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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einem funktionalen Element und ein Verfahren zur Positionierung eines funktionalen Elements auf einer Leiterplatte.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl unterschiedlicher Leiterplatten bekannt, die jeweils eine Bestückungsseite und eine Lötseite umfassen, wobei die Lötseite typischer Weise eine Kupferschicht umfasst, Beispielsweise kann eine Leiterplatte lediglich aus einer Hartpapierschicht bestehen und/oder einem Glasgewebe bestehen, das durch und durch mit Epoxydharz ummantelt ist, oder beispielsweise außerdem aus Epoxyd-Harz-Glasgewebeschichten, die oberhalb und unterhalb der Hartpapierschicht angeordnet sind. Typischer Weise können auf der Bestückungsseite einer Leiterplatte neben verlöteten elektrischen oder elektronischen Komponenten außerdem weitere funktionale Elemente angeordnet sein, wie beispielsweise mechanische oder magnetische Elemente, und wie beispielsweise Permanent-Magnete, wie beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster Nr.
DE 296 17 781 U1 bekannt ist.
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Bei der Anordnung von insbesondere magnetischen und/oder mechanischen funktionalen Elementen kommt es darauf an, diese genau und sicher und ortsfest zu positionieren, was ebenfalls dem Deutschen Gebrauchsmuster Nr.
DE 296 17 781 U1 entnommen werden kann, einen beträchtlichen Montageaufwand erfordert und dementsprechend zeitaufwendig und teuer ist, insbesondere weil dessen funktionales Element
15' mittels unmittelbar an ihm angeformten Vorsprüngen
151 in korrespondierende Ausnehmungen einer Leiterplatte
1 nach Art einer Presspassung gesteckt ist.
1 zeigt ein derartiges herkömmliches funktionales Element
15' auf einer Leiterplatte
1.
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Die
EP 07 74 888 A2 zeigt eine mehrschichtige Leiterplatte mit einer Ausnehmung zur Aufnahme von Komponenten, bei welcher die Ausnehmung durch Entfernen von Teilen der Leiterplatte vorgesehen wird, und die Ausnehmung kann durch Lochstanzen oder Rauting-Fräsen mittels eines Schaftfräsers erstellt werden.
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Die
DE 19 65 783 U zeigt eine leitende Befestigung für Schaltungskomponenten in Aussparungen von Schaltelementen mit aufgedruckten Leitungssystemen, wobei freie Enden von Verbindungsleitungen eines Leitungssystems in den Bereich einer Aussparung ragen, so dass die Schaltungskomponenten unmittelbar an den freien Enden aufgehängt werden und nur eine einzige Lot- oder Schweißstelle je Aufhängung erforderlich ist.
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Die
US 32 93 500 zeigt eine Leiterplatte, in welcher eine Aussparung zur Aufnahme von Halbleiterbausteinen vorgesehen ist, und bei welcher die Aussparung durch ein scheibenförmiges Element verschlossen werden kann, über welches eine in der Aussparung angeordnete Diode angeschlossen werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Leiterplatte mit einem funktionalen Element bereitzustellen und außerdem ein Verfahren zur Positionierung eines funktionalen Elements auf einer Leiterplatte anzugeben, wobei das funktionale Element präzise, sicher, ortsfest und auf einfache Weise mit weitgehend geringem Montageaufwand positioniert ist.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind ohne Beschränkung in den Merkmalen der Unteransprüche und/oder der nachfolgenden Beschreibung erwähnt, die von schematischen Zeichnungen begleitet ist. Hierzu zeigt:
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1 ein herkömmliches funktionales Element auf einer Leiterplatte;
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2a und 2b jeweils einen schematischen Schnitt durch eine Leiterplatte;
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3a und b schematische Darstellungen einer Stanzvorrichtung zum Ausstanzen einer Ausnehmung in die Leiterplatte von 2a.
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4a, die von unten verschlossene Ausnehmung von 3b nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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4b, die von unten verschlossene Ausnehmung von 3b nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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5a ein auf der Leiterplatte von 4a angeordnetes funktionales Element im Schnitt;
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5b ein auf der Leiterplatte von 4b angeordnetes funktionales Element im Schnitt; und
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5c die Leiterplatte mit dem funktionalen Element von 5a und b von oben.
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Die vorliegende Erfindung umfasst insbesondere eine Leiterplatte mit einem fußlosen funktionalen Element, das in einer Ausnehmung auf der Leiterplatte angeordnet ist, wobei die Ausnehmung ein in die Leiterplatte gestanztes Loch ist, das mit einem Stanzteil, das beim Stanzen der Ausnehmung aus der Leiterplatte herausgestanzt wurde, verschlossen ist, und das Stanzteil ist von unten bis zu einer vorbestimmten Position in die Ausnehmung eingesetzt, so dass das Loch verschlossen ist. Nach einer ersten vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung kann das Mittel zum Verschließen der Ausnehmung eine dünne Schicht oder Folie mit etwas größeren Abmessungen als die Ausnehmung sein, wobei die dünne Schicht von unten auf die Leiterplatte geklebt ist, so dass die Ausnehmung verschlossen ist.
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Nach einer zweiten vorteilhaften Ausführung der vorteilhaften Erfindung kann das Mittel zum Verschließen der Ausnehmung ein Stanzteil sein, das beim Stanzen der Ausnehmung aus der Leiterplatte herausgestanzt wurde, wobei das Stanzteil von unten bis zu einer vorbestimmten Position in die Ausnehmung eingesetzt ist, so dass das Loch verschlossen ist.
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Das funktionale Element ist geeigneter Weise mit Klebstoff festgeklebt, wobei das Klebstoff außerdem die Mittel zum Verschließen der Ausnehmung von unten sicher mit der Leiterplatte verbindet und stabilisiert. Der Klebstoff kann insbesondere und beispielsweise ein Kunstharz oder ein Sekundenkleber oder ein dünnflüssiger Klebstoff sein.
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Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem insbesondere ein Verfahren zur Positionierung eines funktionalen fußlosen Elements auf einer Leiterplatte mit den Schritten:
Schritt 1: Stanzen einer Ausnehmung mit einer vorbestimmten Abmessung an einer vorbestimmten Position in die Leiterplatte;
Schritt 2: Verschließen der Ausnehmung von unten mit einem Stanzteil, das im Schritt 1 aus der Leiterplatte herausgestanzt wurde und von unten bis zu einer vorbestimmten Position wieder in die Ausnehmung eingesetzt wurde; und
Schritt 3: Positionierung des funktionalen Elements und Stabilisierung des Stanzteils mit Klebstoff in der Ausnehmung.
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Es ist klar, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Klebstoff ebenfalls insbesondere und beispielsweise ein Kunstharz oder ein Sekundenkleber oder ein dünnflüssiger Klebstoff sein kann.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das geeignete Mittel zum Verschließen der Ausnehmung von unten in Schritt 2 eine dünne Schicht, die von unten auf die Leiterplatte aufgeklebt wird.
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Nach einer zweiten vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das geeignete Mittel zum Verschließen der Ausnehmung von unten in Schritt 2 ein Stanzteil, das in Schritt 1 aus der Leiterplatte herausgestanzt wurde und das von unten bis zu einer vorbestimmten Position wieder in die Ausnehmung der Leiterplatte eingesetzt wurde.
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Eine erfindungsgemäße Leiterplatte und ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Positionierung eines funktionalen Elements auf einer Leiterplatte ist insbesondere geeignet zur Positionierung eines Permanent-Magneten, beispielsweise für ein temperaturabhängiges Magnetschnappsystem.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug zu den schematischen Zeichnungen detailliert beschrieben.
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2a zeigt eine schematische Darstellung einer Leiterplatte 1 mit einer oberen Bestückungsseite und einer unteren Lötseite im Schnitt, wobei auf der Lötseite typischer Weise eine Kupferschicht 10 angeordnet ist, die beispielsweise auf eine erste Schicht 11 aufgetragen ist, die beispielsweise aus Hartpapier bestehen kann oder als eine von Epoxyd-Kunstharz ummantelte Glasgewebeschicht ausgeführt sein kann. Eine Leiterplatte 1 kann außerdem weitere Schichten umfassen, wie beispielsweise eine obere und untere Glasgewebe-Epoxyd-Harz-Schicht 12, wobei eine Hartpapierschicht 11 sandwichartig zwischen der oberen und unteren Glasgewebe-Epoxyd-Harz-Schicht 12 angeordnet sein kann, und wobei eine dünne Kupferschicht 10 auf die unteren Glasgewebe-Epoxyd-Harz-Schichtl 2 aufgetragen ist. Eine derartige Leiterplatte 1 ist schematische im Schnitt in 2b dargestellt.
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3a und 3b zeigen eine schematische Darstellung des Stanzgerätes mit einem ausgestanzten Stanzteil 131 und einer Ausnehmung 130 in beispielsweise eine Leiterplatte 1 von 2a, die auf einer geeignet ausgebildeten Schnittplatte 21 angeordnet ist. Dabei wird mittels Druck auf einen Stempel 2 mit geeigneten vorbestimmten Abmessungen eine Ausnehmung 130 mit entsprechenden vorbestimmten Abmessungen an einer vorbestimmten Position in die Leiterplatte 1 gestanzt, wobei die Geometrie des Stempels 2 und damit die Geometrie der Ausnehmung 130 geeigneter Weise an die Geometrie eines funktionalen Elements 15 angepasst ausgebildet ist, das wie nachfolgend beschrieben wird erfindungsgemäß in der Ausnehmung 130 angeordnet wird. Beispielsweise kann der Stempel 2 einen kreisförmigen oder quadratischen oder rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt haben, wobei klar ist, dass die Schittplatte 21 korrespondierend zu dem Stempel 2 ausgebildet ist.
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bei dem Stanzen eines Stanzteils 131 aus einer Leiterplatte 1 und durch die Schnittplatte 21 hindurch und bei dem Stanzen einer Ausnehmung 130 in die Leiterplatte 1 hat die Ausnehmung 130 in ihrem oberen Bereich typischer Weise einen vergleichsweise glatten Rand, der im Wesentlichen der Geometrie des Stanzstempels 2 entspricht, während die Ausnehmung in ihrem unteren Bereich einen zunehmend rauheren Rand aufweist, wobei die Größe der Ausnehmung 130 in ihrem unteren Bereich gegenüber der Grölte der Ausnehmung in ihrem oberen Bereich vergrößert ist und auch ihr Rand zunehmend rauher wird. Das gleiche gilt für das aus der Leiterplatte 1 herausgestanzte Stanzteil 131, dessen Geometrie und Abmessung in seinem oberen Bereich im Wesentlichen der Geometrie und der Abmessung des Stempels 2 entspricht, während seine Geometrie und Abmessung in seinem unteren Bereich gegenüber dem oberen Bereich vergrößert ist, und auch sein Rand nach unten zunehmend rauher wird.
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Aufgrung der vorstehend beschriebenen Ausbildung und Rauhigkeit der Ränder der Ausnehmung 130 und des Stanzteils 131 kann das Stanzteil 131 von unten in die Ausnehmung 130 bis zu einer vorbestimmten Position eingeführt werden, wie nachfolgend anhand von 4b beschrieben wird.
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4a zeigt die Leiterplatte 1 mit der gestanzten Ausnehmung 130 von 3b, wobei die Ausnehmung 130 geeigneter und vorteilhafter Weise von unten mit einer dünnen Schicht 134 verschlossen ist, wobei die Schicht 134 etwas größer als die Ausnehmung 130 ausgebildet ist, und geeigneter Weise auf die Leiterplatte 1 geklebt ist. Die dünne Schicht 134 kann beispielsweise eine Kunststofffolie oder Metallfolie sein.
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4b zeigt das von unten in die Ausnehmung 130 der Leiterplatte 1 von 3b bis zu einer vorbestimmten Position eingeführte Stanzteil 131, wobei sich auf Grund der vorstehend beschriebenen Geometrie und Rauhigkeit der Ränder der Ausnehmung 130 und des Stanzteils 131 die Ränder miteinander verhaken, so dass das Stanzteil 131 ortsfest und provisorisch mit der Leiterplatte 1 verbunden ist.
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5a zeigt die Leiterplatte 1 mit der Ausnehmung 130 und der Abdeckung 134 von 4a, wobei in der Ausnehmung 130 erfindungsgemäß ein fußlos ausgebildetes funktionales Element 15 angeordnet ist, das an Geometrie und Abmessungen im Wesentlichen der Geometrie und Abmessung der Ausnehmung 130 entspricht, und das außerdem um einen vorbestimmten Betrag aus der Leiterplatte nach oben herausragen kann, wobei das funktionale Element 15 geeigneter Weise mittels Klebstoff 14 auf die Schicht 134 geklebt ist, wobei sich der Klebstoff 14 außerdem mit dem Rand der Ausnehmung 130 verbindet, wodurch die Schicht 134 stabilisiert und deren Verbindung mit der Leiterplatte 1 verstärkt wird.
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5b zeigt die Leiterplatte 1 mit der Ausnehmung 130 und dem bis zu einer vorbestimmten Position in die Ausnehmung 130 eingeführten Stanzteil 131 und einem fußlos ausgebildetem funktionalen Element 15 mit einer Geometrie und Abmessung, die im Wesentlichen der Abmessung und Geometrie der Ausnehmung 130 entsprechen, wobei das funktionale Element 15 geeigneter Weise mittels Klebstoff 14 festgeklebt ist und außerdem um einen vorbestimmten Betrag nach oben aus der Ausnehmung 130 herausragen kann.
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Der Klebstoff 14 kann geeigneter Weise derart dosiert und ausgewählt sein, dass er eine Zwischenschicht mit vorbestimmter Mächtigkeit zwischen dem Stanzteil 131 und dem funktionalen Element 15 bildet und/oder sich mit dem inneren Rand der Ausnehmung 130 verbindet und außerdem sich in Teilbereichen mit dem äusseren Rand des Stanzteils 131 verbindet, indem er in Teilbereiche der sich berührenden Ränder der Ausnehmung 130 und des Stanzteils 131 eindringt. Hierdurch wird die Verbindung und Positionierung des Stanzteils 131 mit der Leiterplatte 1 gesichert und stabilisiert.
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Die Schicht 14 des Klebstoffs 14 kann sehr dünn sein bis zu einigen Millimetern, je nach der vorbestimmten Position des funktionalen Elements 15 und der Anforderung an die Stabilisierung des Stanzteils 131 oder der dünnen Schicht 134.
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5c zeigt eine schematische Darstellung einer Leiterplatte 1 von 5a oder b mit einem in der Ausnehmung 130 angeordneten funktionalen Element 15 von oben, wobei geeigneter Weise die Geometrie des funktionalen Elements 15 im Wesentlichen der Geometrie der Ausnehmung 130 entspricht und beispielsweise etwa quadratisch ausgebildet sein kann, und wobei sich anders als bei der schematischen Zeichnung der Rand der Ausnehmung 130 und der Rand des Funktionalen Eelements 15 zumindest teilweise berühren können.
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Mittels der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Leiterplatte 1 ist insbesondere eine hinreichend präzise, sichere, ortsfeste und einfache Positionierung eines fußlosen funktionalen Elements 15 auf der Leiterplatte 1 bereitgestellt, wobei dessen Montageaufwand erheblich vereinfacht ist. Es ist klar, dass die Erfindung beispielhaft für eine Leiterplatte 1 von 1a beschrieben wurde und ebenso geeignet und vorteilhaft für andere Leiterplatten 1, wie beispielsweise die Leiterplatte 1 von 1b angewendet werden kann.
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Des erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung eines fußlosen funktionalen Elements 15 auf einer Leiterplatte 1 umfasst die nachfolgenden besonders einfachen Schritte. Schritt 1: Stanzen einer Ausnehmung 130 mit einer vorbestimmten Abmessung an einer vorbestimmten Position in die Leiterplatte 1. Schritt 2: Verschließen der Ausnehmung 130 mit geeigneten Mitteln 131, 134 von unten. Schritt 3: Positionierung des funktionalen Elements 15 und Stabilisierung der Mittel 131, 134 mit Klebstoff 14 in der Ausnehmung 130.
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Das geeignete Mittel 131 in Schritt 2 kann nach einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine dünne Schicht 134 sein, die von unten auf die Leiterplatte 1 aufgeklebt wird.
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Nach einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das geeignete Mittel 134 in Schritt 2 ein Stanzteil 131, das in Schritt 1 aus der Leiterplatte 1 herausgestanzt wurde und von unten bis zu einer vorbestimmten Position wieder in die Ausnehmung 130 eingesetzt wurde.
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Die erfindungsgemäßen und besonders einfach und kostengünstig durchzuführenden Schritte 1, 2 und 3 gestatten eine besonders effiziente, präzise und sichere Montage eine funktionalen Elements 15 auf einer Leiterplatte 1, das insbesondere für eine automatisierte Montage in Großerienfertigung geeignet ist.
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Eine erfindungsgemäße Leiterplatte und ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Positionierung eines fußlosen funktionalen Elements auf einer Leiterplatte ist insbesondere geeignet zur Positionierung eines mechanischen und/oder magnetischen Elements, das beispielsweise ein Permanent-Magnet, beispielsweise und vorteilhaft für ein temperaturabhängiges Magnetschnappsystem sein kann.
