DE10131431C1 - Gehäuse für eine Leiterplatte - Google Patents

Abstract

Es wird ein Gehäuse für eine Leiterplatte vorgeschlagen, wobei in einer Gehäusewand (2) ein elektrisch leitendes Verbindungselement (3) eingebttet ist. Die Leiterplatte wird gegen ein elastisches Lager (4) gedrückt, wobei das elastische Lager (4) einen elektrisch leitenden Bereich (5) enthält. Durch den elektrisch leitenden Bereich (5) wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Verbindungselement (3) und einem elektrischen Anschluss auf der Leiterplatte (1) hergestellt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Gehäuse für eine Leiter­ platte nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Es sind bereits Gehäuse für Leiterplatten bekannt, die elekt­ risch isolierende Gehäusewände aufweisen. In die elektrisch isolierenden Gehäusewände sind als elektrisch leitende Ver­ bindungselemente sogenannte Einlegeteile eingebracht. Bei den Einlegeteilen handelt es sich um gestanzte Metallbleche, durch die elektrische Verbindungen zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gehäuses hergestellt werden. Üblicherweise werden die Gehäuse durch Spritzguss gefertigt, wobei die Einlegeteile dabei von dem spritzgegossenen Material einer Gehäusewand vollständig umschlossen werden.

DE 91 04 432 U1 zeigt ein wannenförmiges Gehäuse (6) in dem eine Leiterplatte - (1) angeordnet ist. Die eine Seite der Leiterplatte (1) wird auf Gehäusefortsätzen, den sogenannten Abstützvorrichtungen (3, 3a), mit Rastenhaken (4) arretiert. Die gegenüberliegende Seite der Leiterplatte (1) wird unter die Rastnasen (5) geschoben und stützt sich, wie aus den Fig. 1-4 zu entnehmen ist, auf kammartig angeordnete Stege der Anschlussleiste (8) ab. Zwischen den Stegen befinden sich Federkontakte (9), die die Leiterplatte (1) elektrisch verbinden.

In der DE 31 16 410 C2 wird eine elektronische Baueinheit mit einer ersten Leiterplatte (30) und einer zweiten Leiterplatte (40) beschrieben. Die beiden Leiterplatten werden über eine Befestigungseinrichtung in der Mitte des Gehäuses fest miteinander verbunden. Die äußeren Seiten der Leiterplatte werden in Ausnehmungen (26, 28) des Gehäuses (14) aufgenommen.

Die DE 36 42 354 A1 zeigt ein elektronisches Anzeigegerät mit einer trennbaren elektrischen und mechanischen Verbindung. Hierbei dient ein mit Leitelementen versehender Silikon-Kautschuk- Block (10) als elektrische Verbindung zwischen der Kontaktspitze (12) des Halters (5) und den Kontakten (11) des Anzeigegeräts (1). Die mechanische Befestigung des Anzeigegeräts (1) erfolgt, indem die Leiste (4) des Anzeigegeräts (1) unter den Randbereich (7) des Halters (5) greift und ein Vorsprung (8) am Halter (5) in einen am Anzeigegerät (1) vorhandenen Spalt (9) eingreift. Durch dieses Vorgehen sind Anzeigegerät und Halter starr miteinander verbunden.

In der DE 36 33 626 C2 wird ein Innenteil (8) in ein Gehäuse (1) eingeschoben und verrastet, wobei die Kontakte (3, 4) gegen Leitgummis gedrückt werden und so den elektrischen Kontakt sicherstellen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, handelt es sich hierbei um eine Vielzahl von Kontakten und somit auch um eine Vielzahl von einzusetzenden Leitgummis.

In der DE 35 30 827 A1 werden Leitgummis gezeigt, die eine Leiterplatte (1) und eine rechtwinklig dazu stehende Flüssigkristallzelle (2) miteinander verbinden. Die Leiterplatte (1) ist über Schrauben (19) mit einer Halterung befestigt. Wie in der Beschreibung Spalte 3, Zeile 14 bis 15 beschrieben, sind die Leitgummis als Stab mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt.

Das erfindungsgemäße Gehäuse mit den Merkmalen des unabhän­ gigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ei­ ne elastische Lagerung der Leiterplatte bewirkt wird. Durch diese elastische Lagerung wird die Leiterplatte besonders schonend gelagert. Insbesondere wird durch diese Form der Lagerung erreicht, dass Beschleunigungskräfte, die bei­ spielsweise beim Fall des Gehäuses auf einen Betonboden auftreten können, sich nicht unmittelbar auf die Leiterplatte übertragen. Es wird so eine besonders sichere Anordnung der Leiterplatte im Gehäuse erreicht.

Weitere Weiterbildungen und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders einfach wird das Lager als plattenförmiges Element ausge­ führt, wobei sich die leitenden Bereiche von einer Ober- zu einer Unterseite des plattenförmigen Lagers erstrecken. Be­ sonders einfach wird das Lager durch eine Abfolge von iso­ lierenden und leitenden Streifen ausgebildet. Eine große Dichte von leitenden Bereichen ergeben sich, wenn diese auf der Ober- und Unterseite jeweils vollständig vom isolieren­ den Material umgeben sind. Um einen ausreichenden Druck der Leiterplatte gegen das Lager zu gewährleisten, wird beson­ ders einfach ein isolierendes Gegendruckelement vorgesehen. Weiterhin kann der Druck der Leiterplatte auf das Lager auch durch Rastelemente erzielt werden, die im Lager selbst ein­ gebettet sind. Das Lager kann zusätzlich so ausgebildet sein, dass auch eine seitliche Führung der Leiterplatte be­ wirkt wird. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Gehäuse, wenn auf der Leiterplatte mikromechanische Elemente vorgesehen sind, die durch eine Beschleunigung ausgelenkt werden können. Da die entsprechend ausgebildeten Lager auch selbständiges Handelsgut sein können, sollte sich ein weite­ rer Anspruch nur auf das Lager zur Anwendung in einem der zuvor beanspruchten Gehäuse richten.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der beanspruchten Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 und 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses im nicht zu­ sammengebauten und im zusammengebauten Zustand, Fig. 3 und 4 Aufsichten auf erfindungsgemäße Lager, Fig. 5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele anhand von Querschnitten durch zusammengebaute Gehäuse.

Beschreibung

In den Fig. 1 und 2 wird jeweils ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit einer Leiterplatte ge­ zeigt. In der Fig. 1 sind die einzelnen Elemente auseinan­ dergezogen (sogenannte Explosionsdarstellung), wodurch die einzelnen Elemente und deren Anordnung zueinander verdeut­ licht wird. In der Fig. 2 wird ein Querschnitt durch das erfindungsgemäße Gehäuse im zusammengebauten Zustand ge­ zeigt.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Leiterplatte 1 gezeigt, die in ein Gehäuse, beispielsweise das Gehäuse eines elektroni­ schen Steuergeräts, eingebracht wird. Als Leiterplatte 1 werden hier alle elektrisch isolierenden Träger von Leiter­ bahnen verstanden, auf denen Halbleiterschaltkreise angeord­ net werden können. Neben den Leiterplatten aus Kunststoff mit oberflächlichen Kupferleiterbahnen sollen hier unter den Leiterplatten 1 auch keramische Substrate verstanden sein, auf denen mit Dickfilmtechnik Leiterbahnen aufgebracht sind. Weiterhin können die Leiterplatten 1 auch mehrere Verdrah­ tungsebenen übereinander aufweisen, wobei dann einzelne Lei­ terbahnen im Inneren der Leiterplatte 1 vorgesehen sind. Weiterhin sind auf den Leiterplatten 1 integrierte Schalt­ kreise und ggf. Sensorelemente, beispielsweise mikromechani­ sche Sensorelemente vorgesehen. Die Fertigung derartiger Leiterplatten erfolgt in der Regel separat von den sonstigen Komponenten des Gehäuses, d. h. es erfolgt als letzter Her­ stellungsschritt ein Zusammenbau aller Komponenten.

Das Gehäuse wird hier schematisch durch einen Gehäuseboden 2 und einen Gehäusedeckel 8 dargestellt. Es sind jedoch auch andere Formen von Gehäusewänden, beispielsweise auch seit­ lich, vorstellbar. In einem der Gehäusewände, nämlich dem Gehäuseblock 2 ist hier ein elektrisch leitendes Verbin­ dungselement 3 eingebracht, welches üblicherweise auch als Einlegeteil bezeichnet wird. Der Gehäuseboden 2 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem thermoplastischen Kunststoff. Das elektrische Verbindungs­ element 3 besteht üblicherweise aus Metall. Die Herstellung eines derartigen Gehäusebodens erfolgt üblicherweise durch Spritzguss eines thermoplastischen Kunststoffes in eine Form, wobei in die Form ein Blechteil 3 eingelegt wird, wel­ ches aus einem Metallblech herausgestanzt ist. Das elekt­ risch leitende Verbindungselement 3 wird daher oft auch als Einlegeteil bezeichnet. Die Funktion dieses elektrischen Verbindungselements 3 besteht darin, eine Kontaktierung zwi­ schen dem Inneren des Gehäuses und der Außenwelt herzustel­ len.

Zwischen dem Gehäuseboden 2 und der Leiterplatte 1 wird nun erfindungsgemäß ein elastisches Lager 4 vorgesehen. In der Fig. 1 ist das elastische Lager 4 als plattenförmiges Ele­ ment ausgebildet, was ja bei den üblicherweise plattenförmi­ gen Leiterplatten 1 eine vernünftige Form für ein derartiges Lager darstellt. Es sind jedoch auch beliebige andere Formen vorstellbar, insbesondere wenn auch die Form der Leiterplat­ ten 1 variieren.

Das elastische Lager 4 besteht aus einem elastisch verform­ baren Kunststoff, beispielsweise einem gummiartigen Materi­ al. Üblicherweise sind derartige elastische Kunststoffe e­ lektrisch isolierend, wobei jedoch durch Zusatz von leiten­ den Materialien, beispielsweise Russ oder Metallpartikeln auch leitende Bereiche ausgebildet werden können. Diese leitenden Bereiche sind jedoch nach wie vor elastisch verform­ bar. In den Fig. 1 und 2 weist das elastische Lager 4 so­ wohl elektrisch isolierende Bereiche 6 wie auch elektrisch leitende Bereiche 5 auf. Die elektrisch leitenden Bereiche 5 verbinden dabei die Ober- und Unterseite des Lagers 4. Die Funktion dieser leitenden Bereiche 5 besteht darin, eine e­ lektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Verbindungs­ element 3 und der Leiterplatte 1 herzustellen. Dazu ist wie in der Fig. 1 zu erkennen ist, das leitende Verbindungsele­ ment 3 im Bereich des Bodens so ausgebildet, dass es ein we­ nig über den Gehäuseboden 2 heraus ragt. Wenn nun das Lager 4 gegen den Boden des Gehäusebodens 2 gedrückt wird, so wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem Verbindungselement 3 und dem leitenden Bereich 5 des elastischen Lagers 4 herge­ stellt.

Wie in der Fig. 2 zu erkennen ist, liegt die Leiterplatte 1 unmittelbar auf dem elastischen Lager 4 und somit auch auf dem elektrisch leitenden Bereich 5 auf. Durch einen entspre­ chenden Kontakt 21 auf der Unterseite der Leiterplatte 1 kann dann ein elektrischer Kontakt zwischen dem leitenden Bereich 5 und entsprechenden Leiterbahnen auf der Leiter­ platte 1 hergestellt werden. In der Fig. 2 ist dieser Kon­ takt 21 gegen den leitenden Bereich gepresst und daher in der Seitenansicht nicht mehr zu erkennen.

Um einen ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen dem leitenden Bereich 5 und dem Verbindungselement 3 bzw. dem Kontakt 21 auf der Leiterplatte 1 sicher zustellen, wird weiterhin vorgesehen, dass die Leiterplatte 1 gegen das La­ ger 4 gedrückt wird. Um diesen Druck auf die Leiterplatte 1 zu erzeugen, ist in den Fig. 1 und 2 ein Gegendruckele­ ment 7 und ein Gehäusedeckel 8 vorgesehen. Der Gehäusedeckel 8 wird mit dem Gehäuseboden 2 durch Kleben, Schweissen oder mechanische Mittel verbunden. Das Gegendruckelement 7 ist aus einem isolierenden Material ausgebildet, welches eben­ falls elastisch verformbar ist. Es ist von seiner Dicke so ausgebildet, dass der Abstand zwischen dem Gehäusedeckel 8 und der Oberseite der Leiterplatte 1 geringfügig geringer ist als die Dicke des Gegendruckelements 7. Wenn, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, das Gegendruckelement 7 zwi­ schen dem Gehäusedeckl 8 und der Oberseite der Leiterplatte 1 angeordnet wird, so wird beim Verbinden des Gehäusedeckels 8 mit dem Gehäuseboden 2 das Gegendruckelement 7 elastisch verformt und es wird somit ein Druck auf die Leiterplatte 1 ausgeübt. Die Leiterplatte 1 wird somit mit seiner Untersei­ te gegen das elastische Lager 4 gedrückt und es wird so ein zuverlässiger elektrischer Kontakt sichergestellt.

Durch die elastische Lagerung der Leiterplatte 1 im Gehäuse wird eine kraftmäßige Entkopplung der Leiterplatte 1 vom Ge­ häuse bewirkt. Kräfte, die in das Gehäuse eingeleitet wer­ den, übertragen sich nur im geringen Umfang auf die Leiter­ platte 1. Weiterhin werden Schläge oder Stöße, die auf das Gehäuse wirken, nicht unmittelbar auf die Leiterplatte 1 ü­ bertragen, sondern durch das elastische Lager 4 abgefedert. Es werden somit die auf die Leiterplatte 1 einwirkenden Kräfte verringert. Weiterhin können durch kurze Schläge, die beispielsweise beim Fall des Gehäuses auf einen Betonboden auftreten, sehr hohe Beschleunigungskräfte auftreten. Durch die elastische Lagerung werden die an der Leiterplatte 1 auftretenden Beschleunigungen stark verringert. Dies ist be­ sonders dann von Interesse, wenn auf der Leiterplatte 1 mik­ romechanische Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungs­ sensoren oder Drehratensensoren, angeordnet sind, die ein bewegliches Element aufweisen. Derartige Elemente sind be­ sonders empfindlich gegen das Auftreten von sehr hohen Be­ schleunigungen. Bei plötzlichen Stößen oder Schlägen auf das Gehäuse können zum Teil Beschleunigungen von über dem Tau­ sendfachen der normalen Beschleunigung auftreten. Bei Beschleunigungssensoren, die beispielsweise einen Messbereich in der Größenordnung von einigen Erdbeschleunigungen oder einigen zehn Erdbeschleunigungen haben, stellen derartige kurze Beschleunigungsspitzen eine extreme Überlastung des Sensorelements dar. Durch die Verwendung einer elastischen Lagerung können die an den Sensoren auftretenden Beschleuni­ gungen deutlich verringert werden, wodurch die Ausfallsi­ cherheit der Sensoren deutlich erhöht werden.

In den Fig. 3 und 4 wird eine Aufsicht auf verschiedene Ausführungsformen der Lager 4 gezeigt. In der Fig. 3 wird eine Aufsicht auf ein Lager gezeigt, wie es beispielsweise in den Fig. 1 und 2 Verwendung findet. Wie zu erkennen ist, weist die Oberseite vollflächig nicht leitende Bereiche 6 auf, in die einzelne leitende Bereiche 5 eingebettet sind. Die hier gezeigten kreisrunden leitenden Bereiche 5 lassen sich beispielsweise dadurch herstellen, dass zunächste eine Platte, die vollständig nichtleitend ist, erzeugt wird. In dieser Platte werden dann Bohrungen eingebracht, die mit ei­ nem leitenden elastischen Kunststoff aufgefüllt werden. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die leitenden Be­ reiche 5 in der Fläche verteilt sind und somit auf der ge­ samten Fläche des elastischen Lagers 4 eine Vielzahl von leitenden Bereichen 5 vorgesehen werden können.

In der Fig. 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für das elastische Lager 4 gezeigt. Bei dem elastischen Lager 4 nach der Fig. 4 sind die leitenden Bereiche 5 als Streifen aus­ gebildet, die von der einen Seite des elastischen Lagers 4 zur anderen reichen. Dazwischen sind nicht leitende Bereiche 6 angeordnet. Die leitenden Bereiche 5 erstrecken sich wie­ derum von der Unter- zur Oberseite des elastischen Lagers 4. Im Vergleich zum elastischen Lager nach der Fig. 3 ist hier die Herstellung des elastischen Lagers besonders einfach, indem einzelne Schichten von leitenden und nicht leitenden Bereichen miteinander verbunden werden. Das Herstellungsver­ fahren für derartige Lager ist daher einfacher als bei dem elastischen Lager nach der Fig. 3. Es können dafür aber nicht soviele leitenden Bereiche 5 vorgesehen werden, wie dies bei der Fig. 3 der Fall ist.

In der Fig. 5 wird ein weiterer Querschnitt durch ein er­ findungsgemäßes Gehäuse gezeigt, durch dass ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt wird. Mit dem Bezugszeichen 1, 2, 3, 5, 6, 7 und 8 werden wieder die glei­ chen Elemente mit den gleichen Funktionen wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Das elastische Lager 4 unterscheidet sich jedoch von dem elastischen Lager 4 der Fig. 1 und 2 dadurch, dass die Oberseite des elastischen Lagers 4 struk­ turiert ist. Insbesondere ist auf der Oberseite des elasti­ schen Lagers 4 der Fig. 5 eine Vertiefung 10 vorgesehen, die von ihren geometrischen Abmessungen so bemessen ist, dass die Leiterplatte 1 in seitlicher Richtung gehalten wird. Es wird dadurch erreicht, dass aufgrund dieser seitli­ chen Führung eine Justierung der Leiterplatte 1 relativ zu den leitenden Bereichen 5 erfolgt. Es kann daher bei der Fertigung besonders einfach sicher gestellt werden, dass die entsprechenden Kontakte 21 auf der Leiterplatte 1 auch genau auf den leitenden Bereichen 5 zu liegen kommen.

In der Fig. 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er­ findung gezeigt. Durch die Bezugszeichen 1, 2, 3, 5 und 6 werden wieder die gleichen Elemente wie in den Fig. 1, 2 oder 5 bezeichnet, die auch die gleichen Funktionen wie in diesen Figuren wahrnehmen. Im Unterschied zu den Fig. 1, 2 und 5 wird jedoch kein Gegendruckelement 7 vorgesehen. Vielmehr verhält es sich so, dass in Randbereichen des elas­ tischen Lagers 4 Rastelemente 11 eingelassen sind, die erste Rastnasen 12 aufweisen. Durch die ersten Rastnasen 12 wird die Leiterplatte 1 gegen die Oberfläche des elastischen Lagers 4 gepresst. Weiterhin sind noch zweite Rastnasen 13 vorgesehen, die an entsprechenden Vorsprüngen des Gehäusebo­ dens 2 eingreifen. Durch diese zweiten Rastnasen 13 wird das elastische Lager 4 gegen den Boden des Gehäusebodens 2 ge­ presst.

Die Rastelemente 11 bestehen beispielsweise aus einem Metall oder aus einem mechanisch stabilen Kunststoff. Durch ihre Verankerung im Material des elastischen Lagers 4 ermöglichen es die Rastelemente 11 Kräfte relativ zum elastischen Lager 4 zu erzeugen. Durch die ersten Rasthaken 12 werden die Lei­ terplatten 1 gegen das Lager 4 gepresst, während durch die zweiten Rastnasten 13 das elastische Lager 4 gegen den Boden des Gehäuses 2 gedrückt wird. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass der Einbau der Leiterplatte 1 ins Gehäuse besonders einfach vonstatten geht. Zunächst wird das elasti­ sche Lager mittels der Rastnasen 13 mit dem Gehäuseboden 2 verbunden. In einem zweiten Schritt wird dann die Leiter­ platte 1 mittels der ersten Rastnasen 12 mit dem elastischen Lager 4 verbunden. Die Anordnungen der Leiterplatte 1 im Ge­ häuse wird somit vereinfacht.

Claims (9)

1. Gehäuse für eine Leiterplatte (1), wobei eine Gehäusewand (2) als elektrisch isolierender Träger für ein elektrisch leitendes Verbindungselement (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) gegen ein plattenförmiges elastisches Lager (4) gedrückt und dadurch elastisch gelagert wird und dass das Lager (4) einen elektrisch leitenden elastischen Bereich (5) enthält, durch den eine elektrische Verbindung zwischen dem Verbindungselement (3) und einem elektrischen Anschluss auf der Leiterplatte (1) hergestellt wird.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (4) als plattenförmiges Element mit einer Oberseite und einer Unterseite ausgebildet ist, dass die Leiter­ platte (1) auf der Oberseite und die Gehäusewand (2) auf der Unterseite angeordnet wird, und dass sich die leiten­ den Bereiche (5) von der Oberseite bis zur Unterseite erstrecken.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (4) isolierende Streifen (6) und leitende Streifen (5) aufweist.

4. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (4) elektrisch leitende Bereiche (5) aufweist, die auf der Ober- und Unterseite jeweils vollständig von iso­ lierenden Bereichen (6) umgeben sind.

5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) gegen das Lager (4) gedrückt wird, indem der Gehäusewand (2) gegenüber­ liegend ein Gehäusedeckel (8) angeordnet wird, der mit einem isolierenden Gegendruckelement (7) auf die vom La­ ger (4) abgewandte Seite der Leiterplatte (1) drückt.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass an dem Lager (4) Rastelemente (11) befes­ tigt sind, und dass die Rastelemente (11) erste Rasthaken (12) aufweisen, die die Leiterplatte (1) gegen das Lager (4) drücken.

7. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (4) auf der Oberseite eine Vertiefung (10) aufweist, durch die eine seitliche Halte­ rung der Leiterplatte (1) relativ zum Lager (4) bewirkt wird.

8. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (1) ein mikro­ mechanisches Element vorgesehen ist, welches durch eine Beschleunigung beweglich ist.

9. Lager zur Verwendung in einem Gehäuse nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche.