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Verbindungseleient für elektronische Schaltungen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement für elektronische
Schaltungen, das aus Leiterplatten mit aufgebrachten Leiterbahnen und dazwischen
angeordneten Isolierstoffplatten oder -folien aufgebaut ist.
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In der Leiterplattentechnik werden die Ans chluß elemente und die
Anschlüsse der elektrischen Bauelemente mit den Leiterbahneri. der Leiterplatte
verlötet. Für jede elektronische Baugruppe wird eine spezielle Leiterplatte benötigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges programmierfäbiges
Verbindungselement für die Steuer- und Regelungstechnik zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:
a) Es ist eine obere Abschlußleiterplatte und eine untere Abschlußleiterplatte zur
Aufnahme von elektronischen Bauelementen und Anschluß elementen sowie eine Anzahl
von dazwischen angeordneten Innenleiterplatten vorgesehen, die Jeweils durch Isolierstoffplatten
voneinander getrennt jhd, b) die Abschlußl#iterplatten sind an ihren Innenseiten
mit Leiterbahnen und mit Verbindungsbahnen versehen, die als kurze Leiterbahnabschnitte
ausgebildet sind,
c) die Innenleiterplatten sind auf ihrer Oberseite
und ihrer Unterseite mit derart angeordneten Leiterbahnen und Verbindungsbahnen
versohen, daß die Leiterbahnen auf der Oberseite und der Unterseite rechtwinklig
zueinander verlaufen und sich in Jeweils einem Punkt überdecken, daß die Verbindungabahnen
auf der Oberseite und der Unterseite'rechtwinklig zueinander verlaufen und elektrisch
leitend miteinander verbunden sind, und daß sich Jede Verbindungsbabn auf der einen
Plattenseite mit einer Leiterbahn auf der Gegenseite an einem Punkt überdeckt, d)
die Verbindungsbahnen auf den Innenleiternplatten und den ihnen zugewandten Abschlußleiterplatten
bzw. weiteren Innenleiterplatten verlaufen rechtwinklig zueinander und überdecken
sich Jeweils an einem Punkt, e) die Anordnung der Leiterbahnen und der Verbindungsbabnon
auf den Oberseiten bzw. auf den Unterseiten von aufeinander folgenden Leiterplatten
ist deckungsgleich, f) in den Isolierstoffplatten sind an den Überdeckungspunkten
der Leiterbahnen und Verbindungsbahnen von benachbarten Abschlußleiterplatten bzw.
InnenleitetSatten senkrecht zur Plattenebene verlaufende elektrisch leitfähigen
Verbindungen herstellbar.
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Das erfindungsgemäße Verbindungselement ermöglicht durch die Verwendung
von Leiterplatten, die als Programmierelemente dienenden Isolierstoffplatten und
die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente eine programmierfähige dreidimensionale
Verbindungstechnik. Über die Verbindungsbahnen werden weitere Verbindungsebenen
geschaffen, die senkrecht zu den Plattenebenen verlaufen.
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Die Anzahl der erzielbaren Verbindungen wird gegenüber einem zweidimensional
aufgebauten Verbizdingselement starkt erhöht.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Leiterbahnen in Abschnitte unterteilt
sind. Eine Leiterbahn kann dadurch mehrfach ausgenutzt werden. Die Abschnitte der
Leiterbahnen in benachbarten Leiterplatten können über elektrisch leitfähige Verbindungselemente
bei
Bedarf aneinandergefügt werden. Hierdurch wird die Kopplung
(Antennenwirkung) vermindert.
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Die senkrecht zur Plattenebene verlaufenden elektrisch leitfähigen
Verbindungen werden zweckmäßigerweise mit Verbindungelementen aus leitfähigen, elastischen
Kunststoffen hergestellt, insbesondere aus sogenannten Elastomeren. Nieten aus Elastomeren
lassen sich in einem Spritzgußverfahren von entsprechenden, automatisch gsteuerten
Maschinen an den ausgewählten Punkten der Isolierschichtplatten anbringen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
daß die Abschlußleiterplatten und die Innenleiterplatten aus Folien mit abwechselnd
leitenden und nichtleitenden Schichten aufgebaut sind (Product Engineering, Dezember
1974, Seite 40).
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Die Kontaktierung zwischen den leitenden Schichten derartiger Folien
kann durch Eindrücken von doppelapitzigen Nadeln erfolgen.
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Ausftlhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 die Oberseite einer
oberen Abschlußleiterplatte, Figur 2 die Unterseite einer oberen Abschlußleiterplatte,
Figur 3 eine Isolierschichtplatte, Figur 4 eine Innenleiterplatte, Figur 5 eine
weitere Isolierschichtplatte, Figur 6 die Oberseite einer unteren Abschlußleiterplatte,
Figur 7 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Verbindungselement mit einer Innenleiterplatte
gemäß der Schnittlinie VII-VII der Figuren 1 bis 6, Figur 8 einen Schnitt durch
das erfindungsgemäße Verbindungselement gemäß der Schnittlinie VIII-VIII der Figuren
1 bis 6, Figur 9 die Oberseite einer Innenleiterplatte eines erfindungsgemäßen Verbindungselements
mit unterbrochenen Leiterbahnen, Figur 10 ein erfindungsgemäßes Verbindungselement,
das aus Folien mit abwechselnd leitenden und nichtleitenden Schichten aufgebaut
ist.
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Die Figuren 1 bis 6 werden Jeweils im Zusammenhang mit den Schnittdarstellungen
der Figuren 7 und 8 beschrieben.
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Die Figur 1 zeigt die Oberseite einer oberen Abschlußplatte 1, auf
der in einem vorgegebenen Raster Bohrungen 6 angeordnet sind, die zu den auf der
Unterseite der Abschlußplatte (siehe Figur 2) angebrachten Leiterbahnen führen.
Die auf der Oberseite der oberen Abschlußleiterplatte 1 anzuordnenden elektronischen
Bauelemente werden mit ihren Anschlüssen in diese Bohrungen eingelötet.
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Es ist Jedoch auch die in Figur 7 dargestellte Verbindungstechnik
mit Hilfe von Nieten aus Elastomeren möglich. An der Unterseite eines elektronischen
Bauelements 7, insbesondere einer integrierten Schaltung, sind im gleichen Rastermaß
kuppelförmige Erhöhungen 8 aus einem Elastomer angeordnet. In Bohrungen 6 der oberen
Abschlußleiterplatte 1 können an vorgegebenen Stellen Nieten 25 aus einem Elastomer
eingespritzt werden. Wenn das elektronische Bauelement 7 mit seinen Erhöhungen 8
auf diese Nieten 23 auf gen setzt und unter Vorspannung gehalten wird, so ist eine
gute elektrische Verbindung zu den Leiterbahnen 9 an der Unterseite der Abschlußplatte
1 gegeben.
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Figur 2 verdeutlicht die Anordnung der Leiterbahnen 9 auf der Unterseite
der oberen Abschlußplatte 1. Zwischen den Leiterbahnen 9 sind Verbindungsbahnen
10 angeordnet, die als kurze Leiterbahnabschnitte ausgebildet sind. Die Verbindungsbahnen
10 verlaufen zwischen den Leiterbahnen 9 und parallel zu diesen. Die Leiterbahnen
9 und die Verbindungsbahnen 10 sind derart angeordnet, daß sie Jeweils im Rastermaß
unter den Bohrungen 6 liegen.
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Figur 3 zeigt eine zwischen der oberen Abschlußplatte 1 und der Innenleiterplatte
3 angeordnete Isolierstoffplatte 2. Die Isolierstoffplatte 2 dient als Programmierplatte
und ist im gleichen Rastermaß mit Bohrungen 24 versehen. Diese Bohrungen können
-wie später näher erläutert wird - mit elektrisch leitenden Verbindungen versehen
werden.
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Figur 4 zeigt eine Innenleiterplatte 3. Auf der Oberseite der Innenleiterplatte
3 sind Leiterbahnen 11 und Verbindungsbahnen 12
angeordnet, die
wiederum zwischen den Leiterbahnen und parallel zu diesen verlaufen. Die Leiterbahnen
11 und die Verbindungsbahnen 12 auf der Oberseite der Innenleiterplatte 3 verlaufen
Jeweils rechtwinklig zu den Leiterbahnen 9 und den Verbindungsbahnen 10 auf der
Unterseite der oberen Abschlußplatte 1.
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Auf der Unterseite der Innenleiterplatte 3 sind die strichliert dargestellten
Leiterbahnen 13 und die Verbindungsbahnen 14 angeordnet, die wiederum zwischen den
Leiterbahnen und parallel zu diesen verlaufen. Die Leiterbahnen 13 und Verbindungsbahnen
14 auf der Unterseite der Innenleiterplatte 3 verlaufen rechtwinklig zu den Leiterbahnen
11 und Verbindungsbahnen 12 auf ihrer Oberseite. Die Leiterbahnen 11 auf der Oberseite
und die Leiterbahnen 13 auf der Unterseite der Innenleiterplatte 3 überdecken sich
jeweils in einem Punkt. Die Verbindungsbahn#Ii 19 und 14 auf Oberseite und Unterseite
der Innenleiterplatte 3 überdecken sich ebenfalls Jeweils in einem Punkt 18 und
sind an dieser Stelle elektrisch leitend miteinxnder verbunden Die freien Enden
der Verbindungsbahnen 12 bzw 14 überdecken sich mit Leiterbahnen 13 bzw. 11 auf
der Gegenseite der Innenleiterplatte 3.
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Man erkennt außerdem, daß die Anordnung der Leiterbahnen 13 ulld der
Verbindungsb#hnen 14 auf der Unterseite der Innen) c-- 1 terpiatte 3 deckungsgleich
ist mit der Anordnung der Leiterbahnen 9 und der Verbindungsbahnen 10 auf der Unterneite
der oberen Abschlußl.eiterplatte 1.
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Figur 5 zeigt die zwischen der InnenleitetXatte 3 und der unteren
Abschlußleiterplatte 5 angeordnete weitere Isolierstoffplatte 4, die an den vorgegebenen
Stellen des Rastermaßes mit Bohrungen 25 versehen ist, in die elektrisch leitende
Verbindungen eingesetzt werden können.
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Figur 6 zeigt die Oberseite der unteren Abschlußplatte 5. Man erkennt
Leiterbahnen 15 und Verbindungsbahnen 16, die wiederum zwischen den Leiterplatten
und parallel zu diesen verlaufen. Die Anordnung der Leiterbahnen 15 und der Verbindungsbahnen
16 juf der Oberseite der unteren Abschlußplatte 5 ist deckungsgleich mit der Anordnung
der Leiterbahnen 11 und der Verbindungsbahnen 12 auf der Oberseite der Innenleiterplatte
3.
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Die Abschlußleiterplatten 1 und 5 und die Innenleiterplatte 3 werden
nach dem Einbringen der elektrisch leitfähigen Verbindungen in die Isolierschichtplatten
2 und 4 so aufeinander gestapelt, daß die Kanten K1 - K5 übereinander liegen. Es
ergibt sich die in den Schnittdarstellungen der Figuren 7 und 8 gezeigte Anordnung.
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Bei Verwendung von Elastomeren als Verbindungselemente wird die gesamte
Anordnung unter Vorspannung gehalten.
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In Figur 7 erkennt man in der oberen Abschlußleiterplatte 1 die Verbindungselemente
23, sowie die Leiterbahnen 9 und die Verbindungsbahnen 10. In der Isolierstoffplatte
2 ist eine Niete 17 aus einem Elastomer angebracht. An der Oberseite der Innenleiterplatte
3 ist die Verbindungsbahn 12 angeordnet, die über ein senkrecht durch die Innenleiterplatte
3 hindurchgehendes Verbindungselement 18 mit der Verbindungsbahn 14 auf der Unterseite
der Innenleiterplatte 3 verbunden ist. Nach einer weiteren Isolierstoffplatte 4
folgt die untere Abschlußplatte 5, bei der die Verbindungsbahnen 16 zu erkennen
sind.
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Figur 5 zeigt, wie eine elektrische Verbindung vom elektronischen
Bauelement 7 über dessen Anschlußelement 8, über das Verbindungselement 23, die
Leiterbahn 9 auf der Unterseite der oberen Abschlußplatte 1, die Niete 17 in der
Isolierschichtplatte 2, die Verbindungsbahn 12 auf der Oberseite der Innenleiterplatte
3 und das Verbindungselement 18 zur Verbindungsbahn 14 auf der Unterseite der Innenleiterplatte
3 möglich ist. Von der Verbindungsbahn 14 aus sind weitere Verbindungen in tiefere
Schaltungsebenen möglich. Lediglich zur besseren Übersicht sind keine weiteren Verbindungen
dargestellt.
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Die Schnittdarstellung der Figur 8 entlang der Schnittlinie VIII-VIII
verdeutlicht die Anordnung der Leiterbahnen 9, 11, 13, 15 und der Verbindungsbahnen
10, 12, 14, 16 auf den einzelnen Leiterplatten, sowie der Bohrungen 6, 24, 25 in
den Isolierstoffplatten.
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Im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel ist lediglich eine einzige
Innenleiterplatte 3 vorgesehen. Es ist Jedoch vorteilhaft, eine größere Anzahl von
derartigen Innenleiterplatten vorzusehen,
die Jeweils durch eine
Isolierschichtplatte voneinander getrennt werden. Hierdurch wird eine dritte Verbindlmgsdimension
geschaffen, wodurch sich die mit einem erfindungsgemäßen Verbindulgselement erzielbare
Anzahl von Verbindungsstellen sehr stark erhöht. Die Anordnung der Leiterbahnen
und der VerbindlulgsbalLnen auf den Oberseiten bzw. auf den Unterseiten von aufeinanderfolgenden
Leiterplatten irt Jeweils deckungsgleich.
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Es ist andererseits bei einfacheren Verbindungsaufgaben auch möglich,
auf die Innenleiterplatte zu verzichten und ein Verbindungselement aufzubauen, das
aus einer oberen Abschlußleiterplatte, einer Isolierschichtplatte und einer unteren
Abschlußplatte besteht.
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Die Figuren 1 bis 8 zeigen zur besseren Übersicht lediglich einen
Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Verbindungselement, In der praktischen Realisierung
wird man Leiterplatten mit einer wrnhsent lich größeren Anzahl von Leiterbahnen
und Verbindungqleahnen wa~hlen.
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Figur 9 zeigt die Oberseite einer Innenleiterplatte eines derartigen
Verbindungselements. Die Leiterbahnen sind in Abschnitte 19 und 20 unterteilt, um
eine Antennenwirkling zu mildern und um die Bahnen des Verbindungselements nur solang
zu machen, wie sie für den Verbindungsaufbau benötigt werden. Zwischen den Leiterbahnabschnitten
sind Verbindungsbahnen 21 und 22 angeordnet.
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Figur 10 zeigt ein erfindungsgemäßes Verbindungselement, dessen Leiterplatten
aus Folien mit abwechselnd leitenden und nichtleitenden Schichten aufgebaut sind.
Die leitenden Schichten bestehen aus leitfähigen Kunststoffen, insbesondere Elastomeren.
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Es folgen von oben nach unten eine obere Abschlußplatte 27, eine erste
Isolierstoffplatte 28 als Prograsmierplatte, eine aus zwei Folien 29a, 29b aufgebaute
Innenleiterplatte und nach weiteren Isolierschichtplatten und Innenleiterplatten
eine untere Abschlußplatte 30. Die längeren Stege 33 dienen zum Aufbau einer Matrix
in der Jeweiligen Plattenebene, während die kürzeren Zwisc#enstege 34 zum Aufbau
von Verbindungsebenen senkrecht zur Platten-
ebene dienen. Die
Isolierschichtplatten sind im vorgegebenen Rastermaß mit Bohrungen 31 versehen,
in die doppelspitzige Nadeln 32 eingesetzt werden können, deren Spitzen sich in
die leitenden Schichten der benachbarten Leiterplatten eindrücken und somit eine
leitende Verbindung herstellen. Bei den aus zwei Folien aufgebauten Innenleiterplatten
sind die leitenden Schichten der beiden Folien untereinander durchkontaktiert. Die
Stromversorgung der elektronischen Bauelemente kann durch zwischenliegende gelochte
Folien aus leitfähigem Material günstig realisiert werden.
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Die untere Abschlußplatte 30 ist mit einem seitlichen Ansatz 35 verlängert,
der als Anschlußsteg für ein Flachbandkabel dient.
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Derartige AuSenverbindungen sind auch mehrfach für Jede Koordinate
möglich.
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10 Figuren 4 Patentansprtiche
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