Flexible Leiterplatte

Die Erfindung betrifft ein biegbares elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1 und löst die Aufgabe der Erhöhung der Flexibilität elektronischer Leiterplatten und der Erzeugnisse auf deren Grundlage.

Die US 2014/0018166 A1 offenbart einen Aufsatz, der an der Handflächenseite oder der Rückseite des Mittelhandknochens der Hand einer Person getragen wird. Der Aufsatz umfasst ein flexibles Band oder einen Streifen, an dem ein elektronisches Sensormodul befestigt ist, das in einem Gehäuse eine Elektronik zum Erfassen von Gestenmerkmalen enthält, die von der Hand des Trägers ausgeführt werden, einschließlich einer Kommunikationsschnittstelle zum Übermitteln von Gestenmerkmaldaten an ein System außerhalb des Handaufsatzes. Der Aufsatz sendet Positions- und Orientierungsdaten in Echtzeit, wenn eine Geste ausgeführt wird, an ein externes System, z. B. ein Spielterminal. Optionale Sensoren zur Erfassung von Licht, Beschleunigung, Ausrichtung oder Druck können verwendet werden, um andere Gestenmerkmale und/oder Benutzereingaben zu erfassen, die beim Tragen des Aufsatzes gemacht werden. Die Gesten und Benutzereingaben können zur Beeinflussung von grafischen Objekten verwendet werden, die auf einem oder mehreren Displays angezeigt werden, die ein Programm, z. B. ein Wettspiel, darstellen.

Aus der WO 2015/038684 A1 geht ein anbringbarer Artikel oder eine anbringbare Vorrichtung, wie z.B. ein Armband hervor, welcher eine flexible elektronische Anzeige, die in einer Form angeordnet ist, die biegbar ist oder sich an das Handgelenk des Benutzers oder eine andere gekrümmte Oberfläche anpasst, umfasst und die es ermöglicht, verschiedene Bilder auf dem Display anzuzeigen, welches biegbar ist oder sich dem Handgelenk oder einer anderen gekrümmten Oberfläche des Benutzers anpasst. Der anbringbare Gegenstand implementiert eine Benachrichtigungsroutine, die es ermöglicht, einen Benutzer oder Träger in die Lage zu versetzen, Benachrichtigungen über eingehende Nachrichten zu erhalten und eingehende Nachrichten oder Hinweise darauf selektiv zu betrachten.

Die US 2017/0168523 A1 betrifft ein tragbares Computergerät, das so konfiguriert ist, dass es bequem um das Handgelenk des Benutzers getragen werden kann. In einigen Aspekten kann das tragbare Computergerät ein bistabiles Gehäuse aufweisen, das so konfiguriert ist, dass es mechanisch stabil in.

Flexible elektronische Geräte werden immer zugänglicher und aktueller Dank der Entwicklung der Elektronik und der Produktion moderner elastischer Materialien. Für tragbare Elektronik, die in den meisten Fällen durch flexible Geräte vorgestellt ist, z. B. Klapp- und biegsame Smartphons, Fitness-Armbänder, Smartuhren u. a., ist ein besonders aktuelles Problem die Biegsamkeit und Elastizität der Leiterplatte.

Für die Erzeugung der flexiblen oder flexibel-elastischen elektronischen Leiterplatte werden zwei Handlungsweisen verwendet: durch die Anwendung besonderer Geometrie und Topologie der Leiterplatte an den Faltstellen selbst oder durch die Ausnutzung flexibler und elastischer leitfähigen Materialien. lm ersten Fall kann die Leiterplatte oder deren Teil z. B. in Mäander-Forml ¹ ' ausgeführt werden, wodurch man eine bestimmte Biegsamkeit und sogar Elastizität erreichen kann. Diese Handlungsweise ist stark verbreitet, weil sie nicht teuer und einfach bei der Fertigung und Produktion ist. Sie hat aber einige Nachteile: die besondere Geometrie und Topologie der Leiterplatte sind in der Regel platzaufwendig und haben eine begrenzte Nutzdauer beim Biegen.

Im zweiten Fall wird die Leiterplatte aus den nach ihren Eigenschaften komplizierten Materialien mit Leitfähigkeit' ² ' erzeugt, welche die minimal möglichen Abmessungen des Erzeugnisses neben der Biegsamkeit und Elastizität sichern. Ein großer Nachteil dieser Handlungsweise sind hohe Kosten für elastische leitfähige Materialien.

Die aktuelle Situation hebt die Aktualität der Entwicklung der Lösungen zur flexiblen Leiterplatte mit einer hohen Nutzdauer beim Biegen und mit der Verwendung einfacher Technologien und Materialien hervor.

Das erfindungsgemäße biegbare elektronische Bauteil zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

Eine flexible Leiterplatte, aufweisend Endseiten jeweils zumindest in einer Längs- und einer Breitenrichtung der Leiterplatte, und einer flexiblen Unterlage, an welcher die Leiterplatte mit zwei seiner sich gegenüberliegenden Endseiten fixiert ist. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass die Leiterplatte mindestens eine Falte oder Raffung parallel zur den Endseiten aufweist, welche als von der Unterlage erhabene Biegung ausgebildet ist.

Grundsätzlich können die Längsrichtung und die Breitenrichtung gleich oder ähnlich lang dimensioniert sein. Auch sind andere geometrische Formen der flexiblen Leiterplatte denkbar, welche keine scharfen Abgrenzungen zwischen einer Längs- und einer Breitenrichtung erlauben, wie beispielsweise eine Kreisform. Dabei kann es zweckdienlich sein, dass die an der Unterlage fixierten Endseiten in etwa gegenüber liegen. Eine Endseite kann auch als Randbereich bzw. als gegenüberliegende Randbereiche bezeichnet werden. Die Endseiten können als fixierter Kontaktbereich der flexiblen Leiterplatte gegenüber der Unterlage bezeichnet werden. Die Endseiten können über einen Kantenbereich der Leiterplatte hinausgehen und einen flächigen kantennahen Bereich oder Abschnitt beschreiben.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das an die Falte oder Raffung angrenzende und/oder, insbesondere bei der Falte oder Raffung, befindliche Material der flexiblen Leiterplatte frei von Fixierungen gegenüber der Unterlage ist.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass die flexible Leiterplatte zumindest in der Falte oder Raffung eine einfache, biegbare Topologie aufweist.

Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die Unterlage eine modifizierte bistabile Feder mit mindesten zwei bistabilen Federeinrichtungen und zwei diese flächig endseitig verbindenden Platten ist.

Zweckmäßiger Weise kann es vorgesehen sein, dass oberhalb der Falte ein, vorzugsweise begrenzter, Freiraum vorgesehen ist, welcher als Expansionsbereich für die Falte dient. Statt eines Freiraums kann auch ein verdrängbares Material, wie beispielsweise Schaumstoff, vorgesehen sein.

Der Freiraum oberhalb der Falte ist jedoch optional, da eine sich vergrößernde Falte oder Raffung während einer Biegung der flexiblen Leiterplatte grundsätzlich auch nach innen biegen (in sich) kann, wobei sich anstelle einer vergrößernden U-Form, wie bei- spielsweis in Fig. 1 b dargestellt, sich auch eine M- oder W-Form im Bereich der Falte ausbilden kann. Grundsätzlich bildet die Falte oder Raffung an sich bereits den erforderlichen Freiraum, in welchen zusätzliches Falten- oder Raffung-bildendes Material bei einer Biegung der flexiblen Leiterplatte hinein expandieren kann. ln den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 Flexible Leiterplatte: 1 - elektronische Leiterplatte, 2 - flexible nicht elastische Unterlage, 3 - Klebstoff, 4 - Falte, 5 - Korpus und

Fig. 2 Die Leiterplatte im biegsam-harten Korpus mit modifizierter bistabiler Feder: 1 - die Leiterplatte, 5 - der Korpus, 6 - die Feder

Das Wesentliche der Erfindung kann darin bestehen, dass eine biegsame, aber nicht elastische Leiterplatte 1 an einer biegsamen nicht elastischen Unterlage 2, beispielsweise mithilfe von Klebstoff 3, befestigt ist, der beispielsweise endseitig an den Leiterplattenrändern, unter Bildung mindestens einer kompensierende Falte 4 aufgelegt ist, wie in Fig. 1 a dargestellt ist. Die Falte bildet eine gleichmäßige, vorzugsweise örtliche, Biegung der Leiterplatte und kann die Form z. B. der Hälfte der Sinusfunktionsperiode haben.

Die Falte kann z. B. von einem biegsamen Korpus, insbesondere in einer darin vorgesehenen Aufnahme oder Vertiefung, wie auf der Abb. 1 dargestellt ist, festgehalten werden. Als Leiterplatte kann z. B. die mehrschichtige Leiterplatte auf der Grundlage von Polyamid, als Adhäsiv/Klebemittel beidseitiges Klebeband und als Korpus Polycarbonat oder Elastomer dienen.

Wenn die ganze Konstruktion sich biegt oder auseinanderbiegt, kann sich die Falte 4 entsprechend geradebiegen/glätten oder mehr falten/in ihrer Biegung verstärken, wie auf der Abb. 1 b dargestellt ist. Dadurch wird die Verschiebung der Leiterplatte 1 im Verhältnis zur Unterlage 2 beim Biegen oder Zusammenrollen kompensiert.

Die Abmessungen der kompensierenden Falte 4 können beispielsweise basierend auf der Leiterplattentoleranz bestimmt werden - also dem minimal zulässigen Biegeradius der Leiterplatte und der Anzahl von Biegungen. Die minimale Abmessung der Falte, die größere Biegsamkeit und die Zahl der Biegungszyklen der ganzen Konstruktion sind für die einschichtige Struktur der Leiterplatte im Faltenbereich möglich. Außerdem kann eine solche Leiterplattenkonstruktion im Korpus 5 mit biegsamen und harten Teilen untergebracht werden, wie beispielsweise ein den Figuren 2a und 2b dargestellt ist.

Beim Biegen und Zusammenrollen des Korpus behält die Leiterplatte mit kompensierenden Falten die Ganzheit und kann vollwertig funktionieren.

Solch ein Leiterplatte kann auf einer modifizierten bistabilen Feder 6 angebracht werden, wie in Fig. 2 dargestellt und in EP 21 173 821.6 beschrieben ist. Dabei kann die modifizierte bistabile Feder als Unterlage 2 dienen oder Teil der Unterlage 2 sein. Die modifizierte bistabile Feder stellt eine Reihe von parallel nebeneinander liegenden bistabilen Federn dar, die an ihren Enden flächig über harte/steife Platten miteinander verbunden sind; die Leiterplatte 1 kann an der Feder mit einem Adhäsiv, beispielsweise Klebeband, vorzugsweise auf der ganzen Oberfläche, befestigt werden mit Ausnahme der kompensierenden Falten, die ihrerseits frei über den harten Platten der modifizierten bistabilen Feder liegen. Die erhaltene Konstruktion kann in den biegsamharten Korpus 5 eingebaut werden, als Ergebnis hat man ein tragbares Gerät in Form eines Armbandes mit der eingebauten Elektronik. Ein solches Armband stellt ein tragbares elektronisches Gerät dar, das dank dem Einrollen der bistabilen Feder z. B. ans Handgelenk angelegt und getragen werden kann und, dank der Abrollbarkeit und der Beibehaltung der flachen Lage auf Grund der Bistabilen Federn, abgenommen werden.

Dank der entwickelten Konstruktion der flexiblen Leiterplatte wird in solch einem Gerät als technisches Resultat die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer der eingebauten Elektronik neben der Verwendung einfacher Technologien und Materialien erreicht. Unter anderem kann die Nutzdauer des Erzeugnisses 100 000 und mehr Zyklen erreichen.

1. Flexible Leiterplatte (Mäander) Flexible PCB and FPCB assembly I Hitech Circuits Co., Ltd, (https://hitechcircuits.com/flexible-pcb/) Elastische Leiterplatte Panasonic entwickelt flexible und widerstandsfähige Leiterplatten für die Elektronik " DailyTechlnfo - Wissenschaft & Technologie Nachrichten, Tech News, (https://dailytechinfo.org/electronics/7691 -kompaniya- panasonic-sozdala-gibkie-i-elastichnye-pechatnye-platy-dlya- elektroniki.html)