DE102016101305A1

DE102016101305A1 - Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte und Leiterplattenbaugruppe

Info

Publication number: DE102016101305A1
Application number: DE102016101305.6A
Authority: DE
Inventors: Kathrin Kühler; Dirk MANDERY; Steffen Wandres; Andreas Steinmetz; Martin Staat
Original assignee: Eberspaecher Controls Landau GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Controls Landau GmbH and Co KG
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: DE102016101305B4

Abstract

Ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte, insbesondere für eine elektrische Steuereinheit für ein Fahrzeug, umfasst die Maßnahmen: a) Bereitstellen einer Leiterplatte (12) mit wenigstens einer ersten Aufnahmeöffnung (22) zur Aufnahme eines elektrisch leitenden Einsatzelementes (16, 18, 20), b) in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung (22), Einsetzen und Arretieren eines elektrisch leitenden Einsatzelementes (16, 18, 20) derart, dass eine Bauelementenkontaktseite (24) des Einsatzelementes (16, 18, 20) im Bereich einer Vorderseite (14) der Leiterplatte (12) positioniert ist und eine Stromschienenkontaktseite (36) über eine Rückseite (34) der Leiterplatte (12) hervorsteht, c) nach Durchführung der Maßnahme b), Verbinden wenigstens einer Stromschiene (38, 44) mit wenigstens einem bei der Maßnahme b) in eine erste Aufnahmeöffnung (22) eingesetzten Einsatzelement (16, 18, 20) derart, dass die Stromschiene einen Abstand (A1, A2) zur Leiterplatte (12) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte, welche beispielsweise in einer Steuereinrichtung eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine beispielsweise mit einem derartigen Verfahren aufgebaute Leiterplattenbaugruppe.
Aus der EP 2 043 412 B1 ist ein Verfahren bekannt, mit welchem eine Leiterplatte für eine elektrische Steuereinheit, welche beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Schalten bzw. Verteilen hoher Ströme eingesetzt werden kann, bestückt wird. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Leiterplatte so bereitgestellt, dass eine bzw. mehrere Aufnahmeöffnungen für in diese einzusetzende Einsatzelemente vorgesehen sind. Die aus elektrisch leitendem Material aufgebauten Einsatzelemente werden von einer Rückseite der Leiterplatte her in die zugehörigen Aufnahmeöffnungen eingesetzt, so dass eine Bauelementenkontaktfläche dieser Einsatzelemente im Wesentlichen bündig ist mit einer an der Vorderseite der Leiterplatte vorgesehenen Oberfläche derselben. Die Einsatzelemente können in die Aufnahmeöffnungen der Leiterplatte eingepresst werden bzw. mit der Leiterplatte durch Verlötung verbunden und somit daran arretiert werden. An der Rückseite der Leiterplatte sind die Einsatzelemente mit einer an der Rückseite der Leiterplatte an liegenden Stromschiene verbunden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die im Einbauzustand an der Rückseite der Leiterplatte anliegende Stromschiene mit den Einsatzelementen integral ausgebildet ist, beispielsweise durch Bereitstellen der Einsatzelemente als durch Tiefziehen aus der Stromschiene ausgeformte Zapfen. Bei einer alternativen Ausgestaltung können die Einsatzelemente als von der Stromschiene getrennt aufgebaute Bauteile bereitgestellt werden. In Zuordnung zu den Einsatzelementen weist auch die Stromschiene Aufnahmeöffnungen auf, durch welche ein jeweiliges Einsatzelement hindurchgeführt wird. Durch Umformen der Einsatzelemente zum Bilden eines die Leiterplatte hintergreifenden Kragens wird eine feste und auch elektrisch bzw. thermisch leitende Verbindung zwischen den Einsatzelementen und der zwischen der Rückseite der Leiterplatte und dem durch Umformen eines jeweiligen Einsatzelements gebildeten Kragen gehaltenen Stromschiene erreicht. An der von der Leiterplatte abgewandten Seite der Stromschiene ist ein mit einer Mehrzahl von Kühlrippen ausgebildetes Kühlelement an der Stromschiene vorgesehen, um Wärme aus dem Bereich der Stromschiene zur Umgebung hin abzuführen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte und eine Leiterplattenbaugruppe, insbesondere für eine elektrische Steuereinheit für ein Fahrzeug, vorzusehen, mit welchen bei einfachem Aufbau eine hohe Variabilität in der Ausgestaltung bei verbesserten thermischen Bedingungen für die Leiterplatte erreicht wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte, insbesondere für eine elektrische Steuereinheit für ein Fahrzeug, umfassend die Maßnahmen:

a) Bereitstellen einer Leiterplatte mit wenigstens einer ersten Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines elektrisch leitenden Einsatzelementes,
b) in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung, Einsetzen und Arretieren eines elektrisch leitenden Einsatzelementes derart, dass eine Bauelementenkontaktseite des Einsatzelementes im Bereich einer Vorderseite der Leiterplatte positioniert ist und eine Stromschienenkontaktseite über eine Rückseite der Leiterplatte hervorsteht,
c) nach Durchführung der Maßnahme b), Verbinden wenigstens einer Stromschiene mit wenigstens einem bei der Maßnahme b) in eine erste Aufnahmeöffnung eingesetzten Einsatzelement derart, dass die Stromschiene einen Abstand zur Leiterplatte aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird grundsätzlich dafür gesorgt, dass eine oder mehrere an einer Leiterplatte vorzusehende Stromschienen einen Abstand zur Leiterplatte aufweisen. Dadurch wird eine verbesserte thermische Entkopplung der Stromschienen von der Leiterplatte erreicht. Zu berücksichtigen ist hier, dass derartige Stromschienen im Allgemeinen dazu eingesetzt werden, in Verbindung mit an der Leiterplatte vorzusehenden Leistungs-Bauelementen hohe und somit zu einer vergleichsweise starken Erwärmung führende Ströme zu leiten. Durch die Beabstandung der Stromschienen von der Leiterplatte wird dafür gesorgt, dass in der Stromschiene transportierte bzw. entstehende Wärme nicht durch direkten Kontakt zwischen der Stromschiene und der Leiterplatte in die Leiterplatte selbst eingeleitet wird.
Weiter sieht die vorliegende Erfindung das voneinander getrennte Bereitstellen von Einsatzelementen einerseits und Stromschienen andererseits vor. Dies ermöglicht eine deutlich größere Ausgestaltungsfreiheit bei der Positionierung der Einsatzelemente an der Leiterplatte einerseits und der Stromschienen bezüglich der Leiterplatte andererseits.
Um bei einfachem Aufbau eine definierte Positionierung einer Stromschiene zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass bei der Maßnahme c) wenigstens ein Einsatzelement mit einer im Bereich seiner Stromschienenkontaktseite vorgesehenen Stromschienenkontaktfläche an einer Stromschiene anliegend positioniert und mit der Stromschiene materialschlüssig, vorzugsweise durch Verschweißung, verbunden wird. Dabei kann die durch Verschweißung realisierte materialschlüssige Verbindung beispielsweise dadurch erhalten werden, dass wenigstens ein Einsatzelement durch Hindurchschweißen durch eine Stromschiene mit der Stromschiene verbunden wird, oder/und dass wenigstens ein Einsatzelement durch Kehlverschweißung mit der Stromschiene verbunden wird.
Eine hohe Variabilität in der Ausgestaltung einer Leiterplattenbaugruppe kann dadurch bereitgestellt werden, dass bei der Maßnahme c) wenigstens eine Stromschiene mit einer Flachseite derselben an wenigstens einem Einsatzelement anliegend positioniert wird, oder/und dass bei der Maßnahme c) wenigstens eine Stromschiene mit einer Schmalseite derselben an wenigstens einem Einsatzelement anliegend positioniert wird.
Bei einer alternativen Ausgestaltung zur Verbindung wenigstens eines Einsatzelementes mit einer Stromschiene wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Stromschiene für wenigstens ein Einsatzelement eine zweite Aufnahmeöffnung aufweist, und dass bei der Maßnahme c) in wenigstens eine zweite Aufnahmeöffnung ein Einsatzelement eingesetzt und mit der Stromschiene materialschlüssig, vorzugsweise durch Verschweißung, verbunden wird. Um dabei eine kompakte Bauweise realisieren zu können, kann wenigstens ein Einsatzelement derart in eine zweite Aufnahmeöffnung eingesetzt werden, dass eine von der Leiterplatte abgewandte Stirnfläche im Bereich der Stromschienenkontaktseite des Einsatzelements im Wesentlichen bündig mit einer von der Leiterplatte abgewandten Oberfläche der Stromschiene positioniert ist.
Eine stabile und sowohl hinsichtlich der elektrischen, als auch der thermischen Kontaktierung vorteilhafte Verbindung kann dabei dadurch erreicht werden, dass wenigstens ein in eine zweite Aufnahmeöffnung eingesetztes Einsatzelement mit der Stromschiene durch eine vorzugsweise über den gesamten Umfang des Einsatzelementes umlaufende Verschweißung verbunden wird.
Um auch vergleichsweise komplexe Verbindungsgeometrien mit mehreren Stromschienen und diesen zugeordneten Einsatzelementen realisieren zu können, wird vorgeschlagen, dass bei der Maßnahme c) eine erste Stromschiene mit wenigstens einem ersten Einsatzelement derart verbunden wird, dass sie einen größeren Abstand zur Leiterplatte aufweist, als eine bei der Maßnahme c) mit wenigstens einem zweiten Einsatzelement verbundene zweite Stromschiene. Dabei kann beispielsweise die zweite Stromschiene zwischen der ersten Stromschiene und der Leiterplatte positioniert werden. Es sei hier darauf hingewiesen, dass das Positionieren der zweiten Stromschiene zwischen der ersten Stromschiene und der Leiterplatte bedeuten kann, dass die beiden Stromschienen einander zumindest bereichsweise überdecken. Grundsätzlich können diese aber auch vollständig nebeneinander und einander nicht überdeckend positioniert sein und derartige Abstände zur Leiterplatte aufweisen, dass die zweite Stromschiene vollständig im Abstandsbereich der ersten Stromschiene zur Leiterplatte positioniert ist.
Um in einfacher Weise unterschiedliche Abstände von Stromschienen bezüglich der Leiterplatte realisieren zu können, wird vorgeschlagen, dass bei der Maßnahme b) in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung wenigstens in erstes Einsatzelement eingesetzt wird und in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung wenigstens ein zweites Einsatzelement eingesetzt wird, wobei die Stromschienenkontaktseite des wenigstens einen ersten Einsatzelementes einen größeren Abstand zur Leiterplatte aufweist, als die Stromschienenkontaktseite des wenigstens einen zweiten Einsatzelementes.
Eine weiter erhöhte Variabilität im Positionieren der Stromschienen bezüglich der Leiterplatte kann dadurch bereitgestellt werden, dass die zweite Stromschiene wenigstens eine Einsatzelementendurchgriffsöffnung aufweist, und dass bei der Maßnahme c) die zweite Stromschiene derart mit wenigstens einem zweiten Einsatzelement verbunden wird, dass durch wenigstens eine Einsatzelementendurchgriffsöffnung sich ein erstes Einsatzelement hindurch erstreckt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass bei der Maßnahme b) wenigstens ein, vorzugsweise jedes Einsatzelement in einer ersten Aufnahmeöffnung durch Einpressen arretiert wird, oder/und dass bei der Maßnahme b) in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung ein Einsatzelement derart eingesetzt wird, dass eine an der Bauelementenkontaktseite des Einsatzelementes vorgesehene Bauelementenkontaktfläche im Wesentlichen bündig mit einer an der Vorderseite der Leiterplatte vorgesehenen Oberfläche der Leiterplatte positioniert ist, oder/und dass nach Durchführung der Maßnahme b), vor oder/und nach Durchführung der Maßnahme c), wenigstens ein Bauelement an der Bauelementenkontaktseite wenigstens eines Einsatzelementes positioniert wird oder/und wenigstens ein Bauelement an der Vorderseite der Leiterplatte positioniert wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Leiterplattenbaugruppe, insbesondere für eine elektrische Steuereinheit für ein Fahrzeug, umfassend eine Leiterplatte, wobei in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung der Leiterplatte ein elektrisch leitendes Einsatzelement eingesetzt und an der Leiterplatte arretiert ist, und wobei im Bereich einer an einer Rückseite der Leiterplatte hervorstehenden Stromschienenkontaktseite wenigstens eines Einsatzelementes eine Stromschiene mit dem Einsatzelement derart verbunden ist, dass die Stromschiene einen Abstand zur Leiterplatte aufweist. Vorzugsweise wird eine derartige Leiterplattenbaugruppe mit dem vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Um bei einfachem Aufbau vergleichsweise komplexe Anschlussgeometrien erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass eine erste Stromschiene mit wenigstens einem ersten Einsatzelement derart verbunden ist, dass eine mit wenigstens einem zweiten Einsatzelement verbundene zweite Stromschiene einen geringeren Abstand zur Leiterplatte aufweist als die erste Stromschiene, vorzugsweise zwischen der Leiterplatte und der ersten Stromschiene positioniert ist. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die zweite Stromschiene wenigstens eine von einem ersten Einsatzelement durchsetzte Einsatzelementendurchgriffsöffnung aufweist.
Eine stabile und hinsichtlich thermischer und elektrischer Leitfähigkeit vorteilhafte Art der Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass wenigstens eine Stromschiene mit wenigstens einem Einsatzelement materialschlüssig, vorzugsweise durch Verschweißung, verbunden ist.
An einer Bauelementenkontaktseite wenigstens eines Einsatzelementes kann ein Bauelement positioniert sein. Ferner kann an der Vorderseite der Leiterplatte wenigstens ein Bauelement positioniert sein. Somit können mit den an der Vorderseite bzw. der Bauelementenkontaktseite eines oder mehrerer Einsatzelemente vorgesehenen Bauelementen, also elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen, für den jeweils vorgesehenen Einsatzzweck aufgebaute elektrische bzw. elektronische Schaltungen bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrische Steuereinheit, vorzugsweise für ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäß aufgebaute Leiterplattenbaugruppe, vorzugsweise hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung einer Leiterplattenbaugruppe;
2 eine Rückansicht der Leiterplattenbaugruppe der 1 in Blickrichtung II in 1;
3 eine der 1 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausgestaltungsart einer Leiterplattenbaugruppe.
Die 1 zeigt in Schnittdarstellung eine Leiterplattenbaugruppe 10, wie sie beispielsweise in einer elektrischen Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, um auch große Ströme leiten bzw. schalten zu können. Die Leiterplattenbaugruppe 10 umfasst als zentralen Bestandteil eine Leiterplatte 12, die beispielsweise an einer Vorderseite 14 derselben mit einer Vielzahl von durch herkömmliche Verfahren darauf vorgesehenen Leiterbahnen ausgebildet sein kann. Die Leiterplatte 12 weist im dargestellten Beispiel für drei Einsatzelemente 16, 18, 20 jeweils eine erste Aufnahmeöffnung 22 auf. Die ersten Aufnahmeöffnungen 22 durchsetzen die Leiterplatte 12 vollständig, so dass die Einsatzelemente 16, 18, 20, wie anhand des Einsatzelementes 16 veranschaulicht, mit einer im Bereich einer Bauelementenkontaktseite 24 derselben vorgesehenen Bauelementenkontaktfläche 26 im Wesentlichen bündig mit einer an der Vorderseite 14 vorgesehenen Oberfläche 28 der Leiterplatte 12 liegen. An der Vorderseite 14 der Leiterplatte 12 bzw. der Bauelementenkontaktseite 24 der Einsatzelemente 16, 18, 20 sind die zum Aufbau einer elektrischen Schaltung vorgesehenen elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente 30 bzw. 32 vorgesehen. Dabei können die in Zuordnung zu den Einsatzelementen 16, 18, 20 vorgesehenen bzw. an deren jeweiliger Bauelementenkontaktfläche 26 positionierten Bauelemente 32 beispielsweise zum Schalten bzw. Leiten hoher Ströme vorgesehenen Leistungs-Bauelemente sein.
An einer Rückseite 34 der Leiterplatte 12 erstrecken sich die Einsatzelemente 16, 18, 20 über die Leiterplatte 12 hinaus, so dass eine jeweilige Stromschienenkontaktseite 36, in 1 wiederum veranschaulicht anhand des Einsatzelementes 16, in Abstand zur Leiterplatte 12 bzw. deren Rückseite 34 liegt.
Man erkennt in 1, dass die beiden Einsatzelemente 18, 20, welche im Sinne der vorliegenden Erfindung jeweils ein erstes Einsatzelement bereitstellen, sich weiter über die Rückseite der Leiterplatte 34 hinaus erstrecken, als das im Sinne der vorliegenden Erfindung ein zweites Einsatzelement bereitstellende Einsatzelement 16. Insbesondere können die beiden ersten Einsatzelemente 18, 20 zueinander baugleich sein und somit eine gleiche Erstreckungslänge über die Rückseite 34 der Leiterplatte 12 hinaus aufweisen.
In Zuordnung zu diesen beiden größeren bzw. längeren ersten Einsatzelementen 18, 20 ist eine erste Stromschiene 38 vorgesehen. Diese kann, wie in 2 gezeigt, eine im Wesentlichen T-förmige Gestalt aufweisen, so dass sie die beiden ersten Ersatzelemente 18, 20 an ihrer Stromschienenkontaktseite überdeckt bzw. mit einer Flachseite 40 derselben an einer jeweiligen Stromschienenkontaktfläche 42 der ersten Einsatzelemente 18, 20 flächig anliegt. Dort, wo die erste Stromschiene 38 an der Stromschienenkontaktseite 36 an der jeweiligen Stromschienenkontaktfläche 42 der Einsatzelemente 18, 20 anliegt, kann diese durch eine Verschweißung 54, vorzugsweise Laserverschweißung, durch die erste Stromschiene 38 hindurch flächig mit den Einsatzelementen 18, 20 verbunden sein.
In Zuordnung zu dem kürzer gestalteten bzw. sich weniger weit über die Rückseite 34 der Leiterplatte 12 hinaus erstreckenden zweiten Einsatzelement 36 ist eine zweite Stromschiene 44 vorgesehen. Die zweite Stromschiene 44 ist im dargestellten Beispiel so aufgebaut, dass sie zur Verbindung mit einem dieser zugeordneten zweiten Einsatzelement 36 eine dieses aufnehmende zweite Aufnahmeöffnung 46 aufweist. Diese kann so dimensioniert sein, dass sie das zweite Einsatzelement 36 mit geringem Bewegungsspiel aufnimmt. Vorzugsweise ist die zweite Stromschiene 44 so bezüglich des zweiten Einsatzelementes 16 positioniert, dass eine an der Stromschienenkontaktseite 36 des zweiten Einsatzelementes 16 vorgesehene und von der Leiterplatte 12 abgewandte Stirnfläche 48 des zweiten Einsatzelementes 16 im Wesentlichen bündig mit einer von der Leiterplatte 12 abgewandten Oberfläche 50 der zweiten Stromschiene 44 positioniert ist.
Auch die zweite Stromschiene 44 ist mit dem dieser zugeordneten zweiten Einsatzelement 16 durch Verschweißung materialschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist eine über den gesamten Umfang des zweiten Einsatzelementes 16 umlaufende Verschweißung 52, also beispielsweise Schweißnaht, gebildet. Auch eine Mehrzahl von diskreten und ggf. mit Abstand aufeinander folgenden Schweißpunkten kann hier zur Bereitstellung der materialschlüssigen Verbindung vorgesehen werden.
Man erkennt in 1, dass die beiden Stromschienen 38, 44 aufgrund der unterschiedlichen Dimensionierung der mit diesen verbundenen Einsatzelemente 18, 20 bzw. 16 in unterschiedlichem Abstand zur Leiterplatte 12 bzw. zu deren Rückseite 34 positioniert sind. Die erste Stromschiene 38 weist einen größeren Abstand A1 zur Leiterplatte 12 auf, während die zweite Stromschiene 44 einen kleineren Abstand A2 zur Leiterplatte 12 aufweist. Es sei darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung der Abstand jeweils durch die lichte Weite zwischen den jeweils angesprochenen Bauteilen repräsentiert ist.
Die 1 zeigt weiter, dass aufgrund dieser unterschiedlich dimensionierten Abstände A1 und A2 die zweite Stromschiene 44, bezogen auf eine Richtung im Wesentlichen orthogonal zur Leiterplatte 12, vollständig zwischen der Leiterplatte 12 und der ersten Stromschiene 38 positioniert ist. Dies gestattet es, die beiden Stromschienen 38, 44 im Wesentlichen ohne gegenseitige Interaktion bzw. Störung beliebig entlang der Rückseite 34 der Leiterplatte 12 zu führen. Dies kann jedoch zu einer Situation führen, in der die mit geringerem Abstand A2 entlang der Rückseite 34 der Leiterplatte 12 geführte zweite Stromschiene 44 sich in einem Bereich erstreckt, in welchem ein mit der ersten Stromschiene 38 zusammenwirkendes bzw. verbundenes erstes Einsatzelement 18 positioniert ist. Um hier ein gegenseitiges Stören, insbesondere auch einen elektrischen Kontakt zu vermeiden, ist in einem derartigen Bereich in der zweiten Stromschiene 44 eine Einsatzelementendurchgriffsöffnung 52 vorgesehen, welche so positioniert bzw. dimensioniert ist, dass das diese durchsetzende erste Einsatzelement 18 nicht in Kontakt mit der zweiten Stromschiene 44 kommt und somit von dieser elektrisch isoliert ist.
Bei einem Verfahren zum Aufbau einer derartigen Leiterplattenbaugruppe 10, also einem Verfahren zum Bestücken der Leiterplatte 12, wird so vorgegangen, dass zunächst die Leiterplatte 12 mit den zur Aufnahme der Einsatzelemente 16, 18, 20 erforderlichen ersten Aufnahmeöffnungen 22 versehen wird und mit den zum Bereitstellen der elektrischen Schaltung erforderlichen Leiterbahnen versehen wird, insbesondere an der Vorderseite 14 derselben. Daraufhin können die Einsatzelemente 16, 18, 20 in die dafür vorgesehenen ersten Aufnahmeöffnungen 22 eingesetzt werden. Eine feste Verbindung bzw. Arretierung der Einsatzelemente 16, 18, 20 bezüglich der Leiterplatte 12 wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Einsatzelemente 16, 18, 20 in die diese aufnehmenden ersten Aufnahmeöffnungen 22 eingepresst und somit durch Presspassung darin gehalten werden. Dies kann beispielsweise durch Stauchen des Aufbaumaterials der Einsatzelemente 16, 18, 20 oder durch Bereitstellen von Einpressnasen oder Einpressvorsprüngen an den Einpresselementen 16, 18, 20 realisiert werden. Dabei kann beim Einsetzen bzw. Einpressen der Einsatzelemente 16, 18, 20 durch einen an der Vorderseite 14 der Leiterplatte 12 positionierten Gegenhalter dafür gesorgt werden, dass die jeweiligen Bauelementenkontaktflächen 26 der Einsatzelemente 16, 18, 20 im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche 28 an der Vorderseite 14 der Leiterplatte 12 liegen.
Bei an der Leiterplatte 12 bereits arretierten Einsatzelementen 16, 18, 20 werden nachfolgend diese mit den jeweils zugeordneten Stromschienen 38 bzw. 44 verbunden. Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Aufbau muss dabei zunächst die zweite Stromschiene 44 mit dem zugeordneten zweiten Einsatzelement 16 verbunden werden. Insbesondere wird dabei die zweite Stromschiene 44 so in Richtung auf die Rückseite 34 der Leiterplatte 12 zu bewegt, dass das zweite Einsatzelement 16 in die diesem zugeordnete zweite Aufnahmeöffnung 46 eintritt und das erste Einsatzelement 18 durch die zugeordnete Einsatzelementendurchgriffsöffnung 52 hindurchtritt. Die zweite Stromschien 44 wird dabei so bezüglich des zweiten Einsatzelementes 16 bzw. auch der Leiterplatte 12 positioniert, dass einerseits der für die zweite Stromschiene 44 vorgesehene Abstand A₂ zur Leiterpatte 12 eingehalten ist und andererseits die Stirnseite 48 an der Stromschienenkontaktseite 36 des zweiten Einsatzelementes 16 im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche 50 der zweiten Stromschiene 44 liegt. Hier können beispielsweise die zweite Stromschiene 44 in definierter Positionierung haltende Montageelemente eingesetzt werden.
Daraufhin wird die zweite Stromschiene 44 durch Verschweißung, im dargestellten Beispiel durch Bilden der ringartigen Verschweißung 52, mit dem zweiten Einsatzelement 46 fest verbunden.
Nachfolgend kann dann die erste Stromschiene 38 in der dafür vorgesehenen Positionierung in Anlage an den Stromschienenkontaktflächen 42 der ersten Einsatzelemente 18, 20 positioniert werden und durch die bereits angesprochene Verschweißung 54, welche auch mehrere Schweißpunkte bzw. Schweißbereiche verteilt über den gegenseitigen Kontaktbereich umfassen kann, durch die erste Stromschiene 38 hindurch mit den ersten Einsatzelementen 18, 20 fest verbunden werden.
Bevor oder/und nachdem die mit der Leiterplatte 12 bereits fest verbundenen Einsatzelemente 16, 18, 20 mit den Stromschienen 38, 40 verbunden worden sind, werden an der Vorderseite 14 der Leiterplatte 12 die Bauelemente 30, 32 vorgesehen. Dabei können die Bauelemente 30, 32 vorzugsweise durch Materialschluss, z.B. Verlötung, an die Leiterplatte 12 bzw. im Falle der Bauelemente 32 alternativ oder zusätzlich an die jeweilige Bauelementenkontaktfläche 26 der Einsatzelemente 16, 18, 20 elektrisch leitend angebunden werden. Vorteilhafterweise kann hier zum Bereitstellen eines guten elektrischen und thermischen Kontaktes eine im Wesentlichen flächige Lötverbindung 56 zwischen den Bauelementen 32 und den zugeordneten Einsatzelementen 16, 18, 20 bzw. auch der Leiterplatte 12 hergestellt werden.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass, sofern erforderlich und vorteilhaft, bereits auch vor dem Anbringen der Einsatzelemente 16, 18, 20 oder/und vor dem Verbinden der Einsatzelemente 16, 18, 20 mit den Stromschienen 38, 44 Bauelemente an der Leiterplatte 12 vorgesehen werden können, beispielsweise derartige Bauelemente, welche nicht in körperliche Wechselwirkung mit den Einsatzelementen 16, 18, 20 treten.
Mit der vorangehend beschriebenen Vorgehensweise beim Aufbau einer Leiterplattenbaugruppe bzw. der so hergestellten Leiterplattenbaugruppe wird es möglich, Stromschienen mit vergleichsweise komplexer Geometrie einander überdeckend, jedoch sich nicht elektrisch leitend berührend an der Rückseite einer Leiterplatte vorzusehen und mit zugeordneten Einsatzelementen zu verbinden. Da die Stromschienen in Abstand zur Leiterplatte positioniert sind, besteht im Wesentlichen keine thermische Wechselwirkung zwischen diesen und der Leiterplatte, so dass bei Erwärmung der Einsatzelemente bzw. der Stromschienen im Betrieb ein Wärmeeintrag aus den Stromschienen in die Leiterplatte weitestgehend vermieden wird, andererseits ein besserer Wärmeaustrag aus den Stromschienen in die Umgebungsluft ermöglicht wird. Das Vorsehen von Kühlelementen an der von der Leiterplatte abgewandten Seite einer oder mehrerer Stromschienen ist dabei nicht mehr erforderlich. Die Beabstandung der Stromschienen zur Rückseite der Leiterplatte ermöglicht es, die Leiterplatte auch an ihrer Rückseite mit Leiterbahnen ggf. auch Bauelementen zu versehen, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass diese durch direkten Kontakt mit den Stromschienen in ihrer Funktion beeinträchtigt oder beschädigt werden.
Da die Einsatzelemente von den Stromschienen getrennt ausgebildet sind, wird es möglich, in Zuordnung zu einer jeweils aufzubauenden elektrischen Schaltung auch verschiedenst geschaltete Geometrien für die Einsatzelemente zu verwenden, Bei Verbindung der Einsatzelemente mit der Leiterplatte derart, wie mit Bezug auf die Einsatzelemente 18, 20 gezeigt, können unterschiedliche Geometrien der Einsatzelemente ohne bauliche Änderung an einer damit zu verbindenden Stromschiene realisiert werden. Da die Einsatzelemente von den Stromschienen zunächst losgelöst als separate Bauteile bereitgestellt werden, können auch sehr klein dimensionierte und durch Umformen einer Stromschiene nicht mehr realisierbare Einsatzelemente verwendet werden.
Das voneinander getrennte Bereitstellen der Einsatzelemente einerseits und der Stromschienen andererseits ermöglicht ferner die Kompensation von beispielsweise bei Einbringung der ersten Aufnahmeöffnungen in die Leiterplatte auftretenden Fertigungsungenauigkeiten. Diese können durch entsprechende Variabilität in der Lage der Stromschienen bezüglich der an der Leiterplatte bereits festgelegten Einsatzelemente ausgeglichen werden, so dass die Stromschienen selbst mit den daran vorgesehenen, in den Figuren nicht dargestellten Anschlussbereichen mit hoher Positionspräzision an weitere Systembereiche einer elektrischen Steuereinheit bzw. eines diese aufweisenden Steuergeräts angeschlossen werden können.
Insbesondere dann, wenn bei einem derartigen Aufbau die Stromschienen erst nach dem Anbringen der Bauelemente an den Einsatzelementen festgelegt werden, können die Stromschienen erforderlichenfalls auch mit derartiger Geometrie bereitgestellt werden, dass sie sich, die Leiterplatte bereichsweise umgebend, an der Vorderseite derselben über diese hinaus erstrecken. Da die Bauelemente bereits vor dem Anbringen der Stromschienen an der Leiterplatte vorgesehen werden können, kann der Arbeitsprozess zum Anbringen der Bauelemente unbeeinträchtigt von im fertigen Zustand dann über die Vorderseite der Leiterplatte sich hinaus erstreckenden Stromschienen durchgeführt werden.
Das von den Einsatzelementen losgelöste Bereitstellen der Stromschienen trägt ferner dazu bei, beim Einsetzen und beispielsweise Einpressen der Einsatzelemente in die zugeordneten Aufnahmeöffnungen der Leiterplatte das Risiko einer Beschädigung der Leiterplatte zu mindern, da Toleranzverkettungen vermieden werden.
Es sei weiter darauf hingewiesen, dass selbstverständlich mehr als zwei Stromschienen in mehr als zwei verschiedenen Ebenen bzw. Abständen bezüglich der Leiterplatte positioniert werden können. Selbstverständlich hängt auch die Anzahl der in Zuordnung zu einer jeweiligen Stromschiene vorzusehenden Eisatzelemente vom Aufbau einer jeweiligen zu realisierenden elektrischen Schaltung ab. Auch die verschiedenen in 1 dargestellten Arten der Verbindung einer jeweiligen Stromschiene mit einem Einsatzelement kann variiert werden. So könnte beispielsweise ein- und dieselbe Stromschiene mit verschiedenen Einsatzelementen in verschiedener Weise verbunden werden, oder es könnte beispielsweise auch die zweite Stromschiene 44 an der Stirnfläche 48 bzw. Stromschienenkontaktfläche des zweiten Einsatzelements 16 anliegend positioniert und damit verbunden werden. Ferner ist darauf hinzuwiesen, dass die erfindungsgemäßen Aufbauprinzipien auch kombiniert werden können mit aus dem Stand der Technik bekannten Aufbauprinzipien. Es könnten also beispielsweise auch zusätzlich eine oder mehrere Stromschienen vorgesehen werden, bei welchen beispielsweise die Einsatzelemente mit der Stromschiene integral ausgestaltet sind oder/und die Stromschiene unmittelbar an der Rückseite der Leiterplatte anliegend positioniert wird oder/und an einer Stromschiene ein Kühlelement zur verstärkten Wärmeabfuhr vorgesehen wird.
Eine weitere erfindungsgemäße Variation ist in 3 dargestellt. Man erkennt insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatzelement 16, dass die mit diesem zusammenwirkende Stromschiene 44 nicht mit ihrer Flachseite 58, sondern mit ihrer Schmalseite 60 an der Stirnfläche 48 bzw. Stromschienenkontaktfläche des Einsatzelementes 16 anliegend positioniert ist. Die feste bzw. materialschlüssige Verbindung zwischen der Stromschiene 44 und dem Einsatzelement 16 wird vorzugsweise wieder durch Verschweißung, insbesondere durch Bilden einer Kehlverschweißung 62, vorzugsweise an beiden Seiten der Stromschiene 44 erreicht. Auch hier erstreckt dort, wo die Stromschiene 44 sich nicht mit dem Einsatzelement 16 überlappt, die Stromschiene 44 sich in Abstand zur Leiterplatte 12.
In dem in 3 dargestellten Beispiel überkreuzen sich die beiden Stromschienen 44 und 38 nicht. Auch dies könnte realisiert werden, nämlich dadurch, dass dort, wo die grundsätzlich mit größerem Abstand zur Leiterplatte 12 positionierte Stromschiene 48 sich mit der Stromschiene 44 kreuzt, die Stromschiene 44 eine Stromschienendurchgriffsöffnung für die Stromschiene 38 aufweist, oder dass grundsätzlich die Stromschiene 44 mit größerem Abstand zur Leiterplatte 12 angeordnet wird, als die Stromschiene 38, so dass die Stromschiene 38 sich zwischen der Stromschiene 44 und der Leiterplatte 12 hindurch erstrecken könnte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2043412 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte, insbesondere für eine elektrische Steuereinheit für ein Fahrzeug, umfassend die Maßnahmen: a) Bereitstellen einer Leiterplatte (12) mit wenigstens einer ersten Aufnahmeöffnung (22) zur Aufnahme eines elektrisch leitenden Einsatzelementes (16, 18, 20), b) in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung (22), Einsetzen und Arretieren eines elektrisch leitenden Einsatzelementes (16, 18, 20) derart, dass eine Bauelementenkontaktseite (24) des Einsatzelementes (16, 18, 20) im Bereich einer Vorderseite (14) der Leiterplatte (12) positioniert ist und eine Stromschienenkontaktseite (36) über eine Rückseite (34) der Leiterplatte (12) hervorsteht, c) nach Durchführung der Maßnahme b), Verbinden wenigstens einer Stromschiene (38, 44) mit wenigstens einem bei der Maßnahme b) in eine erste Aufnahmeöffnung (22) eingesetzten Einsatzelement (16, 18, 20) derart, dass die Stromschiene einen Abstand (A1, A2) zur Leiterplatte (12) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme c) wenigstens ein Einsatzelement (16, 18, 20) mit einer im Bereich seiner Stromschienenkontaktseite (36) vorgesehenen Stromschienenkontaktfläche (42, 48) an einer Stromschiene (38) anliegend positioniert und mit der Stromschiene (38, 44) materialschlüssig, vorzugsweise durch Verschweißung (54, 62), verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einsatzelement (18, 20) durch Hindurchschweißen durch eine Stromschiene (38) mit der Stromschiene (38) verbunden wird, oder/und dass wenigstens ein Einsatzelement (44) durch Kehlverschweißung (62) mit der Stromschiene (44) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme c) wenigstens eine Stromschiene (38, 44) mit einer Flachseite (40) derselben an wenigstens einem Einsatzelement (16, 18, 20) anliegend positioniert wird, oder/und dass bei der Maßnahme c) wenigstens eine Stromschiene (44) mit einer Schmalseite (60) derselben an wenigstens einem Einsatzelement (16) anliegend positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stromschiene (44) für wenigstens ein Einsatzelement (16) eine zweite Aufnahmeöffnung (46) aufweist, und dass bei der Maßnahme c) in wenigstens eine zweite Aufnahmeöffnung (46) ein Einsatzelement (16) eingesetzt und mit der Stromschiene (44) materialschlüssig, vorzugsweise durch Verschweißung (52), verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einsatzelement (16) derart in eine zweite Aufnahmeöffnung (46) eingesetzt wird, dass eine von der Leiterplatte (12) abgewandte Stirnfläche (48) im Bereich der Stromschienenkontaktseite (36) des Einsatzelements (16) im Wesentlichen bündig mit einer von der Leiterplatte (12) abgewandten Oberfläche (50) der Stromschiene (44) positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein in eine zweite Aufnahmeöffnung (46) eingesetztes Einsatzelement (16) mit der Stromschiene (44) durch eine vorzugsweise über den gesamten Umfang des Einsatzelementes (16) umlaufende Verschweißung (52) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme c) eine erste Stromschiene (38) mit wenigstens einem ersten Einsatzelement (18, 20) derart verbunden wird, dass sie einen größeren Abstand (A1) zur Leiterplatte (12) aufweist, als eine bei der Maßnahme c) mit wenigstens einem zweiten Einsatzelement (16) verbundene zweite Stromschiene (44).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromschiene (44) zwischen der ersten Stromschiene (38) und der Leiterplatte (12) positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme b) in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung (22) wenigstens ein erstes Einsatzelement (18, 20) eingesetzt wird und in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung (22) wenigstens ein zweites Einsatzelement (16) eingesetzt wird, wobei die Stromschienenkontaktseite (36) des wenigstens einen ersten Einsatzelementes (18, 20) einen größeren Abstand zur Leiterplatte (12) aufweist, als die Stromschienenkontaktseite (36) des wenigstens einen zweiten Einsatzelementes (16).
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromschiene (44) wenigstens eine Einsatzelementendurchgriffsöffnung (52) aufweist, und dass bei der Maßnahme c) die zweite Stromschiene (44) derart mit wenigstens einem zweiten Einsatzelement (16) verbunden wird, dass durch wenigstens eine Einsatzelementendurchgriffsöffnung (52) sich ein erstes Einsatzelement (18) hindurch erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme b) wenigstens ein, vorzugsweise jedes Einsatzelement (16, 18, 20) in einer ersten Aufnahmeöffnung (22) durch Einpressen arretiert wird, oder/und dass bei der Maßnahme b) in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung (22) ein Einsatzelement (16, 18, 20) derart eingesetzt wird, dass eine an der Bauelementenkontaktseite (24) des Einsatzelementes (16, 18, 20) vorgesehene Bauelementenkontaktfläche (26) im Wesentlichen bündig mit einer an der Vorderseite (14) der Leiterplatte (12) vorgesehenen Oberfläche (28) der Leiterplatte positioniert ist, oder/und dass nach Durchführung der Maßnahme b), vor oder/und nach Durchführung der Maßnahme c), wenigstens ein Bauelement (32) an der Bauelementenkontaktseite (24) wenigstens eines Einsatzelementes (16, 18, 20) positioniert wird oder/und wenigstens ein Bauelement (30) an der Vorderseite (14) der Leiterplatte (12) positioniert wird.
Leiterplattenbaugruppe, insbesondere für eine elektrische Steuereinheit für ein Fahrzeug, umfassend eine Leiterplatte (12), wobei in wenigstens eine erste Aufnahmeöffnung (22) der Leiterplatte (12) ein elektrisch leitendes Einsatzelement (16, 18, 20) eingesetzt und an der Leiterplatte (12) arretiert ist, und wobei im Bereich einer an einer Rückseite (34) der Leiterplatte (12) hervorstehenden Stromschienenkontaktseite (36) wenigstens eines Einsatzelementes (16, 18, 20) eine Stromschiene (38, 44) mit dem Einsatzelement (16, 18, 20) derart verbunden ist, dass die Stromschiene (38, 44) einen Abstand zur Leiterplatte (12) aufweist.
Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Stromschiene (38) mit wenigstens einem ersten Einsatzelement (18, 20) derart verbunden ist, dass eine mit wenigstens einem zweiten Einsatzelement (16) verbundene zweite Stromschiene (44) einen geringeren Abstand (A2) zur Leiterplatte (12) aufweist als die erste Stromschiene (44), vorzugsweise zwischen der Leiterplatte (12) und der ersten Stromschiene (38) positioniert ist.
Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromschiene (44) wenigstens eine von einem ersten Einsatzelement (18) durchsetzte Einsatzelementendurchgriffsöffnung (52) aufweist.
Leiterplattenbaugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stromschiene (38, 44) mit wenigstens einem Einsatzelement (16, 18, 20) materialschlüssig, vorzugsweise durch Verschweißung (52, 54, 62), verbunden ist.
Leiterplattenbaugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Bauelementenkontaktseite (24) wenigstens eines Einsatzelementes (16, 18, 20) ein Bauelement (32) positioniert, oder/und dass an einer Vorderseite (14) der Leiterplatte (12) wenigstens ein Bauelement (30) positioniert ist.
Elektrische Steuereinheit, vorzugsweise für ein Fahrzeug, umfassend eine Leiterplattenbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, vorzugsweise hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.