DE102008055836A1

DE102008055836A1 - Bauteilträger

Info

Publication number: DE102008055836A1
Application number: DE102008055836A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Biehl
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2028-11-05
Also published as: DE102008055836B4; WO2010052202A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bauteilträger 2 mit einer aus einem Stanzgitter gebildeten Leiterbahn 20 und mit mindestens einem an der Leiterbahn 20 angeordneten elektrischen Anschluss 21, 22, 23, 24, 25, 26, wobei der Anschluss 21, 22, 23, 24, 25, 26 aus der Leiterbahnebene herausragt und zum Anbringen eines elektrischen Bauteils 4 ausgelegt ist und wobei der Anschluss 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 mehrlagig aufgebaut ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bauteilträger mit einer aus einem Stanzgitter gebildeten Leiterbahn und mit mindestens einem an der Leiterbahn angeordneten elektrischen Anschluss sowie eine steckbare Baugruppe mit einen Bauteilträger.
Steckbare Baugruppen werden z. B. in einem Elektromotor eines Kraftfahrzeugs verwendet. Die steckbare Baugruppe weist einen Bauteilträger mit Leiterbahnen auf, an den Anschlüsse zum Befestigen von elektrischen Bauteilen angeordnet sind. Solche elektrischen Bauteile sind z. B. Relais, Schalter, Sicherungen und dergleichen, und können an den Anschlüssen angeschweißt oder in einer anderen Art mechanisch und elektrisch befestigt werden. Als Bauteilträger wird typischerweise eine durch Stanzen erzeugte flache Struktur, auch als „Lead Frame” bezeichnet, eingesetzt. Dabei wird der Bauteilträger meist aus einer massiven Metallplatte herausgestanzt, um eine hohe Stromtragfähigkeit zu erzielen, was zu einer hohen Steifigkeit insbesondere auch der Anschlüsse für die elektrischen Bauteile führt.
Solche Bauteilträger aus einer massiven Metallplatte sind unter anderem aus der DE 89 12 914 U1 bekannt. Dabei wird ein steckbare Baugruppe beschrieben, bei der eine Leiteranordnung aus einem massiven Blechstreifen hergestellt wird. Die Leiteranordnung ist teilweise mit Kunststoff umspritzt. Die Anschlüsse des Bauteilträgers sind Abwinkelungen der Leiteranordnung und werden durch Biegung von nicht umhüllten Blechabschnitten hergestellt. Eine elektrische Verbindung von elektrischen Bauteilen mit den Anschlüssen der Bauteilträger erfolgt durch Tauchlöten im Lötbad.
Ein Nachteil eines solchen massiven Bauteilträgers ist, dass durch die hohe Steifigkeit des Bauteilträgeranschlusses, die wegen der hohen Stromtragfähigkeit erforderlich ist, es beim Anbringen des elektrischen Bauteils am Bauteilträger zu einem Krafteintrag in das elektrische Bauteil kommen kann, welche die Eigenschaften des Bauteils erheblich verändern kann bis hin zum Bauteilausfall.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Bauteilträger und eine steckbare Baugruppe bereitzustellen, die eine hohe Stromtragfähigkeit aufweisen, wobei beim Anbringen des elektrischen Bauteil ein schädigenden Krafteintrag verhindert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Bauteilträger nach Anspruch 1 und durch eine steckbare Baugruppe nach Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung weist einen Bauteilträger mit einer aus einem Stanzgitter gebildeten Leiterbahn und mit mindestens einem an der Leiterbahn angeordneten elektrischen Anschluss auf, wobei der Anschluss aus der Leiterbahnebene herausragt und zum Anbringen eines elektrischen Bauteils ausgelegt ist und wobei der Anschluss der Leiterbahn mehrlagig aufgebaut ist.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Bauteilträgers besteht darin, dass durch den mehrlagigen Aufbau eine hohe Flexibilität der Leiterbahnanschlüsse bei gleichzeitig hoher Stromtragfähigkeit erreicht wird, wodurch ein schädigender Krafteintrag in einem elektrischen Bauteil beim Anbringen am Anschluss verhindert wird. Dadurch können Schadensfälle an dem elektrischen Bauteil sowie der steckbaren Baugruppe minimiert werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die elektrisch leitenden Lagen des Bauteilträgeranschlusses aus Kupfer. Der Vorteil von Kupfer ist, dass es sich um ein relativ weiches Metall handelt, das gut formbar und zäh und dadurch leicht zu verarbeiten ist. Ferner ist Kupfer für elektrisch leitende Kabel und Leitungen, Leiterbahnen wie Bauteilträger und Bauteile aufgrund seiner sehr guten elektrischen Leitfähigkeit geeignet.
Ferner weist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Bauteilträger eine Umspritzung der Leiterbahnen auf, die bevorzugt im Spritzgussverfahren erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass der Bauteilträger aufgrund des Spritzgussverfahren eine Grundsteifigkeit und somit die gewünschte Stabilität erhält.
Ferner sind gemäß einer weiteren Ausführungsform das Stanzgitter für die Leiterbahnen und der Anschluss einstückig ausgebildet. Es lassen sich so größere Materialquerschnitte und dadurch eine erhöhte Stromtragfähigkeit erreichen, wodurch eine geringere Erwärmung des Stanzgitters erfolgt, die darüber hinaus ohne Auswirkungen auf den Bauteilträger sowie das elektrische Bauteil abgeführt werden kann. Ferner wird eine Flexibilität der Anschlüsse der Leiterbahnen aufgrund mehrerer elektrisch leitenden Lagen erreicht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine steckbare Baugruppe mit einem Bauteilträger und einem elektrischen Bauteil, wobei 1A eine Aufsicht und 1B eine Untersicht der steckbaren Baugruppe zeigt;
2 eine Detailansicht des Bauteilträgers gemäß 1;
3 eine Aufsicht auf einen Bauteilträgeranschluss gemäß 1;
4 eine Detailansicht des elektrischen Bauteils gemäß 1.
1 zeigt eine steckbare Baugruppe, die für einen Elektromotor in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen oder in einem Lastkraftwagen, verwendet wird. Die Erfindung soll sich jedoch nicht auf eine solche Ausführungsform beschränken, sondern sämtliche Geräte umfassen, in denen steckbare Baugruppen verwendet werden können.
1A zeigt die steckbare Baugruppe 1 in der Aufsicht, wobei ein Bereich der steckbaren Baugruppe 1 aufgeschnitten dargestellt ist. In diesem aufgeschnittenen Bereich der steckbaren Baugruppe 1 ist ein Bauteilträger 2 zu erkennen, der in ein Spritzgussgehäuse 3 eingebettet ist und an dem ein elektrisches Bauteil 4 angebracht werden kann.
1B zeigt das Spritzgussgehäuse 3 der steckbaren Baugruppe 1 in einer Untersicht. Auf der Baugruppenunterseite sind das elektrische Bauteil 4 und die elektrische Kontakte 12, die aus dem Spritzgussgehäuse 3 herausragen, zu erkennen. Die elektrische Kontakte 12 des Bauteilträgers 2 bzw. der Leiterbahn 20 dienen dazu, die steckbare Baugruppe 1 und ein passendes Gegenstück am Elektromotor elektrisch verbinden zu können. Ferner ermöglichen es die elektrischen Kontakte 12 verschieden Arten von Stecker anzubringen. Zudem weist das Spritzgussgehäuse 3 auf der Unterseite Steckverbindungen 13 auf. Die Steckverbindung 13 dienen zum einen zur Befestigung der steckbaren Baugruppe 1 in dem Elektromotor und zum anderen zur Fixierung des elektrischen Bauteils 4.
Der Bauteilträger 2, der in der Detailansicht aus 2 besser zu erkennen ist, weist eine durch ein Stanzvorgang erzeugte flache Struktur, die als Leiterbahn 20 dient auf. Im Rahmen des Stanzvorgangs wird der Leiterbahnbereich L-förmige und zum Teil T-förmige Leitungen ausgebildet, an dem das elektrische Bauteil 4 angebracht wird. Im Bereich der L-förmigen und T-förmigen Leitungen der Leiterbahn 20 sind Anschlüssen 21, 22, 23, 24, 25, 26 vorgesehen, die zum Anbringen des elektrischen Bauteils 4 an die Leiterbahn 20 dienen.
Die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 sind aus der Leiterbahnebene herausgebogen und dadurch senkrecht zur Leiterbahn 20 angeordnet. Die vorderen vier Anschlüsse 21, 22, 23, 24 der Leiterbahn 20 sind breiter ausgelegt als die hinteren zwei Anschlüsse 25, 26 der Leiterbahn 20. Das elektrisches Bauteil 4 ist an den Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 mechanisch fixiert und mit den Anschlüssen 21, 22, 23, 24, 25, 26 elektrisch gekoppelt. Die Bauteilanschlüsse 41, 42, 43, 44, 45 und die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 liegen passgenau aufeinander, wodurch eine gute elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Bauteil 4 und dem Bauteilträger 2 zustande kommen kann. In der Regel werden die Bauteilanschlüsse 41, 42, 43, 44, 45 mit den Anschlüssen 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 verschweißt, um eine feste Verbindung herzustellen.
Das elektrische Bauteil 4, das an den Anschlüssen 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahnen 20 befestigt und in 4 im Detail gezeigt wird, ist ein Relais. Es können auch andere elektrische Bauteile verwendet werden, wie beispielsweise Sicherungen, Schalter, Widerstände oder dergleichen.
Das elektrische Bauteil 4 weist, wie 4 zeigt, eine Ummantelung 40 auf, die aus einem nichtleitenden Material, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, hergestellt ist. Thermoplastischer Kunststoff besitzt gute elektrische Isoliereigenschaften. Es können aber auch andere elektrisch gut isolierende Materialien verwendet werden. Bei dem Material auf der Unterseite des elektrischen Bauteils 4 handelt es sich ebenfalls um thermoplastischen Kunststoff. Aus der Unterseite der Ummantelung 40 des elektrischen Bauteils 4 ragen Bauteilanschlüsse 41, 42, 43, 44, 45 heraus, die aus elektrisch leitenden Kupfer sind.
Die Bauteilanschlüsse 41, 42, 43, 44, 45 werden vorzugsweise steif ausgebildet und bestehen typischerweise aus einer Kupferplatte, da diese besonders leitfähig ist. Die Bauteilanschlüsse 41, 42, 43, 44, 45 können aber auch aus einem anderen elektrische leitenden Material bestehen. Es sind fünf Bauteilanschlüsse 41, 42, 43, 44, 45 aufgezeigt, wobei die hinteren Bauteilanschlüsse 44, 45 schmäler ausgebildet sind als die vorderen drei Bauteilanschlüsse 41, 42, 43, so dass ihre Form der der Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 entspricht und an den Anschlüssen 21, 22, 23, 24, 25, 26 befestigen werden kann.
Der Bauteilträger 2 wird vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren mit Kunststoff umspritzt. Der Bauteilträger 2 wird dabei in das Spritzwerkzeug für die steckbare Baugruppe 1 eingelegt und während des Spritzgießens mit Formmasse, insbesondere Kunststoff, umspritzt. Die Formmasse ist vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff.
Thermoplastische Kunststoffe sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich einfach verformen lassen. Beispiele thermoplastischer Kunststoffe sind Polyvinylchlorid oder Polyethylenterephthalat. Es können auch andere elektrisch gut isolierende Materialien verwendet werden. Die Umspritzung des Bauteilträgers 2 mit Kunststoff hat den Vorteil, dass der Bauteilträger 2 eine gewünschte Stabilität erhält.
Teile des Bauteilsträgers 2, die nicht umspritzt werden sollen, wie die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 für das elektrische Bauteil 4 sowie elektrische Kontakte 12, können durch entsprechende Trennwände oder Trennkammern von der Formmasse freigehalten werden. Zudem weist die steckbare Baugruppe 1 Abstandhalter 10 und Stützen 11 auf, die im Inneren der steckbaren Baugruppe 1 angebracht sind und die zur Anpassung und Zentrierung der steckbaren Baugruppe 1 die nen sollen. Die steckbare Baugruppe 1 kann aber auch ohne Abstandhalter 10 und Stützen 11 ausgestaltet werden.
An die durch die Trennwände oder Trennkammern frei gehaltenen Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 wird das elektrische Bauteile 4 befestigt. Die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 sind flexibel aufgebaut, damit ein schädigender Krafteintrag auf die inneren Eigenschaften des elektrischen Bauteils 4 verhindert werden kann. Die Flexibilität der Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 wird durch einen Schichtenaufbau 5 erreicht, der sich aus mehreren elektrisch leitenden Lagen 50 zusammensetzt, wie die Aufsicht in 3 erkennen lässt.
Die elektrisch leitenden Lagen 50 der Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 sind vorzugsweise aus Kupfer. Bei Kupfer handelt es sich um ein relativ weiches Metall, dass gut formbar und zäh und dadurch leicht zu verarbeiten ist. Zudem weist Kupfer eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit auf. Alternativ können die elektrisch leitenden Lagen 50 auch aus jedem anderen leitfähigen Material bestehen, wie beispielsweise Aluminium. Aluminium ist pro Gramm Gewicht zwar ein noch besserer elektrischer Leiter als Kupfer, aber voluminöser. Weil Kupfer reaktionsträger als Aluminium und seine Verarbeitung problemloser ist, wird als Stromleiter meist Kupfer verwendet und Aluminium nur dann, wenn es auf den Bauteilträger ankommt.
Der Schichtenaufbau 5 der Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 weist mindestens zwei elektrisch leitende Lagen 50 auf. In der in 3 gezeigten Ausführungsform setzt sich der Schichtaufbau 5 aus vier elektrisch leitenden Lagen 50 zusammen. Die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 können aber auch aus mehr oder weniger als den vorgegebenen vier elektrisch leitenden Lagen 50 bestehen. Die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 und die Leiterbahn 20 sind vorzugsweise einstückig ausgebildet, wobei dann auch die Lei terbahn 20 aus mehreren elektrisch leitenden Lagen 50 besteht. Jedoch können die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 und die Leiterbahn 20 auch auf einer anderen Weise ausgebildet sein. So kann der Bauteilträger 2 einlagig ausgebildet sein, wobei die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 aber mehrlagig ausgebildet sind, um die notwendige Flexibilität aufzuweisen.
Die Flexibilität der Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 wird durch eine vorzugsweise punktuelle Verbindung der elektrisch leitenden Lagen 50 verbessert. Die elektrisch leitenden Lagen 50 werden durch Schweißen, Nieten, Kleben, Umbördeln und/oder dergleichen miteinander verbunden. Die Flexibilität im Bereich der Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 ist vorteilhaft, da in diesem Bereich des elektrisches Bauteil 4 mechanisch fixiert und elektrisch angekoppelt wird. Somit kann ein schädigender Krafteintrag in dem elektrischen Bauteil 4 verhindert werden. Zur Sicherung der Befestigung werden die Bauteilanschlüsse 41, 42, 43, 44, 45 jedoch mit den Anschlüssen 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 verschweißt.
Die Leiterbahn 20, die auch aus elektrisch leitenden Lagen 50, wie vorstehend erläutert, zusammengesetzt sein kann, wird vorzugsweise versteift ausgebildet, da nur die Anschlüsse 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Leiterbahn 20 flexibel sein müssen. Dies erfolgt im Rahmen des Spritzgussverfahren zur Herstellung der steckbaren Baugruppe 1. Die Leiterbahn 20 wird in dem Spritzgussverfahren teilweise mit Kunststoff mit umspritzt. Dadurch erhält die Leiterbahn 20 die gewünschte Stabilität.

1: Steckbare Baugruppe
10: Abstandhalter
11: Stützen
12: elektrischer Kontakt
13: Steckverbindung
3: Spritzgussgehäuse
2: Bauteilträger
20: Leiterbahn
21: Anschluss
22: Anschluss
23: Anschluss
24: Anschluss
25: Anschluss
26: Anschluss
4: Elektrisches Bauteil
40: Ummantelung
41: Bauteilanschluss
42: Bauteilanschluss
43: Bauteilanschluss
44: Bauteilanschluss
45: Bauteilanschluss
5: Schichtenaufbau
50: Elektrisch leitende Lagen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 8912914 U1 [0003]

Claims

Bauteilträger mit einer aus einem Stanzgitter gebildeten Leiterbahn (20) und mit mindestens einem an der Leiterbahn (20) angeordneten elektrischen Anschluss (21, 22, 23, 24, 25, 26), wobei der Anschluss aus der Leiterbahnebene herausragt und zum Anbringen eines elektrischen Bauteils (4) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (21, 22, 23, 24, 25, 26) der Leiterbahn (20) mehrlagig aufgebaut ist.
Bauteilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (21, 22, 23, 24, 25, 26) der Leiterbahn (20) mindestens zwei elektrisch leitenden Lagen (50) aufweist.
Bauteilträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Lagen (50) aus Kupfer sind.
Bauteilträger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Lagen (50) vorzugsweise punktuell durch Schweißen, Nieten, Kleben und/oder Umbördeln miteinander verbunden sind.
Bauteilträger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn eine durch Stanzen erzeugte flache Struktur ist.
Bauteilträger nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (21, 22, 23, 24, 25, 26) und die Leiterbahn (20) einstückig ausgelegt sind, wobei der Anschluss (21, 22, 23, 24, 25, 26) aus der Leiterbahnebene herausgebogen ist.
Bauteilträger nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (20) teilweise oder vollständig mit Kunststoff umspritzt ist.
Steckbare Baugruppe aufweisend einen Bauteilträger (2) nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 7, wobei das elektrische Bauteil (4) mindestens einen Bauteilanschluss (41, 42, 43, 44, 45) aufweist, der mit dem Anschluss (21, 22, 23, 24, 25,26) des Bauteilträgers (2) verbunden ist.
Steckbare Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilanschluss (41, 42, 43, 44, 45) mit dem Anschluss (21, 22, 23, 24, 25, 26) der Leiterbahn (20) verschweißt ist.
Steckbare Baugruppe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilanschluss (41, 42, 43, 44, 45) mit dem Anschluss (21, 22, 23, 24, 25, 26) der Leiterbahn (20) elektrisch gekoppelt und mechanisch fixiert ist.