DE102011086896A1

DE102011086896A1 - Elektrisches Bauelement

Info

Publication number: DE102011086896A1
Application number: DE201110086896
Authority: DE
Inventors: Uwe Liskow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-05-23

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Bauelement (4) mit einem Gehäuse (10) und einem aus dem Gehäuse (10) herausragenden Anschlusspin (12, 68). Der Anschlusspin (12, 68) ist mittels Durchsteckmontage mit einer Leiterplatte (6) elektrisch leitfähig verbindbar. Der Anschlusspin (12, 68) weist einen sich von dem Gehäuse (10) weg erstreckenden Teilbereich (14) auf. Erfindungsgemäß ist der Teilbereich (14) von einem elastischen reversibel verformbaren Material (22) umgeben. Das Material (22) ist an dem Gehäuse (10) fluiddicht verbunden. Wenn das elektrische Bauelement (4) mit der Leiterplatte (6) fest verbunden ist, ist das Material (22) derart mit der Leiterplatte (6) verbunden, dass zwischen Material (22) und Leiterplatte (6) hindurch kein Partikel an den Anschlusspin (12, 68) gelangt.

Description

Stand der Technik
Auch heute werden trotz zunehmender Miniaturisierung von elektrischen Bauelementen in Verbindung mit deren Oberflächenmontage, auch SMT (Surface-Mounted Technology) genannt, insbesondere im Bereich der Leistungselektronik Bauelemente in Durchsteckmontage, auch THT (Through-Hole Technology) genannt, verwendet. Die Durchsteckmontage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente Drahtanschlüsse aufweisen, die bei der Montage durch in der Leiterplatte angeordnete Kontaktlöcher gesteckt und anschließend durch Löten verbunden werden. Insbesondere bei in heutigen Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzten elektrischen Steuergeräten, die innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet sind und mit Automatikgetriebeöl in Berührung kommen können, werden elektrische Bauelemente eingesetzt, die bis zu 100 Anschlusspins und mehr aufweisen. Um die Anschlusspins vor Metallspänen zu schützen, die bei einer gleichzeitigen Berührung von zwei Anschlusspins einen Kurzschluss erzeugen könnten, werden die Anschlusspins mittels eines sogenannten Spanschutzdeckels geschützt, der zum einen das elektrische Bauelement umgibt und hierbei auf der Leiterplatte aufliegt. In der Regel wird dieser Spanschutzdeckel mittels einer Druckfeder an die Leiterplatte angedrückt, so dass der Spanschutzdeckel spaltfrei an der Leiterplatte anliegt. In dem Spanschutzdeckel sind ferner Trennstege angeordnet, die die einzelnen benachbarten Anschlusspins voneinander trennen. Aufgrund von Temperaturbelastung von –40°C bis +150°C kann es zu einer irreversiblen Verformung von Komponenten kommen, so dass nicht auszuschließen ist, dass der Spanschutzdeckel nicht mehr spaltfrei an der Leiterplatte anliegt. Hierdurch kann nicht nur Automatikgetriebeöl, welches als solches elektrisch isolierend ist, eindringen, sondern auch sogenannter Ölschlamm. In diesem Ölschlamm können sich elektrisch leitfähige Partikel oder Schwebstoffe befinden, die sich an den Trennwänden des Spanschutzdeckels und/oder an den Anschlusspins ablagern können. Dies kann dazu führen, dass zwischen zwei benachbarten Anschlusspins Kriechstrompfade entstehen, die möglicherweise zu einem Kurzschluss führen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann daher ein Bedürfnis bestehen, einen Anschlusspin eines elektrischen Bauelements in einem Bereich von Bauelementegehäuse bis Leiterplatte vor einer Berührung mit Partikeln zu schützen.
Das Bedürfnis kann befriedigt werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Gegenstände der anhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Bauelement mit einem Gehäuse und einem aus dem Gehäuse herausragenden Anschlusspin bereitgestellt, wobei der Anschlusspin mittels Durchsteckmontage mit einer Leiterplatte elektrisch leitfähig verbindbar ist. Der Anschlusspin weist einen sich von dem Gehäuse weg erstreckenden Teilbereich auf. Der Teilbereich ist von einem elastischen reversibel verformbaren Material umgeben. Das Material ist an dem Gehäuse fluiddicht verbunden. Wenn das elektrische Bauelement mit der Leiterplatte fest verbunden ist, ist das Material derart mit der Leiterplatte verbunden, dass zwischen Material und Leiterplatte hindurch kein Partikel an den Anschlusspin gelangt.
Unter Partikel sind Feststoffe zu verstehen. Insbesondere in Verbindung mit Öl sind diese Partikel oder Schwebstoffe unter dem Begriff Ölschlamm bekannt. Hierbei können die Partikel elektrisch leitfähig sein. Derartige Partikel können beispielsweise aus metallischem Abrieb von im Ölbad laufenden Zahnrädern, wie sie beispielsweise in Automatikgetrieben in Kraftfahrzeugen verbaut werden, gebildet sein. Eine Anhäufung von derartigen Partikeln kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Automatikgetriebeöl an die Anschlusspins gebracht wird. Hierdurch können zwischen benachbarten Anschlusspins elektrisch leitfähige Brücken entstehen, die dann möglicherweise zu einem Kurzschluss führen können. Damit zwischen dem Material und der Leiterplatte kein Partikel hindurchgelangen kann, kann das Material beispielsweise an der Leiterplatte spaltfrei anliegen. Hierbei kann die Spaltfreiheit auch unter thermischen oder sonstigen Einflüssen gewahrt sein wie sie beispielsweise aufgrund von auf das elektrische Bauelement wirkenden Beschleunigungskräften entstehen. Das elastische reversibel verformbare Material kann Spannungen ausgleichen, die sich aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen verwendeten Materialien ergeben. Insbesondere kann das elastische reversibel verformbare Material unzulässig hohe Materialspannungen im Anschlusspin oder in der Lötstelle verhindern. Weiterhin werden durch das elastische verformbare Material auch Schwingungen gedämpft, die zwischen den Teilbereichen der einzelnen benachbarten Anschlusspins auftreten können und die möglicherweise zum Bruch der Anschlusspins führen könnten. Natürlich kann das elastisch reversibel verformbare Material ein Elastomer sein, welches im Spritz- oder Spritzgussverfahren auf die Anschlusspins aufgetragen werden kann. Damit kann das elastische reversibel verformbare Material derart an dem Anschlusspin anliegen, dass kein Partikel zwischen dem Material und dem Anschlusspin an den Anschlusspin gelangen kann. Vielmehr kann auch der Anschlusspin durch das Material fluiddicht umschlossen sein. Die elektrischen Bauelemente können hierbei bis zu einhundert Anschlusspins und mehr aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse des elektrischen Bauelements aus fluiddichter Moldmasse gebildet.
Die Moldmasse kann beispielsweise aus einem Duroplast gebildet sein. Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Gehäuse des elektrischen Bauelements, wenn das elektrische Bauelement mit der Leiterplatte fest verbunden ist, eine von der Leiterplatte abgewandte Oberseite auf, wobei die Oberseite von dem Material umschlossen ist.
Hierbei wird in einem Spritzgussvorgang das elastische Material auf die Anschlusspins und an das Gehäuse aufgebracht. In der Regel wird hierbei das Gehäuse an seiner der Leiterplatte oder der Trägerplatte zugewandten Unterseite materialfrei sein.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Gehäuse des elektrischen Bauelements, wenn das elektrische Bauelement mit der Leiterplatte fest verbunden ist, eine von der Leiterplatte abgewandte Oberseite auf. Die Oberseite weist einen Randbereich auf, wobei der Randbereich von dem Material umschlossen ist.
Da in der Regel das elastische reversibel verformbare Material elastischer ist als das Gehäuse, kann der materialfrei verbleibende Mittelteil des Gehäuses genutzt werden, um dort beispielsweise eine technische Feder anzuordnen, die das Gehäuse an die Leiterplatte oder die Trägerplatte drückt. Hierbei kann auch gleichzeitig eine Kraft auf das elastische reversibel verformbare Material ausgeübt werden, so dass das elastische reversibel verformbare Material an die Leiterplatte derart gedrückt wird, dass ein Eintreten von Partikeln zwischen dem elastischen reversibel verformbaren Material und der Leiterplatte verhindert ist.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Gehäuse des elektrischen Bauelements wenigstens eine Rille auf, wobei die wenigstens eine Rille von dem Material ausgefüllt ist.
Die Rille kann an der Oberseite und/oder an einer zu dem Anschlusspin weisenden Frontseite des elektrischen Bauelements angeordnet sein. Weiterhin kann die Rille längs oder quer oder in einem Winkel zu einer Längserstreckungsrichtung des Anschlusspins angeordnet sein. Ferner kann die Rille durchgehend oder nur in Teilbereichen vorhanden sein. Die Rille kann auch die Oberfläche vergrößern, an der die Adhäsionskräfte des elastischen reversibel verformbaren Materials angreifen können, insbesondere, wenn das Material als eine Vergussmasse ausgebildet ist oder das Material mit dem Gehäuse verklebt ist. Eine Vergrößerung der Oberfläche bewirkt in diesem Zusammenhang ein verbesserte Haftung des elastischen reversibel verformbaren Materials an dem Gehäuse des elektrischen Bauelements. Die Rillen können auch als Hinterschnitt ausgebildet sein, um zusätzlich eine Verzahnung des elastischen reversibel verformbaren Materials an dem Gehäuse zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das elastische reversibel verformbare Material wärmeleitfähig.
Damit kann über das elastische reversibel verformbare Material zusätzlich Wärme aus dem elektrischen Bauelement oder von dem Anschlusspin abgeführt werden. Damit kann das elastische reversibel verformbare Material als Wärmesenke ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Material eine maximale Härte von 80 Shore A auf.
Diese Elastizität kann ausreichend sein, dass die Anschlusspins sich innerhalb des elastischen reversibel verformbaren Materials derart bewegen können, dass aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Komponenten wie beispielsweise der Anschlusspins, der Lötstellen und des Gehäuses des elektrischen Bauelements keine Spannungen auftreten, die zu einer Schädigung dieser genannten Komponenten führen könnten.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Material ausgewählt aus der Gruppe von Elastomeren, thermoplastischen Polyesterelastomeren und thermoplastische Vulkanisate.
Dieses elastische reversibel verformbare Material behält seine Elastizität bei Temperaturen von etwa –50°C bis +200°C bei. Auch können Elastomere, thermoplastischen Polyesterelastomere oder thermoplastische Vulkanisate im Spritz- oder Spritzgussverfahren auf die Anschlusspins, respektive das Gehäuse des elektrischen Bauelements, aufgetragen werden.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Material elektrisch isolierend.
Damit kann das elastische reversibel verformbare Material direkt an die Anschlusspins aufgebracht werden, ohne dass die Anschlusspins zuvor gegenüber dem elastischen reversibel verformbaren Material isoliert werden müssten.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das elektrische Bauelement einen ersten Anschlusspin und einen zweiten Anschlusspin auf, wobei der erste Anschlusspin und der Anschlusspin gemeinsam von dem Material umgeben sind.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Material einen umlaufenden Dichtwulst auf, wobei der Dichtwust mit dem Material fluiddicht verbunden ist. Der Dichtwulst ist derart angeordnet, dass, wenn das elektrische Bauelement mit der Leiterplatte fest verbunden ist, der Dichtwulst und die Leiterplatte derart zusammenwirken, dass kein Partikel zwischen der Dichtwulst und der Leiterplatte hindurch zu dem wenigstens einen Anschlusspin gelangt.
Insbesondere, wenn das elektrische Bauelement quaderförmig ausgebildet ist, wobei an jeder Seitenfläche Anschlusspins angeordnet sind, ist auch die Anordnung von zwei parallel zueinander sich erstreckenden Dichtwulsten möglich, bei der die Anschlusspins zwischen den beiden Dichtwulsten angeordnet sind. Selbstverständlich ist jeder Dichtwulst derart gestaltet, dass in montiertem Zustand kein Partikel zwischen Leiterplatte und Dichtwulst an den Anschlusspin gelangen kann. Eine derartige Ausgestaltung kann sich bewähren, wenn das elektrische Bauelement nicht auf der Leiterplatte, sondern auf der Trägerplatte angeordnet ist, so dass beide sich zueinander parallel erstreckende Dichtwulste mit der Leiterplatte verbunden sind. In der Regel hat bei einer derarigen Anordnung die Leiterplatte einen Ausbruch, durch den das Gehäuse des elektrischen Bauelements hindurchgeführt ist, um an der Oberseite der Trägerplatte wärmeleitfähig verbunden zu sein. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, an dem elastischen reversibel verformbaren Material überhaupt eine Dichtwulst auszubilden. Aufgrund einer vorbestimmten Flächenpressung zwischen der Leiterplatte und dem elastischen reversibel verformbaren Material muss möglicherweise bei einer Verwendung der Dichtwulst auf das elastische reversibel verformbare Material weniger Kraft ausgeübt werden als wenn das gesamte elastische reversibel verformbare Material vollflächig an die Leiterplatte angedrückt wird. Dementsprechend kann beispielsweise eine auf das Gehäuse des elektrischen Bauelements wirkende Kraft einer technische Feder bei einer Verwendung einer Dichtwulst schwächer gewählt sein als wenn das elastische reversibel verformbare Material keine Dichtwulst aufweist.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind das Material und der Dichtwulst einstückig ausgebildet.
Beispielsweise kann die Dichtwulst an dem elastischen reversibel verformbaren Material dann ausgebildet werden, wenn das elastische reversibel verformbare Material an dem Anschlusspin bzw. an das Gehäuse angeordnet oder angespritzt wird. Natürlich kann die Dichtwulst auch in einer entsprechenden Form an das elastische reversibel verformbare Material angegossen werden.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist an dem Material ein Zentrierrahmen unlösbar verbunden, wobei durch den Zentrierrahmen die wenigstens zwei Anschlusspins zueinander positioniert sind.
Der Zentrierrahmen erlaubt also, dass alle Anschlusspins eines elektrischen Bauelements zueinander positioniert werden können. Eine derartige Positionierung erlaubt es, elektrische Bauelemente mit einer hohen Anzahl an Anschlusspins automatisiert auf die Leiterplatte aufzubringen. Der Zentrierrahmen kann an einer ersten Seite kegelförmige Einführhilfen aufweisen, die es erleichtern, die Anschlusspins in in dem Zentrierrahmen angeordnete Öffnungen einzubringen, wobei die Anschlusspins durch die Öffnungen positioniert werden. Meist weisen diese Öffungen in dem Zentrierrahhmen einen kleineren Querschnitt auf als die Öffnungen in der Leiterplatte. Weiterhin weist der Zentrierrahmen eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite auf, wobei die zweite Seite im Bereich der Öffnung einen Rücksprung oder eine Aussparung aufweist. Wenn das elektrische Bauelement an der Leiterplatte montiert ist und beispielsweise mittels Schwalllötens gelötet wird, kann das flüssige Lot von einer Lötseite der Leiterplatte durch die Öffnung in der Leiterplatte hin zum Zentrierrahmen aufsteigen. Die Aussparunge oder der Rücksprung in dem Zentrierrahmen verhindern in vorteilhafter Weise, dass das flüssige Lot mit dem Zentrierrahmen nicht in Berührung kommt und damit möglicherweise den Zentrierrahmen schädigen könnte.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Zentrierrahmen eine Fläche auf. Die Fläche weist eine Riffelung auf, wobei die Riffelung von dem Material ausgefüllt ist.
Hierbei kann die Riffelung durchgehend oder nur in Teilbereichen vorhanden sein. Auch kann die Riffelung quer oder längs oder in einem Winkel zu einer Längserstreckungsrichtung der Anschlusspins angeordnet sein. Die Riffelung kann an einer Oberfläche oder an einer Seitenfläche des Zentrierrahmens angeordnet sein. Auch hier kann die Riffelung die Oberfläche vergrößern, um durch die Riffelung zu höheren Adhäsionskräften zu gelangen, mit denen das elastische reversibel verformbare Material an den Zentrierrahmen verbunden ist. Dies kann sich nsbesondere als vorteilhaft erweisen, wenn das elastische reversibel verformbare Material als Vergussmasse ausgebildet ist oder das elastische reversibel verformbare Material an den Zentrierrahmen verklebt ist. Die Riffelung kann auch als Hinterschnitt ausgebildet sein, um zusätzlich eine Verzahnung des elastischen reversibel verformbaren Materials zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist der Zentrierrahmen an dem Material unlösbar verbunden.
Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Zentrierrahmen nicht dem elastischen reversibel verformbaren Material entnommen werden kann, ohne diese zu zerstören. Insbesondere ist durch eine derartige Anordnung sichergestellt, dass sich der Zentrierrahmen nicht durch beispielsweise Vibrationen von dem elastischen reversibel verformbaren Material löst.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Anschlusspin einen zweiten Teilbereich auf, wobei der zweite Teilbereich und der Teilbereich aneinander angrenzen. Hierbei sind der zweite Teilbereich und der Teilbereich miteinander leitfähig verbunden. Der zweite Teilbereich ist mit der Leiterplatte verlötbar und weist eine Mittelachse auf, wobei die Mittelachse und die Fläche des Zentrierrahmens einen spitzen Winkel einschließen.
Hierbei wird der spitze Winkel derart angeordnet sein, dass verhindert wird, dass der Zentrierrahmen insbesondere bei sehr elastischem Material leicht aus dem Material herausgedrückt werden kann. In anderen Worten ausgedrückt ist der Zentrierrahmen in dem elastischen reversibel verformbaren Material sozusagen verkeilt.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das elektrische Bauelement einen ersten Anschlusspin und einen zweiten Anschlusspin auf. Der erste Anschlusspin weist eine erste Kröpfung auf. Der zweite Anschlusspin weist eine zweite Kröpfung auf. Die erste Kröpfung weist einen ersten Abstand zu dem Gehäuse auf. Die zweite Kröpfung weist einen zweiten Abstand zu dem Gehäuse auf. Der erste Abstand und der zweite Abstand sind voneinander unterschiedlich.
Eine derartige Anordnung erlaubt eine variablere Entflechtung der Leiterplatte, da sich der mit der Leiterplatte zu verlötende zweite Teilbereich des Anschlusspins im Wesentlichen nicht an der Gehäusegeometrie des elektrischen Bauelements orientieren muss. Daher sind auch Anschlussmöglichkeiten für die Anschlusspins möglich, die von dem Bauelement weiter entfernt sind.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Schaltung mit einem elektrischen Bauelement, wie bisher beschrieben, und einer Leiterplatte bereitgestellt. Die Leiterplatte weist eine Bestückungsseite und eine der Bestückungsseite gegenüberliegende Lötseite auf. Die Leiterplatte weist eine Öffnung auf, wobei sich die Öffnung zwischen der Bestückungsseite und der Lötseite quer zu einer Längserstreckungsrichtung der Leiterplatte erstreckt. Der Anschlusspin ist von der Bestückungsseite durch die Öffnung zur Lötseite gesteckt, wobei der Anschlusspin mit der Leiterplatte stoffschlüssig verbunden ist. Der Dichtwulst und die Bestückungsseite wirken derart zusammen, dass kein Partikel an den Anschlusspin gelangt.
Hierbei kann das elektrische Bauelement an der Leiterplatte anliegen oder an einer Trägerplatte, die gleichzeitig als Wärmesenke dienen kann. Meist ist die Trägerplatte aus einem gut wärmeleitfähigen Material wie beispielsweise Aluminium gefertigt. In der Regel ist die Leiterplatte an die Trägerplatte fest verbunden. Wenn das elektrische Bauelement an der Trägerplatte montiert ist, kann das elastische reversibel verformbare Material auch beispielsweise Dickentoleranzen der Leiterplatte auffangen, indem es bei der Montage entsprechend dieser Toleranzen mehr oder weniger stauchbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liegt der Dichtwulst an der Bestückungsseite spaltfrei an.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind der Dichtwulst der elektrischen Schaltung und die Bestückungsseite miteinander verklebt.
Insbesondere die Verklebung des Dichtwulsts an der Leiterplatte bietet eine besonders dichte Verbindung des Dichtwulsts mit der Leiterplatte, um den Anschlusspin vor einer Berührung mit den Partikeln zu schützen. Hierbei kann der Klebstoff an der Leiterplatte und/oder der Dichtwulst aufgetragen werden. Auch kann der Klebstoffauftrag derart erfolgen, dass an den Dichtwulst eine der Komponenten aus Harz und Härter aufgetragen ist und an der Leiterplatte die jeweils andere Komponente aus Harz und Härter. So kann bereits bei der Fertigung der Leiterplatte bzw. bei der Fertigung des elektrischen Bauelements mit dem Material die entsprechende Klebstoffkomponente aufgetragen werden. Beim Fügen des Materials und der Leiterplatte aneinander reagieren diese beiden Komponenten und ergeben letztendlich die fertige Verklebung. Auch kann ein Klebstoff verwendet werden, der erst ab einer Temperatur ab +150°C seinen Aushärtevorgang beginnt, so dass der Aushärtevorgang des Klebstoffs während des Lötvorganges angeregt wird. Der Klebstoff kann beispielsweise durch Dispensen oder mittels eines Tampon- oder Siebdrucks aufgetragen werden.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wirkt auf den Dichtwulst eine permanente Kraft derart ein, dass der Dichtwulst an die Bestückungsseite der Leiterplatte gedrückt ist.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die permanente Kraft durch eine technische Feder erzeugt. Die technische Feder und das Gehäuse des elektrischen Bauelements wirken derart zusammen, dass das Gehäuse im Wesentlichen in Richtung der Leiterplatte gedrückt wird.
Als technische Feder kommen eine Druckfeder, eine Zugfeder, eine Schenkelfeder oder auch ein Tellerfederpaket in Betracht. Hierbei wird sich in der Regel die Feder an einer Komponente eines Gehäuses, insbesondere des Automatikgetriebegehäuses, oder an der Leiterplatte und/oder der Trägerplatte abstützen.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Schaltung gemäß der obigen Beschreibung und einer Trägerplatte bereitgestellt. Die Leiterplatte ist fest mit der Trägerplatte verbunden. Das elektrische Bauelement ist fest an die Trägerplatte verbunden.
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann die Leiterplatte flexibel oder starr ausgestaltet sein. Wenn die Leiterplatte flexibel ausgestaltet ist, wird die flexible Leiterplatte in der Regel durch die Trägerplatte derart gestützt, dass das elastische reversibel verformbare Material bzw. deren Dichtwulst mit der Leiterplatte eine derart dichte Verbindung erzeugt, dass kein Partikel an den Anschlusspin gelangen kann.
Es wird angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang sowohl mit einem elektrischen Bauelement, einer elektrischen Schaltung sowie einem elektrischen Steuergerät beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
1 zeigt ein elektrisches Steuergerät mit einem elektrischen Bauelement und einem Anschlusspin, wobei der Anschlusspin in einem Teilbereich von einer elastischen reversibel verformbaren Masse umschlossen ist, im Querschnitt;
2 zeigt das aus 1 bekannte elektrische Bauelement mit dem von der elastischen reversibel verformbaren Masse umschlossen Anschlusspin in entlastetem Zustand im Querschnitt;
3 zeigt das aus 2 bekannte elektrische Bauelement in belastetem Zustand im Querschnitt;
4 zeigt einen Zentrierrahmen im Querschnitt;
5 zeigt das aus 1 bekannte elektrische Steuergerät mit unterschiedlich langen Anschlusspins in einer Seitenansicht; und
6 zeigt das aus 5 bekannte elektrische Steuergerät in einer Aufsicht.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
1 zeigt ein elektrisches Steuergerät 2 mit einer elektrischen Schaltung 3 und einer Trägerplatte 8. Die elektrische Schaltung 3 besteht aus einem elektrischen Bauelement 4 und einer Leiterplatte 6. Die Leiterplatte 6 ist starr ausgebildet und mit der Trägerplatte 8 unlösbar verbunden. Das elektrische Bauelement 4 besitzt ein Gehäuse 10 und einen aus dem Gehäuse 10 herausragenden Anschlusspin 12. Der Anschlusspin 12 ist mittels Durchsteckmontage, auch THT (Through-Hole Technology) genannt, mit der Leiterplatte 6 elektrisch leitfähig verbunden. Hierbei besitzt die Leiterplatte 6 eine Bestückungsseite 28 und eine der Bestückungsseite 28 gegenüberliegende Lötseite 30, wobei sich eine Öffnung 19 zwischen der Bestückungsseite 28 und der Lötseite 30 quer zu einer Längserstreckungsseite L der Leiterplatte 6 erstreckt. Der Anschlusspin 12 ist von der Bestückungsseite 28 durch die Öffnung 19 zur Lötseite 30 gesteckt. Weiterhin gliedert sich der Anschlusspin 12 in einen ersten Teilbereich 14 und einen zweiten Teilbereich 16, wobei der zweite Teilbereich 16 durch die Öffnung 19 geführt ist, deren Innenwandung durch eine Durchkontaktierung 18 gebildet ist. Hierbei ist der zweite Teilbereich 16 mittels Lot 20 stoffschlüssig mit der Durchkontaktierung 18 verbunden, wobei das Lot 20 an der Lötseite 30 der Leiterplatte 6 einen ersten Lotmeniskus 21 und an der Bestückungsseite 28 der Leiterplatte 6 einen zweiten Lotmeniskus 23 ausbildet. Der erste Teilbereich 14 des Anschlusspins 12 ist von einem elastischen reversibel verformbaren Material 22 umgeben. Das elastische reversibel verformbare Material 22 bildet hierbei einen ersten Dichtwulst 24 und einen der ersten Dichtwulst 24 gegenüberliegenden zweiten Dichtwulst 26 aus. Hierbei sind das elastische reversibel verformbare Material 22 und der 24 und der zweite Dichtwulst 26 einstückig ausgebildet. Sowohl der erste 24 als auch der zweite Dichtwulst 26 sind mit der Bestückungsseite 28 der Leiterplatte 6 verklebt. Somit kann ein das elektrische Steuergerät 2 umgebendes Fluid nicht zwischen der Bestückungsseite 28 der Leiterplatte 6 und der ersten 24 oder der zweiten Dichtwulst 26 zu dem Anschlusspin 12 gelangen. Insbesondere ist durch diese Ausgestaltung der erste Teilbereich 14 des Anschlusspins 12 vor einer Berührung mit elektrisch leitfähigen Partikeln, wie sie sich beispielsweise im Ölschlamm befinden, geschützt. Das elastische reversibel verformbare Material 22 ist ein thermoplastisches Vulkanisat und besitzt eine Härte von etwa 60 Shore A. Ferner ist das thermoplastische Vulkanisat temperaturstabilisiert, so dass es Temperaturen bis 160°C widersteht, ohne hierbei seine elastischen reversibel verformbaren Eigenschaften zu verändern. Von dem elastischen reversibel verformbaren Material 22 ist ein Zentrierrahmen 32 derart umgeben, dass in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine der Bestückungsseite 28 der Leiterplatte 6 zugewandte Unterfläche 38 des Zentrierrahmens 32 frei von dem elastischen reversibel verformbaren Material 22 ist. Der Zentrierrahmen 32 besitzt eine Öffnung 34, die sich im Wesentlichen von einer der Unterfläche 38 gegenüberliegenden Oberfläche 36 zur Unterfläche 38 erstreckt. Hierbei ist die Öffnung 34 des Zentrierrahmens 32 im Idealfall in einer Flucht mit der Öffnung 19 in der Leiterplatte 6. Entgegen der Einsteckrichtung E des Anschlusspins 12 in den Zentrierrahmen 32 befindet sich ein Einführkegel 40, damit der Anschlusspin 12, respektive dessen zweiter Teilbereich 16, bei der Montage leichter in die Öffnung 34 in dem Zentrierrahmen 32 findet. Dem Einführkegel 40 gegenüberliegend ist in dem Zentrierrahmen 32 ein Rücksprung oder eine Aussparung 42 ausgebildet. Die Aussparung 42 bewirkt, dass der zweite Lotmeniskus 23 nicht mit dem Zentrierrahmen 32 in Berührung kommt, da eine Berührung mit dem heißen Lot 20 sonst möglicherweise zu einer Beschädigung des Zentrierrahmens 32 führen kann. In der hier gewählten Darstellung ist deutlich ersichtlich, dass ein Querschnitt der Öffnung 34 des Zentrierrahmens 32 geringer ist als ein Querschnitt der Öffnung 19 in der Leiterplatte 6. Zwischen der Oberfläche 36 und der Unterfläche 38 des Zentrierrahmens 32 erstreckt sich jeweils eine Seitenfläche 44. Der zweite Teilbereich 16, der mit der Leiterplatte 6 verlötet ist, besitzt eine Mittelachse I. Hierbei schließt die Mittelachse I und die Seitenfläche 44 einen spitzen Winkel α ein. Hierdurch ist die Oberfläche 36 des Zentrierrahmens 32 größer als dessen Unterfläche 38. Die Seitenfläche 44 besitzt ferner eine Riffelung 46, die sich in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgehend an der Seitenfläche 44 erstreckt. Die gegenüber der Mittelachse I geneigten Seitenflächen 44 bewirken, dass der Zentrierrahmen 32 keilförmig in dem elastischen reversibel verformbaren Material 22 eingelagert ist. Diese keilförmige Ausbildung des Zentrierrahmens 32 bewirkt, dass, auch wenn sich das elastische reversibel verformbare Material 22 nicht mit dem Zentrierrahmen 32 adhäsiv verbunden ist, aufgrund der Keilwirkung der Zentrierrahmen 32 dennoch nicht aus dem elastisch reversibel verformbaren Material 22 entfernt werden kann. Damit ist der Zentrierrahmen 32 mit dem elastischen reversibel verformbaren Material 22 unlösbar verbunden. Weiterhin ist die Unterfläche 38 des Zentrierrahmens 32 von der Bestückungsseite 28 der Leiterplatte 6 beabstandet, so dass sich zwischen der Bestückungsseite 28 und der Unterfläche 38 ein Hohlraum 48 ausbildet, der zusätzlich von dem ersten 24 und dem zweiten Dichtwulst 26 begrenzt ist. Der Anschlusspin 12 ist zwischen dem ersten 24 und dem zweiten Dichtwulst 26 angeordnet. Der Abstand der Unterfläche 38 zur Bestückungsseite 28 ist abhängig von einer Höhe der ersten 24 und der zweiten Dichtwulst 26. Das Gehäuse 10 des elektrischen Bauelements 4 besitzt eine der Bestückungsseite 28 der Leiterplatte 6 abgewandte Oberseite 50 und eine der Oberseite 50 gegenüberliegende Unterseite 52, welche fest an der Trägerplatte 8 verbunden ist. Somit wird in dem elektrischen Bauelement 4 entstehende Wärme in die Trägerplatte 8 geleitet, die somit als Wärmesenke dient. Die Oberseite 50 und die Unterseite 52 sind mit einer Frontseite 54 miteinander verbunden, wobei der Anschlusspin 12, respektive der erste Teilbereich 14 von der Frontseite 54 wegragt. Das elastische reversibel verformbare Material 22 kann in einer ersten Ausgestaltung die gesamte Oberseite 50 des Gehäuses 10 umgeben. Dies ist durch die gestrichelte Linie 56 angedeutet. In einer zweiten Ausgestaltung kann das elastische reversibel verformbare Material 22 lediglich einen Randbereich 58 des Gehäuses 10 umgeben, so dass ein Mittelbereich 60 des Gehäuses 10 materialfrei ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt sowohl der Randbereich 58 als auch die Frontseite 54 jeweils eine Rille 62, die von dem elastischen reversibel verformbaren Material 22 ausgefüllt ist. Die Rille 62 kann auch als ein Hinterschnitt ausgebildet sein, so dass das elastische reversibel verformbare Material 22 mit dem Gehäuse 10 verzahnt ist. Das elastische reversibel verformbare Material 22 ist derart an dem Gehäuse 10 verbunden, dass kein Fluid zwischen dem elastischen reversibel verformbaren Material 22 und dem Gehäuse 10 hin zu dem Anschlusspin 12, respektive dem ersten Teilbereich 14 des Anschlusspins 12 gelangen kann. Um den Anschlusspins 12, respektive den zweiten Teilbereich 16, vor einer Berührung mit dem elektrisch leitfähigen Ölschlamm zu bewahren, ist der Anschlusspin 12 sowie der Lotmeniskus 21 an der Lötseite 30 der Leiterplatte 6 mit einem Isolierlack elektrisch isolierend beschichtet. Weiterhin ragt der über die Lötseite 30 überstehende Anschlusspin 12, respektive dessen zweiter Teilbereich 16, in eine Nut 110 der Trägerplatte 8. Diese Nut 110 ist durch einen Deckel 120 verschlossen, wobei der Deckel 120 nicht fluiddicht gegenüber der Nut 110 ausgestaltet ist.
2 zeigt das elektrische Bauelement 4 mit dem Anschlusspin 12 sowie dem elastischen reversibel verformbaren Material 22, wie es aus der 1 bekannt ist. Das elastische reversibel verformbare Material 22 umgreift hier lediglich den Randbereich 58 des Gehäuses 10, so dass der Mittelbereich 60 des Gehäuses 10 materialfrei ist. Das Gehäuse 10 ist aus Moldmasse gebildet und wesentlich härter als die elastische reversibel verformbare Masse 22. Hervorzuheben ist, dass der erste 24 und der zweite Dichtwulst 26 je einen zur Leiterplatte 6 weisenden Bereich 64 aufweisen, der gerundet ausgebildet ist. Im übrigen wirkt weder auf den ersten 24 noch auf den zweiten Dichtwulst 26 eine Kraft.
3 zeigt das aus 2 bekannte elektrische Bauelement 4 in Verbindung mit der Leiterplatte 6 und der Trägerplatte 8. Hierbei wird das Gehäuse 10 des elektrischen Bauelementes 4, respektive dessen Unterseite 52, an die Trägerplatte 8 mittels einer als Druckfeder ausgebildeten technischen Feder 66 gedrückt, wobei sich die Druckfeder 66 an einem hier nicht dargestellten Getriebegehäuse abstützt. Durch die technische Feder 66 wird auch die elastische reversibel verformbare Masse 22, respektive der erste 24 und der zweite Dichtwulst 26 an die Bestückungsseite 28 der Leiterplatte 6 gedrückt. Durch eine durch die technische Feder 66 ausgeübte Druckkraft wird der zur Leiterplatte 6 weisende Bereich 64 der Dichtwulste 24, 26 verformt. In dem hier vorliegenden Ausgestaltungsbeispiel sind diese Bereiche 64 abgeplattet. Da die Bereiche 64 ebenfalls elastisch reversibel verformbar ausgebildet sind, werden Verformungen der Trägerplatte 8, des Gehäuses 10, des Anschlusspins 12 und der Leiterplatte 6 aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgeglichen. Somit kann das elektrische Bauelement 4, respektive das elektrische Steuergerät 2 mit Temperaturen von –40°C bis etwa +150°C beaufschlagt werden. Innerhalb dieses Temperaturbereichs dichten die beiden Dichtwulste 24, 26 den ersten Teilbereich 14 des Anschlusspins 12 derart ab, dass keine Partikel zwischen der Bestückungsseite 28 und den beiden Dichtwulsten 24, 26 hin zu dem Anschlusspin 12 gelangen können.
4 zeigt den in 1 beschriebenen Zentrierrahmen 32 in vergrößerter Darstellung. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass der Zentrierrahmen 32 einen trapezförmige Querschnitt 74 besitzt.
5 zeigt das aus 1 bekannte elektrische Steuergerät 2 mit einem ersten, bereits bekannten Anschlusspin 12 und einem zweiten Anschlusspin 68. Hierbei besitzt der erste Anschlusspin 12 eine erste Kröpfung 70, welche von dem Gehäuse 10, respektive der Frontseite 54, einen Abstand A besitzt. Dem ersten Anschlusspin 12 gegenüberliegend ist der zweite Anschlusspin 68 angeordnet, welcher eine zweite Kröpfung 72 aufweist. Die zweite Kröpfung 72 besitzt einen zweiten Abstand B zu dem Gehäuse 10, respektive der Frontseite 54. Deutlich zu sehen ist, dass der erste Abstand A kleiner als der zweite Abstand B.
Besser ersichtlich in 6, die das aus 5 bekannte elektrische Steuergerät 2 in einer Aufsicht zeigt, ist, dass der zweite Anschlusspin 68 weiter in die Leiterplatte 6 hineinragt als der erste Anschlusspin 12. Dies kann Vorteile bei der Entflechtung der Leiterplatte 6 bringen, da die elektrisch leitfähige Verbindung der Anschlusspins 12, 68 an die Leiterpleite 6 nicht mehr von der Kontur des Gehäuses 10 des elektrischen Bauelements 4 abhängig ist.
In vorteilhafter Weise besteht zwischen dem elastischen reversibel verformbaren Material 22 und der Leiterplatte 6 kein Spalt, auch nicht nach Verformungen durch thermische oder andere Einflüsse, wie beispielsweise durch auf das elektrische Bauelement 4 wirkende Beschleunigungskräfte. Weiterhin ist kein separates Bauteil als Spanschutz bei dem Teilbereich 14 des Anschlusspins 12 erforderlich. Weiterhin wird durch den Zentrierrahmen 32 eine hochgenaue Positionierung der Anschlusspins 12, 68 erreicht, so dass zum Fügen in die Öffnungen 19 der Leiterplatte 6 automatisiertes Handling der elektrischen Bauelemente 4 eingesetzt werden kann, insbesondere, wenn das elektrische Bauelement 50 Anschlusspins 12, 68 oder mehr besitzt. Weiterhin wird eine fluiddichte Abdichtung jedes einzelnen Anschlusspins 12, 68 erreicht. Auch wird durch den Zentrierrahmen 32 sichergestellt, dass die Anschlusspins 12, 68 bei einer Verlagerung der elektrischen Bauelemente 4 an den Produktionsstandort des elektrischen Steuergerätes 2 nicht verbogen werden. Weiterhin schützt das elastische reversibel verformbare Material 22 die Anschlusspins 12, 68 gegen Schwingbeschleunigung, die zu einem Bruch der Anschlusspins 12, 68 führen kann. Trotz rundum dichter Verpackung jedes Anschlusspins 12, 68 besitzt trotzdem jeder Anschlusspin 12, 68 eine gewisse Verformbarkeit in allen Raumrichtungen, um unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen dem elektrischen Bauelement 4, der Leiterplatte 6 und der Trägerplätte 8 zu kompensieren, ohne dass in den Anschlusspins 12, 68 oder in der Lötstelle in der Leiterplatte 6 unzulässig hohe Materialspannungen entstehen.

Claims

Elektrisches Bauelement mit einem Gehäuse (10) und einem aus dem Gehäuse (10) herausragenden Anschlusspin (12, 68), wobei der Anschlusspin (12, 68) mittels Durchsteckmontage mit einer Leiterplatte (6) elektrisch leitfähig verbindbar ist, wobei der Anschlusspin (12, 68) einen sich von dem Gehäuse (10) weg erstreckenden Teilbereich (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich (14) von einem elastischen reversibel verformbaren Material (22) umgeben ist, wobei das Material (22) an dem Gehäuse (10) fluiddicht verbunden ist, wobei, wenn das elektrische Bauelement (4) mit der Leiterplatte (6) fest verbunden ist, das Material (22) derart mit der Leiterplatte (6) verbunden ist, dass zwischen Material (22) und Leiterplatte (6) hindurch kein Partikel an den Anschlusspin (12, 68) gelangt.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) wenigstens eine Rille (62) aufweist, wobei die wenigstens eine Rille (62) von dem Material (22) ausgefüllt ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (22) ausgewählt ist aus der Gruppe von Elastomeren, thermoplastischen Polyesterelastomeren und thermoplastische Vulkanisate.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (22) einen umlaufenden Dichtwulst (24, 26) aufweist, wobei der Dichtwulst (24, 26) mit dem Material (22) fluiddicht verbunden ist, wobei der Dichtwulst (24, 26) derart angeordnet ist, dass, wenn das elektrische Bauelement (4) mit der Leiterplatte (6) fest verbunden ist, der Dichtwulst (24, 26) und die Leiterplatte (6) derart zusammenwirken, dass kein Partikel zwischen der Dichtwulst (24, 26) und der Leiterplatte (6) hindurch zu dem wenigstens einen Anschlusspin (12, 68) gelangt.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Material (22) ein Zentrierrahmen (32) unlösbar verbunden ist, wobei durch den Zentrierrahmen (32) die wenigstens zwei Anschlusspins (12, 68) zueinander positioniert sind.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierrahmen (32) eine Fläche (44) aufweist, wobei die Fläche (44) eine Riffelung (46) aufweist, wobei die Riffelung (46) von dem Material (22) ausgefüllt ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierrahmen (32) an dem Material (22) unlösbar verbunden ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (4) einen ersten Anschlusspin (12) und einen zweiten Anschlusspin (68) aufweist, wobei der erste Anschlusspin (12) eine erste Kröpfung (70) aufweist, wobei der zweite Anschlusspin (68) eine zweite Kröpfung (72) aufweist, wobei die erste Kröpfung (70) einen ersten Abstand (A) zu dem Gehäuse (10) aufweist, wobei die zweite Kröpfung (72) einen zweiten Abstand (B) zu dem Gehäuse (10) aufweist, wobei der erste Abstand (A) und der zweite Abstand (B) voneinander unterschiedlich sind.
Elektrische Schaltung mit einem elektrischen Bauelement (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Leiterplatte (6), wobei die Leiterplatte (6) eine Bestückungsseite (28) und eine der Bestückungsseite (28) gegenüberliegenden Lötseite (30) aufweist, wobei die Leiterplatte (6) eine Öffnung (19) aufweist, wobei sich die Öffnung (19) zwischen der Bestückungsseite (28) und der Lötseite (30) quer zu einer Längserstreckungsrichtung (L) der Leiterplatte (6) erstreckt, wobei der Anschlusspin (12, 68) von der Bestückungsseite (28) durch die Öffnung (19) zur Lötseite (30) gesteckt ist, wobei der Anschlusspin (12, 68) mit der Leiterplatte (6) stoffschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtwulst (24, 26) und die Bestückungsseite (30) derart zusammenwirken, dass kein Partikel an den Anschlusspin (12, 68) gelangt.
Elektrische Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtwulst (24) und die Bestückungsseite (30) miteinander verklebt sind.
Elektrisches Steuergerät für eine Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Schaltung (3) nach Anspruch 9 oder 10 und einer Trägerplatte (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) fest mit der Trägerplatte (8) verbunden ist, dass das elektrische Bauelement (4) fest an die Trägerplatte (8) verbunden ist.