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Stand der Technik
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In modernen Kraftfahrzeugen werden immer mehr elektronische Systemkomponenten integriert, die einen zunehmenden Verschaltungsaufwand erfordern. Beispiele für derartige Systemkomponenten sind komplexe Elektronikmodule wie Antiblockiersysteme, Motorsteuergeräte oder Getriebesteuergeräte zur Ansteuerung von automatischen Getrieben. Um den Leitungsführungsaufwand in Grenzen zu halten, wird bei derartigen Elektronikmodulen eine Vielzahl von elektrischen und elektronischen Komponenten auf Leiterplatten zusammengefasst. Solche Leiterplatten können ein- oder mehrlagig aufgebaut sein. In vielen Fällen muss ein Elektronikmodul zur Steuerung- und/oder Regelung komplexer Abläufe in einem Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Messwerten verarbeiten, die von elektronischen Sensoren, wie zum Beispiel Drucksensoren, Temperatursensoren, Drehzahlsensoren, Beschleunigungssensoren oder dergleichen geliefert werden. Zur Rückwirkung auf einen Regelkreis kommen darüber hinaus in der Regel Aktuatoren, wie zum Beispiel Stellmotoren, Piezoelemente, Elektromagnete, Hydraulikzylinder, Heizelemente etc. zum Einsatz, die gleichfalls mit dem Elektronikmodul elektrisch kontaktiert werden müssen. Eine Integration der Sensoren sowie der Aktuatoren in das Elektronikmodul ist oftmals nicht möglich, da die relevanten physikalischen Messgrößen in aller Regel räumlich entfernt vom Elektronikmodul aufgenommen werden müssen. Die elektrische Anbindung der Sensoren und/oder der Aktuatoren über flexible Leitungsführungen erhöht den Verschaltungsaufwand, die Anzahl der Lötstellen und damit die Störanfälligkeit der gesamten Bordelektronik eines Kraftfahrzeugs. Erschwerend kommt hinzu, dass die Bordelektronik auch unter extremen Umgebungseinflüssen, wie zum Beispiel hohen Beschleunigungen, starken Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und korrosiven Medien eine hohe Ausfallsicherheit aufweisen muss.
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Zur räumlich beabstandeten Anbindung von Sensoren und/oder Aktuatoren kommen im Wesentlichen flexible Leiterbahnfolien zum Einsatz, die jedoch die Anzahl der elektrischen Verbindungsstellen erhöhen und die gegebenenfalls zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen erfordern. Eine direkte physikalische Anbindung eines beispielsweise in einer Leiterplatte eingelöteten Sensors an ein Messobjekt ist nur bei geringen räumlichen Distanzen zwischen Sensor und Messobjekt möglich. Nachteilig ist weiterhin, dass die Lötstellen in solchen Fällen erheblichen mechanischen Kräften in der Gestalt von Scher-, Zug- oder Druckkräften ausgesetzt sind, die zum Ausfall der Lötstelle führen können. Diese mechanischen Kräfte können zum Beispiel durch thermische Dehnungseffekte, unerkannte Toleranzüberschreitungen beim Fertigungsprozess oder durch einen irregulären mechanischen Kontakt mit anderen Bauteilen entstehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine elektrische Verbindungsanordnung mit einer Leiterplatte mit einer Vielzahl von elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen offenbart, die durch Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Leiterplatte im Bereich einer Trägerplatte angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein höhenflexibler Leiterplattenbereich durch mindestens einen Einschnitt und mindestens einen Austrittsabschnitt gebildet.
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Die Leiterplatte ist in bekannter Weise einlagig oder mehrlagig ausgeführt und verfügt über eine Vielzahl von Kupferleiterbahnen zur elektrischen Verbindung der auf der Leiterplatte montierten elektrischen und/oder elektronischen Bauteile. Infolge des mindestens einen Einschnittes und des Austrittsabschnittes kann der Leiterplattenbereich nach oben und/oder nach unten aus einer Leiterplattenebene im Wesentlichen frei von mechanischen Spannungen herausgebogen werden. Eine Länge bzw. eine Breite des mindestens einen Austrittsabschnittes ist im Allgemeinen kleiner als eine Länge des mindestens einen Einschnittes. Unter dem Begriff der ”Höhenflexibilität” ist im Kontext dieser Beschreibung zu verstehen, dass sich der Leiterplattenbereich unter Überwindung einer nur relativ kleinen Rückstellkraft – die hauptsächlich durch den Austrittsabschnitt hervorgerufen wird – aus der Leiterplatte nach oben oder nach unten herausbiegen lässt. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Verbindungsanordnung erfolgt mit einer Leiterplatte, bei der es sich im Wesentlichen um eine starr ausgebildete Leiterplatte handelt, die aus Materialien wie FR4 oder höherwertigem Material gefertigt ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung des Einbringens mindestens eines Einschnittes und mindestens eines Austrittsabschnittes entstehen in der im Wesentlichen starr ausgebildeten Leiterplatte Abschnitte, die sich etwas biegen lassen. Die herausbiegbaren Abschnitte haben eine Dicke, die der Dicke der ansonsten starr ausgebildeten Leiterplatte entspricht, lassen sich jedoch aus deren Ebene etwas rausbiegen.
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Hierdurch ist es beispielsweise ohne zusätzlichen Verschaltungsaufwand – insbesondere in der Form einer flexiblen Leitungsführung – möglich, ein im Bereich des flexiblen Leiterplattenbereichs montiertes Bauelement höhenversetzt in Bezug zur Leiterplatte zu positionieren.
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Der oder die Einschnitte können beispielsweise durch Fräsen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Stanzen oder vergleichbare Verfahren hergestellt werden. In Abhängigkeit vom eingesetzten Schnittverfahren kann eine Breite des Einschnittes in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 5 mm liegen. Der mindestens eine Einschnitt wird nicht in sich selbst zurückgeführt, d. h. der oder die Einschnitte stellen keinen vollständig in sich geschlossenen Pfad dar, so dass mindestens ein Austrittsabschnitt stehen bleibt. Dieser Austrittsabschnitt dient der mechanischen Anbindung des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs an die übrige Leiterplatte. Die Einschnitte können im Bereich ihrer Enden in eine etwa kreisförmige Kontur übergehen, um Spannungsrisse in der Leiterplatte aufgrund von Kerbspannungen zu vermeiden. Die kreisförmigen Konturen werden im einfachsten Fall durch Bohrungen geschaffen, an denen zugleich in vorteilhafter Weise mit dem Herstellen der Einschnitte begonnen werden kann.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der elektrischen Verbindungsanordnung sieht vor, dass im höhenflexiblen Leiterplattenbereich mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement, insbesondere ein Sensor und/oder ein Aktuator, angeordnet ist.
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Die elektrische Kontaktierung des im Bereich des Leiterplattenbereich angeordneten Bauelementes erfolgt in bekannter Weise durch Leiterbahnen, die mit den übrigen Leiterbahnen der Leiterplatte und den darauf befindlichen, weiteren elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen elektrisch leitend verbunden sind.
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Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Verbindungsanordnung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Bauelement in Relation zur Leiterplatte einen Höhenversatz aufweist.
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Hierdurch kann das Bauelement in Relation zur Leiterplattenebene höhenversetzt positioniert werden. Ein zusätzlicher Verschaltungsaufwand, zum Beispiel in der Form von flexiblen Leiterbahnfolien, Flachbandleitungen oder s. g. ”Starr-Flex-Leiterplatten”, die zudem über eine Vielzahl von zusätzlichen elektrischen Verbindungsstellen kontaktiert werden müssten, entfällt. Aufgrund der verminderten Anzahl von Lötstellen erhöht sich die Ausfallsicherheit der elektrischen Verbindungsanordnung, wobei zugleich der Herstellungsaufwand abnimmt. Starr-Flex-Leiterplatten weisen starre Bereiche auf, ebenso wie wenigstens einen flexibel ausgebildeten Bereich, welcher die starr ausgebildeten Bereiche verbindet. Bei den Starr-Flex-Leiterplatten wird die Dicke der starren Leiterplatte durch spanabhebende Fertigungsvorgänge, wie zum Beispiel Fräsen reduziert, was deren Herstellung relativ teuer macht. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Verbindungsanordnung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Leiterplatte vermeidet diesen erheblichen Kostennachteil.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der elektrischen Verbindungsanordnung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Bauelement mit dem höhenflexiblen Leiterplattenbereich elektrisch leitend verbunden ist und mit einer Funktionseinheit in einer Wirkverbindung steht.
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Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt bevorzugt durch das Einlöten des mindestens einen Bauelementes in den höhenflexiblen Leiterplattenbereich. Zu diesem Zweck verfügen die Leiterbahnen innerhalb des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs über Lötaugen mit Bohrungen und/oder Lötflächen (s. g. ”Lötpads”), die für konventionelle ”THT”-Bauelemente (”Through Hole Technology”) bzw. ”SMD”-Bauelemente (”Surface Mounted Device”) geeignet sind. Alternativ kann die elektrische Verbindung zwischen dem Bauelement und den Leiterbahnen des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs durch Klemmkontakte oder Federkontakte gebildet sein.
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Die Funktionseinheit kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug-Getriebegehäuse, ein Gehäuse einer Brennkraftmaschine oder dergleichen sein. Die Wirkverbindung zwischen dem Bauelement im höhenflexiblen Leiterplattenbereich und der Funktionseinheit kann zum Beispiel im Fall eines Temperatursensors ein mechanischer Kontakt sein, um einen Wärmeübergang zwischen dem Sensor (Bauelement) und dem Gehäuse als Funktionseinheit zu ermöglichen. Ferner kann zwischen der Funktionseinheit und dem Bauelement auch eine elektrisch leitfähige, eine hydraulische Verbindung oder ein anderer physikalischer Wirkmechanismus bestehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist mindestens ein Abschnitt des flexiblen Leiterplattenbereichs im Vergleich zu einer Leiterplattendicke eine verringerte Materialstärke auf.
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Hierdurch wird die Flexibilität des Leiterplattenbereichs zumindest abschnittsweise weiter gesteigert. Dies erlaubt einen größeren Höhenversatz zwischen einem auf dem flexiblen Leiterplattenbereich montierten Bauelement und der Leiterplatte.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen dem Leiterplattenbereich und der Leiterplatte mindestens ein Federelement vorgesehen. Hierdurch wird ein höherer mechanischer Anpressdruck zwischen einem Bauelement auf dem höhenflexiblen Leiterplattenbereich und der Funktionseinheit erzielt. Handelt es sich bei dem mindestens einen Bauelement zum Beispiel um einen Drucksensor, kann dieser aufgrund der Federkraft des Federelementes mit einer größeren Kraft gegen eine (Ölbohrung eines Getriebe- oder eines Motorgehäuses als Funktionseinheit gedrückt werden, um eine zuverlässige Druckmessung zu erreichen. Entsprechendes gilt für eine Temperaturmessung mittels eines Temperaturfühlers.
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Eine Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung sieht vor, dass der mindestens eine höhenflexible Leiterplattenbereich in etwa eine viereckige Gestalt aufweist.
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Der viereckförmige Leiterplattenbereich lässt sich durch einen u-förmigen Einschnitt auf einfache Art und Weise herstellen und ergibt damit für die meisten Anwendungsfälle eine ausreichende Höhenflexibilität. Grundsätzlich können die höhenflexiblen Leiterplattenbereiche jede denkbare geometrische Form aufweisen, wobei mindestens ein Austrittsabschnitt für jeden flexiblen Leiterplattenbereich vorhanden ist, um dessen Herausfallen aus der Leiterplatte zu vermeiden.
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So können höhenflexible Leiterplattenbereiche beispielsweise einen spiralförmigen Verlauf mit einer Windung oder einer größeren Anzahl von Windungen bzw. Gängen aufweisen. Infolge der größeren wirksamen Länge des spiralförmigen Leiterplattenbereichs ist auch ein größerer Höhenversatz zwischen der Leiterplatte und einem auf dem flexiblen Leiterplattenbereich montierten Bauelement erreichbar.
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Gleichzeitig werden die Rückstellkräfte sowie die auftretenden mechanischen Spannungen reduziert.
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Darüber hinaus ist auch ein viereckig oder rechteckig mäandrierender Verlauf des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs möglich.
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Ferner kann ein höhenflexibler Leiterplattenbereich hergestellt werden, dessen Gestalt in etwa der Formgebung der liegenden, fettgedruckten Ziffer ”3” entspricht.
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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 schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung mit einem u-förmigen flexiblen Leiterplattenbereich;
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2 eine Darstellung der Verbindungsanordnung in einer Draufsicht entlang der Schnittlinie II-II in der 1;
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3–6 verschiedene Ausführungsformen von höhenflexiblen Leiterplattenbereichen jeweils in einer Draufsicht;
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7 eine schematische Seitenansicht des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs aus den 1, 2 im herausgebogenen Zustand;
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8 eine prinzipielle Seitenansicht des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs aus der 5 im herausgebogenen Zustand;
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9 eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsvariante eines flexiblen Leiterplattenbereichs mit einer abschnittsweise reduzierten Materialstärke;
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10 die elektrische Verbindungsanordnung gemäß der 1,2 mit einem optionalen Federelement, und
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11 die elektrische Verbindungsanordnung entlang der Schnittlinie XI-XI in 10.
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Ausführungsformen
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Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
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Eine elektrische Verbindungsanordnung 10 umfasst unter anderem eine auf einer Trägerplatte 12 montierte Leiterplatte 14. In die Leiterplatte 14 ist ein u-förmiger Einschnitt 16 zur Schaffung eines höhenflexiblen Leiterplattenbereichs 18 mit einer in etwa rechteckigen Umfangskontur eingebracht. Außerhalb des Leiterplattenbereichs 18 sind auf der Leiterplatte 14 eine Vielzahl von nicht eingezeichneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen angeordnet, die über gleichfalls nicht dargestellte Leiterbahnen der Leiterplatte 14 untereinander elektrisch leitend verschaltet sind.
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Der höhenflexible Leiterplattenbereich 18 tritt an einem Austrittsabschnitt 20 aus der Leiterplatte 14 aus. In den Leiterplattenbereich 18 ist ein Bauelement 22, insbesondere ein Sensor oder ein Aktuator, mit zwei Lötstellen, von denen lediglich eine vordere Lötstelle 24 sichtbar und mit einer Bezugsziffer versehen ist, eingelötet. Das Bauelement 22 ist über nicht dargestellte Leiterbahnen des Leiterplattenbereichs 18 mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 14 und den darauf befindlichen Komponenten elektrisch leitend verbunden. Auch auf dem höhenflexiblen Leiterplattenbereich 18 können sich neben dem Bauelement 22 weitere elektrische und/oder elektronische Bauelemente befinden. Der höhenflexible Leiterplattenbereich 18 erlaubt einen Höhenversatz 26 zwischen dem Bauteil 22 und der Leiterplatte 14. Der erreichbare Höhenversatz 26 kann – in Abhängigkeit von der geometrischen Form des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs 18 – zwischen 5 mm und 5 cm betragen.
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Das Bauelement 22 steht darüber hinaus in einer so genannten Wirkverbindung mit einer Funktionseinheit 28. Ist das Bauelement 22 beispielsweise ein Temperatursensor und die Funktionseinheit 28 ist ein Gehäuse einer Brennkraftmaschine, so stellt der im Idealfall vollflächige mechanische Kontakt zwischen dem Temperatursensor und dem Gehäuse – der einen Wärmeübergang für eine Temperaturmessung ermöglicht – ein Beispiel für eine solche (physikalische) Wirkverbindung dar. Ist das Bauelement 22 zum Beispiel ein Drucksensor und die Funktionseinheit ein Getriebegehäuse mit einer Ölbohrung, gegen die der Drucksensor mittels des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs 18 gedrückt wird, um eine Öldruckmessung zu erlauben, ist die Wirkverbindung zwischen dem Bauelement 22 und der Funktionseinheit 28 vorrangig hydraulischer Natur. Zugleich ist jedoch auch ein inniger mechanischer Kontakt gegeben. Die Wirkverbindung zwischen dem Bauelement 22 und der Funktionseinheit 28 kann beispielsweise auch elektrischer Natur sein, wenn zwischen den genannten Komponenten eine elektrisch leitfähige, eine induktive oder eine kapazitive Kopplung besteht. Eine elektrische Verbindung kann beispielsweise für Füllstandsmessungen und/oder Leitfähigkeitsmessungen notwendig sein.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 10 erlaubt eine höhenversetzte Positionierung des Bauteils 22 ober- oder unterhalb der Leiterplatte 14 ohne zusätzliche flexible Leitungsführungen und weitere Lötverbindungen, denn der höhenflexible Leiterplattenbereich 18 ist integraler Bestandteil der Leiterplatte 14. Hierdurch erhöht sich die Ausfallsicherheit im Vergleich zu vorbekannten Verbindungsanordnungen signifikant.
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Die 2 illustriert eine Darstellung der elektrischen Verbindungsanordnung 10 in einer Draufsicht entlang der Schnittlinie II-II in der 1. Die Leiterplatte 14 der Verbindungsanordnung 10 ist mittels vier, nicht bezeichneter Halterungen auf der Trägerplatte 12 montiert. Der höhenflexible Leiterplattenbereich 18 weist eine rechteckige Gestalt auf und ist von dem u-förmigen Einschnitt 16 – bis auf den Austrittsabschnitt 20 – umschlossen. Das Bauelement 22 ist auf dem Leiterplattenbereich 18 vorzugsweise durch zwei Lötstellen, von denen lediglich eine die Bezugsziffer 24 trägt, mit nicht dargestellten Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden.
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Die Austrittsabschnitte der höhenflexiblen Leiterplattenbereiche sind in den nachfolgenden 3 bis 6 der besseren zeichnerischen Übersicht halber jeweils mit einer gestrichelten Linie ohne Bezugsziffer angedeutet. Entsprechend sind auch die Lötaugen bzw. die Kontaktpads zur elektrischen Anbindung des oder der Bauelemente an die jeweiligen Leiterplattenbereiche jeweils exemplarisch durch zwei kleine Kreise symbolisiert.
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Die 3 zeigt als eine weitere Ausführungsform von möglichen höhenflexiblen Leiterplattenbereichen einen spiralförmigen Leiterplattenbereich 30 innerhalb der Leiterplatte 14 in einer Draufsicht. Aufgrund der größeren Länge des spiralförmigen Leiterplattenbereichs 30 lassen sich ein größerer Höhenversatz und darüber hinaus erforderlichenfalls auch ein seitlicher Versatz erreichen. Dies ermöglicht eine weitgehend freie Positionierung des auf dem spiralförmigen Leiterplattenbereich 30 angeordneten Bauelementes im Raum.
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Darüber hinaus werden die beim Herausbiegen des Leiterplattenbereichs 30 aus der Leiterplatte 14 auftretenden Rückstellkräfte und mechanischen Spannungen reduziert. Der spiralförmige Leiterplattenbereich 30 ist durch einen durchgehenden, ebenfalls im Wesentlichen spiralförmigen Einschnitt 32 gebildet, der einen inneren und einen äußeren Abschnitt 34, 36 aufweist, die im Wesentlichen ungefähr gleichmäßig zueinander beabstandet sind. Die Abschnitte 34, 36 sind jeweils an ihren nicht bezeichneten Enden durch den Austrittsabschnitt und einen Endabschnitt 38 verbunden.
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Die 4 zeigt als weitere Ausführungsform einen näherungsweise mäanderförmigen Leiterplattenbereich 40 in der Leiterplatte 14, der im Vergleich zum rechteckigen Leiterplattenbereich 18 ebenfalls eine höhere Flexibilität und damit einhergehend einen größeren Höhenversatz erlaubt. Der höhenflexible Leiterplattenbereich 40 ist mit einem durchgehenden, näherungsweise ”quadratisch” mäandrierenden Einschnitt 42 gebildet.
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Die 5 illustriert als weitere Ausführungsform eines höhenflexiblen Leiterplattenbereichs einen Leiterplattenbereich 44, dessen Gestalt in etwa einer liegenden, fettgedruckten Ziffer ”3” entspricht. Im Unterschied zu den bisher erläuterten Ausführungsvarianten ist dieser Leiterplattenbereich 44 mit einem inneren und einem äußeren Einschnitt 46, 48 gebildet, die jeweils für sich näherungsweise der Kontur der Zahl ”3” folgen und die durch zwei Austrittsabschnitte voneinander separiert sind. Im Gegensatz zu den vorab erläuterten Ausführungsformen verfügt der Leiterplattenbereich 44 also über zwei Austrittsabschnitte, die jeweils mit einem nicht bezeichneten Ende der zwei Einschnitte 46, 48 verbunden sind. Diese Ausführungsform hat unter anderem den Vorteil, dass ein geneigter Verlauf des flexiblen Leiterplattenbereiches 44 im Bereich des Bauelementes bzw. der Lötaugen beim Herausbiegen aus der Leiterplatte 14 nicht auftritt (vgl. insb. die 8).
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Aus der 6 ist eine weitere Ausführungsform eines höhenflexiblen Leiterplattenbereichs 50 mit einer spiralförmigen Gestalt ersichtlich. Im Unterschied zu den drei vorstehend erläuterten Leiterplattenbereichen 30, 40, 44 ist eine Breite 52 des Austrittsabschnitts deutlich größer als eine Breite 54 eines nicht bezeichneten Endabschnittes. Der Leiterplattenbereich 50 ist mit einem gleichfalls spiralförmigen, durchgehenden Einschnitt 56 in der Leiterplatte 14 gebildet, der einen inneren und einen äußeren Abschnitt 58, 60 aufweist. Aufgrund der unterschiedlichen Breiten 52,54 verlaufen der innere und der äußere Abschnitt 58, 60 des Einschnittes 56 – im Gegensatz zur Ausführungsform nach 3 – nicht gleichmäßig beabstandet, d. h. nicht parallel zu einander. Hierdurch lassen sich die Rückstellkräfte beim Herausbiegen weiter verringern, wobei insbesondere die Breite 54 nicht zu klein gewählt werden darf, um zumindest die Montage eines Bauelementes in diesem Abschnitt des Leiterplattenbereichs 50 noch zu ermöglichen. Umgekehrt kann die Breite 54 des Endabschnittes auch größer als die Breite 52 des Austrittsabschnittes dimensioniert werden, um zum Beispiel im nicht bezeichneten Endbereich des Leiterplattenbereiches 50 mehr Fläche zur Montage von Bauelementen zur Verfügung zu haben.
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Darüber hinaus verfügt der Einschnitt 56 im Bereich seines Austrittsabschnittes über zwei kleine Ausnehmungen 62, 64, die hier in der einfachsten Form als kreisförmige Bohrungen ausgeführt sind. Die beiden Ausnehmungen 62, 64 reduzieren insbesondere Kerbspannungen im Bereich des Austrittsabschnitts beim Herausbiegen des Leiterplattenbereichs 50 aus der Leiterplatte 14 und vermeiden hierdurch die Entstehung von Spannungsrissen. Darüber hinaus können die Ausnehmungen 62, 64 zum Beispiel als ein Ausgangspunkt für einen Fräskopf, einen Fräsbohrer oder einen Wasserstrahlschneidkopf bei der Fertigung des Einschnittes 56 dienen.
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Die 7 illustriert in einer schematischen Darstellung den rechteckigen Leiterplattenbereich 18 in der Leiterplatte 14 gemäß der 1,2 in einer Seitenansicht.
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Das Bauelement 22 ist auf dem Leiterplattenbereich 18 befestigt und mit diesem über hier nicht dargestellte Lötverbindungen elektrisch verbunden. Zwischen dem Bauelement 22 und der darüber befindlichen Funktionseinheit 28 besteht mindestens eine der vorstehend bereits erläuterten (physikalischen) Wirkverbindungen. Infolge des herausgebogenen Leiterplattenbereichs 18 entsteht zwischen diesem und einer nicht bezeichneten, lediglich mit einer punktierten Linie angedeuteten, Horizontalen ein Winkel α. Der Winkel α ergibt sich bei dieser streifenförmigen Ausführungsform des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs 18 zwangsläufig infolge des Herausbiegens aus der Leiterplatte 14 und ist nicht vermeidbar. In vorteilhafter Weise lässt sich diese Ausführungsform des Leiterplattenbereichs 18 daher bei einer Funktionseinheit 28 einsetzen, die über eine entsprechend dem Winkel α geneigte Unterseite 66 verfügt. Hierdurch wird eine im Idealfall vollflächige Anlage zwischen dem Bauelement 22 und der Unterseite 66 der Funktionseinheit 28 erzielt. Dies ist vor allem dann von Bedeutung, wenn es sich bei dem Bauelement 22 um einen Temperatursensor oder einen Drucksensor handelt. Denn eine möglichst vollflächige Auflage des Bauelements 22 an der Funktionseinheit 28 ist eine wesentliche Voraussetzung für genaue Messergebnisse an der Funktionseinheit 28.
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Die 8 veranschaulicht eine prinzipielle Seitenansicht des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs aus der 5 im herausgebogenen Zustand.
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Das Bauelement 22 befindet sich zwischen der Funktionseinheit 28 und dem Leiterplattenbereich 44 mit der Gestalt einer liegenden ”3”, der über die zwei nicht bezeichneten Austrittsabschnitte mit der Leiterplatte 14 höhenflexibel verbunden ist. Zwischen dem höhenflexiblen Leiterplattenbereich 44 und einer nicht bezeichneten, lediglich mit einer punktierten Linie angedeuteten, Horizontalen, hat der Winkel α einen Wert von etwa 0°. Dies bedeutet, dass die Ausführungsform des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs 44 aus der 5 besonders geeignet ist, um das Bauelement 22 mit der Funktionseinheit 28 in eine Wirkverbindung zu bringen, deren Unterseite 68 in dieser Zone zumindest bereichsweise horizontal verläuft. Handelt es sich bei dem Bauelement 22 zum Beispiel um einen Temperatursensor, so kann dieser in einen, im Idealfall vollflächigen Kontakt mit der waagerecht verlaufenden Unterseite 68 der Funktionseinheit 28 gebracht werden, so dass optimale Temperaturmessergebnisse aufgrund eines minimalen Wärmeübergangswiderstandes zwischen der Unterseite 68 der Funktionseinheit 28 und dem Temperatursensor möglich sind. Infolge der speziellen Gestalt wird somit beim Herausbiegen bzw. Herausziehen des höhenflexiblen Leiterplattenbereichs 44 aus der Leiterplatte 14 das vertikale Verkippen des Bauelementes 22 (vgl. insb. 7) in Relation zur Unterseite 68 der Funktionseinheit 28 verhindert.
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Die 9 veranschaulicht eine weitere Ausführungsvariante eines insbesondere rechteckigen, höhenflexiblen Leiterplattenbereichs.
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Ein rechteckiger, höhenflexibler Leiterplattenbereich 70 (vgl. insb. 1, 2) ist mittels eines im Wesentlichen u-förmigen Einschnittes 72 in die Leiterplatte 14 hergestellt. Die Leiterplatte 14 weist eine Leiterplattendicke 74 auf. Zur Verbesserung der Höhenflexibilität bzw. des erreichbaren Höhenversatzes verfügt der Leiterplattenbereich 70 über zwei Abschnitte 76,78, die im Vergleich zur Leiterplattendicke 74 jeweils eine geringere, nicht bezeichnete Materialstärke aufweisen. Die Reduktion der Materialstärke kann zum Beispiel durch ein- oder zweiseitiges Abtragen, zum Beispiel durch Fräsen oder Abschleifen, des Leiterplattenmaterials im Bereich dieser Abschnitte 76, 78 erfolgen. Die Materialstärke der Abschnitte 76, 78 kann jeweils gleich oder unterschiedlich stark im Vergleich zur Leiterplattendicke 74 vermindert sein. Alternativ können beide Abschnitte 76,78 auch durchgehend ausgeführt sein und jeweils einen durchgehenden Abschnitt bilden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Materialstärke im ersten Abschnitt 76 geringfügig kleiner als die Leiterplattendicke 74 gewählt ist und die Materialstärke des zweiten Abschnittes 78 geringfügig kleiner dimensioniert ist als die Materialstärke des ersten Abschnittes 76 (gestufte Materialreduktion).
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Diese Ausführungsform lässt gleichfalls einen Winkel α von etwa 0° zwischen einer Unterseite einer nicht eingezeichneten Funktionseinheit bzw. der punktierten Horizontalen und dem zweiten Abschnitt 78 zu (vgl. 8), wenn der Leiterplattenbereich 70 zusammen mit einem nicht dargestellten Bauelement an eine Unterseite einer Funktionseinheit herangeführt wird. Alternativ lassen sich mittels dieser Ausführungsform des Leiterplattenbereichs 70 auch Winkel α ausgleichen, die größer als 0° sind.
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Die 10 zeigt den höhenflexiblen, rechteckigen Leiterplattenbereich der Verbindungsanordnung 10 gemäß der 1, 2 mit einem optionalen Federelement.
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Die elektrische Verbindungsanordnung 10 umfasst den höhenflexiblen Leiterplattenbereich 18, der durch einen u-förmigen Einschnitt 16 in der Leiterplatte 14 ausgebildet ist und auf dem sich das Bauelement 22 befindet, das mit der Funktionseinheit 28 in einer Wirkverbindung steht. Zwischen dem höhenflexiblen Leiterplattenbereich 18 und der Leiterplatte 14 ist ein Federelement 84 angeordnet. Durch das optionale Federelement 84 wird das Bauelement 22 mit einer höheren Kraft gegen die Funktionseinheit 28 gepresst, als ob nur der Leiterplattenbereich 18 vorhanden wäre. Für den Fall, dass es sich bei dem Bauelement 22 um einen Drucksensor handelt und die Funktionseinheit zum Beispiel ein Gehäuse einer Brennkraftmaschine mit einer Ölbohrung mit einer geringen Querschnittsfläche ist, so ermöglicht das Federelement 84 eine zuverlässige Druckmessung im Bereich der Ölbohrung mittels des Bauelementes 22.
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In der 11 ist eine Schnittdarstellung der Verbindungsanordnung 10 entlang der Schnittlinie XI-XI gemäß 10 dargestellt.
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Infolge der Wirkung des bügelförmigen Federelementes 84 wird das auf dem Leiterplattenbereich 18 platzierte Bauelement 22 mit erhöhter Kraft gegen die Funktionseinheit 28 gedrückt. Das Federelement 84 ist hierbei zwischen einer nicht bezeichneten Oberseite der Leiterplatte 14 und einer ebenfalls nicht mit einer Bezugsziffer versehenen Unterseite des Leiterplattenbereichs 18 fest eingespannt. Die Leiterplatte 14 ist mittels nicht bezeichneter Halterungen auf der Trägerplatte 12 befestigt. Das Federelement 84 verfügt im Bereich eines nicht bezeichneten, horizontal verlaufenden Quersteges über eine Ausnehmung 86 für die mindestens einen Lötstelle 24. Das Federelement 84 verfügt beidseitig über Flansche 88, 90, die jeweils auf der Leiterplatte 14 aufliegen. Das Federelement 84 ist mit einem metallischen Material oder mit einem (faserarmierten) Kunststoffmaterial hergestellt, das eine hinreichend hohe Federelastizität aufweist. Durch die Ausnehmung 86 ist das Federelement 84 in radialer Richtung in seiner Lage gesichert. Vorzugsweise sind die Flansche 88, 90 mit der Leiterplatte 14 verbunden, insbesondere mit dieser verklebt oder vernietet, um eine zuverlässige Lagefixierung zu erreichen.
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Für den Fall, dass der Leiterplattenbereich 18 eine von der rechteckigen Form abweichende geometrische Formgebung aufweist (vgl. insb. die 3 bis 6), kann es erforderlich sein, dem Federelement 84 eine von der Ausführungsform gemäß der 10, 11 abweichende geometrische Gestalt zu verleihen.
