Nagel, Michael (Propsteiststrasse 195, Nürnberg, 90455, DE)
Martin, Jürgen (Dr. Mauderer-Strasse 2, Ingolstadt, 85049, DE)
Schlenker, Roberto (Dientzenhoferstrasse 8, Ingolstadt, 85049, DE)
Nagel, Michael (Propsteiststrasse 195, Nürnberg, 90455, DE)
Martin, Jürgen (Dr. Mauderer-Strasse 2, Ingolstadt, 85049, DE)
| 1. | Elektronische Baugruppe (1) mit einer Leiterplatte (2), die mit Leiterbahnen (6) versehen und zur Bildung einer elek tronischen Schaltung unter Verwendung eines geeigneten Lots mit einer Anzahl von SMDBauelementen (4) und/oder weiteren elektronischen und/oder elektromechanischen Bauteilen bestückt ist, wobei eine Anzahl von Verbindungen zwischen Leiterbahnen (6), Bauelementen und/oder Bauteilen über jeweils einen federbelasteten Kontaktbügel (12, 12 λ , 12", 12"λ) hergestellt ist. |
| 2. | Elektronische Baugruppe (1) nach Anspruch 1, bei der der jeweilige Kontaktbügel 12, 12 N , 12", 12" λ) unter Verwendung des Lots montiert ist. |
| 3. | Elektronische Baugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der jeweilige Kontaktbügel 12, 12 λ , 12", 12" λ) mit einer zugeordneten Druckfeder (18) beaufschlagt ist. |
| 4. | Elektronische Baugruppe (1) nach Anspruch 3, bei der die jeweilige Druckfeder (18) durch die Leiterplatte (2) hindurch geführt und an einer Gehäusewand (22) gegengelagert ist. |
| 5. | Elektronische Baugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der jeweilige Kontaktbügel 12, 12 λ , 12", 12 W \ federnd gefertigt und mit innerer Vorspannung montiert ist. |
| 6. | Elektronische Baugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der zumindest einer der Kontaktbügel 12, 12 λ , 12", 12"') an einer Versorgungsleiterbahn (8) montiert ist. |
| 7. | Elektronische Baugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, deren Kontaktbügel 12, 12 λ , 12", 12" λ) für eine Monta ge über einen Bestückungsautomaten geeignet geformt ist. |
| 8. | Verwendung einer elektronischen Baugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem ABS/ESPSystem eines Kraftfahrzeugs . |
Elektronische Baugruppe
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Baugruppe mit einer Leiterplatte, die mit Leiterbahnen versehen und zur Bildung einer elektronischen Schaltung unter Verwendung eines geeigneten Lots mit einer Anzahl von SMD- ( „Surface Mounted Device" ) -Bauelementen und/oder weiteren elektronischen und/o- der elektromechanisehen Bauteilen bestückt ist.
Derartige elektronische Baugruppen können insbesondere für einen Einsatz in elektronischen Steuergeräten, beispielsweise in Fahrdynamikreglern, ESP-Systemen oder ABS-Reglern, vorge- sehen sein. Je nach Anwendungszweck könnte bei derartigen Baugruppen durch fehlerhafte Bauteile wie beispielsweise Schalttransistoren, durcfT-Leiterplattenschluss oder durch Wassereintritt eine unzulässig hohe Verlustleistung in der Baugruppe auftreten. Diese Verlustleistung könnte in schweren Fällen zur vollständigen Zerstörung der Leiterplatte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Baugruppe der oben genannten Art anzugeben, die mit einfachen Mitteln in besonders hohem Maße gegen eine mögliche Entstehung von hoher Verlustleistung abgesichert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Anzahl von Verbindungen zwischen Leiterbahnen, Bauelementen und/oder Bauteilen auf der Leiterplatte über jeweils einen federbela- steten Kontaktbügel hergestellt ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine in besonders hohem Maße gegen eine Verlustleistungsentstehung abgesicherte Baugruppe für eine möglichst sofortige und selbsttätige Unterdrückung und Beseitigung ausgelegt sein sollte. Dabei sollte bei den durch die Verlustleistung auftretenden erhöhten Temperaturen unmittelbar die zur Brandent-
stehung beitragende erhöhte Verlustleistung defekter Bauelemente oder dergleichen schnellstmöglich eliminiert werden. Daher sollte für ein schnelles Abschalten des elektrischen Stromes eine Sicherung vorgesehen sein, die bei erhöhten Tem- peraturen von beispielsweise mehr als etwa 180 0 C sprungartig die elektrische Verbindung zwischen den betroffenen Leiterbahnen und/oder Bauelementen oder Bauteilen unterbricht. Um dies zu ermöglichen, wird die Erkenntnis genutzt, dass beim Auftreten derartig erhöhter Temperaturen die bei der Montage von Bauteilen oder dergleichen auf der Leiterplatte verwendeten Lotmaterialien üblicherweise zu schmelzen beginnen. Um dies zu den genannten Sicherungszwecken auszunutzen, sollte die Leiterplatte mit Kontaktbügeln versehen sein, die beim Schmelzen des Lotmaterials die Verbindung zwischen Leiterbah- nen oder dergleichen unterbrechen. Zu diesem Zweck sind die
Kontaktbügel federbelastet ausgeführt, so dass bei Nachlassen der mechanischen Verbindung infolge der Erweichung des Lots aufgrund der vorgehaltenen Federkraft ein selbsttätiges Lösen der Verbindung durch den jeweiligen Kontaktbügel eintritt. Der Kontaktbügel enthält dabei ein federndes Element, das den Kontaktbügel sprungartig von der Leiterplatte trennt, sobald das verwendete Lot eine Mindestfestigkeit unterschreitet.
Der Kontaktbügel könnte dabei auch unter Verwendung anderer geeigneter Materialien montiert sein, durch die sichergestellt ist, dass bei Erreichen oder Überschreiten einer vorgebbaren Mindesttemperatur die mechanische Verbindung zum Kontaktbügel gelöst wird und somit dieser zur Unterbrechung der stromseitigen Verbindung öffnen kann. Vorzugsweise ist der Kontaktbügel aber unter Verwendung des für die Montage der Bauelemente auf der Leiterplatte verwendeten Lots montiert, so dass dessen eintretendes Schmelzen bei ausreichend hohen Temperaturen zur Auslösung der Sicherungsfunktion über den Kontaktbügel herangezogen werden kann.
Um eine zuverlässige bedarfsweise Unterbrechung der durch den Kontaktbügel hergestellten elektrischen Verbindung zwischen
den jeweiligen Leiterbahnen und/oder Bauteilen zu gewährleisten, ist der Kontaktbügel vorteilhafterweise mit einer ausreichend hohen Federkraft belastet. Dazu kann der Kontaktbügel in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit einer zugeordne- ten Druckfeder beaufschlagt sein. Diese insbesondere als separates Bauteil ausgeführte Druckfeder ist vorzugsweise hinsichtlich ihrer Dimensionierungsparameter wie insbesondere der Federkraft, der zugeordneten Federwege und dergleichen an den vorgesehenen Einbauort und an die im Bedarfsfall für ein zuverlässiges Öffnen des Kontaktbügels erforderlichen Kräfte angepasst .
In einer derartigen Ausgestaltung kann die Druckfeder insbesondere durch ein zugeordnetes Loch oder eine Bohrung in der Leiterplatte hindurchgeführt sein, wobei die Druckfeder vorzugsweise an einer Gehäusewand, beispielsweise einem Gehäuseboden, gegengelagert ist. In einem derartigen Aufbau kann der Kontaktbügel insbesondere kraftlos und ohne Vorspannung unter Heranziehung herkömmlicher SMD-Technologien montiert werden, da während der Montage keine besonderen zusätzlichen Kräfte zur Fixierung des Kontaktbügels aufgebracht werden müssen. In einem anschließenden Montageschritt kann sodann die im Gehäuseboden oder einer ähnlichen weiteren Komponente gegengelagerte Druckfeder durch das unter dem Kontaktbügel befindliche Loch in der Leiterplatte hindurchgeführt und unter Vorspannung montiert werden.
Alternativ oder zusätzlich ist der jeweilige Kontaktbügel vorteilhafterweise federnd gefertigt und mit innerer Vorspan- nung montiert. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist ein besonders einfacher Aufbau ermöglicht, insbesondere da über den Kontaktbügel hinaus keine weiteren separaten Komponenten erforderlich sind. Der Kontaktbügel kann dabei derart ausgestaltet sein, dass er bereits bei der Montage seine innere Vorspannung erhält. Um den Kontaktbügel aber auch in SMD-
Technologie montieren zu können, sollte die Montage des Kontaktbügels auf der Leiterplatte ohne zusätzliche Verspan-
nungskräfte oder dergleichen möglich sein. Dazu ist der Kon- taktbügel vorteilhafterweise federnd gefertigt und für eine spannungslose Montage ausgelegt, wobei eine innere Vorspannung nach der Montage durch geeignete Verformung des Kontakt- bügeis aufgebracht wird.
Für eine besonders zuverlässige Sicherungsfunktion ist die elektronische Baugruppe vorteilhafterweise derart ausgelegt, dass bei Auftreten einer unerwarteten Temperaturerhöhung ge- zielt die Stromversorgung zur Leiterplatte oder zu einzelnen Bauteilen unterbrochen wird, da somit die Verlustleistung besonders wirkungsvoll und kurzfristig reduziert werden kann. Um dies zu gewährleisten, ist zumindest einer der Kontaktbügel vorteilhafterweise an einer Versorgungsleiterbahn mon- tiert, über die eine Stromeinspeisung oder -Zuführung zu den auf der Leiterplatte montierten Bauteilen erfolgt.
Für einen besonders gering gehaltenen Herstellungsaufwand der Baugruppe sind deren Komponenten und insbesondere auch die Kontaktbügel vorteilhafterweise für eine Montierbarkeit unter Rückgriff auf übliche Löt- und Bestückungsverfahren ausgelegt. ,Um dabei insbesondere auf herkömmliche und kostengünstige Bestückungskonzepte zurückgreifen zu können, ist der oder jeder Kontaktbügel vorteilhafterweise derart gestaltet, dass er in einem automatisierten Bestückungsprozess einsetzbar ist. Dazu ist der jeweilige Kontaktbügel vorteilhafterweise derart geformt, dass er wie an sich bekannte SMD-Bau- teile gegurtet oder magaziniert einem herkömmlichen Bestückungsautomat zugeführt werden kann .
Aufgrund der erreichbaren hohen Sicherheitsstandards der elektronischen Baugruppe gegenüber hohen Verlustleistungen und dadurch bedingten Schäden, wie beispielsweise Zerstörung der Leiterplatte ist die Baugruppe besonders zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug geeignet. Vorteilhafterweise wird die elektronische Baugruppe dabei in einem ABS- oder ESP-System eines Kraftfahrzeugs verwendet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Anbringung von federbelasteten Kontaktbügeln zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen Leiterbahnen und/oder Bauteilen auf der Leiterplatte beim
Auftreten erhöhter Temperaturen ein Aufschmelzen der Verbindungsstelle des Kontaktbügels zur Leiterplatte und damit einhergehend durch die federnde Ausgestaltung eine abrupte Unterbrechung der durch den Kontaktbügel hergestellten elektri- sehen Verbindung erreichbar ist. Damit kann auf der Baugruppe zuverlässig, abrupt und schnell die Energiezufuhr zur Leiterplatte insgesamt oder zu einzelnen Bauteilen unterbrochen werden, sobald eine unerwartete Temperaturerhöhung eintritt. Damit sind Folgeschäden infolge erhöhter Verlustleistung in der Baugruppe sicher vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-Fig. 1 schematisch eine elektronische Baugruppe,
Fig. 2 eine Ausführungsform einer Leiterplatte der Baugruppe nach Fig. 1 im Längsschnitt,
Fig. 3a, b Kontaktbügel der Leitplatte nach Fig. 2 im Detail, und
Fig. 4a bis 4c jeweils ausschnittsweise einen Kontaktbügel.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte elektronische Baugruppe 1 ist insbesondere zum Einsatz in elektronischen Steuerge- raten, wie beispielsweise in Fahrdynamikreglern, ABS-Reglern, ESP-Systemen oder anderen Fahrzeugsteuergeräten eines Kraft- ' fahrzeugs, vorgesehen. Sie umfasst eine Leiterplatte 2, die
mit einer Anzahl anwendungsspezifisch ausgestalteter SMD-Bau- elemente 4 und weiteren elektronischen und/oder elektromecha- nischen Bauteilen bestückt ist. Die SMD-Bauelemente 4 und gegebenenfalls die weiteren Bauteile sind unter Verwendung ei- nes geeigneten Lots auf . der Leiterplatte 2 montiert und über eine Vielzahl von Leiterbahnen 6, von denen im Ausführungsbeispiel lediglich einige exemplarisch dargestellt sind, geeignet miteinander verbunden.
Die Leiterplatte 2 kann dabei als einfache Leiterplatte oder auch als Leiterplatte mit mehreren Verdrahtungsebenen, wie beispielsweise als Zwei-, Vier- oder Mehrfachlayer, ausgestaltet sein. Zur Bespeisung der aktiven Komponenten mit Spannung und/oder Strom weist die Leiterplatte 2 zudem eine Anzahl von Leiterbahnen 6 auf, die als so genannte Versorgungsleiterbahnen 8 ausgestaltet sind. Diese sind insbesondere zum Anschluss einer externen Spannungsversorgung geeignet ausgebildet. Im Hinblick auf diesen Einsatzzweck sind die Versorgungsleiterbahnen 8 insbesondere hinsichtlich ihres Ma- terials und ihrer Dimensionierung geeignet gewählt.
Die Leiterplatte 2 ist aufgrund ihrer Auslegung gegen eine mögliche Entstehung hoher Verlustleistungen abgesichert. Zu diesem Zweck ist eine Anzahl von Verbindungen zwischen Leiterbahnen 6, Bauelementen 4 und/oder Bauteilen über jeweils einen federbelasteten Kontaktbügel 12 hergestellt, von denen in Fig. 1 lediglich einer dargestellt ist. Selbstverständlich können je nach Bedarf, Auslegung und Architektur der Baugruppe 1 aber auch noch weitere Kontaktbügel 12 an ge- eigneten Stellen der Leiterplatte 2 positioniert sein. Der
Kontaktbügel 12 ist unter Verwendung des auch zur Montage der Bauelemente 4 und weiteren Bauteile verwendeten Lots auf der Leiterplatte 2 montiert. Damit ist sichergestellt, dass bei auftretenden Temperaturen von mehr als der Schmelztemperatur dieses Lots (beispielsweise etwa 180 0 C) die Festigkeit der Verbindung des Kontaktbügels 12 mit der Leiterplatte 2 gravierend absinkt. Durch die Belastung des Kontaktbügels 12 mit
einer geeigneten Vorspannung tritt in diesem Fall ein sprungartiges Lösen des Kontaktbügels 12 von der Leiterplatte 2 auf, so dass die durch den Kontaktbügel 12 hergestellte Verbindung instantan unterbrochen wird. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, in dem der dort gezeigte Kontaktbügel 12 in eine Versorgungsleiterbahn 8 geschaltet ist, wird in diesem Fall somit unmittelbar die Stromversorgung der Leiterplatte 2 unterbrochen, so dass hohe Verlustleistungen sofort unterbunden werden .
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind verschiedene bevorzugte Varianten zur Montage des Kontaktbügels 12 auf der Leiterplatte 2 schematisch dargestellt. Der Kontaktbügel 12, der in seiner Ausführung dem in Fig. 1 gezeigten entspricht, weist einen metallischen Grundkörper 14 auf, der an seinen Enden 16 mit der Leiterplatte 2 verlötet ist. Innerhalb des Grundkörpers 14 ist eine Druckfeder 18 angeordnet, die unter Vorspannung montiert ist und sich einerseits am Grundkörper 14 und andererseits an der Leiterplatte 2 abstützt. Durch die Druckfeder 18 wird dabei eine ausreichend dimensionierte Vorspannung aufgebracht, die bei einer Schwächung der Verbindung der Enden 16 zur Leiterplatte 2 zu einem Ablösen des Grundkörpers 14 von der Leiterplatte 2 führen.
Der Kontaktbügel 12 λ ähnelt in seiner Ausgestaltung dem Kontaktbügel 12, wobei in diesem Fall die Druckfeder 18 aber durch ein zugeordnetes Loch 20 in der Leiterplatte 2 hindurchgeführt ist.
Die alternative Ausführungsform des Kontaktbügels 12" ist hingegen einstückig und ohne Rückgriff auf eine separate Druckfeder ausgestaltet. Dabei ist der Kontaktbügel 12" aus einem federnden Grundkörper 14 gebildet, der durch seine Formgebung eine geeignete innere Vorspannung aufweist. Der Kontaktbügel 12" wird dabei bereits im Herstellungsschritt geeignet geformt und vorgespannt und unter dieser Vorspannung auf der Leiterplatte 2 montiert.
Der Kontaktbügel 12 Λλλ hingegen, der ebenfalls ohne weitere Komponenten und ohne eine externe Druckfeder ausgeführt ist, wird zunächst vorspannungslos hergestellt, so dass er in be- sonders einfacher Weise auch in SMD-Technologie montierbar ist. Anschließend wird der Kontaktbügel 12" v zur Herstellung der gewünschten Federbelastung oder Vorspannung im bereits montierten Zustand verformt, wobei beispielsweise ein geeignet positionierter Pressstempel herangezogen werden kann.
Weitere Details der Varianten des Kontaktbügels 12 sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Fig. 3a zeigt den Kontaktbügel 12" λ unmittelbar vor seiner Montage. Der Kontaktbügel 12 " λ ist dabei bereits auf der Leiterplatte 2 befestigt, weist aber noch seine unverformte Grundform auf. In diesem Zustand kann der Kontaktbügel 12 " λ ohne Vorspannung und dementsprechend ohne nennenswerte externe Kräfte auf die Leiterplatte 2 aufgelötet werden. Um dem Kontaktbügel 12 " λ anschließend die zu Sicherungszwecken gewünschte Vorspannung aufzuprägen, wird er über einen Preßstempel 21 geeignet verformt. Dazu wird der Preßstempel 21 geeignet in Richtung des dargestellten Pfeils bewegt .
Fig. 3b zeigt hingegen die Kontaktbügel 12" und 12"' nach dem Auslösefall, also nachdem unerwünscht hohe Temperaturen aufgetreten sind. Dies führte zu einem Anschmelzen des Lots, mit dem die Kontaktbügel 12 λΛ , 12" λ jeweils auf der Leiterplatte 2 fixiert sind. Infolge der aufgeprägten Vorspannung hält diese Befestigung bei einem Erweichen des Lots nicht mehr stand, so dass der Kontaktbügel 12", 12" λ jeweils sprungartig löst und die von ihm hergestellte elektrische Verbindung unterbricht.
Fig. 4a zeigt den Kontaktbügel 12 λ unmittelbar vor seiner Montage. Wie dort erkennbar ist, wird der Grundkörper 14 des Kontaktbügels 12 x zunächst vorspannungslos auf der Leiterplatte 2 montiert, so dass dies insbesondere mit herkömmlichen SMD-Bestückungsmethoden erfolgen kann. Anschließend wird
die Druckfeder 18 durch, das Loch 20 in der Leiterplatte 2 hindurchgeführt. Die Druckfeder 18 ist dabei an einer Gehäusewand 22, beispielsweise einem Gehäuseboden, gegengelagert. Durch das Aufsetzen der Leiterplatte 2 auf die Gehäuse- wand 22 wird somit die Druckfeder 18 in Kontakt mit dem
Grundkörper 14 des Kontaktbügels 12 Λ gebracht, so dass die vorgesehene Federbelastung oder Vorspannung für den Kontaktbügel 12 λ entsteht .
In Fig. 4b ist der Kontaktbügel 12 λ ausschnittsweise in montiertem Zustand in Seiten- und in Vorderansicht dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass die Druckfeder 18 im montierten Zustand an der oberen Fläche des Grundkörpers 14 anliegt.
Grundsätzlich kann die durch die Federbelastung oder Nutzung einer vorgespannten Druckfeder 18 erreichte Sicherungsfunkti- on gegenüber erhöhten Temperaturen analog auch über entsprechende Montage von Bauelementen an sich erreicht werden. Dies ist beispielhaft in Fig. 4c gezeigt. Dort ist ein SMD-Bauele- ment 4 unter Verwendung eines geeigneten Lots auf der Oberfläche der Leiterplatte 2 montiert. Durch ein zugeordnetes Loch 20 ist auch hier eine Druckfeder 18 geführt, die an einer Gehäusewand 22 gegengelagert ist. Durch die somit erreichbare federbelastete Montage des SMD-Bauelements 4 kann somit auch dieses im Fall einer Temperaturerhöhung und einer damit einhergehenden Erweichung des Lotes von der Leiterplatte 2 abgehoben werden, so dass die Stromzufuhr zum Bauelement 4 unterbunden ist.
Bezugszeichenliste
1 elektronische Baugruppe
2 Leiterplatte
4 SMD-Bauelement
6 Leiterbahn
8 Versorgungsleiterbahn
10 Grundkörper
12, 12 \
12", 12" x Kontaktbügel
14 Grundkörper
16 Enden
18 Druckfeder
20 Loch in der Leiterplatt
21 Preßstempel-
22 Gehäusewand