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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe (1) mit einer Leiterplatte (2) und mit einem Bauelement (3). Bei dem Bauelement (3) kann es sich insbesondere um ein elektromechanisches Bauelement, wie einen elektrischen Schaltkontakt, einen elektrischen Schalter, ein Relais o. dgl., handeln. Das Bauelement (3) steht mit an und/oder in der Leiterplatte (2) befindlichen Verbindungsstellen (4) in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung. Die Verbindungsstelle (4) weist wenigstens eine Aussparung (5) in der Leiterplatte (2) auf und ist mittels wenigstens eines Stegs (6) an die Leiterplatte (2) angeformt, derart dass die Verbindungsstelle (4) in wenigstens eine Raumrichtung verformbar ist.The invention relates to an electrical assembly (1) with a printed circuit board (2) and with a component (3). The component (3) may in particular be an electromechanical component, such as an electrical switching contact, an electrical switch, a relay or the like. The component (3) is connected to and / or in the circuit board (2) located connecting points (4) in electrical and / or mechanical connection. The connection point (4) has at least one recess (5) in the printed circuit board (2) and is formed by means of at least one web (6) on the printed circuit board (2), such that the connection point (4) is deformable in at least one spatial direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electrical assembly according to the preamble of patent claim 1.
Eine solche elektrische Baugruppe kann in einer Batterie beziehungsweise einem Akkumulator verwendet werden, insbesondere in einer solchen Batterie, in der große Ströme zu schalten sind. Beispielsweise kann bei der Baugruppe in vorteilhafter Weise eine Leiterplatte an die Pole der Batterie kontaktiert werden, wobei die Leiterplatte als Träger für ein Schaltelement dient. Die Baugruppe eignet sich insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.Such an electrical assembly can be used in a battery or an accumulator, in particular in such a battery in which large currents are to be switched. For example, in the assembly advantageously a circuit board can be contacted to the poles of the battery, wherein the circuit board serves as a carrier for a switching element. The assembly is particularly suitable for use in a motor vehicle.
Eine solche elektrische Baugruppe umfasst eine Leiterplatte und ein Bauelement, wobei das Bauelement mit an und/oder in der Leiterplatte befindlichen Verbindungsstellen in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung steht. Insbesondere kann es sich bei dem Bauelement um ein elektromechanisches Bauelement, wie einen elektrischen Schaltkontakt, einen elektrischen Schalter, ein Relais o. dgl., handeln. An den Verbindungsstellen können mechanische Spannungen auftreten, die wiederum zur Beeinträchtigung der Baugruppe führen können.Such an electrical subassembly comprises a printed circuit board and a component, wherein the component is in electrical and / or mechanical connection with connection points located on and / or in the printed circuit board. In particular, the component may be an electromechanical component such as an electrical switch contact, an electrical switch, a relay or the like. At the joints mechanical stresses can occur, which in turn can lead to impairment of the assembly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindungsstelle derart auszugestalten, dass die mechanischen Spannungen an der Verbindungsstelle verringert sind.The invention has for its object to design the connection point such that the mechanical stresses are reduced at the junction.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen elektrischen Baugruppe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved in a generic electrical assembly by the characterizing features of claim 1.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe weist die Verbindungsstelle wenigstens eine in der Leiterplatte befindliche Aussparung auf. Die Verbindungsstelle weist weiter wenigstens einen Steg auf, wobei die Verbindungsstelle mittels des Stegs an die Leiterplatte angeformt ist. Und zwar derart, dass die Verbindungsstelle in wenigstens eine Raumrichtung verformbar ist. Insbesondere kann die Verbindungsstelle elastisch verformbar sein. Dadurch ist ermöglicht, dass zwischen der Leiterplatte und dem Bauelement wirkende Kräfte von der Verbindungsstelle aufgenommen werden. Solche Kräfte können aufgrund von Toleranzen und/oder Toleranzlagen der Leiterplatte sowie dem Bauelement, durch Spannungen aufgrund von Erwärmung in der Leiterplatte und/oder dem Bauelement o. dgl. entstehen. Da diese Kräfte in der Verbindungsstelle selbst aufgenommen werden, ist die ansonsten bestehende Gefahr einer Beeinträchtigung der elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Bauelement zumindest verringert. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.In the electrical assembly according to the invention, the connection point has at least one recess located in the printed circuit board. The connection point further comprises at least one web, wherein the connection point is formed by means of the web to the circuit board. In such a way that the connection point is deformable in at least one spatial direction. In particular, the connection point can be elastically deformable. This makes it possible for forces acting between the printed circuit board and the component to be absorbed by the connection point. Such forces may arise due to tolerances and / or tolerance levels of the printed circuit board and the component, due to voltages due to heating in the printed circuit board and / or the component o. Since these forces are absorbed in the joint itself, the otherwise existing risk of impairment of the electrical and / or mechanical connection between the circuit board and the component is at least reduced. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In weiterer Ausgestaltung kann der Steg geradlinig ausgebildet sein, derart dass die Verbindungsstelle in etwa senkrecht zur Leiterplatte, also in z-Richtung, verformbar ist. In einer anderen Ausgestaltung kann der Steg spiralförmig ausgebildet sein, derart dass die Verbindungsstelle in etwa senkrecht sowie in etwa parallel zur Leiterplatte, also in x- und/oder y-Richtung und/oder in z-Richtung, verformbar ist. Dadurch sind Freiheitsgrade in die entsprechenden Raumrichtungen für die Verbindungsstelle geschaffen, womit ein Toleranzausgleich zur Vermeidung von Spannungen zwischen der Leiterplatte und dem Bauelement bewirkt ist.In a further embodiment, the web can be formed in a straight line, such that the connection point is approximately perpendicular to the circuit board, ie in the z-direction, deformable. In another embodiment, the web can be formed spirally, so that the connection point is approximately perpendicular and approximately parallel to the circuit board, ie in the x and / or y direction and / or in the z direction, deformable. As a result, degrees of freedom are created in the corresponding spatial directions for the connection point, whereby a tolerance compensation for avoiding tensions between the circuit board and the component is effected.
In weiterer Ausgestaltung kann die Verbindungsstelle mit dem Bauelement verschraubbar, vernietbar, verschweißbar, verlötbar o. dgl. ausgebildet sein. Dadurch ist eine fertigungstechnisch einfache Verbindung geschaffen.In a further embodiment, the connection point with the component can be screwed, riveted, welded, soldered o. The like. Be formed. As a result, a production-technically simple connection is created.
Bei der Leiterplatte kann es sich um eine Hochstromleiterplatte handeln. Beispielsweise kann eine solche Hochstromleiterplatte mit in die Leiterplatte eingebetteten massiven Kupferelementen zur Leitung eines hohen Stroms versehen sein. Gerade die ansonsten bei solchen Hochstromleiterplatten aufgrund der hohen Ströme auftretenden großen Wärmespannungen werden bei der erfindungsgemäßen Baugruppe beträchtlich verringert, so dass eine Zerstörung der Baugruppe wirksam verhindert ist. Die Funktionssicherheit einer solchen, eine Hochstromleiterplatte umfassende Baugruppe ist mit Hilfe der Erfindung beträchtlich verbessert.The printed circuit board may be a high current printed circuit board. For example, such a high-current circuit board may be provided with solid copper elements embedded in the circuit board for conducting a high current. Especially the large thermal stresses that otherwise occur in such high-current printed circuit boards due to the high currents are considerably reduced in the assembly according to the invention, so that destruction of the assembly is effectively prevented. The reliability of such, comprising a high-current circuit board assembly is considerably improved by means of the invention.
In einfacher Gestaltung kann es sich anbieten, dass die Verbindungsstelle eine Grundfläche zur Befestigung des Bauelements aufweist. Zweckmäßigerweise kann die Grundfläche als elektrische Kontaktstelle an einem elektrischen Anschluss des Bauelements (
Zwecks weiterer Steigerung der Funktionssicherheit für die Baugruppe kann der Steg derart dimensioniert sein, dass Wärme vom Bauelement über den Steg abführbar ist. Ebenso kann in vorteilhafter Weise der Steg derart dimensioniert sein, dass der Steg bei Überschreiten eines vorgesehenen Grenzwertes für den zwischen der Leiterplatte und dem Bauelement fließenden elektrischen Strom in der Art einer Schmelzsicherung den Stromfluss unterbricht.To further increase the reliability of the assembly of the web can be dimensioned such that heat from the component via the web can be dissipated. Likewise, advantageously, the web can be dimensioned such that the web interrupts the flow of current when exceeding a prescribed limit for the current flowing between the circuit board and the component electrical current in the manner of a fuse.
Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe ist nachfolgendes festzustellen. For a particularly preferred embodiment of the electrical assembly according to the invention is to be determined below.
In elektromechanischen Steuergeräten ergibt sich oft die Situation, dass elektromechanische Schaltelemente elektrisch mit einem zentralen Kombiboard zu verbinden sind. Diese Verbindungen verursachen mechanische Kräfte in X-, Y- und/oder Z-Richtung. Diese Kräfte verursachen wiederum mechanische Spannungen, die für jedes gefertigte Teil anders gerichtet sind. Diese mechanischen Spannungen führen wiederum dazu, dass diese Kräfte statisch auf alle beteiligten Komponenten wirken. Dieser dauerhafte Stress kann dann zur Zerstörung der Gesamtbaugruppe führen.In electromechanical control devices, the situation often arises that electromechanical switching elements are to be electrically connected to a central combination board. These compounds cause mechanical forces in the X, Y and / or Z directions. These forces in turn cause mechanical stresses that are different for each manufactured part. These mechanical stresses in turn cause these forces to act statically on all the components involved. This permanent stress can then lead to the destruction of the entire assembly.
Die erfindungsgemäße Idee zur Lösung dieses Problems besteht darin, die Toleranzlagen verträglich zu entspannen. Bei allen anderen Lösungen würde eine Restkraft auf die beteiligten Komponenten wirken. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann man sicherstellen, dass alle Kräfte ausgeglichen sind innerhalb der definierten Toleranzlagen. Hierzu werden elektromechanische Baugruppen, bestehend beispielsweise aus Relais und Leiterplatte, miteinander verbunden. Aufgrund der Herstellungsparameter hat jede Baugruppe für sich Toleranzen, die immer vorhanden sind. Damit beim Befestigen der Leiterplatte mit dem Relais keine unzulässigen mechanischen Spannungen entstehen, besteht die Idee in einer modifizierten Leiterplatte, die an den Befestigungsstellen mechanische Freiheitsgrade in Z-Richtung und/oder auch in Z- und/oder X- und/oder Y-Richtung hat.The idea according to the invention for solving this problem is to relax the tolerance layers in a compatible manner. For all other solutions, residual power would affect the components involved. With the solution according to the invention, it is possible to ensure that all forces are balanced within the defined tolerance positions. For this purpose, electromechanical assemblies, consisting for example of relays and printed circuit board, connected to each other. Due to the manufacturing parameters, each assembly has tolerances that are always present. So that when mounting the circuit board with the relay no impermissible mechanical stresses arise, there is the idea in a modified circuit board, the mechanical freedom in the Z direction and / or in the Z and / or X and / or Y direction Has.
Geschaffen ist damit eine Leiterplatte, insbesondere eine Hochstrom-Leiterplatte mit Freiheitsgraden. Die Freiheitsgrade können in einer geraden und/oder auch in einer spiralen Ausführung erlangt werden. In der geraden Ausführung ist der Freiheitsgrad allerdings im Wesentlichen nur in Z-Richtung vorhanden. In der spiralen Ausführung hat man die Freiheitsgrade in den Richtungen X, Y, und Z.This creates a printed circuit board, in particular a high-current printed circuit board with degrees of freedom. The degrees of freedom can be achieved in a straight and / or in a spiral execution. In the straight version, however, the degree of freedom is essentially present only in the Z direction. In the spiral version you have the degrees of freedom in the directions X, Y, and Z.
Die geraden und/oder auch spiralen Verbindungsstege sind so ausgelegt, dass die Verformung über den gesamten Steg erfolgt. Diese Auslegung ist wichtig, damit keine Material-Ermüdungserscheinungen auftreten. Die geraden und/oder auch spiralen Verbindungsstege sind so ausgelegt, dass die Wärme optimal über die Stege abgeleitet werden kann. Die geraden und/oder auch spiralen Verbindungsstege sind so ausgelegt, dass die Stege des Weiteren die Funktion von elektrischen Sicherungen erfüllen können. Wenn ein elektrischer Strom oberhalb der zulässigen Stromgrenze dauerhaft fließt und sämtliche sonstigen Sicherungsmaßnahmen nicht wirksam sind, beispielsweise bei einem Unfall, erfüllen diese Stege die Funktion einer Schmelzsicherung.The straight and / or spiral connection webs are designed so that the deformation takes place over the entire web. This design is important so that no material fatigue phenomena occur. The straight and / or spiral connection webs are designed so that the heat can be dissipated optimally over the webs. The straight and / or spiral connecting webs are designed so that the webs can also fulfill the function of electrical fuses. If an electric current flows permanently above the permissible current limit and all other safety measures are not effective, for example in the event of an accident, these bars fulfill the function of a fuse.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass keine mechanischen Spannungen außerhalb der zulässigen Grenzen auf die einzelnen Baugruppen, wie beispielsweise die Leiterplatte, die Relais, die elektronischen Bauelemente o. dgl., wirken. Weitere mit der Erfindung erzielte Vorteile bestehen insbesondere in Folgendem:
- – Es sind keine Adapterelemente zwischen dem elektromechanischen Bauelement und der Leiterplatte erforderlich, wodurch Kosten eingespart werden.
- – Alle Kontaktstellen zur elektromechanischen Baugruppe können mit dem gleichen Konzept verbunden werden.
- – Die erforderlichen Aussparungen können gefräst und/oder auch per Stanztechnik kostengünstig produziert werden, d. h. alle Aussparungen werden mit einer Stanzung in einem Schritt hergestellt.
- – Die Leiterplatte und die elektromechanische Baugruppe können direkt miteinander verbunden werden.
- – Es ist eine gute elektrische Anbindung geschaffen.
- – Die Verbindungsstege können Schmelzsicherungsaufgaben übernehmen.
- – Es ist eine gute thermische Anbindung gegeben.
- – Es ist eine sichere Verbindungstechnik gegeben.
- – Es ist eine beständige Verbindungstechnik geschaffen.
- – Es liegen Freiheitsgrade in X-, Y-, Z-Richtung oder falls ausreichend lediglich in Z-Richtung vor.
- – Es bestehen gute Überwachungsmöglichkeiten in der Fertigung der Baugruppe.
- - There are no adapter elements between the electromechanical device and the circuit board required, thereby saving costs.
- - All contact points to the electromechanical assembly can be connected to the same concept.
- - The required recesses can be milled and / or produced by stamping technology cost, ie all recesses are produced with a punch in one step.
- - The printed circuit board and the electromechanical module can be connected directly to each other.
- - It has created a good electrical connection.
- - The connecting webs can take over fuse tasks.
- - There is a good thermal connection.
- - There is a secure connection technology.
- - It is created a durable connection technology.
- There are degrees of freedom in the X, Y, Z direction or, if sufficient, only in the Z direction.
- - There are good monitoring options in the production of the module.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention with various developments and refinements is shown in the drawings and will be described in more detail below. Show it
In
Bei einer ersten Ausführung, die näher in
Die Verbindungsstelle
Wie weiter anhand von
Bei der Leiterplatte
Aufgrund des hohen fließenden Stroms entsteht eine gewisse Wärme im Schaltkontakt
Die erfindungsgemäße Verbindungsstelle
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- (elektrische) Baugruppe(electrical) assembly
- 22
- Leiterplattecircuit board
- 33
- Bauelement/SchaltkontaktComponent / switching contact
- 44
- Verbindungsstellejunction
- 55
- Aussparungrecess
- 66
- Stegweb
- 77
- Schraubescrew
- 88th
- GrundflächeFloor space
- 99
- Wärmeflussheat flow
- 1010
- Kühlkörperheatsink
- 1111
- (elektrischer) Anschluss(electrical) connection
Claims (8)
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