DE102006050785A1

DE102006050785A1 - Leiterkarte

Info

Publication number: DE102006050785A1
Application number: DE200610050785
Authority: DE
Inventors: Arno Koblinger; Siegfried Fischer; Matthias Amend
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Die Erfindung soll eine Leiterplatte konstruieren, welche die Verarbeitung von Steuer- und Versorgungsströmen bei möglichst geringer Komplexität und geringen Herstellkosten der Leiterplatte ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst mittels einer Leiterkarte mit Leiterbahnen, welche gedruckte Leiterbahnen zur Führung eines Ansteuerstromes für elektrische Bauteile und zumindest eine nicht gedruckte Leiterbahn zur Führung eines Versorgerstromes für elektrische Verbraucher umfasst, wobei der Versorgerstrom um ein Vielfaches höher als der Ansteuerstrom ist. Der Platzbedarf für die Leiterkarte bzw. die Komplexität (Multi-Layer-Technik etc.) wächst aufgrund der unterschiedlichen zu verarbeitenden Ströme nicht an. Die Folge sind kaum höhere Kosten und nicht nennenswerter Raumbedarf.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der Realisierung einer Leiterkarte zur Verarbeitung von Steuerströmen und Leistungsströmen gemäß dem unabhängigen Anspruch.
Leiterkarten mit gedruckten Leitungsbahnen sind aus dem Stand der Technik wie der DE 42 34 024 C1 bekannt. Auch die Anbringung von so genannten Drahtbrücken auf Leiterkarten kann als bekannt vorausgesetzt werden. Diese Drahtbrücken dienen zur Überbrückung von kurzen Leiterbahnunterbrechungen oder zur Herstellung eines Kontaktes zwischen zwei unmittelbar benachbarten Leiterbahnanschlüssen.
Werden nun Ströme unterschiedlicher Größenordung mittels ein und derselben Leiterkarte geführt, so ergibt sich bei hohen Strömen, wie diese in der Leistungselektronik gefordert sind, das Problem, dass die Leitungsquerschnitte zunehmen müssen um einer erhöhten Wärmeentwicklung, vor allem jedoch einer Zerstörung der Leiterbahnen vorzubeugen. Die 10 mal höheren Leistungsströme erfordern im Vergleich zu den Ansteuerströmen Leiterbahnen mit einem um den 10 fachen Faktor größerem Leitungsquerschnitt. Die Leiterkarte wird komplexer, aufwendiger und teurer.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Leiterplatte zu konstruieren, welche die Verarbeitung von Steuer- und Leistungsströmen bei möglichst geringer Komplexität und geringen Herstellkosten der Leiterplatte ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Leiterkarte mit gedruckten Leiterbahnen zur Führung eines Ansteuerstromes für an der Leiterkarte angeordnete elektrische Bauteile und mit zumindest einem frei verdrahteten Leiter wobei sich der frei verdrahtete Leiter zumindest teilweise oberhalb gedruckter Leiterbahnen an der Oberfläche der Leiterkarte erstreckt, so dass mittels des frei verdrahteten Leiters eine Führung des Versorgerstromes auf einer vordefinierbaren Bahn von einem ersten Leiterkartenanschluss zu einem zweiten Leiterkartenanschluss realisierbar ist. Theoretisch könnten mittels der Verdrahtung auch Ströme auf mehrere Leiterkartenanschlüsse verteilt werden.
Die Tatsache, dass sehr unterschiedliche Stromstärken zu übertragen sind wirkt sich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung kaum auf die Leiterkartenabmessungen (Fläche, Stärke) und kaum auf deren Komplexität aus. Auf teure und störungsanfällige Multi-Layer-Technik muss nicht unbedingt zurückgegriffen werden. Die Herstellungskosten der Leiterkarte bleiben bei Vergleich mit komplexeren Lösungen relativ niedrig, obwohl nun auch höhere Ströme im Amperebereich verarbeitet werden können. Aufwendige Isolierungen können eingespart werden, da die freie Verdrahtung (Standardkabel) in der Regel bereits mit einer Isolierung ausgestattet sind. Die Erfindung ermöglicht die Übertragung von hohen elektrischen Strömen auf engstem und definierten Raum, ohne dass weitere Hilfsmittel wie Steckverbindungen, Spezialleiterplatten, oder ähnliches erforderlich wären. Die aufgrund der Leitungsführung vordefinierte Bahn ermöglicht es magnetfeldbedingten Einflüssen (EMV) entgegenzuwirken und die Stromführung so zu wählen, dass andere Bauteile durch das vom Strom erzeugte Magnetfeld nicht beeinträchtigt werden.
Vorzugsweise ist die Leitung zur Führung von Leistungsströmen an der Oberfläche der Leiterkarte angelötet. Dies stellt eine einfache und preiswerte Art der Befestigung dar.
Besonders bevorzugt sind die Enden der Leitung zur Führung von Versorgungsströmen derart umgeformt, dass diese in Leiterkartenausnehmungen eingehakt werden können, so dass eine Rastverbindung zwischen Leitung und Leiterkarte herstellbar ist. Eine Vorarretierung der Leitungen ist somit auch ohne Lötvorgang möglich, z.B. während der Bestückung mit den Bauteilen. Die Verlötung erfolgt zusammen mit den Bauteilen beispielsweise beim Schwallöten. Sonstige Hilfskontakte sind nicht erforderlich.
Die Lötseite der Leiterplatte wird hierbei zunächst mit einem Flussmittel benetzt. Dies kann durch Aufsprühen oder Aufschäumen geschehen. Anschließend wird die Leiterplatte mittels Konvektionsheizung oder Infrarot-Strahlern vorgeheizt. Dies geschieht zum einen, um den Lösungsmittelanteil des Flussmittels zu verdampfen und um einen Temperaturverzug der Baugruppe durch einen zu steilen Temperaturanstieg beim nachfolgenden Löten zu vermeiden. Anschließend wird die Baugruppe über eine Lotwelle gefahren. Die Lotwelle wird durch Pumpen von flüssigem Lot durch einen Spalt erzeugt. Andere adäquate Lötverfahren können selbstverständlich ebenfalls verwendet werden.
Besonders bevorzugt umfasst die Leiterkarte mehrere Leitungen zur Führung von Leistungsströmen, welche im wesentlichen parallel und möglichst gering beabstandet von der Leiterkartenoberfläche verlaufen. Die Bahnführung erfolgt derart, dass die Leitungen um andere Bauteile herumgeführt werden, so dass aufgrund der freien Verdrahtung kein zusätzlicher Raumbedarf entsteht. Durch die parallel und gleich von der Leiterplattenoberfläche beabstandete Leiterbahnführung entsteht eine zweite Leiterbahnebene, welche jedoch nicht über die Abmessungen der Leiterkarte hinaus geht und diese somit ohne weiteres in bereits vorhandene Gehäuse integriert werden kann.
Alternativ könnten mehrere Leitungen zur Führung von Leistungsströmen umfasst sein, welche alle innerhalb einer Ebene senkrecht zur Leiterkartenoberfläche verlaufen. Dies kann je nach den räumlichen Gegebenheiten vorteilhaft sein.
Vorzugsweise wird für die Versorgungsströme ein Kupferdraht mit einem Leitungsquerschnitt von mindestens 2,1 mm² verwendet, welcher von einer Isolierung mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 600 V umgeben ist. Der Kupferdraht ist zur Führung eines Versorgerstromes von mindestens 12 Ampere ausgelegt. Dies vermeidet übermäßige Wärmeentwicklung an den Leitungen sowie Kurzschlüsse, so dass die zweite Verdrahtungsebene auch alle an die Schaltung gestellten Sicherheitsanforderungen erfüllt.
Vorzugsweise umfasst ein Antriebsregler eine Leiterkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Der Steuer- und Leistungsteil des Reglers kann mittels einer solchen Leiterkarte sicher betrieben werden und ist klein und kompakt realisierbar. Die Leistungsdichte auf der Leiterkarte wird erhöht und Leistungsströme werden einfach und kostengünstig übertragen.
Um ein kompaktes Antriebssystem zu erhalten umfasst ein elektrischer Antrieb einen Motor und Antriebsregler wie zuvor beschrieben.
Die 1 zeigt eine Leiterkarte 2 mit erfindungsgemäßer freier Verdrahtung 1. Die Leiterkarte 2 umfasst sowohl gedruckte Leiterbahnen 3 zur Führung eines Ansteuerstromes für diskrete elektrische Bauteile (ICs, Kondensatoren, Transistoren, Widerstände, Induktivitäten) und/oder SMDs und zumindest eine nicht gedruckte Leiterbahn 1 zur Führung eines Versorgerstromes für elektrische Verbraucher beziehungsweise Leistungsschaltkreise. 1 zeigt deutlich die mittels freier Verdrahtung realisierte Leiterbahn 1 (frei verdrahtet) zur Führung eines Versorgerstromes, die parallel und beabstandet zur Leiterplatte verläuft. Die Leiterbahn 1 verläuft von einem ersten Leiterbahnanschluss 4a an der Leiterkarte zu einem zweiten Leiterbahnanschluss 4b an der Leiterkarte und kann, da der Leitungsquerschnitt nicht durch die Leiterplatte limitiert ist, wesentlich höhere Ströme führen als eine gedruckte Leiterbahn. Die Leitung 1 ist an der Oberfläche der Leiterkarte angelötet. In 1 ist ein zweiter frei verdrahtbarer Leiter 1 gezeigt, welcher in die Ausnehmungen 4a/b der Leiterkarte einführbar ist (gekennzeichnet mittels Pfeil).
2 zeigt, dass die Enden der Leitung 1 zur Führung von Versorgungsströmen vorzugsweise hakenförmig geformt sind, um diese mittels Leiterkartenausnehmungen 4a/b (1) an der Leiterkarte 1 mittels Klemmung zu arretieren. Aufgrund der Biegesteifigkeit des Drahtes und der gewählten Abmessungen wird der Klemmeffekt bewirkt, so dass die freie Verdrahtung zunächst auch ohne Verlötung an der Leiterkarte haftet. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Bestückung der Leiterkarte mit der freien Verdrahtung und Bauteilen, so dass im Anschluß an diese Bestückung die Verlötung wie bereits weiter oben beschrieben erfolgen kann.

1 Freie Verdrahtung

2 Leiterplatte/Leiterkarte

3 Gedruckte Schaltung

4a/b Bohrung

5 Hakenförmiges Drahtende

6 Isolierung

Claims

Leiterkarte mit gedruckten Leiterbahnen (3) zur Führung eines Ansteuerstromes für an der Leiterkarte (2) angeordnete elektrische Bauteile und mit zumindest einem frei verdrahteten Leiter (1), wobei sich der frei verdrahtete Leiter (1) zumindest teilweise oberhalb gedruckter Leiterbahnen (3) an der Oberfläche der Leiterkarte (2) erstreckt, so dass mittels des frei verdrahteten Leiters (1) eine Führung des Versorgerstromes auf einer vordefinierbaren Bahn von zumindest einem ersten Leiterkartenanschluss (4a) zu einem zweiten Leiterkartenanschluss (4b) realisierbar ist.
Leiterkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Enden des Leiters (1) zur Führung von Versorgungsströmen derart, vorzugsweise hakenförmig (5) umgeformt sind, dass eine Rastverbindung zwischen den Leitungsenden (5) des Leiters (1) und in der Leiterkarte (2) vorhandenen Ausnehmungen (4a, b) herstellbar ist.
Leiterkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung (1) zur Führung von Versorgungsströmen an der Oberfläche der Leiterkarte (2) angelötet ist.
Leiterkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Leitungen (1) zur Führung von Leistungsströmen umfasst sind, welche alle im wesentlichen parallel und gleich beabstandet von der Leiterkartenoberfläche verlaufen.
Leiterkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere frei verdrahtete Leitungen (1) umfasst sind, welche alle innerhalb einer Ebene senkrecht zur Leiterkartenoberfläche (2) verlaufen.
Leiterkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung (1) ein Kupferdraht mit einem Leitungsquerschnitt von mindestens 2,1 mm² ist, welcher von einer Isolierung mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 600 Volt, beispielsweise alternativ 700 Volt, 800 Volt, 900 Volt oder 1000 Volt umgeben ist, so dass ein Versorgerstrom von mindestens 12 Ampere übertragbar ist.
Antriebsregler umfassend eine Leiterkarte (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrischer Antrieb mit Motor und Antriebsregler nach Anspruch 7.