DE3943261C2 - Elektrische Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung, bei der ein Gehäuse aus Kunststoff vorgefertigte Kanäle aufweist, in die aus einer Metallfolie in einem separaten Vorgang ausgestanzte Leiterbahnen zum elektrischen Verbinden der Bauelemente der Schaltung eingesetzt und festgelegt sind.

Zur Herstellung von elektrischen Schaltungen ist die Verwendung von Platinen bekannt. Es handelt sich dabei um mit Kupfer versehene Kunststoffplatten, auf deren Oberfläche beispielsweise durch einen Ätzprozeß Leiterbahnen ausgebildet sind, welche die Bauelemente der Schaltung elektrisch verbinden. Es ist auch bekannt, diese Leiterbahnen auf der Kunststoffplatte durch Auftragen von Lötzinn vorzuverzinnen. All diese Verfahren sind umständlich und technisch aufwendig.

Darüber hinaus ist es bekannt, zur Herstellung von elektrischen Schaltungen aus einer Metallfolie ausgestanzte Leiterbahnen in der Art eines Netzes oder Gitters zu verwenden. Die Metallfolie kann dabei beispielsweise eine Dicke von 0,15 mm aufweisen. Das ausgestanzte Leiterbahnennetz wird durch einen Spritzvorgang in ein Kunststoffgehäuse eingebettet, aus dem Kontaktanschlüsse des Leiterbahnennetzes herausragen. Das Umspritzen ist aber auch technisch sehr aufwendig.

Eine elektrische Schaltung der gattungsgemäßen Art ist aus der US-PS 4 766 520 bekannt. Einander benachbarte Leiterbahnen sind im Ursprungszustand vor dem Einsetzen in das Gehäuse durch Stege miteinander verbunden, die im Anschluß an das Einsetzen der Leiterbahnen in den vorgefertigten Kanälen durch ein herkömmliches Metallabscherverfahren abgetrennt werden. Soweit die vorgefertigten Kanäle auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, erfolgt der Übergang einander benachbarter Kanäle von der höheren Ebene in die tiefere Ebene in einer gemeinsamen Querschnittsebene, so daß die Gefahr von Überschlägen und Kontaktbrücken zwischen den Leiterbahnen nicht ausgeschlossen werden kann.

Aus der AT-PS 237 717 ist eine elektrische Schaltung der eingangs angegebenen Art bekannt, bei der eine Kunststoffplatte oberseitig in einer regelmäßigen Anordnung Noppen aufweist. Auf die Oberseite dieser Kunststoffplatte wird eine Metallfolie aufgesetzt, die zu den Noppen korrespondierende Löcher aufweist. Die Metallfolie verläuft dabei zwischen den Noppen. Um den Leiterbahnen einen bestimmten Verlauf zu geben, können aus der Metallfolie Stege zwischen den Löchern bzw. zwischen den Noppen der Kunststoffplatte entweder manuell oder automatisch herausgestanzt werden.

Bei dieser elektrischen Schaltung muß der Zwischenraum zwischen benachbarten und nicht elektrisch miteinander verbundenen Leiterbahnen insbesondere im Bereich der Ausstanzungen sehr groß sein, um Überschläge oder Kontaktbrücken zu vermeiden. Darüber hinaus sind mit der bekannten elektrischen Schaltung komplizierte Schaltbilder nicht möglich.

Aus der US-PS 4 356 627 ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltung bekannt, bei dem die Leiterbahnen in Kanälen einer Kunststoffplatte verlaufen. Zu diesem Zweck wird die zunächst mit einer ebenen Oberfläche vrrsehene Kunstoffplatte mit einer Metallfolie fest beschichtet. Ein Stempel mit dem Leiterbahnenprofil wird anschließend auf die Oberseite der so mit der Metallfolie beschichteten Kunststoffplatte gepreßt, daß durch eine obenseitige Verformung der Kunststoffplatte Kanäle ausgebildet werden. Der Boden dieser Kanäle weist dabei Leiterbahnen auf, die durch den Stempel aus der Metallfolie herausgestanzt worden sind.

Bei dieser bekannten elektrischen Schaltung verbleibt die Metallfolie im Bereich der Kunststoffplatte, wo sich keine Kanäle befinden, ohne daß sie einen Zweck erfüllt. Das bekannte Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltung ist somit mit einem großen Materialaufwand von nicht genutztem Metall verbunden. Darüber hinaus müssen benachbarte Leiterbahnen einen Mindestabstand aufweisen, um Überschläge oder Kontaktbrücken zu vermeiden. Kompakte Schaltungen lassen sich somit nicht schaffen. Schließlich ist bei dem bekannten Verfahren nicht sichergestellt, daß nicht doch Kontaktbrücken zwischen den Leiterbahnen und der oberseitig verbleibenden Metallfolie bestehen bleiben, wenn der Stempel beim Nachuntenpressen beim Nachuntenpressen beispielsweise bei einer Kantenabnutzung die Metallfolie nicht einandfrei durchtrennt.

Aus der DE-OS 27 35 124 ist eine elkektrische Schaltung bekannt, bei der die Leiterbahnen im Ursprungszustand aus einer Metallfolie ausgestanzt sind. Um die Stabilität dieses Leiterbahnnetzes zu erhöhen, sind einander benachbarte Leiterbahnen im Ausgangszustand durch Stege miteinander verbunden. Dieses so stabilisierte Leiterbahnnetz wird in Kunststoff eingegossen. Nach dem Erhärten des Kunststoffes werden die Stege nachträglich durchtrennt.

Auch diese elektrische Schaltung ist mit einem hohen technischen Aufwand verbunden. So müssem nach dem Einbetten des Leiterbahnnetzes in Kunststoff die Stege mittels eines separaten Arbeitsvorganges durchtrennt werden. Darüber hinaus müssen auch hier die Leiterbahnen zu Vermeidung von Überschlägen oder Kontaktbrücken einen Mindestabstand aufweisen, was der Kompaktheit der elektrischen Grenzen setzt.

Ausgehend von der elektrischen Schaltung der eingangs angegebenen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die elektrische Schaltung dahingehend weiterzuentwickeln, daß im Wege einer technisch einfachen und sicheren Herstellung eine kompakte Anordnung der Leiterbahnen der elektrischen Schaltung möglich ist, ohne daß die Gefahr von Überschlägen und Kontaktbrücken zwischen den Leiterbahnen besteht.

Als technische Lösung wird mit dfer Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest nebeneinander Teilbereiche der Böden einander benachbarter Kanäle auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind und daß die einander benachbarten Leiterbahnen im Ursprungszustand vor dem Einsetzen in das Gehäuse durch Stege miteinander verbunden sind, die beim Einsetzen der Leiterbahnen in Kanäle mit auf unterschiedlichen Ebenen angeordneten Böden durchtrennt werden, wobei zum Durchtrennen der Stege der Kanal auf der höheren Ebene in den benachbarten Kanal auf der tieferen Ebene über eine Abreißkante übergeht.

Indem erfindungsgemäß die Böden der Kanäle und damit die eingesetzten Leiterbahnen auf verschiedene Ebenen liegen, können sehr kompakte Schaltungen geschaffen werden. Dabei können zwei oder mehr Ebenen vorgesehen sein, wobei im letzteren Fall äußerst komplizierte Schaltbilder auf sehr kleinem Raum geschaffen werden können. Die Kanäle können dadurch auf unterschiedliche Ebenen gelegt werden, indem diese Kanäle unterschiedlich tief sind. Zum Einsetzen des Leiterbahnnetzes in das Gehäuse wird das Netz mittels eines entsprechenden Negativstempels zunächst in die obere, erste Ebene gedrückt. In einem nachfolgenden zweiten Schritt werden Teile des Leiterbahngitters mittels eines entsprechenden zweiten Negativstempels in die untere, zweite Ebene gedrückt. Der Verlauf der Leiterbahnen auf verschiedenen Ebenen bringt den Vorteil mit sich, daß zwischen den Leiterbahnen ein großer Abstand geschaffen werden kann, der dann nicht vorhanden wäre, wenn sich die benachbarten Leiterbahnen auf gleicher Ebene befänden und die Gefahr von Überschlägen oder Kontaktbrücken bestünde. Bei diesem Prinzip sind einander benachbarten Leiterbahnen im Ursprungszustand vor dem Einbau vorzugsweise durch Stege miteinander verbunden, die beim Einsetzen der Leiterbahnen in Kanäle mit auf unterschiedlichen Ebenen liegenden Böden durchtrennt werden. Die Verbindungsstege bringen den Vorteil mit sich, daß vor dem Einsetzen das Leiterbahnennetz durch die Verbindungen untereinander relativ stabil ist, daß aber nach dem Einsetzen diese Stege reißen oder zerschnitten werden und dadurch die elektrische Unabhängigkeit der benachbarten Leiterbahnen hergestellt ist.

Zum Durchtrennen der Stege geht der Kanal auf der höheren Ebene in den benachbarten Kanall auf der tieferen Ebene über eine Abreißkante über. Diese Abreißkante bewirkt, daß beim zweiten Schritt, wenn die Leiterbahnen in die untere Ebene gepreßt werden, die Verbindungsstege durchtrennt werden.

In einer weiteren Weiterbildung des Prinzips sind die Kanäle im Bereich von Abknickungen vorzugsweise verbreitert. Dies schafft einen Ausgleich, wenn ein Abschnitt einer Leiterbahn von einer oberen in eine untere Ebene gedrückt wird, da aufgrund des Höhenunterschiedes die Leiterbahnen einer Streckung unterliegen.

Vorzugsweise weisen die Kanäle ein im wesentlichen U-förmiges Querschnitgsprofil auf. Dabei erweitern sich die Kanäle vorzugsweise nach oben hin trichterförmig, so daß das Einführen der Leiterbahnen in die Kanäle vereinfacht ist.

In einer ersten Alternative kann die Breite der Kanäle gleich oder kleiner als die Breite der Leiterbahnen sein. Vorzugsweise ist dabei die Breite geringfügig kleiner. Auf diese Weise werden die Leiterbahnen im Preßsitz innerhalb der Kanäle gehalten.

In einer zweiten Alternative wird vorgeschlagen, daß die Breite der Kanäle gleich oder größer ist als die Breite der Leiterbahnen und daß die Leiterbahnen seitlich hervorstehende Spitzen aufweisen, die sich beim Einsetzen der Leiterbahnen in die Kanäle in deren Seitenwände verkrallen. Auch hier ist vorzugsweise die Breite der Kanäle nur geringfügig größer als die Breite der Leiterbahnen. Durch das Eingraben der kleinen Spitzen in den Seitenwänden der Kanäle werden die Leiterbahnen sicher in den Kanälen gehalten, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich die Leiterbahnen herauslösen.

In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß in den Kanälen Kontaktstifte angeordnet sind, auf die augenförmige Kontakt­ elemente der Leiterbahnen mit ihren Durchbrechungen unter elektrischer Kontaktierung aufgesteckt sind. Diese Kontaktstifte stellen beim Einsetzen der Leiterbahnen in die Kanäle Fixpunkte dar. Die überstehenden Kontaktstifte sowie zusätzlich die vom Leiterbahnennetz nach unten oder nach oben geklappten Kontakt­ fortsätze können zusätzlich zur Kontaktierung von Leiterplatten benutzt werden.

Schließlich wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß mehrere Gehäuse mit eingesetzten Leiterbahnen übereinander ange­ ordnet sind, so daß sich auch sehr komplizierte Schaltbilder aufgrund der Vielzahl der Leiterbahnennetze schaffen lassen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Leiterbahnennetzes nach dem Aus­ stanzen aus einer Metallfolie;

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit des Leiterbahnennetzes in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 ein Kunststoffgehäuse mit Kanälen, in die das Leiterbahnennetz der Fig. 1 nach Abtrennen der über­ schüssigen Metallfolienteile eingesetzt wird;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht des Gehäuses in Fig. 4 zur Deutlichmachung der unterschiedlichen Ebenen, in denen die Böden der Kanäle verlaufen;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 4 im Bereich des Übergangs eines Bodens eines Kanals von einer oberen Ebene in eine untere Ebene mit eingesetzter Leiterbahn;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 4 in vergrößertem Maßstab sowie ebenfalls mit eingesetzter Leiterbahn;

Fig. 8 einen Ausschnitt aus einem Leiterbahnennetz im Bereich einer Abknickung eines Kanals;

Fig. 9 das Ende einer Leiterbahn im Bereich eines Kontakt­ elements mit einer runden Öffnung;

Fig. 10 eine Darstellung entsprechend Fig. 9, jedoch mit einer kleeblattförmigen Durchbrechung.

In Fig. 1 ist ein Leiterbahnennetz 1 nach dem Ausstanzen aus einer Metallfolie dargestellt. Dabei sind insbesondere die einzelnen Leiterbahnen 2 zu erkennen, die an ihren Enden augen­ förmige Kontaktelemente 3 mit mittigen Durchbrechungen 4 auf­ weisen. Weiterhin weisen die Leiterbahnen 2 an ihren in der Zeichnung linken Enden Anschlußstifte 5 auf, mit denen eine Kontaktierung beispielsweise an einer Leiterplatte möglich ist. Stattdessen ist es auch möglich, auf diese Anschlußstifte 5 eine entsprechende Steckerbuchse aufzustecken.

Der vergrößerte Detailausschnitt des Leiterbahnennetzes 1 in Fig. 2 läßt darüber hinaus erkennen, daß einander benachbarte Leiterbahnen 2 durch Stege 6 miteinander verbunden sind. Diese verleihen dem Leiterbahnennetz 1 eine relative Stabilität und werden, da die vorläufig durch die Stege 6 miteinander ver­ bundenen Leiterbahnen 2 letztendlich voneinander elektrisch isoliert sein müssen, in einer weiter unten noch zu beschreibenden Weise durchtrennt. Schließlich weisen die Leiterbahnen 2 noch seitliche Spitzen 7 auf, deren Bedeutung ebenfalls nachfolgend noch erklärt werden wird.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Anschlußstift 5, wobei gestrichelt der ebene Ausgangszustand nach dem Ausstanzen aus der Metallfolie dargestellt ist, während mittels der durchgezogenen Linie die Situation nach dem Biegen um eine zur Längserstreckung parallele Achse gezeigt ist.

In Fig. 4 ist ein Gehäuse 8 aus Kunststoff dargestellt, in das das Leiterbahnennetz 1 mit seinen Leiterbahnen 2 nach Abtrennen der überschüssigen Teile der Metallfolie eingesetzt wird. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 8 mit zu dem Verlauf der Leiterbahnen 2 korrespondierenden Kanälen 9 versehen, die ein im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweisen und sich nach oben hin trichterförmig erweitern, wie beispielsweise in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 7 dargestellt ist. Die Kanäle 9 weisen dabei jeweils einen Boden 10 sowie Seitenwände 11 auf, wobei die Breite der Kanäle 9 gleich oder geringfügig größer ist als die Breite der Leiterbahnen 2. Im Bereich von Abknickungen 12 sind die Kanäle 9 verbreitert, wie in Fig. 8 erkennbar ist.

Im Bereich der augenförmigen Kontaktelemente 3 der Leiterbahnen 2 sind in den Kanälen 9 senkrecht nach oben sich erstreckende Kontaktstifte 13 angeordnet.

Eine Besonderheit der Kanäle 9 ist in den Fig. 6 und 7 zu er­ kennen. Teilbereiche der Kanäle 9 sind nämlich tiefer, so daß insgesamt zwei Ebenen gebildet sind, nämlich eine obere Ebene E1 und eine untere Ebene E2. Die untere Ebene E2 ist in Fig. 4 ge­ strichelt dargestellt. Die unterschiedlichen Ebenen E1 und E2 bringen den Vorteil mit sich, daß der Abstand einander benach­ barter Leiterbahnen 2 vergrößert wird, so daß die Gefahr von Kontaktbrücken oder Überschlägen verringert ist.

Zum Einsetzen des Leiterbahnennetzes 1 in das Gehäuse 8 wird zunächst das Leiterbahnennetz 1 am Band über das Gehäuse 8 geführt, indem die Durchbrechungen 4 der Kontaktelemente 3 der Leiterbahnen 2 exakt über den Kontaktstiften 13 zu liegen kommen. Mittels eines entsprechend ausgebildeten Negativstempels werden die Leiterbahnen 2 des Leiterbahnennetzes 1 in die obere Ebene E1 der Kanäle 9 gedrückt. Dabei verkrallen sich die Spitzen 7 der Leiterbahnen 2 in den Seitenwänden 11 des Gehäuses 8, so daß die Leiterbahnen 2 sicher innerhalb der Kanäle 9 gehalten sind. Gleichzeitig werden die Kontaktelemente 3 der Leiterbahnen 2 auf die Kontaktstifte unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes gedrückt, wie dies beispielsweise in Fig. 7 in einem späteren Stadium angedeutet ist.

Nachdem das Leiterbahnennetz 1 in der beschriebenen Weise in die obere Ebene E1 gedrückt worden ist, werden in einem nach­ folgenden zweiten Schritt in den in Fig. 4 schraffierten Bereichen der Kanäle 9 die Leiterbahnen 2 mittels eines entsprechenden Negativstempels in die untere Ebene E2 gedrückt, bei der die Böden 10 der Kanäle 9 abgesenkt sind, wie dies die Fig. 6 und 7 erkennen lassen. Dabei reißen die Stege 6 zwischen einander benachbarten Leiter­ bahnen 2 an zwischen benachbarten Kanälen 9 ausgebildeten Ab­ reißkanten 14, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.

In der schematisierten Seitenansicht des Gehäuses 8 in Fig. 5 sind die beiden Ebenen E1 und E2 schematisiert angedeutet.

Da beim Überführen der Leiterbahnen 2 von der oberen Ebene E1 in die untere Ebene E2 und umgekehrt aufgrund des größeren Weges eine größere Länge der entsprechenden Leiterbahnenabschnitte benötigt würde, sind als Längenausgleich die Kanäle 9 im Bereich der Abknickungen 12 zur Schaffung eines Längenausgleiches ver­ breitert, wie Fig. 8 erkennen läßt. Dabei ist gestrichelt die "Normalbreite" des Kanals 9 angedeutet. Darüber hinaus ist es möglich, daß die Leiterbahn 2 zum Längenausgleich geringfügig gedehnt werden kann, um den größeren Weg der zwei verschiedenen Ebenen E1 und E2 ausgleichen zu können.

Schließlich sind in Fig. 9 und 10 noch zwei Ausführungsformen der Durchbrechungen 4 der Kontaktelemente 3 der Leiterbahnen 2 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 9 die einfachste Ausführungsform, bei der die Durchbrechung 4 kreisrund ist und der Kontaktstift 13 einen quadratischen Querschnitt aufweist. In Fig. 10 ist die Durchbrechung 4 im wesentlichen als vierblättriges Kleeblatt ausgebildet, wobei die ins Zentrum gerichteten Lappen 15 des Kontaktelements 3 am Kontaktstift 13 zur Anlage kommen, der ebenfalls einen quadratischen Querschnitt aufweist.

Bezugszeichenliste

 1 Leiterbahnennetz
 2 Leiterbahn
 3 Kontaktelement
 4 Durchbrechung
 5 Anschlußstift
 6 Steg
 7 Spitze
 8 Gehäuse
 9 Kanal
10 Boden
11 Seitenwand
12 Abknickung
13 Kontaktstift
14 Abreißkante
15 Lappen
E1 obere Ebene
E2 untere Ebene

Claims (8)

1. Elektrische Schaltung, bei der ein Gehäuse (8) aus Kunststoff vorgefertigte Kanäle (9) aufweist, in die aus einer Metallfolie in einem separaten Vorgang ausgestanzte Leiterbahnen (2) zum, elektrischen Verbinden der Bauelemente der Schaltung eingesetzt und festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest nebeneinanderliegende Teilbereiche der Böden (10) einander benachbarter Kanäle (9) auf unterschiedlichen Ebenen (E1, E2) angeordnet sind und
daß die einander benachbarten Leiterbahnen (2) im Ursprungszustand vor dem Einsetzen in das Gehäuse (8) durch Stege (6) miteinander verbunden sind, die beim Einsetzen der Leiterbahnen (2) in Kanäle (9) mit auf unterschiedlichen Ebenen (E1, E2) angeordneten Böden (10) durchtrennt werden, wobei
zum Durchtrennen der Stege (6) der Kanal (9) auf der höheren Ebene (E1) in den benachbarten Kanal (9) auf der tieferen Ebene (E2) über eine Abreißkante (14) übergeht.

2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) im Bereich von Abknickungen (12) verbreitert sind.

3. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) ein im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweisen.

4. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kanäle (9) nach oben hin trichterförmig erweitern.

5. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Kanäle (9) gleich oder kleiner ist als die Breite der Leiterbahnen (2).

6. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Kanäle (9) gleich oder größer ist als die Breite der Leiterbahnen (2) und daß die Leiterbahnen (2) seitlich hervorstehende Spitzen (7) aufweisen, die sich beim Einsetzen der Leiterbahnen (2) in die Kanäle (9) in den Seitenwänden (11) verkrallen.

7. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanälen (9) Kontaktstifte (13) angeordnet sind, auf die augenförmige Kontaktelemente (3) der Leiterbahnen (2) mit ihren Durchbrechungen (4) unter elektrischer Kontaktierung aufgesteckt sind.

8. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gehäuise (8) mit eingesetzten Leiterbahnen (2) übereinander angeordnet sind.