DE10026756C2 - Elektrische Schaltung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Schaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine elektrische Schaltung aus der DE 197 16 012 A1 bekannt, bei der eine Leiterplatte von einer Moldmasse umgeben ist, so dass auch elektrische Bauteile von der Moldmasse eingeschlossen sind, um ein Eintreten von Feuchtigkeit während der Bearbeitung der Leiterplatte bzw. während des Betriebes einer auf der Leiterplatte angeordneten Schaltung zu vermeiden. Dabei muß jedoch die Ausformung der Moldmasse an das Gehäuse angepaßt werden, wodurch ein Arbeitsgang für eine Formgebung der Moldmasse und eine entsprechende Zeit für eine Aushärtung der Moldmasse während der Fertigung erforderlich wird. Weiterhin ist bekannt, eine Störung einer an einer Leiterplatte angeordneten elektrischen Schaltung durch Feuchtigkeit mittels Aufbringen von speziellen Lacken auf die Leiterplatte zu vermeiden. Hierdurch ist jedoch ein Arbeitsgang für die Belackung erforderlich.

Aus der DE 195 16 548 A1 ist eine Abdeckkappe für elektronische Bauelemente bekannt, die ein auf einer Grundplatte angeordnetes elektronisches Bauelement abdeckt. Die Abdeckkappe ist durch Kleben, Löten oder Verrasten mit der Grundplatte, die das elektronische Bauelement trägt, fest verbunden. Mit der Abdeckplatte wird ein elektronisches Modul gebildet, das wie ein normales Bauelement auf einer Leiterplatte montiert werden kann. Ferner ist aus der DE 196 13 587 A1 eine Anordnung zur Blockierung der elektromagnetischen Abstrahlung von Leiterkarten und integrierten Schaltkreisen bekannt, bei der eine Leiterkarte mit leifähigen Flächen zur Abschirmung abgedeckt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Schaltung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einen Formgebungsschritt für eine Moldmasse oder auf einen Belackungsschritt verzichtet wird, indem die elektrischen Bauteile durch eine Abdeckung abgedeckt werden und durch die Abdeckung ein Luftvolumen zwischen der Abdeckung und der Leiterplatte eingegrenzt wird, das keinen Kontakt zu der Umgebungsluft hat. Bei Temperaturschwankungen der Umgebung, z. B. bei einem starken Abkühlen, kann sich nun in der Umgebungsluft vorhandene Luftfeuchtigkeit durch die Trennung von Umgebungsluft und eingegrenztem Luftvolumen nicht als Tau auf die Leiterplatte niederschlagen. Mögliche Funktionsstörungen durch auf der Leiterplatte niedergeschlagene Feuchtigkeit z. B. in Form von durch den Tau hervorgerufenen Kurzschlüssen können hierdurch vermieden werden. Zwischen der Abdeckung und der Leiterplatte entsteht dabei ein Kleinklima, dass von der Umgebungsluft der Leiterplatte durch die Abdeckung abgegrenzt wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei ferner, für bestimmte Bauteile, die an der Leiterplatte angeordnet sind, Durchbrüche in der Abdeckung vorzusehen, bei denen die Abdeckung bündig an die elektrischen Bauteile angeschlossen ist. Hierdurch kann die elektrische Schaltung in erfindungsgemäßer Weise für solche Schaltungen realisiert werden, für die frei zugängliche Bauteile, wie z. B. Steckerelemente, Schalter oder Kühlkörper, erforderlich sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch bzw. in dem nebengeordneten Anspruch angegebenen elektrischen Schaltung möglich. Besonders vorteilhaft ist, die Abdeckung aus einer flexiblen Folie auszubilden. Die flexible Folie kann sich an die Bauform verschiedener elektrischer Bauteile anpassen. Ferner führen Temperaturschwankungen nicht zu Rissen oder Verwerfungen der flexiblen Folie, durch die Umgebungsluft in das durch die Abdeckung geschaffene Kleinklima eindringen könnte. Außerdem kann eine flexible Folie einfach montiert werden, z. B. indem die flexible Folie von einer Rolle über eine bereits bestückte Leiterplatte gezogen wird. Ferner führt eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Abdeckung aus einer flexiblen Folie nur zu einer äußerst geringen Gewichtserhöhung der elektrischen Schaltung, da eine flexible Folie dünn und damit leicht ausgebildet werden kann.

Weiterhin ist vorteilhaft, die Abdeckung direkt an der Leiterplatte zu befestigen, da hierdurch eine Eingrenzung des Luftvolumens an der Leiterplatte selbst gewährleistet ist.

Weiterhin ist vorteilhaft, die Abdeckung zumindest schwach leitend auszuführen, da durch eine derartige Abdeckung einerseits die elektrische Schaltung vor elektromagnetischen Strahlen geschützt werden kann und andererseits eine elektromagnetische Abstrahlung der Schaltung zumindest abgeschwächt wird.

Weiterhin ist vorteilhaft, die Leiterplatte in einem Gehäuse anzuordnen und die Abdeckung zwischen der Leiterplatte und der Wand des Gehäuses anzuordnen. Hierdurch wird die Abdeckung vor einer Beschädigung geschützt.

Weiterhin ist vorteilhaft, die Abdeckung zwischen der Leiterplatte und Gehäusewänden einzuklemmen, da hierdurch auf zusätzliche Befestigungselemente für die Abdeckung verzichtet werden kann.

Weiterhin ist vorteilhaft, eine Abdeckung von elektrischen Bauteilen auf beiden Seiten der Leiterplatte vorzusehen, da hierdurch Montageplatz eingespart werden kann.

Weiterhin ist vorteilhaft, die erfindungsgemäße elektrische Schaltung in einem elektrischen Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zu verwenden, da Kraftfahrzeuge starken Temperaturschwankungen und Feuchigkeitsschwankungen ausgesetzt sind und die erfindungsgemäße elektrische Schaltung auf einfach zu realisierende Weise dazu verhilft, insbesondere die Anforderungen bezüglich einer Betauung im Fahrzeug zu erfüllen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Seitenansicht einer elektrischen Schaltung in einem Längsschnitt,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die in der Fig. 1 dargestellte elektrische Schaltung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung in einer Seitenansicht,

Fig. 4 ein Beispiel für eine Verwendung einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer an beiden Seitenflächen der Leiterplatte angeordneten Abdeckung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung dargestellt. Auf einer Leiterplatte 1 sind auf einer ersten Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 elektrische Bauteile angeordnet. Ein erstes elektrisches Bauteil 3 ist als ein Steckeranschluss ausgeführt. Ein zweites elektrisches Bauteil 4 ist als eine integrierte Halbleiterschaltung (IC) ausgeführt. Auf dem zweiten elektrischen Bauteil 4 ist ein Kühlkörper 5 aufgesetzt. Ferner ist an der Leiterplatte 1 ein drittes elektrisches Bauteil 6 sowie ein viertes elektrisches Bauteil 7 angeordnet. Weitere, auf der ersten Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 angeordnete elektrische Bauteile sind in der Fig. 1 nicht gezeigt. Die elektrischen Bauteile sind zumindest teilweise über Leiterbahnen 8 miteinander verbunden. Die Leiterbahnen 8 sind auf der ersten Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 aufgebracht, z. B. als geätzte Kupferleiterbahnen. Die Leiterplatte 1 ist in ein Gehäuse 9 eingesetzt. Das Gehäuse 9 weist eine Öffnung 10 für das erste elektrische Bauteil 3, den Steckeranschluss auf, der durch die Öffnung 10 zumindest teilweise aus dem Gehäuse 9 herausragt. Das Gehäuse 9 ist mit der Leiterplatte 1 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch in der Fig. 1 nicht gezeigte Schrauben verbunden. Die Leiterplatte 1 schließt an einem ersten Rand 11 sowie an einem zweiten Rand 12 der Leiterplatte 1 an das Gehäuse 9 an. Eine Abdeckung 20 ist auf der der ersten Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 zuweisenden Seite der Leiterplatte 1 von dem ersten Rand 11 zu dem zweiten Rand 12 gespannt. Die Abdeckung 20 ist dabei innerhalb des Gehäuses 9 angeordnet. Die Abdeckung 20 überspannt das dritte elektrische Bauteil 6, das vierte elektrische Bauteil 7 sowie die Leiterbahnen 8. Die Abdeckung 20 weist eine gestrichelt eingezeichnete erste Durchbrechung 21 und eine gestrichelt eingezeichnet zweite Durchbrechung 22 auf. Die erste Durchbrechung 21 ist in dem Bereich des ersten elektrischen Bauteils 3, dem Steckeranschluss, in die Abdeckung 20 eingebracht, so dass das erste elektrische Bauteil die Abdeckung 20 im Bereich der ersten Durchbrechung 21 durchstößt. Ebenso durchstößt das zweite elektrische Bauteil 4 die Abdeckung 20 in dem Bereich der zweiten Durchbrechung 22. Die Abdeckung 20 schließt dabei jeweils bündig und dabei möglichst luftdicht an das erste elektrische Bauteil 3 und das zweite elektrische Bauteil 4 an. Ein sich zwischen der Abdeckung 20 und der ersten Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 befindendes Luftvolumen 15 wird dabei zwischen der Leiterplatte 1 und der Abdeckung 20 eingeschlossen. Dies erfolgt dadurch, dass die Abdeckung 20 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel und umlaufend an Rändern der Leiterplatte zwischen der Leiterplatte 1 und dem Gehäuse 9 eingeklemmt ist. Durch das Einklemmen wird das Luftvolumen 15 eingegrenzt und von der Umgebungsluft abgeschlossen, so dass keine Luftfeuchtigkeit in das Luftvolumen 15 eindringen kann. Indem die Abdeckung 20 im Bereich der Durchbrechungen 21, 22 bündig an die sich in den Durchbrechungen befindlichen Bauteile anschließt, ist auch hier kein oder nur ein äußerst geringer Luftaustausch möglich.

Die Leiterplatte 1 ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem starren Kunststoffmaterial gefertigt. Die elektrischen Bauteile sind durch einen Lötprozeß vorzugsweise in der Form von SMD-Bauteilen mittels SMD-Technik auf die Leiterplatte aufgebracht. Die Leiterbahnen sind vorzugsweise durch einen Ätzvorgang oder durch einen Druckvorgang an der Leiterplatte 1 angebracht. Eine Funktionsweise der elektrischen Schaltung ist durch eine entsprechende Verbindung der elektrischen Bauteile und durch eine Funktionsweise dieser Bauteile gegeben. Ein Anschluss zu anderen Komponenten, z. B. zu einer Anzeigeeinheit oder zu einer Stromversorgung erfolgt über das erste elektrische Bauteil 3, den Anschlussstecker. Die elektrischen Bauteile sind als passive Bauteile oder als aktive Bauteile, z. B. als Halbleiterelemente ausgeführt. Der Kühlkörper 5 gibt überschüssige Wärme des zweiten elektrischen Bauteils 4 ab. Indem der Kühlkörper 5 außerhalb des Luftvolumens 15 angeordnet ist, wird eine Aufheizung des Luftvolumens 15 vermieden. Das Gehäuse 9 dient einem Berührungsschutz der Abdeckung 20 und der elektrischen Bauteile, so dass nicht versehentlich die Abdeckung 20 zerstört werden kann oder die elektrischen Bauteile beschädigt werden können. Das Gehäuse 9 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Die Abdeckung 20 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als eine flexible Kunststoffolie ausgeführt, z. B. aus Polyetylen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Kunststoffmaterial der Abdeckung 20 mit Graphit versetzt. In diesem Fall sind die elektrischen Bauteile gegenüber der Abdeckung 20 zu isolieren, z. B. durch eine geeignete Kunststoffummantelung der elektrischen Bauteile. Wird die Abdeckung 20 nun mit einem Bezugspotential verbunden, z. B. mit Masse, kann hierdurch eine Abschirmung der elektrischen Bauteile gegenüber elektromagnetischen Feldern realisiert werden. Eine entsprechende Abschirmung ist ggf. auf der der ersten Oberfläche 2 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 14 der Leiterplatte 1 anzubringen, vorzugsweise ebenfalls in der Form einer flexiblen Folie.

In der Fig. 2 ist eine Aufsicht auf die erste Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 dargestellt. Die Abdeckung 20 überspannt dabei die gesamte, dargestellte erste Oberfläche 2 und ist in der Fig. 2 nicht eingezeichnet. Die Position des Längsschnitts gemäß der Fig. 1 ist mit "I" bezeichnet. Hier und im folgenden bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. In das erste elektrische Bauteil, den Anschlussstecker, sind elektrische Anschlusskontakte 3' eingebracht, die von einem Stecker außerhalb des Gehäuses 9, das in der Fig. 2 ebenfalls nicht eingezeichnet ist, kontaktiert werden können. Die elektrischen Bauteile sind über Leiterbahnen 8 miteinander verbunden. Es sind aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung nur die Leiterbahnen mit einem Bezugszeichen versehen, die bereits in der Fig. 8 mit dem Bezugszeichen 8 versehen sind. Ferner sind auf der ersten Oberfläche 2 weitere elektrische Bauteile 7', 7" und 7''' angeordnet. Die nicht gezeigte Abdeckung schließt sich unmittelbar an eine Begrenzung des ersten elektrischen Bauteils 3 und des zweiten elektrischen Bauteils 4 an, dass unterhalb des Kühlkörpers 5 angeordnet ist.

In der Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung dargestellt. Auf einer Leiterplatte 1 sind ebenfalls elektrische Bauteile 30 angeordnet, die über Leiterbahnen 31 miteinander verbunden sind. Die elektrischen Bauteile 30 sind von einer Abdeckung 32 bedeckt, die z. B. aus einem Kunststoffmaterial ausgeführt ist. Bei dem in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 32 aus einem starren Kunststoffmaterial gefertigt. Die Abdeckung 32 ist an einer ersten Seite der Leiterplatte 1 über eine Schraube 33 in einer Bohrung 34 der Leiterplatte 1 befestigt. An einer anderen Seite der Leiterplatte 1 erfolgt eine Befestigung über einen an die Abdeckung 32 angeformten Rasthaken 35, der in eine weitere Bohrung 36 in die Leiterplatte 1 eingreift. Eine elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen 31 bzw. der elektrischen Bauteile 30 ist z. B. durch einen elektrischen Anschlusskontakt 37 möglich, der auf der zweiten Oberfläche 14 der Leiterplatte 1 angeordnet ist und der durch die Leiterplatte hindurch mit den Leiterbahnen 31 verbunden ist. Die Abdeckung 32 schließt bei dem in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Luftvolumen 38 möglichst luftdicht ein, um eine Abgrenzung von der Umgebungsluft ausserhalb des Luftvolumens 38 zu gewährleisten. In einem weiteren, in der Fig. 3 nicht gezeigtem Ausführungsbeispiel, können auch Leiterbahnen auf der ersten Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 unterhalb der Abdeckung 32 aus dem Bereich der Abdeckung 32 hinausführen. Durch eine geeignet groß gewählte Beabstandung der herausgeführten Leiterbahnen kann hierbei ein Kurzschluss durch eine Betauung zumindest weitgehend vermieden werden.

In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt. Von einem Sensor 42 werden Fahrzeugdaten, z. B. ein Geschwindigkeitssignal, ermittelt und über eine erste Datenleitung 41 an die elektrische Schaltung 40 weitergeleitet, die in erfindungsgemäßer Weise gemäß der Fig. 1 bzw. gemäß der Fig. 3 ausgeführt ist. In der elektrischen Schaltung 40 wird ein Ansteuerungssignal für eine Anzeigeeinheit 43 berechnet und über eine zweite Datenleitung 44 an die Anzeigeeinheit 43 weitergeleitet, in der die Fahrzeuggeschwindigkeit angezeigt wird. Die elektrische Schaltung 40 ist dabei z. B. im Dashboard oder im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet, so dass durch eine Abdeckung 20 bzw. 32 ein Schutz vor der Umgebungsluft des Fahrzeugs gewährleistet ist.

In einem weiteren in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in Abwandlung des zu der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels neben den auf der ersten Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 angeordneten Bauteilen 30' auf der zweiten Oberfläche 14 der Leiterplatte 1 elektrische Bauteile 30" angeordnet. Die elektrischen Bauteile 30' werden durch eine Abdeckung 32' und die elektrischen Bauteile 30" durch eine Abdeckung 32" abgedeckt. Die Leiterplatte kann so in erfindungsgemäßer Weise doppelseitig bestückt werden.

Claims (9)

1. Elektrische Schaltung mit einer Leiterplatte mit Leiterbahnen, wobei auf der Leiterplatte elektrische Bauteile angeordnet sind, wobei an einer Oberfläche (2) der Leiterplatte (1) eine Abdeckung (20) angeordnet ist, wobei die elektrischen Bauteile (3, 4, 6, 7) durch die Abdeckung (20) zumindest teilweise bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abdeckung (20) Durchbrüche (21, 22) zur Aufnahme zumindest eines Teils der elektrischen Bauteile eingebracht sind, dass in einem Bereich der Durchbrüche (21, 22) elektrische Bauteile (3, 4) die Abdeckung (20) kontaktierend und durchstoßend an der Leiterplatte (1) angeordnet sind und dass zwischen der Abdeckung (20) und der Leiterplatte (1) ein Luftvolumen (15) eingegrenzt ist.

2. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (20) eine flexible Folie ist.

3. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (20, 22) an der Leiterplatte (1) befestigt ist.

4. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (20) zumindest schwach elektrisch leitend ist, vorzugsweise mittels einer leitfähigen Beschichtung oder mittels Hinzufügen eines leitfähigen Materials zu dem Material der Abdeckung, vorzugsweise zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung.

5. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) in einem Gehäuse (9) angeordnet ist und dass die Abdeckung (20) zwischen der Leiterplatte (1) und einer Wand des Gehäuses (9) angeordnet ist.

6. Elektrische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (20) zwischen der Leiterplatte (1) und Gehäusewänden eingeklemmt ist.

7. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Abdeckung an einer zweiten Oberfläche (14) der Leiterplatte (1) angeordnet ist.

8. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftvolumen (15, 38) luftdicht von einer Umgebungsluft ausserhalb des Luftvolumnes (15, 38) abgeschlossen ist.

9. Verwendung einer elektrischen Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem elektrischen Steuergerät in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise in einem Anzeigeinstrument.