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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schaltungsanordnungen, insbesondere solcher, bei denen ein erster Schaltungsträger mit einem zweiten Schaltungsträger mechanisch verbunden ist.
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In vielen Bereichen der Technik kommen stoffschlüssige Verbindungsmittel zum Einsatz. Beispielsweise werden in der Elektronik Klebstoffe zum Verbinden von Schaltungsbauteilen verwendet. Konventionell werden z.B. Platinen über unterschiedliche Kleber miteinander verbunden, befestigt oder stabilisiert. Manchmal kann es jedoch wünschenswert sein, Bauteile nach einem Verbinden wieder voneinander zu lösen. Dies kann bei einigen Klebstoffen nicht oder nur sehr schwer möglich sein, ohne dass dabei ein Bauteil beschädigt wird. Ferner kann ein Klebstoff unter Umständen ausgasen, oder Temperatureigenschaften können erheblich von denen des Bauteils abweichen, was zu einer Instabilität einer stoffschlüssigen Verbindung führen kann. Auch können beispielsweise zum Befestigen von mehreren Platinen je nach Anwendungsbereich verschiedene Klebstoffe erforderlich werden, sodass eine Eigenschaft eines Klebstoffs einem gewünschten Anwendungsbereich entspricht. Manche Klebstoffe können jedoch nach einer ersten Benutzung schnell eintrocknen, wodurch ein ungewollter Ausstoß an Material, und damit verbundene Mehrkosten entstehen können.
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Es ist daher wünschenswert, einen Kompromiss aus Stabilität, Materialaufwand, Fertigungsaufwand und Herstellungskosten bei einem Verbinden eines ersten Schaltungsträgers mit einem zweiten Schaltungsträger zu verbessern.
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Diesem Bedarf tragen eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Schaltungsträgers mit einem zweiten Schaltungsträger gemäß den unabhängigen Patentansprüchen Rechnung.
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Gemäß einem ersten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung umfasst einen ersten Schaltungsträger und einen zweiten Schaltungsträger. Der erste und der zweite Schaltungsträger sind stoffschlüssig mittels einer Lötverbindung mechanisch miteinander verbunden. Dabei ist ein Stromfluss durch die Lötverbindung im Wesentlichen gleich Null. Demnach ist die Lötverbindung stromfrei ausgeführt.
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Die stromfreie Ausführung der Lötverbindung umfasst hierbei auch eine spannungsfreie Ausführung, folglich ist an die Lötverbindung weder eine elektrische Spannung, noch ein elektrischer Strom angelegt. Insbesondere kann die Schaltungsanordnung so ausgeführt sein, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaltungsanordnung die Lötverbindung dauerhaft stromfrei ist. Bevorzugt ist daher die Lötverbindung elektrisch nicht kontaktiert, d.h. sie ist elektrisch kontaktlos. Bevorzugt ist die Lötverbindung daher gegenüber stromführenden elektrischen Leitern der Schaltungsanordnung elektrisch isoliert ausgeführt. Dazu können elektrische Verbindungen zu der Lötverbindung dauerhaft unterbrochen sein, beispielsweise durch dauerhafte mechanische oder chemische Auftrennung der jeweiligen elektrischen Leiter. Diese Auftrennung kann bereits im Herstellungsprozess der Schaltungsträger erfolgt sein.
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Durch die Lötverbindung kann eine Belastbarkeit einer mechanischen Verbindung von Schaltungsträgern erhöht werden. Unter Umständen kann auch ein bereits bei der Schaltungsanordnung vorhandenes Material, z.B. ein Lot, für die stoffschlüssige Verbindung verwendet, und eine Verwendung zusätzlicher Materialien wie z.B. Klebstoff vermieden werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist der erste und/oder der zweite Schaltungsträger eine Kontaktfläche auf, welche durch eine metallische Schicht des ersten bzw. zweiten Schaltungsträgers bereitgestellt wird. Ein Stromfluss durch die metallische Schicht ist im Wesentlichen gleich Null, d.h. die metallische Schicht ist stromfrei ausgeführt. Dabei ist die Lötverbindung an der Kontaktfläche angeordnet. Dies kann einen Herstellungsprozess der Schaltungsanordnung vereinfachen. Die Kontaktflächen sind vorzugsweise gegenüber stromführenden elektrischen Leitern der Schaltungsanordnung elektrisch isoliert ausgeführt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Lötverbindung an einer senkrecht zu einer Trägerebene des ersten oder des zweiten Schaltungsträgers stehenden Seitenfläche des ersten oder des zweiten Schaltungsträgers angeordnet. Eine Anzahl an Verbindungsmöglichkeiten kann so unter Umständen vervielfacht werden. Weiterhin ist es dadurch möglich, die Schaltungsanordnung dreidimensional auszuführen, und so individuell an einen verfügbaren Bauraum anzupassen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel steht eine Trägerebene des ersten Schaltungsträgers zu einer Trägerebene des zweiten Schaltungsträgers im Wesentlichen parallel. Hierdurch kann in manchen Fällen eine höhere mechanische Stabilität erzielt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltungsanordnung ferner ein Verbindungsteil mit einem ersten Ende und einem dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende. Dabei ist die Lötverbindung sowohl zwischen dem ersten Ende und dem ersten Schaltungsträger, als auch zwischen dem zweiten Ende und dem zweiten Schaltungsträger angeordnet. Dies kann sinnvoll sein, wenn eine räumliche Trennung von an den Schaltungsträgern befindlichen Bauteilen gewünscht ist, beispielsweise um eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu erhöhen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist der erste und/oder der zweite Schaltungsträger ferner eine Bohrung auf, welche das erste Ende oder das zweite Ende des Verbindungsteils aufnimmt. Eine Stabilität der Lötverbindung kann hierdurch weiter erhöht werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel verläuft die Bohrung durchgängig von einer Primärseite des ersten oder des zweiten Schaltungsträgers zu einer der Primärseite abgewandten Sekundärseite des ersten oder des zweiten Schaltungsträgers. Eine Anzahl an Schaltungsträgern, die vermittels eines Verbindungsteils verbunden werden können, kann somit möglicherweise größer als zwei sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel steht eine Trägerebene des ersten Schaltungsträgers zu einer Trägerebene des zweiten Schaltungsträgers im Wesentlichen senkrecht. Eine Anzahl an Verbindungsmöglichkeiten kann so unter Umständen weiter vervielfacht werden, womit sich ggf. weitere Anwendungsmöglichkeiten bieten können.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich ferner auf ein System. Das System weist einen elektrischen Motor und eine Schaltungsanordnung auf. Dabei überschreitet ein Durchmesser eines die Schaltungsanordnung umfassenden Zylinders eine äußere Abmessung des elektrischen Motors, vorzugsweise einen äußeren Durchmesser des elektrischen Motors, nicht. Es kann so möglich sein, einen platzsparenden Einbau der Schaltungsanordnung im Vergleich zu konventionellen Lösungen zu realisieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Schaltungsträgers mit einem zweiten Schaltungsträger. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer ersten dauerhaft stromfreien Kontaktfläche an dem ersten Schaltungsträger. Das Verfahren umfasst außerdem ein Bereitstellen einer zweiten dauerhaft stromfreien Kontaktfläche an dem zweiten Schaltungsträger. Zudem umfasst das Verfahren ein Aufbringen eines Lotes auf der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche. Auch umfasst das Verfahren ein Ausrichten des ersten Schaltungsträgers und des zweiten Schaltungsträgers aufeinander, sodass die erste Kontaktfläche der zweiten Kontaktfläche gegenüber liegt. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Verlöten des ersten Schaltungsträgers mit dem zweiten Schaltungsträger. Hierdurch kann eine mechanische Verbindung von Schaltungsträgern mit erhöhter Belastbarkeit geschaffen werden. Eine Verwendung konventioneller Verbindungsmaterialien, z.B. Klebstoff, kann dabei vermieden werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Bereitstellen der ersten oder der zweiten Kontaktfläche ein Freilegen einer leitfähigen Schicht des ersten oder zweiten Schaltungsträgers. Ein Fertigungsprozess kann somit vereinfacht, und möglicherweise Kosten eingespart werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Aufbringen eines Lotes auf der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche zusätzlich ein Aufbringen eines Lotes auf wenigstens einem von dem ersten oder dem zweiten Schaltungsträger umfassten weiteren Kontakt. Zudem umfasst das Verlöten des ersten Schaltungsträgers mit dem zweiten Schaltungsträger zusätzlich ein Verlöten wenigstens eines Schaltungsbauteils mit dem wenigstens einen weiteren Kontakt. Ein Verbinden des ersten und des zweiten Schaltungsträgers miteinander kann so unter Umständen in einen bereits vorgesehenen Fertigungs- oder Montageprozess integriert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten schematischen Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Schaltungsträger und einem zweiten Schaltungsträger gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2a bis 2c mehrere Ausführungsbeispiele von Lötverbindungen zwischen einem ersten Schaltungsträger und einem zweiten Schaltungsträger;
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3a bis 3c mehrere Ausführungsbeispiele von Lötverbindungen mit einem Verbindungsteil zwischen einem ersten Schaltungsträger und einem zweiten Schaltungsträger;
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4 ein System mit einem elektrischen Motor und einer Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 ein Flussdiagramm zum Ablauf eines Verfahrens zum Verbinden eines ersten Schaltungsträgers mit einem zweiten Schaltungsträger gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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6 einen beispielhaften Aufbau einer Schaltungsanordnung mit einem ersten Schaltungsträger und einem zweiten Schaltungsträger.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
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Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.
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Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt verkoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B., „zwischen“ gegenüber „direkt dazwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“ usw.).
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Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ einer”, „ eine”, „eines” und „der, die, das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B. „beinhaltet“, „beinhaltend“, aufweist“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 100. Die Schaltungsanordnung 100 weist einen ersten Schaltungsträger 110 und einen zweiten Schaltungsträger 120 auf. Der erste und der zweite Schaltungsträger 110; 120 sind stoffschlüssig mittels einer Lötverbindung 130 mechanisch miteinander verbunden. Dabei ist ein Stromfluss durch die Lötverbindung 130 im Wesentlichen gleich Null, d.h. die Lötverbindung 130 ist dauerhaft stromfrei ausgeführt. Hierzu kann die Lötverbindung 130 beispielsweise elektrisch nicht kontaktiert sein. Demnach ist die Lötverbindung 130 gegenüber dauerhaft oder zeitweise stromführenden elektrischen Leitern der Schaltungsanordnung 100 elektrisch isoliert ausgeführt.
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Ein Schaltungsträger kann z.B. aus sich abwechselnden leitfähigen und nichtleitfähigen Schichten aufgebaut sein. Der Begriff „leitfähig“ ist im Folgenden zu verstehen als „elektrisch leitfähig“. Eine leitfähige Kopplung oder Komponente kann lediglich optional an eine Spannungsquelle gekoppelt sein. Mit anderen Worten kann eine leitfähige Komponente von einer Spannungsquelle oder einem induzierenden Magnetfeld isoliert oder abgeschirmt sein, sodass ein Stromfluss durch die leitfähige Komponente im Wesentlichen gleich Null ist. Leitfähige Schichten können beispielsweise Metalle oder Metalllegierungen umfassen. Nichtleitfähige Schichten können z.B. Kunststoffe umfassen. Ein Schaltungsträger kann beispielsweise eine Platine sein.
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Eine Lötverbindung umfasst eine stoffschlüssige Verbindung, bei der ein Stoffschluss durch ein Lot bewirkt wird. Das Lot kann z.B. ein Hartlot oder ein Weichlot sein. Ein Hartlot kann beispielsweise Silber, Zink, Phosphor, Aluminium oder Kupfer umfassen. Ein Weichlot kann z.B. Zinn, Kupfer, Blei, Antimon, Bismut oder Silber umfassen. Ferner kann ein Lot z.B. in Form von Lötzinn oder Lötpaste vorliegen.
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Mehrere weitere Ausführungsbeispiele einer Schaltungsanordnung 100 sind in 2a, 2b und 2c gezeigt. In 2a und 2b sind der erste Schaltungsträger 110 mit der Bezeichnung „Platine A“, und der zweite Schaltungsträger 120 mit der Bezeichnung „Platine B“ versehen. In 2c ist der erste Schaltungsträger 110 mit der Bezeichnung „Platine B“ versehen. Es sind ferner weitere Schaltungsträger gezeigt, die mit den Bezeichnungen „Platine A“, „Platine C“, „Platine D“ und „Platine E“ versehen sind, und jeweils die Funktion des zweiten Schaltungsträgers 120 ausüben können.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen weist der erste oder zweite Schaltungsträger 110; 120 eine Kontaktfläche 210 auf, welche durch eine metallische Schicht des ersten oder zweiten Schaltungsträgers 110; 120 bereitgestellt wird. Ein Stromfluss durch die metallische Schicht ist im Wesentlichen gleich Null. Dabei ist die Lötverbindung an der Kontaktfläche 210 angeordnet. Auf diese Wese kann es möglich sein, die Kontaktfläche 210 während einem konventionellen Herstellungsprozess zu schaffen, und beispielsweise durch Freilegen der metallischen Schicht bereitzustellen. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Kontaktfläche 210 alternativ eine metallische Schicht, welche nach einer Fertigung des ersten oder zweiten Schaltungsträgers 110; 120 auf denselben aufgebracht worden ist. Die Kontaktfläche 210 kann beispielsweise ein Lötpad sein oder ein solches umfassen. Mit anderen Worten kann eine Leiterbahn oder ein Lötpad dazu verwendet werden, ausschließlich eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Schaltungsträger 110 und dem zweiten Schaltungsträger 120 herzustellen.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Lötverbindung 130 an einer senkrecht zu einer Trägerebene des ersten oder des zweiten Schaltungsträgers 110; 120 stehenden Seitenfläche 240 des ersten oder des zweiten Schaltungsträgers 110; 120 angeordnet. Die Trägerebene ist dabei parallel zu einer Ebene, die zwei Schichten eines Schaltungsträgers, z.B. eine leitfähige und eine isolierende Schicht einer Platine, voneinander trennt. Ferner verläuft die Trägerebene parallel zu einer Trägerfläche 220, an der ein elektronisches Bauteil montiert ist. Die Trägerfläche 220 ist beispielsweise um wenigstens das 10-fache oder 100-fache größer als die Seitenfläche 240. Z.B. ist bei 2a die Lötverbindung 130 an einer Seitenfläche 240 der Platine A angeordnet. Mit anderen Worten ist die Kontaktfläche 210 an einer Seitenfläche 240 angeordnet.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen steht eine Trägerebene des ersten Schaltungsträgers 110 zu einer Trägerebene des zweiten Schaltungsträgers 120 im Wesentlichen parallel. Dies kann eine platzsparende Anordnung ermöglichen, was beispielsweise bei lediglich eingeschränkt zur Verfügung stehendem Bauraum wünschenswert sein kann, etwa bei Anwendung in einem Fahrzeug. Hierbei können der erste Schaltungsträger 110 und der zweite Schaltungsträger 120 an jeweils einer Trägerfläche 220 miteinander in Anlage stehen (auch indirekt über dazwischen befindliche elektronische Bauteile), wie in 2a und 2b gezeigt. Bei 2a existiert genauer gesagt eine Lötverbindung zwischen einer Seitenfläche 240 des ersten Schaltungsträgers 110 und einer Trägerfläche 220 des zweiten Schaltungsträgers 120, und bei 2b existiert eine Lötverbindung zwischen einer Seitenfläche 240 des ersten Schaltungsträgers 110 und einer Seitenfläche 240 des zweiten Schaltungsträgers 120.
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In 2c ist eine Trägerfläche von Platine D mit einer Seitenfläche 240 von Platine B in Anlage. Dabei befinden sich die Kontaktflächen 210 auf der Trägerfläche 220 von Platine B und der Trägerfläche 220 von Platine D. Zusätzlich ist eine Trägerfläche 220 von Platine B mit einer Seitenfläche 240 von Platine A in Anlage. Dabei befinden sich die Kontaktflächen 210 auf der Trägerfläche 220 von Platine A und auf der Trägerfläche 220 von Platine B. Außerdem ist eine Trägerfläche 220 von Platine E mit einer Seitenfläche 240 von Platine B in Anlage. Dabei befinden sich die Kontaktflächen 210 jeweils auf der Trägerfläche 220 von Platine B, auf der Trägerfläche 220 von Platine E und einer Seitenfläche 240 von Platine E. Platine A, C, D und E sind zu Platine B derart angeordnet, dass jeweils eine Trägerebene von Platine A, C, D und E zu einer Trägerebene von Platine B senkrecht steht.
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Ferner können der erste Schaltungsträger 110 und der zweite Schaltungsträger 120 auch derart ineinander gesteckt sein, dass sich die Trägerflächen 220 schneiden. Dies ist beispielhaft anhand der Anordnung von Platine B und Platine C in 2c gezeigt. Beispielsweise umfasst Platine B hierzu eine Ausnehmung, welche Platine C wenigstens teilweise aufnimmt. Dabei befinden sich die Kontaktflächen 210 auf der Trägerfläche 220 von Platine B und der Trägerfläche 220 von Platine C.
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Einige Ausführungsbeispiele umfassen ferner zumindest ein Verbindungsteil 130. Dabei ist die Lötverbindung zwischen einem ersten Ende des Verbindungsteils und dem ersten Schaltungsträger oder einem zweiten Ende des Verbindungsteils und dem zweiten Schaltungsträger angeordnet. 3a bis 3c zeigen mögliche Ausführungsbeispiele, bei denen wiederum der ersten Schaltungsträger 110 mit „Platine A“, und der zweite Schaltungsträger 120 mit „Platine B“ bezeichnet ist. Dabei sind die jeweiligen Trägerebenen von Platine A und Platine B parallel zueinander ausgerichtet. Das Verbindungsteil 310-1 bis 310-4 ist wenigstens teilweise aus einem Material gefertigt, welches mittels eines Lotes mit einem weiteren Bauteil (z.B. einem Schaltungsträger) verbindbar ist. Das Verbindungsteil 310-1 bis 310-4 kann beispielsweise ein Metall- oder Drahtstift sein. Das erste Ende des Verbindungsteiles 310-1 bis 310-4 ist in 3a bis 3c ein auf Platine A ausgerichteter Abschnitt, welcher beispielsweise bis zu 50 Prozent eines Volumens des Verbindungsteils 310-1 bis 310-4 umfasst, und das zweite Ende des Verbindungsteiles 310-1 bis 310-4 ist ein auf Platine B ausgerichteter Abschnitt, welcher beispielsweise bis zu 50 Prozent eines Volumens des Verbindungsteils 310-1 bis 310-4 umfasst. Bei anderen Ausführungsbeispielen können alternativ das erste Ende höchstens 60 oder 70 Prozent, und das zweite Ende mindestens 40 oder 30 Prozent des Volumens des Verbindungsteils 310-1 bis 310-4 umfassen.
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3a zeigt ein Verbindungsteil 310-1, welches mit seinem ersten Ende eine an einer Trägerfläche 220 von Platine A angeordnete Kontaktfläche 210, und mit dem zweiten Ende eine an einer Trägerfläche 220 von Platine B angeordnete Kontaktfläche 210 berührt. Das Verbindungsteil 310-1 ist mittels Lötverbindungen 130 an den Kontaktflächen 210 fixiert. Das Verbindungsteil 310-1 kann, wie 3a zeigt, mehrmals vorhanden sein. Zusätzlich sind Kontaktflächen 210 an Seitenflächen 240 von Platine A und Platine B angeordnet. Zudem ist ein Verbindungsteil 310-2 vorhanden, welches mit seinem ersten Ende die an der Seitenfläche 240 von Platine A angeordnete Kontaktfläche 210, und mit dem zweiten Ende die an der Seitenfläche 240 von Platine B angeordnete Kontaktfläche 210 berührt. Das Verbindungsteil 310-2 ist mittels Lötverbindungen 130 an den Kontaktflächen 210 fixiert. Platine A und Platine B können zudem eine Mehrzahl an nicht verlöteten, weiteren Kontaktflächen 320 aufweisen.
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Bei 3b weisen Platine A und Platine B jeweils eine Bohrung 330-1 auf. Die Bohrung 330-1 kann wiederum, wie in 3b gezeigt, auch mehrfach ausgeführt sein. Die Bohrung 330-1 erstreckt sich senkrecht zu einer Trägerfläche 220 der jeweiligen Platine (A oder B) von der Trägerfläche 220 derart in ein Inneres der Platine, dass eine Tiefe der Bohrung 330-1 eine Dicke der Platine senkrecht zur Trägerebene nicht überschreitet. Mit anderen Worten bildet die Bohrung 330-1 ein sogenanntes Sackloch. Eine Bohrung 330-1 an Platine A ist dabei einer Bohrung 330-1 an Platine B zugewandt. Ein Verbindungsteil 310-3 wird an seinem ersten Ende von der Bohrung 330-1 an Platine A, und an seinem zweiten Ende von der Bohrung 330-1 an Platine B wenigstens teilweise aufgenommen. Eine Kontaktfläche 210 verläuft dabei auf einer Trägerfläche 220 der Platine A oder der Platine B, und wird von der Bohrung 330-1 durchdrungen. Jeweils eine Lötverbindung 130 verbindet das erste Ende des Verbindungsteils 310-3 mit der Kontaktfläche 210 an Platine A sowie das zweite Ende des Verbindungsteils 310-3 mit der Kontaktfläche 210 an Platine B.
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Mittels des Verbindungsteils 310-1 in 3a oder des Verbindungsteils 310-3 in 3b kann ein vordefinierter Abstand zwischen Platine A und Platine B geschaffen werden. Dies kann eine platzsparende Anordnung ermöglichen, und dabei eine EMV verbessern. Letzteres kann beispielsweise wünschenswert sein, um eine Beeinträchtigung elektrischer Signale auf Platine A durch Ströme auf Platine B zu verringern.
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In 3c verläuft eine Bohrung 330-2 an Platine A und an Platine B durchgängig von einer Primärseite der Platine zu einer gegenüberliegenden Sekundärseite der Platine. Die Primärseite und die Sekundärseite können jeweils eine Trägerfläche 220 sein. Ein Verbindungsteil 310-4 ist derart mit einem ersten Ende in die Bohrung 330-2 an Platine A, und mit einem zweiten Ende in die Bohrung 330-2 an Platine B eingeführt, dass Platine A und Platine B senkrecht zu einer Trägerebene vollständig von dem Verbindungsteil 310-4 durchdrungen werden. Kontaktflächen 210 sind dabei auf den Trägerflächen 220 der Platine A oder der Platine B zu beiden Enden der Bohrung derart angeordnet, dass diese von der Bohrung 330-2 durchdrungen werden. Zwischen Kontaktflächen 210 und Verbindungsteil 310-4 existieren Lötverbindungen 130. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel, bei dem eine Bohrung 330-2 an einem Schaltungsträger durchgängig von einer Trägerfläche zu einer gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers verläuft, kann es auch ermöglicht werden, einen oder mehrere weitere Schaltungsträger an dem Verbindungsteil 310-4 anzuordnen.
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Es kann anders ausgedrückt bei den in 3a bis 3c gezeigten Ausführungsbeispielen möglich sein, mehrere Platinen über Verbindungsteile, z.B. Silberdrähte oder Leitungen, mechanisch zu befestigen oder zu fixieren. Hierzu werden Kontaktflächen, welche nicht elektrisch angeschlossen sind, oder Durchkontaktierungen verwendet.
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Bei einigen der gezeigten sowie einigen weiteren Ausführungsbeispielen werden über Lötpads, die nicht elektrisch angeschlossen sind, und mittels eines Lotes, z.B. Lötzinn, Platinen mechanisch und stoffschlüssig befestigt. Die Lötpads können bei anderen Ausführungsbeispielen auch elektrisch angeschlossen sein. Auf einer mittels des Lotes befestigten Platine kann wenigstens ein Lötpad vorhanden sein. Dieses Lötpad kann beliebig groß gestaltet sein. Es können auch mehrere Lötpads verwendet werden. Eine Lötverbindung zwischen mehreren Platinen kann durch Verwendung mehrerer Lötpads oder durch Vergrößerung einer Fläche des Lötpads eine verbesserte Stabilität aufweisen. Vermittels des Lotes können die Lötpads verlötet und die Platinen mechanisch befestigt werden. Dabei können die Platinen flach aufeinander liegen (vgl. 2a und 2b), senkrecht (vgl. 2c) oder in einem anderen vordefinierten Winkel zueinander ausgerichtet sein. Eine Verwendung eines Klebstoffes kann hierbei entfallen. Es kann ferner ein Lot verwendet werden, welches auch für ein Verbinden eines elektrischen Bauteils mit der Platine verwendet wird. Im Vergleich zu herkömmlichen stoffschlüssigen Verbindungsmitteln, wie z.B. Klebstoff, kann das Lot möglicherweise eine weniger ausgeprägte Geruchsentwicklung, eine längere Lebensdauer oder eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweisen. Auch kann die Lötverbindung 130 möglicherweise, z.B. durch Aufschmelzen, derart gelöst werden, dass ein bei einem Lösevorgang entstehender Schaden an dem ersten oder zweiten Schaltungsträger 110; 120 verringert oder sogar vermieden werden kann.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems 400. Das System 400 umfasst einen elektrischen Motor 410 und eine Schaltungsanordnung 100. Die Schaltungsanordnung 100 ist bevorzugt unmittelbar an dem elektrischen Motors 410 angeordnet. Die Schaltungsanordnung 100 kann bei manchen Ausführungsbeispielen wenigstens teilweise so ausgeführt sein, wie in Zusammenhang mit den vorangegangenen Figuren beschrieben. Ein Durchmesser eines die Schaltungsanordnung 100 umfassenden Zylinders 420 überschreitet dabei eine Abmessung 430 des elektrischen Motors 410 nicht. Die Abmessung 430 des elektrischen Motors 410 entspricht hierbei einem äußeren Durchmesser des elektrischen Motors, der dazu beispielsweise ebenfalls zylinderförmig ausgeführt sein kann. Hierdurch kann Bauraum eingespart oder eine Montage des Systems 400 erleichtert werden.
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5 zeigt ein Flussdiagramm zum Ablauf eines Verfahrens 500 zum Verbinden eines ersten Schaltungsträgers mit einem zweiten Schaltungsträger. Das Verfahren 500 umfasst ein Bereitstellen 510 einer ersten dauerhaft stromfreien Kontaktfläche an dem ersten Schaltungsträger. Das Verfahren 500 umfasst außerdem ein Bereitstellen 520 einer zweiten dauerhaft stromfreien Kontaktfläche an dem zweiten Schaltungsträger. Zudem umfasst das Verfahren 500 ein Aufbringen 530 eines Lotes auf der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche. Auch umfasst das Verfahren 500 ein Ausrichten 540 des ersten Schaltungsträgers und des zweiten Schaltungsträgers aufeinander, sodass die erste Kontaktfläche der zweiten Kontaktfläche gegenüber liegt. Das Verfahren 500 umfasst weiterhin ein Verlöten 550 des ersten Schaltungsträgers mit dem zweiten Schaltungsträger. Das Verfahren 500 kann beispielsweise Teil eines Reflow-Lötprozesses sein oder einen solchen umfassen. Bei einem Reflow-Lötprozess kann ein Lot oder eine Lötpaste vor einer Bestückung des Schaltungsträgers aufgebracht und dann wiederaufgeschmolzen werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Aufbringen 530 des Lotes nach dem Ausrichten 540 des ersten und zweiten Schaltungsträgers aufeinander erfolgen, z.B. bei einem Wellenlötprozess. Es kann dadurch möglich sein, eine Bestückung des ersten oder zweiten Schaltungsträgers mit elektrischen oder elektronischen Bauteilen und eine Montage des ersten an dem zweiten Schaltungsträger in einem Schritt durchzuführen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst ferner das Bereitstellen 510; 520 der ersten oder der zweiten Kontaktfläche ein Freilegen 515; 525 einer leitfähigen Schicht des ersten oder zweiten Schaltungsträgers. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Aufbringen 530 eines Lotes auf der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche zusätzlich ein Aufbringen 535 eines Lotes auf wenigstens einem von dem ersten oder dem zweiten Schaltungsträger umfassten weiteren Kontakt. Zudem umfasst das Verlöten 550 des ersten Schaltungsträgers mit dem zweiten Schaltungsträger zusätzlich ein Verlöten 555 wenigstens eines Schaltungsbauteils mit dem wenigstens einen weiteren Kontakt. Es kann somit durch das Lot ein Verbindungsmittel bereitgestellt werden, welches bereits für eine andere Aufgabe in dem System verwendet wird, beispielsweise dem Verbinden des Schaltungsbauteils mit dem Schaltungsträger. Es ist damit ggf. ein Verlöten des ersten mit dem zweiten Schaltungsträger und ein Verlöten des Schaltungsbauteils mit dem ersten oder dem zweiten Schaltungsträger in einem gemeinsamen Prozess oder Fertigungsschritt möglich. Ein Anbringen des Lotes kann somit bei vermindertem Fertigungsaufwand gegenüber konventionellen Lösungen geschehen. Ferner kann ein Lot so wählbar sein, das eine Temperaturbeständigkeit in einem vorbestimmten Aufgabenbereich gegeben ist.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 100, die mittels des in 5 beschriebenen Verfahrens 500 herstellbar ist, zeigt 6. Die Schaltungsanordnung 100 umfasst einen ersten Schaltungsträger 110 und einen zweiten Schaltungsträger 120. Der erste und der zweite Schaltungsträger 110; 120 sind mittels einer Lötverbindung derart miteinander verbunden, dass deren Trägerebenen senkrecht aufeinander stehen. Bei einem Beispiel kann die Schaltungsanordnung 100 Teil einer Starr-Flex-Anordnung sein, oder eine solche umfassen. Bei einer Starr-Flex-Anordnung sind wenigstens eine starre Platine und flexible Elemente miteinander verbunden. Durch eine individuelle Wahl der Anordnung kann eine Schaltungsanordnung 100 auf je nach Bedarf vorgegebene Art und Weise aufgebaut werden und in einen vorgegebenen Bauraum integriert werden.
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Bei einer Variante kann die Starr-Flex-Anordnung so angeordnet werden, dass diese platzsparend an einen im Wesentlichen zylindrisch geformten Motor koppelbar ist. Die Starr-Flex-Anordnung kann hierbei ebenfalls eine zylindrische Form aufweisen.
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Bei einer beispielhaften Starr-Flex-Anordnung sind Leistung und Signale voneinander räumlich getrennt. Durch ein räumlich getrenntes Anschließen von Leistungs- und Signalleitungen kann die Leistung direkt an einer Stelle eingespeist werden, an der sie benötigt wird. Damit kann eine Länge einer Zuleitung für die Leistung zu dem Motor oder zu einem leistungsverarbeitenden Schaltungsblock verkürzt werden. Die Signale oder Daten können ebenfalls an einer Stelle eingespeist werden, an der sie benötigt werden. Dadurch kann möglicherweise erreicht werden, dass Daten- oder Signalleitungen durch den räumlich getrennten Aufbau eine geringere Störung durch störaussendende Leistungsleitungen erfahren. Eine EMV- kann somit ggf. erhöht werden.
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Durch die senkrecht zueinander stehenden Schaltungsträger 110; 120 kann eine Stabilität der Schaltungsanordnung 100 entlang einer Mittelachse des Zylinders unter Umständen erhöht werden. Beispielsweise kann die Starr-Flex-Anordnung über Einpresskontakte mit dem Motor gekoppelt werden, sodass eine Kraft von oben nach unten über die senkrecht stehenden Platinen übertragbar ist.
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Ferner können Fixierungen über nicht leitende Verbindungen geschaffen werden. Die Platinen können z.B. mit Lötzinn fixiert, und eine Verwendung von Klebstoff dadurch möglicherweise umgangen werden. Es können dazu nicht elektrisch angeschlossene Lötpads an den Platinen angeordnet sein. Zur Stabilisierung kann der erste Schaltungsträger 110 beispielsweise in eine Nut des senkrecht auf diesem stehenden zweiten Schaltungsträgers 120 eingreifen.
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Optional kann ein Fixierungs- oder Stabilisierungselement vorhanden sein. Das Stabilisierungselement kann eine Nut oder einen Schlitz aufweisen. Der Schlitz kann einen Schaltungsträger aufnehmen. Auch kann ein weiterer Schlitz einen weiteren Schaltungsträger aufnehmen, sodass der Schaltungsträger vermittels des Fixierungselements gegen den weiteren Schaltungsträger abgestützt wird. Dies kann unter Umständen eine höhere Stabilität, z.B. bei Schwingungen, bewirken. Optional kann ein Verguss der Schaltungsanordnung 100, beispielsweise aufgrund einer Umweltanforderung, ermöglicht werden. Eine Fertigung kann bei manchen Ausführungsbeispielen vereinfacht werden oder in einen Serienfertigungsprozess integriert werden.
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Manche Ausführungsbeispiele können verwendet werden, um einen bürstenlosen Gleichstrommotor (engl.: brushless DC-Motor, BLDC-Motor) anzusteuern. Der BLDC-Motor kann auf Erfordernisse individuell angepasst oder für vordefinierte Erfordernisse entwickelt worden sein. Beispielsweise können sechs Kontakte, umfassend drei Motorphasen, zwei Temperaturanschlüsse und einen Masseanschluss, an dem Motor angeordnet sein, und eine Schnittstelle zu der Starr-Flex-Anordnung bilden. Eine Lage des Motors kann z.B. über Hallsensoren detektiert werden. Der Motor kann beispielsweise eine Welle antreiben. Der BLDC-Motor und die Starr-Flex-Anordnung können von einem Aktuator umfasst sein.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens-schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schaltungsanordnung
- 110
- Erster Schaltungsträger
- 120
- Zweiter Schaltungsträger
- 130
- Lötverbindung
- 210
- Kontaktfläche
- 220
- Trägerfläche
- 240
- Seitenfläche
- 310-1; 310-2; 310-3; 310-4
- Verbindungsteil
- 320
- Weitere Kontaktfläche
- 330-1; 330-2
- Bohrung
- 400
- System
- 410
- Elektrischer Motor
- 420
- Zylinder
- 430
- Abmessung
- 500
- Verfahren
- 510
- Bereitstellen
- 515
- Freilegen
- 520
- Bereitstellen
- 525
- Freilegen
- 530
- Aufbringen
- 535
- Aufbringen
- 540
- Ausrichten
- 550
- Verlöten
- 555
- Verlöten
