Titel KONTAKTIERUNGSANORDNUNG, ELEKTRONIKBAUGRUPPE UND VERFAHREN ZUR MONTAGE EINER ELEKTRONIKBAUGRUPPE

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktierungsanordnung zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Klemmverbinder und einem Fügepartner. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Elektronikbaugruppe, insbesondere mit einem Leistungsbauelement, bei dem die Kontaktierungsanordnung zur Anwendung kommt. Darüber hinaus zeigt die Erfindung ein Verfahren zur Montage der Elektronikbaugruppe.

Aus dem Stand der Technik sind Kontaktierungsanordnungen bekannt, bei denen ein entsprechender Fügepartner mit einem Verbindungselement auf einer Leiterplatte thermisch, insbesondere durch Löten oder Schweißen, verbunden wird. Darüber hinaus sind sogenannte kalte Kontaktierungstechniken bekannt, bei denen eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Kontakten erfolgt, beispielsweise durch Verpressen oder Verklemmen. Bei der thermischen Kontaktierung müssen die zu lötenden oder zu schweißenden Elemente während der Montage zugänglich sein, wofür entsprechender Bauraum in der Elektronikbaugruppe vorgehalten werden muss. Bei der kalten Kontaktierungstechnik bedarf es einer relativ genauen Positionierung des Fügepartners relativ zum entsprechenden Gegenstück, was den Montageprozess entsprechend aufwändig gestaltet.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kontaktierungsanordnung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Kontaktierung zwischen einem Klemmverbinder und einem zugehörigen Fügepartner durch einfaches Ineinanderstecken der Elemente erfolgt; es bedarf keiner Zugänglichkeit für eine etwaige Schweiß- oder Lötverbindung. Darüber hinaus ermöglicht die hier vorgestellte Kontaktierungsanordnung sehr große fertigungsbedingte oder konzeptbedingte Toleranzen hinsichtlich der relativen Positionierung von Klemmverbinder und Fügepartner. Bei der hier vorgestellten Kontaktierungsanordnung sind entsprechend große Kontaktflächen bzw. Leitungsquerschnitte möglich, so dass ohne weiteres eine Verwendung im Bereich der Leistungselektronik möglich ist. Es bedarf keiner komplexen Werkzeuge zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung. Darüber hinaus wird unmittelbar an der Leiterplatte (Schaltungsträger) der Kontakt hergestellt. Dadurch ergibt sich ein sehr platzsparender Aufbau. Diese Vorteile werden erreicht durch folgende Kontaktierungsanordnung zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Klemmverbinder und einem Fügepartner. Die Kontaktierungsanordnung umfasst eine Leiterplatte mit einer Aussparung. In der Ebene der Leiterplatte sind eine x- Achse und dazu senkrecht eine y-Achse definiert. Senkrecht zu x- und y-Achse erstreckt sich eine z-Achse. Parallel zu dieser z-Achse wird ein Fügepartner eingesteckt. Ferner umfasst die Kontaktierungsanordnung einen Klemmverbinder. Dieser Klemmverbinder ist an der Aussparung der Leiterplatte angeordnet. Insbesondere ist der Klemmverbinder mit der Leiterplatte verbunden und auf der Leiterplatte kontaktiert. Der Klemmverbinder erstreckt sich insbesondere über diese Aussparung und kann auf der Unter- oder Oberseite der Leiterplatte angeordnet sein. In der Mitte des Klemmverbinders befindet sich insbesondere ein Loch, das mit der Aussparung in der Leiterplatte fluchtet. Bei dem Loch im Klemmverbinder handelt es sich insbesondere um ein Durchgangsloch. Bei der Aussparung in der Leiterplatte kann es sich beispielsweise um eine Tasche oder ein Durchgangsloch handeln. Der Klemmverbinder weist zumindest ein flexibles Kontaktelement auf, das so ausgebildet ist, dass der Fügepartner bei gleichzeitiger Kontaktierung und Verformung des Kontaktelements durch den Klemmverbinder hindurchsteckbar ist. Beim Einstecken des Fügepartners ragt der Fügepartner auch in die Aussparung der Leiterplatte. Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, ob der Fügepartner zunächst durch den Klemmverbinder und dann in die Aussparung gesteckt wird, oder zunächst durch die Aussparung geführt wird und daraufhin in den Klemmverbinder eintritt. Der eingesteckte Fügepartner ist parallel zur y- Achse relativ zum Klemmverbinder und relativ zur Leiterplatte verschiebbar. Dabei gleitet der Fügepartner an dem zumindest einem Kontaktelement, vorzugsweise an allen vorhandenen Kontaktelementen. Demgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass die Kontaktelemente den Fügepartner nicht ringsum umgeben, wie dies beispielsweise bei einem stiftförmigen Fügepartner mit rundem Querschnitt der Fall wäre. Vielmehr sind die Kontaktelemente so angeordnet und der Fügepartner ist so ausgebildet, dass die Verschiebung des Fügepartners parallel zur y-Achse möglich ist und gleichzeitig ein Gleiten des Kontaktelements oder der mehreren Kontaktelemente am Fügepartner erfolgt. Dadurch ergibt sich in y-Richtung eine entsprechend große Toleranz hinsichtlich der relativen Positionierung von Fügepartner und Klemmverbinder.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Vorzugsweise weist der Klemmverbinder mehrere flexible Kontaktelemente auf. Vorzugsweise sind 2 bis 10 flexible Kontaktelemente vorgesehen. Besonders vorzugsweise ist der Fügepartner als Kontaktschwert ausgebildet. Das Kontaktschwert charakterisiert sich insbesondere dadurch, dass der Fügepartner in seinem Querschnitt (in der x-y-Ebene) eine Länge und eine Breite aufweist, wobei die Länge wesentlich größer als die Breite ist. Die Länge ist insbesondere zumindest dreimal so groß wie die Breite. Die Länge des Kontaktschwertes ist dabei parallel zur y-Achse definiert. Entsprechend erstreckt sich die Breite des Kontaktschwerts parallel zur x-Achse.

Der Fügepartner weist bevorzugt zwei gegenüberliegende Kontaktflächen auf. Insbesondere steht jede Kontaktfläche senkrecht zur x-Achse. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Fügepartner lediglich an diesen beiden Kontaktflächen kontaktiert ist. Insbesondere weist der Klemmverbinder hierzu zumindest zwei gegenüberliegende flexible Kontaktelemente auf. Dadurch liegt an jeder Kontaktfläche des Fügepartners zumindest eines der flexiblen Kontaktelemente an.

Zusätzlich zu den beiden gegenüberliegenden Kontaktflächen weist der Fügepartner vorzugsweise zwei gegenüberliegende Freiflächen auf. Die Kontaktflächen erstrecken sich in der x-y-Ebene vorzugsweise über die gesamte Länge des Kontaktschwerts. Entsprechend erstrecken sich die Freiflächen in derselben Ebene vorzugsweise über die relativ schmale Breite des Fügepartners. An diesen Freiflächen ist vorzugsweise vorgesehen, dass keine Kontaktierung erfolgt, insbesondere keine der Kontaktelemente anliegen. Dadurch ergibt sich eine sehr freie Beweglichkeit des Fügepartners parallel zur y-Achse bei gleichzeitigem Gleiten der Kontaktelemente an den beiden Kontaktflächen. Parallel zur x-Achse ist der Fügepartner vorzugsweise bei gleichzeitiger Verformung des zumindest einen Kontaktelements verschiebbar.

Bevorzugt ist die Kontaktierungsanordnung so ausgebildet, dass der Fügepartner relativ zum Klemmverbinder parallel zur y-Achse um zumindest 1 mm, vorzugsweise zumindest 2 mm, besonders vorzugsweise zumindest 3 mm, verschiebbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kontaktierungsanordnung so ausgebildet ist, dass der Fügepartner relativ zum Klemmverbinder parallel zur x-Achse um zumindest 1 mm, vorzugsweise zumindest 2 mm, besonders vorzugsweise zumindest 3 mm, verschiebbar ist. Dies wird insbesondere durch entsprechend große Ausgestaltung der Aussparung in der Leiterplatte bzw. des Lochs im Klemmverbinder erreicht.

Eine Verschiebbarkeit des Fügepartners relativ zum Klemmverbinder parallel zu z-Achse ergibt sich durch die entsprechend große Ausgestaltung des Fügepartners in dieser Richtung und dadurch, dass die elastischen Kontaktelemente an den Kontaktflächen gleiten und nicht etwa fest mit den Kontaktflächen verbunden sind.

Der Klemmverbinder ist vorzugsweise durch ein Blech gebildet. Insbesondere handelt es sich um ein Stanzblech. Besonders bevorzugt ist der Klemmverbinder ein einteiliges Bauteil. Besonders bevorzugt liegt der Klemmverbinder plan auf der Leiterplatte auf. Das Blech, aus dem der Klemmverbinder gebildet ist, erstreckt sich somit im Wesentlichen in der x-y-Ebene. Die Kontaktelemente können allerdings in einer zur z-Achse parallelen Richtung vorgebogen sein.

Besonders bevorzugt weist das zumindest eine Kontaktelemente, vorzugsweise alle verwendeten Kontaktelemente, eine Kerbe auf. Durch diese Kerbe kann die gewünschte Flexibilität des Kontaktelements bzw. dessen Federkraft eingestellt werden.

Wie beschrieben, weist der Klemmverbinder ein Loch auf, in das der Fügepartner eingesteckt wird. Dieses Loch wird vorzugsweise von einem Rahmen umgeben, der einteilig mit dem zumindest einen Kontaktelement, vorzugsweise mit allen verwendeten Kontaktelementen, gefertigt ist. Von dem Rahmen aus erstreckt sich das zumindest eine Kontaktelement, vorzugsweise alle verwendeten Kontaktelemente, parallel zur x-Achse in das Loch bzw. über das Loch. Der Klemmverbinder ist vorzugsweise als SMD-Bauteil mittels Oberflächenmontage auf der Leiterplatte befestigt und ist somit kontaktiert. SMD beschreibt hier ein Surface-mounted device bzw. oberflächenmontiertes Bauelement. Vorzugsweise ist der Klemmverbinder entlang seines gesamten Umfangs, also voll umfänglich und somit geschlossen ringförmig, mit der Leiterplatte kontaktiert. Durch diese voll umfängliche Kontaktierung und insbesondere auch durch eine symmetrische Ausgestaltung des Umfangs des Klemmverbinders werden störende Einflüsse bei Verwendung in einer Leistungselektronik bzw. bei entsprechenden Frequenzen vermieden.

Die Erfindung umfasst ferner eine Elektronikbaugruppe. Die Elektronikbaugruppe weist ein Gehäuse und zumindest ein elektrisches oder elektronisches Bauelement auf. Bei dem Bauelement handelt es sich insbesondere um ein Leistungsbauelement einer Leistungselektronik-Schaltung. Das Bauelement ist im Gehäuse angeordnet, insbesondere im Gehäuse befestigt. Des Weiteren weist die Elektronikbaugruppe eine der beschriebenen Kontaktierungsanordnungen auf. Der Fügepartner ist dabei elektrisch leitend mit dem Bauelement verbunden. Insbesondere ragt der Fügepartner aus dem Bauelement heraus. Die Leiterplatte ist in das Gehäuse eingesetzt und der Fügepartner steckt in dem Klemmverbinder. Selbstverständlich können in der Elektronikbaugruppe mehrere Fügepartner und mehrere der Klemmverbinder verwendet werden.

Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Kontaktierungsanordnung beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und zugehörigen Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung bei der erfindungsgemäßen Elektronikbaugruppe.

Bei der Elektronikbaugruppe ist das Bauelement durch einfaches Einsetzen der Leiterplatte kontaktiert. Da die hier vorgestellte Kontaktierungsanordnung einen relativ großen Toleranzbereich hinsichtlich der Positionierung der Leiterplatte relativ zum Bauelement zulässt, ergibt sich eine einfache Gestaltung der Elektronikbaugruppe und eine einfache Montage.

Dementsprechend ist auch ein Verfahren zur Montage einer Elektronikbaugruppe, insbesondere der vorab beschriebenen Elektronikbaugruppe vorgesehen. Bei dem Verfahren zur Montage erfolgt zunächst ein Bereitstellen eines Gehäuses und einer Kontaktierungsanordnung. Dabei handelt es sich insbesondere um die vorab beschriebene Kontaktierungsanordnung. Im nächsten Schritt erfolgt ein Anordnen eines Bauteils in dem Gehäuse. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein Leistungsbauelement. Der Fügepartner ist elektrisch leitend mit dem Bauelement verbunden oder ragt insbesondere aus dem Bauelement heraus. Im nächsten Schritt erfolgt ein Einsetzen der Leiterplatte der beschriebenen Kontaktierungsanordnung in das Gehäuse bei gleichzeitigem Aufstecken des Klemmverbinders auf den Fügepartner. Daraufhin wird die Leiterplatte vorzugsweise mit dem Gehäuse verbunden, beispielsweise verschraubt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen

Kontaktierungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen

Kontaktierungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel,

Figur 3 ein Detail zu Figur 2, und

Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen

Elektronikbaugruppe mit der erfindungsgemäßen Kontaktierungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Ausführungsform der Erfindung

Im Folgenden wird anhand der Figuren 1 bis 3 eine Kontaktierungsanordnung 1 erläutert, die gemäß Figur 4 Bestandteil einer Elektronikbaugruppe 100 sein kann.

Gemäß den Figuren 1 bis 3 weist die Kontaktierungsanordnung 1 einen

Klemmverbinder 2, einen Fügepartner 3, ausgebildet als Kontaktschwert, und eine Leiterplatte 4 auf. Die Leiterplatte 4 erstreckt sich in der Ebene einer x-Achse 5 und einer y-Achse 6. Senkrecht zur x-Achse 5 und zur y-Achse 6 steht eine z-Achse 7.

Die Leiterplatte 4 weist eine Aussparung 8 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Durchgangsloch ausgestaltet ist. An dieser Aussparung 8 sitzt der Klemmverbinder 2.

Der Klemmverbinder 2 ist als einteiliges Bauteil aus Blech ausgebildet. Der Klemmverbinder 2 ist als SMD-Bauteil mittels Oberflächenmontage auf der Leiterplatte 4 befestigt und kontaktiert. Hierzu ist eine SMD-Verbindung 24 (siehe Figur 2) geschlossen ringförmig um den Klemmverbinder 2 ausgebildet.

Der Klemmverbinder 2 weist einen Rahmen 9 auf, der ein Loch 10 umgibt. Das Loch 10 fluchtet mit der Aussparung 8 der Leiterplatte 4. Vom Rahmen 9 aus erstrecken sich mehrere flexible Kontaktelement 11 über bzw. in das Loch 10. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf einer Seite ein Kontaktelement 11 vorgesehen, dem auf der anderen Seite zwei Kontaktelemente 11 gegenüberliegen.

Der Klemmverbinder 2 liegt plan auf der Leiterplatte 4 auf. Die Kontaktelemente 11 erstrecken sich parallel zur x-Achse 5 und sind in einer zur z-Achse 7 parallelen Richtung vorgebogen. Zur Einstellung der Federkraft der Kontaktelemente 11 weisen diese jeweils eine Kerbe 12 (siehe Figur 3) auf.

Der als Kontaktschwert ausgebildete Fügepartner 3 weist zwei gegenüberliegende Kontaktflächen 13 auf. Die Kontaktflächen 13 stehen senkrecht zur x-Achse 5. An diesen Kontaktflächen 13 liegen die Kontaktelemente 11 gleitend an.

Des Weiteren weist der Fügepartner 3 zwei gegenüberliegende Freiflächen 14 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel senkrecht zur y-Achse 6 stehen. Entgegen der schematischen Darstellung in Figur 1 können diese Freiflächen 14 aber beispielsweise auch rund ausgestaltet sein. An den Freiflächen 14 liegen keine Kontaktelemente 11 an. Dadurch ergibt sich eine freie Beweglichkeit des Fügepartners 3 parallel zur y-Achse 6 bei gleichzeitigem Gleiten der Klemmelemente 11 an den beiden Kontaktflächen 13. Auch bei einer Bewegung des Fügepartners 3 parallel zur z-Achse 7 gleiten die Kontaktelemente 11 an den beiden Kontaktflächen 13. Bei einer Bewegung des Fügepartners 3 parallel zur x-Achse 5 erfolgt eine möglichst elastische Verformung der Kontaktelemente 11.

Figur 1 zeigt eine lichte Weite 20 parallel zur y-Achse 6 des Lochs 10 bzw. der Aussparung 8. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Loch 10 etwas größer als die Aussparung 8, so dass die Aussparung 8 die lichte Weite 20 vorgibt.

Darüber hinaus zeigt Figur 1 einen Abstand der beiden Kontaktelemente 11. Der Fügepartner 3 weist parallel zur x-Achse 5 eine Breite 22 auf, die wesentlich kleiner ist als seine parallel zur y-Achse 6 definierte Länge 21.

Die lichte Weite 20 ist wesentlich länger ausgestaltet als die Länge 21 des Fügepartners 3, so dass der Fügepartner 3 parallel zur y-Achse 6 möglichst weit verschiebbar ist. Insbesondere beträgt die lichte Weite 20 zumindest 110% der Länge 21.

Die Länge 21 ist im Vergleich zum Abstand 23 möglichst groß gewählt, so dass trotz Verschieben des Fügepartners 3 parallel zur y-Achse 6 möglichst beide Kontaktelemente 11 in Kontakt mit der Kontaktfläche 13 bleiben. Insbesondere beträgt die Länge 21 zumindest 110% des Abstands 23.

Figur 4 zeigt in einem rein schematischen Schnitt die Elektronikbaugruppe 100. Die Elektronikbaugruppe 100 umfasst ein Gehäuse 102, in dem ein Bauelement 101 , insbesondere ein Leistungsbauelement, angeordnet ist. Aus dem Bauelement 101 erstreckt sich der Fügepartner 3. Insbesondere ist der Fügepartner 3 fest mit dem Bauelement 101 verbunden. Durch einfaches Aufsetzen der beschriebenen Leiterplatte 4 erfolgt die Kontaktierung zwischen Fügepartner 3 und Klemmverbinder 2.