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Die
Erfindung betrifft ein zur Oberflächenmontage geeignetes Bauelement,
z. B. eine Spule oder einen Kondensator.
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Es
sind z. B. bei aus der Druckschrift
DE 44 32 739 A1 bekannten Chip-Induktivitäten SMD-Kontakte
(SMD = Surface Mounted Device) bekannt, die auf der Unterseite eines
Grundkörpers
angeordnet sind und die mit einer Leiterplatte verlötet werden.
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Die
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein oberflächemontierbares Bauelement
anzugeben, das eine hohe mechanische Belastbarkeit aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch den Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen hervor.
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Aufgrund
verschiedener thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte
und des Bauelements (Chips) wird der SMD-Kontakt insbesondere bei thermischer
Belastung mit mechanischen Verspannungen beaufschlagt, was zur Unterbrechung des
elektrischen Kontakts an dieser Stelle und damit zum Ausfall des
Bauelements führen
kann. Die Schnittstelle zwischen einer Leiterplatte und dem darauf
montierten Bauelement kann auch bei einer Vibrations- oder Stossbelastung
des Gesamtaufbaus beschädigt
werden.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass in einem elektrischen Gerät die Lötstellen
zwischen einer Leiterplatte und einem Bauele ment mechanisch am meisten
beansprucht werden und dass die mechanischen Impulse bei direkt
am Grundkörper
eines Bauelements angebrachten SMD-Kontakten unmittelbar auf den
Grundkörper übertragen
werden. Damit werden nicht nur die SMD-Kontakte, sondern auch der Grundkörper selbst
mit einer hohen mechanischen Beanspruchung beaufschlagt. Dabei kann
der Grundkörper
z. B. bersten, was insbesondere Grundkörper aus Keramik oder Ferriten
betrifft. Die Idee der Erfindung ist es, die SMD-Kontakte und damit
die mechanisch am meisten beanspruchte Stelle im Abstand vom Grundkörper anzubringen,
wobei ein Verbindungselement zwischen dem SMD-Kontakt und dem Grundkörper mechanische
Kräfte
abfangen und so den Grundkörper
des Bauelements entlasten kann.
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Es
wird ein Bauelement mit einem Grundkörper angegeben, das fest mit
einem (ersten) Ende des Kontaktelements verbunden ist. Ein vom Grundkörper abgewandtes
und davon beabstandetes (zweites) Ende des Kontaktelements bildet
einen zur Oberflächenmontage
geeigneten elektrischen Außenanschluss
des Bauelements.
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Ein
Kontaktelement mit räumlich
voneinander entkoppelten Befestigungsstellen wirkt stoßdämpfend.
Das Kontaktelement ist zu einer besseren Stoßdämpfung vorzugsweise nicht formstabil,
sondern federnd bzw. schwingungsfähig.
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Erfindungsgemäß ist der
Anschlussweg des Bauelements, d. h. der Weg zwischen einem als SMD-Kontakt
geeigneten Ende des Kontaktelements und einem am Grundkörper befestigten
Ende des Kontaktelements (gegenüber
den bisher bekannten Lösungen)
verlängert.
Der in einem Gerät
fest mit einer Leiterplatte verbundene SMD-Kontakt und die Befestigungsstelle
des Kontaktelements am Grundkörper
sind räumlich
voneinander entkop pelt. Der zwischen zwei befestigten Enden befindliche,
unbefestigte Mittelbereich des Kontaktelements kann frei schwingen.
Die Schwingung des Kontaktelements führt zur Dämpfung des an den Grundkörper übertragenen
mechanischen Impulses. Damit wird ein Ausgleichselement zum Abfangen
von mechanischen Impulsen geschaffen.
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Mit
der Erfindung gelingt es, durch Übertragung
von mechanischen Schwingungen und Impulsen sowie durch thermische
Beanspruchung von Lötstellen
zwischen Bauelement und Leiterplatte bedingte Bauelementausfälle zu vermindern.
Die Erfindung hat einen erheblichen Kostenvorteil vor anderen Lösungen wie
z. B. mechanische Dämpfung, thermische
Isolation, Klimatisierung oder Häusung von
Bauelementen oder Baugruppen.
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Ein
elektrisches Funktionsteil (z. B. Kondensatorplatten bei einem kapazitiven
Bauelement) des Bauelements kann im Grundkörper angeordnet sein. Ein elektrisches
Funktionsteil (z. B. Drahtwicklungen bei einem induktiven Bauelement)
kann auch auf dem Grundkörper
angeordnet sein.
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Im
Gegensatz zu bisher bekannten SMD-fähigen Bauelementen berührt der
Außenanschluss nicht
die Unterseite des Grundkörpers
des Bauelements.
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In
einer bevorzugten Variante weist das Kontaktelement zumindest in
seinem Mittelbereich einen vorzugsweise federnden Streifen – z. B.
Blechstreifen – auf,
der zumindest am zweiten Ende des Kontaktelements zur Bildung des
Außenanschlusses
abgewinkelt ist.
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Der
Streifen verläuft
vorzugsweise entlang einer Seitenfläche des Grundkörpers im
Abstand zu dieser Seitenfläche.
Es ist vorteilhaft, das Kontaktelement zur Bildung eines Federelements
derart abzuwinkeln bzw. zu falten, dass das dabei gebildete Federelement
bzw. der Außenanschluss
zumindest teilweise unterhalb des Grundkörpers – in der Projektionsebene größtenteils
oder komplett innerhalb der vom Grundkörper benötigten Grundfläche – angeordnet
ist.
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Der
entlang einer Seitenfläche
des Körpers verlaufende
Streifen ist dann parallel zur Unterseite des Grundkörpers, in
die zum Grundkörper
zeigende Richtung abgewinkelt. Dabei folgt der Streifen dem Verlauf
des Grundkörpers,
ohne jedoch diesen zu berühren
(bis auf das am Körper
befestigte erste Ende des Streifens bzw. des Kontaktelements).
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Eine
U-förmige
Faltung des Streifens auf der Seite seines anschlussseitigen zweiten
Endes verbessert weiter die Federeigenschaften des Kontaktelements.
Das Unterbringen mindestens eines Teils des Kontaktelements unterhalb
des Grundkörpers hat
den Vorteil eines geringen Platzbedarfes. Möglich ist aber auch, dass der
abgewinkelte Streifen über die
vom Grundkörper
benötigte
Grundfläche
hinaus geht, wobei der Streifen z. B. in die vom Grundkörper weisende
Richtung abgewinkelt ist.
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Der
Grundkörper
kann auf seiner Oberfläche,
vorzugsweise auf seiner Stirnseite einen Kontaktbereich – z. B.
eine Elektrode des kapazitiven Bauelements – aufweisen, der fest mit einem
ersten Ende des Kontaktelements verbunden ist. Der Kontaktbereich
des Grundkörpers
kann an der Oberseite oder an einer Seitenfläche des Grundkörpers angeordnet
sein. In einer Variante kann der Kontaktbereich an der Unterseite
des Grundkörpers
vorgesehen sein. Der Kontaktbereich stellt eine auf den Grundkörper angebrachte
Metallfläche
dar, die bei einem Kera mikkörper
vorzugsweise zusammen mit dem Körper
gesintert wird. Der Kontaktbereich kann eine Anschlussfläche oder
eine über
die jeweilige Fläche
des Grundkörpers
hinausgehende kappenförmige
Metallisierung darstellen.
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Das
Kontaktelement ist vorzugsweise mit dem am Grundkörper vorgesehenen
Kontaktbereich verlötet
oder verschweißt.
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In
einer vorteilhaften Variante ist das erste Ende des Kontaktelements
in Form einer Kappe oder Teilkappe ausgebildet, welche am Grundkörper z.
B. durch Presspassung befestigt ist. Die Kappe ist vorzugsweise
an einer Stirnseite des Grundkörpers
angeordnet. Das Kontaktelement weist ferner einen federnden, vorzugsweise
mehrfach abgewinkelten Streifen auf.
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Es
ist vorteilhaft, den Mittelbereich des Kontaktelements bzw. den
Streifen zu einer besseren Entkopplung seiner beiden Anschlussstellen
(des am Grundkörper
befestigten ersten und an der Leiterplatte befestigten zweiten Endes)
z. B. durch Vorsehen mindestens einer Öffnung in diesem Streifen in
dünne,
vorzugsweise in Längsrichtung
parallel zueinander verlaufende Teilstreifen zu unterteilen. Möglich ist aber
auch, die vorzugsweise rechteckigen oder schlitzartigen Öffnungen
im Streifen quer zum Verlauf des Streifens anzubringen.
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Die
Erfindung ist im Prinzip für
beliebige Bauelemente anwendbar. Das SMD-Bauelement kann z. B. ein
induktives Bauelement darstellen, bei dem auf dem Grundkörper eine
Drahtwicklung aufgebracht ist, die an ihren Enden fest mit jeweils
einem Kontaktelement verbunden ist. Das SMD-Bauelement kann auch
ein Chipkondensator oder -widerstand sein.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren
näher erläutert. Die
Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene
Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Es zeigen schematisch
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1A, 1B, 1C verschiedene
Ansichten eines oberflächenmontierbaren
Bauelements mit einem federndem Kontaktelement, das ein kappenförmiges erstes
Ende und ein als SMD-Anschluss geeignetes zweites Ende aufweist;
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2A, 2B verschiedene
Seitenansichten eines oberflächenmontierbaren
Bauelements mit einem streifenförmigen
federnden Kontaktelement;
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3 die
Vorderansicht eines auf einer Leiterplatte montierten oberflächenmontierbaren
Bauelements mit einem federnden Kontaktelement;
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4A die
erste Variante des in 3 gezeigten Kontaktelements;
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4B die
zweite Variante des in 3 gezeigten Kontaktelements;
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5A die
Vorderansicht eines weiteren oberflächenmontierbaren Bauelements
mit einem mehrfach abgewinkelten Kontaktelement;
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5B die
Ansicht der Stirnseite des in 5A gezeigten
Bauelements;
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6A die
Vorderansicht eines oberflächenmontierbaren
Bauelements mit einem mehrfach abgewinkelten und seitlich geführten Kontaktelement;
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6B die
Ansicht der Stirnseite des in 6A gezeigten
Bauelements;
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7, 8, 9, 10 und 11 jeweils
eine weitere Variante des federnden Kontaktelements.
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1 zeigt die Vorderansicht eines induktiven
SMD-Bauelements
mit einem Grundkörper 10 und
einem daran befestigten Kontaktelement 3.
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Der
Grundkörper 10 kann
bei einem induktiven Bauelement z. B. aus Keramik oder einem anderen,
als Magnetkern einer Spule geeigneten Material bestehen. Der Grundkörper 10 besteht
vorzugsweise aus einem Ferritmaterial. Auf dem Grundkörper 10 ist eine
Drahtwicklung 15 aufgebracht, deren Ende 15a am
ersten Ende 31 des Kontaktelements 3 befestigt ist.
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Das
Kontaktelement 3 weist ein kappenförmiges erstes Ende 31 und
einen abgewinkelten Streifen 30 mit einem an seinem freien
Ende (d. h. am zweiten Ende des Kontaktelements 3) vorgesehenen SMD-Anschluss 32.
Das kappenförmige
Ende 31 des Kontaktelements ist formschlüssig auf
die Stirnseite 11 des Grundkörpers aufgesetzt.
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Der
Anschlussbereich des Kontaktelements 3 ist derart abgewinkelt,
dass er parallel zur Unterseite 12 des Grundkörpers 10 bzw.
zur Leiterplatte 50 (2A, 7)
verläuft.
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Der
Streifen 30 verläuft
im wesentlichen parallel, aber im Abstand zur Stirnseite 11 des
Grundkörpers 10.
Das Kontaktelement 3 verläuft – bis auf sein am Grundkörper befestigtes
erstes Ende 31 – um
den Grundkörper 10,
ohne ihn zu berühren.
Der SMD-Anschluss 32 berührt den Grundkörper 10 also
nicht.
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Der
Streifen 30 ist vorzugsweise auf einer Höhe unterhalb
der Ebene abgewinkelt, in der die Unterseite des Grundkörpers liegt.
Der Streifen 30 kann auch oberhalb dieser Ebene abgewinkelt
sein, siehe z. B. 10 und 11.
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Der
SMD-Anschluss 32 ist in 1A bis 4B größtenteils
und in 5A bis 6B komplett
unterhalb des Grundkörpers 10 angeordnet.
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Die 1B zeigt
das Bauelement gemäß 1A in
einem schematischen Querschnitt entlang der Linie A-A. 1C zeigt
dasselbe Bauelement in einer schematischen Ansicht von oben. Der
Streifen 30 weist eine geringere Breite als das kappenförmige erste
Ende 31 und der SMD-Anschluss 32 des Kontaktelements 3 auf. 4B entspricht
einer Seitenansicht auf das in 1A bis 1C vorgestellte Kontaktelement 3.
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In
der in 2A, 2B vorgestellten
Variante ist am Grundkörper 10 ein
Kontaktbereich 2 (hier eine elektrisch leitende Anschlussfläche) vorgesehen,
an dem das erste Ende 31 des Kontaktelements 3 z.
B. mittels Lots 41 befestigt ist.
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Auch
in diesem Beispiel ist der Mittelbereich des Kontaktelements 3,
d. h. der Streifen 30 schmaler als die Endbereiche 31, 32 des
Kontaktelements 3 ausgebildet.
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Das
Bauelement ist in 2A bis 11 auf einer
Leiterplatte 50 montiert, wobei der SMD-Anschluss 32 mittels
des Lots 42 fest mit der Kontaktfläche 6 der Leiterplatte 50 verbunden
ist.
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In 1C ist
das Ende 15a der Drahtwicklung 15 an der Oberseite
des Bauelements mit dem Kontaktelement 3 verbunden. In 3 ist
das Ende 15a der Drahtwicklung 15 an der Seitenfläche des Bauelements
mit dem Kontaktelement 3 verbunden.
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Die
Seitenansicht auf das in 3 gezeigte Kontaktelement 3 ist
in 4A vorgestellt. Das Kontaktelement weist in seinem
Mittelbereich eine Öffnung
auf, die den Streifen 30 in Teilstreifen 30a und 30b aufteilt.
Die Breite der Teilstreifen ist in Summe kleiner als die Breite
des Kontaktelements in seinen Endbereichen. Die Verringerung der
Breite des Kontaktelements in seinem Mittelbereich verbessert die Federeigenschaften
des Kontaktelements. Die mechanische Schockbelastung wird durch
diese „Engstelle" größtenteils
abgefangen, da ein Teil der mechanischen Energie zur Anregung einer
Schwingung an dieser Stelle verbraucht wird.
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Der
Streifen 30 kann zur Verringerung seines Querschnitts bzw.
seiner Gesamtbreite an mehreren Stellen (in vertikaler oder horizontaler
Richtung) perforiert sein. Auch weitere Maßnahmen zur Verringerung der
Breite des Kontaktelements im Mittelbereich sind denkbar.
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In 4A ist
die im wesentlichen rechteckige Öffnung
mit abgerundeten Ecken in Längsrichtung ausgebildet.
Möglich
ist es auch, im Mittelbereich des Kontaktelements anstelle nur einer Öffnung mehrere übereinander
angeordnete, quer ausge richtete, z. B. schlitzartige oder rechteckige Öffnungen
auszubilden.
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5A zeigt
ausschnittsweise die Vorderansicht und 5B die
Seinansicht eines Bauelements mit einem weiteren vorteilhaften Kontaktelement 3, dessen
erstes Ende 31 die Form einer am Grundkörper 10 dicht anliegenden
Teilkappe hat. Der Mittelbereich des Kontaktelements stellt einen
im oberen Bereich einstückig
und beidseitig mit der Teilkappe verbundenen, in Teilstreifen 30a, 30b aufgeteilten
und unten zur Bildung eines Federelements 33 U-förmig verbogenen
Streifen 30 dar. Das Federelement 33 ist besonders
platzsparend unterhalb des Grundkörpers 10 angeordnet.
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Das
Federelement 33 ist schwingungsfähig und stellt daher neben
den federnden Teilstreifen 30a, 30b eine weitere
Dämpfungsstufe
zur Dämpfung
von mechanischen Impulsen dar.
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6A zeigt
ausschnittsweise die Vorderansicht und 6B die
Seinansicht eines Bauelements mit einem Kontaktelement 3,
dessen erstes Ende 31 hier zweiteilig in Form einer Klammer
ausgebildet ist und den Grundkörper 10 von
oben und unten umklammert. Der Streifen 30 ist oben und
unten einstückig
mit den beiden Teilen der Klammer 31 verbunden. Der Streifen 30 weist
wie in 5B auf der Höhe der Stirnfläche 11 des
Grundkörpers 10 eine Öffnung auf,
welche diesen Streifen in zwei dünne Teilstreifen
unterteilt. Ein Teil des Streifens 30 ist links seitlich
herausgeführt
und U-förmig
gefaltet, wobei das U-Stück
im Unterschied zu 5A, 5B neben
dem Grundkörper
angeordnet ist. Diese Ausführung
hat den Vorteil einer geringen Bauhöhe bei guten Stoßdämpfungseigenschaften
des Kontaktelements.
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In 7 ist
eine weitere Möglichkeit
zur Ausbildung eines stoßdämpfenden
Kontaktelements vorgestellt. Der Kontaktbereich 2 des Grundkörpers 10 ist
hier auf seiner Unterseite 12 angeordnet. Das Kontaktelement
stellt ein Federelement 33 bzw. ein U-Stück dar,
dessen erster Schenkel 31 mittels Lots 41 am Kontaktbereich 2 und
dessen zweiter Schenkel 32 (SMD-Anschluss) mittels Lots 42 an
der Kontaktfläche 6 der
Leiterplatte 50 befestigt ist. Der unbefestigte Mittelteil
des Kontaktelements 3 kann frei schwingen.
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In
den in 1A bis 4B aufgeführten Ausführungsbeispielen
war das Kontaktelement 3 an seinem zweiten Ende zur Bildung
des SMD-Anschlusses 32 in die zum Grundkörper gewandte
Richtung abgewinkelt.
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In 8 ist
ein Kontaktelement 3 gezeigt, das zur Bildung des SMD-Anschlusses 32 in
die vom Grundkörper
abgewandte Richtung abgewinkelt ist. Es ist vorteilhaft, zur Verlängerung
des Anschlussweges das Kontaktelement 3 auf der Oberseite
des Grundkörpers
zu befestigen. Denkbar ist aber auch ein einfach abgewinkeltes Kontaktelement,
das an einer Seitenfläche,
vorzugsweise an der Stirnseite des Grundkörpers befestigt ist.
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9 zeigt
eine weitere Ausführung
des Kontaktelements 3, bei der das U-Stück – Federelement 33 – auf der
Höhe der
Stirnfläche 11 des
Grundkörpers 10 ausgebildet
ist. Der Streifen 30 kann zusätzlich vorzugsweise oberhalb
des U-Stücks wie
in 5B, 6B in mehrere Teilstreifen unterteilt sein.
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10 zeigt
ein oberflächenmontierbares Bauelement
mit einem an seiner Stirnfläche 11 befestigten
ersten Ende 31 des Kontaktelements 3. Der Kontaktbereich 2 kann
dabei auch an der Stirnfläche 11 vorgesehen
sein.
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In 11 ist
ein weiteres oberflächenmontierbares
Bauelement, z. B. ein Chipkondensator mit im Grundkörper verborgenen, übereinander
im Stapel angeordneten Kondensatorplatten gezeigt. Die kappenförmig ausgebildeten
Kontaktbereiche 2 stellen die Elektroden des Kondensators
dar. Das erste Ende 31 des Kontaktelements 3 ist
an der Stirnfläche des
Grundkörpers
befestigt. Der Streifen 30 ist zur Verlängerung des Anschlussweges
mehrfach abgewinkelt.
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Die
Erfindung ist nur mit wenigen Beispielen dargestellt, ist allerdings
auf diese oder die genannten Anwendungsbeispiele nicht beschränkt. In
verschiedenen Ausführungsbeispielen
vorgestellte Elemente können
miteinander kombiniert werden.
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- 10
- Grundkörper des
Bauelements
- 11
- Stirnseite
des Grundkörpers 10
- 12
- Unterseite
des Grundkörpers 10
- 15
- Drahtwicklung
- 15a
- Ende
der Drahtwicklung
- 2
- Kontaktbereich
des Grundkörpers 10
- 3
- Kontaktelement
- 30
- Streifen
im Mittelbereich des Kontaktelements 3
- 30a,
30b
- Teilstreifen
des Streifens 30
- 31
- erstes
Ende des Kontaktelements 3
- 32
- SMD-Anschluss
am zweiten Ende des Kontaktelements 3
- 33
- U-förmiges Federelement
des Kontaktelements 3
- 41,
42
- Lot
- 50
- Leiterplatte
- 6
- Kontaktfläche der
Leiterplatte 50