DE102007053808B4

DE102007053808B4 - Sockelelement, Sockelanordnung und Verfahren zur Herstellung einer weiteren Sockelanordnung

Info

Publication number: DE102007053808B4
Application number: DE102007053808.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Kunert; Michael HORTIG
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2027-11-13
Also published as: JP4801131B2; DE102007053808A1; US20090122503A1; US8116098B2; US20120174376A1; JP2009124147A

Abstract

Sockelelement (1) mit einer ersten und einer zweiten Fläche (4, 5), wobei die erste Fläche (4) zur Aufnahme eines Modulgehäuses (3) und die zweite Fläche (5) zur Montage auf einem Trägerelement (2) ausgebildet ist, wobei zwischen einer ersten Flächennormalen (4`) der ersten Fläche (4) und einer zweiten Flächennormalen (5`) der zweiten Fläche (5) ein Winkel (10) zwischen 0 und 90 Grad vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (1) ein derart ausgebildetes Federelement (20) aufweist, dass eine Federbewegung der ersten Fläche (4) parallel zur ersten und/oder zweiten Flächennormalen (4', 5`) ermöglicht wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Sockelelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Sockelelemente sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift EP 0 665 438 B1 ein an einer Leiterplatte montierter Chipträger bekannt, an welchem ein Beschleunigungssensor derart montiert ist, dass eine Messachse des Beschleunigungssensors parallel zur Leiterplatte ausgerichtet ist. Eine Montage des Beschleunigungssensors am Chipträger unter einem anwendungsspezifischen Winkel ungleich 90 Grad zwischen der Messachse und der Leiterplatte ist nicht vorgesehen. Weitere Sockelelemente sind aus der US 6 115 261 A , DE 10 2006 015 676 A1 , DE 10 2004 060 977 B3 , US 2003 / 0 209 789 A1 und DE 103 45 632 B4 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Sockelelement, die erfindungsgemäße Sockelanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer weiteren Sockelanordnung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein Modulgehäuse in einem beliebigen anwendungsspezifischen Winkel zwischen 0 und 90 Grad in vergleichsweise einfacher Weise auf einem Trägerelement montierbar bzw. mechanisch fixierbar ist. In vielen Anwendungsfällen ist eine vorgegebene Orientierung des Modulgehäuses relativ zum Trägerelement für die Funktionalität der Anwendung entscheidend, wie beispielsweise bei der Verwendung von Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren im Modulgehäuse, welche in der Regel eine Haupt - Sensierrichtung aufweisen. Bei der Montage des Modulgehäuses auf einem Trägerelement, wie beispielsweise eine Trägerplatine, gemäß dem Stand der Technik wird die Sensierrichtung durch die Lage des Trägerelements bestimmt. Im Gegensatz dazu, ermöglicht das erfindungsgemäße Sockelement die Montage des Modulgehäuses unter einem beliebigen Winkel gegenüber dem Trägerelement, so dass insbesondere die Sensierrichtung unabhängig von der Orientierung des Trägerelements und somit anwendungsspezifisch wählbar ist. Weiterhin wird die Montage des Trägerelements im Vergleich zum Stand der Technik deutlich vereinfacht, insbesondere bei der Integration des Trägerelements in vergleichsweise kompakte und/oder speziell geformte Bauräume, wie beispielsweise bei der Anwendung von Sensoren in einem Fahrzeug, da die Montagelage des Trägerelements gegenüber der gewünschten Modulgehäuselage durch das Sockelelement kompensiert wird. Insbesondere ermöglicht das Sockelelement besonders vorteilhaft die Montage eines Standardgehäuses auf einem Standardträgerelement unter einem beliebigen Winkel zwischen 0 und 90 Grad.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Modulgehäuse und das Trägerelement eine erste und eine zweite Haupterstreckungsebene mit einer dritten und einer vierten Flächennormalen aufweisen, wobei die dritte Flächennormale im Wesentlichen parallel zur ersten Flächennormalen und die vierte Flächennormale im Wesentlichen parallel zur zweiten Flächennormalen verlaufend vorgesehen sind. Besonders vorteilhaft ist somit ein anwendungsspezifisch festgelegter Winkel zwischen der ersten und der zweiten Haupterstreckungsebene realisierbar, welcher zwischen 0 und 90 Grad liegt, und die Orientierung der ersten Haupterstreckungsebene bzw. des Modulgehäuses gegenüber der zweiten Haupterstreckungsebene bzw. des Trägerelements frei wählbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Trägerelement eine Leiterplatte, eine Platine, eine Leiterbahn und/oder eine Mehrzahl von Leiterbahnen umfasst, so dass besonders vorteilhaft das Modulgehäuse über das Sockelelement in konventioneller Weise in eine elektrische Schaltung einer Platine integrierbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Modulgehäuse ein elektrisches, elektronisches und/oder mikroelektronisches Bauelement, bevorzugt einen mikromechanischen Sensor und besonders bevorzugt einen mikromechanischen Drehraten- und/oder Beschleunigungssensor, umfasst. Besonders vorteilhaft ist somit insbesondere die HauptSensierrichtung von Sensoren unabhängig von der Orientierung des Trägerelements, wie beispielsweise einer Platine, einstellbar. Dies ermöglicht ferner eine vergleichsweise bauraumkompakte und einfache bzw. kostengünstige Realisierung von Sensoren und/oder Sensorschaltungen in beliebig ausgeformten und vergleichsweise kleinen Bauräumen, welche insbesondere im Fahrzeugbau anzutreffen sind.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Sockelelement ein derart ausgebildetes Federelement aufweist, dass eine Federbewegung der ersten Fläche parallel zur ersten Flächennormalen und/oder zweiten Flächennormalen ermöglicht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Sockelelement eine Vorfixierkante auf. Besonders vorteilhaft wird vor der endgültigen mechanischen Fixierung eines Modulgehäuses auf der ersten Fläche ein „Herabrutschen“ des Modulgehäuses von der ersten Fläche, welche insbesondere eine schiefe Ebene darstellt, durch die Vorfixierkante verhindert. Dies ist insbesondere bei der Verwendung einer Lötpaste zur mechanischen bzw. elektrischen Kontaktierung des Modulgehäuses besonders vorteilhaft, da diese erst nach dem Aushärten einen mechanisch stabilen Kontakt darstellt. Weiterhin ermöglicht die Federbewegung die Verwendung eines Siebdruckverfahrens zur Aufbringung der Lötpaste auf die erste Fläche, da die Vorfixierkante während des Lötpastendrucks durch die Federbewegung in Richtung der zweiten Fläche verschwenkt wird und somit das Siebdruckverfahren nicht negativ beeinflusst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sockelelement eine dritte Fläche mit einer fünften Flächennormalen aufweist, wobei die fünfte Flächennormale im Wesentlichen parallel zur zweiten Flächennormalen verläuft. Besonders vorteilhaft wird somit eine automatische Bestückung des Trägerelements ermöglicht, da das Sockelelement an der dritten Fläche für einen Bestückungsautomat greifbar bzw. fixierbar ist. Insbesondere bildet die dritte Fläche eine Ansaugfläche für einen vakuumbasierten Greifarm eines Bestückungsautomaten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Fläche eine erste elektrische Anschlussfläche für das Modulgehäuse und/oder die zweite Fläche eine zweite elektrische Anschlussfläche für das Trägerelement aufweist, wobei bevorzugt die erste und/oder die zweite Anschlussfläche eine standardisierte Anschlussfläche umfasst und besonders bevorzugt die erste Anschlussfläche ungleich der zweiten Anschlussfläche ist. Besonders vorteilhaft umfassen die Anschlussflächen „footprints“ der Standardsockel bzw. Standardstecker, so dass Standardmodulgehäuse auf dem Sockelement und/oder das Sockelelement auf Standardanschlussflächen des Trägerelements platzierbar ist. Somit ist beispielsweise zwischen einem Modulgehäuse, welches auf eine Leiterplatte gesteckt ist, und der Leiterplatte in einfacher Weise das Sockelelement integrierbar, um einen gewünschten Winkel des Modulgehäuses zur Leiterplatte einzustellen. Besonders vorteilhaft weisen die erste und die zweite Anschlussfläche unterschiedliche „footprints“ auf, so dass das Sockelelement zusätzlich als Adapter zwischen der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche fungiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sockelelement wenigstens eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Modulgehäuse und dem Trägerelement und bevorzugt zwischen der ersten und der zweiten Anschlussfläche aufweist. Vorteilhaft ist somit eine elektrische Kontaktierung des Modulgehäuses bzw. der Bauelemente des Modulgehäuses durch das Sockelelement möglich. Besonders vorteilhaft wird somit das Modulgehäuse bzw. die Bauelemente des Modulgehäuses in konventioneller Weise in eine Schaltung des Trägerelements integriert.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Sockelanordnung mit einem Sockelelement und einem Modulgehäuse, wobei das Modulgehäuse stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig auf der ersten Fläche mechanisch fixiert ist. Besonders vorteilhaft wird somit die anwendungsspezifisch geforderte Orientierung des Modulgehäuses relativ zur zweiten Fläche festgelegt, so dass das Sockelelement zusammen mit dem Modulgehäuse in konventioneller Weise auf einem Trägerelement montierbar ist und gleichzeitig der geforderte anwendungsspezifische Winkel zwischen dem Modulgehäuse und dem Trägerelement realisiert wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Sockelanordnung mit einem Sockelelement und einem Trägerelement, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Sockelelement mit dem Modulgehäuse bestückt und kontaktiert wird und in einem zweiten Verfahrensschritt das Sockelelement zusammen mit dem Modulgehäuse auf dem Trägerelement platziert und kontaktiert wird. Die Bestückung des Sockelelements mit dem Modulgehäuse bzw. des Trägerelements mit dem Sockelelement ist in vorteilhafter Weise mit Standardprozessen durchführbar und somit vergleichsweise kostengünstig. Weiterhin ist besonders vorteilhaft die Verwendung von Standardmodulgehäusen und Standardplatinen, insbesondere mit Standardanschlussflächen (,footprints"), möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im ersten und/oder im zweiten Verfahrensschritt eine elektrisch leitfähige und/oder eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Modulgehäuse und dem Sockelelement und/oder zwischen dem Sockelelement und dem Trägerelement, bevorzugt durch einen Löt- oder Klebeprozess und besonders bevorzugt durch ein Lötpastensiebdruckverfahren, hergestellt wird. Besonders vorteilhaft ist somit eine vergleichsweise kostengünstige und/oder maschinelle Bestückung mit Standardprozessen realisierbar
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figurenliste
Es zeigen

1 eine schematische Darstellung von Fehlorientierungen im Stand der Technik,
2 eine schematische Seitenansicht eines Sockelelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3a und 3b jeweils eine schematische Seitenansicht eines Sockelelements gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Seitenansicht eines Sockelelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
5 eine perspektivische, schematische Seitenansicht eines Sockelelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist eine schematische Darstellung von Fehlorientierungen 30' im Stand der Technik dargestellt, wobei eine erste Richtung 31 und eine zweiten Richtung 32 einen Winkel 30 einschließen. Die erste Richtung 31 stellt eine gewünschte Sensierrichtung eines Sensors in einem Modulgehäuse 3 dar, während die zweite Richtung 32 die Einbaulage eines Trägerelements 2 darstellt. Das Trägerelement 2 weist gemäß dem Stand der Technik das Modulgehäuse 3 derart auf, dass die zweite Richtung 32 parallel zur Sensierrichtung des Sensors verläuft. Der Winkel 30 stellt folglich die Fehlorientierung 30' zwischen der Sensierrichtung und der gewünschten Sensierrichtung dar. Diese Fehlorientierung 30' wird bevorzugt in den nachfolgenden Figuren durch das erfindungsgemäße Sockelelement 1 derart kompensiert, dass die Sensierrichtung mit der gewünschten Sensierrichtung unabhängig von der Einbaulage des Trägerelements 2 übereinstimmt.
In 2 ist eine schematische Seitenansicht eines Sockelelements gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Sockelelement 1 eine erste und eine zweite Fläche 4, 5 aufweist, wobei an der ersten Fläche 4 ein Modulgehäuse 3 und die zweite Fläche 5 an einem Trägerelement 2 montiert sind und wobei zwischen einer ersten Flächennormalen 4' der ersten Fläche 4 und einer zweiten Flächennormalen 5' der zweiten Fläche 5 ein Winkel 10 zwischen 0 und 90 Grad vorgesehen ist. Insbesondere entspricht der Winkel 10 der Fehlorientierung 30' dargestellt in 1. Das Modulgehäuse 3 und das Trägerelement 2 weisen eine erste und eine zweite Haupterstreckungsebene 6, 7 mit einer dritten und einer vierten Flächennormalen 6', 7' auf, wobei die dritte Flächennormale 6' im Wesentlichen parallel zur ersten Flächennormalen 4' und die vierte Flächennormale 7' im Wesentlichen parallel zur zweiten Flächennormalen 5' verläuft. Bevorzugt umfasst das Trägerelement 2 einer Leiterplatte und das Modulgehäuse 3 einen Bewegungssensor. Die erste Fläche 4 umfasst eine erste elektrische Anschlussfläche für das Modulgehäuse 3 und die zweite Fläche 5 eine zweite elektrische Anschlussfläche für das Trägerelement 2, wobei die erste und die zweite Anschlussfläche bevorzugt eine standardisierte Anschlussfläche, d.h. einen standardisierten „footprint“ von Standardsockeln bzw. Standardchipträgern oder Standardsteckern, umfasst und besonders bevorzugt die erste Anschlussfläche ungleich der zweiten Anschlussfläche ist. Ferner weist das Sockelelement eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Verbindungen 11 zwischen dem Modulgehäuse 3 und dem Trägerelement 2 bzw. zwischen der ersten und der zweiten Anschlussfläche auf, so dass das Modulgehäuse 3 bzw. der Sensor des Modulgehäuses 3 mit dem Trägerelement 2 bzw. mit der Leiterplatte elektrisch kontaktiert werden.
In 3a und 3b ist jeweils eine schematische Seitenansicht eines Sockelelements gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei diese Ausführungsform im Wesentlichen der ersten Ausführungsform dargestellt in 2 gleicht, wobei das Sockelelement 1 ein derart ausgebildetes Federelement 20 aufweist, dass eine Federbewegung der ersten Fläche 4 im Wesentlichen parallel zur ersten Flächennormalen 4' ermöglicht wird und wobei ferner das Sockelelement 1 eine Vorfixierkante 40 aufweist. Die Vorfixierkante 40 verhindert ein Herabrutschen (in Richtung der zweiten Fläche 5) des Modulgehäuses 3 von der ersten Fläche 4 während der Montage des Modulgehäuses 3. Insbesondere bei einem Montageprozess unter Verwendung einer Lötpaste wird das Herabrutschen des Modulgehäuses vor dem Aushärten der Lötpaste verhindert. Das Federelement 20 ermöglicht ein Verschwenken der ersten Fläche 4 und somit der Vorfixierkante 40 in Richtung der zweiten Fläche 5, so dass die erste Fläche 4" nicht durch die die Vorfixierkante 40 durchbrochen wird und eine Bestückung der ersten Fläche 4 unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens ermöglicht wird. In 3a ist die erste Fläche 4 mit einem Modulgehäuse 3 bestückt und das Federelement 20 in der Gleichgewichtslage dargestellt, während in 3b das erste Fläche 4 nicht bestückt und das Federelement 20 in einer Auslenkungslage in Richtung der zweiten Fläche 5 dargestellt ist.
In 4 ist eine schematische Seitenansicht eines Sockelelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen identisch der ersten Ausführungsform dargestellt in 2 ist, wobei das Sockelelement 1 eine dritte Fläche 12 mit einer fünften Flächennormalen 12' aufweist, wobei die fünfte Flächennormale 12' im Wesentlichen parallel zur zweiten Flächennormalen 5' verläuft. Die dritte Fläche 12 dient insbesondere als Ansaugfläche für einen Vakuumgreifer eines Bestückungsautomaten zur maschinellen Positionierung des Sockelelements 1 bzw. der Sockelanordnung auf einem Trägerelement 2.
In 5 ist eine schematische Seitenansicht eines Sockelelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen identisch der ersten Ausführungsform dargestellt in 2 ist, wobei die erste Fläche 4 eine erste elektrische Anschlussfläche für das Modulgehäuse 3 und die zweite Fläche 5 eine zweite elektrische Anschlussfläche für das Trägerelement 2 aufweist, wobei bevorzugt die erste und die zweite Anschlussfläche jeweils eine standardisierte Anschlussfläche („footprint“) umfassen und wobei ferner die erste Anschlussfläche ungleich der zweiten Anschlussfläche ist. Das Sockelelement 1 fungiert somit gleichfalls als Adapter zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlussfläche.

Claims

Sockelelement (1) mit einer ersten und einer zweiten Fläche (4, 5), wobei die erste Fläche (4) zur Aufnahme eines Modulgehäuses (3) und die zweite Fläche (5) zur Montage auf einem Trägerelement (2) ausgebildet ist, wobei zwischen einer ersten Flächennormalen (4`) der ersten Fläche (4) und einer zweiten Flächennormalen (5`) der zweiten Fläche (5) ein Winkel (10) zwischen 0 und 90 Grad vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (1) ein derart ausgebildetes Federelement (20) aufweist, dass eine Federbewegung der ersten Fläche (4) parallel zur ersten und/oder zweiten Flächennormalen (4', 5`) ermöglicht wird.
Sockelelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (3) und das Trägerelement (2) eine erste und eine zweite Haupterstreckungsebene (6, 7) mit einer dritten und einer vierten Flächennormalen (6', 7`) aufweisen, wobei die dritte Flächennormale (6`) parallel zur ersten Flächennormalen (4`) und die vierte Flächennormale (7`) parallel zur zweiten Flächennormalen (5`) verlaufend vorgesehen sind.
Sockelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2) eine Leiterplatte, eine Platine, eine Leiterbahn und/oder eine Mehrzahl von Leiterbahnen umfasst.
Sockelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (3) ein elektrisches, elektronisches und/oder mikroelektronisches Bauelement umfasst.
Sockelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (1) eine Vorfixierkante (40) aufweist.
Sockelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (1) eine dritte Fläche (12) mit einer fünften Flächennormalen (12`) aufweist, wobei die fünfte Flächennormale (12`) parallel zur zweiten Flächennormalen (5`) verläuft.
Sockelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (4) eine erste elektrische Anschlussfläche für das Modulgehäuse (3) und/oder die zweite Fläche (5) eine zweite elektrische Anschlussfläche für das Trägerelement (2) aufweist,.
Sockelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (1) wenigstens eine elektrisch leitfähige Verbindung (11) zwischen dem Modulgehäuse (3) und dem Trägerelement (2).
Sockelanordnung mit einem Sockelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Modulgehäuse (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (3) stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig auf der ersten Fläche (4) mechanisch fixiert ist.
Verfahren zur Herstellung einer weiteren Sockelanordnung mit einem Sockelelement (1) nach Anspruch 9 und einem Trägerelement, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt das Sockelelement (1) mit dem Modulgehäuse (3) bestückt und kontaktiert wird und in einem zweiten Verfahrensschritt das Sockelelement (1) zusammen mit dem Modulgehäuse (3) auf dem Trägerelement (2) platziert und kontaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und/oder zweiten Verfahrensschritt eine elektrisch leitfähige und/oder mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Modulgehäuse (3) und dem Sockelelement (1) und/oder zwischen dem Sockelelement (1) und dem Trägerelement (2) hergestellt wird.