DE10063323C2 - Bremschlußlicht als LED-Leiterplatte in einem spritzwassergeschützten Gehäuse - Google Patents

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe mit einem Ge­ häuse und einer Leiterplatte und deren Korrosionsschutz. Insbe­ sondere betrifft sie Leiterplatten mit Leuchtdioden (LEDs) für Leuchten, die Spritzwasser oder anderen Feuchtigkeitsquellen ausgesetzt sind.

Aus der Druckschrift "Patent Abstracts of Japan" JP 633 015 84 A ist es grundsätzlich bekannt in Leiterplatten Aussparungen vorzusehen, um eine leitende Verbindung über Was­ sertropfen zwischen Punkten unterschiedlichen Potentials auf Leiterplatten zu vermeiden. Nicht gelöst wird dagegen das Prob­ lem die Wassertropfen zum Rand der Leiterplatte abzuleiten.

Die Druckschrift JP 2000-27 69 95 A offenbart ferner eine Schaltungsanordnung mit einem Schaltungsträger, welcher in ei­ nem unteren Endabschnitt Aussparungen aufweist, um Punkte un­ terschiedlichen Potentials auf dem Schaltungsträger zu vermei­ den. Die Aussparungen eignen sich zwar grundsätzlich Feuchtig­ keit aus dem unteren Endbereich zum Rand des Schaltungsträgers abzuführen, diese Aussparungen bringen jedoch keine Abhilfe für Feuchtigkeit in den anderen Bereichen des Schaltungsträgers. Bei den Aussparungen im unteren Bereich des Schaltungsträgers, wie sie aus der genannten Druckschrift bekannt, können im Übri­ gen aufgrund der Kapillareffekte auftreten, wodurch der offen­ barte Schaltungsträger Feuchtigkeit in gewissem Umfang ansaugt.

Obwohl die vorliegende Erfindung sehr breit für allgemein ver­ wendete Leiterplatten anwendbar ist, wird sie im folgenden im Verhältnis zum Stand der Technik im Hinblick auf Leiterplatten diskutiert, die mit LEDs reihenförmig bestückt sind.

Solche Leiterplatten werden im Kraftfahrzeugbereich oft als Schlussleuchte oder (Zusatz-) Bremsleuchte eingesetzt.

Eine solche Leuchte ist in der EP 0 653 586 offenbart. Es kann eine Vielzahl von LEDs auf einer Leiterplatte angebracht wer­ den.

Ein besonderes Problem ergibt sich, wenn eine solche Leiter­ platte dem Einfluss von Feuchtigkeit oder sogar Nässe ausge­ setzt ist.

Zum Schutz vor Kriechströmen, die vor allem bei Feuchtigkeit zu Schäden durch elektrische Korrosion wie das Aufpilzen von Me­ tallen führen, werden Leiterplatten des Standes der Technik mit einer Schutzschicht überzogen. Eine solche Schutzschicht, die zum Beispiel aus Epoxid-Harz besteht, hält Feuchtigkeit und Schmutz von den elektrisch leitenden Bau- sowie Bestandteilen der Leiterplatte ab. Diese Beschichtung ist ein zusätzlicher Fertigungsschritt in der Herstellung und verursacht nicht uner­ hebliche Kosten.

Bei thermischen Belastungen können durch Spannungen zwischen Beschichtung und Leiterplatte Schäden an dieser bis hin zu Brü­ chen auftreten. Auch bewirkt die schlechte thermische Leitfä­ higkeit des Materials der Beschichtung einen Wärmestau bei den sich beim Betrieb aufheizenden Bauelementen der Leiterplatte.

Zum einen verkürzt eine solche thermische Belastung die Halt­ barkeit der Bauelemente und zum andern hat dieses vor allem Auswirkungen auf Bauteile, deren Funktionstüchtigkeit von der Temperatur beeinflusst wird.

Diese thermische Degradation ist gerade bei Leuchtdioden (LEDs) besonders ausgeprägt. Deren Leuchtkraft nimmt zu höheren Tempe­ raturen hin stark ab, was zu einem Bruchteil der normalen Leuchtkraft führen kann. Deshalb muß wegen der Beschichtung der Leiterplatte ein Vielfaches mehr an Leuchtdioden verwendet wer­ den. Dieses erfordert einen Mehraufwand bei der Herstellung und verursacht zusätzliche Kosten für die mehr verwendeten Leucht­ dioden, wobei die Wahrscheinlichkeit, dass eine ausfällt, ent­ sprechend erhöht ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine unbe­ schichtete Leiterplatte so auszugestalten, dass trotz Feuchtig­ keit keine Störungen und Schäden durch Kriechströme und Kurz­ schlüsse auftreten.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird durch eine Ausgestaltung einer Leiterplatte nach Anspruch 1 gelöst.

Die erfinderische Idee besteht darin, dass die sich auf der Platte ansammelnden Feuchtigkeitstropfen durch Aussparungen der Leiterplatte entlang dieser Aussparungen abfließen. Somit wer­ den unerwünschte, elektrisch leitfähige Verbindungen vor allem durch Feuchtigkeit oder sonst nicht weggeschwemmte Schmutzteil­ chen vermieden. Dadurch werden Korrosion und Verschmutzung stark verringert und insbesondere Kurzschlüsse und Kriechströme vermieden, die sonst ursächlich für Schäden durch elektrische Korrosion wie das Aufpilzen von Metallen wären.

Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass für die Leiter­ platte keine Schutzbeschichtung mehr nötig ist. Dieses erspart Aufwand bei der Herstellung und die Kosten für die Beschich­ tung. Schäden durch thermische Spannungen zwischen Beschich­ tung, Bauteilen und Leiterplatte können nicht mehr auftreten. Vor allem kommt es zu keinem Wärmestau bei den sich aufheizen­ den Bauelementen, und die Wärme kann von der unbeschichteten Leiterplatte besser an die Umgebung abgegeben werden.

Der Wärmeaustausch ist um ein Vielfaches verbessert. Wegen der dadurch geringeren thermischen Belastung wird die Lebensdauer der Leiterplatte mit ihren Bauelementen verlängert. Bauelemen­ te, deren Funktionsfähigkeit bei höheren Temperaturen abnimmt oder ganz ausfällt, können effizienter und energiesparender ge­ nutzt werden.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Ein besonderer Vorteil liegt vor, wenn die Aussparung(en) Punk­ te hohen Potentialunterschieds der auf der Leiterplatte befind­ lichen Schaltung trennt. Die in diesen Bereichen besonders wahrscheinlichen, unerwünschten elektrisch leitfähigen Verbin­ dungen durch Feuchtigkeit oder Schmutzteilchen können dadurch zwischen den Potentialstufen nicht entstehen. Somit werden Kriechströme und Kurzschlüsse verhindert, und es treten sonst daraus folgende Schäden durch elektrochemische Korrosion nicht auf.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung enthält die Leiterplatte Leuchtdioden (LEDs).

Die Leuchtkraft solcher Leuchtdioden nimmt stark zu höheren Temperatur hin ab. Dadurch, dass beim Betrieb kein Wärmestau durch eine Beschichtung entsteht, sondern der Wärmeaustausch bei den unbeschichteten Leiterplatten weitaus besser ist, liegt die Betriebstemperatur im Vergleich zu den Leuchtdioden bei be­ schichteten Leiterplatten deutlich niedriger. Die Folge ist ei­ ne vielfach höhere Leuchtkraft der einzelnen Leuchtdioden, so dass deren Anzahl bei insgesamt gleicher Leuchtintensität bis zu vier mal geringer als bei beschichteten Leiterplatten ausge­ legt werden kann. Somit werden entsprechend weniger Leuchtdio­ den verwendet, was Herstellungsaufwand und Kosten sowie Energie einspart.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung verlaufen Aus­ sparungen bis zum Rand der Leiterplatte. Diese besitzen eine solche Form, die geeignet ist, in einer durch den Einbau der Leiterplatte vorgegebenen Abwärtsrichtung Flüssigkeitstropfen zum Rand hin abzuleiten. Dadurch wird die Flüssigkeit, die ent­ lang dieser Aussparungen fließt, von der Platine weggeführt, so dass insbesondere auf der Leiterplatte tiefer liegende elektri­ sche Schaltungen bzw. Bauteile nicht mit der vom darüber lie­ genden Teil der Platine ablaufenden Flüssigkeit in Kontakt kom­ men. Dieses verringert Störungen und Schäden durch Feuchtig­ keit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung verbreitern sich die Aussparungen nach unten hin. Dadurch wird gewährleistet, dass eine erhöhte Menge von abzuleitender Flüssigkeit im Ver­ lauf der Aussparung nach unten hin noch abgeführt werden kann. Des weiteren wird durch die Verbreiterung eine Kapillarwirkung vermieden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist oberhalb ei­ ner die Flüssigkeitsableitung behindernden Kontaktierung eine verbreiterte Aussparung vorgesehen zur separaten Ableitung von Flüssigkeit. Dadurch kann sich vor einem solchen Hindernis mit elektrischen Kontakten keine von oben kommende Flüssigkeit an­ sammeln. Daraus sonst folgende Störungen und Schäden bzw. Kurz­ schlüsse werden somit verhindert. Des weiteren werden durch diese oben verbreiterten Aussparungen Kapillarwirkungen bei tiefer liegenden Verengungen der Aussparungen zwischen nah zu­ sammen liegenden Kontaktstellen vermieden. Die Flüssigkeit kann somit ungehindert abfließen.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung für eine Leiterplatte mit Aussparungen ist ein U-förmiger Verlauf der Leitungsbahn, wobei die Schenkel des U nach oben zeigen. Bei einer Reihenschaltung der LEDs entlang des U wird dadurch erreicht, dass bei Überflu­ tung der Leiterplatte von unten her - etwa bei sehr viel Flüs­ sigkeitsaufkommen in einem nur spritzwassergeschützten Gehäuse die Spannungsdifferenzen der unter dem Feuchtigkeitsspiegel liegenden Leitungen gering ist. Dadurch wird einsetzende elekt­ rochemische Korrosion vermindert, da diese mit der anliegenden Spannungsdifferenz zunimmt.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist eine solche Führung von Leiterbahnen auf der Platine, dass Orte hohen Potentialun­ terschieds einen vorgegebenen Mindestabstand nicht unterschrei­ ten. Durch die ausreichende Entfernung zwischen Leiterbahnen mit hohem Potentialunterschied werden Kriechströme und Kurz­ schlüsse verhindert. Auch Funkenübersprünge finden so nicht statt. Schäden durch elektrochemische Korrosion treten deshalb nicht auf.

Eine weitere Weiterbildung ist eine Leuchte, insbesondere für Nutzfahrzeuge, die eine Leiterplatte nach einem der vorstehen­ den Ausführungen enthält, wobei eine Aussparung, die Punkte ho­ hen Potentialunterschieds trennt, mit einem dem Leuchtgehäuse­ körper zugeordneten Steg aus nichtleitendem Material ausgefüllt ist. Damit wird ein möglicher Stromfluss durch Lichtbogenbil­ dung über die Aussparung hinweg verhindert. Die sonst daraus entstehenden Störungen und Schädigungen sind ausgeschlossen. Des weiteren bildet der Steg einen zusätzlichen Halt für die Leiterplatte im Gehäuse.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Leiter­ platte im Gehäuse senkrecht einbaubar und zwar in der Weise, dass die Flüssigkeit auf der Leiterplatte entlang der Ausspa­ rungen nach unten abfließen kann. Dadurch ist ein ungestörtes, vollständiges Abfließen von Flüssigkeit auf der Leiterplatte gewährleistet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Leiter­ platte zur Rückseite hin leicht überhängend einbaubar. Dabei tropft die abfließende Flüssigkeit nach hinten hin ab und es treten keine Störungen auf durch Flüssigkeit an der Vorderseite der Platine, auf der sich die Bauteile befinden. Bei Leuchtdio­ den mit gebündelter Abstrahlung kann die leichte Schrägstellung durch entsprechenden Einbau der Leuchtdioden ausgeglichen wer­ den.

ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele für Leiterplatten aus Baugruppen gemäß der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Vorderseite einer erfindungs­ gemäßen Leiterplatte für acht Leuchtdioden ohne Lei­ tungen und Bauteilen gemäß einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform,

Fig. 2 eine Darstellung der Vorderseite einer Leiterplatte für acht Leuchtdioden mit Leiterbahn und schematisch dargestellten Bauteilen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.

In Fig. 1 ist die Vorderseite einer Leiterplatte ohne jegliche elektrischen Elemente bzw. Leitungen dargestellt. In dieser Platine befinden sich mehrere Aussparungen. Dabei führt eine Aussparung 6 von der Mitte der Oberseite stegförmig senkrecht nach unten. Eine andere Form besitzen die Aussparungen 8, 10, die entweder schräg nach unten zu den Seitenrändern hin oder senkrecht zur Unterseite hin verlaufen. Sie weisen an ihrer Spitze jeweils runde kopfförmige Verbreiterungen 12 auf. Nach der darauf folgenden Verengung 14 werden sie im Randbereich 16 stetig wieder breiter.

Auch die Aussparung 18 in der Mitte der Platine hat im Prinzip die gleiche Form, nur dass nach unten hin keine Verbindung zum Rand besteht. Allein der rechte obere Seitenarm 20 dieser Aus­ sparung besitzt an der Spitze keine kopfförmige Verbreiterung, sondern bildet einen Trichter 22 vom oberen Rand ab. Weitere drei rechteckige Aussparungen 24 im oberen Bereich sind an den Stellen der Kontakte für die Stromquelle.

In Fig. 2 ist die Vorderseite der Platine 2 mit den elektri­ schen Leiterbahnen 30 sowie den nur skizzierten elektrischen Bauteilen dargestellt. Die breitflächige Leitungsbahn 30, die eine Breite von etwa einem Sechstel der Leiterplattenbreite be­ sitzt, aber in der Figur zwecks besserer Klarheit nur als Linie dargestellt ist, verläuft in U-Form auf der Platine, wobei die rechte und linke Seitenbahn im Zick-Zack so geführt sind, dass die Aussparungen der Platte nur an den verengten Stellen 14 ü­ berbrückt werden. An den oberen Enden der Leitungsbahn befinden sich die Kontaktstellen 24 zur Stromquelle und Vorwiderstände.

Die acht Leuchtdioden (LEDs) 32 sind im Verlauf der U-förmigen Leiterbahn 30 in Reihe geschaltet und auf der Leiterplatte im wesentlichen in gleichen Abständen befestigt. Sie sind so posi­ tioniert, dass zwischen ihren jeweiligen Kontakten in senkrech­ ter Richtung eine Aussparung 14 wie ein Kanal verläuft, wobei diese sich direkt oberhalb der jeweiligen Leuchtdiode zu einem 'Kopf' 12 kopfförmig erweitern bzw. nach Art eines Trichters 22 verengen.

An den Leuchtdioden fällt jeweils eine Spannung von ca. 2,5 Volt ab. Die Stromquelle liefert an die Kontakte eine Gleich­ spannung von ca. 28 V. Zwischen den Kontakten befindet sich auf der Leiterplatte eine stegförmige Aussparung 6, die bei dem re­ lativ hohen Potentialunterschied Kurzschlüsse und Kriechströme verhindert.

Die Leiterplatte kann beispielsweise in einem Leuchtengehäuse in aufrechter Form verankert werden. An der Oberkante der Lei­ terplatte kann der Steg zu Aussparung 6 in Fig. 2 Teil des Ge­ häuses sein. Durch den Steg wird ein möglicher Lichtbogen zwi­ schen den Stromkontakten der Leiterplatte beiderseits des Ste­ ges verhindert. Die Leiterplatte ist so in das Gehäuse einge­ setzt, dass die Abflussrichtung der Aussparungen nach unten ge­ richtet ist.

In der Bodenfläche des Gehäuses befinden sich zwei Öffnungen, wobei die Innenseite der Bodenfläche zu den Öffnungen hin leicht abfällt. Dadurch ist ein guter Abfluss der in das Gehäu­ se eindringenden oder dort kondensierenden Flüssigkeit gewähr­ leistet.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Insbesondere die Form der Aussparungen kann vielfach variiert werden, je nach Einbauart und Einsatzzweck, etc..

Claims (11)

1. Baugruppe mit einem Gehäuse und einer senkrecht in dem Ge­ häuse eingebauten Leiterplatte (2) mit wenigstens einer Ausspa­ rung (6, 8, 10, 12, 18, 24) zur Vermeidung von Kriechströmen auf der Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Aussparung (8, 10) der Leiterplatte eine Form besitzt, die dazu geeignet ist, in einer durch den Einbau der Leiterplatte vorgegebenen Abwärtsrichtung Flüssigkeitstropfen schräg nach unten zu einem ihrer Seitenränder abzuleiten, und/oder dass die Aussparungen (8, 10) sich nach unten verbreitern.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Ausspa­ rung (6, 8, 10, 12, 18, 24) Punkte verschiedenen Potentials der auf der Leiterplatte (2) befindlichen Schaltung trennt.

3. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, enthaltend Leuchtdioden (LEDs)

4. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche wobei we­ nigstens eine Aussparung (6, 8, 10, 12, 18, 24) bis zum Rand der Leiterplatte verläuft.

5. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei we­ nigstens eine Aussparung (8, 10) der Leiterplatte eine Form be­ sitzt, die dazu geeignet ist, in einer durch den Einbau der Leiterplatte vorgegebenen Abwärtsrichtung Flüssigkeitstropfen zu ihrem unteren Rand hin abzuleiten.

6. Baugruppe nach Anspruch 5, wobei oberhalb einer die Flüssig­ keitsableitung behindernden Kontaktierung eine Aussparungser­ weiterung (12) vorgesehen ist zur separaten Ableitung von Flüs­ sigkeit.

7. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine oder mehrere Leiterbahnen (30) für eine Reihenschaltung von Bauelementen (26), insbesondere LEDs (32), U-förmig vorgesehen sind, wobei das U nach oben offen ist.

8. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere Leiterbahnen (30) vorgesehen sind, die so geführt ist/sind, dass Orte hohen Potentialunterschieds einen vorgebba­ ren Mindestabstand nicht unterschreiten.

9. Leuchte, insbesondere für Nutzfahrzeuge, enthaltend eine Baugruppe (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Aussparung (6), die Punkte hohen Potentialunterschieds trennt, mit einem dem Leuchtgehäusekörper zugeordneten Steg aus nicht­ leitendem Material ausgefüllt ist.

10. Leuchte nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Leiter­ platte (2) senkrecht eingebaut ist.

11. Leuchte nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Leiter­ platte zur Rückseite hin leicht überhängend einbaubar ist.