zentimeter, was in etwa einer Periode (pitch) von 0,5 mm entspricht.
In Fig. 6 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Bedingt durch die Montage der elektronischen Bauelemente 18 gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen entstehen offene, nicht isolierte Stellen, welche vorteilhafterweise wieder elektrisch isoliert werden sollten, um z.B. gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen gekapselt zu sein. Vorteilhafterweise erfolgt dies durch Eingießen der betreffenden Stellen, insbesondere der Kontaktbereiche der Kontaktstelle 16 und der Leiter 12, mit einem zur elektrischen Isolierung geeigneten Kapselmaterial. In Fig. 6 (a) sind einige Kontaktbereiche gezeigt, welche vorzugsweise einer elektrisch isolierenden Kapselung unterworfen werden. Das Isoliermaterial 48 kann beispielsweise ein weiches Silikon oder eine flexible thermoplastische Folie aus vorzugsweise einer ähnlichen Materialgruppe wie die Textilfaser sein, welche auf das textile Material 10 gelegt und mit diesem verschmolzen werden kann. Eine derartige Kapselung ist vorteilhafterweise auch an Schnittkanten senkrecht zum Verlauf der elektrisch leitfähigen Fasern 14 anzubringen, insbesondere an den Enden von Stoffbahnen oder an Nähten. Alternativ ist auch eine nachträgliche Galvanisierung insbesondere mit isolierenden Polymeren der gesammten Leiterbahnstruktur möglich, so daß alle offenen Stellen, die durch Lötpunkte oder Defekte zustande kommen, elektrisch isoliert werden. Bezugszeichenliste
textile Material in dem textilen Material angeordneter elektrischer Leiter elektrisch leitfähiger Kettfaden des textilen Materials Kontaktstelle des elektronischen Bauelements elektronisches Bauelement (z.B. Chip) Löteinrichtung Hilfskontakt, insbesondere Metallplätchen elektrisch leitfähige Schußfäden Kreuzungsgebiet elektrisch leitfähiger Schuß- und
Kettfäden Lotmittel oder Leitkleber Isolierfolie normaler Bereich des Gewebes Bereich mit durch Jaquard-Technik angehobenen elektrisch leitfähigen Kettfäden normaler Bereich des Gewebes Bauelementtasche Flexband Leiterbahn Bereich, in welchem isolierende Schußfäden entfernt wurden integrierter Schaltkreis (IC) Isoliermaterial

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Leiters (12) mit einem elektronischen Bauelement (18) mit den Schritten:
- Bereitstellen eines texilen Materials (10) , in welchem zumindest ein flexibler, draht- und/oder fadenartiger elektrischer Leiter (12) angeordnet ist;
- Positionieren des elektrischen Leiters (12) relativ zu einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle (16) des elektronischen Bauelements (18) ; und - elektrisches Verbinden des Leiters (12) mit der Kontaktstelle (16) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das textile Material (10) ein Gewebe ist und der Leiter (12) zumindest einen Schuß- und/oder Kettfaden (14, 24) des Gewebes umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Leiter (12) eine elektrische Isolierung aufweist und der Schritt des Verbindens des Leiters (12) mit der Kontaktstelle (16) das zumindest teilweise chemische und/oder thermische Entfernen der Isolierung umfaßt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Schritt des elektrischen Verbinden des Leiters (12) mit der Kontaktstelle (16) das Aufbringen eines Lotmittels (28) auf zumindest einen Bereich der Kontaktstelle (16) und das mechanische Andrücken des Leiters (12) auf die mit Lotmittel (28) versehene Kontaktstelle (16) umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Andrücken des Leiters (12) mittels einer Löteinrichtung (20) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, wobei das Bauelement (18) eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen (16) und das textile Material (10) eine Vielzahl von elektrischen Leitern (12) und der Schritt des Positionierens das gleichzeitige Anordnen der Leiter (12) an die Kontaktstellen (16) umfaßt.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Schritt des elektrischen Verbindens des Leiters (12) mit der Kontaktstelle (16) das elektrische Verbinden eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Hilfskontakts (22) an den Leiter (12) und das elektrische Verbinden des Hilfskontakts (22) mit der Kontaktstelle (16) umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des elektrischen Verbindens des Hilfskontakts (22) mit dem Leiter (12)
- das Aufbringen eines Lotmittels (28) auf zumindest einen Bereich des Hilfskontakts (22) ,
- das Anordnen des lotbeschichteten Bereichs des Hilfskontakts (22) an den Leiter (12) und - das Erhitzen des Hilfskontakts (22) über den Schmelzpunkt des Lotmittels (28) zum elektrischen Verbinden des Hilfskontakts (22) mit dem Leiter (12) umfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des elektrischen Verbindens des Hilfskontakts (22) mit dem Leiter (12)
- das Aufbringen eines Leitklebers auf zumindest einen Bereich des Hilfskontakts (22) und - das Anordnen des leitkleberbeschichteten Bereichs des Hilfskontakts (22) an den Leiter (12) umfaßt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Hilfskontakt (22) ein Metallplätchen ist.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das elektronische Bauelement (18) ein Flexband (40) ist.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Schritt des elektrischen Verbindens des Leiters (12) mit der Kontaktstelle (16) das elektrische Verbinden des Leiters (12) mit einem weiteren in dem textilen Material (10) angeordneten Leiter (12) umfaßt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des elektrischen Verbindens des Leiters (12) mit der Kontaktstelle (16) folgende Schritte umfaßt:
- Positionieren der Kontaktstelle (16) des Bauelements (18) an zumindest zwei in dem textilen Material (10) angeordnete Leiter (12) ;
- Festlegen des Bauelements (18) an dem textilen Material (10) ; und
- Verlöten oder leitfähiges Verkleben der Kontaktstelle (16) mit den Leitern (12) .
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 mit den weiteren Schritten des Positionierens einer Isolierfolie (30) an die dem Bauelement (18) gegenüberliegenden Seite des textilen Materials (10) zur Isolierung der Kontaktstelle (16) und des Festlegens der Isolierfolie (30) an das textile Material (10) .
15. Vorrichtung mit - einem textilen Material (10) , in welchem zumindest ein flexibler, draht- und/oder fadenartiger elektrischer Leiter (12) angeordnet ist;
- zumindest ein elektronisches Bauelement (18) , welches eine elektrisch leitfähige Kontaktstelle (16) aufweist, wobei der Leiter (12) mit der Kontaktstelle (16) elektrisch leitfähig verbunden ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das textile Material (10) ein Gewebe ist und der Leiter (12) zumindest einen
Schuß- und/oder Kettfaden (14, 24) des Gewebes umfaßt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Leiter (12) über einen zumindest teilweise leitfähigen Hilfskontakt (22) mit der Kontaktstelle (16) elektrisch verbunden ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Hilfskontakt (22) ein Metallplätchen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das textile Material (10) zumindest eine Justiereinrichtung zur Positionsjustierung des Leiters (12) relativ zu der Kontaktstelle (16) umfaßt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 15 bis 19, wobei das textile Material (10) zumindest eine eingewebte Bauelementtasche (38) aufweist, welche zur Aufnahme des elektronischen Bauelements (18) ausgelegt ist.
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