-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Baugruppe mit einer
Leiterplatte, die elektrisch über
eine Anzahl von Verbindungselementen mit einer Anzahl von Bauelementen
verbunden ist.
-
Eine
derartige Baugruppe kann insbesondere in einer Vielzahl von Steuerungs-
oder Regelsystemen und beispielsweise im Bereich der Kraftfahrzeugelektronik
zum Einsatz kommen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass
eine auf der Leiterplatte unter Rückgriff auf herkömmliche
Bestückungsmethoden
durch dort angeordnete Bauteile oder Bauelemente, die über auf
der Leiterplatte angeordnete Leiterbahnen in geeigneter Weise miteinander
verschaltet sind, gebildete elektronische Schaltung mit einer weiteren
Funktionskomponente, die durch das genannte Bauelement gebildet
wird, zusammenwirkt. Das Bauelement, das dabei die weitere Funktionskomponente
stellt, kann beispielsweise ein Sensor zur Erfassung anfallender
Messwerte oder auch ein Aktuator zur Ansteuerung von Schaltvorgängen oder
dergleichen sein. Insbesondere kommt dabei in Betracht, dass das
als Funktionskomponente ausgestaltete Bauelement zur Erfassung mechanischer
Größen oder
zur Erzeugung mechanischer Bewegungen oder Bewegungsabläufe vorgesehen
ist. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Drucksensor oder
dergleichen handeln, der an einem Ventilblock innerhalb eines ABS-Regelsystems
montiert ist und zur Ansteuerung der Ventile geeignete Eingangsgrößen liefern
soll.
-
Bei
derartigen Systemen, bei denen die auf der Leiterplatte angeordnete
elektrische Schaltung geeignet elektrisch mit dem oder den Bauelementen verbunden
sein soll, ist üblicherweise
auf eine zuverlässige
und funktionsgerechte, insbesondere auch lösbare, elektrische Verbindung
zwischen der Leiterplat te und dem Bauelement zu achten, wobei zudem möglichst
große
Toleranzen in sämtlichen
Raumrichtungen ohne nennenswerte Funktionsstörungen akzeptabel sein sollen.
Gerade bei der Verwendung derartiger Systeme in hohen Stückzahlen,
wie sie insbesondere für
Komponenten der Kraftfahrzeugelektrik anfallen können, sollen derartige elektrische Verbindungen
zudem auch besonders kostengünstig ausgeführt sein.
-
Im
Hinblick auf die beispielsweise innerhalb von ABS-Regelsystemen
auftretenden hohen Belastbarkeits- und Zuverlässigkeitsanforderungen werden zur
Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der jeweiligen
Leiterplatte und den jeweiligen Bauelementen üblicherweise vergoldete Spiralfedern verwendet,
die im Gehäuse
des jeweiligen Reglers gehalten werden und unter Vorspannung montiert sind.
Die Verspannung ist dabei ebenso wie die anderen Parameter derart
gewählt,
dass auch über
die Lebensdauer des Bauteils hinweg lediglich ein kleiner Übergangswiderstand
beim elektrischen Anschluss des Bauelements an die Leiterplatte
auftritt, so dass das gelieferte Sensorsignal möglichst nicht verfälscht wird.
Diese Ausgestaltung bedingt gerade im Hinblick auf die vergleichsweise
hohen Zuverlässigkeitsanforderungen
jedoch einen vergleichsweise hohen Herstellungs- und Montageaufwand.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Baugruppe
der oben genannten Art anzugeben, die bei hoher Zuverlässigkeit
mit vergleichsweise gering gehaltenem Aufwand herstellbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem
das oder jedes Verbindungselement als Blattfeder ausgestaltet ist.
-
Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass mit einfachen Mitteln eine besonders hohe Zuverlässigkeit
insbesondere im Hinblick auf die elektrischen Verbindungen der Leiterplatte
mit dem Bauelement erreichbar ist, indem auf Elemente mit intrinsisch
guten Kontakteigenschaften zurückge griffen
wird, die insbesondere auch ohne das Aufbringen einer Vorspannung
zuverlässig
einsetzbar sind. Unter Verzicht auf die üblicherweise herangezogenen Spiralfedern
sind die Verbindungselemente dabei durch insbesondere auf der Leiterplatte
senkrecht stehende Federbleche mit leichter Vorbiegung ersetzt.
Dabei ist eine zuverlässige
Kontaktierung insbesondere auch bei verkürztem Arbeitsbereich und somit
mit nur geringem Platzbedarf erreichbar, wobei zudem aufgrund des
vergleichsweise kurz gehaltenen elektrischen Verbindungsweges auch
der elektrische Widerstand gering gehalten werden kann. Zur Verbesserung
der Widerstandseigenschaften ist dabei aufgrund des ohnehin geringen
elektrischen Widerstands die üblicherweise
erforderliche Vergoldung nicht oder nur partiell notwendig, so dass
auch diesbezüglich
der Herstellungsaufwand besonders gering gehalten werden kann.
-
Die
auch als Flachfedern bezeichneten Blattfedern können dabei insbesondere im
Wesentlichen senkrecht stehend auf der Leiterplatte montiert oder verlötet sein,
so dass mit nur vergleichsweise gering gehaltenen Verbindungswegen
eine zuverlässige elektrische
Verbindung zu oberhalb oder in Nachbarschaft der Leiterplatte angeordneten
Bauelementen herstellbar ist. Um dabei eine automatisierte Fertigung
besonders zu begünstigen,
sind die Komponenten dabei vorteilhafterweise für eine selbsttätige Zentrierung
und Kontaktierung der jeweiligen Blatt- oder Flachfedern mit den
dazu vorgesehenen Kontaktstellen am Bauelement ausgelegt. Dazu weist das
jeweilige Bauelement vorteilhafterweise in seinem Anschlussbereich
für die
jeweilige Blattfeder einen Führungskanal
auf, der derart geformt ist, dass er den endseitigen Kontaktbereich
der jeweiligen Blattfeder an die für die Kontaktierung vorgesehene korrekte
Position führt.
-
Durch
die Verwendung der Blattfedern ist eine besonders zuverlässige Kontaktierung
grundsätzlich
ohne weitere Befestigungsmittel wie beispielsweise Löten, Schweißen oder
dergleichen möglich,
insbesondere da die jeweilige Blattfeder auf grund der erreichbaren
Anpresskräfte
beim montierten Bauelement einen ausreichend geringen Übergangswiderstand
zum Bauelement hin aufweist. Dabei kann die Blatt- oder Flachfeder
insbesondere auch auf die jeweilige Leiterbahn der entsprechenden
Leiterplatte lediglich aufgesetzt sein, wobei auch in diesem Bereich
der elektrische Kontakt allein durch die Anpresskraft bei montierter
Blatt- oder Flachfeder hergestellt wird. Um dabei aber in jedem Fall
eine besonders zuverlässige
elektrische Kontaktierung zur Leiterbahn der jeweiligen Leiterplatte
zu gewährleisten,
ist die oder jede Blattfeder vorteilhafterweise endseitig auf die
Leiterplatte aufgelötet.
Dadurch kann insbesondere der Kontaktübergangswiderstand selbst ohne
Vergoldung der Blattfeder besonders niedrig gehalten werden.
-
Bei
der Montage einer Mehrzahl von Blattfedern ist eine besonders platzsparende
Bauweise erreichbar, indem die Blattfedern relativ zueinander derart
positioniert oder angeordnet sind, dass auch beim infolge der Montage
auftretenden Ausknicken keine gegenseitige Beeinflussung oder Beeinträchtigung
auftritt. Um dies zu ermöglichen,
ist vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Blattfedern bezüglich ihrer
Auslenkungsrichtungen versetzt zueinander auf der Leiterplatte angeordnet.
-
Der
Kontakt zur Leiterplatte kann durch Andruck oder auch durch Befestigungsmittel
wie Verlöten
oder Verschweißen
hergestellt sein. Für
eine besonders einfach handhabbare Montage ist die jeweilige Blattfeder
aber vorteilhafterweise hinsichtlich der Kontaktierung des Bauelements
für eine
Kontaktherstellung lediglich durch Andruck, also infolge der Verformung
der Blattfeder, ausgelegt. Um dabei eine besonders zuverlässige Kontaktierungsfläche am zugeordneten,
von der Leiterplatte abgewandten Ende der Blattfeder bereitzustellen,
ist diese an ihrem von der Leiterplatte abgewandten Ende vorteilhafterweise
umlaufend geführt.
-
Für den Fall,
dass die Blattfeder an die jeweilige Leiterbahn der Leiterplatte
angelötet
oder mit dieser verschweißt
ist, sind vorteilhafterweise zusätzliche
Maßnahmen
vorgesehen, die bei der Einleitung von Kräften im Arbeitsbereich der
Feder eine übermäßige Belastung
der Löt-
oder Verbindungsstelle zu vermeiden. Dazu kann die jeweilige Blattfeder
vorteilhafterweise in ihrem der Leiterplatte zugewandten Endbereich
verjüngt
ausgeführt
sein. Alternativ oder zusätzlich
ist die jeweilige Blattfeder vorteilhafterweise derart geformt,
dass die Lötstelle
vom unteren Biegeradius entfernt angesetzt werden kann. Alternativ oder
zusätzlich
kann weiterhin eine Teilung des Lötpads quer zur Feder vorgesehen
sein, um eine Fortsetzung einer eventuellen Rissbildung im Lötbereich zu
unterbinden.
-
Um
einerseits eine besonders hohe Elastizität des Verbindungselements und
damit eine vergleichsweise hohe Flexibilität in den entsprechenden Raumrichtungen
und andererseits eine besonders hohe Andruckkraft im Kontaktbereich
sicherzustellen, ist die jeweilige Blattfeder in besonders vorteilhafter
Ausgestaltung mit doppeltem oder mit mehrfachem Federblatt ausgeführt.
-
Vorteilhafterweise
wird die elektronische Baugruppe in einem ABS/ESP-System eines Kraftfahrzeugs
verwendet. Alternativ oder zusätzlich
kann die Verwendung von Blatt- oder Flachfedern als Verbindungselement
auch vorteilhafterweise zur lösbaren
Verbindung von Spulen verwendet werden. Dabei übernimmt die Blattfeder die
zusätzliche
Funktion, die Spule an den Ventilblock zu drücken, wobei ein guter magnetischer
Fluss gewährleistet
werden kann.
-
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch die Verwendung von Blatt- oder Flachfedern zur Kontaktierung eines
Bauelements an Leiterbahnen einer Leiterplatte mit besonders gering
gehaltenem Aufwand ein zuverlässiger
elektrischer Kontakt sichergestellt werden kann. Aufgrund der bauartbedingten
Flexibilität der
Flach- oder Blattfedern
ist zudem eine besonders hohe räumliche
Flexibilität
gewährleistetet,
so dass vergleichsweise große
Toleranzen in allen Raumrichtungen möglich sind.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 eine
elektronische Baugruppe im Schnitt,
-
2 eine
alternative Ausführungsform
einer elektronische Baugruppe im Schnitt,
-
3 eine Blattfeder in Vorderansicht (3a)
und in Seitenansicht in montiertem Zustand (3b),
-
4 eine
alternative Blattfeder in Seitenansicht in montiertem Zustand, und
-
5 eine alternative Blattfeder im Rohzustand
in Vorderansicht (5a) und in Seitenansicht (5b).
-
Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Die
elektronische Baugruppe 1 gemäß 1 ist zur
Verwendung in einem ABS- oder ESP-System eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Sie umfasst eine Leiterplatte 2, auf der eine Anzahl von
Leiterbahnen 4 angeordnet ist, die in Verbindung mit einer
Anzahl weiterer, in der Figur nicht dargestellter Bauteile oder Komponenten
eine elektronische Schaltung bilden. Darüber hinaus umfasst die Baugruppe 1 noch
eine Anzahl von Bauelementen 6, die für die jeweiligen Schaltungen
dienen. Im Ausführungsbeispiel
nach 1 ist als Bauelement 6 ein Drucksensor
vorgesehen, der beispielsweise im Rahmen eines ABS- oder ESP-System
am jeweiligen Ventilblock montiert und zur Lieferung von Eingangsgrößen für den jeweiligen Regler
vorgesehen sein kann. Das als Drucksensor ausgestaltete Bauelement 6 ist
dabei in eine Ausnehmung 8 in der Leiterplatte 2 eingesteckt,
um somit den mechanischen Kontakt und die mechanische Fixierung
an der Leiterplatte 2 zu gewährleisten.
-
Zur
Weitergabe der vom Bauelement 6 generierten Signale oder
Impulse ist dieses elektrisch mit den Leiterbahnen 4 der
Leiterplatte 2 verbunden. Zur Herstellung dieser elektrischen
Verbindung sind eine Anzahl von Verbindungselementen vorgesehen.
Die elektronische Baugruppe 1 ist dabei bei hoher Flexibilität und hohen
Toleranzwerten in allen Raumrichtung bei der Anbindung des Bauelements 6 für die Herstellung
einer besonders zuverlässigen
und belastbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Bauelement 6 und
der Leiterplatte 2 bei gleichzeitig besonders gering gehaltenem
Herstellungs- und Montageaufwand ausgestaltet. Dazu sind die zur Herstellung
der elektrischen Verbindung vorgesehenen Verbindungselemente als
Flach- oder Blattfedern 10 ausgestaltet.
-
Zur
Anbrindung des Bauelements 6 an die Leiterplatte 2 ist
ein Anschluss- oder Zwischenstück 12 vorgesehen,
das in seinem oberen Bereich das Bauelement 6 aufnimmt
und in seinem unteren Bereich in die Ausnehmung 8 einbringbar
ist. Das Zwischenstück 12,
das auch zweiteilig, beispielsweise in der Art eines oberen und
eines unteren Kunststoffteils, ausgeführt sein kann, wird dabei in
der Aussparung 8 fixiert. Zur Führung der Blattfedern 10 weist das
Zwischenstück 12 eine
Anzahl von Führungskanälen 14 auf.
-
An
ihrem unteren, der Leiterplatte 2 zugewandten Ende 16 sind
die Blattfedern 10 auf die jeweiligen Leiterbahnen 4 der
Leiterplatte 2 aufgelötet, um
somit einen besonders zuverlässigen
mechanischen und elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Die Anlötung kann
dabei insbesondere im Reflow-Verfahren oder auch durch andere geeignete Leitverfahren
erfolgen. Im oberen, dem Bauelement 6 zugewandten Bereich
ist im Ausführungs beispiel nach 1 die
jeweilige Blattfeder 10 hingegen abgewinkelt ausgeführt, so
dass infolge der Montage des Bauelements 6 mechanisch der
Kontakt zwischen der jeweiligen Blattfeder 10 und entsprechenden
Anschlussstellen am Bauelement 6 hergestellt wird. Der
zuverlässige
elektrische Kontakt wird dabei insbesondere infolge der Vorspannung
der Blattfeder 10 sichergestellt, die bei der Montage des
Bauelements 6 entgegen ihrer Federkraft mehr oder weniger geringfügig ausgelenkt
wird.
-
Alternativ
ist die in 1 dargestellte Ausführungsform
aber auch für
eine vollständig
ungelötete
Montage der Blattfedern 10 geeignet, wobei die jeweilige
Blattfeder 10 sowohl in ihrem unteren als auch in ihrem
oberen Endbereich allein durch mechanischen Anpressdruck an die
jeweiligen Kontaktstellen geführt
sein kann, ohne dass hierzu ein Verlöten notwendig wäre. Im Ausführungsbeispiel
nach 1 ist zur Herstellung der Verbindung des Bauelements 6 mit
der Leiterplatte 2 eine Mehrzahl von Blattfedern 10,
nämlich
vier, vorgesehen. Selbstverständlich kann
auch eine beliebige andere durch die schaltungstechnischen Notwendigkeiten
vorgegebene Anzahl von Blattfedern 10 vorgesehen sein.
Um dabei eine zuverlässige
Montage auch auf engstem Raume zu ermöglichen, sind die Blattfedern 10 mit
ihren Auslenkungsrichtungen gegeneinander versetzt angeordnet, so
dass die Auslenkungen der jeweiligen Blattfedern 10 sich
gegenseitig nicht behindern.
-
Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 sind alternativ
ausgestaltete Blattfedern 10' zur
Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem Bauelement 6 und
der Leiterplatte 2 vorgesehen. Im Unterschied zur erstgenannten
Ausführungsform
sind die Blattfedern 10' an
ihrem von der Leiterplatte 2 abgewandten Ende 18 umlaufend
oder bügelartig
geführt.
Im Ausführungsbeispiel
nach 2 sind die Blattfedern 10' mittels geeigneter Halter im Reflow-Verfahren
auf die Leiterplatte 2 gelötet, so dass im weiteren Prozess
zusammen mit der Leiterplatte 2 eine Montage im Gehäuse erfolgen
kann. Dafür
ist das Zwischenstück 12 mit
entsprechenden Einführschrägen im Kanalbereich
versehen. Nach der Montage des Zwischenstücks 12 steht die jeweilige
Blattfeder 10' nunmehr
mit ihrem freien Ende 18 aus dem montierten Gehäuse und
ist am oberen Ende infolge der umlaufenden Führung kontaktierbar.
-
Um
insbesondere bei der letztgenannten, aber auch bei anderen Ausführungsformen
eine Belastung der Lötstelle
im Arbeitsbereich der jeweiligen Blattfeder 10, 10' zu vermeiden,
können
verschiedene Maßnahmen
vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Lötstelle vom unteren Biegeradius
der jeweiligen Blattfeder 10, 10' entfernt angesetzt sein. Alternativ
oder zusätzlich
kann eine Teilung des Lötpads
quer zur Feder vorgesehen sein, um eine Fortsetzung einer eventuellen
Rissbildung zu unterbinden.
-
Alternativ
oder zusätzlich
kann die jeweilige Blattfeder 10, 10' in ihrem unteren
Endbereich verjüngt
ausgeführt
sein. Ein Ausführungsbeispiel
für eine
derartige Gestaltung ist in 3 gezeigt,
nämlich
in 3a in Draufsicht auf die jeweilige Blattfeder 10, 10' und in 3b im
Schnitt. Wie in 3b zudem gezeigt, kann die jeweilige
Blattfeder 10, 10' in ihrem
unteren Bereich 16 zudem noch um einen eingelegten Steg
des Zwischenstücks 12 herumgeführt sein,
so dass während
der Montage die Blattfeder 10, 10' zuverlässig gehalten oder fixiert
ist. Beim Kontaktieren baucht sieh die Blattfeder 10, 10' im Übrigen etwas
aus, so dass über
den Drehpunkt 17 eine gewisse Auslenkung des oberen Federendes
in Innenrichtung entsteht. Diese Querbewegung bewirkt einen Reinigungseffekt
für die
Kontaktfläche.
Dabei werden kleinste Partikel, die sich auf dem oberen Federende
oder auf der Kontaktstelle angesammelt haben könnten, weggeschoben, so dass
ein besonders inniger Kontakt entstehen kann.
-
Eine
weitere alternative oder zusätzliche Ausführungsform
der Blattfeder 10'' ist in 4 gezeigt.
Dabei ist die Blattfeder 10'' mit doppeltem
Federblatt ausgeführt.
Dadurch ist die Verwendung vergleichsweise dünneren Blechs zur Bildung des
Federblatts möglich,
so dass die erreichbare Elastizität der Blattfeder 10'' besonders hoch ist. Durch die
Verwendung mehrfacher Federbleche kann zudem eine besonders hohe
Federkraft gewährleistet
werden. Selbstverständlich
sind über
die gezeigte doppelte Ausführung
hinaus noch weitere Varianten, insbesondere im Hinblick auf die
Verwendung mehrfacher Federblätter,
möglich.
-
Im
Ausführungsbeispiel
nach 4 ist das Federblatt an seinem oberen Ende 18 umlaufend
geführt,
so dass eine doppelte Federblattauslegung möglich ist. Alternativ kann,
wie dies in 5 in Aufsicht (5a)
und in Seitenansicht (5b) gezeigt ist, die Blattfeder 10''' auch
dadurch doppelt oder mehrfach geführt sein, dass zwischen einzelnen Teil-Federblättern 20 Verbindungsstege 22 vorgesehen
sind, die durch ein einfaches Umbiegen die gewünschte Ausbildung der mehrblättrigen
Kontur ermöglichen.
-
- 1
- elektronische
Baugruppe
- 2
- Leiterplatte
- 4
- Leiterbahnen
- 6
- Bauelement
- 8
- Ausnehmung
- 10,
10',
-
- 10'', 10'''
- Blatt-
oder Flachfeder
- 12
- Zwischenstück
- 14
- Führungskanäle
- 16
- unteres
Ende
- 17
- Drehpunkt
- 18
- oberes
Ende