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Dokumentenidentifikation DE102004054223A1 11.05.2006
Titel Mehrlagige flexible Leiterplatte mit sich gegenüberliegenden flexiblen Leitstrukturen sowie Verfahren zu deren Herstellung
Anmelder KSW Microtec AG, 01099 Dresden, DE
Erfinder Kreutzer, André, Dipl.-Ing.(FH), 09648 Mittweida, DE
Vertreter Dr. Heyner & Dr. Sperling Patentanwälte, 01277 Dresden
DE-Anmeldedatum 02.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004054223
Offenlegungstag 11.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.05.2006
IPC-Hauptklasse H05K 3/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 3/40(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H05K 1/11(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H05K 7/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine mehrlagige flexible Leiterplatte mit sich gegenüberliegenden flexiblen elektrisch leitenden Leitstrukturen (8), welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die sich gegenüberliegenden Leitstrukturen (8) einen elektrischen Kontaktbereich ausbilden und dass dazu ein Faden (3, 4) formschlüssig an die gegenüberliegenden Leitstrukturen (8) verbindend angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine mehrlagige flexible Leiterplatte mit sich lagenweise gegenüberliegenden flexiblen elektrisch leitenden Strukturen, den Leitstrukturen sowie flexible Leiterplatten, deren Leitstrukturen mit flexiblen Bauelementen kontaktiert sind, wobei die flexiblen Leiterplatten als Träger für die flexiblen Bauelemente dienen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung.

Leiterplatten allgemein können als flexible Leiterplatten oder als starre Platinen ausgebildet sein.

Die Erfindung betrifft in erster Linie flexibel ausgebildete Leiterplatten. Mehrlagige flexible Leiterplatten können über sich gegenüberliegend angeordnete flexible Leitstrukturen verfügen, welche in einem Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden werden müssen, um das Funktionieren der Leiterplatte zu gewährleisten.

Derartige Leiterplatten werden beispielsweise zur Bildung flexibler Datenträgerstrukturen eingesetzt.

Ebenso betrifft die Erfindung die Kontaktierung von Bauelementen mit flächigen Anschlusskontakten mit den als flexible Träger ausgebildeten Leiterplatten. Beispiele für Anwendungsfälle sind Kombination von flexiblen Leiterplatten mit Folienbatterien, Displays und Interposern, worunter chiptragende Elemente bzw. allgemein Zwischenträger zu verstehen sind, sowie die Verbindung von mehreren flexiblen Leiterplatten untereinander.

Besonders vorteilhaft anwendbar ist die Erfindung für hochflexible Bauteile mit dünnen Aufbauten, beispielsweise elektronische Etiketten.

Im Stand der Technik sind mehrlagige Leiterplatten, auch in der Ausführung als Leiterbahnfolien, bekannt. Weiterhin sind diverse Verfahren gebräuchlich, um mehrlagige Leiterbahnfolien oder flexible Leiterplatten elektrisch zu kontaktieren. Für die Herstellung von elektrischen Kontakten bei mehrlagigen Leiterplatten sind Verfahren wie Löten, Nieten, Kleben und Ähnliches bekannt.

Allerdings sind die bei wenig bzw. nicht flexiblen Leiterplatten, den Platinen, üblichen Montage- und Durchkontaktierungsverfahren nicht problemlos auf flexible Leiterplatten übertragbar, da letztere temperaturempfindlicher und mechanisch weniger belastbar sind.

Den Montage- und Kontaktierungsverfahren der Platinentechnik ist weiterhin zu Eigen, dass sie eine aufwändige Verfahrenstechnik erfordern sowie hohe Verbrauchs-, Material- und Vorrichtungskosten verursachen. Eine Adaption der bekannten Techniken auf flexible Leiterplatten beeinträchtigt erfahrungsgemäß die Flexibilität der Leiterbahnfolien durch eine Versteifung in der Kontaktzone mit den damit verbundenen Rückwirkungen auf die Produkteigenschaften und die weiterführenden Prozesse. Gleichfalls als nachteilig zu nennen, ist die stark lokal aufbauende Umsetzung der üblichen Kontaktierungsverfahren, wodurch wertvoller Platz verloren geht.

Als gravierend ist der Nachteil herauszustellen, dass bei flexiblen Leiterplatten im Falle von Biegebelastungen eine geringe Stabilität der elektrischen Verbindung zu verzeichnen ist, was mit einer Unzuverlässigkeit der flexiblen Leiterplatten verbunden ist, die mit herkömmlichen Technologien kontaktiert bzw. durchkontaktiert wurden.

Weiterhin ist ein Nachteil des Standes der Technik darin zu sehen, dass beispielsweise bei der Kontaktierung von Folienbatterien ungewollte Entladungen durch Batteriekurzschlüsse möglich sind, sofern leitfähige Verbindungen nicht exakt hergestellt werden können.

Ein Teil dieser Nachteile wird von einem Verfahren nach der DE 102 48 388 B3 dadurch überwunden, dass mit Hilfe eines leitfähigen Fadens bzw. Drahtes eine Durchkontaktierung von Leiterbahnfolien realisiert wird. Dabei wird die Erzeugung der Durchkontaktierung durch ein Kontaktierungsverfahren erreicht, welches mittels einer Hohlnadel in einem Nähprozess durch die Leiterbahnfolie hindurchgeführt wird, wobei der Kontaktierungsfaden durch Umformen mit den entsprechenden Kontaktbereichen der Leiterbahn kontaktiert wird. Ausdrücklich ist dieses Verfahren dazu ausgelegt, platinenartige starre Leiterbahnfolien durchzukontaktieren, wobei zum Schutz des Fadens vor einer Abscherung am Folienmaterial eine Hohlnadel explizit vorgesehen ist.

Eine Kontaktierung der auf verschiedenen Ebenen angeordneten Kontaktbereiche erfolgt direkt über den leitfähigen Faden bzw. Draht, welcher mit den Kontaktbereichen elektrisch leitend durch plastische Verformung verbunden wird. Mit dieser Ausgestaltung ist jedoch der Nachteil verbunden, dass die Drähte über deren Kontaktstellen an den Kontaktbereichen als elektrisch leitende Verbinder fungieren. Nachteilig ist dabei insbesondere, dass bei einer Belastung durch Biegebeanspruchung die Plastizität der Verbindungsdrähte dazu führen kann, dass sich die Verbindung der Drahtenden mit den Kontaktbereichen löst und somit unterbrochen wird, was zu einer Störanfälligkeit der genannten Realisierung bei Biege- und Zugbeanspruchungen führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine mehrlagige flexible Leiterplatte zur Verfügung zu stellen, die elektrisch und mechanisch zuverlässig verbunden ist, ohne dass dabei die Charakteristik der flexiblen Leiterplatte verändert ist.

Des Weiteren soll eine fexible Leiterplatte mit flexiblem Bauelement zur Verfügung gestellt werden, welche mechanisch und elektrisch sicher und flexibel miteinander verbunden sind.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit welchem flexible Verbindungen der vorgenannten Art realisiert werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 und 3 gelöst. Durch ein Verfahren nach Patentanspruch 8 und 17 wird angegeben, wie die erfindungsgemäßen Gegenstände erhalten werden können.

Insbesondere wird die Erfindung durch eine mehrlagige flexible Leiterplatte dadurch gelöst, dass die sich gegenüberliegend angeordneten flexiblen Leitstrukturen einen elektrischen Kontaktbereich ausbilden und dass dazu ein Faden formschlüssig die sich gegenüberliegenden Leitstrukturen verbindend angeordnet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin durch eine flexible Leiterplatte mit einem flexible Bauelement gelöst, wobei die Leitstruktur der Leiterplatte und die Anschlusskontakte des Bauelements einen elektrischen Kontaktbereich bildend gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Faden die Leitstruktur und die Anschlusskontakte formschlüssig verbindend angeordnet ist.

In besonderer Weise vorteilhaft ausgebildet wird die Erfindung dadurch, dass die sich gegenüberliegenden Leitstrukturen bzw. Anschlusskontakte, zunächst mechanisch verformt, einen elektrischen Kontakt bildend ausgeführt werden und dass zusätzlich ein Faden formschlüssig die gegenüberliegenden Leitstrukturen bzw. Anschlusskontakte verbindend angeordnet ist.

Konzeptionsgemäß besteht die Erfindung darin, dass die Leitstrukturen bei mehrlagigen flexiblen Leiterplatten bzw. die Leitstruktur einer Leiterplatte und die Anschlusskontakte eines Bauelements sich gegenüberliegend angeordnet sind und dass durch die Verbindung mittels eines Fadens formschlüssig ein elektrischer Kontakt zwischen den Leitstrukturen der Lagen bzw. den Anschlusskontakten hergestellt wird. Weiterführend wird das Konzept der Erfindung dadurch vorteilhaft umgesetzt, indem zunächst durch übliche mechanische Verformungsprozesse ein elektrischer Kontakt durch Schneiden, Quetschen oder Scheren, nachfolgenden als Crimpen bezeichnet, hervorgerufen wird, wobei anschließend durch einen Faden die elektrische Kontaktzone mechanisch gesichert wird, ohne jedoch signifikant die flexiblen Eigenschaften der Kontaktzone zu beeinträchtigen.

Die zusätzliche mechanische Verformung der sich gegenüberliegenden Leitstrukturen ist besonders dann vorteilhaft, wenn größere Höhenunterschiede zwischen den Leitstrukturen bestehen oder wenn der Verbund aufgrund weniger flexibler Materialien relativ starr ist und eine elektrische Kontaktierung allein durch den Nähprozess nicht sicher realisierbar ist.

Besonders vorteilhaft ist jedoch, dass in aller Regel die Crimpung für einen elektrischen Kontakt der sich gegenüberliegenden Leitstrukturen ausreicht, wobei das Nähen für den dauerhaften elektrischen Verbund sorgt und die Kontaktstelle mechanisch sichert, so dass auch bei starken Biegebeanspruchungen, beispielsweise bei der Anwendung als flexible Etiketten, die elektrische Kontaktstelle dauerhaft gesichert ist.

Bei der mechanischen Verformung sind weiterhin Prozesse einsetzbar, die sowohl mit oder ohne Kontakt zum Werkstück eine Verformung verursachen. Die mechanische Verformung kann beispielsweise durch Schneiden, Quetschen oder Scheren mittels Einsatz eines Werkzeuges mit Kontakt zum Werkstück in Rotationsverfahren, Hubverfahren oder Verfahren mit starren Werkzeugen erfolgen.

Alternativ dazu kann die mechanische Verformung ohne einen Kontakt zum Werkstück durch Laserschneiden realisiert werden.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von sich gegenüberliegenden flexiblen Leitstrukturen bei mehrlagigen flexiblen Leiterplatten sowie von flexiblen Leitstrukturen und flexiblen flächigen Anschlusskontakten von Bauelementen ist dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Leitstrukturen durch Nähen mittels eines Fadens formschlüssig in elektrischen Kontakt gebracht und mechanisch fixiert werden.

Das Verfahren wird vorteilhaft dahingehend weitergebildet, dass die sich gegenüberliegenden Leitstrukturen zunächst mittels mechanischer Verformung in elektrischen Kontakt gebracht werden und dass anschließend durch Nähen die elektrische Kontaktierung mechanisch fixiert wird. Der Nähprozess ist dabei besonders kostengünstig mit einer Vielzahl von existierenden Stichvarianten, wie zum Beispiel dem Stepp-Stich oder dem Zick-Zack-Stich, ausführbar, und es ist zudem besonders vorteilhaft, dass ein hoher Automatisierungsgrad für diese Verbindungstechnik möglich ist.

In besonders vorteilhafter Weise ausgebildet wird die Erfindung, wenn der Faden elektrisch leitfähig ausgebildet ist.

Die mechanische Verbindung durch das Nähen wird in besonderer Weise vorteilhaft dadurch abgesichert, dass der Faden mehrfach über die gleiche Stelle geführt wird, was als Verriegelung bezeichnet wird und ein Verhindern des Aufdrieselns der genähten Struktur zur Folge hat. Dies stellt einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor für die dauerhafte Realisierung eines elektrischen Kontakts bei den erfindungsgemäß behandelten Gegenständen dar.

Der genähte Faden fungiert als Zug-, Druck- und Biegeentlastung für eine mechanische Belastung in Prozessen der Herstellung bzw. Verarbeitung oder auch nachfolgender Belastungen beim Anwender der erfindungsgemäßen Gegenstände.

Die Verwendung eines elektrisch leitenden Nähfadens erhöht zusätzlich die Sicherheit der elektrischen Kontaktierung der flexiblen Leitstrukturen, wobei aber insbesondere aufgrund der vorwiegend mechanischen Wirkungsweise, der Sicherung der Kontaktstellen, ebenso nicht leitende Fäden vorteilhaft sowie auch kostengünstiger einsetzbar sind. Als Materialien für Fäden kommen Baumwolle und Polyamid sowie diverse Kunststofffäden zum Einsatz. Für elektrisch leitfähige Fäden werden leitfähig beschichtete Fäden, wie silberbeschichtete Fäden oder monofilamente Fäden aus Kupfer bzw. polyfilamente Fäden zum Beispiel aus Kohlefasern, eingesetzt. Weiterhin als Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hervorzuheben, dass der Nähprozess mit den zusammenhängenden Vor- und Nachbereitungen industriell eingeführt ist und somit ein sehr hoher Automatisierungsstand erreicht werden kann. So werden beispielsweise automatische Fadenabschneider an Industrienähmaschinen standardmäßig eingesetzt.

Auch wird eine endlose Rolle-zu-Rolle-Technologie (R2R) neben der Sheet-Technologie problemlos realisierbar. Bei der Bestückung von flexiblen Leiterplatten mit Folienbatterien können mehrere einzelne Batteriepole verschiedener Batterien mit einem zusammenhängenden elektrisch leitfähigen Faden genäht und damit parallel oder in Reihe geschaltet werden. Sowohl vom Material als auch von der Größe sind Grundmaterialien und Verbunde nähbar, die in einem vorgelagerten Crimpverfahren der mechanischen Verformung durchdrungen und angeschnitten wurden. Vorteilhaft einsetzbar ist das Verfahren damit für Folien, Textilien, Papiere und Verbundmaterialien. Die Anwendung des Nähverfahrens wird lediglich durch eine maximale Leiterplattendicke in Anhängigkeit von der Nadelstärke und dem Nähverfahren limitiert.

Insgesamt sind als Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der damit herstellbaren Produkte auch zu nennen, dass eine Rolle-zu-Rolle-Produktion wie auch eine Sheet-Praduktion kostengünstig und mit hoher Effizienz realisierbar sind. Die dabei erhaltene Verbindung ist elektrisch und mechanisch sehr zuverlässig. Weiterhin bestehen kaum Einschränkungen bei der Wahl des Fadens.

Die erreichbare mechanische und elektrische Sicherheit der Verbindung wird durch nur zwei Verfahrensschritte realisiert, und es entsteht eine sehr flache und flexible Verbindung. Darüber hinaus sind flächige Anordnungen beliebiger Form mit dem Verfahren verbindbar.

Die Anforderungen und Komplexität an flexiblen Leiterplatten werden auch in Zukunft immer größer werden.

Bei solchen multiplen und multifunktionellen erfindungsgemäßen Leiterplatten wird es möglich, die Leiterplatten mit flächigen Leiterbahnanschlüssen zu konfigurieren und Zusatzelemente, wie Displays, Folienbatterien, Folientastaturen oder Einzeltasten, nahezu beliebig auf der flexiblen Leiterplatte zu integrieren.

Das erhöht die Gestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Leiterplatte und bietet eine enorme Flexibilität, auf Anwenderwünsche einzugehen. Weiterhin können fehlbestückte/defekte Einzelteile teilweise auch wieder entfernt und durch neue funktionsfähige Elemente bestückt werden. Das erhöht die Ausbeute bei nicht redundanten Systemen erheblich.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Nähverfahrens, weil eine sichere und haltbare Verbindung und elektrische Kontaktierung ohne eine Temperaturbelastung realisierbar ist. Zudem werden, vom Nähfaden abgesehen, keine zusätzlichen Verbindungswerkstoffe, wie Lot oder Klebstoffe, eingesetzt, was sich günstig auf die Kosten für Verbrauchsmaterialien auswirkt.

Die erfindungsgemäße Verbindung verzichtet damit auch auf den Einsatz von ökologisch bedenklichen zusätzlichen Materialien, die beispielsweise bei Lötverbindungen erforderlich sind. Im Unterschied dazu sind die Verbrauchsmaterialien ökologisch unbedenklich und teilweise, im Falle beispielsweise von Baumwollfäden, sogar biologisch abbaubar.

Hervorstechend ist der ökonomische Vorteil bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Nähverfahrens dadurch, dass keine kostenintensive Vorrichtung oder Sonderbauformen notwendig sind und dass ein hoher Automatisierungsgrad mit hohen Durchsetzgeschwindigkeiten bei geringem Platzbedarf möglich ist.

Die Einzelprozesse, das Herstellen der mechanischen Verformung durch Crimpen und das Nähen selbst sind jeweils Standardverfahren, die bereits praxiserprobt und somit vorteilhaft adaptierbar sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1a: Prinzipdarstellung Nähverfahren mehrlagiger flexibler Leiterplatten mit sich gegenüberliegenden flexiblen Leitstrukturen,

1b: genähte flexible Leiterplatte mit Kontaktbereich im Querschnitt sowie Fadenabschneider,

2a–d: mechanische Verformung mehrlagiger flexibler Leiterplatten durch Crimpen,

3a, b: mehrlagige Leiterplatte vor und nach dem Nähprozess,

4a–c: Durchkontaktierung mit Hybridfaden,

5a, b: Bauelement mit Anschlusskontakten und flexible Leiterplatte,

6a–c: Crimpen im Hubverfahren,

7a–c: Rotationscrimpen,

7d: Vergrößerung Crimpvorgang beim Rotationscrimpen,

8a, b: Nahtmuster und

9a, b: Nähverfahren im Querschnitt.

In 1a ist eine Nähvorrichtung zur Erzeugung von erfindungsgemäß ausgeführten mehrlagigen flexiblen Leiterplatten dargestellt. Die Nadel 1 führt einen von der Fadenspule 2 kommenden Oberfaden 3 durch die flexible mehrlagige Leiterplatte hindurch. Die Nähvorrichtung wird komplettiert durch die untere Fadenspule 5 mit dem Unterfaden 4 und mit dem Fadenmitnehmer für den Unterfaden 7. Die Nadel 1 ist über den Anschluss zur Nähmaschine 6 mit dieser in bekannter Weise verbunden. Die mehrlagige flexible Leiterplatte besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei elektrisch nicht leitenden Schichten 9, zwischen denen eine ebenfalls nicht elektrisch leitende Schicht in Form des Passepartouts 10 angeordnet ist. Die beiden elektrisch nicht leitenden Schichten 9 weisen an den einander zugewandten Seiten elektrisch leitende Bereiche, die sogenannte Leitstruktur 8, auf. In diesen Bereichen ist das Passepartout 10, welches selbst nicht elektrisch leitet, ausgespart, so dass sich die Leitstrukturen 8 der Schichten 9 gegenüberliegen.

Mit Hilfe der Nähvorrichtung wird nun in üblicher Weise und durch Pfeile für den Weg des Oberfadens 14 und den Weg des Unterfadens 15 in 1a angedeutet, der Faden im Bereich der Leitstruktur 8 vernäht. Durch die aufgebrachte Anpresskraft beim Nähen wird, wie in 1b dargestellt, die mehrlagige Leiterplatte vernäht, wodurch die Leitstrukturen 8, die sich in 1a beabstandet gegenüberlagen, zusammengedrückt und formschlüssig verbunden werden. Die Naht 13 ist in 1b als durchgängige schwarze Linie dargestellt, die die aufeinander befindlichen elektrisch nicht leitenden Schichten 9 mit den Leitstrukturen 8 formschlüssig kontaktieren. Weiterhin ergänzend dargestellt sind die oberen und unteren Fadenabschneider 11, 12 für den Oberfaden 3 und den Unterfaden 4.

Das Vernähen erzielt in diesem Ausführungsbeispiel die Wirkung der elektrischen Kontaktierung durch das Gegeneinanderpressen der Leitstrukturen 8 der sich gegenüberliegenden elektrisch nicht leitenden Schichten 9. Besonders vorteilhaft hervorzuheben ist, dass die Naht 13 die Flexibilität der mehrlagigen Leiterplatte trotz der formschlüssigen Verbindung mittels des Oberfadens 3 und des Unterfadens 4 weitgehend erhält.

In 2a ist die mehrschichtige flexible Leiterplatte, bestehend beispielhaft aus ihren Elementen: elektrisch nicht leitende Schicht 9, elektrisch nicht leitendes Passepartout 10 und Leitstruktur 8 dargestellt, wobei sich die Leitstrukturen 8 der Schichten 9 beabstandet gegenüberliegen. Zwischen den Leitstrukturen 8 bildet sich durch die Beabstandung mittels des Passepartout 10 ein Hohlraum 16 aus.

Die im Folgenden als besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschriebene Realisierung wird durch die zusätzliche mechanische Verformung der flexiblen Leiterplatte unter Einsatz von oberen und unteren Formwerkzeugen 17 und 18 von oben und unten realisiert. Die Pfeile deuten die Bewegungsrichtung der Formwerkzeuge 17 und 18 aufeinander zu an, wie auch in 2a dargestellt. Eine Deformierung der mehrlagigen Leiterplatte erfolgt in dargestellter Weise.

Dieser Verformungsvorgang, wie in 2b dargestellt, auch als Crimpen bezeichnet, führt auf mechanischem Wege zur Kontaktierung der sich gegenüberliegenden Leitstrukturen 8. In 2c ist dargestellt, dass die mechanische Verformung plastischer Natur ist, also die deformierten elektrisch nicht leitenden Schichten 9 nicht wieder in ihre Ausgangslage zurückkehren, sondern dass die Leitstrukturen 8 nunmehr kontaktiert bleiben.

In besonders vorteilhafter Weise wird die Erfindung realisiert, wenn nach dem Crimpen, wie in 2d dargestellt, ein Vernähen der nunmehr mechanisch verformten und bereits elektrisch kontaktierten Leitstrukturen 8 erfolgt, wodurch diese derart mechanisch fixiert werden, dass der elektrische Kontakt auch bei erhöhten Biege- oder Zugbelastungen erhalten bleibt.

In 3a sind wiederum mehrlagige flexible Leiterplatten mit verschiedenen Schichten 9 und einer dazwischen angeordneten Schicht, dem Passepartout 10, in der Ausgangslage dargestellt. Darüber hinaus befinden sich zusätzlich zu den einander zugewandten elektrisch leitenden Leitstrukturen 8 jeweils nach außen weisende Leitstrukturen 8 auf den elektrisch nicht leitenden Schichten 9 angeordnet, die, wie in 3b dargestellt, durch einen Nähprozess mit einem leitfähigen Faden 19 elektrisch miteinander kontaktierbar sind.

In den 4a bis c ist eine weitere Ausgestaltung dargestellt, wobei die Leitstrukturen 8 zum Teil zwischen und zum Teil auf den mehrlagigen flexiblen Leiterplatten angeordnet sind. Als Leitstrukturen können auch die Anschlusskontakte von diversen Bauelementen aufgefasst werden, die mit der mehrlagigen flexiblen Leiterplatte in elektrischen Kontakt gebracht werden sollen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht nunmehr darin, dass mittels eines Heizstempels 21 diverse Außenbereiche der Leiterplatte thermisch behandelt werden. Wenn der elektrisch leitfähige Hybridfadens 20 bzw. Draht, welcher einen Überzug aus nicht leitendem thermolabilem Material aufweist, thermisch behandelt wird, wird durch die thermische Behandlung das nicht leitende Material entfernt und die nunmehr elektrisch leitfähigen abisolierten Hybridfäden 22 bzw. der elektrisch leitfähige Kern des Hybridfadens 20 kontaktieren elektrisch die thermisch behandelten Bereiche der Leitstrukturen 8.

Gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird es möglich, Bauelemente zunächst an der Leiterplatte anzuordnen und zeitlich versetzt gezielt zuzuschalten.

Eine Einsatzmöglichkeit besteht darin, ein Bauelement 29 oder auch mehrere Bauelemente 29 vorzusehen, welches/welche selektiv und zeitlich gestaffelt durch thermische Aktivierung der elektrischen Kontakte geschalten wird/werden. Besonders vorteilhaft ist dies für Reparaturen, bei denen Reservebauelemente freigeschaltet werden können.

Eine weitere vorteilhafte Einsatzmöglichkeit besteht darin, dass auf einer Basisleiterplatte mehrere Batterieelemente vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit der weiteren Bestückung der Leiterplatte in Reihen- oder Parallelschaltung oder modular geschaltet werden.

In 4c ist eine Struktur einer mehrlagigen flexiblen Leiterplatte dargestellt, wobei die abisolierten Hybridfäden 22 den Kontakt mit der Leitstruktur 8 herstellen.

In 5a ist eine elektrisch nicht leitende Schicht 9 mit zwei Leitstrukturen 8 auf der Außenseite sowie ein Bauelement, in der Ausgestaltung ein Folienbatteriekörper 29 mit Batteriepluspol 27 und Batterieminuspol 28, dargestellt.

In 5b wird die Kontaktierung der Anschlusskontakte 27 und 28 mit der Leitstruktur 8 der nicht leitenden Schicht 9 durch Vernähen im Querschnitt dargestellt.

In 6a wird eine mehrlagige flexible Leiterplatte – bestehend aus zwei elektrisch nicht leitenden Schichten 9 und zwei sich gegenüberliegenden Leitstrukturen 8 – im Querschnitt dargestellt, wobei ein oberer Crimpstempel 23 und ein unterer Crimpstempel 24 sich im Bereich der Leitstrukturen auf die mehrlagige flexible Leiterplatte zubewegen. In 6b ist die Draufsicht auf eine gecrimpte Leiterplatte dargestellt, wobei der Querschnitt in 6c die mechanische Verformung der Strukturen und Schichten 8 und 9 im Bereich der Crimpstempel verdeutlicht.

Alternativ zu dem in den 6a bis c dargestellten Hub-Crimp-Verfahren wird in 7a ein Rotations-Crimp-Verfahren gezeigt, wobei der obere Rotations-Crimp-Stempel 25 und der untere Rotations-Crimp-Stempel 26 am kreisförmigen Umfang des Crimpwerkzeuges angebracht sind. In 7b ist die erfindungsgemäße mehrlagige flexible Leiterplatte in der Draufsicht mit dem gecrimpten Bereich dargestellt, und 7c zeigt einen Querschnitt der durch Rotationscrimpen behandelten flexiblen Leiterplatte. In 7d ist vergrößert das Ineinandergreifen der Crimpwerkzeuge im Querschnitt dargestellt.

8a und 8b zeigen Beispiele für die Naht 13 auf dem flexiblem Leiterplattensubstrat 30 in verschiedenen Ausgestaltungen. Bevorzugt sind alle gängigen Sticharten, wie zum Beispiel der Stepp-Stich und der Zick-Zack-Stich, anwendbar.

In 9a und 9b wird eine Naht 13 in der Drauf- und in der Querschnittsansicht gezeigt.

1Nadel 2Fadenspule 3Oberfaden 4Unterfaden 5Fadenspule 6Anschluss zur Nähmaschine 7Fadenmitnehmer für den Unterfaden 8Leitstruktur, elektrisch leitende Schicht 9elektrisch nicht leitenden Schichten 10Passepartout, elektrisch nicht leitend 11Fadenabschneider oben 12Fadenabschneider unten 13Naht 14Weg für Oberfaden 15Weg für Unterfaden 16Hohlraum 17Formwerkzeug oben 18Formwerkzeug unten 19elektrisch leitfähiger Faden 20Hybridfaden, innen elektrisch leitfähig, außen nicht leitender Überzug 21Heizstempel 22Abisolierter Hybridfaden 23Crimpstempel oben 24Crimpstempel unten 25Rotationscrimpstempel oben 26Rotationscrimpstempel unten 27Batteriepluspol, Anschlusskontakt Bauelement 28Batterieminuspol, Anschlusskontakt Bauelement 29Folienbatterie, Bauelement 30flexibles Leiterplattensubstrat

Anspruch[de]
  1. Mehrlagige flexible Leiterplatte mit sich gegenüberliegenden flexiblen Leitstrukturen (8) dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberliegenden Leitstrukturen (8) einen elektrischen Kontaktbereich ausbilden und dass dazu ein Ober- und Unterfaden (3, 4) formschlüssig die gegenüberliegenden Leitstrukturen (8) verbindend angeordnet ist.
  2. Mehrlagige flexible Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberliegenden Leitstrukturen (8) mechanisch verformt und elektrisch Kontakt bildend ausgeführt und zusätzlich der Faden (3, 4) formschlüssig die gegenüberliegenden Leitstrukturen (8) verbindend angeordnet ist.
  3. Flexible Leiterplatte mit flexiblem Bauelement (29), wobei die Leitstruktur (8) der Leiterplatte und die Anschlusskontakte (27, 28) des Bauelements (29) einen elektrischen Kontaktbereich bildend gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faden (3, 4) die Leitstruktur (8) und die Anschlusskontakte (27, 28) formschlüssig verbindend angeordnet ist.
  4. Flexible Leiterplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberliegende Leitstruktur (8) und die Anschlusskontakte (27, 28) mechanisch verformt und elektrisch kontaktbildend ausgeführt und dass zusätzlich der Faden (3, 4) formschlüssig die Leitstruktur (8) und die gegenüberliegenden Anschlusskontakte (27, 28) verbindend angeordnet ist.
  5. Flexible Leiterplatte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als flexibles Bauelement (29) eine Folienbatterie auf der flexiblen Leiterplatte angeordnet ist.
  6. Flexible Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (3, 4) elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
  7. Flexible Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (3, 4) als Hybridfaden (20) ausgeführt ist, der aus einem elektrisch leitfähigen Kern (22) und einer elektrisch nicht leitenden Hülle aufgebaut ist, wobei die elektrisch nicht leitende Hülle durch Wärmeeinwirkung entfernbar ausgebildet ist.
  8. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von sich gegenüberliegenden flexiblen Leitstrukturen (8) bei mehrlagigen flexiblen Leiterplatten sowie von flexiblen Leitstrukturen (8) und flexiblen flächigen Anschlusskontakten (27, 28) von Bauelementen (29), dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Leitstrukturen (8) durch Nähen mittels eines Fadens (3, 4) formschlüssig in elektrischen Kontakt gebracht und mechanisch fixiert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Leitstrukturen (8) zunächst mittels mechanischer Verformung in elektrischen Kontakt gebracht werden und dass anschließend durch Nähen die elektrische Kontaktierung mechanisch fixiert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (3, 4) im Stepp-Stich oder Zick-Zack-Stich geführt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Leitstrukturen (8) durch Fadenheften und Fadensiegeln miteinander verbunden werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung durch Einsatz eines Werkzeuges mit Kontakt zum Werkstück erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung durch Schneiden, Quetschen oder Scheren erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung mittels Rotationsverfahren, Hubverfahren oder Verfahren mit starren Werkzeugen erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verformung ohne Kontakt zum Werkstück durch Laserschneiden erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (3, 4) beim Nähen mehrfach über der gleichen Stelle geführt wird.
  17. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von flexiblen Leitstrukturen (8) und flexiblen flächigen Anschlusskontakten (27, 28) von Bauelementen (29), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitstrukturen (8) und die flächigen Anschlusskontakte (27, 28) durch Nähen mittels eines Fadens (3, 4) formschlüssig miteinander verbunden und mechanisch fixiert werden, wobei ein elektrisch leitfähiger Faden (3, 4) mit einem elektrisch nicht leitfähigen Überzug verwendet wird und dass der elektrische Kontakt durch die Entfernung des nicht leitfähigen Überzuges des elektrisch leitfähigen Fadens (3, 4) hergestellt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des nicht leitfähigen Überzuges des elektrisch leitfähigen Fadens (3, 4) durch thermische Behandlung hergestellt wird.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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