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Dokumentenidentifikation DE102004012099B3 10.11.2005
Titel Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Folienleitern durch Ultraschallschweißen
Anmelder Volkswagen Bordnetze GmbH, 38444 Wolfsburg, DE
Erfinder König, Karl-Heinz, Dr., 38315 Schladen, DE;
Müller, Dieter, 26131 Oldenburg, DE
Vertreter Anwaltskanzlei Gulde Hengelhaupt Ziebig & Schneider, 10179 Berlin
DE-Anmeldedatum 08.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004012099
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.11.2005
IPC-Hauptklasse H01R 43/02
IPC-Nebenklasse H01R 12/10   B23K 20/10   B29C 65/08   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Folienleitern durch Ultraschallschweißen, insbesondere von laminierten oder extrudierten Folienleitern, den FFC-Leitern, mit den Komponenten der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen, vorzugsweise in der Bordnetztechnik, beispielsweise von Kraftfahrzeugen, wobei beim Ultraschallschweißen der laminierten oder extrudierten Folienleiter, der FFC-Leiter, mit den Komponenten der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen ihrer Verbindung durch Ultraschallschwingungen erfolgt.
Es ist vorgesehen, dass durch Ultraschallschweißtechnik bei gleichzeitiger Prozesskontrolle die aus der FFC-Technik resultierenden Folienleiter, die FFC-Leiter (3) und die Komponenten (1) der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen in einer F-Hybridschaltung miteinander kombiniert werden, indem unter Einbeziehung der aus der Anwendung von Kupferleitern und Kunststoffsystemen unterschiedlicher geometrischer Anmessungen und Werkstoffeigenschaften FFC-FPC-Verbindungen bei einer prozessintegrierten Qualitätskontrolle durch prozessrelevante, physikalische Größen erfassende Sensoren hergestellt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Folienleitern durch Ultraschallschweißen, insbesondere von laminierten oder extrudierten Folienleitern, den FFC-Leitern, mit den Komponenten der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen, vorzugsweise in der Bordnetztechnik, beispielsweise von Kraftfahrzeugen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

In der Bordnetztechnik, so von Kraftfahrzeugen, werden zunehmend, um den Forderungen nach einer hohen Flexibilität, einem geringen Platzbedarf und nach einer Gewichtseinsparung nachzukommen, Folienleiter eingesetzt. Dabei existieren zwei Technologien relativ unabhängig nebeneinander. Zum einen ist es die FFC-Technik, bei der laminierte oder extrudierte metallische Folienleiter zur Anwendung kommen, und zum anderen sind es die aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen.

Um beide Leitungsträger miteinander zu verbinden, ist es beispielsweise nach der DE 100 64 696 A1 – siehe auch DE 100 52 579 A1 – bekannt, die Leitungsträger an den zu bildenden Kontaktstellen, nachdem sie zuvor in ihren Überlappungsbereichen durch Entfernung der Isolation mittels Laser freigelegt sind, durch Schweißen miteinander zu verbinden. Das Verbinden und somit das Kontaktieren der beiden Leitungsträger kann, wie aus der DE 101 01 236 A1 hervorgeht, durch eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode vorgenommen werden. Dabei kann diese Kontaktierung mittels Ultraschallschwingungen in bestimmten Anwendungsfällen auch ohne vorher ein beidseitiges Abisolieren vorzunehmen, erfolgen.

Damit ist es zwar bekannt, kunststoffisolierte, metallische Folienleiter, insbesondere FFC – Flexible Flat Cable – Leiter und FPC – Flexible Printed Cable – Leiter durch Kontaktierung miteinander schnell und flexibel miteinander zu verbinden, aber es ist nicht gewährleistet, dass die durch Ultraschallschwingungen gebildeten Kontaktstellen die geforderte Qualität besitzen, um den auftretenden mechanischen Belastungen zwecks Gewährleistung der erforderlichen Strom- bzw. Signalleitung standzuhalten.

Aus EP 1 263 269 A1 ist ein flexibler Folienleiter bekannt, der definierte Knickstellen zur vereinfachten Montage aufweist. Die hierzu vorgesehenen Scharnierteile können mit der Trägerfolie oder der Deckschicht des Folienleiters beispielsweise durch Ultraschallschweißen verbunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Folienleitern durch Ultraschallschweißen, insbesondere von laminierten oder extrudierten Folienleitern, den FFC-Leitern, mit den Komponenten der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen, vorzugsweise in der Bordnetztechnik, beispielsweise von Kraftfahrzeugen, entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, durch das beide Leitungsträger nicht nur schnell und flexibel, sondern auch kostengünstig derart verbunden werden, dass die durch Ultraschallschweißen gebildeten Kontaktstellen gleichzeitig auch den auftretenden mechanischen Belastungen standhalten und somit durch eine hohe Qualität eine störungsfreie Strom- bzw. Signalleistung gewährleisten. Dies trifft insbesondere auf FFC- und FPC-Schaltungen mit stark differenzierenden Materialeigenschaften zu.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in dem Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass durch Ultraschallschweißtechnik bei gleichzeitiger Prozesskontrolle die aus der FFC-Technik resultierenden Folienleiter, die FFC-Leiter, und die Komponenten der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen in einer F-Hybridschaltung miteinander kombiniert werden, indem unter Einbeziehung der aus der Anwendung von Kupferleitern und Kunststoffsystemen unterschiedlicher geometrischer Abmessungen und Werkstoffeigenschaften FFC-FPC-Verbindungen bei einer prozessintegrierten Qualitätskontrolle durch prozessrelevante, physikalische Größen erfassende Sensoren hergestellt werden, wird erreicht, dass beide Leitungsträger nicht nur schnell, flexibel und kostengünstig sowie mechanisch fest miteinander verbunden werden, sondern die unter Anwendung der Ultraschallschweißtechnik dabei gebildeten Kontaktstellen hoher Qualität gewährleisten auch eine störungsfreie Strom- bzw. Signalleitung, so dass nunmehr die Vorteile beider Leitungsträger in der F-Hybridschaltung miteinander kombiniert werden.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Danach werden in Durchführung des Verfahrens als prozessrelevante, physikalische Größen zweckmäßigerweise durch die Sensoren Körperschallschwingungen erfasst, die im Ultraschallbereich liegen.

Wesentlich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass ausgehend von FFC-FPC-Verbindungen, bei denen zwei Kupferleiter und zwei Kunststoffsysteme unterschiedlicher geometrischer Abmessungen und Werkstoffeigenschaften den Bindungsvorgang beim Ultraschallschweißen beeinflussen, die Ultraschallschweißtechnik hinsichtlich der Prozesskontrolle auf die kunststoffisolierten Leitungsträger abgestimmt wird. Die diese Randbedingungen in das erfindungsgemäße Verfahren einbeziehende, prozessintegrierte Qualitätskontrolle durch die Sensoren führt dazu, dass das Verfahren nach der Erfindung unter Berücksichtigung der erzielten Vorteile bei einer Vielzahl von Anwendungen in der Bordnetztechnik durchgeführt werden kann.

So können in Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens über die F-Hybridschaltung nicht nur elektronische Komponenten und Sensoren in FFC-basierte Bordnetze integriert werden, sondern auch auf FPC-Trägern gedruckte, großflächige EL-Beleuchtungseinheiten.

Es sind aber auch die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass über die F-Hybridschaltung komplexe FFC-Bordnetze mit Schaltungsentflechtung auf FPC-Knotenpunkten hergestellt werden können, wobei durch Brückenschweißungen in den FPC-Knotenpunkten die Leitungsführung flexibel auch im Nachhinein veränderbar ist.

Über die F-Hybridschaltung können aber auch komplette FFC-Bordnetzeinheiten oder Bordnetzfaces auf flexiblen FPC-Schaltungsträgern aufgebaut und in FFC-Standardbordnetze integriert werden.

Schließlich kann über die F-Hybridschaltung aber auch ein EMV-Schutz von Bordnetzkomponenten herbeigeführt werden, um nur einige Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens nach der Erfindung in der Bordnetztechnik bei Erzielung der beabsichtigten Vorteile zu nennen. Es versteht sich, dass die Anwendung der Erfindung nicht allein auf die Bordnetztechnik von Kraftfahrzeugen begrenzt ist, sondern die durch sie erzielten Vorteile, treten selbstverständlich auch dann ein, wenn eine Anwendung in der Bordnetztechnik von Flugzeugen, Schiffen, Triebfahrzeugen etc. erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Matrixverbindung zwischen einem FFC-Leiter und FPC-Leitern und

2 den Aufbau einer durch Ultraschallschweißen gebildeten FFC-FPC-Verbindung.

Gemäß der in 1 dargestellten Matrixverbindung sind in einer F-Hybridschaltung drei Komponenten 1 einer Leiterplatte 2 mit einem kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter, einem FFC-Leiter 3, durch die Bindungsstellen 4,5,6 miteinander verbunden. Dabei erfolgt die Verbindung der drei Komponenten 1 der Leiterplatte 2, wobei es sich bei den Komponenten 1 um FPC-Leiter handelt, durch Ultraschallschweißen. Bei diesem wird nicht nur der metallische Anteil der FFC-Leiter 3 und der Komponenten 1, also der FPC-Leiter 3, durch Ultraschallschweißen mechanisch fest miteinander verbunden, sondern auch der Kunststoffanteil. Die Herstellung der Verbindungen hoher Qualität ist möglich, obwohl sich über die Bindungsstellen 4, 5, 6 Kupferleiter und Kunststoffsysteme unterschiedlicher geometrischer Abmessungen und Werkstoffeigenschaften gegenüberstehen, indem beispielsweise der FFC-Leiter 3 aus 200 &mgr;m Kupfer und die Komponenten 1, also die FPC-Leiter, aus 70 &mgr;m Kupfer bestehen. Ermöglicht wird die Bildung der Bindungsstellen 4, 5 , 6, die eine störungsfreie Strom- bzw. Signalleitung gewährleisten und damit eine hohe Qualität besitzen, indem in den Ultraschallschweißprozess eine Qualitätskontrolle einbezogen ist, die es ermöglicht, in den Ultraschallschweißprozess einzugreifen, wenn die aus der Qualitätskontrolle resultierenden Daten ergeben, dass die Qualität der Bindungsstellen 4, 5, 6 nicht den an sie gestellten Anforderungen entspricht.

Dem Aufbau der durch Ultraschallschweißen gebildeten FFC-FPC-Verbindung gemäß 2 liegt die Matrixverbindung zwischen dem FFC-Leiter 3 und den Komponenten 1 in Form der FPC-Leiter nach 1 zugrunde. Es ist ersichtlich, dass die durch Ultraschallschweißen gebildete FFC-FPC-Verbindung eine Qualität besitzt, die zweifelsfrei den auftretenden mechanischen Belastungen standhält, also damit auch eine hohe Qualität besitzt. Sollte das nicht der Fall sein, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, in den Ultraschallschweißprozess einzugreifen, indem prozessrelevante, physikalische Größen, wie Körperschallschwingungen im Ultraschallbereich, erfasst werden, so dass durch diese prozessintegrierte Qualitätskontrolle Einfluss auf den Ultraschallschweißprozess genommen werden kann, um die geforderte Qualität der FFC-FPC-Verbindungen zu gewährleisten.

1Komponenten 2Leiterplatte 3FFC-Leiter 4, 5, 6Bindungsstellen

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Folienleitern durch Ultraschallschweißen, insbesondere von laminierten oder extrudierten Folienleitern, den FFC-Leitern, mit den Komponenten der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen, vorzugsweise in der Bordnetztechnik, beispielsweise von Kraftfahrzeugen, wobei beim Ultraschallschweißen der laminierten oder extrudierten Folienleiter, der FFC-Leiter, mit den Komponenten der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen ihre Verbindung durch Ultraschallschwingungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass durch Ultraschallschweißtechnik bei gleichzeitiger Prozesskontrolle die aus der FFC-Technik resultierenden Folienleiter, die FFC-Leiter (3) und die Komponenten (1) der aus der Leiterplattentechnik stammenden FPC-Schaltungen in einer F-Hybridschaltung miteinander kombiniert werden, indem unter Einbeziehung der aus der Anwendung von Kupferleitern und Kunststoffsystemen unterschiedlicher geometrischer Abmessungen und Werk-Stoffeigenschaften FFC-FPC-Verbindungen bei einer prozessintegierten Qualitätskontrolle durch prozessrelevante, physikalische Größen erfassende Sensoren hergestellt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als prozessrelevante, physikalische Größen durch die Sensoren Körperschallschwingungen erfasst werden, die im Ultraschallbereich liegen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die F-Hybridschaltung elektronische Komponenten und Sensoren in FFC-basierte Bordnetze integriert werden.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die F-Hy-bridschaltung komplexe FFC-Bordnetze mit Schaltungsentflechtung auf FPC-Knotenpunkten hergestellt werden, wobei durch Brückenschweißungen in den FPC-Knotenpunkten die Leitungsführung flexibel auch im Nachhinein geändert werden kann.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die F-Hybridschaltung komplette FFC-Bordnetzsteuereinheiten oder Bordnetzinterfaces auf flexiblen FPC-Schal-tungsträgern aufgebaut und in FFC-Standardbordnetzen integriert werden.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über die F-Hybridschaltung auf FPC-Trägern gedruckte, großflächige EL-Beleuchtungseinheiten in Bordnetze integriert werden.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die F-Hybridschaltung ein EMV-Schutz von Bordnetzkomponenten herbeigeführt wird.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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