DE19913660A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung elektrischer Bauelemente - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung elektrischer BauelementeInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente (11) an Leiterplatten (1), die von einem Gehäuse (2) umgeben sind, wobei die Bauelemente (11) von einer Haltevorrichtung (19) gehalten werden. Das elektrische Bauelement (11) wird einerseits während der Montage und im Betrieb durch eine Haltevorrichtung (19) in der Leiterplatte (1) gehalten und andererseits mit einer Gehäusefläche (3, 4) des die Leiterplatte (1) umgebenden Gehäuses (2) verbunden.
Description
Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dienen
zur Befestigung von elektrischen Bauelementen auf Leiterplatten.
Aus dem Stand der Technik ist bereits ein Halter für elektrische Bauelemente
bekannt.
Der Halter ist als ein flaches U-förmiges Bauteil ausgebildet, zwischen dessen
sich vertikal nach unten erstreckenden Schenkeln sich ein kreisförmig
ausgeformter Bereich befindet. Die beiden sich vertikal erstreckenden Schenkel
enden in Lötzapfen, an denen abgesetzte Auflagebereiche ausgeführt sind. Mit
diesen abgesetzten Auflagebereichen liegt der U-förmige Halter auf der
Leiterplatte auf, nach dem er in diese eingedrückt wurde. Auf diese Weise wird
stets ein gleichbleibender Abstand des in dem kreisförmigen Bereich gehaltenen
Bauelement von der Oberfläche der Leiterplatte gewährleistet.
Das U-förmige Bauteil wird mit seinen Lötzapfen in die Leiterplatte eingedrückt;
eine erschütterungsbeständige Lagerung großer und schwerer elektrischer
Bauelemente ist mit einer solchen Befestigung lediglich am Boden der
Leiterplatte schwierig erreichbar. Eine Verwendung einer Vielzahl von
U-förmigen Bauteile zur Halterung größerer und schwerer Bauelemente schränkt
den auf der Leiterplatte für andere Bauelemente zur Verfügung stehenden
Bauraum nicht unerheblich ein.
Neben den skizzierten Unzulänglichkeiten aus dem Stand der Technik bekannter
Lösungen, sind zudem die Anforderungen an sicherheitsrelevante Schaltgeräte
zum Einsatz in Automobilen stark gestiegen, was Masse und Bauform elektrischer
Bauelemente betrifft. Masse und Bauform elektrischer Bauelemente werden durch
die Lötstellenbelastung beschränkt, was den Einsatz von Standardbauteilen oft
erschwert und teurere elektrische Bauelemente erfordert. Weiterhin sind bei
Airbag-Anwendungen beispielsweise die Beschleunigungssensoren auf einer
separaten Leiterplatte montiert, um ein unbeabsichtigtes Auslösen des Airbags
durch Eigenbewegungen aufgrund von Ressonanzüberhöhungen auszuschließen.
Diese Eigenbewegungen sind bei einer Bestückung der Leiterplatte mit bekannten
Bestückungsverfahren der Leiterplatten nicht völlig auszuschließen, weswegen
die Beschleunigungssensoren für Airbags auf einer weiteren, von der bereits
erwähnten Leiterplatte separaten Leiterplatte angeordnet worden sind.
Mittels des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens ist es möglich, eine
kompaktere und kleinere Bauweise von Schaltgeräten zu erreichen, da durch die
Verbindung der elektrischen Bauelemente mit dem sie umgebenden Gehäuse
neben der Verbindung mit der Leiterplatte eine weitere Aufnahmestelle für
thermische und mechanische Belastungen geschaffen wird. Dadurch übernimmt
nunmehr nicht nur die Lötstelle die auftretenden Belastungen, sondern beide
geschaffenen Verbindungsstellen, wodurch die Baugrößenbegrenzung der
elektrischen Bauelemente durch die Lötstellenbelastung entfällt. Da die
Verbindung der elektrischen Bauelemente mit der Leiterplatte durch die weitere
Verbindung der Bauelemente mit dem Gehäuse entlastet wird, kann sie weniger
massiv ausgebildet sein, wodurch Bauraum zur Integration weiterer
Schaltungsteile zur Verfügung steht. Dies erlaubt den Verzicht auf eine weitere
Leiterplatte und führt zu einer wesentlich kompakteren und kleineren Baugröße
eines Schaltgerätes.
In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens
lassen sich die Anforderungen einer Fertigungslinie zur Massenfertigung von
Schaltgeräten dadurch erfüllen, daß sich die elektrischen Bauelemente durch den
Einsatz von Haltevorrichtungen in einer definierten Position relativ zur
Leiterplatte positionieren lassen. Diese kann die thermischen und mechanischen
Belastungen während des Fertigungsprozesses aufnehmen, wodurch insbesondere
die Lötstellenbelastung herabgesetzt wird. Die weitere Verbindung neben der
Verbindung mit der Leiterplatte erfolgt durch ein Verkleben des elektrischen
Bauelementes mit dem es umgebenden Gehäuse. Vorteilhafterweise kann das
elektrische Bauelement mit dem Dach des Gehäuses verknüpft werden, wodurch
sich zwei gegenüberliegende Verbindungsstellen, nämlich mit Leiterplatte und
dem Gehäusedach ergeben. Neben dem Gehäusedach kann das elektrische
Bauelement auch mit einer angrenzenden Gehäusewand verklebt sein. Zur
Erzeugung der Klebeverbindung wird eine Kleberaupe vorzugsweise aus
Silikonklebstoff zwischen Gehäuse und Oberfläche des zu fixierenden
elektrischen Bauelementes eingebracht.
Neben einem Befestigungsverfahren bezieht sich die Erfindung auf ein
Schaltgerät mit elektrischen Bauelementen, die einerseits in der Leiterplatte
arretiert und andererseits mit dem Gehäuse verbunden sind, wobei das Gehäuse
eine an das elektrische Bauelement angepaßte Gehäusestruktur aufweist. In
vorteilhafter Ausgestaltung der Gehäusestruktur ist diese als Rippenstruktur
ausgebildet; die Rippenstruktur kann sowohl an einem das elektrische Bauelement
überdeckenden Gehäusedach wie auch an einer an das elektrische Bauelement
angrenzenden Gehäusewand vorgesehen sein. Die Rippenstruktur umfaßt
unterschiedlich in Höhe und Breite dimensionierte Rippen zwischen denen
Taschen zur Aufnahme überschüssigen Klebstoffs eingebracht sind. Um den
Formschluß von Kleberaupe und Oberfläche des zu fixierenden elektrischen
Bauteils zu verbessern, können an der Oberfläche des elektrischen Bauelementes
Ausnehmungen oder Vorsprünge vorgesehen sein, wodurch eine
Relativbewegung zwischen Bauteil und Gehäuse an der Klebeverbindung
ausgeschlossen werden kann. Ferner dient die Rippenstruktur an angrenzenden
Gehäuseteilen zur Erhöhung der effektiven Klebeverbindungsfläche zwischen
Kleberaupe und dem Gehäuse.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Schaltgerätes dargestellt.
Es zeigt die:
Fig. 1 ein zwischen Gehäusedach und Leiterplatte fixiertes elektrisches
Bauelement im Querschnitt und die
Fig. 2 eine Vorderansicht auf ein elektrisches Bauelement, welches mit der
Leiterplatte durch eine Haltevorrichtung und mit dem Gehäuse durch
eine Klebeverbindung verbunden ist.
Fig. 1 zeigt eine zwischen einer Leiterplatte 1 und einem Gehäuse 2 fixiertes
elektrisches Bauelement 11 im Querschnitt.
Eine Leiterplatte 1 ist auf ihrer Oberseite von einem Gehäuse 2 umschlossen,
welches ein Gehäusedach 3 und eine Gehäusewand 4 aufweist. An ihrer
Unterseite ist die Leiterplatte 1 von einer Abdeckwanne 7 umschlossen, welche
die durch die Leiterplatte 1 ragenden Kontaktstifte 17 eines elektrischen
Bauelementes und einen Stift einer Haltevorrichtung 19 gegen Verunreinigungen
abschirmen. Das Gehäuse 2 kann beispielsweise im Bereich des Gehäusedaches 3
mit einer Rippenstruktur 5 versehen sein, die aber auch an einer an das elektrische
Bauelement 11 angrenzenden Gehäusewand 4 vorgesehen sein. Die Ausprägung
der Rippenstruktur 5 ist in Fig. 2 im Querschnitt beispielhaft dargestellt.
Die Haltevorrichtung 19, die das elektrische Bauelement 19 teilweise umschließt,
ist mit zwei Stiften 22 in die Leiterplatte 1 eingelassen und verbindet dieses
mechanisch mit der Leiterplatte 1. Die elektrische Verbindung des elektrischen
Bauelementes 11 ist über zwei Kontaktstifte 17 gewährleistet, die an einem
Kontakt 16 des elektrischen Bauelementes 11 ausgebildet sind. An einer
anschlußseitigen Stirnseite 14 des elektrischen Bauelementes 11 ist ein
elektrischer Anschluß 18 vorgesehen, während eine rückwärtige Stirnseite 15 des
elektrischen Bauelements 11 der Gehäusewand 4 gegenüberliegt.
Neben der mechanischen Verbindung mit der Leiterplatte 1, die durch die das
elektrische Bauelemente 11 teilweise umschließende Haltevorrichtung 19 mit den
Stiften 22 gegeben ist, ist das elektrische Bauelement 11 mittels einer
Klebeverbindung 10 mit dem Gehäuse 2 verklebt. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist auf der Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11
eine Kleberaupe 10 aufgebracht, wodurch das Gehäusedach 3 und das elektrische
Bauelement 11 miteinander verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Befestigungsverfahren sieht zur. Berücksichtigung der
Anforderungen von Fertigungslinien zur Fertigung elektrischer Schaltgeräte in
großen Stückzahlen eine Vormontage dergestalt vor, daß ein das elektrisches
Bauelement 11 in eine Haltevorrichtung 19 vormontiert wird. Durch die
Vormontage ist während des Montageprozesses in der Fertigungslinie
sichergestellt, daß das elektrische Bauelement 11 über die Leiterplatte 1 in einer
bestimmten Position gehalten wird und durch das Eingreifen der Kontaktstifte 17
des Kontaktbleches 16 in die Leiterplatte 1 die elektrische Verbindung hergestellt
wird. Während des Fertigungsprozesses, während der Bestückung der
Leiterplatte 1 und dem Verlöten der Kontaktstifte 17 nimmt die
Haltevorrichtung 19 die auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen
auf, die während der Handhabung und der Wellenlötung auftreten können. Zur
Aufnahme der mechanischen Belastungen während des. Betriebes des
Schaltgerätes in einem Automobil, wird das elektrische Bauelement 11 gemäß des
erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Gehäuse 2 verklebt, so daß das
elektrische Bauelement 11 einerseits mittels der es teilweise umfangenden
Haltevorrichtung 19 mechanisch mit der Leiterplatte 1 verbunden ist, andererseits
mit seiner Oberfläche 12 durch eine Kleberaupe 10 mit dem Gehäuse 2 in
Verbindung steht. Somit ist das elektrische Bauelement 11 an zwei Stellen
gelagert, was zur Folge hat, daß die auftretenden mechanischen Belastungen
durch Erschütterungen und Temperaturwechsel in einem Automobil nicht
ausschließlich durch eine Lagerstelle aufgefangen werden müssen, sondern auf
zwei Lagerstellen verteilt werden können. Dadurch läßt sich die mechanische
Verbindung des elektrischen Bauelements 11 durch die Haltevorrichtung 19 derart
vereinfachen, daß unterhalb des zu fixierenden elektrischen Bauelements 11 neuer
zusätzlicher Bauraum 23 auf der Oberfläche der Leiterplatte 1 zur Verfügung
steht, der effizient durch das Anordnen weiterer Komponenten den Schaltgerätes
genutzt werden kann.
Durch die Lagerung des elektrischen Bauelements 11 an zwei Stellen läßt sich das
Eigenschwingungsverhalten der Leiterplatte 1 derart positiv beeinflussen, daß
nunmehr auch Beschleunigungssensoren für Airbag-Anwendungen in den
zusätzlichen Bauraum 23 auf der Leiterplatte 1 untergebracht werden können.
Eine Montage der Beschleunigungssensoren in dem zusätzlich auf der
Leiterplatte 1 zur Verfügung stehenden Bauraum 23 macht die Verwendung einer
weiteren, zweiten Leiterplatte obsolet. Durch das erfindungsgemäße
Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente lassen sich somit wesentlich
kompakt und kleiner bauende Schaltgeräte realisieren. Mittels des
vorgeschlagenen Befestigungsverfahrens lassen sich als elektrische Bauelemente
preiswertere und gängigere Standardtypen - beispielsweise
Elektrolytkondensatoren - einsetzen, deren Einsatz in Leiterplatten bisher nicht
möglich war, da durch ihre Masse und Bauform die Lötstellenbelastung zu hoch
war. Da nunmehr eine weitere Verbindungsstelle zur Aufnahme der auf das
Bauelement 11 einwirkenden mechanischen und thermischen Belastungen
geschaffen wurde, ist diese Begrenzung für die elektrischen Bauelemente 11
entfallen.
Fig. 2 zeigt die Vorderansicht eines elektrischen Bauelements 1 l, welches mit
der Leiterplatte 1 durch eine Haltevorrichtung 19 und mit dem Gehäuse 2 durch
eine Klebeverbindung 10 in Verbindung steht.
Im Gehäusedach 3 befindet sich eine Rippenstruktur 5, welche in ihrer
Ausprägung an die Oberflächenkontur 12 des zu fixierenden elektrischen
Bauelements 11 angepaßt ist. Bei zylindrischer Form des elektrischen
Bauelements 11 ist es zweckmäßig die Rippenstruktur 5 im Gehäusedach 3 derart
zu gestalten, daß die an die Oberfläche 12 heranreichenden Rippen 8
unterschiedlich ausgeführt sind. Zwischen dem Rippen 8 können einzelne
Taschen 9 vorgesehen sein, welche zur Aufnahme überschüssigen Klebstoffes
dienen und die effektive Klebefläche zwischen Gehäusedach 3 und Oberfläche 12
des elektrischen Bauelements 11 vergrößern. Die in Fig. 2 dargestellte
Rippenstruktur 5 kann auch an einer an das zu fixierende elektrische
Bauelement 11 angrenzenden Gehäusewand 4 des Gehäuses 2 vorgesehen sein,
wodurch sich ebenfalls zwei Lagerungsstellen zur Aufnahme der mechanischen
und thermischen Belastung erzielen lassen. Die Kleberaupe 10 zwischen der
Oberfläche 12 und dem Gehäusedach 3 besteht vorzugsweise aus Silikonkleber;
die das elektrische Bauelement 11 größtenteils umschließende
Haltevorrichtung 19 weist zwei Haltebacken 20 auf, die bis in die Nähe der Enden
der Kleberaupe 10 reichen, um ein Höchstmaß an mechanischer Belastbarkeit zu
sichern.
Am Fuße 21 der Haltevorrichtung 19 sind zwischen den Kontaktstiften 17
liegende Stifte 22 ausgebildet, mit denen die Haltevorrichtung 19 mechanisch mit
der Leiterplatte 1 verbunden ist. In der Darstellung gemäß Fig. 1 weist die
Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11 eine Ausnehmung 13 auf. Mittels
dieser Ausnehmung 13, die sich beispielsweise ringförmig erstrecken kann, kann
zwischen dem Klebstoff und der Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11
eine formschlüssige Verbindung erzielt werden, welche die mechanische
Belastbarkeit verbessert; anstelle der Ausbildung einer Ausnehmung 13 in der
Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11 kann auch ein Vorsprung in der
Oberfläche 12 ausgebildet sein, der in die Kleberaupe 10 hineinragend ebenfalls
zur Verbesserung des Formschlusses zwischen elektrischem Bauelement 11 und
Kleberaupe 10 beiträgt.
1
Leiterplatte
2
Gehäuse
3
Gehäusedach
4
Gehäusewand
5
Gehäuserippenstruktur
6
Gehäuserippe
7
Abdeckwanne
8
Rippen
9
Taschen
10
Kleberaupe
11
elektrisches Bauelement
12
Bauelementoberfläche
13
ringförmige Ausnehmung
14
anschlußseitige Stirnseite
15
rückwärtige Stirnseite
16
Kontaktblech
17
Kontaktstift
18
Anschluß
19
Haltevorrichtung
20
Haltebacken
21
Fuß
22
Stift
23
Bauraum
Claims (15)
1. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente (11) an Leiterplatten (1),
die von einem Gehäuse (2) umgeben sind, wobei die Bauelemente (11) von
einer Haltevorrichtung (19) gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß
das elektrische Bauelement (11) während der Montage und im Betrieb durch
eine Haltevorrichtung (19) in der Leiterplatte (1) gehalten wird und mit
einer Gehäusefläche (3, 4) des die Leiterplatte (1) umgebenden Gehäuse (2)
verbunden wird.
2. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß während des Montageprozesses in einer
Fertigungslinie das elektrische Bauelement (11) durch die
Haltevorrichtung (19) in einer definierten Position relativ zur
Leiterplatte (1) gehalten wird.
3. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die während des Montageprozesses
auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen von der
Haltevorrichtung (19) aufgenommen werden.
4. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Bauelement (11) an seiner
Oberfläche (12) mit einer Gehäusewand (3, 4) des Gehäuses (2) verklebt
wird.
5. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Bauelement (11) mit dem
Gehäusedach (3) des Gehäuses (2) verklebt wird.
6. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) und die Oberfläche (12) des
elektrischen Bauelementes (11) durch Auftrag einer Kleberaupe (10)
miteinander verbunden werden.
7. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kleberaupe (10) aus einem Silikonkleber
besteht.
8. Schaltgerät mit einer auf einer Leiterplatte (1) angeordneten elektrischen
Bauelementen (11), wobei die Leiterplatte (1) von einem Gehäuse (2)
umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (17)
enthaltenden elektrischen Bauelemente (11) einerseits über eine
Haltevorrichtung (19) in der Leiterplatte (1) arretiert sind und andererseits
mit dem Gehäuse (2) verbunden sind, welches eine an die Form des
elektrischen Bauelements (11) angepaßte Gehäusestruktur (5) aufweist.
9. Schaltgerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gehäuseflächen (3, 4) mit einer Rippenstruktur (5) versehen sind.
10. Schaltgerät gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäusedach (3) mit einer Rippenstruktur (5) versehen ist.
11. Schaltgerät gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Gehäuseseitenwand (4) mit einer Rippenstruktur (5) versehen ist.
12. Schaltgerät gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rippenstruktur (5) unterschiedlich dimensionierte Rippen (8) aufweist.
13. Schaltgerät gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rippenstruktur (5) zwischen den Rippen (8) vorgesehene einzelne
Taschen (9) umfaßt.
14. Schaltgerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zu
fixierenden Bauelement (11) Ausnehmungen (13) vorhanden sind, um den
Formschluß mit einer Klebeverbindung (10) zu verbessern.
15. Schaltgerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zu
fixierenden elektrischen Bauelement (11) Vorsprünge ausgebildet sind, um
den Formschluß mit einer Klebeverbindung (10) zu verbessern.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |