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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Tragen und elektrischen Erden metallischer Abdeckungen von elektronischen Steuermodulen.
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2. Stand der Technik
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Elektronische Steuermodule, wie jene, die häufig in Fahrzeugen zu finden sind, umfassen typisch ein Gehäuse, das eine Leiterplatte enthält. Im Allgemeinen weist das Gehäuse eine Öffnung auf, die groß genug ist, um die Leiterplatte problemlos im Gehäuse anordnen zu können. Um die Leiterplatte vor umgebungsbedingten Schäden zu bewahren, wird eine metallische Abdeckung über der Öffnung des Gehäuses platziert, wodurch die Leiterplatte im Gehäuse eingeschlossen wird.
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Zusätzlich zum Schutz der Leiterplatte vor umgebungsbedingten Schäden kann die metallische Abdeckung auch als Wärmeableiter verwendet werden, um die von der Leiterplatte erzeugte Wärme abzuleiten. Um dies zu erreichen, muss die Abdeckung in thermischer Verbindung mit der Leiterplatte stehen. Im Allgemeinen wird dies durch Anschließen einer oder mehrerer Leitungen an die Masseplatte der Leiterplatte und die Abdeckung erreicht. Dadurch wird nicht nur die Abdeckung thermisch mit der Leiterplatte verbunden, sondern die Leitungen erden die Abdeckung auch elektrisch, wodurch vom Modul abgestrahlte Emissionen abgeschirmt werden. Der größte Nachteil ist der Herstellungsaufwand des Systems, da zusätzliche Schritte erforderlich sind, um die Leitungen sowohl an der Leiterplatte als auch an der Abdeckung zu befestigen. Deshalb besteht ein Bedarf an einem kostengünstigen System, das die Abdeckung in elektrische und thermische Verbindung mit der Leiterplatte bringt.
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Die
EP 0 557 545 A1 offenbart ein Gehäuse für die elektrische Nachrichtentechnik, bestehend aus einer unteren und einer oberen Gehäuseschale, wobei die Gehäuseschalen durch Kammerwände in deckungsgleiche Kammern unterteilt sind und zwischen den beiden Gehäuseschalen eine sich über alle Kammern erstreckende Platine angeordnet ist. Um eine Abschirmung des Gehäuses zu erreichen, sind die Kammerwände der unteren Gehäuseschale nach oben durch Nuten begrenzt, in welche Dichtschnüre eingelegt sind. Die Platine ist mit Kontaktstreifen versehen, deren Verlauf den Konturen der Kammer entspricht. Die Kontaktstreifen sind aus Metall ausgebildet und weisen Kontaktfedern sowie Kontaktstifte auf.
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Die
DE 44 07 492 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Abschirmung von auf einer Elektronikkarte angeordneten elektronischen Bauteilen gegen äußere, elektromagnetische Felder mit einem elektronische Felder abschirmenden Gehäuse. Das Gehäuse bildet einen elektromagnetische Felder enthaltenden ersten Raum und einen abgeschirmten zweiten Raum. Der erste Raum wird durch eine mehrschichtige, mit einer internen Massefläche versehene Leiterplatte begrenzt, welche einen ersten, als Massefläche ausgebildeten Bereich und einen zweiten Bereich, welcher die abzuschirmenden elektronischen Bauteile trägt, aufweist. Das Gehäuse bildet eine abschirmende Trennwand, welche sich bis zur Leiterplatte erstreckt und zwischen erstem und zweitem Bereich der Leiterplatte anliegt. Der erste Raum des Gehäuses ist vom ersten Bereich der Leiterplatte begrenzt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Zur Erfüllung des oben dargelegten Bedarfs sowie zur Überwindung der aufgezählten Nachteile und anderen Beschränkungen der bekannten Technologie stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Tragen und elektrischen Erden metallischer Abdeckungen für elektronische Steuermodule bereit. Das System umfasst allgemein eine Leiterplatte, die sich in einem Hohlraum eines Gehäuses befindet. Wandabschnitte des Gehäuses bilden eine Öffnung, wobei über der Öffnung im Gehäuse eine Abdeckung platziert ist, wodurch die Leiterplatte eingeschlossen wird.
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Die Halterungen zum Tragen der Abdeckung, wenn diese über der Öffnung platziert ist, sind an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet. Bei den Halterungen kann es sich um eine auf einer Maskenöffnung der Leiterplatte gebildete Lotperle, um mehrere Drahtfederelemente, die auf einem angrenzend an die Umrandung der Oberseite der Leiterplatte gebildeten Kontaktabschnitt angeordnet sind, oder um mehrere Federelemente handeln, die angrenzend an die Umrandung der Leiterplatte angeordnet sind.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden für Fachleute nach dem Studium der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen und Ansprüche, die dieser Beschreibung beigefügt sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, ohne weiteres ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Perspektivansicht eines elektronischen Steuermoduls, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt, wobei die Halterung eine auf der Oberfläche einer Maskenöffnung einer Leiterplatte gebildete Lotperle ist.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht der auf der Oberfläche der Maskenöffnung gebildeten Lotperle.
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3 ist eine Seitenansicht der Lotperle und der Maskenöffnung, allgemein entlang der Linie 3-3 der 2.
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4 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des elektronischen Steuermoduls, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt, wobei die Halterungen mehrere leitende Drahtfederelemente sind, die eine komprimierbare Umrandung bilden.
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5 ist eine Seitenansicht der leitenden Drahtfederelemente, allgemein entlang der Linie 5-5 der 4.
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6 ist eine Seitenansicht ähnlich der 5, wobei eine Abdeckung mechanisch an den leitenden Drahtfederelementen anliegt.
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7 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des elektronischen Steuermoduls, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt, wobei die Halterung ein Federelement ist.
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8 ist eine vergrößerte Ansicht des in 7 gezeigten Federelements.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In 1 ist ein elektronisches Steuermodul 10 mit einem Gehäuse 12, einer Leiterplatte 18 und einer Abdeckung 22 gezeigt. Das Gehäuse 12 umfasst Wandabschnitte, die einen Hohlraum 14 und eine Öffnung 16 bilden. Im Hohlraum 14 angeordnet ist die Leiterplatte 18 mit einer Oberseite 20, die im Wesentlichen zur Öffnung 16 des Gehäuses 12 zeigt.
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Die Abdeckung 22 deckt die Öffnung 16 des Gehäuses 12 ab, wodurch die Leiterplatte 18 im Hohlraum 14 eingeschlossen wird. Die Abdeckung 22 ist mittels einer Reihe von Befestigungsmitteln 24 oder anderen Mechanismen am Gehäuse 12 befestigt, die sowohl in die Abdeckung 22 als auch ins Gehäuse 12 mechanisch eingreifen. Zum Beispiel können die Befestigungsmittel 24 mit Gewinde versehen sein und in eine Reihe von mit Gewinde versehenen Öffnungen 26 eingreifen, die im Gehäuse 12 und der Abdeckung 22 gebildet sind. Im montierten Zustand versiegelt die Abdeckung 22 die Leiterplatte 18 im Hohlraum, wodurch die Leiterplatte vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt wird.
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Die Oberseite 20 der Leiterplatte 18 umfasst mehrere Haltemittel oder Halterungen 28, die eine Stützhalterung der Abdeckung 22 bereitstellen. Die Halterungen 28 stehen in elektrischer Verbindung mit einer Masseplatte, die in der Leiterplatte 18 gebildet ist. Wenn die Abdeckung 22 an der Öffnung 16 des Gehäuses 12 angebracht ist, steht die Abdeckung 22 in elektrischem und mechanischem Kontakt mit den Halterungen 28. Dadurch wird die Abdeckung 22 mit der Masseplatte der Leiterplatte 18 geerdet, wodurch vom Modul 10 abgestrahlte Emissionen abgeschirmt werden. Außerdem kann die Abdeckung 22 als Wärmeableiter für die Leiterplatte 18 fungieren, wobei die durch die Leiterplatte 18 erzeugte Wärme über die Halterungen 28 zur Abdeckung 22 übertragen wird. Des Weiteren wird zwischen der Abdeckung 22 und der Leiterplatte 18 ein dielektrischer Abstand gebildet. Dieser dielektrische Abstand kann 2 bis 20 Tausendstel Inch („mil”/0.000051 m bis 0.000508 m) groß sein.
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In den 2 und 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Halterungen 28 dargestellt. Die Halterungen 28 umfassen eine Maskenöffnung 30 in elektrischer Verbindung mit der Masseplatte der Leiterplatte 18. Die Maskenöffnung 30 ist eine benetzbare Oberfläche. Auf der Oberfläche der Maskenöffnung 30 ist eine Lotperle 32 mit einer Höhe zwischen 10 (0.000254) und 15 mil (0.000381 m), vorzugsweise 12 mil (0.000305 m), gebildet, wobei die Lotperle in elektrischer Verbindung sowohl mit der Masseplatte der Leiterplatte 18 als auch mit der Abdeckung 22 steht, wie in 1 dargestellt.
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Um die Maskenöffnung 30 herum verläuft eine Rinne 36, die aus einem nicht benetzbaren Material besteht. Wie besonders gut in 3 zu sehen ist, weist die untere Oberfläche der Rinne 36 eine geringere Höhe als die Bondinselumrandung 34 auf.
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Vorzugsweise sind die Maskenöffnung 30 und die Bondinselumrandung 34 im Wesentlichen von quadratischer Form, es kann jedoch jede beliebige geeignete Form verwendet werden. Die Breite D1 der Maskenöffnung 30 beträgt etwa 28 mil (0.000711 m), kann jedoch zwischen 15 (0.000381) und 35 mil (0.000889 m) variieren. Die Breite D2 der Bondinselumrandung 34 beträgt etwa 68 mil (0.001727 m). Wie bereits angemerkt, verläuft die Rinne 36 um die Bondinselumrandung 34 herum und ist ebenfalls von quadratischer Form, wobei jedoch jede beliebige geeignete Form verwendet werden kann. Die Abmessung D3 einer Seite der Rinne 36 beträgt in der oberen Anwendung etwa 108 mil (0.002743 m).
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Wenn die Lotperle 32 auf der Maskenöffnung 30 gebildet ist, wird das bei der Bildung der Lotperle übrig bleibende Lot von der nicht benetzbaren Bondinselumrandung 34 abgestoßen und von der Rinne 36 aufgefangen. Nehmen wir zum Beispiel an, dass eine Lötpaste 38 auf einen Bereich aufgetragen wird, der die Maskenöffnung 30 und Abschnitte der Bondinselumrandung 34 bedeckt. Die Menge der Lötpaste 38 ist entscheidend. Zu viel Lötpaste (Überdrucken) würde zu Lotperlenbildung führen. Zu wenig Lötpaste würde keine Lotperle mit einer Höhe von mindestens 10 mil (0.000254 m) erzeugen. Allgemein sollte das Verhältnis des bedruckten Bereichs (Lötpaste 38) zum lötbaren Bereich (Maskenöffnung 30) zwischen 1,2 und 2,4 liegen, um die notwendige kritische Höhe der Lotperle 32 von mindestens 10 mil (0.000254 m) zu erreichen.
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Die Lötpaste 38 sollte die Maskenöffnung 30 vollständig bedecken. Wenn Abschnitte der Maskenöffnung 30 freiliegen, kann der Lotperle 32 Lotmasse „geraubt” werden. Wenn umgekehrt zuviel Lötpaste 38 verwendet wird, kann sich die Rinne 36 mit Lotmasse füllen, was die Möglichkeit erhöht, dass überschüssige Lötmasse auf andere Abschnitte der Leiterplatte 18 rollt.
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Wenn die Lötpaste 38 bis zu einem geschmolzenen Zustand erhitzt wird, bildet die Lotpaste 38 durch Reflow (Wiederaufschmelzen) mit Hilfe einer Schablone mit einer Dicke von 3 bis 7 mil (0.000076 bis 0.000178 m) die Lotperle 32. Jede zusätzliche Lotmasse wird durch die Bondinselumrandung 34 abgestoßen und fließt in die Rinne 36. Dadurch kann die Höhe der Lotperle 32 gleich bleibend erreicht werden, da die Maskenöffnung 30 eine begrenzte maximale Menge der geschmolzenen Lotmasse zurückbehält. Unter der Annahme, dass die Maskenöffnung 30 jeder Halterung 28 von gleicher Größe ist, ist deshalb die Höhe jeder Lotperle 32 im Wesentlichen gleich. Dies ist von Nutzen, da durch das Vorhandensein von Lotperlen mit gleicher Höhe die mehreren Halterungen 28 eine waagerechte Trageebene für die Abdeckung 22 bilden, die von einer spezifischen und vorhersehbaren Höhe ist. Die Lotperlen 32 können in versetzter oder in Linie ausgerichteter Anordnung und in einer Dichte, die von der Art der Anwendung abhängt, platziert sein. Zum Beispiel können in Anwendungen, bei denen die thermische Leitfähigkeit von Bedeutung ist, zusätzliche Lotperlen 32 erforderlich sein, um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform des Moduls 10' gezeigt. Das Modul 10' ähnelt dem in 1 gezeigten Modul 10, doch sind die Halterungen 28' anders. Die Halterungen 28' umfassen einen Kontaktabschnitt 40, der angrenzend an die Umrandung der Leiterplatte 18 und sich um sie herum erstreckend gebildet ist. Der Kontaktabschnitt 40 steht allgemein in elektrischer Verbindung mit der Masseplatte der Leiterplatte 18. Es sollte sich verstehen, dass sich der Kontaktabschnitt 40 nur an Abschnitten der Umrandung der Leiterplatte 18 erstrecken kann.
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Am Kontaktabschnitt 40 sind mehrere leitende Drahtfederelemente 42 angebracht. Allgemein bestehen die leitenden Drahtfederelemente 42 aus Zinn, Kupfer, Gold, Beryllium und Kombinationen davon. Die leitenden Drahtfederelemente 42 sind Bandbond- oder Drahtbond-Verbindungen, die eine zusammendrückbare Umrandung bilden. Wie am besten in 5 zu sehen ist, befinden sich die leitenden Drahtfederelemente 42 im nicht zusammengedrückten Zustand, wenn die Abdeckung 22 nicht an der Öffnung 16 des Gehäuses 12 angebracht ist. Wie jedoch in 6 zu sehen ist, befinden sich die Drahtbonde im zusammengedrückten Zustand, wenn die Abdeckung 22 an der Öffnung 16 des Gehäuses 12 angebracht ist. Befinden sich die Drahtbonde im zusammengedrückten Zustand, stehen die Drahtbonde 42 in elektrischer und mechanischer Verbindung mit der Abdeckung 22. Dadurch tragen die Drahtbonde 42 nicht nur die Abdeckung 22, sondern können außerdem thermische Energie zwischen der Leiterplatte 18 und der Abdeckung 22 übertragen. Außerdem bildet der federähnliche Aufbau der Drahtbonde 42 einen Sockel für die Abdeckung 22 und hält sie in Kontakt mit den Befestigungsmitteln 24, die die Abdeckung 22 vor einer Bewegung bewahren.
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In den 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform des Moduls 10'' dargestellt. In dieser Ausführungsform umfassen die Halterungen 28'' einen ersten Satz Kontaktplättchen 46, eine zweiten Satz Kontaktplättchen 48 und ein Federelement 49. Das Federelement 49 besteht im Allgemeinen aus einer Kupferlegierung wie etwa einer Phosphorbronze. Außerdem kann das Federelement 49 mit Zinn oder Silber plattiert sein.
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Der erste Satz Kontaktplättchen 46 umfasst ein inneres Kontaktplättchen 52, ein mittleres Kontaktplättchen 54 und ein seitliches Kontaktplättchen 56. In gleicher Weise umfasst der zweite Satz Kontaktplättchen 48 ein oberes Kontaktplättchen 58, eine mittleres Kontaktplättchen 60 und ein seitliches Kontaktplättchen 62. Die Kontaktplättchen des ersten wie des zweiten Satzes 46, 48 sind auf oder in der Oberseite 20 der Leiterplatte 18 gebildet und stehen in elektrischer Verbindung mit der Masseplatte der Leiterplatte 18. Obwohl mit drei Kontaktplättchen gezeigt, sollte es sich verstehen, dass jede beliebige Anzahl einzelner Kontaktplättchen als Teil des Satzes Kontaktplättchen in der Oberseite 20 der Leiterplatte 18 gebildet werden kann. In den Kontaktplättchen 52, 54 beziehungsweise 56 sind die Kerben 64, 66, 68 gebildet. In gleicher Weise sind in den Kontaktplättchen 58, 60 beziehungsweise 62 die Kerben 70, 72, 74 gebildet.
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Das Federelement 49 umfasst allgemein einen Grundabschnitt 76, der fest an der Oberseite 20 der Leiterplatte 18 angebracht ist. Der Grundabschnitt 76 des Federelements 49 weist die darin gebildeten Kerben 80, 82, 84, 86, 88, 90 auf. Die Kerben 64, 66, 68, 70, 72, 74 greifen mechanisch in die Kerben 80, 82, 84, 86, 88 beziehungsweise 90 ein. Dadurch, dass jeder Stift mechanisch in eine separate Kerbe eingreift, kann der Grundabschnitt des Federelements 49 während der Herstellung in Position gehalten werden. Allgemein wird Lötpaste 92 in und um den ersten und den zweiten Satz Kontaktplättchen 46, 48 aufgebracht. Danach wird das Federelement 49 auf der Lötpaste platziert. Wird die Lötpaste erhitzt, schmilzt die Lötpaste 92, während die Kerben das Federelement 49 in seine richtige Position führen. Vom Grundabschnitt 76 weg erstrecken sich von der Oberseite 20 der Leiterplatte 18 zwei sich allgemein gegenüber liegende flexible Abschnitte 78, 80. Nachdem sich die Lötpaste 92 abgekühlt hat, ist das Federelement 49 fest an der Leiterplatte 18 angebracht.
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In 7 bilden die Federelemente 49, sobald sie fest an der Leiterplatte 18 angebracht sind, nahe der Ränder der Leiterplatte 18 eine zusammendrückbare Umrandung. Ist die Abdeckung 22 nicht am Gehäuse 12 angebracht, befinden sich die Federelemente 49 im nicht zusammengedrückten Zustand. Ist die Abdeckung 22 jedoch am Gehäuse 12 angebracht, befinden sich die Federelemente 49 in einem zusammengedrückten Zustand. Befinden sich die Federelemente 49 im zusammengedrückten Zustand, stehen sie in elektrischer und mechanischer Verbindung mit der Abdeckung 22. Dadurch tragen die Federelemente 49 nicht nur die Abdeckung 22, sondern können auch thermische Energie zwischen der Leiterplatte 18 und der Abdeckung 22 übertragen. Außerdem bildet der federähnliche Aufbau der Federelemente 49 einen Sockel für die Abdeckung 22 und hält sie in Kontakt mit den Befestigungsmitteln 24, die die Abdeckung 22 vor einer Bewegung bewahren.
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Wie ein Fachmann ohne weiteres erkennen wird, ist die vorangegangene Beschreibung als eine Veranschaulichung der Umsetzung der Prinzipien dieser Erfindung gedacht. Diese Beschreibung soll den Schutzumfang oder den Anwendungsbereich dieser Erfindung insofern nicht begrenzen, als die Erfindung modifiziert, variiert und verändert werden kann, ohne von dem in den folgenden Ansprüchen definierten Geist dieser Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10', 10''
- elektronisches Steuermodul
- 12
- Gehäuse
- 14
- Hohlraum
- 16
- Öffnung im Gehäuse
- 18
- Leiterplatte
- 20
- Oberseite
- 22
- Abdeckung
- 24
- Befestigungsmittel
- 26
- mit Gewinde versehene Öffnungen
- 28, 28', 28''
- Halterung
- 30
- Maskenöffnung
- 32
- Lotperle
- 34
- Bondinselumrandung
- 36
- Rinne
- 40
- Kontaktabschnitt
- 42
- leitende Drahtfederelemente
- 46
- erster Satz Kontaktplättchen
- 48
- zweiter Satz Kontaktplättchen
- 49
- Federelement
- 52
- inneres Kontaktplättchen
- 54
- mittleres Kontaktplättchen
- 56
- seitliches Kontaktplättchen
- 58
- oberes Kontaktplättchen
- 60
- mittleres Kontaktplättchen
- 62
- seitliches Kontaktplättchen
- 64
- Kerbe
- 66
- Kerbe
- 68
- Kerbe
- 70
- Kerbe
- 72
- Kerbe
- 74
- Kerbe
- 76
- Grundabschnitt
- 78
- flexibler Abschnitt
- 80
- flexibler Abschnitt
- 80
- Kerbe
- 82
- Kerbe
- 84
- Kerbe
- 86
- Kerbe
- 88
- Kerbe
- 90
- Kerbe
- 92
- Lotpaste
- D1
- Breite der Maskenöffnung
- D2
- Breite der Bondinsel
- D3
- Abmessung einer Seite der Rinne
