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Stand der Technik
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In modernen Kraftfahrzeugen wird eine stetig zunehmende Anzahl von Systemkomponenten elektronisch geregelt und/oder gesteuert. Zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs kommen zum Beispiel verbreitet elektronisch gesteuerte Automatikgetriebe zum Einsatz. Das zur Kontrolle des Automatikgetriebes notwendige elektronische Getriebesteuergerät (s. g. ”Transmission Control Unit” = ”TCU”) ist mit einer Vielzahl elektronischer und elektrischer Bauteile aufgebaut, die in eine konventionelle Leiterplatte (s. g. ”Printed Circuit Board” = ”PCB”) eingelötet sind und die von einem Gehäuse dicht umschlossen sind. Aufgrund des hermetisch dicht versiegelten Gehäuses kann die ”TCU” zum Beispiel direkt im Getriebeölsumpf platziert werden. Die ”TCU” enthält vielfach komplexe Hybridschaltungen, die beispielsweise auf Keramiksubstraten aufgebaut sind (s. g. ”Low Temperature Cofired Ceramic” = ”LTCC”).
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Um gegebenenfalls eine Weiterkontaktierung zu ermöglichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Leiterplatte über eine flexible Leitungsführung mit einer weiteren Komponente elektrisch zu verbinden, wobei sich diese auch auf einem anderen Höhenniveau als die ”TCU” befinden kann. Als flexible Leitungsführungen kommen bevorzugt s. g. ”Starr-Flex-PCB”, das heißt flexible Leiterplatten bzw. s. g. ”Flexfolien” (”Flexible Printed Circuit” = ”FPC”) zum Einsatz. Komponenten, die elektrisch an die ”TCU” angebunden werden, sind üblicherweise Sensoren, Aktuatoren oder andere elektrische Bauteile, wie zum Beispiel Steckverbindungen.
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Um eine derartige Weiterkontaktierung zwischen der ”TCU” und einer flexiblen Leiterbahnfolie nach dem Stand der Technik zu realisieren, werden eine oder mehrere Anschlusspins von der Bestückungsseite der Leiterplatte aus jeweils durch eine hülsenförmige Durchkontaktierung in der Leiterplatte gesteckt. Anschließend werden die Anschlusspins mit den Durchkontaktierungen von der Lötseite der Leiterplatte aus mittels geeigneter Lötverfahren gefügt und hierdurch elektrisch leitend verbunden. Ein erstes Ende einer im Inneren der Leiterplatte verlaufenden Leiterbahn (Innenlage) ist mit dieser Durchkontaktierung elektrisch leitend verbunden. Das zweite Ende der Leiterbahn ist über einen so genannten ”Via”, das heißt einen von der Bestückungsseite bis zumindest zu einer Innenlage reichenden Kontaktpin, elektrisch leitend mit einer Lötfläche (s. g. ”Lötpad”) auf der Bestückungsseite der Leiterplatte verbunden. Auf dieselbe Art und Weise werden alle Anschlusspins der ”TCU” mit Lötflächen auf der Bestückungsseite der Leiterplatte verbunden. Die eine oder mehrere Lötflächen werden dann in einem weiteren Verfahrensschritt mit der flexiblen Folienleiterbahn zur Kontaktierung der weiteren Komponente verlötet. Zum Einlöten der ”TCU” in die Leiterplatte kann zum Beispiel das Wellenlötverfahren Anwendung finden, während die flexible Leiterbahnfolie mittels des so genannten ”Reflow-Lötverfahrens” mit den Lötflächen auf der Bestückungsseite der Leiterplatte verbunden wird.
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Ein Hauptnachteil dieser vorbekannten Anschlusstechnik liegt darin, dass für jeden weiter zu kontaktierenden Anschlusspin der ”TCU” jeweils zwei Lötstellen erstellt werden müssen. Die Lötstellen können zudem im Allgemeinen nicht zeitgleich und mit derselben Löttechnik hergestellt werden, woraus sich ein hoher Fertigungs- und Kostenaufwand ergibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird zunächst eine elektrische Verbindung zwischen mindestens einem auf einer Leiterplatte angeordneten Durchsteckbauteil, insbesondere einem Elektronikmodul oder einem Getriebesteuergerät, mit mindestens einem in eine Durchgangshülse der Leiterplatte eingeführten Anschlusspin und einer flexiblen Leitungsführung offenbart.
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Erfindungsgemäß besteht zwischen mindestens einem Anschlusspin des Durchsteckbauteils und der flexiblen Leitungsführung sowie mindestens einer Durchgangshülse eine elektrisch leitende Verbindungsstelle, insbesondere eine Lötstelle, zur elektrischen Kontaktierung.
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Hierdurch erfordert eine elektrische Kontaktierung zwischen jedem in eine Durchgangshülse eingesteckten Anschlusspin des Durchsteckbauteils und mindestens einer Leitung der flexiblen Leitungsführung jeweils nur noch eine Lötstelle. Im Allgemeinen wird nur ein Teil der Anschlusspins des Durchsteckbauteils mit den zugehörigen Durchgangshülsen und den Leitungen der flexiblen Leitungsführung verlötet. Die übrigen Anschlusspins werden in der Regel nur mit den zugehörigen Durchgangshülsen in der Leiterplatte, nicht jedoch mit der flexiblen Leitungsführung elektrisch durch Löten verbunden. Sämtliche Lötstellen lassen sich zudem in einem einzigen Verfahrensschritt mittels des s. g. ”Selektiv”-Lötverfahrens herstellen. Die Durchsteckhülse kann zusätzlich mit mindestens einer Leiterbahn der Leiterplatte elektrisch verbunden sein, um weitere Verschaltungsmöglichkeiten für eine äußere Verschaltung zu schaffen. Die Leiterbahnen der Leiterplatte können im Bereich einer Bestückungsseite, im Bereich einer Lötseite oder im Fall von mehrlagigen Leiterplatten auch innerhalb der Leiterplatte verlaufen. Die Durchsteckhülse ist in einer Leiterplattenbohrung eingesetzt bzw. in dieser durch geeignete Verfahren hergestellt und gewährleistet hierdurch einen mechanisch festen Sitz des Anschlusspins innerhalb der Leiterplatte. Damit sind die flexible Leitungsführung und das Durchsteckbauteil verlässlich auf der Leiterplatte positioniert.
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Bei dem Durchsteckbauteil kann es sich zum Beispiel um ein beliebiges (Hybrid-)Elektronikmodul, ein Getriebesteuergerät (s. g. ”TCU”) mit einer Vielzahl von Anschlusspins und/oder um mindestens einen Durchsteckspin (s. g. ”Blindpin”) handeln. Dieser Durchsteckpin ermöglicht zum Beispiel eine elektrische Anbindung eines beabstandet vom Rand der Leiterplatte auf dieser positionierten Getriebesteuergerätes. Die Anschlusspins des Getriebesteuergerätes werden in diesem Fall über konventionelle Leiterbahnen bis zum Durchsteckpin geführt, der dann mittels einer Lötstelle mit mindestens einem Leiter der flexiblen Leitungsführung elektrisch leitend verbunden wird. Neben der reinen Weiterleitungs- bzw. Übergabefunktion hat dieser Durchsteckpin keine weitere Aufgabe.
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Unter dem Begriff einer flexiblen Leitungsführung wird im Zusammenhang dieser Beschreibung beispielsweise eine flexible Leiterbahnfolie oder eine flexible Leiterplatte (s. g. ”Starr-Flex-PCB”) verstanden, wobei die flexible Leiterplatte ein-, zwei- oder auch mehrlagig ausgeführt sein kann. Um die notwendige Flexibilität der Leiterplatte zu erreichen, sollte diese nur über eine geringe Materialstärke verfügen. Die auf die flexible Leiterplatte aufgedruckten, freigeätzten oder auf andere Art und Weise hergestellten Kupferleiterbahnen sind gegebenenfalls mit einem Isolierlack oder durch andere Mittel elektrisch untereinander sowie gegenüber der Umgebung isoliert.
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Eine Ausgestaltung der elektrischen Verbindung sieht vor, dass die flexible Leitungsführung mindestens eine Leiterbahnfolie ist, die mit einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel verlaufenden Leiterbahnen aufgebaut ist, die zwischen zwei Deckfolien angeordnet sind.
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Die flexible Leiterbahnfolie besteht in bekannter Weise aus einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel verlaufenden und zudem gleichmäßig zueinander beabstandet angeordneten Leiterbahnen aus Kupfer, die zur elektrischen Isolation beidseitig mit Deckfolien kaschiert sind. Alternativ können die Leiterbahnen in eine Deckfolie oder eine Kunststoffmatrix mit einer ausreichenden Materialstärke eingebettet sein. Die flexible Leiterbahnfolie erlaubt eine ortsvariable Positionierung der mit dem Durchsteckbauteil zu kontaktierenden weiteren elektrischen und/oder elektronischen Komponente. Darüber hinaus verfügen Leiterbahnfolien aufgrund der beidseitig aufkaschierten Deckfolien über eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien.
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Eine Weiterbildung der elektrischen Verbindung sieht vor, dass in einem Anschlussabschnitt der mindestens einen Leiterbahnfolie zumindest eine der beiden Deckfolien zumindest bereichsweise entfernt ist. Hierdurch wird die Schaffung der Lötverbindungen zwischen den Anschlusspins des Getriebesteuergerätes, den Durchgangshülsen sowie den Leiterbahnen der Leiterbahnfolie vereinfacht, wenn nicht überhaupt erst ermöglicht, da die elektrisch isolierenden Deckfolien der Leiterbahnfolie während des Lötvorgangs nicht erst durchgeschmolzen werden müssen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Verbindung ist mindestens eine Leiterbahn in dem Anschlussabschnitt der mindestens einen Leiterbahnfolie und/oder die mindestens eine Durchgangshülse zumindest bereichsweise mit einer Vorverzinnung versehen.
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Infolge dieser Vorverzinnung ist ein schneller und zuverlässiger Lötvorgang möglich.
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Eine Weiterbildung der elektrischen Verbindung sieht vor, dass die mindestens eine Leiterbahn im Anschlussabschnitt der mindestens einen Leiterbahnfolie eine vergrößerte Kontaktfläche mit einer Ausnehmung, insbesondere ein Lötauge, zum Durchführen und zum Einlöten des mindestens einen Anschlusspins des Durchsteckbauteils aufweist.
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Die vergrößerten Kontaktflächen (s. g. ”Kontaktpads”) sind bevorzugt als kreisringförmige oder ovale Lötaugen am Leiterbahnende ausgestaltet. Die vergrößerten Kontaktflächen erlauben eine großflächige Lötverbindung, die zu einer höheren elektrischen und/oder mechanischen Belastbarkeit der Lötstelle führt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Verbindung sieht vor, dass die mindestens eine Durchgangshülse mit mindestens einer Leiterbahn der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden ist.
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Hierdurch ergeben sich weitere elektrische Anbindungsmöglichkeiten der Anschlusspins des Durchsteckbauteils an eine Außenverschaltung und/oder an weitere Bauteile auf der Leiterplatte.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Verbindung sieht vor, dass eine Bestückungsseite der Leiterplatte zumindest bereichsweise mit einem Lötstopplack versehen ist. Hierdurch wird ein unkontrolliertes Ausbreiten des Lötzinns während des Lötvorgangs verhindert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Verbindung sieht vor, dass ein Gehäuse des Durchsteckbauteils, insbesondere ein Gehäuse des Elektronikmoduls oder des Getriebesteuergerätes, eine unterseitige Aussparung zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme der Leiterbahnfolie aufweist.
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Diese Aussparung ermöglicht es, die flexible Leiterbahnfolie zwischen dem Gehäuse des Elektronikmoduls und der Leiterplatte einzuklemmen und hierdurch festzusetzen. Beim Lötvorgang ist es zur Lagesicherung der zu verlötenden Komponenten in dieser Konstellation daher ausreichend, lediglich das Getriebesteuergerät an die Leiterplatte anzupressen.
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Ferner hat die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zwischen mindestens einem auf einer Leiterplatte angeordneten Durchsteckbauteil, insbesondere einem Elektronikmodul oder einem Getriebesteuergerät, mit mindestens einem in eine Durchgangshülse der Leiterplatte eingeführten Anschlusspin, und einer flexiblen Leitungsführung, mit den folgenden Schritten zum Gegenstand:
- a) Auffädeln der flexiblen Leitungsführung auf den mindestens einen Anschlusspin des Durchsteckbauteils,
- b) Einstecken des mindestens einen Anschlusspins in die mindestens eine Durchgangshülse in der Leiterplatte,
- c) Herstellen mindestens einer elektrisch leitenden Verbindungsstelle, insbesondere mindestens einer Lötstelle, zwischen dem mindestens einen Anschlusspin und der flexiblen Leitungsführung sowie der mindestens einen Durchgangshülse der Leiterplatte.
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Die verfahrensgemäße Vorgehensweise erlaubt die gleichzeitige Schaffung einer elektrischen Verbindung zwischen mindestens einem Anschlusspin des Durchsteckbauteils, der mindestens einen in der Leiterplatte angeordneten Durchgangshülse sowie der mindestens einen Leiterbahn der flexiblen Leitungsführung in nur einem Prozessschritt unter Anwendung desselben Lötverfahrens.
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Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Leitungsführung mit mindestens einer Leiterbahnfolie mit einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel verlaufenden Leiterbahnen gebildet, die zwischen zwei Deckfolien angeordnet sind.
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Hierdurch kann ein mit dem Getriebesteuergerät elektrisch zu verbindendes Bauteil ortsvariabel in Bezug zu diesem positioniert werden. Darüber hinaus kann eine Leiterbahnfolie auf einfache Art und Weise auf die Anschlusspins des Getriebesteuergerätes aufgefädelt und mit diesen verlötet werden. Die Leiterbahnen der Leiterbahnfolie verlaufen bevorzugt im Wesentlichen parallel und sind zudem gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Durchsteckbauteil und/oder mindestens ein Anschlussabschnitt der mindestens einen Leiterbahnfolie vor dem Herstellen der elektrischen Verbindungsstelle an die Leiterplatte angedrückt werden.
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Hierdurch wird eine unkontrollierte Lageveränderung bzw. ein Verrutschen der elektrisch zu verbindenden Komponenten vermieden. Das Andrücken der Komponenten kann beispielsweise mittels eines pneumatisch betriebenen Andruckorgans, wie zum Beispiel einem kleinen Stempel erfolgen.
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Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Fortbildung wird die mindestens eine Verbindungsstelle durch Selektivlöten hergestellt. Das Selektivlöten als Unterfall des Wellenlot- bzw. des Schwalllötverfahrens erfolgt bevorzugt von der Leiterplattenunterseite, d. h. von der Lötseite der Leiterplatte aus. Durch das unterseitig und örtlich begrenzt erfolgende Selektivlöten wird ein erneutes Aufschmelzen von insbesondere bereits auf der Lötseite der Leiterplatte vorhandenen Lötstellen vermieden. Daneben erlaubt das Selektivlötverfahren die zeitgleiche Herstellung aller Lötstellen unter Vermeidung einer Erwärmung benachbarter Bereiche.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben werden.
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Es zeigt:
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1 Eine elektrische Verbindung zwischen einem in eine Leiterplatte eingelöteten Getriebesteuergerät und einer flexiblen Leitungsführung nach dem Stand der Technik;
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2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung zwischen einem in eine Leiterplatte eingelöteten Getriebesteuergerät und einer Leiterbahnfolie als flexibler Leitungsführung;
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3 eine Draufsicht auf das Getriebesteuergerät gemäß der 2;
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4 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die elektrische Verbindung entlang der Schnittlinie IV-IV in der 3 im vormontierten, nicht verlöteten Zustand, und
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5 die elektrische Verbindung gemäß 4 im vollständig verlöteten Zustand.
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Ausführungsformen
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Die 1 zeigt eine elektrische Verbindung zwischen einem in eine Leiterplatte eingelöteten Getriebesteuergerät und einer flexiblen Leitungsführung nach Maßgabe des Standes der Technik.
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In eine Leiterplattenbohrung 10 einer Leiterplatte 12 ist eine Durchgangshülse 14 eingesetzt, in die ein Anschlusspin 16 eines Getriebesteuergerätes 18 eingelötet ist.
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Anstelle des Getriebesteuergerätes 18 kann jedes andere durchsteckbar ausgestaltete Elektronikmodul oder Durchsteckbauteil (s. g. ”THT”-Bauteil = ”Through Hole Technology”-Bauteil) treten. Innerhalb der Leiterplatte 12 verläuft eine Leiterbahn 20, die den Anschlusspin 16 mit einem metallischen Kontaktpin 22 (s. g. ”Via”) elektrisch leitend verbindet. Eine externe elektrische Komponente, zum Beispiel ein Druckregler 24 eines Automatikgetriebes, ist über eine flexible Leitungsführung 26, insbesondere eine Leiterbahnfolie, mit dem Kontaktpin 22 verbunden und damit über die Leiterbahn 20 und den Anschlusspin 16 an das Getriebesteuergerät 18 elektrisch angebunden. Die elektrische Anbindung zwischen dem Druckregler 24 und der flexiblen Leitungsführung 26 erfolgt beispielsweise durch einen nicht bezeichneten Federkontakt. Ein Hauptnachteil dieser vorbekannten elektrischen Verbindung liegt darin, dass zwischen dem Anschlusspin 16 und der Durchgangshülse 14 einerseits und andererseits zwischen dem Kontaktpin 22 und der flexiblen elektrischen Leitungsführung 26 jeweils eine Lötstelle hergestellt werden muss, die zudem nicht mit demselben Lötverfahren geschaffen werden kann. Dies ist insbesondere bei hochpoligen Elektronikmodulen, wie zum Beispiel dem Getriebesteuergerät 18 mit einer Vielzahl von Anschlusspins, mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden. In der Regel wird der Anschlusspin 16 mit der Durchgangshülse 14 über eine (Weich-)Lötstelle, die mittels des Wellenlöt- bzw. das Schwalllötverfahrens hergestellt wird, verbunden, während die flexible Leitungsführung 26 mit dem Kontaktpin 22 durch eine Lötstelle elektrisch kontaktiert wird, die mittels des so genannten Bügellötverfahrens geschaffen wird.
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Die 2 illustriert in einer vereinfachten Seitenansicht eine erfindungsgemäß ausgestaltete elektrische Verbindung 30.
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Ein als ein Durchsteckbauteil ausgebildetes Getriebesteuergerät 32 ist auf einer Leiterplatte 34 platziert. Im weiteren Fortgang der Beschreibung wird das Getriebesteuergerät 32 durchgehend mit der Abkürzung ”TCU” (”Transmission Control Unit”) bezeichnet. In die Leiterplatte 34 ist zu diesem Zweck eine Vielzahl von nicht eingezeichneten Leiterplattenbohrungen eingebracht, deren Anzahl und Anordnung der der Anschlusspins 36, 38 an der ”TCU” 32 folgt. Die Leiterplatte 34 ist in bekannter Weise mit einer, mit zwei oder einer größeren Anzahl von Kupfer-Leiterbahnebenen ausgeführt, in der jeweils eine Vielzahl von Leiterbahnen verläuft. Die Leiterplatte 34 ist bevorzugt mit einem glasfaserverstärkten Epoxidharzmaterial gebildet. Alternativ kann auch ein Keramiksubstrat zur Herstellung der Leiterplatte 34 Anwendung kommen. Sämtliche Leiterbahnen der Leiterplatte 34 und der flexiblen Leiterbahnfolie sind mit einem elektrisch gut leitfähigen und lötfähigen Material, insbesondere mit hochlegiertem Kupfer, gebildet.
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Zwei Anschlusspins 36, 38 der ”TCU” 32 sind jeweils mit einer flexiblen Leiterbahnfolie 40, 42 als flexible Leitungsführung 43 über eine Durchgangshülse 44, 46 und eine Lötstelle 48, 50, die jeweils eine nicht bezeichnete Verbindungsstelle darstellen, elektrisch leitend verbunden. Die Verbindungstelle kann alternativ auch durch andere thermische Fügeverfahren, wie zum Beispiel Laserschweißen, hergestellt sein. Ein Gehäuse 52 der ”TCU” 32 kann über eine unterseitige Ausnehmung 54 verfügen, die in einem nicht bezeichneten, äußeren Randbereich in das Gehäuse 52 eingelassen ist. Die Ausnehmung 54 weist eine rechteckförmige Querschnittsgeometrie auf und erstreckt sich parallel zur Zeichenebene in einer Tiefe, die ungefähr einer Breite der Leiterbahnfolie 40 entspricht. Die unterseitige Ausnehmung 54 erlaubt es, einen nicht bezeichneten Endabschnitt der linksseitigen flexiblen Leiterbahnfolie 40 zwischen der Leiterplatte 34 und dem Gehäuse 52 der ”TCU” 32 zur Lagesicherung einzuklemmen und in seiner räumlichen Lage zu sichern. Somit erfolgt die Befestigung der linksseitigen Leiterbahnfolie 40 auf der Leiterplatte 34 nicht ausschließlich durch die Lötstelle 48. Die im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Durchgangshülsen 44, 46 sind in den Leiterplattenbohrungen innerhalb der Leiterplatte 34 ausgebildet. Mindestens eine Durchgangshülse 44, 46 kann erforderlichenfalls (nicht dargestellt) mit mindestens einer Leiterbahn innerhalb der Leiterplatte 34, mit mindestens einer Leiterbahn im Bereich einer Bestückungsseite 56 (Leiterplattenoberseite) und/oder mit mindestens einer Leiterbahn im Bereich einer Lötseite 58 (Leiterplattenunterseite) der Leiterplatte 34 elektrisch leitend verbunden sein, um zusätzliche elektrische Verbindungmöglichkeiten zu schaffen und eine Entflechtung der Verschaltung zu vereinfachen.
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Die 3 illustriert die elektrische Verbindung 30 aus der 2 in einer schematischen Draufsicht.
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Die mit der flexiblen Leiterbahnfolie 42 aufgebaute Leitungsführung 43 weist drei Leiterbahnen auf, die im Wesentlichen parallel und gleichmäßig zueinander beabstandet verlaufen, wobei die mittlere Leiterbahn stellvertretend für die Übrigen die Bezugsziffer 60 trägt. Der besseren zeichnerischen Übersicht halber wurde die auf der linken Seite der ”TCU” 32 angeschlossene Leiterbahnfolie nur punktiert angedeutet, die betreffenden Anschlusspins der ”TCU” 32 sowie die in dieser Darstellung nicht sichtbaren (unterseitigen) Lötstellen nicht mit Bezugsziffern versehen. Die Leiterbahnen der Leiterbahnfolie 42 gehen an einem von der ”TCU”-wegweisenden Endabschnitt 62 jeweils in näherungsweise rechteckförmige Kontaktflächen (s. g. Kontakt-”Pads”) über, von denen eine stellvertretend für alle weiteren, die Bezugsziffer 64 trägt. Diese Kontaktflächen verfügen im Vergleich zu den Leiterbahnen der Leiterbahnfolie 42 über eine vergrößerte Breite. Die Kontaktflächen dienen zur elektrischen Anbindung einer weiteren, elektrischen oder elektronischen Komponente an die Leiterbahnfolie 42 und damit an die ”TCU” 32. Die elektrische Anbindung dieser Komponente an die Kontaktflächen der Leiterbahnfolie 42 kann zum Beispiel durch Klemmen oder Löten erfolgen. Die Kontaktflächen sind bevorzugt in einem Standardraster von zum Beispiel 1,27 mm oder 2,54 mm angeordnet.
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Der Anschlusspin 38 der ”TCU” 32 ist mit der mittleren Leiterbahn 60 sowie der hier nicht eingezeichneten, zugehörigen Durchgangshülse in der Leiterplatte 34 über eine ebenfalls nicht dargestellte Lötstelle elektrisch leitend verbunden. Dasselbe gilt für die zwei, dem Anschlusspin 38 beidseitig benachbarten Anschlusspins der ”TCU” 32 und den hiermit elektrisch verbundenen äußeren Leiterbahnen der Leiterbahnfolie 42.
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Das elektrische Interface zwischen der Leiterbahnfolie 42 und der ”TCU” 32 erfolgt ”TCU”-seitig in einem Anschlussabschnitt 66 der Leiterbahnfolie 42. In diesem Anschlussabschnitt 66 werden die Leiterbahnen aufgefächert und die nicht bezeichneten Enden der Leiterbahnen gehen jeweils in ein Lötauge – oder in eine andere geeignete Anschlussflächenform mit einer im Wesentlichen von einer kreisringförmigen abweichenden Geometrie – über, von denen ein Lötauge 68 stellvertretend für alle Übrigen mit einer Bezugsziffer versehen ist. Die Lötaugen weisen jeweils eine zentrische Bohrung auf, durch die jeweils ein Anschlusspin der ”TCU” 32 hindurch gesteckt werden kann. Darüber hinaus sind – in der 3 ebenfalls nicht dargestellte, insbesondere zur elektrischen Isolation notwendige – beidseitig auf die Leiterbahnen der Leiterbahnfolie 42 aufgebrachte Deckfolien oberseitig und/oder unterseitig zumindest bereichsweise entfernt, so dass die Leiterbahnen bzw. die Lötaugen in dieser Zone des Anschlussabschnittes 66 freiliegen und mit den Anschlusspins der ”TCU” 32 sowie mit den Durchgangshülsen verlötet werden können.
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Vor dem Lötvorgang wird der Anschlussabschnitt 66 der flexiblen Leiterbahnfolie 42 auf die zu kontaktierenden Anschlusspins der ”TCU” 32 aufgefädelt, d. h. die elektrisch weiter zu kontaktierenden Anschlusspins werden durch die zugehörigen Lötaugen im Anschlussabschnitt 66 hindurch geführt und abschließend in die Durchgangshülsen der Leiterplatte 34 eingesteckt. Vorab werden die Deckfolien der Leiterbahnfolie 42 im Anschlussabschnitt 66 einseitig und/oder beidseitig entfernt. Danach werden die Lötaugen 68 der Leiterbahnfolie 42, die Anschlusspins und die zugehörigen Durchgangshülsen in einem einzigen Lötdurchgang unter Schaffung von jeweils nur einer Lötstelle im Bereich eines jeden Anschlusspins der ”TCU” 32 miteinander verlötet. Hierdurch wird die elektrische Verbindung 30 zwischen der ”TCU” 32 und der Leiterbahnfolie 42 fertiggestellt. Das Verlöten der genannten Komponenten erfolgt vorzugsweise mittels des so genannten ”Selektiv”-Lötverfahrens von der Lötseite (Leiterplattenunterseite) aus, das ein räumlich begrenztes, nahezu punktuelles Verlöten von Bauteilen in einer Lötzone bis herab zu einer Fläche von wenigen Quadratmillimetern erlaubt.
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Ein Hauptvorteil der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindung 30 liegt darin, dass nur noch eine Lötstelle zur elektrischen Anbindung der Leiterbahnen der Leiterbahnfolie 42 an den Anschlusspin 38 der ”TCU” 32 und die zugehörige Durchgangshülse innerhalb der Leiterplatte 34 vorhanden ist. Entsprechendes gilt für die weiteren zu kontaktierenden Anschlusspins der ”TCU” 32, die Durchgangshülsen in der Leiterplatte 34 und die Leiterbahnen der Leiterbahnfolie 42. Darüber hinaus sind keine zusätzlichen Leiterbahnen zum Anschluss der Leiterbahnfolie 42 auf der Leiterplatte 34 vorzusehen.
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Der zur Schaffung der elektrischen Verbindung 30 notwendige Fertigungs- und Verschaltungsaufwand vermindert sich im Vergleich zu vorbekannten Lösungen erheblich, wobei zugleich die Ausfallsicherheit aufgrund der Halbierung der zur elektrischen Anbindung externer Komponenten an die ”TCU” 32 notwendigen Anzahl von Lötstellen zunimmt.
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Die 4 zeigt eine stark vergrößerte Detailansicht des in die Durchgangshülse 46 eingesteckten Anschlusspins 38 der ”TCU” 32 mit der aufgefädelten Leiterbahnfolie 42 als Leitungsführung 43 entlang der Schnittlinie IV-IV aus der 3 im vormontierten, jedoch unverlöteten Zustand.
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In die Leiterplatte 34 ist eine Leiterplattenbohrung 80 eingebracht, in die die Durchgangshülse 46 eingesetzt ist. Die Durchgangshülse 46 verfügt über eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form. An ihren nicht bezeichneten Enden weist die Durchgangshülse 46 jeweils ein Lötauge 82, 84 bzw. einen Flansch mit einer kreisringförmigen Geometrie auf. Die Durchgangshülse 46 und die Lötaugen 82, 84 bestehen aus Kupfer. Um den Lötvorgang zu erleichtern, sind die Lötaugen 82, 84 mit einer Vorverzinnung 86 versehen. Die Bestückungsseite 56 der Leiterplatte 34 ist außerhalb des Lötauges 82 mit einem Lötstopplack 88 beschichtet, um ein unkontrolliertes Ausbreiten des Lötzinns während des Lötvorgangs zu verhindern. Auch die Lötseite 58 der Leiterplatte 34 kann zumindest bereichsweise mit dem Lötstopplack 88 versehen sein.
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Die Leiterbahn 60 der Leiterbahnfolie 42 ist im Anschlussabschnitt 66 als Lötauge 68 mit einer vorzugsweise kreisringförmigen Gestalt ausgeführt, das auf den Anschlusspin 38 der ”TCU” 32 aufgefädelt ist. Zur elektrischen Isolation ist die Leiterbahn 60 außerhalb des Anschlussabschnitts 66 beidseitig mit Deckfolien 90, 92 kaschiert. Im Bereich des Lötauges 68 ist zumindest die (untere) Deckfolie 92 von der Leiterbahn 60 entfernt. Die Leiterbahn 60 ist in diesem Bereich mit einer unterseitigen Vorverzinnung 94 versehen. Alternativ kann auch die (obere) Deckfolie 90 im Bereich des Lötauges 90 von der Leiterbahn 60 entfernt sein. In dieser Variante ist die Leiterbahn 60 dann mit einer oberseitigen Vorverzinnung 96 versehen. In dem in 4 illustrierten vormontierten, noch unverlöteten Zustand, ist die flexible Leiterbahnfolie 42 auf den Anschlusspin 38” aufgefädelt”, d. h. der Anschlusspin 38 ist durch das Lötauge 68 der Leiterbahn 60 hindurch geführt, und der Anschlusspin 38 ist in die Durchgangshülse 46 eingesteckt.
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Die 5 zeigt die elektrische Verbindung 30 gemäß 4 im vollständig verlöteten Zustand.
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Das Lötzinn 98 stellt die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Anschlusspin 38 der ”TCU” 32, der Leiterbahn 60 bzw. dem Lötauge 68 der Leiterbahnfolie 42 als Leitungsführung 43 sowie der Durchgangshülse 46 mit den endseitigen Lötaugen 82, 84 in Gestalt der Lötstelle 50 her. Der Lötstopplack 88 auf der Leiterplatte 34 verhindert beim Lötvorgang ein unkontrolliertes Ausbreiten des Lötzinns 98 auf der Bestückungsseite 56 der Leiterplatte 34.
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Das Verlöten erfolgt vorzugsweise im s. g. ”Selektivlötverfahren” von der Lötseite 58 der Leiterplatte 34 aus. Da die (obere) Deckfolie 90 linksseitig vom Anschlusspin 38 im Bereich des Lötauges 68 teilweise entfernt ist, steigt in diesem Bereich ein Meniskus 100 aus Lötzinn 98 auf. Somit verbindet eine einzige Lötstelle 50 der elektrischen Verbindung 30 den Anschlusspin 38 mit der Leiterbahn 60 im Anschlussabschnitt 66 der Leiterbahnfolie 42 und zugleich mit der Durchgangshülse 46 in der Leiterplatte 34. Um weitere Verschaltungsmöglichkeiten zu eröffnen, kann die Durchgangshülse 46 zum Beispiel intern mit einer Leiterbahn 102, die in einer nicht bezeichneten Innenlage der Leiterplatte 34 lokalisiert ist, elektrisch leitend verbunden sein. Hierdurch ist es unter anderem möglich, weitere elektrische oder elektronische Bauteile an die Durchgangshülse 46 bzw. den Anschlusspin 38 der ”TCU” 32 anzubinden. Aufgrund der Kapillarkräfte wird das Lötzinn 98 auch in die kleinsten Kavitäten zwischen dem Anschlusspin 38, dem Lötauge 68 der Leiterbahn 60 und der Durchgangshülse 46 mit den Lötaugen 82, 84 hinein gezogen, so dass sich eine qualitativ hochwertige, das heißt eine elektrisch gut leitende und eine zugleich mechanisch hinreichend belastbare Lötstelle 50 bzw. elektrische Verbindung 30 in nur einem Lötschritt ergibt.
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Zur verfahrensgemäßen Herstellung der elektrischen Verbindung 30 wird zunächst die Leiterbahnfolie 42 auf den Anschlusspin 38 der ”TCU” 32 aufgefädelt. Vorab werden die obere und/oder die untere Deckfolie 90, 92 im Anschlussabschnitt 66 der Leiterbahnfolie 42 zumindest bereichsweise entfernt, so dass die Leiterbahnen in diesem Bereich freiliegen, das heißt ”metallisch blank” abisoliert sind. Anschließend werden beide Teile zugleich in die Durchgangshülse 46 der Leiterplatte 34 eingesteckt. Das abschließende Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Anschlusspin 38 und der Leiterbahnfolie 42 sowie der Durchgangshülse 46 in Form der Lötstelle 50 erfolgt durch einen Lötvorgang, der bevorzugt von der Lötseite 58 der Leiterplatte 34 aus im so genannten ”Selektiv”-Lötverfahren durchgeführt wird.
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Während des Lötvorgangs werden in vorteilhafter Weise sowohl die ”TCU” 32 mit dem Anschlusspin 38 als auch der Anschlussabschnitt 66 der Leiterbahnfolie 42 mittels eines geeigneten Werkzeugs auf die Bestückungsseite 56 der Leiterplatte 34 gedrückt, um eine einwandfreie Qualität der Lötstelle 50 bzw. der Lötverbindung zu gewährleisten.
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Auf dieselbe Art und Weise wird bei einer ”TCU” mit einer großen Anzahl von Anschlusspins und einer mehrpoligen flexiblen Leiterbahnfolie verfahren, die mit einer korrespondierenden Anzahl von Durchgangshülsen in einer Leiterplatte elektrisch leitend verbunden werden sollen. Hierbei wird in aller Regel eine Polzahl bzw. eine Leiterbahnanzahl der flexiblen Leiterbahnfolie deutlich kleiner sein als die Anzahl der Anschlusspins der ”TCU” bzw. des Elektronikmoduls, die mit einer entsprechenden Anzahl von Durchgangshülsen der Leiterplatte elektrisch zu kontaktieren sind. Denn in aller Regel ist es nur erforderlich, einen kleinen Teil der Anschlusspins einer ”TCU” über eine Leiterbahnfolie mit einer externen elektrischen und/oder elektronischen Komponente zu kontaktieren.
