DE102004029537A1

DE102004029537A1 - Elektrische Anschlussstelle für einen elektrischen Anschluss eines Bauelementes auf einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE102004029537A1
Application number: DE102004029537A
Authority: DE
Inventors: Stefan Doehren
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-01-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Anschlussstelle (2) für einen elektrischen Anschluss eines Bauelementes (10) auf einer Leiterplatte (1) mit mindestens einem Kontaktbereich (3; 4) für eine elektrische Kontaktierung des Bauelementes (10) mit mindestens einer Leiterbahn der Leiterplatte (1); und mit mindestens einem außerhalb des mindestens einen Kontaktbereichs (3; 4) angeordneten Spannungsimpuls-Ableitungsbereich (5; 6) zum Ableiten eines bestimmten durch eine elektrostatische Entladung hervorgerufenen Spannungsimpulses für einen Schutz des elektrisch kontaktierten Bauelements (10) oder kontaktmäßig benachbarter elektronischer Baugruppen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Anschlussstelle für einen elektrischen Anschluss eines Bauelementes auf einer Leiterplatte.
Obwohl auf beliebige Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf passive Bauelemente wie beispielsweise EMV-Kondensatoren näher erläutert.
Die zunehmende erforderliche Miniaturisierung von Baugruppen kann u.a. durch den Einsatz von immer kleineren diskreten Bauelementen erreicht werden. Dass diskrete Bauelemente, wie beispielsweise Kondensatoren oder Widerstände, auf dicht platzierten Leiterplatten Platz finden müssen, stellt heutzutage eine der größten Herausforderungen in der Leiterplattenlayouterstellung und Leiterplattenfertigung dar. Im Laufe der letzten Jahre hat mit der erheblichen Reduzierung von Abmessung und Gewicht bei mobilen Geräten die Verwendung von Kondensatoren in der Bauformgröße 0402 Kondensatoren in der Bauformgröße 0603 nahezu verdrängt. Der weiter kräftig steigende Bedarf für tragbare Geräte, wie beispielsweise Laptops, Mobiltelefone, PDAs und andere mobile Geräte, sowie drahtlose LANs, wird möglicherweise dazu führen, dass diskrete Komponenten mit einer möglichst kleinen Bauformgröße zum Standard-Bauteil in vielen Anwendungen werden. Dadurch soll dem unübersehbaren Trend zu höheren Bauteildichten Rechnung getragen werden.

Leiterplatten besitzen im Allgemeinen eine Anzahl von Leiterbahnen, über die nicht nur die Leiterbahnen weiterer Leiterplatten, sondern auch elektronische oder elektrische Bauelemente, wie insbesondere Kondensatoren, Kapazitäten, Impedanzen, Transistoren, Sensoren, integrierte Schaltungen oder Schalter, angesteuert und/oder versorgt werden. Dabei bestehen die Leiterplatten im Wesentlichen aus einer starren, aus Kunststoff bestehenden Tragschicht oder aus einer flexiblen Folie mit mindestens einer auf ihrer beiden Oberflächen aufgebrachten Leiterbahn. Über einen der Leiterplatte zugeordneten Stecker mit vorgesehenen Anschlusspins wird eine elektrische der elektronischen und elektrischen Bauelemente auf der Leiterplatte Energieversorgung oder eine Signalübertragung über diese Leiterbahnen gewährleistet. Dabei können insbesondere über Kontakt mit den Anschlusspins des Steckers Spannungsimpulse auftreten, welche beispielsweise durch elektrostatische Entladung hervorgerufen werden. Diese Spannungsimpulse können heute über möglichst nahe am Steckerpin platzierte Kondensatoren größten Teils abgeleitet werden, um somit auf der Leiterplatten dahinterliegende Schaltungsteile nicht zerstört werden. Dieser Schutz vor den genannten Spannungspulsen ist jedoch limitiert und hängt von dem Layout, dem Schaltungsumfang und den verwendeten Kondensatoren am Steckerpin ab. Ohne Schutzstrukturen können ganze Steuergeräte unbrauchbar werden, was zu einer aufwändigen und kostenintensiven Ersetzung führen würde.

Gemäß einem Ansatz nach dem Stand der Technik werden zum Ableiten derartiger durch eine elektrostatische Entladung hervorgerufener Spannungsimpulse Schutzstrukturen in den Bauelementen, beispielsweise in den EMV-Kondensatoren, integriert. Umso kleiner die jeweilige Bauformgröße ausgewählt wird, desto geringer ist die Spannungsfestigkeit dieser und damit die Schutzwirkung auf räumlich auf der Leiterplatten dahinterliegende Schaltkreise gegenüber derartigen Spannungsimpulsen.

Somit ist es allgemein eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstigere und einfachere Schutzstruktur für einen Schutz eines elektronischen Bauelementes auf einer Leiterplatte vor durch elektrostatische Entladung hervorgerufenen Spannungsimpulsen zu schaffen.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Anschlussstelle auf der zugeordneten Leiterplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass die elektrische Anschlussstelle für einen elektrischen Anschluss des Bauelementes auf der Leiterplatte mindestens einen Kontaktbereich für eine elektrische Kontaktierung des Bauelementes mit den Leiterbahnen der Leiterplatte; und mindestens einen außerhalb des mindestens einen Kontaktbereichs angeordneten Spannungsimpuls-Ableitungsbereich aufweist, welcher einer Ableitung eines durch eine elektrostatische Entladung hervorgerufenen Spannungsimpulses für einen Schutz des elektrisch kontaktierten Bauelementes dient.

Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den Ansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, daß lediglich durch eine neuartige Ausgestaltung der auf der Leiterplatte vorgesehenen elektrischen Anschlussstelle eine Ableitung eines etwaigen Spannungsimpulses nicht über das elektronische Bauelement, sondern über speziell vorgesehene Spannungsimpuls-Ableitungsbereiche der elektrischen Anschlussstelle auf de Leiterplatte erfolgt. Somit dient dieser bzw. diese Spannungsimpuls-Ableitungsbereich(e) der elektrischen Anschlussstelle quasi als Sicherungseinrichtung für einen Schutz des auf der elektrischen Anschlussstelle angebrachten Bauelementes, wodurch dieses vor einer Beschädigung durch einen etwaigen Spannungsimpuls, verursacht durch beispielsweise eine elektrostatische Entladung, geschützt wird. Es besteht somit die Möglichkeit die kleineren Bauelemente als Schutzstruktur einzusetzen zu können oder bei bewährter Bauelementgröße durch die oben definierte Maßnahme die Festigkeit gegenüber Spannungsimpulsen zu erhöhen.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen elektrischen Anschlussstelle.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die elektrische Anschlussstelle zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche für eine elektrische Kontaktierung zweier Anschlüsse des Bauelementes auf. Vorzugsweise sind die beiden Kontaktbereiche jeweils trapezförmig oder rechteckig und symmetrisch zueinander ausgebildet. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine Anbringung eines Bauelementes mittels beispielsweise eines Reflow-Lötprozesses erleichtert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind zwei Spannungsimpuls-Ableitungsbereiche vorgesehen, welche jeweils zu einem Seitenbereich der beiden gegenüberliegenden Kontaktbereiche benachbart derart angeordnet sind, dass sie sich jeweils außerhalb auf beiden Seiten des kontaktierten Bauelementes und nicht unterhalb des kontaktierten Bauelementes befinden. Somit werden durch die Spannungsimpulse verursachte Spannungsdurchschläge im Bereich der Spannungsimpuls-Ableitungsbereiche von dem auf der Anschlussstelle angeordneten Bauelement ferngehalten, wodurch eine Beschädigung des Bauelementes durch einen derartigen Durchschlag verhindert wird. Vorzugsweise ist jeder Spannungsimpuls-Ableitungsbereich aus zwei gegenüberliegenden Leiterbereichen ausgebildet, welche durch einen den Anforderungen angepassten Durchschlagsspalt, beispielsweise mit einer Breite von etwa 1 mm, voneinander beabstandet sind. Vorteilhaft sind die beiden gegenüber liegenden Leiterbereiche eines Spannungsimpuls-Ableitungsbereichs jeweils spitz zulaufend, rechteckig, rund oder dergleichen ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist eine spitz zulaufende Ausgestaltung, da ein Spannungsdurchschlag an exakt definierter Stelle, der Spitze des Bereiches, erfolgt. Insbesondere sind die Geometrien der jeweils gegenüberliegenden Leiterbereiche und/oder die Breite des Durchschlagsspaltes derart ausgebildet, daß ab einer vorbestimmten Größe eines Spannungsinpulses ein Spannungsdurchschlag und somit eine Ableitung des Spannungsimpulses im Bereich der Leiterbereiche für einen Schutz des Bauelementes definiert erfolgt.

ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Figuren zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine auf einer Leiterplatte vorgesehenen elektrischen Anschlussstelle gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Bauelement in Form eines zylinderförmigen Kondensators; und
3 eine Draufsicht auf ein auf einer elektrischen Anschlussstelle angeordnetes Bauelement gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Anhand der 1 bis 3 wird im Folgenden ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Anschlussstelle näher erläutert. Dabei zeigt die 1 eine Draufsicht auf eine auf einer Leiterplatte 1 vorgesehenen elektrischen Anschlussstelle 2, 2 eine Draufsicht auf einen zylinderförmigen EMV-Kondensator 10 und 3 eine Draufsicht auf einen auf der elektrischen Anschlussstelle 2 angeordneten zylinderförmigen EMV-Kondensator 10.
Wie in 1 ersichtlich ist, besteht die elektrische Anschlussstelle 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei Kontaktbereichen 3 und 4, auf welchen beispielsweise eine Lötpaste für einen anschließend durchgeführten Reflow-Lötprozess aufgebracht wird.
Wie in 1 ferner ersichtlich ist, sind die beiden Kontaktbereiche 3 und 4 jeweils als trapezförmige Bereiche ausgebildet, welche symmetrisch zueinander derart angeordnet sind, dass ein isolierender Luftspalt zwischen den beiden Kontaktbereichen 3 und 4 ausgebildet ist. Jeder Kontaktbereich 3 bzw. 4 geht an beiden Seitenbereichen jeweils in einen Leiterbereich 7, 8 bzw. 7', 8' über.
Dabei sind jeweils zwei Leiterbereiche, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Leiterbereiche 7 und 7' sowie die Leiterbereich 8 und 8', jeweils gegenüberliegend derart angeordnet, dass sie einen Spannungsimpuls-Ableitungsbereich 5 bzw. 6 bilden. Jeder Spannungsimpuls-Ableitungsbereich 5 bzw. 6, wie in 3 ersichtlich, liegt somit außerhalb des auf der elektrischen Anschlussstelle 2 vorgesehenen EMV-Kondensators 10, sodass im Falle eines bestimmten auftretenden Spannungsimpulses ein Spannungsdurchschlag von dem Leiterbereich 7 zu dem Leiterbereich 7' bzw. von dem Leiterbereich 8 zu dem Leiterbereich 8' außerhalb des EMV-Kondensators 10 und vorteilhaft nicht unterhalb des Kondensators 10 erfolgt. Daher wird bei einem etwaigen durch beispielsweise eine elektrostatische Entladung hervorgerufenen Spannugsimpuls eine Ableitung außerhalb des EMV-Kondensators 10 durchgeführt, wodurch der Kondensator vor einer Beschädigung geschützt wird. Somit besitzt jeder Spannungsimpuls-Ableitungsbereich 5 bzw. 6 die Funktion einer Spannungsimpuls-Sicherung. Wie in 3 ersichtlich ist, ist vorzugsweise jeweils ein Spannungsimpuls-Ableitungsbereich 5 bzw. 6 auf jeder Seite des EMV-Kondensators 10 angeordnet.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass selbstverständlich unter Umständen auch lediglich ein Spannungsimpuls-Ableitugsbereich 5 oder 6 für ein Funktionieren des vorliegenden Erfindungsgedankens genügt. Hierbei könnte allerdings die Reproduzierbarkeit eine Veränderung erleiden.
Wie ferner in 1 ersichtlich ist, ist zwischen jedem Leiterbereichspaar 7, 7' bzw. 8, 8' ein Durchschlagsspalt 9 bzw. 9' vorgesehen. Die Geometrie der zueinander gegenüberliegend angeordneten Leiterbereiche 7, 7' bzw. 8, 8' und die Breite der Durchschlagsspalte 9 bzw. 9' sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass bei einer bestimmten Spannungsimpulsgröße, bei welcher eine Beschädigung des EMV-Kondensators 10 oder der räumlich auf der Leiterplatte dahinterliegenden Schaltungsteile zu erwarten ist, ein Spannungsdurchschlag im Bereich jedes Spannungsimpuls-Ableitungsbereichs 5 bzw. 6 auftritt. Beispielsweise beträgt die Breite des Durchschlagsspaltes 9 bzw. 9' in etwa 1 mm, sodass bei typischen Durchschlagsfestigkeiten in Luft von 2,4 kV/mm Spannungsimpulse ab einem Wert von 2,4 kV zu einer Ableitung über die jeweiligen Spannungsimpuls-Ableitungsbereiche 5 bzw. 6 führen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Beispielsweise können die in dem obigen Ausführungsbeispiel rechteckig dargestellten Leiterbereiche 7, 7' bzw. 8, 8' auch rund oder insbesondere spitz zulaufend ausgebildet sein, um einen definierten Durchschlag bzw. eine definierte Durchschlagsfestigkeit zu gewähren. Ferner kann die Breite der Durchschlagsspalte 9 bzw. 9' entsprechend der Größe des Spannungsimpulses ausgebildet werden, ab welchem eine Ableitung über die jeweiligen Spannungsimpuls-Ableitungsbereiche 5 bzw. 6 erfolgen soll, d.h. vorzugsweise bei welchem eine Schädigung des Bauelementes zu erwarten ist.
BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Elektrische Anschlussstelle (2) für einen elektrischen Anschluss eines Bauelementes (10) auf einer Leiterplatte (1) mit: mindestens einem Kontaktbereich (3; 4) für eine elektrische Kontaktierung des Bauelementes (10) mit mindestens einer Leiterbahn der Leiterplatte (1); und mit mindestens einem außerhalb des mindestens einen Kontaktbereichs (3; 4) angeordneten Spannungsimpuls-Ableitungsbereich (5; 6) zum Ableiten eines bestimmten durch eine elektrostatische Entladung hervorgerufenen Spannungsimpulses für einen Schutz des elektrisch kontaktierten Bauelementes (10) oder benachbarter Schaltungsstrukturen.
Elektrische Anschlussstelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Anschlussstelle (2) zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche (3; 4) für eine elektrische Kontaktierung zweier Anschlüsse (11; 12) des Bauelementes (10) aufweist.
Elektrische Anschlussstelle (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktbereiche (3; 4) jeweils trapezförmig, rechteckig, oder dergleichen ausgebildet sind.
Elektrische Anschlussstelle (2) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Spannungsimpuls-Ableitungsbereiche (5; 6) vorgesehen sind, welche jeweils zu einem Seitenbereich der beiden gegenüber liegenden Kontaktbereiche (3; 4) benachbart derart angeordnet sind, dass sie sich jeweils außerhalb auf beiden Seiten des kontaktierten Bauelementes (10) und nicht unterhalb des kontaktierten Bauelementes (10) befinden.
Elektrische Anschlussstelle (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spannungsimpuls-Ableitungsbereich (5; 6) aus zwei gegenüberliegenden Leiterbereichen (7, 7', 8, 8') ausgebildet ist, welche durch einen Durchschlagspalt (9; 9') mit einer Breite von etwa 1 mm voneinander beabstandet sind.
Elektrische Anschlussstelle (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gegenüberliegenden Leiterbereiche (7, 7'; 8, 8') eines Spannungsimpuls-Ableitungsbereichs (5; 6) jeweils spitz zulaufend, rechteckig, rund oder dergleichen ausgebildet sind.
Elektrische Anschlussstelle (2) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der jeweils gegenüberliegenden Leiterbereiche (7, 7'; 8, 8') und/oder die Breite des Durchschlagsspaltes (9; 9') derart ausgebildet sind, dass ab einer vorbestimmten Größe eines Spannungsimpulses ein Spannungsdurchschlag und somit eine Ableitung des Spannungsimpulses im Bereich der Spannungsimpuls-Ableitungsbereiche (5; 6) für einen Schutz des Bauelementes (10) erfolgt.
Elektrische Anschlussstelle (2) nach wenigestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (10) als EMV-Kondensator, Widerstand, Spule oder als weiteres passives Bauelement ausgebildet ist.