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Die
Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung mit einer Leiterplatte
und einem daran vorgesehenen elektrischen Anschlussmodul, sowie
ein elektrisches Anschlussmodul.
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Oftmals
wird zur Herstellung einer elektrischen Schaltung eine Leiterplatte
automatisch mit kleinen elektronischen Bauteilen bestückt und
in einem Lötprozess
verlötet.
Zur elektrischen Kontaktierung werden elektrische Anschlusselemente,
wie z. B. Steckverbinder oder Federkraftanschlüsse oder auch Schraubanschlussklemmen
verwendet, deren Leiter von der Leiterplatte wegführen. Diese
Anschlussmodule sind in der Regel relativ große Bauteile. Solche großen Bauteile
lassen sich nur bedingt gleichzeitig mit sehr kleinen Bauteilen
verlöten,
sodass deshalb oftmals ein gemeinsamer Lötprozess ausscheidet.
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Ein
weiteres Problem beim bekannten Stand der Technik besteht in der
Schwierigkeit, dass in modernen Reflow-Lötverfahren nur hochtemperaturstabile
Kunststoffmaterialien eingesetzt werden können. Solche Kunststoffe können aber
nur begrenzt den physikalischen Anforderungen bezüglich der
Streck- und Dehngrenze bzw. bezüglich
der Elastizität
einer mechanisch rastenden Verbindung entsprechen.
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Ein
weiterer Nachteil vieler hochtemperaturstabiler Kunststoffmaterialien
ist, dass diese Materialien oftmals nicht alle elektrischen Eigenschaften
hinsichtlich der erforderlichen Isolierung ausreichend sicherstellen.
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Es
ist deshalb oftmals nicht möglich,
die Anschlussmodule gemeinsam mit den weiteren elektrischen und
elektronischen Bausteinen in einem gemeinsamen Reflow-Lötprozess
mit einer Leiterplatte zu verlöten.
Es wird eine zusätzliche
Handlötung oder
es werden zusätzliche
Lötprozesse
der Anschlussmodule erforderlich, die einen erheblichen Mehraufwand
und somit höhere
Kosten verursachen.
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Vor
dem Hintergrund dieses angeführten Standes
der Technik ist es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
den Aufwand bei der Herstellung von mit elektronischen Bauteilen
und einem Anschlussmodul versehenen Leiterplatten zu verringern,
um die Kosten zu senken.
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Ein
weiterer Aspekt der Aufgabe bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung
ist es, ein elektrisches Anschlussmodul und eine Leiterplattenanordnung zur
Verfügung
zu stellen, womit ein gemeinsamer Lötprozess zusammen mit den anderen
auf einer Leiterplatte anzuordnen Bauteilen durchführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein elektrisches Anschlussmodul mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und durch eine Leiterplattenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs
7.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Weitere
bevorzugte Merkmale der Erfindung werden in dem Ausführungsbeispiel
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße elektrische
Anschlussmodul weist wenigstens ein Trägermodul, wenigstens einen
elektrischen Kontakt und wenigstens ein Aufsatzmodul auf. Das Trägermodul
dient zur Aufnahme des wenigstens einen elektrischen Kontaktes und
das Aufsatzmodul ist zur Berührsicherung des
elektrischen Kontaktes vorgesehen. Das Trägermodul besteht wenigstens
teilweise und insbesondere vollständig aus einem temperaturfesten
Kunststoff, um für
einen Lötprozess
mit hohen Temperaturen geeignet zu sein.
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Die
Erfindung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist die Zweiteilung
des elektrischen Anschlussmoduls in ein Trägermodul und ein Aufsatzmodul.
Dabei kann erfindungsgemäß das Trägermodul
aus einem temperaturfesten Kunststoff vorgesehen sein, um das Durchführen eines
gemeinsamen Lötprozesses
zusammen mit den weiteren elektrischen und elektronischen Bauteilen
auf einer Leiterplatte durchzuführen.
Dadurch kann ein erheblicher Arbeitsaufwand eingespart werden, da
kein zweiter separater manueller oder automatischer Lötprozess erforderlich
ist.
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Erfindungsgemäß ist es
bei der Herstellung möglich,
die zu kontaktierenden elektrischen Kontakte maschinell oder per
Hand oder auf eine sonstige Art in das Trägermodul einzuführen, wo
sie getrennt voneinander gehalten und relativ zueinander vorpositioniert
werden. Das Trägermodul
kann dann insbesondere maschinell zu einer Leiterplatte verbracht und
dort positioniert werden. Dazu ist nur ein konventioneller Greiferarm
erforderlich, der auf diese Art und Weise einen, zwei oder z. B.
zehn oder zwanzig oder mehr Kontakte gleichzeitig auf der Leiterplatte
definiert zueinander positioniert. Der Arbeitsaufwand zur Positionierung
der Kontakte sinkt erheblich.
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Das
aus einem temperaturfesten Kunststoff bestehende Trägermodul
eignet sich auch für
Lötprozesse
bei hohen Temperaturen, wie z. B. dem Reflow-Prozess. Eine separate
Verlötung
des Anschlussmoduls ist nicht mehr erforderlich.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht das Aufsatzmodul
aus einem elastischen Kunststoff. Ein Aufsatzmodul aus einem elastischen
Kunststoff bietet große
Vorteile, da die mechanischen Eigenschaften elastischer Kunststoffe
erheblich besser sind als die der üblichen hochtemperaturfesten
Kunststoffe, aus denen das Trägermodul besteht.
Hochtemperaturfeste Kunststoffe sind in der Regel spröder und
weisen geringere Bruchdehnungen auf. Ein Aufsatzmodul aus einem
elastischen Kunststoff zur Berührsicherung
und zum mechanischen Schutz der Kontakte bietet deshalb erhebliche Vorteile.
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Die
Kombination aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff für das Trägermodul
und aus einem elastischen Kunststoff für das Aufsatzmodul ermöglicht eine
einfachere und kostengünstigere Produktion,
während
gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften wie die mechanische
Festigkeit des elektrischen Anschlussmoduls hoch bleiben oder verbessert
werden können.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Aufsatzmodul an dem Trägermodul
befestigbar, sodass nach erfolgtem Lötprozess das Aufsatzmodul auf
das Trägermodul
aufgesteckt wird und insbesondere dort einrastet.
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Möglich ist
es auch, ein elektrisches Anschlussmodul vorzukonfektionieren, indem
in das Trägermodul
die elektrischen Kontakte eingeführt werden
und das Trägermodul
durch das Aufsatzmodul verschlossen wird, um auch im unverlöteten Zustand
eine Verliersicherung der aufgenommenen elektrischen Kontakte zu
ermöglichen.
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Vor
dem Lötvorgang
kann dann beispielsweise das Aufsatzmodul abgenommen werden, um
den Lötprozess
durchzuführen,
da das Aufsatzmodul in der Regel nicht aus einem derart hochtemperaturfesten
Kunststoff besteht und bei dem Lötprozess
einerseits Schaden nehmen könnte
und andererseits auch zu einer Verlängerung des Lötprozesses
führen
würde,
da bei modernen Lötprozessen
oftmals die gesamte Leiterplatte aufgeheizt wird, um den Lötprozess
durchzuführen.
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Ein
beim Lötprozess
aufgesetztes Aufsatzmodul würde
schon durch seine Masse bedingt die Wärmekapazität erhöhen und somit zu einer Verlängerung
des Lötprozesses
führen.
Außerdem
könnte das
Aufsatzmodul eine wärmeisolierende
Wirkung hervorrufen und die einwirkende Wärme abschirmen, was ebenfalls
eine Verlängerung
des Lötprozesses bedingen
würde.
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In
bevorzugten Weiterbildungen dient das Aufsatzmodul zum mechanischen
Anschluss und zum mechanischen Schutz der enthaltenen Kontakte.
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Vorteilhafterweise
ist der temperaturfeste Kunststoff des Trägermoduls für Lötprozesse bei hohen Temperaturen
geeignet. Beispielsweise sind bei bestimmten Lötprozessen Temperaturen von
etwa 240 bis 260°C üblich.
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Vorzugsweise
ist der temperaturfeste Kunststoff auch für Temperaturen von etwa 280°C geeignet.
Unter "etwa 280°C" ist hier keine scharfe
Grenze zu verstehen, sondern der temperaturfeste Kunststoff kann
auch für
Lötprozesse
bei 290°C
oder 300°C
oder bei noch größeren Temperaturen
geeignet sein. Je nach verwendetem Lötprozess kann auch ein temperaturfester
Kunststoff eingesetzt werden, der beispielsweise nur Temperaturen
von 250°C oder
260°C insbesondere
kurzfristig oder auch länger
verkraftet, um einen einwandfreien Lötprozess bei solchen Temperaturen
zu gewährleisten.
Die genaue Temperatur hängt
vom Lötprozess
und dessen Bedingungen (Temperaturen und Einwirkzeiten) ab.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht das Trägermodul
wenigstens teilweise aus einem Liquid Christal Polymer.
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Insgesamt
stellt das erfindungsgemäße elektrische
Anschlussmodul und dessen Weiterbildungen eine vorteilhafte Weiterentwicklung
dar, bei der die Anforderungen des Lötprozesses und die mechanischen
Anforderungen an die Komponenten getrennt werden. Während das
Trägermodul
aus einem temperaturstabilem Kunststoff besteht und die elektrischen
Kontakte für
den Lötprozess
vorpositioniert, gewährleistet
das Aufsatzmodul die nötigen
mechanischen Eigenschaften und garantiert die benötigten elektrischen
Eigenschaften hinsichtlich der Isolierwirkung und des Berührungsschutzes.
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Die
erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung
umfasst wenigstens eine Leiterplatte und wenigstens ein daran vorgesehenes
elektrisches Anschlussmodul, wobei das elektrische Anschlussmodul
wenigstens ein Trägermodul
zur Aufnahme wenigstens eines verlötbaren elektrischen Kontaktes und
wenigstens ein Aufsatzmodul umfasst. Erfindungsgemäß besteht
das Trägermodul
aus einem temperaturfesten Kunststoff, um für Lötprozesse bei hohen Temperaturen
geeignet zu sein. Weiterhin ist das Aufsatzmodul zur Berührsicherung
des wenigstens einen elektrischen Kontaktes vorgesehen.
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Auch
die erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung
hat erhebliche Vorteile. Das Trägermodul und
die Leiterplatte können
einem gemeinsamen Lötprozess
unterzogen werden, sodass eine separate Nachlötung des elektrischen Anschlussmoduls
nicht mehr erforderlich ist. Außerdem
kann die Bestückung gleichzeitig
mit der restlichen Bestückung
der Leiterplatte erfolgen, sodass ein erheblicher Aufwand eingespart
wird.
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In
bevorzugten Weiterbildungen umfasst die Leiterplatte der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung
wenigstens ein elektrisches oder elektronisches verlötbares Bauteil,
welches gleichzeitig mit dem gemeinsamen Lötprozess verlötet wird.
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Erhebliche
Größenunterschiede
des Anschlussmoduls und der zu verlötenden elektronischen oder
elektrischen Bauteile führen
hier zu keinen grundsätzlichen
Schwierigkeiten bei dem gemeinsamen Lötprozess. Da das Abdeckmodul
des Anschlussmoduls vorzugsweise erst nach erfolgter Verlötung aufgesetzt
wird, unterscheiden sich die Wärmekapazitäten der
einzelnen Bauteile nur relativ gering und eine gemeinsame Verlötung ist
möglich.
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Um
relativ ähnliche
Wärmekapazitäten zu erhalten,
ist das Trägermodul
des elektrischen Anschlussmoduls vorzugsweise leichtbauend gefertigt und
kann beispielsweise nur aus einem Gerippe bestehen oder Öffnungen
und Bohrungen aufweisen, um das Gewicht gering zu halten, während gleichzeitig
die Vorpositionierung der elektrischen Kontakte an dem Trägermodul
garantiert wird. Durch solche Maßnahmen wird auch bei größer dimensionierten
Kontakten ein zuverlässiger
Lötprozess
garantiert.
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In
bevorzugten Weiterbildungen besteht das Aufsatzmodul aus einem elastischen
Kunststoff, der gegebenenfalls nicht derart temperaturstabil ist
wie der Kunststoff des Trägermoduls.
Ein hochtemperaturstabiler Kunststoff ist für das Aufsatzmodul regelmäßig auch
nicht erforderlich, da das Aufsatzmodul typischerweise erst nach
dem Lötprozess
aufgesetzt wird.
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Bei
der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung
ist es möglich
und bevorzugt, dass das Aufsatzmodul an dem Trägermodul befestigt wird und beispielsweise
verrastet, um ein selbstständiges
Lösen zu
verhindern.
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Möglich und
bevorzugt ist es aber auch, das Aufsatzmodul direkt an der Leiterplatte
zu befestigen, um die Kontakte mechanisch zu schützen und um eine Berührsicherung
zu gewährleisten.
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In
vorteilhaften Weiterbildungen ist das Aufsatzmodul an einem Aufnahmemodul
befestigt, welches vorzugsweise auch die Leiterplatte wenigstens teilweise
aufnimmt. Dann ist die Leiterplatte insbesondere wenigstens teilweise
von dem Aufsatzmodul und dem Aufnahmemodul umschlossen. Beispielsweise
kann die Leiterplatte über
das Aufnahmemodul an einem weiteren Bauteil oder einer Befestigungsvorrichtung
angeordnet sein.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Weitere
bevorzugte Merkmale der Erfindung werden in dem Ausführungsbeispiel
angegeben.
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Neben
den vorbeschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung sind weitere
vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt
und wird nachfolgend näher
beschrieben.
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In
den Figuren zeigen:
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1 eine
perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung
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2 die
Leiterplatte und das Trägermodul in
einer perspektivischen Darstellung; und
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3 eine
Explosionsdarstellung der Leiterplattenanordnung nach 1.
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In 1 ist
eine perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung 10 dargestellt,
die hier eine Leiterplatte 5 und ein elektrisches Anschlussmodul 1 umfasst.
Es können
auch noch weitere elektrische Bauteile an der Leiterplattenanordnung 10 vorgesehen
sein.
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Über die
elektrischen Anschlussmodule 1 wird die Leiterplatte 5 kontaktiert.
Dazu sind in den Aufsatzmodulen 4 Anschlussöffnungen 14 vorgesehen,
in welche die Leiter 15 eingeführt werden können, um
diese über
die Kontakte 3 mit der Leiterplatte 5 zu verbinden.
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Hier
im Ausführungsbeispiel
sind die Aufsatzmodule 4 der beiden elektrischen Anschlussmodule 1 an
einem gemeinsamen Aufnahmemodul 6 eingerastet, welches
die Leiterplatte 5 aufnimmt und fixiert. Grundsätzlich ist
es möglich,
dass an der Leiterplatte 5 noch weitere andere elektrische
oder elektronische Bauteile angeordnet sind.
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In 2 ist
die Leiterplatte 5 und das Trägermodul 2 des elektrischen
Anschlussmoduls 1 in einer leicht perspektivischen Darstellung
abgebildet. Zur Verdeutlichung sind die Leiterplatte und das Trägermodul
beabstandet voneinander dargestellt, um beide Bauteile in Relation
zueinander darzustellen.
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Das
Trägermodul 2 weist
Trennwände 13 auf,
die die einzelnen Abteilungen des Trägermoduls voneinander trennen
und welche dafür
sorgen, dass die in den einzelnen Abteilungen aufgenommenen Kontakte 3 exakt
zueinander positioniert werden.
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Dadurch
wird, wie aus 2 erkenntlich, eine automatisierte
Bestückung
der Leiterplatte 5 mit dem Trägermodul 2 möglich. Ein
Trägermodul 2 kann einen,
zwei oder mehr Kontakte 3 aufweisen, die bei der Bestückung gleichzeitig
mit der Leiterplatte 5 kontaktiert werden. Das erleichtert
insbesondere ein automatisches Bestücken von Leiterplatten erheblich,
da, wie hier dargestellt, acht Kontakte 3 gleichzeitig
mit einem Trägermodul 2 auf
der Leiterplatte angeordnet werden.
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Dabei
werden die einzelnen Kontakte 3 nicht in den Abteilungen
des Trägermoduls 2 fixiert
sondern nur durch die Trennwände 13 vor
einem Umfallen oder Herausfallen gesichert. Die Lötbeine 9 der Kontakte 3 ragen
durch Öffnungen
(nicht erkenntlich) nach unten durch das Trägermodul hindurch. Die Lötbeine 9 werden
bei der Bestückung
der Leiterplatte 5 durch korrespondierende Öffnungen 8 der
Leiterplatte geführt
und dort mit der Leiterplatte verlötet, um die elektrische Kontaktierung
sicherzustellen.
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In 3 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung der Leiterplattenanordnung 10 nach 1 dargestellt,
wobei im unteren Teil der 3 das Aufnahmemodul 6 dargestellt
ist, welches die Leiterplatte 5 aufnimmt.
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Die
Leiterplatte 5 ist in der Darstellung gemäß 3 schon
mit den elektrischen Anschlussmodulen 1 verlötet, wobei
das hier bedeutet, dass die Kontakte 3 in den Trägermodulen 2 mit
ihren Lötbeinen 9 in
die entsprechenden Öffnungen 8 eingeführt und
dort verlötet
sind.
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Zum
Durchführen
des Lötvorganges
wird das Trägermodul 2 mit
Kontakten 3 bestückt,
was sowohl manuell als auch maschinell erfolgen kann. Das Trägermodul 2 wird
vorzugsweise maschinell zu der Leiterplatte 5 verbracht,
wo es definiert in Bezug zu der Leiterplatte 5 positioniert
wird. Im Anschluss daran kann die Leiterplatte 5 mit den
Kontakten 3 verlötet
werden, was vorzugsweise in einem Reflow-Prozess erfolgt.
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Dazu
wird z. B. die Leiterplatte 5 mit dem Trägermodul 2 und
den daran angeordneten Kontakten auf eine hohe Temperatur gebracht,
bei der das in den Öffnungen 8 enthaltene
Lötzinn
aufschmilzt und die Leiterplatte 8 mit den Kontakten 3 verlötet. Um
die Öffnungen 8 mit
Lötzinn
zu versorgen, wurde zuvor die Leiterplatte 8 mit Lötzinn berakelt.
Dadurch steht an den Öffnungen 8 eine
genau definierte und ausreichende Menge an Lötzinn zur Verfügung. Es
ist auch möglich,
einen Lötprozess
mit einer Lötwelle durchzuführen.
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Um
einen schnellen Lötvorgang
zu gewährleisten
und um den z. B. bei einem Reflow-Prozess auftretenden Temperaturen
standhalten zu können, sind
die Trägermodule 2 aus
einem temperaturfesten Kunststoff gebildet. Das leichte und im Wesentlichen aus
einem Haltegerippe bestehende Trägermodul 2 hat
eine relativ geringe Wärmekapazität und ermöglicht einen
schnellen Lötvorgang.
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Nach
beendetem Lötvorgang
ist die hauptsächliche
Aufgabe des Trägermoduls 2 erfüllt, da
im Anschluss an den Lötvorgang
das Aufsatzmodul 4 über
das Trägermodul 2 gesteckt
wird. Das Aufsatzmodul 4 sorgt nachfolgend für eine Berührsicherung der
einzelnen Kontakte 3 und verfügt über ausreichende elektrische
Isoliereigenschaften, um die erforderlichen Bedingungen, Sicherheitsanforderungen
und gesetzlichen Bestimmungen einzuhalten.
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Das
Aufsatzmodul 4 besteht vorzugsweise aus einem elastischen
Kunststoff, der den an der Leiterplattenanordnung 10 auftretenden
Belastungen Stand hält.
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Erfindungsgemäß wird so
eine Trennung der Funktionen erreicht. Das Trägermodul weist die nötigen thermischen
Eigenschaften auf, um auch bei Lötprozessen
mit hohen Temperaturen eine ausreichende Stabilität aufzuweisen,
während
das z. B. nicht derart temperaturstabile Aufsatzmodul 4 die
nötigen mechanischen
und elektrischen Eigenschaften zur Berührsicherheit aufweist.
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Hier
im Ausführungsbeispiel
wird das Aufsatzmodul 4 an dem Aufnahmemodul 6 aufgenommen,
wobei Rastöffnungen 11 an
den Seitenwänden des
Aufsatzmoduls 4 mit Rastnasen 12 des Aufnahmemoduls 6 verrasten
und eine zuverlässige,
aber lösbare
Verbindung zur Verfügung
stellen.
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Durch
die Erfindung wird auch erreicht, dass die erfindungsgemäßen elektrischen
Anschlussmodule 1 zusammen mit anderen Bauteilen während eines
gemeinsamen Lötprozesses
mit der Leiterplatte verlötet
werden können,
da von dem Lötprozess
nur die Trägermodule 2 mit
Kontakten 3 bestückt
werden und anschließend
gemeinsam mit weiteren Bauteilen in einem gemeinsamen Lötprozess
mit der Leiterplatte 5 verlötet werden.
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Die
Erfindung ermöglicht
folglich einen einfacheren und kostengünstigeren Herstellungsprozess, da
separate manuelle oder automatisierte Lötprozesse nicht mehr erforderlich
sind. Weiterhin können
Materialkosten für
die eigentlichen Gehäuse
der elektrischen Anschlussmodule 1 eingespart werden, da
die Aufsatzmodule 4 aus nicht so hochtemperaturfestem Material
gefertigt werden müssen,
wie die Trägermodule 2.
Dazu reicht ein deutlich günstigerer
Kunststoff aus, der außerdem
oftmals erheblich bessere elektrische und mechanische Eigenschaften
aufweist.
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- 1
- Elektrisches
Anschlussmodul
- 2
- Trägermodul
- 3
- Kontakt
- 4
- Aufsatzmodul
- 5
- Leiterplatte
- 6
- Aufnahmemodul
- 8
- Öffnung
- 9
- Lötbein
- 10
- Leiterplattenanordnung
- 11
- Rastöffnung
- 12
- Rastnase
- 13
- Trennwand
- 14
- Anschlussöffnung
- 15
- Leiter