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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung einer Leiterplatte in einem Gehäuse, ein Gehäuse mit einer Leiterplatte sowie eine Leiterplatte, wobei diese Leiterplatte mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens im Gehäuse befestigt werden kann.
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Gattungsgemäße Verfahren bzw. gattungsgemäße Gehäuse oder Leiterplatte finden ihre Anwendungen in nahezu allen elektronischen Geräten, wo elektronische Schaltungen auf Leiterplatten implementiert werden und diese Leiterplatten von umschließenden Gehäusen vor Beschädigungen durch äußere Einflüsse geschützt werden. Insb. finden sie ihre Anwendungen in den Körperschallsensoren eines Fahrzeugs, wobei der bei einem Aufprall des Fahrzeugs mit einem Gegenstand erzeugte Körperschall über die Fahrzeugkarosserie und durch das an der Karosserie befestigte Gehäuse ins Gehäuseinneren gelangt und dort von einem auf der Leiterplatte angeordneten Körperschallsensor erfasst wird.
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Es ist allgemein sehr wichtig, dass die Leiterplatten über die gesamte Lebensdauer im Gehäuse fest fixiert bleiben. Insb. bei Leiterplatten mit Körperschallsensoren ist eine feste Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse über die Lebensdauer sehr wichtig. Nur bei einer festen Fixierung können die Körperschallwellen vom Gehäuseaußen ohne Dämpfung durch die Gehäusewand und die Befestigungsstellen der Leiterplatte im Gehäuse zu dem Körperschallsensor übertragen werden. Eine feste Fixierung der Leiterplatte ist die Garantie einer guten Signalübertragung über die gesamte Lebensdauer bei einer Körperschallmessvorrichtung.
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Gemäß den derzeit bekannten Verfahren werden die Leiterplatten mit Bolzen oder Schrauben am Gehäuse befestigt. Alternativ werden die Leiterplatten auch am Gehäuse angeklebt oder angeschweißt, z. B. mithilfe von einem so genannten Heiz-Prozess. Derartige Verfahren erfordern jedoch großen Aufwand und hohes Herstellungskosten.
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Die fertigungsbedingten Toleranzen bei der Leiterplattendicke oder Gehäusewandstärke erschweren jedoch eine feste Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse. Diese Toleranzen müssen also bei der Befestigung der Leiterplatte kompensiert werden.
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Für Gehäuse eines Airbag-Steuergeräts wie z. B. einer Körperschallmessvorrichtung ist eine starke Fixierung der Leiterplatte über die Lebensdauer sehr wichtig, um eine dämpfungsfreie Übertragung von Körperschallwellen über das Gehäuse und die Leiterplatte zu dem Sensor auf der Leiterplatte zu gewährleisten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, ein Verfahren vorzustellen, mit dessen Hilfe eine feste Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse kostengünstig ermöglicht werden kann. Durch erfindungsgemäße Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse sollen bspw. die Körperschallwellen außerhalb vom Gehäuse ohne Bedämpfung durch das Verbindungsglied zwischen dem Gehäuse und der Leiterplatte zu dem Körperschallsensor auf der Leiterplatte gelangen können. Ferner sollen über dieses Verbindungsglied die von elektronischen Bauteilen entwickelte Wärme besser nach Außen transportiert werden. Außerdem sollen elektrische Ladungen, die in der Masseleiterbahn auf der Leiterplatte ansammeln, über dieses Verbindungsglied besser zu dem Masseanschluss außerhalb vom Gehäuse entladen werden. Es sollen noch entsprechende Leiterplatte bzw. entsprechendes Gehäuse zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgezeigt werden.
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Diese Aufgabe wird in erster Linie mit einer Leiterplatte mit folgenden Merkmalen gelöst. Die Leiterplatte wird mit zumindest einer Bohrung versehen. Auf dieser Bohrung wird ein gelochtes Blechteil in Form einer gelochten Metallscheibe angeordnet, wobei dieses Blechteil erfindungsgemäß während einer automatischen – automatisierten, maschinellen – Lötphase der SMD-Bauelemente (SMD: surface mounted device, auf Deutsch: oberflächenmontierbares Bauelement oder Bauelement für die Oberflächenmontage) samt den SMD-Bauelementen auf der Leiterplatte angelötet ist. Dabei überlappen sich das Loch im Blechteil und die Bohrung auf der Leiterplatte zueinander. Die Bohrung und das Blechteil dienen zur Befestigung der Leiterplatte im Gehäuse.
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Vorzugsweise ist das Blechteil während einer Wellenlöt- (Schwalllötphase) oder Reflowlötphase (Wiederaufschmelzlötphase) der SMD-Bauelemente auf der Leiterplatte angelötet.
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Die Leiterplatte samt dem Blechteil ist so ausgeführt, dass diese von einem Stützteil und einem mit dem Stützteil korrespondierenden Befestigungsteil im Gehäuse fest fixierbar ist. Dabei ragt das Befestigungsteil durch das Loch im Blechteil und die Bohrung auf der Leiterplatte hindurch und greift mit dem korrespondierenden Stützteil ineinander und so fixiert die Leiterplatte im Gehäuse fest.
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Vorteilhafterweise ist das Bleichteil mit der Masseleiterbahn, nämlich Leiterbahn mit Massepotential, auf der Leiterplatte über die Lötstelle elektrisch verbunden. Das Bleichteil ist wiederum über das vorteilhafterweise ebenfalls elektrisch leitende Stütz- und/oder Befestigungsteil, welcher zweckmäßigerweise aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist, mit dem Masseanschluss außerhalb vom Gehäuse elektrisch verbunden. Vorzugsweise wird über das Bleichteil, Stütz- und/oder Befestigungsteil die von den elektronischen Bauteilen auf der Leiterplatte erzeugte Wärme nach Gehäuseaußen abgeleitet.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatte und das Verfahren zum erfindungsgemäßen Anordnen der Leiterplatte in ein Gehäuse erfolgen in folgenden Arbeitsschritten:
- a. Bohren der Leiterplatte,
- b. Anlöten eines gelochten Blechteils auf dieser Bohrung der Leiterplatte während einer automatischen Lötphase, vorzugsweise der Wellenlöt- oder Reflowlötphase der SMD-Bauelemente auf der Leiterplatte,
- c. Einlegen der Leiterplatte ins Gehäuse,
- b. Positionieren der Leiterplatte im Gehäuse und Ausrichten der Bohrung auf der Leiterplatte, des Lochs im Blechteil und eines Stützteils am Gehäuse zueinander,
- e. Hindurchschieben eines Befestigungsteils durch die Bohrung auf der Leiterplatte und das Loch im Blechteil,
- f. Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse durch Ineinandergreifen des Befestigungsteils mit dem Stützteil.
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Im Verfahrensschritt a wird auf der Leiterplatte Bohrungen angeordnet. vorzugsweise werden die Bohrungen an Rande der Leiterplatte angeordnet. Je nach Ausführung kann eine oder andere Bohrung auch in der Mitte der Leiterplatte angeordnet sein. Idealerweise wird zumindest eine Bohrung in dem Bereich angeordnet, wo später der Körperschallsensor angebracht wird.
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Im Verfahrensschritt b wird ein gelochtes vorzugsweise flach ausgebildetes Blechteil auf der jeweiligen Bohrung angelötet. Dieser Schritt findet erfindungsgemäß während einer automatischen (automatisierten) Bestückungsphase bzw. Lötphase der SMD-Bauelemente auf der Leiterplatte statt. Also die Blechteile werden wie die SMD-Bauelemente während einer Wellenlöt- (Schwalllötphase) oder Reflowlötphase (Wiederaufschmelzlötphase) der SMD-Bauelemente auf der Leiterplatte angelötet. Dank dieses Verfahrensschritts können die Blechteile ohne zusätzliche Arbeitsschritte auf der Leiterplatte angeordnet werden.
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Dabei werden die Lötflächen rund um die Bohrungen auf der Leiterplatte, wo die Blechteile angelötet werden, vorteilhafterweise großflächig ausgeführt und mit Lotpasten benetzt, sodass die Lötfläche die gesamte Fläche der Blechteile abdeckt. Vorteilhafterweise sind die Lötflächen ein Teil der Masseleiterbahn auf der Leiterplatte.
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In weiterführenden Verfahrensschritten c und d wird die Leiterplatte ins Gehäuse eingelegt und positioniert. Dabei werden die Bohrungen auf der Leiterplatte bzw. die Löcher in den Blechteilen mit den Stützteilen am Gehäuse zueinander ausgerichtet.
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Weiter im Verfahrensschritt e wird ein Befestigungsteil durch die Bohrung auf der Leiterplatte, das Loch im Blechteil hindurchgeschoben. Dieses Befestigungsteil greift im nachfolgenden Verfahrensschritt f mit dem korrespondierenden Stützteil ineinander und fixiert somit die Leiterplatte im Gehäuse.
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Durch derartige Befestigung der Leiterplatte im Gehäuse lassen sich Fertigungstoleranzen bei der Leiterplattendicke oder Gehäusewandstärke besser kompensieren. Die Fertigungstoleranzen bei der Leiterplattendicke oder Gehäusewandstärke werden durch die Eingreiftiefe der Befestigungsteile in die Stützteile kompensiert. Sind die Leiterplatten bspw. zu dick, so greifen die Befestigungsteile weniger in die Stützteile hinein. Sind die Leiterplatten bspw. zu dünn, so greifen die Befestigungsteile mehr in die Stützteile hinein. Die Befestigungsteile und Stützteile sind so ausgeformt, dass diese sowohl bei kleinerer Eingreiftiefe als auch bei größerer Eingreiftiefe eine feste Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, eine Vorrichtung zum Erkennen einer Körperschalländerung in einem Gegenstand, wie z. B. in einem Fahrzeug herzustellen. Derartige Vorrichtung weist eine erfindungsgemäße Leiterplatte samt einem Körperschallsensor auf, welche erfindungsgemäß in einem erfindungsgemäßen Gehäuse eingebaut und fest fixiert ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich so Vorrichtungen wie Körperschallmessvorrichtung mit wenigen und einfachen Fertigungsschritten herzustellen, wobei die erfindungsgemäße Befestigung der Leiterplatte im Gehäuse dieser Vorrichtungen weniger Einzelteilen benötigen. Dies bewirkt sich positiv auf das Herstellungskosten bei gleicher Qualität.
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Das Befestigungsteil kann dabei bspw. eine Schraube sein. Das Stützteil ist dann eine Ausformung am Gehäuse mit einer Aussparung in der Mitte, wobei durch diese Aussparung die Schraube hineingeschraubt wird. Die Aussparung am Stützteil weist vorzugsweise selbstformendes Gewinde auf. Vorzugsweise sind die Bohrungen auf der Leiterplatte und/oder die Löcher in den Blechteilen auch mit selbstformenden Gewinden ausgestattet.
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In einer alternativen Ausführungsform weist das Loch im Blechteil kein Gewinde auf. Der Durchmesser des Lochs ist dabei zweckmäßigerweise geringfügig klein dimensioniert als der Durchmesser vom Befestigungsteil bzw. von der Schraube. Beim Einschrauben der Schraube in das Loch im Blechteil drückt der Schraubenschaft samt dem Gewinde die Innenkante des Blechteils rund um das Loch. Die Lochkante verformt sich und es entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen der Schraube und der Leiterplatte.
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Das Gehäuse, das geeignet ist, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Leiterplatte aufzunehmen, weist vorteilhafterweise zwei Gehäuseteile, wobei der eine Gehäuseteil das Stützteil und der andere das Befestigungsteil aufweist. Beim Zusammenfügen beider Gehäusehälfte bzw. Gehäuseteile ragt das Befestigungsteil durch die Bohrung auf der Leiterplatte und das Loch im Blechteil hindurch und greift in das Stützteil hinein und so hält die Leiterplatte fest fixiert.
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Vorzugsweise bestehen die Gehäuseteile aus Metall oder elektrisch leitendem Material. Die in der Masseleiterbahn angesammelten elektrischen Ladungen lassen sich dann über die Lötstelle vom Blechteil und durch den Blech-, Stütz- und/oder Befestigungsteil bis hin zum Gehäuse weiterleiten. Die erfindungsgemäße Leiterplatte und das erfindungsgemäße Gehäuse werden vorrangig bei einer Vorrichtung zum Erkennen einer Körperschalländerung in einem Gegenstand, bspw. in einem Fahrzeug verwendet. Dabei wird die Leiterplatte erfindungsgemäß in dem Gehäuse fixiert.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutet. Als Ausführungsbeispiele dienen Körperschallmessvorrichtungen eines Fahrzeugs. Schematisch und vereinfacht zeigt
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1 seitliche Schnittansicht einer ersten Körperschallmessvorrichtung eines Fahrzeug, welche nach dem erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammengebaut ist,
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2 Röntgenansicht einer zweiten Körperschallmessvorrichtung eines Fahrzeug, welche nach dem erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammengebaut ist.
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Gemäß einer seitlichen Schnittansicht in der 1 weist die Körperschallmessvorrichtung ein Gehäuse 100 und eine in diesem Gehäuse 100 erfindungsgemäß eingebaute Leiterplatte 200. Die Leiterplatte 200 ist mit einer Bohrung 230 verstehen und weist ein Blechteil 300 auf, der während einer automatischen Reflowlötphase der SMD-Bauelemente 250 samt den SMD-Bauelementen 250 auf der Leiterplatte angelötet ist. Das Blechteil 300 ist mit einem Loch 310 versehen. Das Loch 310 und die Bohrung 230 weisen nahezu gleiche Durchmesser auf. Das Blechteil 300 und die Leiterplatte 200 sind zueinander so ausgerichtet, dass das Loch 310 im Blechteil 300 über die Bohrung 230 auf der Leiterplatte 200 liegt. Das Blechteil 300 ist mit der Masseleiterbahn 220 auf der Leiterplatte 200 elektrisch kontaktiert. Die Leiterplatte 200 weist ferner einen Körperschallsensor 210, der in Nähe vom Blechteil 300 angeordnet ist.
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Das Gehäuse 100 weist eine Ausformung auf, die als Stützteil 400 für die Leiterplatte 200 dient. Die im Gehäuse 100 befindliche Leiterplatte 200 wird von diesem Stützteil 400 gestützt. In der Mitte weist das Stützteil eine Aussparung 410 auf, die ein selbstformendes Innengewinde 240 aufweist und zur Aufnahme einer Schraube 500 dient. Eine Schraube 500, die als Befestigungsteil für die Leiterplatte 200 dient, ragt durch die Bohrung 230 auf der Leiterplatte 200 und das Loch 310 im Blechteil 300 hindurch und in der Aussparung 410 im Stützteil 400 am Gehäuse 100 fest eingeschraubt. Durch selbstformendes Gewinde 240, 320 rund um die Bohrung 230 und das Loch 310 sind die Leiterplatte 200 und das Blechteil 300 auch fest mit dem Befestigungsteil 500 geschraubt. Körperschallwellen, die bei der Verformung der Fahrzeugkarosserie während einer Kollision entstehen, werden über die Karosserie zum Gehäuse 100 der Messvorrichtung gelangen. Über das Stützteil 400, das Befestigungsteil 500, das Blechteil 300 und die Leiterplatte 200 gelangen die Schallwellen zum Körperschallsensor 210. Durch die erfindungsgemäße Befestigung der Leiterplatte 200 im Gehäuse 100 gelangen die Schallwellen nahezu ohne Bedämpfung zum Körperschallsensor 210. Das Blechteil 300, das über die Lötstelle mit der Masseleiterbahn 220 elektrisch verbunden ist, ist über das Befestigungs- und Stützteil 400, 500, das aus einem elektrisch leitenden Material besteht, mit einem Masseanschluss (hier nicht dargestellt) außerhalb vom Gehäuse 100 elektrisch verbunden.
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Die 2 zeigt eine weitere Körperschallmessvorrichtung eines Fahrzeugs in Röntgensicht. Demnach besteht das Gehäuse dieser Vorrichtung aus zwei Gehäuseteilen 110, 120. Der erste Gehäuseteil 110 weist eine Ausformung, die als Stützteil 400 für die Leiterplatte 200 dient und eine Aussparung 410 zur Aufnahme von dem Befestigungsteil 500 aufweist. Die Aussparung 410 ist mit Gewinde versehen.
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Die Leiterplatte 200 weist ein Blechteil 300, der während der Reflowlötphase der SMD-Bauelemente (hier nicht dargestellt) samt den SMD-Bauelementen auf die Leiterplatte 200 angelötet ist. Das Blechteil 300 weist ein Loch, das mit einer Bohrung 230 auf der Leiterplatte 200 überlappt. Das Blechteil 300 ist mit der Masseleiterbahn 220 auf der Leiterplatte 200 über die Lötstelle elektrisch verbunden.
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Der zweite Gehäuseteil 120 weist eine Bohrung 130 auf. Nach dem Zusammenbau beider Gehäuseteile 110, 120 überlappen sich die Bohrungen 130, 230 im zweiten Gehäuseteil 120 und auf der Leiterplatte 200 zueinander und mit dem Loch 310 im Blechteil 300.
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Die Aussparung 410 am Stützteil 400 ist so ausgeformt, dass deren Tiefe ein wenig größer als die maximalmögliche Eindringtiefe des Befestigungsteils 500 ist. Die Fertigungstoleranzen bei der Leiterplattendicke 200 wird so durch entsprechende Variierung bei der Eindringtiefe des Befestigungsteils 500 in die Aussparung 410 kompensiert. Da die Leiterplatte 200 schwebend im Gehäuse gelagert ist und nur von den Stützteilen 400 und Befestigungsteilen 500 gehalten wird, haben die Fertigungstoleranzen bei der Leiterplattendicke oder Gehäusewandstärke keinerlei negative Auswirkung auf die feste Fixierung der Leiterplatte 200 im Gehäuse 100.
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Das Befestigungsteil 500, der in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls in Form von einer Schraube ausgeführt ist, wird außerhalb vom Gehäuse 100 durch die Bohrung 130 am zweiten Gehäuseteil 120 hindurch eingeschraubt.
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Wird die Schraube, nämlich das Befestigungsteil 500 durch die Bohrungen 130, 230 am Gehäuseteil 120 und auf der Leiterplatte 200 und das Loch 310 im Blechteil 300 hindurchgeschoben und in die Aussparung 410 am Stützteil 400 eingeschraubt, so drückt der Schraubenkopf 520 den Bereich 140 am Gehäuseteil 120 rund um die Bohrung 130 und die Leiterplatte 200 samt dem Blechteil 300 in Richtung zum Stützteil 400 und fixiert so die Leiterplatte 200 und die beiden Gehäuseteile 110, 120 zueinander.
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Anders als im ersten Ausführungsbeispiel in 1 weist das Blechteil 300 in diesem Ausführungsbeispiel gemäß 2 kein selbstformendes Gewinde auf, sondern vielmehr so ausgeführt, dass der Durchmesser des Lochs am Blechteil 300 geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Schraubenschafts 530. Die Kante rund um das Loch 310 ist bei Druckeinwirkung elastisch verformbar. Beim Einschrauben der Schraube 500 drückt der Schraubenschaft 530 die Innenkante des Blechteils 300 rund um das Loch 310. Die Innenkante verformt sich dabei und es bildet eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Blechteil 300 bzw. der Leiterplatte 200 und der Schraube 500. Die Schraube 500 wird bis zum Anschlag in die Aussparung 410 am Stützteil 400 hineingeschraubt. Dabei greifen die Gewinde 510 am Schraubenschaft 530 und an der Innenwand der Aussparung 410 ineinander und bilden so eine formschlüssige Verbindung zwischen der Schraube 500 und dem Gehäuse 100 bzw. Gehäuseteil 110. Das Blechteil 300 ist großflächig bzw. über gesamte Fläche an der Leiterplatte 200 angelötet, sodass dies 300 beim Einschrauben der Schraube 500 sich nicht von der Leiterplatte 200 löst und mit der Schraube 500 dreht.
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Die Bohrung 130 am Gehäuseteil ist mit Verdichtungsmaterial versehen, das nach dem Zusammenbau der Vorrichtung bzw. nach dem Einschrauben der Schraube 500 ins Stützteil 400 die Bohrung 130 bzw. das Gehäuse 100 gegen Staub und Wasser abdichtet.
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Die Schraube 500, das Blechteil 300, sowie die Gehäuseteile 110, 120 bestehen aus einem elektrisch leitenden und wärmeleitenden Material. Die in der Masseleiterbahn 220 angesammelten überflüssigen störenden elektrischen Ladungen und die Wärme, die von den elektronischen Bauelementen entstehen, werden so über das Blechteil 300 und die Schraube 500 sowie den Gehäusekörper 100 ins Gehäuseaußen abgeleitet.
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Anstatt einer Schraubverbindung zwischen dem Befestigungsteil 500 und dem Stützteil 400 können diese 400, 500 auch mithilfe von am Befestigungs- und Stützteil 500, 400 angeformten Verrastungselementen verbunden werden. So werden diese beiden Teile 400, 500 jeweils mit einem oder mehreren Rasthaken verstehen, die nach dem Zusammenbau der Vorrichtung fest ineinander rasten und so die Leiterplatte 200 im Gehäuseinnern fest fixieren.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die Leiterplatte 200 ohne zusätzliche Bauteile wie Buchse im Gehäuse 100 einfach fest fixieren. Bei höheren Anforderungen an Stabilität können auch selbstsichernde Schrauben eingesetzt werden. Die Befestigungs- und Stützteile können bei Bedarf auch an den Gehäuseteilen angeformt werden.
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Durch Fixierung der beiden Gehäuseteile 110, 120 und der Leiterplatte 200 mit derselben Schraube 500, wobei die Fertigungstoleranzen bei der Leiterplatte 200 und den Gehäuseteilen 110, 120 durch das auf der Leiterplatte 200 angeordneten Blechteil 300 kompensiert werden, lässt sich derartige Vorrichtung einfacher und preiswerter herzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Gehäuse
- 110
- Erster Gehäuseteil
- 120
- Zweiter Gehäuseteil
- 130
- Bohrung am zweiten Gehäuseteil 120
- 140
- Bereich um die Bohrung 130 am Gehäuseteil 120
- 200
- Leiterplatte
- 210
- Körperschallsensor
- 220
- Masseleiterbahn
- 230
- Bohrung auf der Leiterplatte 200
- 240
- Selbstformendes Gewinde auf der Innenwand der Bohrung 230
- 250
- SMD-Bauelement
- 300
- Blechteil
- 310
- Loch im Blechteil 300
- 320
- Selbstformendes Gewinde am Blechteil 300
- 400
- Stützteil
- 410
- Aussparung im Stützteil 400
- 420
- Selbstformendes Gewinde am Stützteil 400
- 500
- Befestigungsteil, Schraube
- 510
- Gewinde auf der Schraube 500
- 520
- Schraubenkopf
- 530
- Schraubenschaft
