DE102006021096B4

DE102006021096B4 - Leiterbahnträger

Info

Publication number: DE102006021096B4
Application number: DE102006021096.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Fink; Christian Janisch; Karl Smirra
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2026-05-06
Also published as: DE102006021096A1; US20090239401A1; WO2007128592A1

Abstract

Flexibler Leiterbahnträger (12) zum Kontaktieren von elektrischen Bauteilen (30), mit- einer Basisfolie (14),- auf der Basisfolie (14) angeordneten Leiterbahnen (16, 16a), und- mindestens einem Kontaktierauge (24), das in einem Kontaktierungsabschnitt (22) des Leiterbahnträgers (12) angeordnet und mit einer der Leiterbahnen (16) elektrisch gekoppelt ist, wobei der Leiterbahnträger (12) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Kontaktierungsabschnitts (22) jeweils eine Aussparung (26a, 26b) aufweist, und zwischen den Aussparungen (26a, 26b) Stegelemente (28a, 28b) in ihrer Breite so ausgebildet sind, dass sie zum Ausgleich von Toleranzen bei der Montage eine Schwenkung des Kontaktierungsabschnitts (22) um die durch die Stegelemente gebildete Achse ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leiterbahnträger zum Kontaktieren von elektrischen Bauteilen.
Bei Kraftfahrzeugen besteht immer häufiger die Anforderung, eine Steuerelektronik und die dazugehörigen Sensoren in einem Automatikgetriebe zu integrieren. Auch bei der Steuerung von Motoren und Bremsanlagen ist diese Art der Integration in zunehmendem Maß gewünscht. In den dabei eingesetzten mechatronischen Systemen kommen dabei häufig flexible Leiterplatten oder Flexfolien zum Einsatz. Diese Leiterplatten sind aus ökonomischen Gründen als einlagige Leiterplatten ausgeführt. Die auf einem Schaltungsträger aufgebrachte Steuerelektronik muss gegenüber den in den Motoren und Getrieben verwendeten Ölen, die chemisch höchst aggressive Additive enthalten, abgeschirmt werden. Zugleich müssen aber elektrische Leitungen durch die Abschirmung hindurchgeführt werden, um Komponenten eines Motors oder eines Getriebes elektronisch steuern zu können. Technologische Systemanforderungen ergeben sich insbesondere in Bezug auf Dichtigkeit gegenüber den Umgebungsmedien (Öl, Benzin, Wasser), der Funktionsfähigkeit über einen großen Temperaturbereich (-40°C bis +140°C) und Festigkeit gegenüber Vibrationsbeschleunigungen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 199 07 949 A1 ist ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug bekannt. Eine flexible Folie, die Leiterbahnen trägt, umgibt eine elektronische Schaltung, die in einem Hohlraum eines Gehäuses angeordnet ist. Die flexible Leiterplatte ist zwischen einer Ringdichtung und einer metallischen Bodenplatte des Steuergeräts aus dem Hohlraum heraus geführt und ist selbst Teil des Dichtungssystems für das Gehäuse.
In der deutschen Patentanmeldung DE 199 61 116 A1 ist eine Leiterplattenanordnung mit einer einlagigen Leiterplatte und einem der Leiterplatte zugeordneten Schaltungsträger, insbesondere für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug, gezeigt. Mittels der flexiblen Leiterplatten werden Sensoren, Aktoren und Steckverbinder des Motors- und/oder Getriebesteuergeräts mit elektronischen und/oder elektrischen Bauelementen eines Steuerschaltkreises auf einem Schaltungsträger verbunden.
Aus der EP 1 496 728 A1 geht ein Schaltungsaufbau mit nachgiebiger Plattenstrukturierung zur Montage einer Schaltungsvorrichtung mit einem starren Leiterbahnträger hervor, bei dem in einem Kontaktierungsabschnitt Kontaktpads angeordnet sind, die jeweils mit einer Leiterbahn elektrisch gekoppelt sind, wobei der Leiterbahnträger auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Kontaktierungsabschnitts jeweils eine Aussparung aufweist. Zwischen den Aussparungen sind Stegelemente ausgebildet, so dass eine leichtere Verformung des Kontaktierungsabschnitts mit den aufgebrachten elektronischen Bauteilen möglich ist.
Aus der DE 43 25 499 A1 geht ein Anbausteuergerät hervor mit einer Elektronikeinheit, die auf einer in Folientechnik ausgebildeten Leiterplatte angeordnet ist. Diese Leiterplatte ist direkt mit den Anschlusselementen der anzusteuernden Verbraucher verbunden. Um die Leiterplatte bei Bewegungen der Verbraucher vor Zerstörung zu schützen, ist in der Leiterplatte ein die Anschlussstellen umfassender Freischnitt ausgebildet, der einen zungenartigen Bereich umfasst. Dieser zungenartige Bereich stellt eine flexible, einseitige Verbindung des Anschlussbereiches zum ortsfesten Teil der Leiterfolie dar. Die Anschlusselemente bzw. Anschlussstellen eines jeden Verbrauchers sind dabei gruppenartig zusammengefasst und über einen gemeinsamen zungenartigen Bereich verbunden.
Aus der DE 1 951 778 A geht eine Anordnung aus einer Reihe übereinander gestapelter und mechanisch verbundener flexibler mit Leitungsbahnen versehener Isolierstofffolien aus einem polymeren Kunststoffmaterial hervor, bei dem die übereinander liegenden Isolierstofffolien ausschließlich im Bereich der zur Aufnahme und zum Anschluss von Anschlussdrähten oder Steckerstiften dienender Bohrungen miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leiterbahnträger zum Kontaktieren von elektrischen Bauteilen zu schaffen, das eine kostengünstig realisierbare und mechanisch sichere elektrische Anbindung von elektrischen Bauteilen auf dem Leiterbahnträger ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch einen Leiterbahnträger zum Kontaktieren von elektrischen Bauteilen, mit einer flexiblen Basisfolie, einer auf der Basisfolie angeordneten Leiterbahn, und einem Kontaktierauge, das in einem Kontaktierungsabschnitt des Leiterbahnträgers angeordnet und mit der Leiterbahn elektrisch gekoppelt ist, wobei der Leiterbahnträger auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten des Kontaktierungsabschnitts jeweils eine Aussparung aufweist, und zwischen den Aussparungen Stegelemente so ausgebildet sind, dass der Kontaktierungsabschnitt schwenkbar gelagert ist.
Dies ist besonders vorteilhaft, da durch die schwenkbare Lagerung des Kontaktierungsabschnitts bei der Montage der elektrischen Bauteile auf dem Leiterbahnträger ein guter Toleranzausgleich zwischen dem Leiterbahnträger und den zu kontaktierenden elektrischen Bauteilen möglich ist. Damit kann erreicht werden, dass die elektrischen Bauteile auf dem Leiterbahnträger auf einfache Weise und dennoch stabil befestigt werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Leiterbahnträger mindestens zwei Kontaktierungsabschnitte mit jeweils zwei Kontaktieraugen auf, und jeweils eines der Kontaktieraugen jedes Kontaktierungsabschnittes ist elektrisch mit einer gemeinsamen Leiterbahn gekoppelt. Dies ermöglicht, einen besonders geringen Flächenbedarf für den Leiterbahnträger zu erreichen, da bei einer Ausführung von mehreren Leiterbahnen anstatt einer gemeinsamer Leiterbahn Leiterbahnzwischenräume erforderlich sind, die durch die gemeinsame Leiterbahn vermieden werden. Des Weiteren können so Umwege und Kreuzungen bei der Leiterbahnführung vermieden werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stegelemente jedes Kontaktierungsabschnittes auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Kontaktierungsabschnitts angeordnet und jede der jeweils mit einem Kontaktierauge des jeweiligen Kontaktierabschnitts gekoppelten Leiterbahnen ist abschnittsweise jeweils einzeln auf einem der einander gegenüberliegenden Stegelemente angeordnet. Damit ist eine im Wesentlichen symmetrische und damit besonders gleichmäßige geometrische Ausbildung der Stegelemente erreichbar. Insbesondere bei einem Schwenken des Kontaktierungsabschnitts ist damit eine gleichmäßige mechanische Belastung der Stegelemente möglich. Darüber hinaus können die einzelnen Leiterbahnen durch ihre Anordnung auf den einander gegenüberliegenden Stegelementen besonders einfach voneinander beabstandet werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Aussparungen ringbogenförmig ausgebildet. Damit wird erreicht, dass nur ein geringer Flächenbedarf für die Aussparungen erforderlich ist, wodurch die Größe des Leiterbahnträgers insgesamt klein gehalten werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht eines Leiterbahnträgers,
2 eine Aufsicht auf den Leiterbahnträger mit zum Kontaktieren bereitgestellten elektrischen Bauteilen, und
3 eine perspektivische Ansicht des Leiterbahnträgers mit kontaktierten elektrischen Bauteilen.

Elemente gleicher Konstruktion oder gleicher Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die in 1 dargestellte Schnittansicht veranschaulicht den Aufbau eines Leiterbahnträgers 12. Zwischen einer Basisfolie 14 und einer Deckfolie 18 ist eine Leiterbahn 16, die vorzugsweise aus Kupfer besteht, angeordnet. Die Leiterbahn 16 ist in verschiedene Kleberschichten 20, die zwischen der Basisfolie 14 und der Leiterbahn 16 einerseits und der Leiterbahn und der Deckfolie 18 andererseits angeordnet sind, eingebettet. Sowohl die Basisfolie 14 als auch die Deckfolie 18 sind flexibel und bestehen bevorzugt aus Polyimid, das die für den Einsatz in den Fahrzeugkomponenten erforderlichen chemischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften aufweist.
In den 2 und 3 sind Ansichten des Leiterbahnträgers 12 und von elektrischen Bauteilen 30, die zur Montage bereitgestellt (2) bzw. montiert sind (3), gezeigt. Die elektrischen Bauteile 30 sind hier elektrische Steckerelemente. Es können jedoch auch andere elektrische Bauteile, wie beispielsweise Sensoren, zum Einsatz kommen.
Wie in den 2 und 3 zu erkennen ist, nimmt der Leiterbahnträger 12 mehrere Leiterbahnen 16, 16a auf. Der Leiterbahnträger 12 hat mehrere Kontaktierungsabschnitte 22, die jeweils zwei Kontaktieraugen 24, 24a aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kontaktierungsabschnitte 22 je nachdem, wie das zu kontaktierende elektrische Bauteil 30 ausgebildet ist, nur ein Kontaktierauge 24 oder mehr als zwei Kontaktieraugen 24, 24a aufweisen.
Der Leiterbahnträger 12 weist weiter ringbogenförmige Aussparungen 26a, 26b auf, die an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils eines Kontaktierungsabschnitts 22 angeordnet sind. Zwischen den Aussparungen 26a, 26b verbleiben Stegelemente 28a, 28b auf dem Leiterbahnträger 12, die sich auf zwei Seiten des Kontaktierungsabschnitts 22 einander gegenüberliegend befinden.
Von den Kontaktieraugen 24a auf den Kontaktierungsabschnitten 22 führt jeweils eine der Leiterbahnen 16a über eines der Stegelemente 28b. Die Leiterbahnen 16a sind vorzugsweise mit einem nicht dargestellten Schaltungsträger, insbesondere einem LTCC-Substrat (LTCC = low temperature cofired ceramics) elektrisch gekoppelt. Von den Kontaktieraugen 24 führen jeweils Leiterbahnabschnitte über die Stegelemente 28a zu der gemeinsamen Leiterbahn 16. Diese ist vorzugsweise als Masseverbindung ausgeführt. Durch die Ausführung der Leiterbahn 16 als gemeinsame Leiterbahn ist es möglich, die Fläche des Leiterbahnträgers 12 zu reduzieren.
Im Folgenden soll die Wirkungsweise des Leiterbahnträgers 12 in Verbindung mit der Montage der elektrischen Bauteile 30 im Detail dargestellt werden. Beispielhaft wird auch hier davon ausgegangen, dass die elektrischen Bauteile 30 Steckerelemente sind.
Im Weiteren wird weiter davon ausgegangen, dass Steckerelemente zur Kontaktierung von Getriebehydraulikventilen für ein Schaltungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommen. Die Getriebehydraulikventile sind im Schaltungsgetriebe in einer mehr oder weniger geraden Linie aufgereiht.
Um bei der Montage der Getriebehydraulikventile an den Steckerelementen eine möglichst rasche Montage zu erreichen, sollten die Steckerelemente einen Toleranzausgleich in alle drei Koordinatenrichtungen zulassen. Der Toleranzausgleich in z-Richtung erfolgt durch eine geeignete Überlappungslänge zwischen dem Steckerelement und einem dazugehörigen Gegenstecker am Getriebehydraulikventil. Einen Toleranzausgleich in x-Richtung können die Steckerelemente gegenüber den Gegensteckern des Getriebehydraulikventils aufgrund der bestehenden Toleranzen der Steckerelemente bzw. der Gegenstecker kompensieren.
Da die Steckerelemente auf den Kontaktierungsabschnitten 22 aufsitzen, und die Kontaktierungsabschnitte 22 nur über die Stegelemente 28a, 28b mit den übrigen Bereichen des Leiterbahnträgers 12 gekoppelt sind, kann der Kontaktierungsabschnitt 22 zusammen mit dem Steckerelement verschwenkt werden, wobei die Schwenkachse durch die beiden Stegelemente 28a, 28b verläuft. Durch die Anordnung der Stegelemente 28a, 28b in der Schwenkachse erhalten die Leiterbahnen 16a, 16 beim Schwenken des Steckers nur eine geringe mechanische Belastung. Aufgrund der Bauhöhe der Steckerelemente kann bereits bei einem geringen Schwenkwinkel (von beispielsweise 4 Grad) der für die Montage erforderliche Toleranzausgleich zwischen Steckerelement und Gegenstecker in y-Richtung erreicht werden.
Ein weiterer Vorteil während der Fertigung und Montage besteht darin, dass der Leiterbahnträger 12 nicht gebogen werden muss, um die elektrischen Bauteile 30 zu fixieren, da alle Kontaktierungsabschnitte 22 in einer Ebene, der Ebene des Leiterbahnträgers 12, liegen. Die elektrischen Bauteile 30 können so in einer Aufspannung an dem Leiterbahnträger 12 kontaktiert werden, wobei die Kontaktierung in einer Arbeitsebene, beispielsweise durch Laserschweißen, erfolgen kann.

Claims

Flexibler Leiterbahnträger (12) zum Kontaktieren von elektrischen Bauteilen (30), mit - einer Basisfolie (14), - auf der Basisfolie (14) angeordneten Leiterbahnen (16, 16a), und - mindestens einem Kontaktierauge (24), das in einem Kontaktierungsabschnitt (22) des Leiterbahnträgers (12) angeordnet und mit einer der Leiterbahnen (16) elektrisch gekoppelt ist, wobei der Leiterbahnträger (12) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Kontaktierungsabschnitts (22) jeweils eine Aussparung (26a, 26b) aufweist, und zwischen den Aussparungen (26a, 26b) Stegelemente (28a, 28b) in ihrer Breite so ausgebildet sind, dass sie zum Ausgleich von Toleranzen bei der Montage eine Schwenkung des Kontaktierungsabschnitts (22) um die durch die Stegelemente gebildete Achse ermöglichen.
Flexibler Leiterbahnträger (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterbahnträger (12) mindestens zwei Kontaktierungsabschnitte (22) mit jeweils zwei Kontaktieraugen (24, 24a) aufweist, und jeweils eines der Kontaktieraugen (24) jedes Kontaktierungsabschnitts (22) elektrisch mit einer gemeinsamen Leiterbahn (16) gekoppelt ist.
Flexibler Leiterbahnträger (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegelemente (28a, 28b) jedes Kontaktierungabschnitts (22) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Kontaktierungabschnitts (22) angeordnet sind und jede der jeweils mit einem Kontaktierauge (24, 24a) des jeweiligen Kontaktierabschnitts (22) gekoppelten Leiterbahnen (16, 16a) abschnittsweise jeweils einzeln auf einem der einander gegenüberliegenden Stegelemente (28a, 28b) angeordnet ist.
Flexibler Leiterbahnträger (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (26a, 26b) ringbogenförmig ausgebildet sind.