Beschreibung

Platine sowie Herstellung derselben

Die Erfindung betrifft eine Platine mit mindestens einer

Lötverbindung sowie ein Herstellungsverfahren einer solchen Platine .

Um elektronische Schaltungen vor widrigen Umwelteinflüssen, z.B. Witterung, zu schützen, werden diese oft vergossen. Hierbei besteht das Problem, dass übliche zum Verguss geeignete Materialien (z.B. Asphalt) von den eingebetteten elektronischen Komponenten verschiedene

Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dies führt zu einer starken Beanspruchung der betroffenen Lötverbindungen und im Extremfall zu einer Zerstörung derselben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere einen Ansatz vorzustellen, der eine effiziente und in weiten Temperaturbereichen stabile Möglichkeit zum Vergießen elektrischer Schaltungen mit üblichen Materialien ermöglicht .

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Platine angegeben mit mindestens einer Lötverbindung, wobei die mindestens eine Lötverbindung zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist.

Hierbei ist es von Vorteil, dass durch die mechanische Entkopplung eine verminderte Kraft auf die mindestens eine Lötverbindung wirkt.

Eine Weiterbildung ist es, dass mindestens eine Aussparung in der Nähe der mindestens einen Lötverbindung vorgesehen ist .

Vorteilhaft erfolgt durch die mindestens eine Aussparung eine mechanische Trennung und somit eine teilweise Entkopplung der mindestens einen Lötverbindung von der Platine.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass die mindestens eine Lötverbindung anhand eines Biegebalkens zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist. Dabei kann der Biegebalken als eine beidseitig (mit der Platine) fixierte Struktur oder als eine einseitig (mit der Platine) fixierte Struktur ausgeführt sein.

Hierbei kann die Struktur unterschiedliche Größe, Form, Dicke, etc. aufweisen. Beispielsweise kann die Struktur als eine im wesentlichen quaderförmige Struktur beispielsweise mit einem abgerundeten Teilbereich ausgeführt sein. Alternativ ist es möglich, dass die Struktur schneckenförmig ausgeführt ist.

Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lötverbindung auf einem federnden Teil der Platine angeordnet ist.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lötverbindung mittels Fräsens, Stanzens, ätzens und/oder Sägens zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist.

Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Platine zumindest teilweise in eines der folgenden Materialien eingebettet ist:

- Asphalt, insbesondere umfassend Quarz und/oder Sand;

- Plastik;

- Silikon;

- Polyurethan.

Insbesondere kann die Platine samt der auf ihr angeordneten Bauteile und Leitungen teilweise oder vollständig vergossen werden, um beispielsweise die elektronische Schaltung vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die vorstehend genannten Materialien können dabei als Vergussmaterialien eingesetzt werden.

Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist die Platine zumindest teilweise in ein thermisch leitfähiges Material eingebettet .

Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass die Platine als eine einfach beschichtete Platine oder als eine mehrfach beschichtete Platine ausgeführt ist.

Weiterhin wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst anhand eines Verfahrens zur Herstellung einer Platine umfassend den Schritt:

- mindestens eine Lötverbindung der Platine wird zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt.

Eine Ausgestaltung ist es, dass die mindestens eine Lötverbindung anhand mindestens eines der folgenden Verfahren zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt wird:

- Fräsen;

- Stanzen;

- ätzen;

- Sägen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.

Es zeigen :

Fig.l einen einseitig fixierten Kragbalken mit einem Lötauge, der zumindest teilweise von einer Platine mechanisch entkoppelt ist;

Fig.2 einen zweiseitig eingespannten Balken mit einem

Lötauge, der zumindest teilweise von einer Platine mechanisch entkoppelt ist;

Fig.3 eine "Schnecke" mit einem Lötauge, die zumindest teilweise von einer Platine mechanisch entkoppelt ist;

Fig.4 eine Tabelle, die für unterschiedliche

Belastungsfälle mögliche Berechnungsformeln für zugehörige Biegelinien, Durchbiegungen und Neigungen, umfasst;

Fig.5 eine Skizze, die einen Belastungsfall anhand des Superpositionsprinzip veranschaulicht .

Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es, dass mindestens eine Lötverbindung, z.B. ein sog. Lötauge, federnd aufgehängt ist und damit eine mechanische Beanspruchung desselben reduziert wird.

Vorteilhaft kann ein Biegebalken bereits im Layout bzw. Design der Platine (z.B. PCB, Printed Circuit Board) vorgesehen sein und im Rahmen der Herstellung der Platine gefräst, gestanzt, gesägt o.a. werden.

Die zumindest teilweise mechanische Entkopplung der mindestens einen Lötverbindung von der Platine kann auf unterschiedliche Arten realisiert werden. Beispielhaft wird

hier ein Biegebalken vorgestellt, der verschiedenartig ausgestaltet sein kann.

Fig.l zeigt einen einseitig fixierten Kragbalken 102 (Fall A) mit einem Lötauge 103, der zumindest teilweise von einer Platine 101 mechanisch entkoppelt ist.

Fig.2 zeigt einen zweiseitig eingespannten Balken 202 (Fall B) mit einem Lötauge 203, der zumindest teilweise von einer Platine 201 mechanisch entkoppelt ist.

Weiterhin zeigt Fig.3 eine "Schnecke" 302 (Fall C) mit einem Lötauge 303, die zumindest teilweise von einer Platine 301 mechanisch entkoppelt ist.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig.4 gezeigt, wie sich die Federkraft des Biegebalkens ändert, wenn das Lötauge einseitig statt zweiseitig fixiert wird.

Der zweiseitig eingespannte Balken 202 gemäß Fig.2 ist statisch unbestimmt. Dieser Fall kann nach einem Superpositionsprinzip gemäß Fig.5 anhand der beiden Belastungsfälle (II.) und (III.) gemäß Fig.4 dargestellt werden. Als Randbedingungen werden angenommen:

?(/(()) ^~ 0 und tr'(u) ^~ 0;

Für den Belastungs fal l ( I I I . ) aus Fig . 4 folgt : W ¹ _J11 I Q) - --;-^ λ/ und «>'„,(«) - --- ------- λcf

Für den Belastungsfall (II.) aus Fig.4 folgt:

In die Randbedingung

eingesetzt ergibt dies

Fa M 8

Für eine Biegung in der Mitte, d.h. an der Stelle a/2 ergibt sich:

£' 3 \ f 'i

^■ m(u/2) ~ -wn{a/2) + «v,/(<//2) - ^~~:

IHEI SE!

Für den einseitig eingespannten Balken 102 gemäß Fig.l

(Fall A) ergibt sich als eine Durchbiegung an einer Stelle a/2 unter Berücksichtigung der Fig.4:

iW^ ^ (2)

Ein Vergleich der Formel (1) mit der Formel (2) zeigt, dass bei einer vorgegebenen Kraft F die Durchbiegung im Fall A (Fig.l) achtmal größer ist als im Fall B (Fig.2) .

Wenn also ein vergossenes Bauteil die Lötstelle um eine

Strecke X bewegt, ist die Lötstelle im Fall A nur mit einer Kraft in Höhe von 1/8 beansprucht.

Entsprechend ist es möglich, den Fall B gemäß Fig.2 auf eine ganze Platine anzuwenden. Als ein

Flächenträgheitsmoment für einen Balken mit einem rechteckigen Querschnitt gilt:

b • W>

Somit kann die Platine beispielsweise fünfmal so breit wie der Biegebalken sein. Dies führt dazu, dass obiges Flächenträgheitsmoment fünfmal größer ist und folglich die Durchbiegung im Fall B gemäß Fig.2 nur ein Fünftel beträgt.

Insbesondere ist es ein Vorteil des hier vorgestellten Ansatzes, dass die Platine einschließlich der auf ihr angeordneten Bauteile oder Komponenten zumindest teilweise mit einem Vergussmaterial (z.B. Asphalt (insbesondere umfassend Quarz und/oder Sand) , Plastik, Silikon, Polyurethan) vergossen werden kann. Die unterschiedliche thermische Ausdehnung der Bauteile und Komponenten einerseits sowie des Vergussmaterials andererseits kann durch die mechanisch entkoppelten Lötverbindungen kompensiert werden, so dass die Lötverbindung selbst keinen Schaden nimmt.

Die mechanische Entkopplung kann erreicht werden, indem auf der Platine beispielsweise Aussparungen in der Nähe der

Lötverbindung vorgesehen werden. Solche Aussparungen können im Herstellungsprozess der Platine, z.B. vor oder nach dem ätzen, insbesondere aber vor einer Bestückung der Platine mit Bauelementen, vorgesehen werden. Auch ist es möglich, die mechanische Entkopplung nach (teilweiser) Bestückung der Platine vorzusehen.

Insbesondere kann die mechanische Entkopplung der mindestens einen Lötverbindung zumindest teilweise von der Platine anhand eines der folgenden Verfahren erfolgen (ggf. sind auch mehrere dieser Verfahren im Kombination anwendbar) : Fräsen, Stanzen, ätzen und Sägen.