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Title:
METHOD FOR SECURING ELECTRONIC COMPONENTS ON A FLEXIBLE, PARTICULARLY TEXTILE FABRIC
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/015343
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for securing electronic components on a flexible, particularly textile fabric, by means of program-controlled embroidering technology and an embroidering machine in order to produce the mechanical connection between the fabric and the electronic component on the one hand, and the electrical contacting and formation of conductive tracks on the other hand, wherein said electronic components can be arranged on a paillette-type carrier system. According to the invention, said paillette-type carrier system is designed as a tape-shaped construct with at least two adjacent strip-type regions such that a first strip consists of guiding paillettes and a second strip consists of functional paillettes, said first and second strips each being connected by strut-type sections. Moreover, the guiding paillettes have a defined but equal size, and the functional paillettes have a different and freely selectable size with a larger surface area, at least one expendable paillette being located between each pair of guiding paillettes in the longitudinal strip direction for the purpose of compensating for the different surface area of guiding paillettes relative to functional paillettes. During the embroidering process, only the first strip is taken in by the conveying device of the embroidering machine.

Inventors:
ULLRICH, Kay (Reichenbacher Str. 68, Lichtentanne, 08115, DE)
WOLF, Heiko (Auerbacher Str. 25, Falkenstein, 08223, DE)
REICHMANN, Volkmar (Andreas-Schubert-Str. 21, Netzschkau, 08491, DE)
MÖHRING, Uwe (Waldsiedlung 42, Reudnitz, 07987, DE)
Application Number:
EP2017/068031
Publication Date:
January 25, 2018
Filing Date:
July 17, 2017
Export Citation:
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Assignee:
IMBUT GMBH (Zeulenrodaer Str. 42, Greiz, 07973, DE)
International Classes:
D05B35/06; D05C7/08; H01L31/02
Foreign References:
EP2364385B12014-01-29
Attorney, Agent or Firm:
KRUSPIG, Volkmar (Meissner Bolte Patentanwälte Rechtsanwälte Partnerschaft mbB, Geschwister-Scholl-Str. 15, Gera, 07545, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Fixieren von elektronischen Bauelementen auf einem flexiblen, insbesondere textilen Flächengebilde mittels

programmgesteuerter Sticktechnik und Stickmaschine zur Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen Flächengebilde und dem jeweiligen elektronischen Bauelement einerseits sowie der elektrischen Kontaktierung und Ausbildung von Leiterbahnen andererseits, wobei die elektronischen Bauelemente auf einem paillettenartigen Trägersystem anordenbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass

das paillettenartige Trägersystem als bandförmiges Gebilde mit mindestens zwei nebeneinander liegenden, streifenförmigen Bereichen ausgeführt ist, derart, dass ein erster Streifen aus Führungspailletten und ein zweiter Streifen aus Funktionspailletten besteht, wobei der erste und zweite Streifen über jeweils stegförmige Abschnitte verbunden sind, weiterhin die Führungspailletten eine festgelegte, jedoch gleiche Größe und die

Funktionspailletten eine davon abweichende, frei wählbare Größe mit größerer Flächenausdehnung besitzen, wobei zum Ausgleich der

unterschiedlichen Flächenausdehnung von Führungspailletten zu

Funktionspailletten in Streifenlängsrichtung zwischen den

Führungspailletten mindestens jeweils eine Opferpaillette befindlich ist und während des Stickvorgangs nur der erste Streifen von der

Transporteinrichtung der Stickmaschine aufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der zweite Streifen aus Funktionspailletten die jeweiligen elektronischen Bauelemente aufnimmt und jeweils eine Anzahl von Kontaktierungspunkten aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

erster und zweiter Streifen aus unterschiedlichen Materialien ausgeführt sind.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweils stegförmigen Abschnitte Leiterbahnen zum ergänzenden elektrischen Kontaktieren der Funktionspailletten aufweisen. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

über das jeweilige Material der Funktionspailletten nicht elektrische Produkteigenschaften, wie Strahlenschutz, Schnitt- und Stichschutz, Wärmesenke oder Wärmequelle oder aktorische Funktionen oder dergleichen realisierbar sind.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das mechanische Fixieren des Trägersystems primär über die

Führungspailletten erfolgt und hierfür geeignete Stickfäden eingesetzt werden, wobei die elektrische Kontaktierung primär mittels der

Funktionspailletten vorgenommen wird und diesbezüglich eine optimierte Auswahl und ein optimierter Einsatz leitfähiger Stickfäden erfolgt.

Description:
Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren von elektronischen Bauelementen auf einem flexiblen, insbesondere textilen Flächengebilde mittels programmgesteuerter Sticktechnik und Stickmaschine zur

Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen Flächengebilde und dem jeweiligen elektronischen Bauelement einerseits sowie der

elektrischen Kontaktierung und Ausbildung von Leiterbahnen andererseits, wobei die elektronischen Bauelemente auf einem paillettenartigen

Trägersystem anordenbar sind, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der EP 2 364385 Bl ist ein Verfahren zum Anbringen flächiger elektronischer Bauelemente auf einem flexiblen Flächengebilde

vorbekannt. Gemäß der dortigen Lehre geht es insbesondere um das Anbringen von photovoltaischen Zellen auf dem flexiblen Flächengebilde, wobei eine programmgesteuerte Stickmaschine zum Einsatz kommt. Das textile Flächengebilde besteht aus einem bestickbaren Material, wie Textilstoff, Gewirke, Gewebe, Leder, Vlies, Folien oder ähnlichen

technischen Flächengebilden.

Das Aufbringen und Befestigen des mindestens einen elektronischen Bauelements erfolgt gemäß EP 2 364385 Bl in einem Verfahren, wie es für das Aufbringen von Pailletten verwendet wird. Diesbezüglich befinden sich die Bauelemente auf einem Band, das von einer Rolle oder Spule abgewickelt und der Nadel zum Aufsticken zugeführt wird.

Dabei können die Bauelemente mindestens eine Öffnung zum Durchführen der Nadel aufweisen oder aber von der Sticknadel durchstochen werden. Ebenso besteht die Möglichkeit eines Überstickens ohne Durchstechen. Die eingesetzten Ober- und/oder Unterfäden zum Sticken der Leiterbahnen sind elektrisch leitend. Diesbezüglich bestehen die Fäden aus einem elektrisch leitenden Material oder enthalten zumindest elektrisch leitende Materialkomponenten. Das Garn enthält z.B. Metallfäden. Ebenso kann das Garn aus einem beschichteten Material bestehen, wobei jeweils nur der Kern oder die Beschichtung leitfähig ist.

Das mindestens eine elektronische Bauteil kann gemäß dem Stand der Technik entweder direkt beim Aufsticken der Leiterbahn mit befestigt werden, wobei der Faden oder die Fäden die Leiterbahn zum Kontaktieren des ersten Oberflächensegments, z.B. der Unterseite, und/oder der Faden oder die Fäden für die Leiterbahn zum Kontaktieren des zweiten

Oberflächensegments, z.B. der Oberseite, zum Feststicken des Bauteils verwendet werden.

In einer Ausführung der vorbekannten Lehre wird das mindestens eine Bauelement in einem separaten Verfahrensschritt mittels nicht leitender Fäden aufgestickt. Das separate Befestigen der Bauelemente erlaubt die Verwendung von dünnen, reißfesten Fäden und einen Stickverlauf, der zu einer mechanischen Verbindung führt, bei welcher der elektrischen

Kontaktierung keine Rechnung getragen werden muss. Problematisch ist bei Berücksichtigung der Technologie gemäß EP 2 264 385 Bl die Tatsache, dass die jeweilige Trägerpalette für das elektronische Bauelement in ihrer Größe definiert und festgelegt ist. Kommen z.B. wie üblich kreisrunde Pailletten zum Einsatz, die sich als Streifen auf einem abwickelbaren Band befinden, ist die maximale Grüße des jeweiligen elektronischen Bauelements von der jeweils zur Verfügung stehenden Fläche der kreisrunden Paillette begrenzt.

Weiterhin muss die Paillette mit aufgenommenem elektronischen

Bauelement von der Transporteinrichtung der jeweiligen Stickmaschine aufgenommen und von dieser geführt werden. Hierbei kann es zu einer Beschädigung des Bauelements selbst kommen. Andererseits verändert ein z.B. durch Löten auf der Paillette fixiertes Bauelement die mechanischen Eigenschaften der Paillette, insbesondere verliert die Paillette ihre gewünschte Flexibilität.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zum Fixieren von elektronischen Bauelementen auf einem flexiblen, insbesondere textilen Flächengebilde mittels

programmgesteuerter Sticktechnik und Stickmaschine anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine höhere

Flexibilität bezogen auf den Einsatz auch komplexerer elektronischer Bauelemente mit entsprechenden elektrischen Eigenschaften ermöglicht. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch das Verfahren gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Es wird demnach von einem Verfahren zum Fixieren von elektronischen Bauelementen auf einem flexiblen, insbesondere textilen Flächengebilde mittels programmgesteuerter Sticktechnik und Stickmaschine ausgegangen.

Bei den elektronischen Bauelementen kann es sich sowohl um aktive als auch passive Bauelemente einschließlich solcher Bauelemente, die bereits komplexe Schaltungen aufweisen, handeln.

Unter flexiblen Flächengebilden sind derartige Gebilde zu verstehen, die bestickbare Eigenschaften aufweisen. Dies können Folien, Textilstoffe, Gewirke, Gewebe, aber auch Leder- oder Kunstledermaterialien sein.

Die erfindungsgemäß vorteilhaft eingesetzte Sticktechnik dient der

Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen Flächengebilde und dem jeweiligen elektronischen Bauelement sowie der notwendigen elektrischen Kontaktierung und Ausbildung von Leiterbahnen.

Die elektronischen Bauelemente sind dabei auf einem paillettenartigen Trägersystem angeordnet. Gemäß einem erfindungsgemäßen Ansatz ist das paillettenartige

Trägersystem in einen Führungs- und einen Funktionsbereich getrennt.

Dies erfolgt dadurch, dass das als bandförmiges Gebilde vorgesehene Trägersystem aus mindestens zwei nebeneinander liegenden

streifenförmigen Bereichen besteht, derart, dass ein erster Streifen aus Führungspailletten und ein zweiter Streifen aus Funktionspailletten realisiert ist, wobei der erste und der zweite streifenförmige Bereich jeweils über stegförmige Abschnitte verbunden sind.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Aufteilung liegen nur die

Führungspailletten im Transporteur der Stickmaschine. Die

Führungspailletten können daher eine einheitliche Größe besitzen.

Der Streifen bzw. der Bereich mit den Funktionspailletten hingegen kann außerhalb des Transporteurs der Stickmaschine geführt und in Form und Größe variiert werden. Dies bedeutet, dass bezüglich der Bestückung der Funktionspailletten mit elektronischen Bauelementen eine weitaus größere Varianz im Vergleich zum Stand der Technik vorliegt.

Aufgrund der Führung der Funktionspailletten außerhalb des Transporteurs können demnach auch größere elektronische Bauelemente oder Bauteile mit höherer Kontaktanzahl, aber auch Funktionselemente im Sinne einer Sensorik aufgebracht und elektrisch kontaktiert werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die elektrischen Kontaktierungspunkte im Bereich der Funktionspailletten an die Filamente des Stickfadens in Form und Größe zur Verbesserung der elektrischen Kontaktierung hinsichtlich Zuverlässigkeit sowie Verringerung und Stabilisierung der Übergangswiderstände anzupassen.

Die Aufteilung von Funktions- und Führungsbereich ermöglicht darüber hinaus die Verwendung entsprechend angepasster und für den jeweiligen Zweck optimierter Materialien, z.B. von Hybriden mit Flexsubstrat als Führungs- und Textilmaterial als Funktionsbereich.

Wenn gewünscht, kann der Führungsbereich vom Funktionsbereich durch Folgeprozesse getrennt werden. Der Führungsbereich, d.h. die Führungspailletten, dienen also nicht dem Erhalt elektrischer Funktionen, so dass eine Anpassung an die

sticktechnische Verarbeitung im Sinne der Erzielung einer optimalen mechanischen Stabilität möglich ist.

Es besteht also erfindungsgemäß das paillettenartige Trägersystem, ausgeführt als bandförmiges Gebilde, aus mindestens zwei nebeneinander liegenden, streifenförmigen Bereichen.

Ein erster Streifen weist dabei Führungspailletten und ein zweiter Streifen Funktionspailletten auf, wobei der erste und der zweite Streifen über jeweils stegförmige Abschnitte verbunden sind. Die Führungspailletten besitzen eine festgelegte, jedoch gleiche Größe. Die Funktionspailletten weisen eine davon abweichende Größe mit größerer Flächenausdehnung auf, wobei zum Ausgleich der unterschiedlichen

Flächenausdehnung von Führungspailletten zu Funktionspailletten in Streifenlängsrichtung zwischen den Führungspailletten mindestens jeweils eine sogenannte Opferpaillette befindlich ist. Während des Stickvorgangs wird nur der erste Streifen von der Transporteinrichtung der Stickmaschine aufgenommen und mechanisch fixiert. Der zweite Streifen wird dann ebenfalls durch Sticken elektrisch kontaktiert, und zwar unter Nutzung von auf dem zweiten Streifen, d.h. den Funktionspailletten, befindlichen

Kontaktpunkten oder Kontaktinseln.

Der zweite Streifen aus Funktionspailletten nimmt also die jeweiligen elektronischen Bauelemente auf und besitzt die erwähnten Kontaktierungs- punkte entsprechender Anzahl. Erster und zweiter Streifen können aus unterschiedlichen Materialien, jeweils angepasst an die Funktion, z.B. mechanische oder elektrische Kontaktierung ausgeführt werden.

Die jeweils stegförmigen Abschnitte können Leiterbahnen zum

ergänzenden elektrischen Kontaktieren der Funktionspailletten aufweisen. Dabei können die stegförmigen Abschnitt in die Führungspailletten übergehen und mit diesen einstückig verbunden sein.

Über das jeweilige Material der eingesetzten Funktionspailletten können nicht elektrische Produkteigenschaften, wie z.B. Strahlenschutz, Schnitt- oder Stichschutz, Wärmesenke oder Wärmequelle oder aktorische

Funktionen realisiert werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Figur sowie eines

Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Figur zeigt hierbei eine Prinzipdarstellung des paillettenartigen

Trägersystems als bandförmiges Gebilde mit einem Ausschnitt von mindestens zwei nebeneinander liegenden streifenförmigen Bereichen.

Ein erster Streifen besteht aus einer von einer Rolle abwickelbaren Anzahl von Führungspailletten 1 mit Führungspunkten 2 zur Aufnahme eines Stickgarns zum Zweck des mechanischen Befestigens der jeweiligen Führungspailletten 1 auf einem flexiblen Trägermaterial, z.B. einem

Textilmaterial.

Zwischen den Führungspailletten 1 sind Opferpailletten 3 befindlich, die ebenfalls Führungspunkte 2 aufweisen. Darüber hinaus sind in an sich bekannter Weise Positionierungshilfen 4 in Form von Einkerbungen vorhanden.

Der erste Streifen 5 ist also als Streifen aus Führungspailletten 1 mit dazwischen befindlichen Opferpailletten 3 realisiert. Weiterhin umfasst das paillettenartige Trägersystem einen zweiten Streifen 6.

Dieser zweite Streifen 6 besteht aus einer entsprechenden Anzahl von Funktionspailletten 7, die jeweils mindestens ein elektronisches Bauteil 8 tragen.

Weiterhin sind Kontaktierungspunkte 9 in entsprechender Anzahl

vorhanden.

Aus der lediglich beispielhaften Darstellung gemäß der Figur ist ersichtlich, dass die Funktionspailletten 7 eine wesentlich größere Fläche,

insbesondere Flächenausdehnung in Längsrichtung der Streifen 5 und 6 aufweisen, so dass genügend Bauraum auch zur Aufnahme größerer und komplexerer Bauteile 8 zur Verfügung steht.

Zum Ausgleich der unterschiedlichen Flächenausdehnung von Führungspailletten 1 und Funktionspailletten 7 sind die Opferpailletten 3 vorhanden. Während des eigentlichen Stickvorgangs zur Befestigung des Gebildes auf einem textilen Trägermaterial wird während des Stickvorgangs nur der erste Streifen 5 von der jeweiligen Transporteinrichtung der Stickmaschine aufgenommen.

Zwischen dem ersten Streifen 5 und dem zweiten Streifen 6 befindet sich jeweils bezogen auf jede Funktionspaillette 7 noch ein stegförmiger

Abschnitt 10. Die stegförmigen Abschnitte 10 können im sich hierdurch ergebenden Bereich 11 in der Figur nicht gezeigte Leiterbahnen zum ergänzenden elektrischen Kontaktieren der Funktionspailletten 7

aufweisen. Die auf den jeweiligen Funktionspailletten 7 befindlichen elektronischen Bauelemente 8 können eine beliebige Bauform besitzen.

Eine bauformseitige Begrenzung wie beim Stand der Technik,

beispielsweise bedingt durch die Führungselemente am Stickkopf, ist nicht gegeben. Damit können auch oberflächenmontierbare Bauelemente abweichend von bekannten Bauformen eingesetzt werden.