DE10015046A1 - Schaltungsanordnung mit mindestens zwei Leiterplatten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit mindestens zwei übereinander angeordneten Leiterplatten, die durch Kontakte miteinander elektrisch verbunden sind, wobei zwischen den mindestens zwei Leiterplatten eine Kanäle aufweisende Trägerplatte angeordnet ist, und die Kanäle zur exakten Positionierung der auf mindestens einer Leiterplatte angeordneten Kontakte bei der gegenüberliegenden Leiterplatte ausgebildet sind, und wobei daß ein Kanal der Trägerplatte genau einen Kontakt aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit mindestens zwei übereinander angeordneten Leiterplatten, die durch Kontakte miteinander elektrisch verbunden sind, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE 44 20 527 bekannt ist.

Beim Entwurf von Schaltungsanordnung müssen häufig Vorgaben des zur Verfügung stehenden Bauraumes berücksichtigt werden, den eine Schaltungsanordnung bzw. ein Gehäuse der Schaltungsanordnung einnehmen kann. Dadurch wird es oft not­ wendig die Schaltungsanordnung auf mehreren übereinander angeordneten Leiter­ platten aufzubauen und diese durch Kontakte miteinander zu verbinden. Die Kontak­ te sind vorzugsweise in Bohrungen in den Leiterplatten angeordnet und beispiels­ weise durch ein Lötmittel mit Leiterbahnen der Leiterplatten verbunden. Zwischen den Leiterplatten wird dabei vorteilhaft eine elektrisch isolierend wirkende Träger­ platte angeordnet.

Eine derartige Trägerplatte ist aus der gattungsbildenden Druckschrift DE 44 20 527 bekannt, die ein Verbindungssystem zum Kontaktieren von Bauelementen auf Lei­ terplatten beschreibt. Dabei sind in die Trägerplatte Bohrungen für Pins der Bauele­ mente und für Kontaktstifte der Leiterplatte ausgebildet, die durch in den Bohrungen angeordneten Doppelfedern miteinander kontaktiert sind.

Der Hauptvorteil einer derartig ausgebildeten Trägerplatte besteht in der Trennbar­ keit der Verbindung zwischen dem Bauelement und der Leiterplatte.

Der wesentliche Nachteil dieser Trägerplatte liegt in der Kontaktierung durch die Doppelfedern, die durch mechanische Belastungen, beispielsweise durch Schwin­ gungen während dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs, zu Kontaktproblemen führen können.

Bei komplexen Schaltungsanordnungen, die zur Kontaktierung eine hohe Anzahl von Kontakten zwischen zwei Leiterplatten benötigen, wird der Aufwand für die genaue Plazierung und Ausrichtung der Kontakte so hoch, daß eine maschinelle Fertigung der Schaltungsanordnung nicht mit der geforderten Zuverlässigkeit durchführt wer­ den kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit minde­ stens zwei übereinander angeordneten Leiterplatten gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 anzugeben, durch welche die die Leiterplatten verbindenden Kon­ takte zuverlässig plaziert werden, so daß eine zuverlässige maschinelle Fertigung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst, wonach einem Kanal der Trägerplatte genau ein Kontakt zu­ geordnet ist, und wonach jeweils ein Ende der Kanäle zum Einfädeln der Kontakte ausgebildet ist, und wonach das andere Ende der Kanäle zur exakten Positionierung der Kontakte ausgebildet ist.

Von den Kanälen der Trägerplatte ist jeweils genau ein Ende trichterförmig oder ko­ nisch ausgebildet, wodurch das einfädeln der Kontrakte beim zusammensetzen zweier Leiterplatten vereinfacht wird.

Das nicht trichterförmig oder konisch ausgebildete Ende eines Kanals der Träger­ platte weist exakt den Querschnitt des Kontakts auf, wodurch der Kontakt exakt an der gegenüber liegenden Leiterplatte plaziert ist.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Kontakte als metallische, vorzugswei­ se vergoldete Kontaktstifte ausgebildet sind.

Ebenso können die Kontakte als elektronische Bauelemente ausgebildet sein, bei­ spielsweise Widerstände, Dioden oder Transistoren. Die zur Aufnahme dieser Kon­ takte vorgesehen Kanäle der Trägerplatte sind entsprechend dem Gehäuse der elek­ tronischen Bauelemente ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Trägerplatte Mittel zur elektromagnetischen Abschirmung der Leiterplatten und/oder der elektronischen Bauelemente angeordnet sind, beispielsweise ein mit dem Masseanschluß der Schaltungsanordnung verbundenes, in der Trägerplatte in­ tegriertes metallisches Netz.

Zudem können in der Trägerplatte Mittel zur Kühlung, zur Heizung und/oder zur thermischen Isolation der weiteren elektronischen Bauelemente angeordnet sein. Die Anschlüsse bzw. Kontakte dieser Mittel sind beispielsweise seitlich aus der Trä­ gerplatte herausgeführt.

In einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Trägerplatte eine plane Auflage der Leiterplatten bildet, wobei in der Trägerplatte exakte Ausspa­ rungen zur Aufnahme der auf den Leiterplatten angeordneten elektronischen Bau­ elemente ausgebildet sind. Dadurch stellt die Trägerplatte für die Leiterplatten eine plane Auflagefläche dar. Darüber hinaus können in der Trägerplatte weitere Ausspa­ rungen eingebracht sein, die der Gewichtsreduzierung dienen.

Zudem ist es vorteilhaft die Trägerplatte derart auszubilden, daß es auf die Schal­ tungsanordnung einwirkende Kräfte kompensieren kann. Beispielsweise werden die Aussparungen in der Trägerplatte so angeordnet, daß Verstrebungen entstehen. Ebenso können in der Trägerplatte zusätzliche, beispielsweise metallische Streben, angeordnet werden.

Das Verfahren zur Herstellung der Schaltungsanordnung erfolgt in den Verfahrens­ schritten:

Zuerst werden auf zumindest einer ersten Leiterplatte Kontakte angebracht, wobei gegebenenfalls alle Leiterplatten einer Schaltungsanordnung mit Kontakten be­ stückt werden. Dabei werden beispielsweise in die Leiterplatten im Bereich einer Leiterbahn Löcher gebohrt, in die jeweils ein Kontakt eingesetzt und mit der Leiter­ bahn verlötet wird. An den Punkten einer Leiterplatte, an denen Kontakte einer ge­ genüberliegenden Leiterplatte kontaktiert werden sollen, wird lediglich eine Bohrung eingebracht. Dabei sind die Kanäle der Trägerplatte so ausgebildet, daß das trich­ terförmig ausgebildete Ende jeweils zu der Seite hin ausgerichtet ist, von der ein Kontakt einer Leiterplatte auf die Trägerplatte aufgesetzt wird.

Danach werden die mit Kontakten bestückten Leiterplatten auf die Trägerplatte auf­ gesetzt und angedrückt. Dabei werden die Kontakte der Leiterplatten ausgerichtet. Das dem trichterförmig ausgebildeten Ende gegenüberliegende Ende der Kanäle ist mit besonderer Fertigungsgenauigkeit ausgebildet, wodurch die Kontakte exakt an den vorbestimmten Punkten bzw. Bohrungen der gegenüberliegenden Leiterplatte positioniert sind.

Anschließend werden gegebenenfalls Leiterplatten ohne Kontakte auf die Träger­ platte bzw. auf die über die Trägerplatte hinausragenden Kontakte einer gegenüber­ liegenden Leiterplatte aufgesetzt. Die Enden der auf einer Leiterplatte befestigten Kontakte enden exakt in den Bohrungen einer gegenüberliegenden Leiterplatte. Zum Schluß werden die in den Bohrungen einer Leiterplatte endenden Kontakte mit den jeweiligen Leiterbahnen der Leiterplatte beispielsweise durch Löten elektrisch kontaktiert.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bewirkt das zuverlässige Positionieren der elektrischen Kontakte zweier gegenüberliegender Leiterplatten, wodurch eine zuverlässige maschinelle Fertigung durchgeführt werden kann.

Im folgenden ist eine Schaltungsanordnung mit zwei übereinander angeordneten Leiterplatten, zwischen denen eine Kanäle aufweisende Trägerplatte angeordnet ist, die der Positionierung der Kontakte dienen, anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schnittbild durch eine in einem Gehäuse angeordnete Schal­ tungsanordnung mit zwei übereinander angeordneten Leiterplatten, zwischen denen zur Isolierung eine Kanäle aufweisende Trägerplatte angeordnet ist.

Fig. 2 ein schematische Darstellung der Leiterplatten und der Trägerplatte mit den Kanälen, durch die die Kontakte geführt und ausgerichtet sind.

In Fig. 1 ist eine in einem Gehäuse 1 angeordnete Schaltungsanordnung darge­ stellt. Die Schaltungsanordnung bildet beispielsweise das Steuergerät einer elek­ tromagnetischen Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine, bei der die Gaswechselventile der Brennräume nicht durch eine Nockenwelle sondern durch elek­ tromagnetischen Aktoren betätigt werden. Von dem Steuergerät werden die Zeit­ punkte zum Öffnen und Schließen der Gaswechselventile in Abhängigkeit der Kur­ belwellendrehzahl und des Kurbelwellendrehwinkels bestimmt.

Für eine kompakte Bauweise des Gehäuses 1 des Steuergerätes und zur Umsetzung des elektronischen Funktionsumfangs der Schaltungsanordnung sind eine erste Lei­ terplatte 2 und eine zweite Leiterplatte 3 übereinander angeordnet und durch ca. 250 Kontakte 4.1, 4.3 miteinander elektrisch verbunden. Als Kontakte 4.1, 4.3 wer­ den beispielsweise metallische, vorzugsweise vergoldete Kontaktstifte 4.1 verwen­ det, die vorzugsweise auf einer der beiden Leiterplatten 2, 3 in Bohrungen 4.2 befe­ stigt und mit auf der Leiterplatte befindlichen Leiterbahnen kontaktiert sind. Zudem können als Kontakte 4.1, 4.3 mehrpolige elektronische Bauelemente 4.3 verwendet werden, von den jeweils mindestens ein Pol die erste Leiterplatte 2 kontaktiert und mindestens ein weiterer Pol die zweite Leiterplatte 3 kontaktiert.

Zwischen der ersten Leiterplatte 2 und der zweiten Leiterplatte 3 ist eine vorgefer­ tigte Trägerplatte 5 angeordnet, das aus einen elektrisch isolierendem Polymer, bei­ spielsweise Polybutelenterrefftalat, besteht. Die Trägerplatte 5 wird beispielsweise durch einem Spritzgußverfahren hergestellt, bei dem in der Trägerplatte 5 Kanäle 5.1 entstehen, durch welche die Leiterplatten 2, 3 aufgebrachten Kontakte 4.1, 4.3 beim Aufsetzen der Trägerplatte 5 geführt und ausgerichtet werden. Dadurch wer­ den Mängel in der Fertigungsgenauigkeit beim Verbinden der Kontakte 4.1, 4.3 mit den Leiterplatten 2, 3 ausgeglichen, indem die Kanäle 5.1 der Trägerplatte 5 die Kontakte 4.1, 4.3 in ihre exakte Position zwängen. Das problemlose Aufsetzen und Kontaktieren der zweiten, für die ca. 250 Kontakte 4.1, 4.3 Bohrungen 4.2 aufwei­ senden Leiterplatte 3 auf die Kontakte 4.1, 4.3 der ersten Leiterplatte 2 ist somit gewährleistet. Dabei können vorteilhaft alle benötigten ca. 250 Kontakte 4.1, 4.3 zuerst mit beispielsweise der ersten Leiterplatte 2 kontaktiert sein, oder die Kontak­ te 4.1, 4.3 können beliebig auf beide Leiterplatten 2, 3 verteilt sein.

Zum vereinfachten Aufsetzen der Trägerplatte 5 auf die Kontakte 4.1, 4.3 tragenden Leiterplatten 2, 3 ist jeweils das einem Kontakt 4.1, 4.3 zugewandte Ende eines Ka­ nals 5.1 konisch oder trichterförmig ausgebildet.

Die Kanäle 5.1 der Trägerplatte 5 sind entsprechend der Form der Kontakte 4.1, 4.3 ausgebildet. Zur Aufnahme metallischer, vergoldeter Kontaktstifte 4.1 weisen die Kanäle 5.1 den gleichen Querschnitt der Kontaktstifte 4.1 auf, beispielsweise einen runden oder rechteckigen Querschnitt. Zur Aufnahme der mehrpoligen elektroni­ schen Bauelemente 4.3, beispielsweise Widerständen, Dioden oder Transistoren, stellen die Kanäle 5.1 entsprechen den Gehäusen dieser elektronischen Bauelemen­ te 4.3 geformte Hohlräume dar, wobei in der Regel ein Pol des elektronischen Bau­ elementes 4.3 durch einen kurzen Kanal geführt ist, wodurch die Plazierung dieses Pols gewährleistet ist.

Fig. 2 zeigt, daß die den Leiterplatten 2, 3 zugewandten Seiten der Trägerplatte 5 entsprechend der Oberfläche der Leiterplatten 2, 3 geformt sind. Dazu sind in der Trägerplatte 5 Aussparungen 5.2 ausgeformt, in welche sich die elektronischen Bau­ teile 6 einfügen, mit denen die Leiterplatten 2, 3 bestückt sind. Durch diese Maß­ nahme kommt ein großer Teil der Trägerplatte 5 direkt auf den Leiterplatten 2, 3 oder auf den elektronischen Bauteilen 6 zu Auflage, wodurch die Schaltungsanord­ nung eine hohe Biegesteifigkeit erhält und hohen einwirkenden Kräften Stand hält. Zudem können in der Trägerplatte 5 weitere Aussparungen ausgebildet sein, die der Gewichtsreduzierung dienen.

Bei der Verwendung elektromagnetisch strahlender Bauteile 6 oder solcher Bauteile 6, die mit einer hohen Frequenz getaktet sind, sind zur Vermeidung von Fehlfunktio­ nen der Schaltungsanordnung in der Trägerplatte 5 Mittel zur elektromagnetischen Abschirmung 7 eingearbeitet. Diese elektromagnetischen Abschirmung 7 kann bei­ spielsweise als engmaschiges metallisches Netz oder als metallische Folie ausgebil­ det sein, welche die Kanäle 5.1 der Trägerplatte 5 zur Vermeidung von Kurzschlüs­ sen aussparen. Die elektromagnetische Abschirmung 7 ist mit einem Massean­ schluß der Schaltungsanordnung verbunden und verhindert eine elektromagnetische Beeinflussung einer Leiterplatte 2, 3 durch die gegenüberliegende Leiterplatte 2, 3. Zudem kann die elektromagnetische Abschirmung 7 spezielle Ausformungen auf­ weisen, welche einen elektronischen Baustein 6 einer Leiterplatte 2, 3 und/oder ein als Kontakt 4.1, 4.3 fungierendes elektronisches Bauelemente 4.3 möglichst eng umschließen.

In der Trägerplatte 5 ist zudem eine Anordnung zur Kühlung 8 elektronischer Bau­ teile 6 der Schaltungsanordnung, beispielsweise von Leistungstransistoren, inte­ griert. Die Anordnung zur Kühlung 8 kann beispielsweise durch einen in die Träger­ platte 5 eingearbeiteten Kupferring mit Anschlüssen 9 ausgebildet sein, der von Kühlwasser durchspült wird. Die Anschlüsse 9 können vorteilhaft seitlich aus der Trägerplatte 5 herausgeführt werden. Alternativ könnte die Vorrichtung zur Kühlung als Miniaturlüfter ausgebildet sein, die entweder an der Schaltungsanordnung ange­ schlossen sind, oder separat an einer Stromquelle angeschlossen sind.

Gegebenenfalls können in der Trägerplatte 5 auch Mittel zum Erwärmen von Bau­ teilen der Schaltungsanordnung, beispielsweise temperaturabhängigen Widerstän­ den, angeordnet sein. Die elektrische Kontaktierung 10 eines Heizdrahtes können ebenfalls aus der Trägerplatte 5 herausgeführt sein.

Durch die vorgefertigte Trägerplatte 5 werden die auf der ersten Leiterplatte 2 und der zweiten Leiterplatte 3 angebrachten Kontakte 4.1, 4.3 zuverlässig bei den Boh­ rungen 4.1 der jeweils gegenüberliegenden Leiterplatte 2, 3 plaziert, wodurch eine maschinelle Serienfertigung zuverlässig durchführbar ist.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung mit mindestens zwei übereinander angeordneten Leiter­ platten (2, 3), die durch Kontakte (4.1, 4.3) miteinander elektrisch verbunden sind, wobei zwischen mindestens zwei der Leiterplatten (2, 3) eine Kanäle (5.1) aufweisende Trägerplatte (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß einem Kanal (5.1) der Trägerplatte (5) genau ein Kontakt (4.1, 4.3) zugeordnet ist, und daß jeweils ein Ende der Kanäle (5.1) zum Einfädeln der Kontakte (4.1, 4.3) aus­ gebildet ist, und daß das andere Ende der Kanäle (5.1) zur exakten Positionierung der Kontakte (4.1, 4.3) ausgebildet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Kanäle (5.1) zum Einfädeln der Kontakte (4.1, 4.3) trichterförmig oder ko­ nisch ausgebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Kanäle (5.1) zum Positionieren der Kontakte (4.1, 4.3) mit dem Quer­ schnitt des zu Positionierenden Kontaktes (4.1, 4.3) ausgebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontakte (4.1, 4.3) als metallische Kontaktstifte (4.1) ausgebildet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontakte (4.1, 4.3) als ein Gehäuse aufweisende elektronische Bau­ elemente (4.3) ausgebildet sind, und daß die diesen Kontakten (4.3) zugeordne­ ten Kanäle (5.1) der Trägerplatte (5) zur Aufnahme der Gehäuse der elektroni­ schen Bauelemente (4.3) ausgebildet sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Trägerplatte (5) Mittel zur elektromagnetischen Abschirmung (7) angeordnet sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeich­ net, daß auf der Leiterplatte (2, 3) elektronische Bauteile (6) angeordnet sind, und daß in der Trägerplatte (5) Mittel zur Kühlung (8) und/oder zur Heizung und/oder zur thermischen Isolation der elektronischen Bauteile (6) angeordnet sind, und daß Anschlüsse (9) und/oder elektrische Kontaktierungen (10) dieser Mittel aus der Trägerplatte (5) herausgeführt sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trägerplatte (5) Aussparungen (5.2) zur Aufnahme der auf den Lei­ terplatten (2, 3) angeordneten Bauteile (6) aufweist, und daß die Trägerplatte (5) weitere Aussparungen zur Gewichtsreduzierung aufweist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Aussparungen (5.2) die Trägerplatte (5) Verstrebungen ausgebildet sind, durch welche die Trägerplatte (5) zur Kompensation von auf die Leiterplatten (2, 3) einwirkenden Kräften ausgebildet ist.

10. Verfahren zur Herstellung der Schaltungsanordnung nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• - verbinden der Kontakte (4.1, 4.3) mit mindestens einer ersten Leiterplatte (2),
• - aufsetzen und andrücken der Trägerplatte (5) auf die Kontakte (4.1, 4.3) der ersten Leiterplatte (2), wobei die Kontakte (4.1, 4.3) ausgerichtet werden,
• - aufsetzen und andrücken einer mindestens zweiten Leiterplatte (3) auf die Trägerplatte (5) und auf die Kontakte (4.1, 4.3) der ersten Leiterplatte (2),
• - verbinden der Kontakte (4.1, 4.3) der ersten Leiterplatte (2) mit der minde­ stens zweiten Leiterplatte (3) und gegebenenfalls verbinden der Kontakte (4.1, 4.3) der mindestens zweiten Leiterplatte (3) mit der ersten Leiterplatte (2).