DE102004028211A1

DE102004028211A1 - Streßoptimierte Leiterplatte

Info

Publication number: DE102004028211A1
Application number: DE200410028211
Authority: DE
Inventors: Kurt Weiblen; Klaus Offterdinger; Frieder Haag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2005-12-29

Abstract

Eine Leiterplatte 10', insbesondere aus Epoxyharz, mit einer gedruckten elektrischen Schaltung, die mit elektronischen und mikromechanischen Bauteilen bestückbar ist, weist in dem Bereich zwischen Befestigungsabschnitten der Leiterplatte und wenigstens einem Bestückungsabschnitt eine die Plattensteifigkeit verändernde Struktur auf, die mit Materialschwächung und/oder -verstärkung gebildet ist, wobei die Materialschwächungen und/oder Materialverstärkungen die Richtungen von mechanischen Spannungseinleitungen und/oder -verteilungen schneiden, vorzugsweise quer zu diesen angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte, insbesondere aus Epoxydharz, mit einer gedruckten elektrischen Schaltung, die mit elektronischen und mikromechanischen Bauteilen bestückbar ist, wobei die Leiterplatte wenigstens zwei Befestigungsabschnitte zum Anbringen der Leiterplatte an einem Halter bzw. in einem Gehäuse und wenigstens einen Bestückungsabschnitt aufweist, in dem streßempfindliche elektronische und/oder mikromechanische Bauteile einlötbar sind.

Bei derartigen Leiterplatten besteht das Problem, daß es nach ihrer Befestigung an einem Halter bzw. in einem Gehäuse aufgrund von Temperatureinwirkung zu Verformungen der Leiterplatte kommt. Daneben können Verformungen auch bei der Montage der Leiterplatte und/oder durch Änderungen im Befestigungsbereich auftreten. Derartige Verformungen führen zu mechanischen Beanspruchungen, insbesondere Streßeinwirkungen, auf die auf der Leiterplatte montierten Bauelemente.

Mit der Erfindung soll eine Leiterplatte der eingangs genannten Gattung im Hinblick auf eine Verringerung der mechanischen Streßeinwirkung auf die darauf montierten Bauelemente verfügbar gemacht werden.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Vorteilhaft wird durch die Erfindung demgemäß eine Leiterplatte verfügbar gemacht, die unter Berücksichtigung der räumlichen Spannungsverteilungen in der Leiterplatte eine Entkopplung streßempfindlicher Bauteile von äußeren mechanischen Beanspruchungen, insbesondere Verspannungen, ermöglicht. Die Ausbildung der Leiterplatte ist dabei in günstiger Weise an die Konfiguration der zu entkoppelnden Leiterplattenbereiche durch Änderung der mechanischen Plattensteifigkeit anpaßbar.

Die erfindungsgemäß vorgesehene die Plattensteifigkeit verändernde Struktur kann vorteilhaft die Steifigkeit der Leiterplatte an definierten Stellen verringern und ermöglicht auf diese Weise die mechanische Entkopplung der mit streßempfindlichen Bauteilen bestückten Leiterplattenbereiche. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Leiterplatte an kritischen Stellen zu versteifen und/oder an unkritischen Stellen abzudünnen. Die die Plattensteifigkeit verändernde Struktur ist dabei mit Materialschwächungen und/oder Materialverstärkungen gebildet, wobei die Materialschwächung durch Ausnehmungen, vorzugsweise gerade und/oder gekrümmte und/oder abgewinkelte und/oder verzweigende Schlitze und Schlitzabschnitte gebildet sind, die ggf. parallel zueinander beabstandet sind. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausnehmungen nahe der Befestigungsabschnitte gekrümmt vorgesehen, also quer zu den mechanischen Spannungseinleitungs- und/oder Verteilungsrichtungen.

Für die Veränderung der Plattensteifigkeit durch Materialverstärkung ist vorzugsweise das Aufbringen einer oder mehrerer Aussteifungsschichten auf die Oberseite und, falls von der Schaltung möglich, auch/oder auf die Unterseite der Leiterplatte vorgesehen, wobei die Aussteifungsschichten wenigstens teilflächig, vorzugsweise aufgeklebt sind.

Vorzugsweise ist die Materialverstärkung im Bestückungsabschnitt vorgesehen, wobei insbesondere plattenförmige Abschnitte für die Materialverstärkung, jedoch auch alternativ oder ergänzend Rippen und Stege in jeweils erforderlicher geometrischer Struktur vorgesehen sein können, um den jeweiligen mechanischen Spannungseinleitungs- und/oder Verteilungsrichtungen Rechnung zu tragen.

Die Veränderung der Plattensteifigkeit kann vorteilhaft durch ein- und/oder ausgefräste Strukturen in der Leiterplatte sowie Abdünnung oder Versteifung bestimmter Leiterplattenbereiche vorgenommen sein. Beispielsweise können auf der Leiterplatte Schlitze eingefräst sein, wodurch sich bei Krafteinwirkung die Leiterplatte im wesentlichen längs der verbleibenden Stege verformt. Andererseits und/oder ergänzend können auch an kritischen Stellen der Leiterplatte Versteifungen und an unkritischen Stellen Abdünnungen vorgesehen sein.

Vorteilhaft wird durch die Erfindung die Voraussetzung dafür geschaffen, kostengünstigere Chipverpackungen für streßempfindliche elektronische – und insbesondere mikromechanische – Chipstrukturen einzusetzen. Dadurch lassen sich teure Spezialverpackungen durch billigere Standardverpackungen, z.B. Moldgehäuse, ersetzen.

ZEICHNUNGEN
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte;
2 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte; und
3 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leiterplatte.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In 1 ist eine schematisierte Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte 10 dargestellt. Die Leiterplatte 10 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer Epoxydplatte mit quadratischen Grundriß, wobei in nicht dargestellter Weise auf der Unterseite eine gedruckte elektrische Schaltung aufgebracht ist.
Etwa in der Mitte der Leiterplatte 10 ist ein streßempfindliches elektronisches Bauteil, wie ein Chip oder dergleichen, mit üblicherweise verlöteten Kontakten befestigt.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur Veränderung der Plattensteifigkeit gradlinige Schlitze 12 bis 15 vorgesehen, wobei die Schlitze 12 und 13 parallel zueinander und zu den Seitenrändern 16 bzw. 18 der Leiterplatte 10 verlaufen. Vergleichsweise längere gradlinige Schlitze 14 und 15 sind rechtwinklig zu den Schlitzen 12 und 13 parallel zu den Seitenkanten 19 und 17 in die Leiterplatte 10 eingebracht. Die Breite der Längsschlitze 12 bis 15 ist gleich. Die Längsschlitze 14 und 15 sind von dem streßempfindlichen elektronischen Bauteil 11 weiter beabstandet als die Schlitze 12 und 13 und ragen seitlich über den Abstand zwischen den Schlitzen 12 und 13 jeweils soweit vor, daß sie etwa an den diagonalen Verbindungslinien C bzw. D zwischen Befestigungsbohrung 20, 22, bzw. 21, 23 enden. Auch die Schlitze 12 und 13 enden jeweils an diesen diagonalen Linien C bzw. D.
Die Befestigungsbohrungen 20 bis 23 bilden vier Befestigungsabschnitte für die Leiterplatte 10, während das elektronische Bauteil 11 in einem mittigen Bestückungsabschnitt 24 befestigt ist. Bei Krafteinwirkung verbiegt sich Leiterplatte 10 im wesentlichen längs der zwischen den Schlitzen 12 bis 15 verbleibenden Stege und erreicht dadurch eine mechanische Entkopplung des mit dem streßempfindlichen Bauteil 11 bestückten Leiterplattenbereichs 24.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte 10' dargestellt, die ebenso wie die Leiterplatte 10 aus Epoxydharz besteht, quadratisch mit Rändern 16 bis 19 ausgebildet ist und vier eckseitige Befestigungsabschnitte mit Befestigungsbohrungen 20 bis 23 aufweist. In der Mitte der Leiterplatte ist das streßempfindliche elektronische Bauteil in einem Bestückungsabschnitt 24 angeordnet.
Abweichend von der in 1 dargestellten Entkopplungsstruktur mit den Schlitzen 12 bis 15 weist die Leiterplatte 10' viertelbogenförmige Schlitze 25 bis 28 auf, die sich um die Befestigungsbohrung 20 bis 23 jeweils viertelkreisförmig erstrecken, vorzugsweise mit den Bohrungen 20 bis 23 als Krümmungsmittelpunkt, wobei die gekrümmten Schlitze 25 an beiden Enden über die Verbindungslinien 29, 30 zwischen benachbarten Befestigungspunkten 20 bis 23 hinausragen. In 2 ist beispielsweise der gekrümmte Schlitz 26 derart angeordnet, daß seine Enden über die Verbindungslinie 29 zwischen den Befestigungspunkten 21 und 22 bzw. Verbindungslinie 30 zwischen den Befestigungspunkten 21 und 20 hinausragen, wobei die Breite und die Länge sämtlicher gekrümmter Schlitze 25 bis 28 gleich ist. Alternativ können hier auchbedarfsweise unterschiedliche Breiten der Schlitze, ggf. auch über deren Verlauf, zur Anpassung an das Leiterplattendesign vorgesehen sein.
Eingebracht sind in die Leiterplatte 10' weiterhin vergleichsweise kurze parallel zueinander verlaufende Schlitze 31 bis 34, die jeweils paarweise beabstandet voneinander und beiderseits des elektronischen Bauteils 11 parallel zu den Seitenrändern 16 bzw. 18 gebildet sind. In den Bereich zwischen den Schlitzen 31 und 32 bzw. 33 und 34 greifen von beiden Seiten doppel-L-förmige Schlitze ein, deren Hauptschenkel 35 parallel zu den Seitenkanten 16 zw. 18 verlaufen, und die sich jeweils über den diagonalen Bereich in einen abgewinkelten Doppelschenkel 36, 37 erstrecken, zwischen denen parallel zu den Außenrändern 17 bis 19 verlaufende Schlitze 38 eingebracht sind. Die Konfiguration der Schlitze ist dabei Spiegelsymmetrisch zur Querachse A-A bzw. B-B.
Gut erkennbar ist in 2, daß die Schlitze die Richtungen der Spannungseinleitungen und Verteilungen, die von den vier Befestigungsbohrungen 20 bis 23 ausgehen, schneiden, wobei auch quer zu den Spannungseinleitungsrichtungen verlaufende Schlitze vorgesehen sind. Die dargestellte Schlitzstruktur ist variabel und kann den gegebenen Materialschwächungsanforderungen zur Veränderung der Steifigkeit der Leiterplatte 10' im Hinblick auf eine wirkungsvolle mechanische Entkopplung des elektronischen Bauteils 11 angepaßt werden.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte 10'' in perspektivischer Darstellung gezeigt, bei der abweichend von den Leiterplatten 10 und 10' die Plattensteifigkeit durch eine Materialverstärkung im Bestückungsbereich 24 verändert ist. Hierzu ist eine Verstärkungsplatte 40 im Bestückungsbereich 24 vollflächig aufgeklebt, die durch die innige Verbindung mit der Oberfläche der Leiterplatte eine Erhöhung der Plattensteifigkeit im Hinblick auf eine mechanische Streßentkopplung des streßempfindlichen elektronischen Bauteils 11 erreicht.
Der Grundriß der Versteifungsplatte 40 ist dem der Leiterplatte 10' angepaßt. Die Leiterplatte 40 kann jedoch auch abweichende Grundrisse zur Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse aufweisen. Durch die Versteifung der Leiterplatte 10'' an der kritischen Stelle wird in einfacher und wirkungsvoller Weise eine mechanische Entkopplung des streßempfindlichen elektronischen Bauteils 11 erreicht.
BEZUGSZEICHENLISTE:

Claims

Leiterplatte (10, 10', 10''), insbesondere aus Epoxydharz, mit einer gedruckten elektrischen Schaltung, die mit elektronischen und mikromechanischen Bauteilen (11) bestückbar ist, wobei die Leiterplatte (10, 10', 10'') wenigstens zwei Befestigungsabschnitte (20–23) zum Anbringen der Leiterplatte (10, 10', 10'') an einem Halter bzw. in einem Gehäuse und wenigstens einem Bestückungsabschnitt (24) aufweist, in dem streßempfindliche elektronische und/oder mikromechanische Bauteile 11 einlötbar sind, wobei die Leiterplatte (10, 10', 10'') in dem Bereich zwischen den Befestigungsabschnitten (20–23) eine die Plattensteifgkeit verändernde Struktur (12–15; 25–28, 31–38; 40) aufweist.
Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Plattensteifigkeit verändernde Struktur die Richtungen von mechanischen Spannungseinleitungs- und/oder Verteilungen schneiden, vorzugsweise quer zu diesen angeordnet sind.
Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Plattensteifigkeit verändernde Struktur mit Materialschwächungen und/oder-verstärkungen gebildet ist.
Leiterplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Materialschwächungen durch Ausnehmungen in der Leiterplatte (10, 10') gebildet sind, welche sich vorzugsweise durch die gesamte Dicke der Leiterplatte (10, 10') erstrecken.
Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen mit gradlinigen und/oder gekrümmten und/oder abgewinkelten und/oder verzweigenden Schlitzen gebildet sind.
Leiterplatte nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen nahe der Befestigungsabschnitte (20–23) gekrümmt verlaufen.
Leiterplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen Schlitze aufweisen, die wenigstens abschnittsweise parallel zueinander verlaufen.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Materialverstärkung das Aufbringen einer oder mehrerer Aussteifungsschichten, plattenförmige Abschnitte (40) und/oder Rippen und Stege, vorzugsweise in geometrischer Struktur, vorgesehen sind.
Leiterplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialverstärkung im Bestückungsabschnitt (24) vorgesehen ist.
Leiterplatte nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussteifungsschichten bzw. die plattenförmigen Abschnitte bzw. Rippen und/oder Stege auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Leiterplatte aufgebracht und vorzugsweise wenigstens teilflächig aufgeklebt sind.