DE102008058749B4

DE102008058749B4 - Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenbaugruppe für eine Fahrzeugsteuereinheit

Info

Publication number: DE102008058749B4
Application number: DE102008058749.4A
Authority: DE
Inventors: Xiao Yan; Thomas J. Bergherr
Original assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: SE0802539L; CN101460016B; CN101460016A; DE102008058749A1; TWI450664B; US20090151156A1; TW200926924A; US7716821B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenbaugruppe (10) für eine Fahrzeugsteuereinheit aufweisend folgende Schritte, die in der dargestellten Reihenfolge ausgeführt werden:
a) Bereitstellen einer ersten Leiterplatte (12) mit einer Vielzahl von Kupferfüßen (20) mit einem Schlitz (22), durch zumindest einen der Vielzahl von Kupferfüßen (20);
b) Bereitstellen einer zweiten Leiterplatte (14) mit einer Vielzahl von Stromlaschen (34), die mit der Vielzahl von Kupferfüßen (20) korrespondieren;
c) Schieben mindestens einer Stromlasche (34) durch zumindest einen Schlitz (22), um eine elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Leiterplatte (12, 14) herzustellen, wobei Strom von der ersten Leiterplatte (12) zu der zweiten Leiterplatte (14) fließen kann; und
d) Überziehen der Vielzahl von Stromlaschen (34) mit Kupfer bis zu einer Kante der zweiten Leiterplatte (14), um die Stromleitfähigkeit zwischen der ersten Leiterplatte (12) und der zweiten Leiterplatte (14) zu maximieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenbaugruppe einer Steuereinheit. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenbaugruppe unter Verwendung einer Loch-Zapfen Verbindung.
Aus US 4 513 064 A ist eine Basisplatte bekannt, die als Baustein zum Zusammenbau eines Elektronikmoduls für Artillerieanwendungen dient. Die Basisplatte weist einen Teilkörper zur Aufnahme von Elektronikbauteilen auf. Zusätzlich weist die Basisplatte eine Vielzahl von Laschenmitteln auf, die vom Teilkörper abstehen, um mit komplementär ausgebildeten Laschenmitteln einer ähnlichen Basisplatte ineinanderzugreifen.
DE 20 2006 020 076 U1 offenbart eine Leiterkartenanordnung, die eine erste Leiterkarte und eine sich zur ersten Leiterkarte winklig erstreckende zweite Leiterkarte aufweist, wobei die erste Leiterkarte einen Randabschnitt mit einem kämmenden Randvorsprung aufweist und die zweite Leiterkarte zur Aufnahme des kämmenden Randvorsprungs der ersten Leiterkarte mit einer Aufnahmeaussparung versehen ist. Sowohl der Randvorsprung als auch die Aufnahmeaussparung sind mit einem elektrischen Kontaktierungsmaterial versehen, das eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Platinen ermöglicht.
In EP 1 729 555 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer leiterplatte und eines Leiterplattensystems gezeigt. Des Weiteren sind mittels solcher Verfahren hergestellte Leiterplatten und Leiterplattensysteme offenbart. Dabei wird eine Schlitzförmige Öffnung mit seitlichen Ausbuchtungen in eine erste Leiterplatte eingebracht, um eine Klemmleiste der weiteren Leiterplatte aufnehmen zu können.
Die Notwendigkeit, hohe Ströme (mehr als 3 Ampere) in und aus einer Steuereinheit einer Maschine zu transferieren, nimmt permanent zu. Wichtiger noch ist, dass für mehrere Anwendungen die Notwendigkeit der Stromüberwachungen besteht, im Gegensatz zu einer Maschinensteuerung, für welche allgemeine Produkte hauptsächlich entworfen werden. Die Anwendungen umfassen Ministeuerbagger, Traktor-Tieflöffelbagger, Müllfahrzeuge und Richtungsbohrer. Die Bauarten der Vorrichtungen zum Steuern weisen Hochintensitätslichter, Rundumkennleuchten, Kraftstoffmagnetventile, Wischermotoren und Sitzheizungen auf. Diese Bauarten der Grundbestandteile existieren bei den meisten Anwendungen und durch Hinzufügen dieser Bauarten zu einem Fahrzeugsteuersystem werden zusätzliche Automatisierung, Zeitabläufe bewirkt und die Notwendigkeit zur Absicherung verringert.
Damit eine Steuerung diese hohen Energieanforderungen bewerkstelligen kann, muss der elektrische Strom in die Leiterpatte eingebracht werden. Die Hauptschaltung befindet sich oftmals auf einem PCB (Leiterplatte), welche aufgrund der Gestaltung des Gehäuses rechtwinklig zur Verbindungsplatte ist. Um die Hauptplatte mit der Verbindungsplatte zu verbinden, wird normalerweise eine 90°Steckverbinder verwendet. Jedoch sind die meisten 90°Steckverbinder nicht geeignet zum Transport großer Mengen elektrischen Stroms ohne den Platz auf der Platte zu verringern.
Eine weitere Notwendigkeit für die Leiterplatten liegt darin, die große Menge an Wärme, die beim Transferieren von elektrischem Strom erzeugt wird, zu minimieren. Eine Lösung könnte eine anforderungsgemäße Kupferlasche sein, die eine Verbindung zwischen der Hauptplatte und der Verbindungsplatte bereitstellt. Jedoch erscheint diese Lösung sehr teuer. Daher besteht im Stand der Technik die Notwendigkeit eines kosteneffizienten Verfahrens zur Herstellung von Leiterplattenbaugruppen, die die Wärmemenge minimiert, die von der großen Strommenge, der zwischen der Hauptplatte und der Verbindungsplatte geführt wird, resultiert.
Daher ist es ein grundsätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Leiterplattenbaugruppe bereitzustellen, welche mehr als 3 Ampere an elektrischen Strom zwischen den beiden Leiterplatten überträgt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines kostengünstigen Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplattenbaugruppe.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Leiterplattenbaugruppe, die ein Minimum an Wärme während der Übertragung des elektrischen Stroms von der Hauptplatte zu der Verbindungsplatte produziert.
Diese und andere Ziele, Merkmale oder Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen.
Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenbaugruppe einer Steuereinheit. Dieses Verfahren beinhaltet die Bereitstellung einer ersten Leiterplatte mit einer Vielzahl von Kupferfüßen, in welchen durch jeden Kupferfuß ein Schlitz angeordnet ist. Weiter wird eine zweite Leiterplatte bereitgestellt, die eine Vielzahl von Stromlaschen aufweist, die der Vielzahl der Kupferfüße entspricht, insbesondere den Schlitzen in den Kupferfüßen der ersten Leiterplatte. Die Stromlaschen der zweiten Leiterplatte werden dann durch die Schlitze der ersten Leiterplatte geschoben, um eine elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Leiterplatte herzustellen, über welche Strom von der ersten Leiterplatte zu der zweiten Leiterplatte fließen kann. Die Vielzahl der Stromlaschen wird danach bis zu der Kante der zweiten Leiterplatte mit Kupfer überzogen, um die Stromleitfähigkeit zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte zu maximieren. Schließlich werden die Stromlaschen an die Kupferfüße angelötet, um die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Leiterplatte zu vervollständigen.

1 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer Leiterplattenbaugruppe;
2 zeigt eine seitliche Draufsicht einer ersten Leiterplatte;
3 zeigt eine seitliche Draufsicht einer zweiten Leiterplatte; und
4 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Leiterplatte.

1 beschreibt eine Leiterplattenbaugruppe 10 aufweisend eine erste Leiterplatte 12 und eine zweite Leiterplatte 14. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Leiterplatte 12 als Hauptplatte bezeichnet, wohingegen die zweite Leiterplatte 14 als Verbindungsplatte bezeichnet wird. Sowohl die erste als auch die zweite Leiterplatte 12 und 14 sind, wie aus dem Stand der Technik bekannt, gedruckt.
Die erste Leiterplatte 12 besitzt einen länglichen Körper 16 mit einer ersten und einer zweiten Seite 17a und 17b mit einer Kante 18. Die Kante 18 weist eine Vielzahl von Kupferfüßen 20 auf, die sich davon erstrecken. Die Vielzahl der Kupferfüße 20 weist durch sie hindurch angeordnete Schlitze 22 auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schlitze 22 plattiert, jedoch, um die Kosten zu minimieren, müssen sie nicht plattiert sein. In gleicher Weise können die Kupferfüße, müssen aber nicht, abhängig von Kostenvorgaben plattiert sein. Jeder der Kupferfüße 20 besitzt zusätzlich eine Seitenfläche 24, an welcher angrenzend an die Seitenfläche 24 Hinterschnittradien 26 bereitgestellt werden, um das Löten zu verbessern.
Die zweite Leiterplatte 14 weist ebenfalls einen länglichen Körper 28 mit einer Kante 30 auf. Die Kante 30 weist eine Vielzahl von darin angeordneten Aussparungen 32 auf, die mit den Kupferfüßen 20 der ersten bestückten Leiterplatte 12 korrespondieren. Die Vielzahl der Aussparungen 32 weist darin angeordnete Stromlaschen 34 auf, die in einer bevorzugten Ausführungsform aus Kupfer hergestellt sind. Ebenfalls bevorzugt weisen die Stromlaschen 34 keine Lötmaske auf, so dass das Kupfer für das Löten an die erste Leiterplatte 12 freiliegt. Wie die Kupferfüße 20 der ersten Leiterplatte 12, weisen die Stromlaschen 34 der zweiten Leiterplatte 14 ebenfalls eine Seitenfläche 36 auf, an Hinterschnittradien 38 angrenzend an die Seitenfläche 36 zur Verbesserung des Lötens angeordnet sind.
Demnach sind die erste und zweite Leiterplatte 12, 14 so gestaltet, dass die Stromlaschen 34 durch die Schlitze 22 hindurch angeordnet werden, um die erste und zweite Leiterplatte 12, 14 in einem rechten Winkel zu verbinden und die Verbindung ohne darin vorhandene zusätzliche Verbindungen vollständig zu unterstützen. Auch wenn zusätzliche Verbindungen vorliegen können, sind mit dem vorliegenden Aufbau zusätzliche Verbindungspunkte unnötig und somit können Kosten gegenüber anderen solchen Verbindungen eingespart werden. Wenn eine Stromlasche 34 in einen Schlitz 22 geschoben wird, wird eine Vielzahl von Lötpunkten 40 gebildet, was am Besten in 4 zu sehen ist.
Während des Herstellungsprozesses wird die zweite Leiterplatte 14 bzw. Verbindungsplatte erst bestückt und dann aufschmelz-gelötet. Auf die erste Seite 17a der ersten Leiterplatte 12 wird im Anschluss auf und über die Schlitze 22 Lötpaste aufgetragen. Ein Arbeiter schiebt dann die Stromlaschen 34 der zweiten Leiterplatte 14 durch die Schlitze 22 der ersten Leiterplatte 12 hindurch, wodurch die Lötpaste auf die zweite Seite 17b der ersten Leiterplatte 12 gedrückt wird. Folglich müssen die Stromlaschen 34 eine solche Länge aufweisen, dass sie kurz genug sind, um die durchgedrückte Lötpaste zu nutzen, aber nicht zu kurz sind, um die Verbindung, welche durch die Anordnung durch die Schlitze 22 bewirkt wird, zu verlieren.
Sobald die Stromlaschen 34 durch die Schlitze 22 hindurch geschoben sind, wird die erste Leiterplatte 12 rechtwinklig zu der zweiten Leiterplatte 14 gehalten. Obwohl optional 90°Steckverbinder, die ein- und ausgehende Signale transportieren können, verwendet werden können, um die erste und die zweite Leiterplatte 12, 14 rechtwinklig zueinander zu halten, sind diese unnötig.
Sobald die Stromlaschen 34 durch die Schlitze 22 hindurch angeordnet sind, wird die zweite bestückte Leiterplatte 14 bzw. Verbindungsplatte mit der ersten bestückten Leiterplatte 12 bzw. Hauptplatte aufschmelz-gelötet. Zu diesem Zeitpunkt werden die Stromlaschen 34 bis zur Kante 30 der zweiten Leiterplatte 14 mit Kupfer überzogen, um die Stromleitfähigkeit dieses Aufbaus und die Lötbarkeit zu maximieren.
Schließlich werden die Stromlaschen 34 innerhalb der Schlitze 22 angelötet, um die Verbindung zu komplettieren. Die Laschen und Schlitze sind wie am Besten in 4 zu sehen ist, sorgfältig so ausgelegt, dass sichergestellt ist, dass die Ober- und Unterschicht sowohl der ersten als auch der zweiten Leiterplatte 12, 14 mit insgesamt vier Lötpunkten 40 pro Lasche zusammengelötet sind. Insbesondere verbessern die Hinterschnittradien 26, 38 in der ersten als auch der zweiten Leiterplatte 12, 14 die Lötbarkeit und stellt maßliche Wiederholbarkeit als Zusammenbau sicher.
Das Endprodukt besteht aus der Verbindung von zwei separaten Leiterplatten, wobei die Verbindung zwischen den Platten auch die elektrische Verbindung zwischen den beiden Platten darstellt, so dass die Übertragung von hoher Ströme, wie Strom von mehr als 3 Ampere, durch die Platten geleitet werden. Diese Verbindung und der Herstellungsprozess sind nicht nur kostengünstig, sondern zusätzlich auch wiederholbar. Weiter wird als ein Ergebnis des Zusammenbaus 10 ein Minimum an Wärme produziert und so werden letztendlich, alle genannten Ziele erreicht.
Es versteht sich für den Durchschnittsfachmann, dass andere diverse Modifizierungen an der Vorrichtung vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. All diese Modifizierungen und Änderungen fallen in den Geltungsbereich der Ansprüche und werden beabsichtigter Weise von diesen abgedeckt.
Bezugszeichenliste

10: Leiterplattenbaugruppe
12: erste Leiterplatte
14: zweite Leiterplatte
16: länglicher Köper
17a: erste Seite
17b: zweite Seite
18: Kante
20: Kupferfuß
22: Schlitz
24: Seitenfläche
26: Aussparung
28: länglicher Köper
30: Kante
32: Aussparung
34: Strom lasche
36: Seitenfläche
38: Hinterschnittradien
40: Lötpunkt

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenbaugruppe (10) für eine Fahrzeugsteuereinheit aufweisend folgende Schritte, die in der dargestellten Reihenfolge ausgeführt werden: a) Bereitstellen einer ersten Leiterplatte (12) mit einer Vielzahl von Kupferfüßen (20) mit einem Schlitz (22), durch zumindest einen der Vielzahl von Kupferfüßen (20); b) Bereitstellen einer zweiten Leiterplatte (14) mit einer Vielzahl von Stromlaschen (34), die mit der Vielzahl von Kupferfüßen (20) korrespondieren; c) Schieben mindestens einer Stromlasche (34) durch zumindest einen Schlitz (22), um eine elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Leiterplatte (12, 14) herzustellen, wobei Strom von der ersten Leiterplatte (12) zu der zweiten Leiterplatte (14) fließen kann; und d) Überziehen der Vielzahl von Stromlaschen (34) mit Kupfer bis zu einer Kante der zweiten Leiterplatte (14), um die Stromleitfähigkeit zwischen der ersten Leiterplatte (12) und der zweiten Leiterplatte (14) zu maximieren.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der Schlitz (22) plattiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Stromlaschen (34) keine Lötmaske aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die einzige Verbindung zwischen der ersten Leiterplatte (12) und der zweiten Leiterplatte (14) die Stromlaschen (34) sind, welche durch die Schlitze (22) hindurch angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem jeder der Vielzahl von Kupferfüßen (20) eine Seitenfläche (24) aufweist, wobei sich angrenzend an die Seitenfläche (24) Hinterschnittradien (26) zur Verbesserung des Lötens befinden.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Vielzahl jeder Stromlaschen (34) eine Seitenfläche (36) aufweist, wobei sich angrenzend an die Seitenfläche (36) Hinterschnittradien (38) zur Verbesserung des Lötens befinden.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter vor dem Schritt c) den Schritt des Auftragens von Lötpaste auf einer ersten Seite (17a) des Schlitzes (22) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiter den Schritt aufweist: Drücken der Lötpaste mit der Stromlasche (34) von der ersten Seite (17a) des Schlitzes (22) auf die zweite Seite (17b) des Schlitzes (22), während die Stromlasche (34) durch den Schlitz (22) hindurch angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiter den Schritt des Lötens der Stromlaschen (34) an sowohl der ersten als auch der zweiten Seite (17a, 17b) des Schlitzes (22) an einen Kupferfuß (20) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Schieben mindestens einer Stromlasche (34) durch zumindest einen Schlitz (22), die erste Leiterplatte (12) rechtwinklig zu der zweiten Leiterplatte (14) befestigt.