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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls, das mindestens eine Leiterplatte aufweist, wobei auf mindestens einer Seite der Leiterplatte Leiterbahnen und Anschlussflächen für elektronische Bauteile in Form von SMD-Bauteilen vorgesehen sind, und bei dem mindestens ein peripheres Bauteil, beispielsweise ein Sensor und/oder ein Aktuator, mittels mindestens einer metallischen Druckfeder mit mindestens einer Kontaktfläche auf der Leiterplatte elektrisch leitend verbindbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektronikmodul, welches nach diesem Verfahren hergestellt ist.
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Aus dem Stand der Technik sind elektronische Baugruppen bekannt, die mit ein-, zwei- oder mehrlagigen Leiterplatten und darauf aufgelöteten elektronischen Bauteilen aufgebaut sind. Als elektronische Bauteile kommen verbreitet so genannte SMD-Bauteile (Surface Mounted Device) zum Einsatz, die direkt auf Anschlussflächen bzw. Anschlusspads oder Leiterbahnen der Leiterplatte im Bereich einer Ober- oder Unterseite der Leiterplatte aufgelötet sind. Sowohl die Leiterbahnen als auch die mit ihnen verbundenen Anschlussflächen sind im Allgemeinen unter Verwendung einer niederohmigen Kupferlegierung hergestellt. Durch diese SMD-Technik entfällt das nach alter Technik aufwendige Einbringen von Bohrungen in die Leiterplatte, die zum Durchführen der Anschlussdrähte der Bauteile notwendig wären. Vereinzelt findet diese Durchsteckmontage bei bedrahteten Bauelementen jedoch noch Verwendung.
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Als Lötverfahren bei der SMD-Technik kommt üblicherweise ein Wiederaufschmelzlötverfahren zum Einsatz, welches auch als ”Reflow”-Lötverfahren bekannt ist, bei dem die SMD-Bauteile zunächst mittels einer bevorzugt adhäsiven Lötpaste im Bereich ihrer Anschlussflächen platziert, ausgerichtet und fixiert werden. In einem abschließenden Verfahrensschritt wird die Lötpaste in einem Heizofen so weit erhitzt, dass es zur Verlötung aller Anschlussbeine der SMD-Bauteile mit den zugeordneten Anschlussflächen der Leiterplatte durch ein Aufschmelzen der Lötpaste kommt.
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Eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte mit den aufgelöteten SMD-Bauteilen und externen Komponenten, wie zum Beispiel Sensoren, Aktuatoren, Displays, Taster oder Schalter erfolgt vielfach mittels flexibler Kabel und Steckverbindungen. Diese Kabelverbindungen erhöhen jedoch den Herstellungs- und Montageaufwand sowie die Ausfallwahrscheinlichkeit einer solchen Baugruppe beträchtlich, insbesondere bei extremen Umwelteinflüssen, wie sie zum Beispiel in Fahrzeugen in der Form von Vibrationen, starken Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit üblicherweise auftreten.
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Weiterhin ist es bekannt, externe Baugruppen durch vorgespannte, elektrisch leitfähige Druckfedern mit Kontaktflächen auf der Oberseite oder der Unterseite einer Leiterplatte elektrisch zu verbinden. Hierdurch ergibt sich aufgrund der Federkraft ein zuverlässiger elektrischer Kontakt. Zugleich ist die Montage vereinfacht, da zum Beispiel beim Einbau der elektronischen Baugruppe und der externen Bauteile in ein Gehäuse, eine entsprechende Beabstandung von Leiterplatte und externem Bauteil sowie eine entsprechende Längendimensionierung der Druckfeder vorausgesetzt, zugleich der notwendige elektrische Kontakt zwischen der Leiterplatte und der Peripherie geschaffen wird.
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Um eine zuverlässige Kontaktierung zwischen der Druckfeder und der Kontaktfläche auf der Leiterplatte zu gewährleisten, wird beispielsweise eine mit einer Kupferlegierung gebildete Kontaktfläche üblicherweise mit einer Nickelschicht und einer anschließend aufgebrachten harten Goldlegierungsschicht versehen, wobei die Nickelschicht als Haftvermittler dient. Soll mit einer an sich bekannten Einpresstechnik eine derartig beschichtete Kontaktfläche mittels einer Durchkontaktierung mit einer anderen Leiterbahn elektrisch leitend verbunden werden, so hat sich gezeigt, dass in diesem Bereich Korrosionsprobleme auftreten können. Darüber hinaus gestaltet sich die Herstellung der Nickel-Goldbeschichtung der Kontaktflächen fertigungstechnisch aufwendig, da neben dem ”Reflow”-Lötverfahren zusätzliche Prozessschritte erforderlich sind.
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Vor diesem Hintergrund offenbart die
DE 10 2005 017 849 A1 ein elektronisches Bauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung. Hierbei wird zwischen einer Kupferplatte mit einem darauf befindlichen Halbleiter (”DCB” = Direct Copper Bonded Element) und einer Leiterplatte ein elektrischer Kontakt mit Hilfe einer Feder hergestellt. Die Feder ist elektrisch leitend an einer Leiterplatte befestigt und koaxial von einer Hülse zur axialen Führung umgeben, wobei ein Ende der Feder aus der Hülse heraus ragt. Eine zusätzliche Beschichtung der Kupferplatte zur weiteren Optimierung der Kontakteigenschaften sowie der Korrosionsfestigkeit ist jedoch nicht vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls anzugeben, das eine verbesserte elektrische Anbindung eines peripheren Bauteils ermöglicht. Außerdem soll ein Elektronikmodul mit einer Leiterplatte vorgestellt werden, die eine optimierte elektrische Anbindung von peripheren Bauteilen bei einem zugleich vereinfachten Herstellungsprozess ermöglicht.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich die Herstellung eines gattungsgemäßen Elektronikmoduls vereinfachen lässt, wenn das Anlöten der elektronischen Bauteile an die zugeordneten Anschlussflächen der Leiterplatte sowie das Ausbilden eines konvexen Lötmittelüberzugs an den Kontaktflächen für die Druckfedern im gleichen Arbeitsschritt erfolgen würde.
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Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls, das mindestens eine Leiterplatte aufweist, wobei auf mindestens einer Seite der Leiterplatte Leiterbahnen und Anschlussflächen für elektronische Bauteile in Form von SMD-Bauteilen vorgesehen sind, und bei dem mindestens ein peripheres Bauteil, beispielsweise ein Sensor und/oder ein Aktuator, mittels mindestens einer metallischen Druckfeder mit mindestens einer Kontaktfläche auf der Leiterplatte elektrisch leitend verbindbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- a) zumindest bereichsweise Aufbringen eines Lötmittels auf die mindestens eine Anschlussfläche und die mindestens eine Kontaktfläche,
- b) Bestücken mindestens einer Seite der Leiterplatte mit den elektronischen Bauteilen,
- c) Anlöten der elektronischen Bauteile an die zugeordneten Anschlussflächen sowie zumindest bereichsweise Ausbilden eines konvexen Lötmittelüberzugs auf der wenigstens einen Kontaktfläche für eine Druckfeder im gleichen Arbeitsgang durch Erwärmen der Leiterplatte.
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Durch dieses Verfahren kann zur Ausbildung des Lötmittelüberzugs auf den Kontaktflächen für die Druckfedern derselbe Fertigungsprozess, insbesondere das so genannte ”Reflow”-Lötverfahren genutzt werden, der auch zum Anlöten der elektronischen Bauteile zum Einsatz kommt, so dass das Anlöten und das Ausbilden des Lötmittelüberzugs in einem einzigen Prozessschritt erfolgen kann. Infolge der zumindest partiellen, im ”Reflow”-Lötverfahren erfolgenden Ausbildung des Lötmittelüberzugs an den Kontaktflächen für die Druckfedern können für die übrigen Fertigungsschritte, insbesondere für eine Steckerkontaktierung nach Außen und das Auflöten der SMD-Bauteile, die für beide Leiterplattenseiten üblicherweise Anwendung findenden Standardtechnologien, also im Allgemeinen die Einpresstechnik und das ”Reflow”-Verfahren genutzt werden. Hieraus resultiert eine erhebliche Vereinfachung des Fertigungsprozesses, die ein beträchtliches Kosteneinsparungspotential mit sich bringt.
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Der bereichsweise Lötmittelauftrag auf den Kontaktflächen für die Druckfedern im Verfahrensschritt a) kann zum Beispiel durch ein Siebdruckverfahren oder einen Dispenser erfolgen. Als Dispenser wird eine Vorrichtung bezeichnet, die beispielsweise eine Flüssigkeit oder eine Paste in einer vorbestimmten Menge abgeben kann. Im Verfahrensschritt b) wird durch ein bevorzugt zugleich adhäsiv wirkendes bzw. klebriges und zäh-pastöses Lötmittel eine Lagefixierung der zu positionierenden elektronischen SMD-Bauteile an der Leiterplatte erreicht. Alternativ dazu können die SMD-Bauteile unterseitig selbstklebend ausgebildet sein oder Zonen im Bereich der Anschlussflächen können selbstklebend sein. Im Verfahrensschritt c) erfolgt das Verlöten der elektronischen SMD-Bauteile bevorzugt mittels des Wiederaufschmelzverfahrens bzw. des ”Reflow”-Lötverfahrens zusammen mit dem Ausbilden eines konvexen Lötmittelüberzugs auf der wenigstens einen Kontaktfläche für eine Druckfeder.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als Lötmittel eine zinnhaltige Lötpaste genutzt wird. Hierdurch kann dieses in der Elektronikfertigung weit verbreitete und eingesetzte Standard-Lötmittel auch zur Ausbildung des Lötmittelüberzugs an den genannten Kontaktflächen eingesetzt werden. Die für das ”Reflow”-Lötverfahren eingesetzte Lötpaste enthält in der Regel Lötzinn in der Form von mikroskopisch kleinen Kügelchen, die in eine Vielzahl von Löthilfsstoffen, insbesondere in der Form von Antioxidationsmitteln und Lösungsmitteln, eingebettet sind.
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Eine andere vorteilhafte Variante sieht vor, dass als Lötmittel eine silberhaltige Lötpaste genutzt wird. Hierdurch steht durchgängig oder teilweise ein alternativer Werkstoff zur Ausbildung des Lötmittelüberzugs zur Verfügung, der auch komplexe Schaltungsaufbauten mit geringen elektrischen Leitungsverlusten ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wirkt die Lötpaste zur Lagefixierung der elektronischen Bauteile im noch nicht aufgeschmolzenen Zustand adhäsiv. Hierdurch ermöglicht die Lötpaste eine zuverlässige Lagesicherung der SMD-Bauteile an der Leiterplatte für den abschließenden ”Reflow”-Lötprozess in einem Arbeitsschritt, da die SMD-Bauteile unmittelbar nach dem Platzieren im Zuge des Bestückungsvorgangs selbständig an der Oberseite der Leiterplatte haften.
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Weiter kann fertigungstechnisch vorgesehen sein, dass das Elektronikmodul und das mindestens eine periphere Bauteil in ein Gehäuse, insbesondere zur Herstellung eines Steuergerätes, eingebracht wird, wobei mittels der mindestens einen Druckfeder zugleich ein elektrischer Kontakt zwischen dem mindestens einen peripheren Bauteil und der mindestens einen Leiterplatte des Elektronikmoduls geschaffen wird. Hierdurch wird im Zuge eines Einbauvorgangs in ein Gehäuse zugleich ein elektrischer Kontakt zwischen der Leiterplatte und dem mindestens einen peripheren Bauteil hergestellt, woraus sich eine erhebliche Montagevereinfachung ergibt. Die elektrische Kontaktfläche besteht hierbei zwischen dem freien Ende der Druckfeder und der zugeordneten, mit dem Lötmittelüberzug versehenen Kontaktfläche auf der Leiterplatte. Zur vollständigen elektrischen Anbindung eines peripheren Bauteils sind hierbei jeweils vorzugsweise mindestens zwei Druckfedern und Kontaktflächen mit einem Lötmittelüberzug notwendig, die jeweils gegeneinander zum Beispiel mittels einer räumlichen Beabstandung gegeneinander elektrisch isoliert sind.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Elektronikmodul mit mindestens einer Leiterplatte, die auf mindestens einer Seite Leiterbahnen und Anschlussflächen aufweist, wobei auf die Anschlussflächen elektronische Bauteile, insbesondere SMD-Bauteile, aufgelötet sind, und mindestens ein peripheres Bauteil, beispielsweise ein Sensor und/oder ein Aktuator, mittels mindestens einer metallischen Druckfeder mit mindestens einer auf der Leiterplatte vorhandnen Kontaktfläche elektrisch leitend verbindbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass die mindestens eine Kontaktfläche an der Leiterplatte zumindest bereichsweise mit einem konvexen Lötmittelüberzug versehen ist.
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Hierdurch ergibt sich zum Beispiel im Vergleich zu vergoldeten Kontaktflächen eine verbesserte Abriebresistenz gegenüber einer aufsitzenden Druckfeder, und es ist keine spezielle Geometrie des der Kontaktfläche zugeordneten Federendes (bzw. der Federspitze) notwendig, welches den elektrischen Kontakt mit der Kontaktfläche herstellt. Darüber hinaus kann zur Ausbildung des Lötmittelüberzugs an der Kontaktfläche in vorteilhafter Weise dieselbe Fertigungstechnik, wie zum Beispiel das ”Reflow”-Lötverfahren, genutzt werden, welche auch zum Verlöten bzw. Auflöten der elektronischen Bauteile verwendet wird. Die Leiterplatte kann ein- oder zweiseitig kaschiert sein und darüber hinaus auch innenliegende Leiterbahnebenen zur Aufnahme weiterer Leiterbahnen aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Druckfeder kegelförmig oder zylindrisch ausgebildet sowie mechanisch vorgespannt verbaut. Aufgrund der mittels einer Variation der mechanischen Vorspannung leicht einstellbaren Federkraft ist eine weitere Optimierung des elektrischen Kontaktes zwischen einem Federende bzw. einer Federspitze und der Kontaktfläche auf der Leiterplatte möglich. Das freie Ende der Druckfeder kann zur Vergrößerung ihres Kontaktbereiches zur leiterplattenseitigen Kontaktfläche ringförmig ausgebildet sein.
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Entsprechend einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Leiterbahnen, die Anschlussflächen und die Kontaktflächen auf der Leiterplatte unter Verwendung einer Kupferlegierung gebildet. Hierdurch ist eine niederohmige und daher verlustarme elektrische Verschaltung der auf die Leiterplatte aufgelöteten elektronischen Bauelemente möglich.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Lötmittelüberzug an der Kontaktfläche unter Verwendung einer zinnhaltigen und/oder einer silberhaltigen Lötpaste gebildet ist. Hierdurch stehen unterschiedliche Werkstoffe zur Ausbildung des Lötmittelüberzugs zur Verfügung. Zur weiteren Vereinfachung des Fertigungsprozesses wird für die Schaffung des Lötmittelüberzugs bevorzugt das gleiche Lötmittel wie zum Anlöten der elektronischen Bauelemente an die zugeordneten Anschlussflächen der Leiterplatte benutzt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Elektronikmodul und das mindestens eine periphere Bauteil in einem Gehäuse zur Bildung eines Steuergerätes angeordnet sind. Hierdurch wird bei der Integration der Einzelkomponenten zu einem fertigen Steuergerät automatisch die notwendige elektrische Verbindung zwischen dem Elektronikmodul und den peripheren Bauteilen geschaffen, wodurch sich der Montageaufwand verringert. Die ansonsten notwendigen flexiblen elektrischen Verbindungen, zum Beispiel mit Kabel und Verbindern, zwischen der Leiterplatte und den peripheren Bauteilen entfallen, so dass der Platzbedarf des Elektronikmoduls und der peripheren Bauteile reduziert und eine Verkleinerung der Größe des Steuergerätes im Vergleich zu bekannten technischen Lösungen realisierbar ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite (Rückseite) einer Leiterplatte eines Elektronikmoduls,
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2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite (Oberseite bzw. Bestückungsseite) der Leiterplatte des Elektronikmoduls,
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3 eine perspektivische sowie schematische Teilansicht auf die erste Seite der Leiterplatte des Elektronikmoduls mit einem federkontaktierten peripheren Bauteil, und
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4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Leiterplatte des Elektronikmoduls mit einem aufgelöteten elektronischen SMD-Bauteil.
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In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf. 1 zeigt demnach eine perspektivische Ansicht eines Elektronikmoduls 10. Das Elektronikmodul 10 verfügt über eine Leiterplatte 12 mit einer ersten Seite 14 (Rückseite), auf der eine Vielzahl von nicht einzeln bezeichneten Leiterbahnen 16 und Kontaktflächen 18 zur elektrischen Anbindung von peripheren Bauteilen ausgebildet ist. Gemäß der Erfindung weisen die Kontaktflächen 18 jeweils einen, zumindest bereichsweise aufgetragenen, leicht gewölbten bzw. konvexen Lötmittelbezug 20 auf, der bevorzugt mit demselben Lötmittel hergestellt ist, welches auch zum Anlöten der auf einer zweiten Seite 22 bzw. einer Bestückungsseite der Leiterplatte 12 angeordneten und aufgelöteten SMD-Bauteile 24 dient. Vorzugsweise wird eine zinn- oder silberhaltige SMD-Lötpaste verwendet.
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Als Lötverfahren kommt vorzugsweise das Wiederaufschmelzlötverfahren bzw. ”Reflow”-Lötverfahren zum Einsatz. Auf der ersten Seite 14 ist darüber hinaus eine Abschirmfläche 26 zur Verringerung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet, und es sind insgesamt sieben Befestigungsbohrungen 28 zur Aufnahme von Befestigungsschrauben vorhanden, mittels denen die Leiterplatte 12 in einem Gehäuse 54 eines Steuergerätes mechanisch befestigt werden kann. Ferner ist die Leiterplatte 12 mit einer Vielzahl von Anschlüssen 30 für einen elektrischen Verbinder, Steckanschluss oder dergleichen versehen.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht der zweiten Seite 22 (Oberseite bzw. Bestückungsseite) der Leiterplatte 12 des Elektronikmoduls 10 der 1. Auf der zweiten Seite 22 der Leiterplatte 12 befinden sich mehrere rechteckige beziehungsweise näherungsweise ovale, nicht einzeln bezeichnete Anschlussflächen 40 bzw. so genannten ”Kontaktpads” zum Auflöten von Anschlusspins 42 der SMD-Bauteile 24. Die Anschlussflächen 40 sind vorzugsweise als lokale Verbreiterungen der Leiterbahnen 16 ausgebildet. Die Anschlüsse können, jeweils in Abhängigkeit von der Gehäuseform des SMD-Bauteils 24, beispielsweise als ebene Anschlussflächen oder als in etwa S-förmig gebogene Anschlusspins 42 ausgeführt sein. Auch auf der ersten Seite 14 der Leiterplatte 12 können SMD-Bauteile 24 entsprechend zur Ausgestaltung auf der zweiten Seite 22 auf dann vorzusehende Anschlussflächen 40 aufgelötet sein.
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Mit den Anschlüssen 30 kann ein nicht dargestellter Verbinder, zum Beispiel im Wege der Einpresstechnik, mit der Leiterplatte 12 mechanisch und mit den Leiterbahnen 16 elektrisch leitend verbunden werden. Weiterhin ist eine Vielzahl von nicht dargestellten Durchkontaktierungen durch die Leiterplatte 12 vorhanden, die zur elektrischen Verbindung der Leiterbahnen 16 beider Seiten 14, 22 der Leiterplatte 12 untereinander dienen. Erforderlichenfalls kann die Leiterplatte 12 mindestens eine nicht dargestellte Innenlage mit weiteren Leiterbahnen aufweisen, die gleichfalls mit Hilfe von derartigen Durchkontaktierungen 62 an die übrige elektrische Verschaltung der elektronischen SMD-Bauteile 24 angebunden werden.
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3 zeigt eine vereinfachte perspektivische Teilansicht auf die erste Seite 14 der Leiterplatte 12 des Elektronikmoduls 10 mit einem federkontaktierten peripheren Bauteil 52, wobei das Elektronikmodul 10 und das periphere Bauteil 52 in ein Gehäuse 54 eines Steuergerätes 50 integriert sind. Das elektronische Steuergerät 50 umfasst unter anderem das Elektronikmodul 10 gemäß den 1 und 2 sowie mindestens ein peripheres Bauteil 52, bei dem es sich zum Beispiel um einen Sensor und/oder einen Aktuator handeln kann. Das Elektronikmodul 10 sowie das periphere Bauteil 52 sind in das Gehäuse 54 baulich integriert.
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Auf der ersten und der zweiten Seite 14, 22 der Leiterplatte 12 sind Leiterbahnen 16 angeordnet, die der elektrischen Verschaltung der SMD-Bauteile 24 und anderer elektronischer Komponenten dienen. Die notwendige elektrische Verbindung zwischen dem peripheren Bauteil 52 und den Leiterbahnen 16 erfolgt mittels der Kontaktfläche 18, die zumindest bereichsweise mit einem leicht konvex gewölbten Lötmittelüberzug 20 versehen ist. Auf diesem Lötmittelüberzug 20 sitzt ein in diesem Ausführungsbeispiel kegelförmig bzw. kegelstumpfförmig ausgebildetes Ende einer mechanisch vorgespannten Druckfeder 56, die aus einem elektrisch leitenden Material, wie zum Beispiel einem hinreichend federelastischen Metalldraht gebildet ist. Anstelle der hier gezeigten kegelförmigen Druckfeder 56 kann beispielsweise auch eine zylinderförmige Druckfeder zum Einsatz kommen.
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Aufgrund der mechanischen Vorspannung der Druckfeder 56 ergibt sich zwischen einem freien Ende 58 der elastischen Druckfeder 56 sowie dem Lötmittelüberzug 20 der Kontaktfläche 18 und damit zwischen dem peripheren Bauteil 52 und den Leiterbahnen 16 auf der Leiterplatte 12 ein zuverlässiger elektrischer Kontakt 60. Das freie Ende 58 der Druckfeder 56 ist zur Vergrößerung ihres Kontaktbereiches zur leiterplattenseitigen Kontaktfläche 18 geschlossen ausgeführt, so dass es in einer Kontaktebene weitgehend ringförmig ausgebildet ist. Insbesondere eine nicht bezeichnete Länge der Druckfeder 56, eine Federkonstante sowie ein Drahtdurchmesser der Druckfeder 56 sind so bemessen, dass das freie Ende 58 der Druckfeder 56 unter Berücksichtigung des Abstandes zwischen dem peripheren Bauteil 52 und der Leiterplatte 12 im eingebauten Zustand mit einer hinreichend hohen Andruckkraft gegen die mit dem Lötmittelüberzug 20 versehene Kontaktfläche 18 zur Anlage gebracht wird, um einen möglichst kleinen und zudem konstanten elektrischen Übergangswiderstand zu gewährleisten. Der solchermaßen geschaffene elektrische Kontakt 60 verfügt über eine hohe elektrische Kontaktsicherheit insbesondere unter widrigen Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Vibrationen, starken Temperaturschwankungen, korrosiven Einflüssen sowie Feuchtigkeit, wie sie im Fahrzeugbetrieb verbreitet anzutreffen sind.
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Die Druckfeder 56 ist intern mit nicht dargestellten elektronischen, elektrischen und/oder mechanischen Komponenten des peripheren Bauteils 52 elektrisch leitend verbunden. Die Kontaktfläche 18 ist mittels wenigstens einer lediglich schematisch eingezeichneten Durchkontaktierung 62 elektrisch leitend mit einer der Leiterbahnen 16 im Bereich der zweiten Seite 22 (Bestückungsseite) der Leiterplatte 12 verbunden. Die Durchkontaktierung 62 kann zum Beispiel mittels einer metallischen Hülse erfolgen, welche durch galvanisches Abscheiden in einer Leiterplattenbohrung gebildet ist. Im Allgemeinen ist jedes periphere Bauteil 52 jeweils mit Hilfe von mindestens zwei Druckfedern 56 mit der Leiterplatte 12 elektrisch leitend verbunden. Es können demnach auch mehrere periphere Bauteile elektrisch leitend an die Leiterplatte 12 angebunden sein.
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Der Lötmittelüberzug 20 erlaubt eine im Vergleich zu konventionellen, vergoldeten Kontaktflächen sehr abriebfeste und damit langlebige Gestaltung des elektrischen Verbindungsmittels zwischen der Druckfeder 56 und der Kontaktfläche 18 auf der Leiterplatte 12. Eine spezielle geometrische Gestaltung eines freien Endes 58 der Druckfeder 56 ist zwar nicht erforderlich, ein ringsförmiges freies Ende 58 wird jedoch bevorzugt.
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Ein weiterer Vorteil des Elektronikmoduls 10 gemäß der Erfindung liegt darin, dass sich der Lötmittelüberzug 20 auf den Kontaktflächen 18 kostengünstig gleich im Zuge der Anwendung des ”Reflow”-Lötverfahrens während des Auflötens der SMD-Bauteile 24 auf die Leiterplatte 12 mit ausbilden lässt. Darüber hinaus wird die Montage des Steuergerätes 50 signifikant vereinfacht, da beim Einbau des peripheren Bauteils 52 in das Gehäuse 54 mittels der Druckfeder 56 zugleich der notwendige elektrische Kontakt zwischen den erwähnten Komponenten hergestellt wird. Aufgrund des Lötmittelüberzugs 20 an den Kontaktflächen 18 treten zudem keine Korrosionsprobleme im Bereich der Durchkontaktierung 62 und der Leiterbahnen 16 auf.
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4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils der Leiterplatte 12 des Elektronikmoduls 10 mit einem aufgelöteten elektronischen SMD-Bauteil 24. Das SMD-Bauteil 24 verfügt über zwei in etwa S-förmig gebogene elektrische Anschlusspins 42, die jeweils mittels zwei bevorzugt im bekannten ”Reflow”-Lötverfahren hergestellten Lötstellen 66 unter Bildung eines nicht bezeichneten Meniskus an jeweils eine der Anschlussflächen 40 angelötet sind. Die beiden Anschlussflächen 40 an der Leiterplatte 12 sind als integrale Bestandteile der Leiterbahnen 16 auf der Leiterplatte 12 ausgeführt und bilden demzufolge mit diesen eine elektrisch leitende Einheit.
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Die Leiterbahnen 16 können wahlweise auf der ersten und/oder der zweiten Seite 14, 22 der Leiterplatte 12 und/oder in deren Innenlagen ausgebildet sein.
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Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gestaltet sich wie folgt:
Im Verfahrensschritt a) wird zunächst ein zum Anlöten von SMD-Bauteilen 24 geeignetes Lötmittel auf die Anschlussflächen 40 und die Kontaktflächen 18 der anderweitig vorgefertigten Leiterplatte 12 aufgebracht. Die Anschlussflächen 40 sowie die Kontaktflächen 18 für die Druckfedern 56 können sich wahlweise auf der ersten Seite 14 und/oder der zweiten Seite 22 der Leiterplatte 12 befinden. Als Lötmittel kommt vorzugsweise eine SMD-Lötpaste zum Einsatz, die neben ihrer Lötfunktion zugleich eine adhäsive Lagefixierung der SMD-Bauteile 24 auf der Leiterplatte 12 besorgt. Die SMD-Lötpaste kann wahlweise mit einer zinnhaltigen, mit einer silberhaltigen Legierung oder mit einer anderen Legierungszusammensetzung aufgebaut sein. Der Auftrag der Lötpaste auf die Kontaktflächen 18 sowie die Anschlussflächen 40 für die SMD-Bauteile 24 kann zum Beispiel im Siebdruckverfahren oder mittels eines Dispenser erfolgen.
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Im Verfahrensschritt b) erfolgt das Bestücken, also das Platzieren und Ausrichten der notwendigen elektronischen Bauteile 24 auf mindestens einer der beiden Seiten 14, 22 der Leiterplatte 12, wobei es sich bei den elektronischen Bauteilen 24 bevorzugt um SMD-Bauteile handelt, die eine bohrlochfreie und automatisierte Montage mit großer Packungsdichte erlauben.
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Im abschließenden Verfahrensschritt c) werden die elektronischen SMD-Bauteile 24 in einem Arbeitsschritt auf die Anschlussflächen 40 der Leiterplatte 12 durch entsprechendes Erwärmen der kompletten Leiterplatte 12 aufgelötet. Dabei folgt die Löttemperatur einem Temperaturprofil (Reflow-Profil), welches ein sicheres Umschmelzen der Anschlusspins 42 mit Lötmittel gewährleistet. Die maximale Temperatur kann dabei 280°C betragen. Hierbei werden erfindungsgemäß zugleich die Lötmittelüberzüge 20 auf den Kontaktflächen 18 für die Druckfedern 56 erzeugt. Daraus ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses des ganzen Elektronikmoduls 10, die beträchtliche Kosteneinsparungen ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektronikmodul
- 12
- Leiterplatte
- 14
- Erste Seite, Rückseite der Leiterplatte
- 16
- Leiterbahnen
- 18
- Kontaktfläche
- 20
- Lötmittelüberzug
- 22
- Zweite Seite, Oberseite der Leiterplatte
- 24
- SMD-Bauteile, elektronische Bauteile
- 26
- Abschirmfläche
- 28
- Befestigungsbohrung
- 30
- Anschlüsse
- 40
- Anschlussfläche für SMD-Bauteile
- 42
- Anschlusspin am SMD-Bauteil
- 50
- Steuergerät
- 52
- Peripheres Bauteil (Sensor, Aktuator)
- 54
- Gehäuse des Steuergeräts
- 56
- Druckfeder
- 58
- Freies Ende der Druckfeder
- 60
- Elektrischer Kontakt
- 62
- Durchkontaktierung
- 66
- Lötstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005017849 A1 [0007]
