CH709778A2 - Baustein, Baustein-Anordnung und Verfahren zum Herstellen eines Bausteins. - Google Patents

Abstract

Ein Baustein (100) umfasst einen Grundkörper (102) mit Kopplungselementen zum entnehmbaren Koppeln des Bausteins (100) mit wenigstens einem weiteren Baustein. Ferner umfasst ist eine Mehrzahl von Leiterbahnen (106, 106´), wobei auf gegenüberliegenden Oberflächen des Bausteins (100) jeweils zumindest eine Leiterbahn aufgebracht ist, wobei die Leiterbahnen (106, 106´) mit jeweiligen Leiterbahnen von angrenzenden weiteren gekoppelten Bausteinen elektrisch verbindbar sind.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Baustein, eine Baustein-Anordnung und ein Verfahren zum Herstellen eines Bausteins gemäss den unabhängigen Ansprüchen 1, 9 und 12.

[0002] Die Grundidee mit Bausteinen etwas aufzubauen hat in der Spielzeugindustrie eine lange Tradition. Es sind Bausteine als einzelne Module bekannt, welche problemlos miteinander verbunden werden können, um hierdurch Modelle bzw. Entwürfe im verkleinerten Massstab aufzubauen. Diese Bausteine können übereinander, nebeneinander oder jeweils versetzt zusammengesteckt bzw. gekoppelt werden, um hierdurch jegliche Objekte bzw. Modelle nachzubilden.

[0003] Die Bausteine umfassen jeweils Kopplungselemente mittels derer die Bausteine durch Kraftschluss entnehmbar miteinander gekoppelt werden können. Beispielhafte Bausteine können eine quaderförmige Form unterschiedlicher Erstreckung annehmen, mit welchen beispielsweise Wände eines nachzubildenden Hauses in Miniaturformat aufgebaut werden. Weitere beispielhafte Bausteine können eine abgeflachte Schräge annehmen, mit welchen beispielsweise das Satteldach des nachzubildenden Hauses aufgebaut wird. Solche Bausteine sind auch als Spielzeug der «Lego-Gruppe» bekannt, allgemein bezeichnet als Legosteine. Mit diesen Legosteinen sind der Phantasie keine Grenzen gesetzt, ganze Miniatur-Welten zu konstruieren. Hierzu werden die Legosteine auf entsprechende Art und Weise miteinander verbunden, um auf eine spielerische und geistig herausfordernde Weise ganze Häuser, Städte, Fahrzeuge, Flugzeuge usw. aufzubauen.

[0004] Das Konzept des Bauens bzw. Konstruierens durch Zusammenstecken von Bausteinen wurde durch den Wunsch, einige Funktionen wie Beleuchtung und Antrieb in das Umfeld aufzunehmen, erweitert. In den letzten Jahren sind die nachzubildenden bzw. zu konstruierenden Objekte immer komplexer geworden, und es wurden vermehrt elektrische und/oder elektronische Bauteile hinzugefügt, welche in einem Baustein integriert sind. Beispiele hiervon umfassen einen elektrischen Motor, Schalter bzw. Taster, elektrisch angetriebene Stellglieder und eine Vielzahl von Beleuchtungseinheiten unterschiedlicher Leuchtstärke und Leuchtfarbe. Hierbei haben sich insbesondere Leuchtdioden (LEDs) durchgesetzt. Diese Leuchtdioden sind hierbei in einzelnen modularen Bausteinen integriert und dienen beispielsweise zur Nachbildung von reell erscheinenden Scheinwerfern, Richtungsanzeigen oder Rückleuchten von aufzubauenden Fahrzeugen aller Art. Der Einsatz eines elektrischen Motors, integriert in einem Baustein, ist ebenso vielfältig und kann beispielsweise zur reellen Nachbildung eines aufzubauenden Spielzeug-Krans dienen. Durch den Einsatz von elektrischen Motoren können beispielsweise spielerisch per Knopfdruck Lasten angehoben werden, der Kranausleger umdreht werden, eine Laufkatze am Kranausleger verfahren werden und die Lasten wiederum an einer unterschiedlichen Position abgesetzt werden. Dieser Einzug von elektrischen Bauteilen, integriert in den Bausteinen, war sehr erfolgreich und führte dazu, dass immer komplexere elektronische Bausteine entwickelt wurden, mit denen beispielsweise nachgebildete Roboter aufgebaut werden, deren Bewegungsabläufe programmiert werden.

[0005] Jeder elektrische oder elektronische Baustein, z.B. ein Leuchtdioden-Baustein oder ein Baustein mit einem integrierten Miniatur-Prozessor, bedarf selbstverständlich der Leistungsversorgung. Hierzu ist es bekannt, dass Kabelleitungen aus den jeweiligen Bausteinen herausgeführt sind und mit jeweils genormten Abschluss-Bausteinen verbunden sind. Diese Abschluss-Bausteine sind beispielsweise direkt mit einer Spannungsversorgung (beispielsweise 3 Volt, 6 Volt, 9 Volt oder 12 Volt) verbunden oder können als Abzweigung dienen. Hierdurch können komplexe Aufbauten, beispielsweise ein Roboter mit vielen Stellgliedern, Motoren und Leuchtdioden, konstruiert werden.

[0006] Nachteilig ist die Verkabelung an sich. Zum einen stört die Verkabelung das Erscheinungsbild der aufgebauten Konstruktion und zum anderen steigt mit wachsender Verkabelung die Gefahr von Verkabelungsfehlern. Zum Auffinden und Beseitigen von möglichen Verkabelungsfehlern muss die mühsam aufgebaute Konstruktion teilweise rückgebaut werden, welches aufwendig und unbefriedigend ist. Ausserdem ist die Verkabelung insgesamt sehr mühsam und zeitaufwendig. Bei bestimmten Konstruktionen ist aufgrund von Platzmangel sogar überhaupt keine Verkabelung möglich. Ein weiterer Nachteil besteht in den hohen Kosten der Verkabelungsanordnung. Insgesamt ist das Prinzip des einfachen Zusammensteckens nachteilig verletzt.

[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Baustein, eine Baustein-Anordnung und ein Verfahren zum Herstellen eines Bausteins bereitzustellen, bei welchen die Nachteile aus dem Stand der Technik gelöst sind.

[0008] Erfindungsgemäss umfasst ein Baustein einen Grundkörper mit Kopplungselementen zum entnehmbaren Koppeln des Bausteins mit wenigstens einem weiteren Baustein, ferner umfasst ist eine Mehrzahl von Leiterbahnen, wobei auf gegenüberliegenden Oberflächen des Bausteins jeweils zumindest eine Leiterbahn aufgebracht ist, wobei die Leiterbahnen mit jeweiligen Leiterbahnen von angrenzenden weiteren gekoppelten Bausteinen elektrisch verbindbar sind.

[0009] Hierdurch kann eine Mehrzahl von elektrischen oder elektronischen Bausteinen ohne aufwändige und teure Verdrahtung mit Strom versorgt werden. Der Strom wird lediglich über aufgebrachte Leiterbahnen zwischen der Stromquelle und dem elektrischen bzw. elektronischen Baustein (Stromabnehmer) geleitet. Die Leiterbahnen sind hierbei derart auf Oberflächen der jeweiligen Bausteine aufgetragen, dass die jeweils korrespondierenden Leiterbahnen unterschiedlicher Bausteine elektrisch miteinander verbunden werden, sobald die Bausteine angrenzend zueinander, beispielsweise nebeneinander oder übereinander, gekoppelt werden. Somit liegt an Abschnitten der Baustein-Oberflächen, auf welchen die Leiterbahn aufgetragen ist, über die Anordnung der mehreren Bausteine betrachtet, ein einheitliches elektrisches Potential an. Die Stromführung erfolgt auf jedem dafür vorgesehenen Baustein, und die Verbindung zum stromabnehmenden elektrischen Baustein geschieht einfach über das Zusammenstecken der Bausteine. Das Grundprinzip mit Bausteinen etwas zu bauen schliesst somit nun auch die Elektrifizierung ein.

[0010] Vorzugsweise sind die Leiterbahnen unter Anwendung der MID-(Molded Interconnect Device)-Technologie auf den Oberflächen aufgebracht. Die zum Aufbringen der Leiterbahnen angewendete MID-Technologie ermöglicht eine hohe Integrierbarkeit auch bei kleinsten Abmessungen. Durch das Anwenden der MID-Technologie lassen sich die Leiterbahnen besonders präzise und mit hoher Festigkeit auf den Grundkörper auftragen. Hierdurch wird ein zuverlässiger und dauerhafter elektrischer Kontakt zwischen den jeweils miteinander gekoppelten Bausteinen gewährleistet. Zudem werden durch die MID-Technologie auch die Kosten in der Herstellung reduziert. Durch die MID-Technologie ist es grundsätzlich möglich, die Stromführung direkt auf den Bausteinen anzubringen, d.h. auf das Substrat der Bausteine, welches z.B. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) umfasst. Nach dem thermoplastischen Spritzgiessen der Bausteine werden hierauf die Leiterbahnen gelasert, diese werden dann galvanisiert und somit zur Leitfähigkeit gebracht und allenfalls noch mit Komponenten bestückt. Die Stromleitung kann über das Zusammenstecken dieser Bausteine von der Stromquelle zum Verbraucher weiter verbunden werden.

[0011] Vorzugsweise umfasst der Grundkörper ein elektrisch isolierendes Material, wobei die Leiterbahnen durch das elektrisch isolierende Material voneinander elektrisch isoliert sind. Durch das Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Leiterbahnen wird zwischen diesen Leiterbahnen eine Potentialdifferenz angelegt, welche durch den zuvor genannten elektrischen oder elektronischen Baustein an jeder Stelle innerhalb der Baustein-Anordnung abgegriffen werden kann. Die zusammengefügten Bausteine bilden somit gleichzeitig einen Stromleiter aus, wodurch vorteilhafterweise eine separate Verdrahtung eingespart werden kann. Die zueinander gegenüberliegenden Leiterbahnen sind durch das Substrat bzw. Material des Bausteins, beispielsweise Kunststoff, voneinander elektrisch isoliert. Da die angelegte Spannung eine Niedrigspannung ist (beispielsweise max. 12 Volt), müssen keine Massnahmen-gegen Spannungsdurchschlag vorgenommen werden. Die Bausteine der vorgenannten Art werden üblicherweise durch Spritzgiessen von thermoplastischem Kunststoff (Substrat) hergestellt bzw. gegossen, welcher gleichzeitig ein hervorragender Isolator ist und eine ausreichende Festigkeit gegen Spannungsdurchschlag bietet.

[0012] Vorzugsweise sind die Leiterbahnen auf den jeweiligen Oberflächen zumindest umfänglich aufgebracht. Hierbei sind wenigstens Oberflächenabschnitte an den Kantenabschnitten bzw. Umfangsbereichen (in Draufsicht) der jeweiligen Bausteine elektrisch leitfähig, sodass die elektrische Verbindung mit jeweils angrenzenden, korrespondierenden Bausteinen sichergestellt werden kann. Somit brauchen die Leiterbahnen nicht ganzflächig auf den Oberflächen aufgetragen zu werden, wodurch Kosten eingespart werden.

[0013] Vorzugsweise umfasst der Baustein wenigstens ein elektrisches bzw. elektronisches Bauteil. Die elektrischen bzw. elektronischen Bausteine haben eine geringe Stromaufnahme (elektrische Verbindungen im Schwachstrombereich).

[0014] Vorzugsweise umfasst das elektrische bzw. elektronische Bauteil wenigstens zwei elektrische Eingänge, welche jeweils mit den gegenüberliegenden Leiterbahnen elektrisch verbunden sind. Hierbei können die elektrischen bzw. elektronischen Bauteile im Inneren des Bausteins eingegossen sein und durch Leiterabschnitte (Lötfahnen) mit den jeweils gegenüberliegenden Leiterbahnen elektrisch verbunden sein.

[0015] Vorzugsweise umfasst das elektrische bzw. elektronische Bauteil eine Beleuchtungseinheit, insbesondere eine Leuchtdiode (LED), einen Schalter, einen Taster, einen elektrischen Motor, eine Anzeigeeinheit, einen elektroakustischen Umwandler und/oder eine elektronische Schalteinheit, insbesondere einen Miniatur-Prozessor. Somit können die elektrischen bzw. elektronischen Bauteile, welche im Baustein integriert sind, gänzlich ohne jeglichen Leiterdraht zuverlässig mit Spannung versorgt werden. Hierdurch entfällt die lästige, zeitaufwendige und fehleranfällige Arbeit zur Verkabelung. Zusätzlich wird das Erscheinungsbild nicht gestört und werden Kosten eingespart.

[0016] Vorzugsweise umfasst der Baustein ferner wenigstens eine Beschriftung, welche unter Anwendung der MID-Technologie aufgebracht ist. Ein weiterer Vorteil der MID-Technologie besteht im hochwertigen Beschriften von Bausteinen oder Elementen allgemein. Somit können derzeit oft verwendete Klebefolien zum Beschriften der Bausteine eingespart werden, deren Nachteile in der raschen Alterung und ungenügenden Präzision liegen. Der Einbindung von Farben und Designs bei der Konstruktion sind somit keine Grenzen gesetzt.

[0017] Die zuvor genannte Aufgabe wird ebenso durch eine Baustein-Anordnung gemäss dem unabhängigen Anspruch 9 gelöst. Die erfindungsgemässe Baustein-Anordnung umfasst eine Mehrzahl von gekoppelten Bausteinen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche derart miteinander gekoppelt sind, dass auf jeweils gegenüberliegenden Oberflächen der Bausteine aufgebrachte Leiterbahnen jeweils elektrisch miteinander verbunden sind. Diese Baustein-Anordnung bietet neben vorteilhaften konstruktiven bzw. gestalterischen Gesichtspunkten ebenfalls die vorteilhafte Möglichkeit, dass nunmehr Bausteine, in welchen wenigstens ein elektrisches bzw. elektronische Bauteil integriert ist, über die Leiterbahnen als elektrischer Leiter problemlos mit elektrischer Leistung versorgt werden können. Hierzu wird lediglich an einem der Bausteine eine elektrische Spannung zwischen den gegenüberliegenden Leiterbahnen dieses Bausteins angelegt. Es ist zu beachten, dass die gegenüberliegenden Leiterbahnen durch das Material des Bausteins voneinander elektrisch isoliert sind. Somit kann ein Strom über die Leiterbahnen und durch das jeweils integrierte elektrische Bauteil, z.B. eine Leuchtdiode, fliessen. Insgesamt können problemlos Bausteine, welche mit einem elektrischen Bauteil bestückt sind, in die Baustein-Anordnung integriert werden und zugleich zuverlässig betrieben werden (Anlegen einer Spannung), ohne dass hierzu eine fehleranfällige, zeitaufwendige und teure Verkabelung notwendig ist. Zudem wird das Erscheinungsbild der Baustein-Anordnung nicht negativ beeinflusst.

[0018] Vorzugsweise umfasst die Baustein-Anordnung ferner zumindest eine elektrische Leistungsquelle zum Anlegen einer Spannung zwischen zwei auf gegenüberliegenden Oberflächen der jeweiligen Bausteine aufgebrachten Leiterbahnen. Somit werden die elektrischen Bauteile zuverlässig mit Spannung versorgt. Die angelegte Spannung kann diskrete Spannungen einschliessen. Alternativ kann die Spannung schrittweise veränderlich sein, beispielsweise von 0 V bis 12 V. Die Baustein-Anordnung ermöglicht eine Modularisierung von Funktionen in den Bausteinen, wie beispielsweise Beleuchtung, motorische Funktionen, etc., und verbindet das Grundprinzip des Zusammenbauens einer Anordnung bzw. einer Konstruktion durch mehrere Bausteine mit gleichzeitigem Stromführungsaufbau.

[0019] Vorzugsweise umfasst die elektrische Leistungsquelle einen Spannungstransformator, wenigstens eine Batterie oder einen Akku und/oder wenigstens eine Solarzelle. Hierdurch ist eine zuverlässige Versorgung der elektrischen Bauteile zuverlässig sichergestellt.

[0020] Die zuvor genannte Aufgabe wird ebenso durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bausteins nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gemäss dem unabhängigen Anspruch 12 gelöst. Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst ein Spritzgiessen eines Grundkörpers, und ein Aufbringen von wenigstens einer Leiterbahn auf jeweils gegenüberliegenden Oberflächen des Grundkörpers. Hierdurch werden mit einem geringen Aufwand Bausteine geschaffen, bei denen die Stromführung auf jedem dafür vorgesehenen Baustein erfolgt, und wobei die Verbindung zu einem elektrischen Bauteil über das Zusammenstecken der Bausteine geschieht.

[0021] Vorzugsweise werden die Leiterbahnen unter Anwendung der MID-Technologie auf den Oberflächen des Bausteins aufgebracht. Ein ganz wesentlicher Vorteil der Verwendung der MID-Technologie liegt im genauen Positionieren der elektrischen Bauteile, z.B. Beleuchtungseinheiten, insbesondere LEDs, Antriebe, Batterien, usw., in den Bausteinen. Ferner können Schalter, Tasten, Beleuchtungsmuster und Anzeigen durch die MID-Technologie eingebunden werden, und zwar direkt auf dem Material bzw. Substrat der Bausteine.

[0022] Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein Aufbringen von wenigstens einer Beschriftung auf wenigstens einer Oberfläche des Bausteins unter Anwendung der MID-Technologie. Im Gegensatz zu herkömmlichen Klebefolien ist durch Anwendung der MID-Technologie eine Beschriftung der Bausteine ermöglicht, welche sich als besonders dauerhaft auszeichnet.

[0023] Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine Darstellung eines Bausteins gemäss dem Stand der Technik in einer Perspektivdarstellung; <tb>Fig. 2<SEP>eine Darstellung eines erfindungsgemässen Bausteins in Perspektivdarstellung; <tb>Fig. 3<SEP>eine Darstellung des erfindungsgemässen Bausteins in einer weiteren Ausführungsform in Perspektivdarstellung; <tb>Fig. 4<SEP>eine Darstellung des erfindungsgemässen Bausteins in einer weiteren Ausführungsform in Perspektivdarstellung; <tb>Fig. 5<SEP>eine Darstellung des erfindungsgemässen Bausteins in einer weiteren Ausführungsform in Perspektivdarstellung; <tb>Fig. 6<SEP>eine Baustein-Anordnung gemäss der Erfindung in Perspektivdarstellung; und <tb>Fig. 7<SEP>eine Ansicht einer Verdrahtungsanordnung zum Verdrahten eines in einem Baustein integrierten elektrischen Bauteils gemäss dem Stand der Technik.

[0024] Fig. 1 zeigt einen Baustein 10 gemäss dem Stand der Technik in einer Perspektivdarstellung. Dieser Baustein 10, auch als Legostein bekannt, ist ein sogenannter 3 x 1 Baustein eines modularen Baustein-Systems, welcher mit weiteren modularen Bausteinen gekoppelt werden kann. Der in Fig. 1 gezeigte Baustein 10 umfasst drei Noppen 12 in einer Reihe. Dieser Baustein 10 ist ausgehöhlt und umfasst im ausgehöhlten Innenraum eine Mehrzahl von Röhren (nicht gezeigt), welche sich in der in Fig. 1 gezeigten Ausrichtung des Bausteins 10 in vertikaler Richtung erstrecken. Diese Röhren sind hierbei derart ausgebildet, dass sie mit Noppen eines unterhalb des Bausteins 10 koppelbaren Bausteins eine Kraftschlussverbindung und Formschlussverbindung herstellen können. Auch lassen sich Aussenflachen von Noppen eines Bausteins mit Innenwandabschnitten eines weiteren Bausteins durch Kraftschlussverbindung und Formschlussverbindung miteinander verbinden bzw. koppeln. Die Bausteine sind hierbei in vertikaler Richtung kraftschlüssig verbunden, während sie in horizontaler Richtung formschlüssig verbunden sind.

[0025] Wie bereits erwähnt, ist der in Fig. 1 gezeigte Baustein 10 ein Teil eines modularen Systems. Weitere Bausteine können eine 1 x 1 Anordnung, eine 2 x 2 Anordnung, eine 4 x 2 Anordnung, usw. aufweisen. Durch den hohen Freiheitsgrad der Kopplung der modularen Bausteine untereinander sind der Fantasie keine Grenzen gesetzt, unterschiedliche Baustein-Anordnungen im verkleinerten Massstab zu gestalten bzw. zu konstruieren, beispielsweise Häuser, Fahrzeuge, Flugzeuge, usw. Die Bausteine können unterschiedlich gefärbt sein, sodass auch farbliche Aspekte berücksichtigt werden können. Der in Fig. 1 gezeigte Baustein 10 ist aus Kunststoff hergestellt, beispielsweise aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Zur Herstellung des Bausteins 10 eignet sich besonders ein thermoplastisches Spritzgussverfahren.

[0026] Fig. 2 zeigt einen Baustein 100 gemäss der Erfindung in einer Perspektivdarstellung. Der Baustein 100 umfasst einen Grundkörper 102 und drei Noppen 104 zur Kopplung des Bausteins 100 mit weiteren Bausteinen (nicht gezeigt). Die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche des Grundkörpers 102 in der in der Figur gezeigten Ausrichtung umfassen jeweils eine Leiterbahn 106, 106 ́ aus einem leitfähigen Metall.

[0027] Zum Aufbringen der Leiterbahnen 106, 106 ́ wird die MID-Technologie verwendet. Hierzu können verschiedene MID-Verfahren eingesetzt werden, von denen die gebräuchlichsten im Folgenden kurz erläutert werden:

[0028] Beim Heissprägeverfahren wird das Kunststoffsubstrat in einem Schritt metallisiert und strukturiert. Mit einem Prägestempel, auf dem das positive Leiterbild aufgebracht ist, wird eine Kupferprägefolie mit haftvermittelnder Schicht unter Druck und Wärmezufuhr auf das Kunststoffsubstrat gepresst. Das Substrat wird durch die Wärmeeinwirkung an der Oberfläche angeschmolzen. Die Leiterbahnen werden aus der Kupferfolie ausgeschert und mit dem Substrat verbunden.

[0029] Beim Folien-Hinterspritzen entsteht durch Sieb- oder Tampondruck eines Primers auf einer Folie ein strukturiertes Leiterbild. Während eines Konditionierungsprozesses unter Temperatur geht der Primer eine chemische Verbindung mit der Substratoberfläche ein und sorgt für eine gute Haftfestigkeit. Bei diesem Prozess wird gleichzeitig die Folie umgeformt. Anschliessend wird die Folie in eine Spritzgussmaschine eingelegt und hinterspritzt. Nach dem Hinterspritzen werden die Leiterbahnen galvanisch verstärkt und veredelt.

[0030] Beim Zweikomponenten-Spritzgussverfahren wird die Struktur des Leiterbildes mit einem ersten Spritzguss aus metallisierbarem Kunststoff hergestellt, die als Substrat für die chemische Metallisierung dient. Je nach Kunststoff muss nach dem ersten Spritzguss die Oberfläche des Kunststoffes noch behandelt werden. Der Spritzling wird erneut in eine Form eingelegt und mit nicht metallisierbarem Kunststoff umspritzt. Die frei gebliebenen Leiterbahnen werden anschliessend chemisch metallisiert und veredelt.

[0031] Beim Maskenverfahren erfolgt die Metallisierung des Kunststoffträgers durch chemische Beschichtung. Als Substrat dient ein Kunststoff-Spritzgussteil, bei dem zunächst durch Beizen bzw. Ätzen die Oberfläche für das Bekeimen vorbereitet wird. Anschliessend erfolgt die Metallisierung. Zur Strukturierung wird ein Fotoresist aufgebracht und durch eine dreidimensionale Maske mit UV-Licht belichtet. Nach Entwicklung des Fotoresists wird die freiliegende Metallschicht galvanisch verstärkt und mit einer Ätzmaske überzogen. Nach Entfernung des Fotoresists wird das restliche Metall weggeätzt und anschliessend die Oberfläche veredelt.

[0032] Im Unterschied zum Maskenverfahren wird bei der direkten Laserstrukturierung der Ätzresist direkt mit dem Laser strukturiert. An den Stellen, an denen der Ätzresist durch den Laser entfernt wurde, wird das Metall weggeätzt. Abschliessend wird die Oberfläche veredelt.

[0033] Beim LPKF-Laserdirektstrukturierungsverfahren, das nach der Firma LPKF benannt ist, wird zunächst ein Kunststoffteil gespritzt. Anschliessend erfolgt die Übertragung des Strukturbildes mit einem schreibenden oder abbildenden Lasersystem. Die anschliessende Metallisierung erfolgt in einem chemisch reduktiven Bad.

[0034] Die beiden Leiterbahnen 106, 106 ́ sind vorteilhafterweise durch das Material bzw. Substrat des Grundkörpers 102, beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), voneinander elektrisch isoliert. Die Leiterbahnen 106, 106 ́ sind insbesondere an den Kantenbereichen (Umfangsabschnitte) der beiden Oberflächen aufgebracht. Werden nun weitere Bausteine (nicht gezeigt) mit diesem Baustein 100 gekoppelt, so werden die Kantenabschnitte der Leiterbahnen 106, 106 ́ mit den korrespondierenden Leiterbahnen der angekoppelten weiteren Bausteine elektrisch verbunden. Somit wird bei einer Anordnung aus mehreren Bausteinen eine Baustein-Anordnung (Struktur) mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen geschaffen, wobei die Leiterbahn-Abschnitte, jeweils voneinander getrennt (isoliert), ein flächenmässig einheitliches elektrisches Potential annehmen können. Wird also zwischen den gegenüberliegenden Leiterbahnen eine Spannung angelegt, so ist diese Spannung zwischen den Leiterbahnen an weiteren Positionen innerhalb der Baustein-Anordnung abgreifbar. Wie im Folgenden detailliert beschrieben, kann somit ein Baustein mit einem integrierten elektrischen Bauteil mit Spannung versorgt werden, ohne dass hierzu eine externe Verdrahtung zwischen diesem Bauteil und einer Spannungsquelle notwendig ist.

[0035] Fig. 3 zeigt den Baustein 100 gemäss der Erfindung in einer ersten Ausführungsform. Dieser Baustein 100 umfasst einen integrierten elektrischen Schalter als ein Beispiel eines elektrischen Bauteils. Gleich der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, ist der Kantenabschnitt der beiden Oberflächen mit den Leiterbahnen 106, 106 ́ versehen. Das elektrische Schaltelement ist im Inneren des Grundkörpers 102 integriert bzw. eingegossen und kann durch Betätigung auf der vorderen Oberfläche eingeschaltet bzw. ausgeschaltet werden. Beispielsweise kann durch ein Berühren des Schriftzuges «ON/OFF» und ein gleichzeitiges Berühren einer diesen Schriftzug umgebenden Umrandung ein Schaltimpuls ausgelöst werden (berührungssensitiver Schalter). In Ansprechen auf eine jeweilige Umschaltung kann beispielsweise ein zusätzlich im Baustein 100 umfasstes elektrisches Bauteil (nicht gezeigt) eingeschaltet bzw. ausgeschaltet werden. Alternativ oder optional kann durch das Umschalten ein weiteres elektrisches Bauteil eingeschaltet bzw. ausgeschaltet werden, welches in einem weiteren Baustein (nicht gezeigt) umfasst ist, beispielsweise ein weiterer Baustein, welcher an den in Fig. 3 gezeigten Baustein 100 angrenzt.

[0036] Fig. 4 zeigt einen Baustein 100 gemäss der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform. Erfindungsgemäss sind auf beiden Oberflächen des Grundkörpers 102 jeweils Leiterbahnen 106, 106 ́ aufgebracht. Zusätzlich umfasst der Baustein 100 zwei Beleuchtungseinheiten 108, 108 ́ als Beispiel eines elektrischen Bauteils. Die beiden Beleuchtungseinheiten 108, 108A können beispielsweise als Leuchtdioden (LED) ausgeführt sein. Die jeweiligen Spannungseingänge der beiden Beleuchtungseinheiten 108, 108 ́ erstrecken sich innerhalb des Grundkörpers 102 zu den jeweiligen Leiterbahnen 106, 106 ́* (nicht gezeigt). Beim Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Leiterbahnen 106, 106 A können somit die beiden Beleuchtungseinheiten 108, 108 ́ zum Aufleuchten gebracht werden. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass, im Falle einer Anordnung dieses Bausteins 100 mit einer Vielzahl von weiteren Bausteinen (nicht gezeigt), lediglich eine Spannung zwischen zwei gegenüberliegenden Leiterbahnen an einer jeglichen Position innerhalb dieser Baustein-Anordnung angelegt zu werden braucht, um diese Leuchtquellen 108, 108 ́ zum Aufleuchten zu bringen. Somit entfällt eine aufwendige, teure und zudem die Gesamterscheinung dieser Baustein-Anordnung störende Verdrahtung.

[0037] Fig. 5 zeigt den Baustein 100 gemäss der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform in einer Schnittansicht in horizontaler Ebene. Dieser Baustein 100 umfasst, im Inneren des Grundkörpers 102 integriert bzw. eingegossen, zwei schematisch dargestellte Prozessoreinheiten 110, 110 ́, deren elektrischen Eingänge jeweils mit den Leiterbahnen 106, 106 ́ elektrisch verbunden sind. Somit werden diese Prozessoreinheiten 110, 110 ́ über die Leiterbahnen 106, 106 ́ mit Spannung versorgt.

[0038] Fig. 6 zeigt eine Baustein-Anordnung 200 in einer Ausführungsform der Erfindung in einer Perspektivdarstellung. Die Baustein-Anordnung 200 ist aus mehreren einzelnen Bausteinen 100 zusammengesetzt, welche, in vertikaler Richtung zusammengesteckt, kraftschlüssig (vertikal) und formschlüssig (horizontal) miteinander gekoppelt sind. An den gegenüberliegenden Oberflächen der einzelnen Bausteine sind jeweils elektrisch leitfähige Leiterbahnen 106, 106 ́ aufgebracht, welche jeweils mit Leiterbahnen von sowohl nebeneinander als auch über- bzw. untereinander angefügten Bausteinen elektrisch verbunden sind.

[0039] Auf der obersten Reihe der Baustein-Anordnung 200 sind Bausteine gleich dem in Fig. 5 gezeigten Baustein aufgesteckt. Zum besseren Verständnis sind diese Bausteine in Durchsicht dargestellt. Beide Bausteine sind im Inneren mit jeweils zwei Prozessoreinheiten 110, 110 ́ bestückt. Die elektrischen Eingänge dieser Prozessoreinheiten 110, 110 ́ sind jeweils über Leiterverbindungen mit den Leiterbahnen 106, 106 ́ elektrisch gekoppelt.

[0040] Ferner umfasst die Baustein-Anordnung 200 einen Baustein 100, welcher mit Beleuchtungseinheiten 108, 108 ́ bestückt ist, welche direkt im Baustein 100 integriert sind und ihr Licht nach oben gerichtet abstrahlen. Diese Beleuchtungseinheiten 108, 108 ́ sind ebenfalls über nicht dargestellte Leiterverbindungen jeweils mit den gegenüberliegenden Leiterbahnen 106, 106 ́ des Bausteins 100 elektrisch verbunden. Somit werden diese Beleuchtungseinheiten 108, 108 ́ einfach und zuverlässig zum Leuchten gebracht, sobald an einer jeglichen Stelle innerhalb der Baustein-Anordnung 200 zwischen zwei gegenüberliegenden Leiterbahnen 106, 106 ́ eine Spannung angelegt wird. Hierdurch entfällt eine in Hinsicht auf das Erscheinungsbild der Baustein-Anordnung 200 unförmige Verdrahtung. Ebenso werden vorteilhafterweise Verdrahtungsfehler ausgeschlossen. Zugleich werden durch den Wegfall der Verdrahtung auch Kosten eingespart.

[0041] Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Verdrahtungsanordnung 300 aus dem Stand der Technik. Genauer gesagt, ist eine Ansicht einer Verdrahtungsanordnung 300 zum Verdrahten eines in einem Baustein integrierten elektrischen Bauteils gemäss dem Stand der Technik gezeigt. In dem gezeigten Beispiel sind zwei Leuchtelemente 310, 310 ́ als Miniatur-Scheinwerfer einer Baustein-Anordnung zum Konstruieren eines Miniatur-Fahrzeugs (nicht gezeigt) ausgeführt.

[0042] Zur Spannungsversorgung dieser Leuchtelemente 310, 310 ́ dienen jeweils zwei Kabelstränge 320, 320 ́ welche jeweils paarweise in Form von Zweifach-Flachbandkabeln an einen ersten Adapter-Baustein 330 geführt sind. Innerhalb dieses Adapter-Bausteins 330 werden die paarweisen Zweifach-Flachbandkabel 320, 320A zu einem Vierfach-Flachbandkabel 340 verknüpft, welches wiederum zu einem zweiten Adapter-Baustein 350 geführt ist. Beide Adapter-Bausteine 330, 350 können mit elektrischen Kontakten (nicht gezeigt) versehen sein, über welche die beiden Leuchtelemente 310, 310 ́ entweder einzeln oder gemeinsam mit Spannung versorgt werden können.

[0043] Nachteilig an dieser Verdrahtungsanordnung 300 ist die unschöne Verkabelung an sich, welche das Erscheinungsbild einer mühevoll konstruierten Baustein-Anordnung stört. Zudem kann die Verkabelung schwierig realisierbar sein, insbesondere wenn die Kabelstränge 320, 320 ́, 340 in einem stark reduzierten Raum innerhalb der Baustein-Anordnung verlegt werden müssen. Ein weiterer Nachteil liegt in einer hohen Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Verkabelung. Eine weitere Fehlerquelle besteht darin, dass die Kabelstränge entlang ihrer Erstreckung beschädigt werden können und somit keinen elektrischen Strom leiten. Zudem können die Adapter-Bausteine 330, 350 häufig einen Wackelkontakt haben. Die Suche nach möglichen Fehlerquellen ist hierbei sehr mühsam und zeitaufwendig. Oftmals muss eine mühevoll konstruierte Baustein-Anordnung wenigstens abschnittsweise rückgebaut werden, um einen Fehler innerhalb der Verdrahtungsanordnung zu lokalisieren und zu beheben. Zudem ist die beispielhaft gezeigte Verkabelung aus dem Stand der Technik aufgrund der hohen Anzahl von Komponenten sehr teuer.

Claims (14)

1. Baustein (100), umfassend einen Grundkörper (102) mit Kopplungselementen zum entnehmbaren Koppeln des Bausteins (100) mit wenigstens einem weiteren Baustein, ferner umfassend eine Mehrzahl von Leiterbahnen (106, 106 ́), wobei auf gegenüberliegenden Oberflächen des Bausteins (100) jeweils zumindest eine Leiterbahn aufgebracht ist, wobei die Leiterbahnen (106, 106 ́) mit jeweiligen Leiterbahnen von angrenzenden weiteren gekoppelten Bausteinen elektrisch verbindbar sind.

2. Baustein (100) nach Anspruch 1, bei welchem die Leiterbahnen (106, 106 ́) unter Anwendung der MID-(Molded Interconnect Device)-Technologie auf den Oberflächen aufgebracht sind.

3. Baustein (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Grundkörper (102) ein elektrisch isolierendes Material umfasst, wobei die Leiterbahnen (106, 106 ́) durch das elektrisch isolierende Material voneinander elektrisch isoliert sind.

4. Baustein (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Leiterbahnen (106, 106 ́) zumindest umfänglich auf den jeweiligen Oberflächen aufgebracht sind.

5. Baustein (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend wenigstens ein elektrisches bzw. elektronisches Bauteil (108, 108 ́; 110, 110 ́).

6. Baustein (100) nach Anspruch 5, bei welchem das elektrische bzw. elektronische Bauteil (108, 108 ́; 110, 110 ́) wenigstens zwei elektrische Eingänge umfasst, welche jeweils mit den gegenüberliegenden Leiterbahnen (106, 106 ́) elektrisch verbunden sind.

7. Baustein (100) nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das elektrische bzw. elektronische Bauteil (108, 108 ́; 110, 110 ́) eine Beleuchtungseinheit (108, 108 ́), insbesondere eine Leuchtdiode, einen Schalter, einen Taster, einen elektrischen Motor, eine Anzeigeeinheit, einen elektroakustischen Umwandler und/oder eine elektronische Schalteinheit (110, 110 ́), insbesondere einen Miniatur-Prozessor, umfasst.

8. Baustein (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend wenigstens eine Beschriftung, welche unter Anwendung der MID-Technologie aufgebracht ist.

9. Baustein-Anordnung (200), umfassend eine Mehrzahl von gekoppelten Bausteinen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche derart miteinander gekoppelt sind, dass die auf jeweils gegenüberliegenden Oberflächen der Bausteine (100) aufgebrachten Leiterbahnen (106, 106 ́) jeweils elektrisch miteinander verbunden sind.

10. Baustein-Anordnung (200) nach Anspruch 9, ferner umfassend zumindest eine elektrische Leistungsquelle zum Anlegen einer Spannung zwischen den zwei auf gegenüberliegenden Oberflächen der jeweiligen Bausteine aufgebrachten Leiterbahnen (106, 106 ́).

11. Baustein-Anordnung (200) nach Anspruch 10, bei welcher die elektrische Leistungsquelle einen Spannungstransformator, wenigstens eine Batterie oder einen Akku und/oder wenigstens eine Solarzelle umfasst.

12. Verfahren zum Herstellen eines Bausteins (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend: Spritzgiessen eines Grundkörpers (102), und Aufbringen von wenigstens einer Leiterbahn (106, 106 ́) auf jeweils gegenüberliegenden Oberflächen des Grundkörpers (102).

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Leiterbahnen (106, 106 ́) unter Anwendung der MID-Technologie auf den Oberflächen des Bausteins (100) aufgebracht werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Aufbringen von wenigstens einer Beschriftung auf wenigstens einer Oberfläche des Bausteins (100) unter Anwendung der MID-Technologie.