DE10022968A1

DE10022968A1 - Elektronikgerät

Info

Publication number: DE10022968A1
Application number: DE10022968A
Authority: DE
Inventors: Juergen Kurle; Kurt Weiblen; Stefan Pinter; Frieder Haag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2001-11-15
Also published as: CN1227958C; US20020149916A1; EP1283008A1; US6778400B2; CN1381161A; JP2003533056A; WO2001087029A1

Abstract

Der Vorschlag betrifft ein Elektronikgerät, umfassend ein Gehäuseteil mit wenigstens einer verschließbaren Öffnung und einem Steckerteil, in welchem Gehäuseteil eine Leiterplatte mit wenigstens einem darauf angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und elektrische Kontaktelemente angeordnet sind, welche mit dem Steckerteil elektrisch verbunden sind um im Gehäuseinnenraum zu der wenigstens einen Öffnung hin abstehende, parallel zueinander verlaufende Enden aufweisen, welche Enden durch Kontaktöffnungen der Leiterplatte hindurchgeführt und mit der Leiterplatte leitend verbunden sind. Zum Schutz von stoß- und vibrationsempfindlichen Bauelementen wird vorgeschlagen, die Kontaktelemente auf einem nicht in die Kontaktöffnungen eingeführten Teil ihrer Länge mit elastisch verformbaren Abschnitten zu versehen und die Leiterplatte durch die derart ausgestalteten Kontaktelemente federnd in dem Gehäuseteil zu lagern und zusätzlich über Dämpfungselemente zumindest mittelbar mit dem Gehäuseteil zu verbinden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Elektronikgerät mit den im Oberbe griff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Ein derartiges Elektronikgerät ist beispielsweise aus der WO 99/40285 bekannt. Das dort gezeigte Elektronikmodul weist ein Gehäuseteil mit einem Steckerteil auf, in welches Gehäuseteil eine mit elektrischen/elektronischen Bauelementen versehene Leiterplatte eingebracht ist, wobei im Inneren des Gehäuse teils mit dem Steckerteil verbundene Kontaktelemente mit ih ren Enden durch Kontaktöffnungen der Leiterplatte hindurchge führt und mit den Kontaktöffnungen elektrisch verbunden sind.

In letzter Zeit werden zunehmend Sensoren in Kraftfahrzeugen verwandt, die stoß- und vibrationsempfindliche Bauelemente umfassen, wie beispielsweise mikromechanisch hergestellte Halbleiter-Sensorelemente, welche durch Strukturieren in ei ner Ebene ausgebildete Halbleiterstrukturen umfassen, die me chanisch sehr empfindlich sind und bei harten Stößen schnell brechen. Wird eines dieser stoß- und vibrationsempfindlichen Bauelemente auf eine Leiterplatte bestückt und entsprechend dem oben beschriebenen bekannten Aufbau in ein Gehäuseteil eingebracht, wobei die Kontaktelemente des Gehäuseteils durch Kontaktöffnungen der Leiterplatte hindurchgreifen, so werden Stoß- und/oder Vibrationsbelastungen über die Kontaktelemente und die Befestigungselemente des Gehäuseteils ungedämpft auf die Leiterplatte und das Bauelement übertragen. Bei harten Stößen, wie sie bei einem Aufschlag nach einem freien Fall entstehen, werden die mikromechanischen Strukturen durch die dann wirkenden Trägheitskräfte über die Bruchgrenze des Mate rials hinaus deformiert und dadurch zerstört.

Vorteile der Erfindung

Durch das einfach und preiswert aufgebaute Elektronikgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 werden auf das Gehäuseteil einwirkende Erschütterungen und mechanische Stöße vorteilhaft nur stark gedämpft auf die Leiterplatte und die darauf befindlichen Bauelemente übertragen. Die Lei terplatte mit den elektronischen Bauelementen wird über die elektrischen Kontaktelemente, welche den Gehäusestecker mit der Leiterplatte elektrisch verbinden, federnd in dem Gehäu seteil gelagert. Zu diesem Zweck sind die Kontaktelemente mit elastisch verformbaren Abschnitten versehen. Von den Kontaktelementen getrennt hergestellte Dämpfungselemente dämpfen die Schwingung des Feder-Masse-Systems. Die Dämp fungselemente können hierbei insbesondere einen Tiefpaß bil den und verhindern die Übertragung von hochfrequenten Schwingungsanteilen auf die Leiterplatte und die darauf be findlichen Bauelemente. Da durch die elektrischen Kontakt elemente zugleich die Federaufhängung realisiert wird, müssen keine separaten Federelemente, wie beispielsweise Schrauben federn zur Lagerung der Leiterplatte in dem Gehäuseteil ver wandt werden. Die Fertigung des Elektronikgerätes ist ein fach und preiswert durchführbar, wobei die bisher verwandten Montagetechniken weiterhin verwandt werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung werden durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.

Dadurch, daß die nicht in die Kontaktöffnungen eingeführten elastisch verformbaren Abschnitte der Kontaktelemente wenig stens in einer Richtung senkrecht zur Leiterplatte, vorzugs weise aber in allen drei Raumrichtungen federelastisch aus lenkbar sind, kann je nach Bedarf eine federnde Lagerung der Leiterplatte in ein, zwei oder allen drei Raumrichtungen realisiert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leiterplatte durch die Öffnung des Gehäuseteils in Steckmontage auf die Enden der Kontaktelemente derart aufgesteckt ist, daß die Enden in die Kontaktöffnungen kontaktierend eindringen. Dies ist be sonders leicht und preiswert durchführbar, da dann ein Ver löten der Kontaktelemente mit den Kontaktöffnungen der Lei terplatte zur Herstellung des elektrischen Kontakts nicht notwendiger Weise erforderlich ist.

Vorteilhaft können Anschlagelemente vorgesehen sein, welche eine Auslenkung der elastisch verformbaren Abschnitte in Aufsteckrichtung der Leiterplatte auf die Enden der Kontakt elemente begrenzen. Durch die Anschlagelemente kann er reicht werden, daß die Kontaktelemente beim Aufstecken der Leiterplatte nur ein definiertes Stück in den Gehäuseinnen raum ausweichen. Sobald die elastisch verformbaren Abschnit te an die Anschlagelemente anstoßen, werden die Enden der Kontaktelemente durch die Kontaktöffnungen der Leiterplatte gepreßt.

Die Anschlagelemente können einfach und preiswert durch ei nen feststehenden Abschnitt der Kontaktelemente gebildet werden, welcher an einer Innenwand des Gehäuseteils anliegt, die der Gehäuseöffnung gegenüberliegt.

Die Stirnseiten der Leiterplatte sind durch einen Spalt von den Innenwänden des Gehäuseteils beabstandet, was eine ge wisse Bewegungsfreiheit der an den Kontaktelementen aufge hängten Leiterplatte im Gehäuseinnenraum ermöglicht. Die Dämpfungselemente können in diesen Spalt eingebracht sein und den Randbereich der Leiterplatte mit dem Gehäuseteil verbinden. Über die Spaltbreite und die Größe und Elastizi tät der Dämpfungselemente kann eine definierte Dämpfung ein gestellt werden.

Zusätzlich kann eine Innenwand des Gehäuseteils mit einer Stufe versehen sein, deren der Leiterplatte zugewandte Ober seite einen Anschlag für die Leiterplatte beim Aufschieben auf die Kontaktelemente bildet. Durch die Stufe wird er reicht, daß die Kontaktelemente mit einem definierten Teil ihrer Länge durch die Kontaktöffnungen dringen. Die Dämp fungselemente können dann auch zwischen der von der Gehäuse öffnung abgewandten Seite der Leiterplatte und dem Rahmen angeordnet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dämpfungselemente durch ein Elastomer, insbesondere ein Flüssig-Silikon- Kautschuk gebildet werden. Die Dämpfungselemente können in diesem Fall in einfacher Weise vor oder nach dem Aufstecken der Leiterplatte auf die Enden der Kontaktelemente mit einem Dispenser in das Gehäuseteil eingebracht werden. Über den Auftragungsort und die Menge des Elastomers kann die Dämp fung leicht eingestellt werden.

Vorteilhaft ist weiterhin, am Ort der Dämpfungselemente Fließstoppelemente zur Begrenzung des unmittelbar nach sei ner Auftragung noch fließfähigen Flüssig-Silikon-Kautschuks vorzusehen.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung er läutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Elektronikgerät nach einem ersten Ausführungsbei spiel der Erfindung, während des Aufsteckens der Leiterplatte auf die Kontaktelement,

Fig. 2 das Elektronikgerät aus Fig. 1 nach dem Einbau der Leiterplatte,

Fig. 3 ein Elektronikgerät nach einem zweiten Ausführungsbei spiel der Erfindung, während des Aufsteckens der Leiterplatte auf die Kontaktelement,

Fig. 4 das Elektronikgerät aus Fig. 3 nach dem Einbau der Leiterplatte.

Fig. 5 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Elektronikge rät bei entferntem Gehäusedeckel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektronikgerätes dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Sensor, beispielsweise einen Beschleuni gungssensor, welcher ein stoß- und vibrationsempfindliches elektronisches Bauelement umfaßt, beispielsweise ein mikrome chanisches Halbleiter-Sensorelement. Der erfindungsgemäße Aufbau des Elektronikgerätes ist aber auch bei anderen Elek tronikgeräten einsetzbar, welche ein Gehäuseteil mit einer darin angeordneten, mit wenigstens einem stoß- und vibrati onsempfindlichen elektrischen und/oder elektronischen Bauele ment versehene Leiterplatte umfassen.

Das dargestellte Elektronikgerät umfaßt ein Gehäuseteil 1 mit einem Gehäuseboden und vier Seitenwänden. Eine dem Gehäusebo den gegenüberliegende Einbauöffnung 3 ist mit einem Gehäuse deckel 2 verschließbar. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, weist das Gehäuseteil 1 ein von außen zugängliches Steckerteil 6 mit Steckerstiften 16 zum Anschluß des Gerätes an beispiels weise einen Kabelbaum auf. Die Steckerstifte 16 sind über elektrische Leitungsverbindungen 17 mit Kontaktelementen 10 aus Metall im Gehäuseinnenraum verbunden, deren Enden 12 von der Innenseite 7 des Gehäusebodens senkrecht zu der Öffnung 3 hin abstehen. Die Steckerstifte 16, Leitungsverbindungen 17 und Kontaktelemente 10 können einstückig als metallische Ein legeteile, beispielsweise als Stanzteile gefertigt sein. Das Gehäuseteil 1 kann in einfacher Weise im Spritzgußverfahren aus Spritzgußmasse hergestellt werden.

Die Seiteninnenwände des Gehäuseteils 1 sind mit einer umlau fenden Stufe 30 versehen. Die Kontaktelemente 10 weisen einen Abschnitt 14 auf, welcher an der Innenseite 7 des Gehäusebo dens eben anliegt und mit den Leitungsverbindungen 17 verbun den ist. Zusätzlich kann der Abschnitt 14 mit dem Gehäusebo den mechanisch fest verbunden sein. Von dem Abschnitt 14 ste hen seitliche Schenkel 18 zur Öffnung 3 des Gehäuseteils hin ab, die über einen jochartigen Abschnitt 13 miteinander ver bunden sind. Die Abschnitte 14,18 und 13 der Kontaktelemente 10 schließen im Querschnitt eine Ausnehmung 33 ein. Wenig stens die Abschnitte 13 und 18 sind dabei elastisch verform bar ausgebildet. Von dem Abschnitt 13 steht weiterhin jeweils ein Abschnitt 11 senkrecht zur Öffnung 3 und zur Innenwand 7 gerichtet ab. Verdickte Wandabschnitte am Ende 12 des Ab schnitts 11 dienen als Kontaktzonen beim Einpressen der Kon taktelemente 10 in Kontaktöffnungen 8 einer Leiterplatte 4. Die Leiterplatte kann beispielsweise ein konventionelles Epoxydharzsubstrat, eine Keramikplatte oder ein anders be kanntes Trägersubstrat für elektronische Bauelemente sein.

Sie ist auf ihrer Oberseite mit dem wenigstens einen stoß- und vibrationsempfindlichen elektrischen und/oder elektroni schen Bauelement 5 versehen. Das Bauelement 5 ist über Lei terbahnen 9 mit vier hohlzylinderförmigen Kontaktöffnungen 8 verbunden, welche als Durchkontaktierungen ausgebildet sind und der Aufnahme der Enden 12 der Kontaktelemente 10 dienen. Weiterhin sind Dämpfungselemente 20 vorgesehen. Diese können aus Gummi oder Flüssig-Silikon-Kautschuk oder einem anderen zur Dämpfung geeigneten Material bestehen.

Bei der Herstellung des Gerätes wird folgendermaßen vorgegan gen. Nach der Bereitstellung des mit den Kontaktelementen 10, dem Steckerteil 6 und den Leitungsverbindungen 17 versehene Gehäuseteil 1 werden die Dämpfungselemente 20 auf die der Öffnung 3 zugewandte Oberseite der Stufe 30 aufgelegt. Sie können dort auch festgeklebt oder in sonstiger Weise befe stigt werden. Anschließend wird die Leiterplatte 4 durch die Öffnung 3 auf die Kontaktelemente 10 aufgesteckt. Sobald da bei die Leiterplatte 4 die Enden 12 der Kontaktelemente 10 berührt, weichen diese zunächst in Aufsteckrichtung der Lei terplatte in den Gehäuseinnenraum aus, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Dabei werden die elastischen Abschnitte 13 und 18 deformiert. In einem Ausführungsbeispiel wird der Ab schnitt 13 deformiert bis er an dem als Anschlagelement vor gesehenen Abschnitt 14 der Kontaktelemente 10 anschlägt. Da bei werden gleichzeitig die Dämpfungselemente 20 zusammenge drückt. Da nun die Enden 12 der Kontaktelemente 10 nicht mehr weiter zurückweichen können, dringen sie in die Kontaktöff nungen 8 der Leiterplatte ein, bis die Leiterplatte 4 nicht mehr weiter zur Oberseite der Stufe 30 hin bewegt werden kann. Durch die Höhe der Stufe 30 wird dabei die Eindringtie fe der Enden 12 in den Kontaktöffnungen 8 festgelegt. In ei nem anderen Ausführungsbeispiel kann die Federkraft der ela stischen Abschnitte 13 auch so bemessen sein, daß die Enden 12 der Kontaktelemente 10 nur ein wenig ausweichen und dann in die Kontaktöffnungen 8 eindringen, ohne daß die Abschnitte 13 an den Abschnitten 14 zur Anlage gelangen.

Wird die beim Aufpressen auf die Leiterplatte einwirkende Zwangskraft abgestellt, so wird die Leiterplatte durch die elastische Federkraft der Abschnitte 13,18 der Kontaktelemen te 10 und durch die elastische Spannkraft der Dämpfungsele mente in die in Fig. 2 gezeigte Ruheposition befördert. In dieser Position sind die Stirnseiten der Leiterplatte 4 durch einen Spalt 19 von der Innenwandung des Gehäuseteils 1 beab standet. Die Leiterplatte 4 ist über die Kontaktelemente 10 federnd in dem Gehäuseteil 1 gelagert und zugleich elektrisch mit dem Steckerteil 6 verbunden. Die Dämpfungselemente 20 verbinden die Leiterplatte 4 mit der Oberseite der Stufe 30. Die Öffnung 3 ist mit einem Gehäusedeckel 2 verschließbar. Auf das Gehäuseteil 1 übertragene Stoß- und Vibrationsbela stungen werden durch die schwingungsgedämpfte Federlagerung der Leiterplatte nur gedämpft auf das Bauelemente 5 übertra gen. Die Dämpfungselemente 20 sind dabei vorzugsweise so aus gelegt, daß sie einen mechanischen Tiefpaß bilden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Be zugsziffern versehen. Im Unterschied zu dem ersten Ausfüh rungsbeispiel weisen bei dem Elektronikgerät aus Fig. 3 die elastischen Abschnitte der Kontaktelemente 10 eine andere Form auf. Von einem als Anschlagelement vorgesehenen, fest stehenden Abschnitt 14, steht ein einzelner Schenkel 15 senk recht ab, an welchen sich ein weiterer zu dem Abschnitt 14 paralleler Abschnitt 13 anschließt. Die Abschnitte 13, 14, 15 bilden eine C-förmige federnde Kontur aus. Von dem Abschnitt 13 steht jeweils ein Abschnitt 11 senkrecht zur Innenwand 7 ab, dessen Ende 12 mit der Leiterplatte 4 kontaktiert ist. Die Elastizität der Kontaktelemente 10 in einer Richtung senkrecht zur Leiterplatte 4 resultiert hier im wesentlichen aus einer elastischen Verbiegung des Abschnitts 13 in bezug auf den Abschnitt 15. Die Leiterplatte kann aber auch bei ei ner elastische Torsion und/oder Verbiegung der elastischen Abschnitte 13,15 parallel zur Innenwand 7 ausgelenkt werden. Insgesamt ist deshalb durch die Kontaktelemente 10 in diesem Ausführungsbeispiel eine federelastische Auslenkung der Lei terplatte 4 in allen drei Raumrichtungen möglich. Weiterhin werden im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 und 2 in diesem Ausführungsbeispiel die Dämpfungselemente 20 erst nach dem Einbau der Leiterplatte 4 in das Gehäuseteil 1 eingebracht. Zunächst wird daher die Leiterplatte 4 mit den Kontaktöffnungen 8 auf die Enden 12 der Kontaktelemente 10 aufgeschoben, bis die Leiterplatte 4 an der Stufe 30 zur An lage gelangt. Beim Aufschieben stößt der Abschnitt 13 an den Abschnitt 14 an, so daß die Auslenkung des elastischen Ab schnitts in Aufsteckrichtung der Leiterplatte begrenzt wird und die Enden 12 in die Kontaktöffnungen eingepreßt werden können. Beim Loslassen federt die an den Kontaktelementen 10 festgelegte Leiterplatte 4 zurück. Erst jetzt werden die Dämpfungselemente 20 eingebracht. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, die Dämpfungselemente 20 in Form eines Elasto mers, insbesondere eines Flüssig-Silikon-Kautschuks, in den Spalt 19 zwischen den Stirnseiten der Leiterplatte 4 und dem Gehäuseteil 1 mit einem Dispenser einzubringen. Die Dämpfung wird hierbei über die Elastizität des Materials, den mit dem Material überbrückten Abstand und die Länge der eingebrachten Elastomerstreifen bestimmt. Zur genauen Einstellung der Länge der Elastomerstreifen dienen Fließstoppelemente 21. Diese können, wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt, durch Aus nehmungen in der Leiterplatte 4 und/oder der Gehäuseinnenwand ausgebildet sein. Durch die Fließstoppelemente wird die Aus dehnung des unmittelbar nach seiner Auftragung noch fließfä higen Flüssig-Silikon-Kautschuks 20 begrenzt.

Claims

1. Elektronikgerät, umfassend ein Gehäuseteil (1) mit wenig stens einer verschließbaren Öffnung (3) und einem Stecker teil (6), in welchem Gehäuseteil (1) eine Leiterplatte (4) mit wenigstens einem darauf angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelement (5) und elektrische Kon taktelemente (10) angeordnet sind, welche mit dem Stecker teil (6) elektrisch verbunden sind und im Gehäuseinnenraum zu der wenigstens einen Öffnung (3) hin abstehende, parallel zueinander verlaufende Enden (12) aufweisen, welche Enden (12) durch Kontaktöffnungen (8) der Leiterplatte (4) hin durchgeführt und mit der Leiterplatte leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (10) auf einem nicht in die Kontaktöffnungen (8) eingeführten Teil ihrer Länge mit elastisch verformbaren Abschnitten (13, 15, 18) versehen sind und daß die Leiterplatte (4) durch die derart ausgestalteten Kontaktelemente (10) federnd in dem Gehäuseteil (1) gelagert ist und zusätzlich über Dämp fungselemente (20) zumindest mittelbar mit dem Gehäuseteil (1) verbunden ist.

2. Elektronikgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch verformbaren Abschnitte (13, 15, 18) der Kontaktelemente (10) wenigstens in einer Richtung senkrecht zur Leiterplatte (4), vorzugsweise aber in allen drei Raum richtungen federelastisch auslenkbar sind.

3. Elektronikgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Leiterplatte (4) in Steckmontage auf die Enden (12) der Kontaktelemente (10) derart aufgesteckt ist, daß die Enden (12) in die Kontaktöffnungen (8) kontaktierend eindringen.

4. Elektronikgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (12) mit den Kontaktöffnungen (8) verlötet sind.

5. Elektronikgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß Anschlagelemente (14) vorgesehen sind, welche eine Auslenkung der elastisch verformbaren Abschnitte (13) in Aufsteckrichtung der Leiterplatte (4) auf die Enden (12) der Kontaktelemente (10) begrenzen.

6. Elektronikgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagelemente (14) durch einen feststehenden Ab schnitt der Kontaktelemente (10) gebildet werden, der an der der Öffnung (3) gegenüberliegenden Innenwand (7) des Gehäu seteils (1) anliegt.

7. Elektronikgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der Leiterplatte (4) durch einen Spalt (19) von den Innenwänden des Gehäuseteils (1) beabstandet sind.

8. Elektronikgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente (20) in den Spalt (19) eingebracht sind und den Randbereich der Leiterplatte (4) mit dem Gehäu seteil (1) verbinden. (Fig. 4)

9. Elektronikgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Gehäuse teils (1) eine Stufe (30) aufweist, deren der Leiterplatte (4) zugewandte Oberseite einen Anschlag für die Leiterplatte beim Aufschieben auf die Kontaktelemente (10) bildet.

10. Elektronikgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente (20) zwischen der von der Öffnung (3) des Gehäuseteils (1) abgewandten Seite der Leiterplatte (4) und der Oberseite der Stufe (30) angeordnet sind. (Fig. 2)

11. Elektronikgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente (20) ein Elastomer umfassen.

12. Elektronikgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß das Elastomer ein Flüssig-Silikon-Kautschuk ist.

13. Elektronikgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß am Ort der Dämpfungselemente (20) Fließstopp elemente (21) zur Begrenzung des unmittelbar nach seiner Auftragung noch fließfähigen Flüssig-Silikon-Kautschuks vor gesehen sind.