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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Funktionsbauteil, insbesondere
für den
Einsatz in Fahrzeugen, umfassend ein Flachbandkabel mit wenigstens drei
elektrischen Leitungen, die parallel zueinander verlaufend in einer
Isolationsschicht eingebettet sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
Flachbandkabel, das auch als flexible Flachbandleitung, FFC-Kabel
oder Folienleitung bezeichnet wird, zeichnet sich im Allgemeinen
durch das flexible Trägermaterial
aus, auf das oder in dem mehrere flache Leitungsbahnen, insbesondere
Kupferleitungsbahnen, nebeneinander, (d. h. parallel zueinander)
angebracht sind. Die Leitungsbahnen werden üblicherweise im Rahmen eines Ätzprozesses oder
im Rahmen eines Laminierprozesses auf das Trägermaterial aufgebracht oder
in das Trägermaterial
eingebracht. Die Flachbandleitung wird insbesondere als sogenannte
Meterware, also in einem kontinuierlichen Prozess an einem fortlaufenden
Stück hergestellt.
Hierzu werden beispielsweise fortlaufende Kupferstreifen als Leitungsbahnen
zwischen zwei Folien geklebt oder mit einem Isolationsmaterial insbesondere
in einem Extrusionsprozess umspritzt.
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Insbesondere
in der Automobiltechnik besteht zunehmendes Interesse am Einsatz
von extrudierten Flachleitungen mit verschiedenen oder gleich großen Kupferquerschnitten
der Leiterbahnen. Bisherige Lösungen
für den
Einsatz von Flachleitungen in Kraftfahrzeugen bauen auf herkömmlichen
steckbaren Systemkomponenten für
beispielsweise Beleuchtung und Absicherung auf, wie sie aus der Rundleiterkonfektionierung
bekannt sind. D. h. die Enden der Flachleitungen werden mit einem
Kontaktteil (Stift- bzw. Buchsenkontakt) im Leiteranschlussbereich
mit der jeweiligen Leiterbahn unlösbar als Steckverbindung ausgebildet,
während
die Seite der elektrischen/elektronischen Bauteile (z. B. Beleuchtung,
Sicherungsbox) mit einem dazu passenden Gehäuse als Gegenstecker ausgeführt ist.
Die Bauteile und Flachleitungen werden getrennt nacheinander in Interieurmodulen
(z. B. Türen,
Dach, Mittelkonsole etc.) montiert und danach zusammengesteckt.
So verbindet das Flachbandkabel beispielsweise ein Steuergerät mit den
dem Steuergerät
zugehörigen elektrischen/elektronischen
Bauteilen, wozu es erforderlich ist, dass die Flachbandleitung mit
ihren Leitungsbahnen jeweils an die einzelnen elektrischen/elektronischen
Bauteile einerseits und andererseits an das Steuergerät angeschlossen
wird. So werden die Elektrikverkabelung und die Funktionsbauteile
aus steckbaren Einzelteilen hergestellt. Dadurch entsteht ein erhöhter Materialaufwand
für Einzelteile,
ein höherer
Fertigungsaufwand bei der Herstellung der Elektrik und der Bauteile
sowie größere Aufwände bei
der Montage.
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Oft
kommt es insbesondere in Kraftfahrzeugen vor, dass in einem Interieurmodul
Funktionsgruppen, beispielsweise in der Form von Beleuchtungskomponenten
oder Sicherungskomponenten vorgesehen sind. Eine Funktionsgruppe
besteht aus wenigstens einer Komponente, wie beispielsweise einer Beleuchtungskomponente
oder einer Sicherungskomponente. Die Gruppen in einem solchen Interieurmodul
sind jedoch, wie es dem Fachmann ersichtlich sein wird, nicht stets
gleichzeitig anzusteuern, sondern es ist wünschenswert, diese Funktionsgruppen
getrennt voneinander zu schalten. Die Komponenten einer Funktionsgruppe
werden jedoch stets gleichzeitig geschaltet bzw. angesteuert.
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Beim
Beispiel einer Beleuchtungskomponente ist es z. B. wünschenswert,
dass zu einem gegebenen Zeitpunkt die Beleuchtungskomponenten der
einen Gruppe leuchten, während
zu einem anderen Zeitpunkt die anderen Beleuchtungskomponenten der
zweiten Funktionsgruppe leuchten. Um dies mit der in den oben genannten
Dokumenten vorgeschlagenen Art und Weise zu lösen, muss für jede Funktionsgruppe ein
getrenntes separates Flachbandkabel verwendet werden, das die Verbindung zwischen
einem Steuergerät
und den Komponenten der einzelnen Funktionsgruppen herstellt.
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Alternativ
können
auch sogenannte FPCs (flexible printed circuits) verwendet werden,
bei denen die Schaltung in dem Fachmann bekannter Art und Weise,
auf ein flexibles Trägermaterial
beispielsweise im Lithographieverfahren aufgedruckt wird. Im Anschluss
werden die elektrischen/elektronischen Bauteile auf dem Träger aufgebracht
und sind durch die gedruckten Leiterbahnen entsprechend geschaltet.
Ein Beispiel einer derartig gedruckten Schaltung ist in 1 dargestellt.
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Die
in 1 dargestellte gedruckte Schaltung entspricht
einem Schaltplan wie er in 3(B) dargestellt
ist. In dem Schaltplan sind als elektrische/elektronische Bauteile
zwei Widerstände 20 (Vorwiderstände) sowie
vier Leuchtdioden 21 vorgesehen. Die Leuchtdioden 21a sowie
der Widerstand 20a stellen die elektrischen/elektronischen
Bauteile einer Funktionsgruppe dar, während der Widerstand 20b und
die Leuchtdioden 21b die elektrischen/elektronischen Bauteile
einer zweiten Funktionsgruppe darstellen. Diese beiden Funktionsgruppen
sollen getrennt voneinander schaltbar sein. Um diesen in 3(B) dargestellten Schaltplan zu realisieren,
wird ein FPC z. B. entsprechend dem in 1 dargestellten
Verlauf gedruckt, wobei die Position der elektrischen/elektronischen
Bauteile in 1 mit den gleichen Bezugszeichen
wie in 3(B) bezeichnet ist.
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In
der heutigen Automobiltechnik unterscheiden sich die einzelnen Interieurmodule
beispielsweise durch die Ausstattungskombinationen und Varianten,
die der Käufer
beim Kauf eines Kraftfahrzeugs wählen
kann. Folglich sind gewisse Komponenten vorhanden oder nicht vorhanden.
Wird ein FPC verwendet, so müsste
die gedruckte Schaltung entsprechend an die Ausstattungsvariante
angepasst werden, d. h. ein neuer Druck erstellt werden, wenn eine Komponente
weggelassen oder hinzugefügt
würde. Darüber hinaus
ist bei einem Modellwechsel auch die Erstellung eines neuen Layouts
und damit verbunden eines neuen Werkzeugs erforderlich.
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Eine
weitere Problematik ergibt sich bei der herkömmlichen oben erwähnten Verkabelung
dadurch, dass im Falle nur einer Funktionsgruppe, jedoch mehreren
Komponenten nicht gewährleistet
ist, dass bei Ausfall einer Komponente die verbleibenden Komponenten
noch immer funktionieren. Am Beispiel von mehreren Beleuchtungskomponenten
fallen bei Ausfall einer Komponente wie bei einer "Lichterkette" die anderen Komponenten
ebenfalls aus, insofern sie nicht parallelverschaltet sind. Eine
Parallelverschaltung mit Einzelkabeln ist jedoch sehr aufwendig. Auch
diese Problematik kann mit einem FPC gelöst werden, der jedoch wiederum
die ihm anhaftenden oben erwähnten
Probleme mit sich bringt.
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Aus
der
US 3,300,851 ist
ferner bekannt auf einem Flachbandkabel eine Verschaltung vorzunehmen,
wobei die aufgebrauchten Bauteile nicht unmittelbar, sondern über Leitungen
mit den Leitungsbahnen der Fachbandkabel in Verbindung stehen. Auch sind
aus diesem Stand der Technik keine getrennt schaltbaren Funktionsgruppen
bekannt.
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Darüber hinaus
ist aus der
WO 01/20737
A1 bekannt ein Flachbandkabel zum Ausrichten von Komponenten
in ein Gehäusesystem
einzusetzen, wobei SMD-Bauteile auf dem Gehäuse anbringbar sind. Bei diesen
SMD-Bauteilen kann es sich unter anderem um Leuchtdioden, d. h.
Beleuchtungsbauteile, handeln.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde,
eine Alternativlösung zur
Verwendung von FPC vorzuschlagen, die hinsichtlich einer möglichen
Verschaltung ähnliche
Vorteile wie ein FPC oder IPC bereitstellt, jedoch flexibler an
die entsprechenden Anforderungen z. B. in einem Kraftfahrzeug anpassbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein elektrisches Funktionsbauteil mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der
der Erfindung zugrundeliegende Gedanke liegt darin, durch das Vorsehen
von Leitertrennungen in einem herkömmlichen Flachbandkabel, das als
Meterware erhältlich
ist, und direktes Aufbringen von elektrischen/elektronischen Bauteilen
auf das Flachbandkabel, eine elektrische Schaltung zu realisieren,
die bisher nur durch Druck (FPC oder IPC) realisiert werden konnte
und dadurch die Vorteile der Verwendung eines Flachbandkabels mit
denen eines FPC/IPC zu kombinieren.
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So
schlägt
die vorliegende Erfindung ein elektrisches Funktionsbauteil, insbesondere
für den Einsatz
in Fahrzeugen und insbesondere in Kraftfahrzeugen vor, umfassend
ein Flachbandkabel mit wenigstens drei elektrischen Leitungen, die
parallel zueinander verlaufend in einer Isolationsschicht eingebettet
sind. Wie eingangs erwähnt,
handelt es sich bei dem Flachbandkabel vorzugsweise um fortlaufend
hergestellte Meterware. Darüber
hinaus ist es für
die vorliegende Erfindung nicht relevant, wie die Leitungen in der
Isolationsschicht eingebettet sind. Das elektrische Funktionsbauteil
der vorliegenden Erfindung umfasst gemäß einer ersten Ausführungsform
(nur) eine Funktionsgruppe, umfassend wenigstens zwei Komponenten
mit jeweils wenigstens einem elektrischen/elektronischen Bauteil.
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Bei
der vorliegenden Erfindung sind wenigstens zwei Funktionsgruppen
vorgesehen, die jeweils wenigstens eine Komponente mit jeweils wenigstens einem
elektrischen/elektronischen Bauteil umfassen. Das Bauteil ist mit
wenigstens einer elektrischen Leitung unmittelbar verbunden. Darüber hinaus
ist in wenigstens einer Leitung des Flachbandkabels eine Leitertrennung
vorgesehen, die die Leitung in der Längsrichtung des Flachbandkabels
trennt bzw. unterbricht. Die Leitertrennung dient in diesem Falle dazu
und ist derart angeordnet, dass die Funktionsgruppen getrennt, unabhängig voneinander
geschaltet werden können.
So ermöglicht
die vorliegende Erfindung unter Verwendung eines herkömmlichen Flachbandkabels,
mehrere Funktionsgruppen an ein Steuergerät anzubinden und die Funktionsgruppen dennoch
unabhängig,
getrennt voneinander schaltbar zu gestalten. Gemäß der Erfindung weisen die Komponenten
jeweils wenigstens ein Beleuchtungsbauteil und einen Vorwiderstand
als elektrische/elektronische Bauteile auf, so dass in Längsrichtung
des Flachbandkabels eine Art „Lichterkette" entsteht. Dabei
ist zwischen Lichterketten in ein und derselben Funktionsgruppe
und funktionsgruppenübergreifenden
Lichterketten zu unterscheiden. Die Lichterketten innerhalb einer
Funktionsgruppe werden durch die Leitertrennung parallel verschaltet,
wohingegen die gruppenübergreifenden
Lichterketten gruppenabhängig
durch die Leitertrennungen unabhängig
voneinander angesteuert werden können.
Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
sind pro Funktionsgruppe mehrere Beleuchtungsbauteile als elektrische/elektronische
Baueile vorgesehen.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung sind pro Funktionsgruppe mehrere Komponenten vorgesehen,
die wiederum durch weitere Leitertrennungen jeweils parallelverschaltet
sind, so dass auch bei Ausfall einer der Komponenten einer Funktionsgruppe
die verbleibende/n Komponente/n der Funktionsgruppe funktionieren.
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Das
Flachbandkabel ist mit einem Steuergerät verbunden. Um dies zu realisieren,
weist das Flachbandkabel, das zwei Enden aufweist, vorteilhafterweise
wenigstens an einem Ende einen elektrischen Stecker auf, der ein
direktes oder indirektes Verbinden mit dem Steuergerät ermöglicht.
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Da
das Flachbandkabel direkt mit den elektrischen/elektronischen Bauteilen
der Funktionsgruppen in Verbindung steht, ist vorzugsweise nur an
einem Ende des Flachbandkabels der elektrische Stecker vorgesehen,
wohingegen das andere Ende in einem elektrischen/elektronischen
Bauteil endet oder lediglich einen Abschluss aufweist.
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Ferner
handelt es sich bei dem Beleuchtungsbauteil beispielsweise um eine
LED.
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Die
in der Leitung vorgesehene Leitertrennung ist vorzugsweise eine
Ausstanzung in dem Flachkabel.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen anhand beispielhafter Ausführungsformen
davon genauer beschrieben.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 ein
FPC, das den Schaltplan aus 3B realisiert
und im Allgemeinen im Stand der Technik bekannt ist.
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2 eine
beispielhafte Ausführungsform eines
elektrischen Funktionsbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3(A–C) schematische
Beispiele der Umsetzung von verschiedenen Schaltplänen (A–C) in Verdrahtungspläne für ein elektrisches
Funktionsbauteil gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In
den verschiedenartigen Ansichten und Figuren kennzeichnen gleiche.
Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente.
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Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen
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2 zeigt
ein elektrisches Funktionsbauteil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das elektrische Funktionsbauteil umfasst
ein Flachbandkabel 10 mit drei elektrischen Leitungen 11a, 11b und 11c.
Die Leitungen sind in einer Isolationsschicht 12 eingebettet
und elektrisch isoliert. In dem Flachbandkabel 10 sind mittels eines
Abisolierungsvorgangs, wie er später beschrieben
werden wird, mehrere Fenster 13 gebildet, in denen die
Leitung 11a bis 11c (vorzugsweise eine Kupferleitung)
freiliegt. Darüber
hinaus ist in dem Flachbandkabel 10 wenigstens eine Leitertrennung 14 in
der Form einer Ausstanzung vorgesehen. Am rechten Ende 15 des
Flachbandkabels endet dieses in einem Anschluss, wohingegen an dem
entgegengesetzten Ende 16 ein Stecker zum Verbinden mit
einem Steuergerät
(nicht dargestellt) angeordnet sein kann.
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Das
in 2 dargestellte elektrische Funktionsbauteil setzt
den in 3(B) dargestellten Schaltplan
entsprechend dem in 3(B) gezeigten
Verdrahtungsplan um. Die Anordnung der elektrischen/elektronischen
Bauteile, wie sie in dem Schaltplan in 3 dargestellt
sind, sind in 2 ebenfalls vorgesehen, um deren
Position zu erläutern.
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In
den 3A bis 3C wird
das Prinzip der vorliegenden Erfindung anhand weiterer Schaltpläne und Verdrahtungspläne erläutert. So
enthält
der Schaltplan in 3A nur zwei Leuchtdioden 21a und 21b.
Bei diesem Schaltplan ist nur eine Funktionsgruppe vorgesehen, die
im dargestellten Fall zwei Komponenten mit jeweils einer Leuchtdiode 21a bzw. 21b sowie
je einem, jeweils einer Leuchtdiode zugeordneten Vorwiderstand 20a bzw. 20b enthält. Die beiden
Komponenten werden gleichzeitig eingeschaltet bzw. angesteuert,
da sie dergleichen Funktionsgruppe zugeordnet sind. Um sicherzustellen,
das z. B. die erste Leuchtdiode 21a weiterleuchtet, auch wenn
die zweite Leuchtdiode 21b ausgefallen ist, sind die zwei
Komponenten parallel zu schalten. Dies wird dadurch bewerkstelligt,
dass ein Flachbandkabel mit drei Leitungen bereitgestellt wird und
eine Leitertrennung in der Form einer Ausstanzung 14 die beiden
Komponenten derart schaltet, dass der in 3A gezeigte
Schaltplan realisiert ist.
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In 3B hingegen sind zwei Funktionsgruppen
mit jeweils nur einer Komponente bestehend aus je einem Vorwiderstand 20a und 20b sowie je
zwei Leuchtdioden 21a und 21b vorgesehen. Die Funktionsgruppen
sind ebenfalls parallel geschaltet, was durch die Leitertrennung 14' erreicht wird.
Dadurch können
die Funktionsgruppen getrennt voneinander angesteuert bzw. eingeschaltet
werden.
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In 3C ist eine weitere alternative Ausführungsform
dargestellt, die die Prinzipien der ersten und zweiten Ausführungsform
in 3A und 3B kombiniert.
So sind zwei Funktionsgruppen dargestellt. Die erste Funktionsgruppe
umfasst zwei Komponenten bestehend aus einem Vorwiderstand 20a und
einer Leuchtdiode 21a bzw. einem Vorwiderstand 20b und
zwei Leuchtdioden 21b. Die zweite Funktionsgruppe umfasst
ebenfalls zwei Komponenten bestehend aus einem Vorwiderstand 20c und zwei
Leuchtdioden 21c bzw. einem Vorwiderstand 20d und
einer Leuchtdiode 21d. Die Komponenten der einzelnen Funktionsgruppen
sind durch Leitertrennungen 14 in Form von Ausstanzungen
voneinander getrennt, so dass die Komponenten parallel geschaltet
sind. Ein Ausfall einer der Leuchtdioden einer Funktionsgruppen
führt daher
nicht zum Ausfall auch der anderen Leuchtdiode der Funktionsgruppe. Ferner
sind die Funktionsgruppen durch weitere Leitertrennungen 14' derart verschaltet,
dass sie getrennt voneinander angesteuert werden können. Bei dem
Bauteil 20e handelt es sich um eine Brücke (d. h. einen 0Ω-Widerstand),
die eine Verbindung zwischen den dargestellten Leitungen herstellt.
Zur Umsetzung des in 3C dargestellten
Schaltplans ist ein Flachbandkabel mit vier Leitungen notwendig
und es sind jeweils eine Leitertrennung 14 pro Funktionsgruppe
und zwei Leitertrennung 14' zur
getrennten Ansteuerung der Funktionsgruppen vorgesehen.
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Da
die Beleuchtungsbauteile bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform
auf dem Flachbandkabel frei liegen, ist es bevorzugt, ein Umgehäuse um diese
Bauteile vorzusehen. In diesem Zusammenhang könnte beispielsweise ein Umgehäuse vorgesehen
sein und ein Anschluss an eine lichtleitende Faser, die das von
der LED ausgesendete Licht dann zu der entsprechenden Stelle im
Fahrzeug leitet. Alternativ könnte
das Gehäuse
auch durch einen Grundkörper
und eine Streuscheibe gebildet sein, wobei die Streuscheibe oder
zumindest ein Teil davon im eingebauten Interieurmodul sichtbar
ist und durch die LED beleuchtet wird. Auch könnte das Beleuchtungsbauteil
in Form der LED und die anderen elektrischen oder elektronischen
Bauteile alternativ mit einem Gehäuse umspritzt sein.
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Zusätzlich zu
den LEDs und Widerständen, die
in den 2 und 3 dargestellt sind, könnten auch
Sicherungsbauteile vorgesehen sein, die in diesem Fall auch in den
Umgehäusen
oder Umspritzungen in der Meterware integriert würden. Auch sind eine Vielzahl
anderer Bauteile denkbar, wie z. B. Spannungsteiler und Optokoppler.
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Im
Folgenden wird das Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltung
auf einem Flachbandkabel zum Erstellen eines erfindungsgemäßen elektrischen
Funktionsbauteils beschrieben.
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Zunächst wird
das Flachbandkabel, das als Meterware erhältlich ist, bereitgestellt.
Im Anschluss werden die Fenster
13 auf dem Flachbandkabel
erstellt, indem das Isolationsmaterial in der Größe der Fenster abisoliert wird.
Ein Verfahren zum Abisolieren von Flachbandkabeln zu diesem Zweck
ist beispielsweise in der
DE
103 32 845 offenbart, auf die für weitergehende Informationen
verwiesen wird.
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Ist
ein elektrisches oder elektronisches Bauteil derart angeordnet,
dass es nur mit einer Leitung 11a bis 11c des
Flachbandkabels verbunden ist, so wird die Kupferbahn unterhalb
der Länge
des elektrischen oder elektronischen Bauteils zum Vorsehen der Leitertrennung
ausgestanzt 14'', um keinen
Kurzschluss zu erzeugen.
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Im
Anschluss wird Lötpaste
oder Leitkleber entsprechend auf den Anbringungspunkten der elektrischen/elektronischen
Bauteile vorgesehen, auf welche Dosierpunkte die Bauteile aufgesetzt
werden.
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Danach
wird das Flachbandkabel zur optimalen Erwärmung durch ein Vorheizmodul
geführt,
in dem das Flachbandkabel partiell vorgeheizt wird, um einen großen Deltasprung
(Temperatursprung), d. h. einen Temperaturunterschied, zu vermeiden.
Mit anderen Worten wird die Leitung getempert, so dass sich flüchtige Anteile
aus der Lötpaste
bereits vor dem Löten
verflüchtigen.
Das Vorheizen erfolgt bei ca. 90°C,
hängt jedoch
von dem Material der Isolationsschicht ab.
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Im
Anschluss werden die bestückten
Bauteile verlötet,
vorzugsweise durch Induktionslöten
oder Laserlöten.
Um ein Schmelzen des Isolationsmaterials zu verhindern, wird ein
Selektivlötverfahren
angewendet, z. B. eine Lötwelle
bzw. Konvektion. Mit anderen Worten wird die Lötzeit verkürzt und die Frequenz der Lötvorgänge an der
gleichen Stelle erhöht, bis
ein befriedigendes Ergebnis erreicht wird. Mit anderen Worten wird
beispielsweise eine sonst notwendige Lötzeit von 30 Minuten auf 3
Sekunden herabgesetzt und dieser Lötvorgang mehrmals bis zu einem befriedigenden
Ergebnis wiederholt. Die Lötzeit hängt dabei
insbesondere von dem Isolationsmaterial des Flachbandkabels ab und
ist experimentell feststellbar.
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Die
oben aufgeführten
Verfahrensschritte können
sowohl manuell erfolgen oder auch halb- und vollautomatisch in Fertigungslinien
durchgeführt
werden.