DE102016219423A1

DE102016219423A1 - Anordnung

Info

Publication number: DE102016219423A1
Application number: DE102016219423.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Braun; Sven Issing; Steffen Meier; Frank Fischer; Stefan Schlatter; Johannes Hirschle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12
Also published as: WO2018065268A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Moldkörper, einem Abstandshalter und einer Leiterplatte, wobei wenigstens eine elektrische Verbindung den Moldkörper mit einer Leiterbahn der Leiterplatte verbindet, wobei der Abstandshalter mit dem Moldkörper verbunden und auf einer zur Leiterplatte zugewandten Seite angeordnet ist, wobei der Abstandshalter versetzt zu der elektrischen Verbindung angeordnet ist, wobei der Abstandshalter einen vordefinierten Abstand zwischen einer Unterseite des Moldkörpers und der Leiterplatte festlegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1.
Stand der Technik
Aus der US 7,138,583 B2 ist eine Anordnung mit einer gedruckten Schaltung bekannt, wobei die gedruckte Schaltung einen ersten elektrischen Kontakt aufweist, wobei der erste elektrische Kontakt eine Kontaktfläche umfasst.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anordnung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels einer Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wurde erkannt, dass eine verbesserte Anordnung dadurch bereitgestellt werden kann, dass die Anordnung einen Moldkörper, einen Abstandshalter und eine Leiterplatte umfasst, wobei wenigstens eine elektrische Verbindung den Moldkörper mit einer Leiterbahn der Leiterplatte verbindet, wobei der Abstandshalter mit dem Moldkörper verbunden und auf einer zur Leiterplatte zugewandten Seite angeordnet ist, wobei der Abstandshalter versetzt zu der elektrischen Verbindung angeordnet ist, wobei der Abstandshalter einen vordefinierten Abstand zwischen einer Unterseite des Moldkörpers und der Leiterplatte festlegt.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Verkippung des Moldkörpers relativ zur Leiterplatte verhindert werden kann, sodass der Abstand zwischen dem Moldkörper und der Leiterplatte vordefiniert festgelegt ist. Ferner wird eine Beeinträchtigung der elektrischen Verbindung durch den Abstandshalter zuverlässig vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Abstandshalter ein erstes Abstandselement auf. Das erste Abstandselement ist mit einem festen Ende mit dem Moldkörper verbunden. Die Leiterplatte weist ein Auflageelement auf. Das Auflageelement weist einen elektrisch leitenden Werkstoff auf. Ein freies Ende des ersten Abstandselements ist dem Auflageelement zugewandt und liegt vorzugsweise abschnittsweise auf dem Auflageelement auf. Vorzugsweise ist das Auflageelement potentialfrei.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Auflageelement versetzt zu einem Kontaktelement der Leiterplatte angeordnet. Die elektrische Verbindung ist zwischen dem Moldkörper und dem Kontaktelement ausgebildet. Das Kontaktelement ist elektrisch isoliert zu dem Auflageelement.
In einer weiteren Ausführungsform weist das das Auflageelement eine erste Auflagefläche und das Kontaktelement eine Kontaktfläche auf. Das Auflageelement und die Kontaktfläche sind in einer gemeinsamen ersten Ebene angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Abstandshalter ein zweites Abstandselement. Das zweite Abstandselement ist mit einem festen Ende mit Moldkörper verbunden. Das erste Abstandselement und das zweite Abstandselement sind auf einer gemeinsamen Seite des Moldkörpers angeordnet. Das erste Abstandselement weist an einem freien Ende eine erste Stirnfläche und das zweite Abstandselement an einem freien Ende eine zweite Stirnfläche auf. Die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche sind in einer gemeinsamen zweiten Ebene angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform sind das erste Abstandselement und das zweite Abstandselement parallel ausgerichtet.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Moldkörper eine Seitenfläche auf, wobei die Seitenfläche und die Unterseite an einer Kante aneinander angrenzen, wobei der erste Abstandshalter angrenzend an die Kante angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Leiterplatte eine Wärmesenke auf, wobei der Moldkörper und die Wärmesenke mittels einer thermischen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei der erste Abstandshalter zwischen der elektrischen Verbindung und der thermischen Verbindung angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Anordnung einen weiteren Abstandshalter und ein Gehäuse auf, wobei der weitere Abstandshalter zwischen dem Gehäuse und einer weiteren Seitenfläche des Moldkörpers angeordnet ist. Der weitere Abstandshalter legt einen weiteren vordefinierten Abstand zwischen dem Moldkörper und dem Gehäuse fest.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse eine weitere Wärmesenke auf, wobei der Moldkörper mittels einer weiteren thermischen Verbindung thermisch mit der weiteren Wärmesenke verbunden ist, wobei die weitere thermische Verbindung ein Wärmeleitmittel umfasst, wobei der zweite Abstandshalter in dem Wärmeleitmittel eingebettet ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist der weitere Abstandshalter ein drittes Abstandselement auf, wobei das dritte Abstandselement mit einem festen Ende mit dem Moldkörper verbunden ist, wobei an einem freien Ende des dritten Abstandselements das dritte Abstandselement eine dritte Stirnfläche aufweist, wobei die dritte Stirnfläche an dem Gehäuse anliegt.
In einer weiteren Ausführungsform sind das dritte Abstandselement und das erste Abstandselement in einer gemeinsamen vierten Ebene angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform weist der weitere Abstandshalter ein viertes Abstandselement auf, wobei das vierte Abstandselement mit einem festen Ende mit dem Moldkörper verbunden ist, wobei an einem freien Ende des vierten Abstandselements das vierte Abstandselement eine vierte Stirnfläche aufweist, wobei die vierte Stirnfläche und die dritte Stirnfläche in einer gemeinsamen fünften Ebene angeordnet sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Schnittansicht durch die in 1 gezeigte Anordnung nach einem ersten Montageschritt;
3 eine Schnittansicht durch die in 1 gezeigte Anordnung nach einem zweiten Montageschritt;
4 eine Schnittansicht durch eine Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 eine Schnittansicht durch die in 4 gezeigte Anordnung während der Herstellung der Anordnung;
6 eine Unteransicht auf einen Moldkörper der in den 4 und 5 gezeigten Anordnung;
7 eine Seitenansicht auf den in 6 gezeigten Moldkörper;
8 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte der in den 4 bis 7 gezeigten Anordnung;
9 eine Schnittansicht entlang einer in 8 gezeigten Schnittebene A-A durch die in 8 gezeigte Leiterplatte;
10 eine Unteransicht auf eine Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform;
11 eine Seitenansicht auf die in 10 gezeigte Anordnung;
12 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte der in den 10 und 11 gezeigten Anordnung;
13 eine Unteransicht auf eine Anordnung gemäß einer vierten Ausführungsform;
14 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte der in 13 gezeigten Anordnung;
15 eine Schnittansicht entlang einer in 14 gezeigten Schnittebene B-B durch die in 14 gezeigte Leiterplatte;
16 eine Draufsicht auf eine Anordnung gemäß einer fünften Ausführungsform.
In den folgenden Figuren wird auf ein Koordinatensystem 5 Bezug genommen. Das Koordinatensystem 5 ist beispielhaft als Rechtssystem ausgebildet und weist eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse auf.
1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Anordnung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die Anordnung 10 weist einen Moldkörper 15, einen ersten Abstandshalter 20, eine Leiterplatte 25, ein Gehäuse 30 und zusätzlich zum ersten Abstandshalter 20 beispielhaft einen zweiten Abstandshalter 35 auf.
Das Gehäuse 30 weist eine für als „Slug up“ bezeichnete Bauteile geeignete Ausgestaltung auf. Das Gehäuse weist eine dem Moldkörper 15 gegenüberliegende Wärmesenke 40 auf.
Der Moldkörper 15 ist zwischen der Leiterplatte 25 und dem Gehäuse 30 angeordnet. Der Moldkörper 15 weist eine Unterseite 45 und eine Oberseite 50 auf. Die Oberseite 50 ist dem Gehäuse 30 zugewandt. Die Unterseite 45 ist der Leiterplatte 25 zugewandt. Ferner weist der Moldkörper 15 eine erste Seitenfläche 55 und eine zweite Seitenfläche 60 auf. Die erste Seitenfläche 55 ist gegenüberliegend zur zweiten Seitenfläche 60 angeordnet.
In dem Moldkörper 15 ist ein elektronisches Bauteil 80 eingebettet. Das elektronische Bauteil 80 ist elektrisch mit einem ersten Kontaktelement 85, das beispielhaft an der ersten Seitenfläche 55 angeordnet ist, elektrisch verbunden. Ferner kann das elektronische Bauteil 80 mit einem zweiten Kontaktelement 90, das beispielhaft an der zweiten Seitenfläche 60 angeordnet ist, elektrisch verbunden sein. Ferner kann die Anzahl der Kontaktelemente 85, 90 andersartig als in 1 gezeigt ausgebildet sein. Auch kann das erste Kontaktelement 85 und/oder das zweite Kontaktelement 90 auch an der Unterseite 45 angeordnet sein.
Die Leiterplatte 25 weist eine Trägermatrix 65, wenigstens eine erste Leiterbahn 70, vorzugsweise eine zweite Leiterbahn 75, ein drittes Kontaktelement 95 und vorzugsweise wenigstens ein viertes Kontaktelement 100 auf. Das dritte Kontaktelement 95 und das vierte Kontaktelement 100 sind an einer Oberseite 105 der Leiterplatte 25 angeordnet. Das dritte Kontaktelement 95 ist mit der ersten Leiterbahn 70 und das vierte Kontaktelement 100 ist mit der zweiten Leiterbahn 75 elektrisch verbunden. Die Leiterbahn 70, 75 kann dabei in der Trägermatrix 65 der Leiterplatte 25 eingebettet sein.
Das erste Kontaktelement 85 ist mittels einer ersten elektrischen Verbindung 110 mit dem dritten Kontaktelement 95 elektrisch verbunden. Das zweite Kontaktelement 90 ist mittels einer zweiten elektrischen Verbindung 115 mit dem vierten Kontaktelement 100 verbunden.
Die elektrische Verbindung 110, 115 kann beispielsweise als Bonddraht, Gullwin-Pin oder Lötverbindung ausgebildet sein. Die elektrische Verbindung 110, 115 verbindet ferner mechanisch den Moldkörper 15 mit der Leiterplatte 25.
Zusätzlich kann die Leiterplatte 25 ein erstes Auflageelement 120 und/oder ein zweites Auflageelement 125 aufweisen. Das Auflageelement 120, 125 ist mit der Trägermatrix 65 verbunden und potentialfrei ausgebildet. Dabei wird unter Potentialfreiheit verstanden, dass das Auflageelement 120, 125 keine Verbindung zu einer Leiterbahn 70, 75 der Leiterplatte 25 aufweist. Die Potentialfreiheit des Auflageelements 120, 125 wird dadurch erzielt, dass das Auflageelement 120, 125 in Längsrichtung (x-Richtung) versetzt zu dem dritten und/oder vierten Kontaktelement 95, 100 und/oder der Leiterbahn 70, 75 angeordnet ist.
Von besonderem Vorteil ist dabei, wenn das Auflageelement 120, 125 den gleichen Werkstoff aufweist wie das dritte und/oder vierte Kontaktelement 95, 100 und oder die erste und/oder zweite Leiterbahn 70, 75.
Von besonderem Vorteil ist ferner, wenn das dritte Kontaktelement 95 eine Kontaktfläche 130, das erste Auflageelement 120 eine erste Auflagefläche 135, das zweite Auflageelement 125 eine zweite Auflagefläche 140 und das vierte Kontaktelement 100 eine weitere Kontaktfläche 150 aufweist. Die Kontaktfläche 130, die weitere Kontaktfläche 150 sowie das erste und zweite Auflageelement 120, 125 sind dabei vorzugsweise in einer gemeinsamen ersten Ebene 155 angeordnet. Die erste Ebene 155 ist dabei als xy-Ebene ausgebildet und vorzugsweise parallel verlaufend zur Unterseite 45 angeordnet.
Der erste Abstandshalter 20 weist ein erstes Abstandselement 160 und vorzugsweise wenigstens ein zweites Abstandselement 165 auf. Das erste Abstandselement 160 ist versetzt zum zweiten Abstandselement 165 angeordnet. Das erste Abstandselement 160 ist mit einem festen Ende mit dem Moldkörper 15 verbunden. Dabei ist beispielhaft das erste Abstandselement 160 und das zweite Abstandselement 165 zwischen der Unterseite 45 und der Leiterplatte 25 angeordnet. Das erste Abstandselement 160 und das zweite Abstandselement 165 sind parallel zueinander ausgerichtet und erstrecken sich beispielhaft in der Ausführungsform in z-Richtung. Selbstverständlich können das erste Abstandselement 160 und das zweite Abstandselement 165 auch geneigt zueinander ausgerichtet sein. Auch ist eine andere Ausrichtung als in 1 zu der z-Achse gezeigt, denkbar.
An einem freien Ende weist das erste Abstandselement 160 eine erste Stirnfläche 170 auf. Die erste Stirnfläche 170 liegt an dem ersten Auflageelement 120 an. Das zweite Abstandselement 165 ist mit einem festen Ende mit dem Moldkörper 15 verbunden. An einem freien Ende weist das zweite Abstandselement 165 eine zweite Stirnfläche 175 auf, wobei mit der zweiten Stirnfläche 175 das zweite Abstandselement 165 an dem zweiten Auflageelement 125 anliegt.
Die erste Stirnfläche 170 und die zweite Stirnfläche 175 sind in einer gemeinsamen zweiten Ebene 180 angeordnet. Die zweite Ebene 180 kann dabei überlappend zur ersten Ebene 155 angeordnet sein, wenn die erste und zweite Stirnfläche 170, 175 einen Berührkontakt zum jeweils zugeordneten Auflageelement 120, 125 aufweist. Auch kann die zweite Ebene 180 versetzt zu der ersten Ebene 155 angeordnet sein, wenn die erste Stirnfläche 170 beabstandet zur ersten Auflagefläche 135 und die zweite Stirnfläche 175 beabstandet zur zweiten Auflagefläche 140 angeordnet sind.
Durch die Anordnung des ersten Abstandshalters 20 zwischen dem Moldkörper 15 und der Leiterplatte 25 kann ein vordefinierter erster Abstand d₁ exakt zwischen der Unterseite 45 des Moldkörpers 15 und der Leiterplatte 25 eingestellt werden. Insbesondere wird hierbei dadurch, dass die erste und zweite Stirnfläche 170, 175 des ersten und zweiten Abstandselements 160, 165 auf dem jeweils zugeordneten Auflageelement 120, 125 aufsitzen, eine Toleranzkette innerhalb der Anordnung 10 reduziert, sodass der erste Abstand d₁ besonders präzise festgelegt werden kann.
Das erste Abstandselement 160 und/oder das zweite Abstandselement 165 können dabei einstückig und materialeinheitlich mit dem Moldkörper 15 ausgebildet sein. Auch kann das erste Abstandselement 160 und/oder das zweite Abstandselement 165 einen unterschiedlichen Werkstoff zum Moldkörper 15 aufweisen und beispielsweise über eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Klebverbindung, mit der Unterseite 45 des Moldkörpers 15 verbunden sein.
Durch die Anordnung des ersten Abstandselements 160 und des zweiten Abstandselements 165 an einer gemeinsamen Unterseite 45 des Moldkörpers 15 wird eine Verkippung des Moldkörpers 15 gegenüber der Leiterplatte 25 zuverlässig in der Fertigung der Anordnung 10 vermieden. Dadurch kann eine parallele Ausrichtung des Moldkörpers 15 gegenüber der Leiterplatte 25 sichergestellt werden.
Die Wärmesenke 40 ist mittels einer thermischen Verbindung 220 mit dem Moldkörper 15 verbunden. Die thermische Verbindung 220 weist vorzugsweise beispielhaft ein Wärmeleitmittel 215 auf. Das Wärmeleitmittel 215 kann beispielsweise als Wärmeleitpaste ausgebildet sein. Auch kann die thermische Verbindung 220 andersartig ausgebildet sein. So ist auch beispielsweise denkbar, dass die thermische Verbindung 220 beispielsweise als Wärmerohr ausgebildet ist.
Der zweite Abstandshalter 35 weist ein drittes Abstandselement 185 und vorzugsweise wenigstens ein viertes Abstandselement 190 auf. Das dritte Abstandselement 185 ist mit einem festen Ende mit der Oberseite 50 des Moldkörpers 15 verbunden. An einem freien Ende weist das dritte Abstandselement 185 eine dritte Stirnfläche 195 auf. Das vierte Abstandselement 190 ist an einem festen Ende mit der Oberseite 50 des Moldkörpers 15 verbunden. An einem freien Ende weist das vierte Abstandselement 190 eine vierte Stirnfläche 200 auf.
Der zweite Abstandshalter 35 weist ein drittes Abstandselement 185 auf. Das dritte Abstandselement 185 ist mit einem festen Ende mit der Oberseite 50 des Moldkörpers 15 verbunden. Das dritte Abstandselement 185 weist an einem freien Ende eine dritte Stirnfläche 195 auf. Ferner weist der zweite Abstandshalter 35 ein viertes Abstandselement 190 auf. Das vierte Abstandselement 190 ist mit einem festen Ende mit der Oberseite 50 des Moldkörpers 15 verbunden. An einem freien Ende weist das vierte Abstandselement 190 eine vierte Stirnfläche 200 auf.
Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn die dritte Stirnfläche 195 und die vierte Stirnfläche 200 in einer gemeinsamen dritten Ebene 205 angeordnet sind. Ferner ist von besonderem Vorteil, wenn die dritten Ebene 205 parallel zur ersten Ebene 155 und/oder zur zweiten Ebene 180 ausgerichtet ist. In der Ausführungsform liegt beispielhaft die dritte Stirnfläche 195 und die vierte Stirnfläche 200 an einer Gehäusefläche 210 an, die an der Wärmesenke 40 angeordnet ist. Um eine zuverlässige Wärmeübertragung zwischen Moldkörper 15 und der Wärmesenke 40 sicherzustellen, ist der Moldkörper 15 thermisch mittels eines Wärmeleitmittels 215, welches beispielhaft in der Ausführungsform als Wärmeleitpaste ausgebildet ist, verbunden. Beispielhaft ist der zweite Abstandshalter 35 dabei vorzugsweise vollständig in dem Wärmeleitmittel 215 eingebettet. Dadurch kann eine zuverlässige thermische Verbindung 220 zwischen der Wärmesenke 40 und dem Moldkörper 15 sichergestellt werden.
Durch den zweiten Abstandshalter 35 kann ein vordefinierter zweiter Abstand d₂ zwischen der Oberseite 50 und der Gehäusefläche 210 besonders gut eingehalten werden. Dadurch kann die Anordnung 10 besonders präzise ausgerichtet werden. Insbesondere wird auch hierbei ein Verkippen beispielsweise des Gehäuses 30 gegenüber der Leiterplatte 25 und/oder ein Verkippen des Moldkörpers 15 gegenüber dem Gehäuse 30 und/oder der Leiterplatte 25 zuverlässig vermieden. Ferner wird eine zuverlässig Funktion der thermischen Verbindung 220 sichergestellt.
Beispielhaft sind ferner das dritte Abstandselement 185 und das vierte Abstandselement 190 parallel zueinander ausgerichtet. Ferner sind das dritte Abstandselement 185 und das erste Abstandselement 160 direkt übereinander, das heißt in einer gemeinsamen vierten Ebene 225, die in yz-Richtung verlaufend ausgebildet ist, angeordnet. Die vierte Ebene 225 ist senkrecht zur zweiten Ebene 180 angeordnet. Ferner ist das zweite Abstandselement 165 und das vierte Abstandselement 190 in einer gemeinsamen fünften Ebene 230 angeordnet. Die fünfte Ebene 230 ist beispielhaft in x-Richtung versetzt zur vierten Ebene 225 angeordnet.
Der Abstandshalter 20, 35 kann beispielsweise aus Metall und/oder Kunststoff gefertigt werden. Auch kann der Abstandshalter 20, 35 durch einen selektiven Abtragungsprozess, beispielsweise Präzisionsfräsen oder Ätzen, des Moldkörpers 15, bei dem der Abstandshalter 20, 35 erhalten bleibt, realisiert werden. Auch kann der Abstandshalter 20, 35 separat hergestellt werden und mit dem Moldkörper 15 verbunden, beispielsweise verklebt, werden.
2 zeigt eine Schnittansicht durch die in 1 gezeigte Anordnung 10 nach einem ersten Montageschritt.
Im ersten Montageschritt wird der Moldkörper 15 an der Leiterplatte 25 befestigt und die elektrische Verbindung 110, 115 hergestellt. Ferner wird der erste Abstandshalter 20 und der zweite Abstandshalter 35 am Moldkörper 15 befestigt oder am Moldkörper 15 hergestellt. Ferner wird das Wärmeleitmittel 215 auf die Gehäusefläche 210 des Gehäuses 30 aufgetragen. Zur Montage im zweiten Montageschritt wird der Moldkörper 15 zusammen mit der Leiterplatte 25 in umgekehrter Position montiert, sodass der Moldkörper 15 mit seiner in 1 gezeigten Oberseite 50 nach unten weist. Das Gehäuse 30 ist ebenso gedreht, sodass die Gehäusefläche 210 nach oben zeigt.
3 zeigt eine Schnittansicht durch die in 1 gezeigte Anordnung 10 während eines zweiten Montageschritts.
Im zweiten Montageschritt wird eine Montagekraft F_A auf die Leiterplatte 25 von oben nach unten wirkend eingebracht. Auf einer zum Moldkörper 15 abgewandten Seite wird das Gehäuse 30 abgestützt und eine Gegenkraft F_B zur Montagekraft F_A bereitgestellt. Die Montagekraft F_A und die Gegenkraft F_B werden zwischen der Leiterplatte 25 und dem Moldkörper 15 über den ersten Abstandshalter 20 und zwischen dem Moldkörper 15 und dem Gehäuse 30 über den zweiten Abstandshalter 35 übertragen. Dabei wird der zweite Abstandshalter 35 in das Wärmeleitmittel 215 eingepresst. Eine Kraftübertragung direkt von dem Gehäuse 30 über das Wärmeleitmittel 215 in den Moldkörper 15 wird vermieden, sodass ein Verkippen des Moldkörpers 15 gegenüber der Gehäusefläche 210 zuverlässig vermieden wird. Dadurch wird ein Spalt zwischen dem Moldkörper 15 und dem Wärmeleitmittel 215 vermieden, sodass eine zuverlässige thermische Abfuhr von Wärme aus dem Moldkörper 15 hin zur Wärmesenke 40 über die thermische Verbindung 220 sicher gewährleistet ist. Ferner können hohe Montagekräfte F_A von größer 100 N über den Abstandshalter 20, 35 übertragen werden, sodass zuverlässig der Moldkörper 15 zwischen der Leiterplatte 25 und dem Gehäuse 30 verpresst ist. Ferner wird eine Kraftübertragung über die elektrische Verbindung 110, 115 zuverlässig vermieden.
Zusammengefasst wird durch den Abstandshalter 20, 35 eine Beschädigung anderer Komponenten der Anordnung 10 vermieden.
4 zeigt eine Schnittansicht durch eine Anordnung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Die Anordnung 10 ist ähnlich zu der in 1 gezeigten Anordnung 10 ausgebildet. Abweichend dazu wird auf das in den 1 bis 3 gezeigte Gehäuse 30 und den zweiten Abstandshalter 35 verzichtet. Abweichend dazu weist die Leiterplatte 25 eine weitere Wärmesenke 235 auf. Die weitere Wärmesenke 235 ist dabei bezogen auf den Moldkörper 15 im Wesentlichen mittig zum Moldkörper 15 angeordnet. Die weitere Wärmesenke 235 ist mittels einer weiteren thermischen Verbindung 240 mit dem Moldkörper 15 verbunden. Die weitere thermische Verbindung 240 weist das Wärmeleitmittel 215 auf. Das Wärmeleitmittel 215 umfasst in der Ausführungsform beispielhaft ein Lot, so dass die weitere thermische Verbindung 240 als Lötverbindung ausgebildet ist. Alternativ kann das Wärmeleitmittel 215 auch die Wärmeleitpaste umfassen.
Das erste Abstandselement 160 ist zwischen der weiteren thermischen Verbindung 240 und der ersten elektrischen Verbindung 110 angeordnet. Das zweite Abstandselement 165 ist zwischen der zweiten elektrischen Verbindung 115 und der weiteren thermischen Verbindung 240 angeordnet.
In der Ausführungsform ist die elektrische Verbindung 110, 115 drahtlos durch ein Lot zwischen dem ersten Kontaktelement 85 und dem dritten Kontaktelement 95 sowie die zweite elektrische Verbindung 115 drahtlos durch ein Lot zwischen dem zweiten Kontaktelement 90 und dem vierten Kontaktelement 100 ausgebildet.
Durch das Vorsehen des ersten Abstandshalters 20 wird gegenüber der herkömmlichen Ausgestaltung der Anordnung 10 der erste Abstand d₁ zwischen der Unterseite 45 des Moldkörpers 15 und der Leiterplatte 25 vergrößert.
Um die Lötverbindung besonders gut ausbilden zu können, ist ferner das erste Kontaktelement 85 und das zweite Kontaktelement 90 jeweils an der Unterseite 45 des Moldkörpers 15 angeordnet. Durch den vergrößerten ersten Abstand d₁ der Unterseite 45 gegenüber der Leiterplatte 25 ist die elektrische Verbindung 110, 115 in z-Richtung verlängert ausgebildet, sodass in einem Reflow-Lötverfahren das Lot eine besonders große Strecke zwischen dem ersten Kontaktelement 85 und dem zweiten Kontaktelement 90 sowie zwischen dem zweiten Kontaktelement 90 und dem vierten Kontaktelement 100 zu überbrücken hat. Dadurch kann bei einer Nachkontrolle der Anordnung 10 besonders einfach mittels optischer Kontrolle, insbesondere mit einer optischen Bilderfassung, die elektrische Verbindung 110, 115 überprüft werden.
5 zeigt eine Schnittansicht durch die in 4 gezeigte Anordnung 10 während der Herstellung der Anordnung 10. Durch den ersten Abstandshalter 20 wird ein Verkippen des Moldkörpers 15, in 5 strichliert symbolisch gezeigt, beispielsweise um die y-Achse, reduziert. Weist beispielsweise der erste Abstand d₁ einen Wert von 50 µm auf, so ist bei einer Größe des Moldkörpers 15 von 8 mm in y-Richtung und 8 mm in x-Richtung eine maximale Verkippung des Moldkörpers 15 gegenüber der ersten Ebene 155 und/oder der Leiterplatte 25 auf maximal 0,5° minimiert. Dadurch ist die Verkippung gegenüber herkömmlich hergestellten Moldkörpern um einen Faktor 3 reduziert.
6 zeigt eine Unteransicht auf die in 4 und 5 gezeigte Anordnung 10. Auf die Darstellung der Leiterplatte 25 wird aus Übersichtlichkeitsgründen verzichtet.
Zusätzlich weist der erste Abstandshalter 20 ein fünftes Abstandselement 245 auf, wobei das fünfte Abstandselement 245 in y-Richtung versetzt zu dem ersten und zweiten Abstandselement 160, 165 angeordnet ist. Zwischen den Abstandselementen 160, 165, 245 weist der Moldkörper 15 eine erste Wärmeübertragungsfläche 276 auf. Die erste Wärmeübertragungsfläche 276 ist mittels der weiteren thermischen Verbindung 240 mit der weiteren Wärmesenke 235 verbunden. Durch das Vorsehen von wenigstens drei Abstandselementen 160, 165, 245 wird eine zuverlässige Verkippsicherheit sowohl um die y-Achse als auch um die x-Achse sichergestellt.
In der Ausführungsform sind zahlreiche erste und zweite Kontaktelemente 85, 90 vorgesehen, wobei zusätzlich wenigstens ein weiteres Kontaktelement 249 vorgesehen sein kann, das an der Unterseite 45 des Moldkörpers 15 angeordnet sind.
In der Ausführungsform sind jeweils mehrere erste, zweite und weitere Kontaktelemente 85, 90, 249 vorgesehen, die jeweils auf einer Geraden nebeneinander angeordnet sind.
Das erste Abstandselement 160 ist dabei außermittig, vorzugsweise angrenzend an eine Ecke des Moldkörpers 15 angeordnet. Ebenso ist gegenüberliegend angrenzend an die zweite Seitenfläche 60 das zweite Abstandselement 165 außermittig in x- und y-Richtung angrenzend angeordnet. Das fünfte Abstandselement 245 ist in x-Richtung mittig und in y-Richtung außermittig hin auf eine zum ersten und zweiten Abstandselement 160, 165 abgewandte Richtung am Moldkörper 15 angeordnet, sodass das erste Abstandselement 160, das zweite Abstandselement 165 und das fünfte Abstandselement 245 in einem gleichschenkligen Dreieck zueinander angeordnet sind.
Das fünfte Abstandselement 245 ist dabei zwischen der thermischen Verbindung 220 und dem weiteren Kontaktelement 249 angeordnet. Dadurch wird ein besonders großer Abstand a zwischen den einzelnen Abstandselementen 160, 165, 245 sichergestellt, sodass die Verkippung in der Herstellung der Anordnung 10, wie in 5 gezeigt, nur in einem geringen Umfang möglich ist.
7 zeigt eine Seitenansicht auf die in 4 bis 6 gezeigte Anordnung 10. In x-Richtung ist das fünfte Abstandselement 245 breiter ausgebildet als das erste und zweite Abstandselement 160, 165, sodass die Anzahl der Abstandselemente 160, 165, 245 des in den 4 bis 6 gezeigten ersten Abstandshalters 20 auf drei begrenzt werden kann. Dadurch kann die Anordnung 10 besonders schnell und kostengünstig hergestellt werden.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplatte 25 der in den 4 bis 7 gezeigten Anordnung 10.
Das erste und zweite Auflageelement 120, 125 sowie das zusätzlich zu dem fünften Abstandselement 245 vorgesehene dritte Auflageelement 250 sind korrespondierend jeweils an die geometrische Ausgestaltung des jeweils zugeordneten Abstandselements 160, 165, 245 ausgebildet und ausgerichtet. Durch die potentialfreie Anordnung des Auflageelements 120, 125, 250 weist das Auflageelement 120, 125, 250 keine elektrische Verbindung zu dem dritten und/oder vierten Kontaktelement 95, 100 auf. Das Auflageelement 120, 125, 250 wird dabei durch die Trägermatrix 65 auf der Leiterplatte 25 elektrisch gegenüber dem dritten und vierten Kontaktelement 95, 100 isoliert.
Ferner ist die weitere Wärmesenke 235 ebenso elektrisch gegenüber dem Auflageelement 120, 125, 250 isoliert. In der Ausführungsform weist die weitere Wärmesenke 235 beispielhaft den gleichen Werkstoff wie das Auflageelement 120, 125, 250 sowie das dritte und/oder vierte Kontaktelement 95, 100 auf, sodass eine besonders gute Wärmeabfuhr über die weitere thermische Verbindung 240 aus dem Moldkörper 15 sichergestellt ist.
9 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in 8 gezeigten Schnittebene A-A durch die in 8 gezeigte Leiterplatte 25.
In der Ausführungsform überlappen sich die erste Ebene 155 und die zweite Ebene 180. Um eine zuverlässige Lötverbindung zur Herstellung der ersten und zweiten elektrischen Verbindung 110, 115 sowie der weiteren thermischen Verbindung 240 sicherzustellen, weist die Leiterplatte 25 zusätzlich eine Lötstoppschicht 260 auf. Die Lötstoppschicht 260 bedeckt eine Oberseite der Trägermatrix 65 der Leiterplatte 25. Das dritte und vierte Kontaktelement 95, 100 sowie das Auflageelement 120, 125, 250 und die weitere Wärmesenke 235 sind dabei frei von der Lötstoppschicht 260. Durch das Aufliegen des ersten Abstandshalters 20 auf dem Auflageelement 120, 125, 250 kann die Anzahl von Elementen innerhalb einer Toleranzkette zusätzlich verringert werden und so die Anordnung 10 besonders einfach präzise hergestellt werden.
10 zeigt eine Unteransicht auf eine Anordnung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform.
Die Anordnung 10 ist im Wesentlichen identisch zu der in den 6 bis 9 gezeigten Anordnung 10 ausgebildet. Abweichend dazu weist der erste Abstandshalter 20 zusätzlich zum fünften Abstandselement 245 ein sechstes Abstandselement 265 auf. Dabei sind das erste, zweite, fünfte und sechste Abstandselement 160, 165, 245, 265 jeweils angrenzend an eine Kante 270, an der die Seitenfläche 55, 60 an die Unterseite 45 angrenzt, angeordnet.
11 zeigt eine Seitenansicht auf die in 10 gezeigte Anordnung 10. Dadurch kann der Abstand a zwischen dem ersten, zweiten, fünften und sechsten Abstandselement 160, 165, 245, 265 besonders groß und eine Verkippung besonders niedrig gehalten werden.
12 zeigt eine Draufsicht auf die Leiterplatte 25 der in den 10 und 11 gezeigten Anordnung 10.
Die Leiterplatte 25 weist zusätzlich ein weiteres viertes Auflageelement 275 auf, wobei das vierte Auflageelement 275 korrespondierend zum sechsten Abstandselement 265 angeordnet ist. Dabei sind jeweils das dritte oder vierte Kontaktelement 95, 100 sowie die ersten bis dritten Auflageelemente 120, 125, 250 in jeweils gemeinsamen fünften Ebenen 230 angeordnet.
13 zeigt die Unteransicht auf eine Anordnung 10 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Anordnung 10 ist im Wesentlichen als eine Kombination aus der in den 1 bis 9 gezeigten Anordnung 10 ausgebildet. Dabei wird auf die weitere Wärmesenke 235 verzichtet und der Moldkörper 15 oberseitig über die Wärmesenke 40 gekühlt.
Ferner kann durch die seitliche Anordnung der ersten und zweiten Kontaktelemente 85, 90 das erste, zweite und fünfte Abstandselement 160, 165, 245 besonders nahe an die Kante 270 platziert werden, sodass eine Verkippung des Moldkörpers 15 gegenüber der ersten Ebene 155 besonders niedrig gehalten werden kann.
14 zeigt eine Draufsicht auf die Leiterplatte 25 der in 13 gezeigten Anordnung 10. Die Leiterplatte 25 ist durch den Verzicht auf die weitere Wärmesenke 235 besonders einfach ausgebildet werden.
15 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in 14 gezeigten Schnittebene B-B durch die in 14 gezeigte Leiterplatte 25.
Durch die seitliche Anordnung des ersten und zweiten Kontaktelements 85, 90 kann ebenso der Abstand a zwischen dem Auflageelement 120, 125, 250 besonders hoch gehalten werden, sodass das Verkippen besonders gering in der Herstellung der Anordnung 10 ist.
16 zeigt eine Unteransicht auf eine Anordnung 10 gemäß einer fünften Ausführungsform.
Die Anordnung 10 ist im Wesentlichen eine Kombination der in den 1 bis 9 gezeigten Anordnung 10. Abweichend dazu weist der Moldkörper 15 unterseitig zusätzlich zur (ersten) Wärmeübertragungsfläche 276 zusätzlich eine zweite 280 und vorzugsweise eine dritte Wärmeübertragungsfläche 285 auf. Die Wärmeübertragungsfläche 276, 280, 285 ist jeweils über eine separate weitere thermische Verbindung 240 mit der weiteren Wärmesenke 235 thermisch verbunden, dabei ist jede der Wärmeübertragungsflächen 276, 280, 285 außermittig angeordnet, wobei jeweils zwischen dem ersten und/oder zweiten Kontaktelement 85, 90 jeweils ein erstes, zweites und/oder fünftes Abstandselement 160, 165, 245 angeordnet ist.
Dadurch kann eine hohe Wärmeübertragung aus dem Moldkörper 15 hin zur weiteren Wärmesenke 235 sichergestellt werden und gleichzeitig eine Verkippung durch die dreieckförmige Anordnung des Abstandselements 160, 165, 245 sichergestellt werden.
Durch die oben beschriebenen Ausgestaltungen der Anordnung 10 neben einer Verkippung des Moldkörpers 15 kann zusätzlich eine elektrische Verbindung 110, 115 zuverlässig hergestellt werden. Insbesondere kann ein Ausschuss in der Herstellung der Anordnung 10, insbesondere im Rahmen eines Reflow-Lötprozesses, reduziert werden. Ferner kann eine optische Prüfung der Anordnung 10, beispielsweise im Rahmen einer optischen Prüfung von Lötstellenmenisken an der elektrischen Verbindung 110, 115, verbessert werden. Insbesondere kann bei der Ausgestaltung der elektrischen Verbindung 110, 115 ausschließlich durch Lot eine sogenannte Pin-Modifikation erreicht werden, bei denen durch Sonderprozesse eine für Lot benetzbare Pin am ersten und zweiten Kontaktelement 85, 90 erzeugt wird. Hierbei kann insbesondere die Streuung der Meniskushöhe (durch Begrenzung der Verkippung des Moldkörpers 15) als auch ein Mittelwert (durch gezielte Erhöhung des ersten Abstands d₁) verbessert werden und die Lötstelleninspektion so erleichtert werden.
Ferner wird eine erhöhte Lötstellenzuverlässigkeit an der elektrischen Verbindung 110, 115 erreicht. Durch das gezielte Einstellen des ersten Abstands d₁ kann dieser derart eingestellt werden, dass der erste Abstand d₁ für eine erhöhte Lötstellenzuverlässigkeit optimal ist. So geht der erste Abstand d₁ linear in die Lötstellenzuverlässigkeit der Anordnung 10 ein. Eine Erhöhung des ersten Abstands d₁ führt zu einer Erhöhung der Lötstellenzuverlässigkeit. Gleichzeitig können Streuungen z. B. durch die Verkippung des Moldkörpers 15 minimiert werden.
Durch das Vorsehen der Auflageelemente 120, 125, 250, 275 können spezielle Tabuzonen auf der Leiterplatte 25 vorgehalten werden, die ausschließlich für die Auflage des Abstandshalters 20, 35 vorgesehen sind. Diese Tabuzone kann im Rahmen eines Entwicklungsprozesses auf einfache Weise frühzeitig festgelegt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist denkbar, dass die in den Figuren gezeigten Merkmale auch andersartig miteinander kombiniert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7138583 B2 [0002]

Claims

Anordnung (10) – mit einem Moldkörper (15), einem Abstandshalter (20) und einer Leiterplatte (25), – wobei wenigstens eine elektrische Verbindung (110, 115) den Moldkörper (15) mit einer Leiterbahn (70, 75) der Leiterplatte (25) verbindet, – wobei der Abstandshalter (20) mit dem Moldkörper (15) verbunden und auf einer zur Leiterplatte (25) zugewandten Seite angeordnet ist, – wobei der Abstandshalter (20) versetzt zu der elektrischen Verbindung (110, 115) angeordnet ist, – wobei der Abstandshalter (20) einen vordefinierten Abstand (d₁) zwischen einer Unterseite (45) des Moldkörpers (15) und der Leiterplatte (25) festlegt.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei der Abstandshalter (20) ein erstes Abstandselement (160) umfasst, – wobei das erste Abstandselement (160) mit einem festen Ende mit dem Moldkörper (15) verbunden ist, – wobei die Leiterplatte (25) ein Auflageelement (120, 125) aufweist, – wobei das Auflageelement (120, 125) vorzugsweise einen elektrisch leitenden Werkstoff aufweist, – wobei ein freies Ende des ersten Abstandselements (160) dem Auflageelement (120, 125) zugewandt und vorzugsweise auf dem Auflageelement (120, 125) zumindest abschnittsweise aufliegt, – wobei vorzugsweise das Auflageelement (120, 125) potentialfrei ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 2, – wobei das Auflageelement (120, 125) versetzt zu einem Kontaktelement (95, 100) der Leiterplatte (25) angeordnet ist, – wobei die elektrische Verbindung (110, 115) zwischen Moldkörper (15) und dem Kontaktelement (95, 100) ausgebildet ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 2 oder 3, – wobei das Auflageelement (120, 125) eine Auflagefläche (135, 140) und das Kontaktelement (95, 100) eine Kontaktfläche (130, 150) aufweist, – wobei die Auflagefläche (135, 140) und die Kontaktfläche (130, 150) in einer gemeinsamen ersten Ebene (155) angeordnet sind.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, – wobei der Abstandshalter (20) ein zweites Abstandselement (165) umfasst, – wobei das zweite Abstandselement (165) mit einem festen Ende mit dem Moldkörper (15) verbunden ist, – wobei das erste Abstandselement (160) und das zweite Abstandselement (165) auf einer gemeinsamen Seite des Moldkörpers (15) angeordnet sind, – wobei das erste Abstandselement (160) am freien Ende eine erste Stirnfläche (170) und das zweite Abstandselement (165) am freien Ende eine zweite Stirnfläche (175) aufweist, – wobei die erste Stirnfläche (170) und die zweite Stirnfläche (175) in einer gemeinsamen zweiten Ebene (180) angeordnet sind.
Anordnung (10) nach Anspruch 5, – wobei das erste Abstandselement (160) und das zweite Abstandselement (165) parallel ausgerichtet sind.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei der Moldkörper (15) eine Seitenfläche (55, 60) aufweist, – wobei die Seitenfläche (55, 60) und die Unterseite (45) an einer Kante (270) aneinander angrenzen, – wobei der erste Abstandshalter (20) angrenzend an die Kante (270) angeordnet ist.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Leiterplatte (25) eine Wärmesenke (40) aufweist, – wobei der Moldkörper (15) und die Wärmesenke (40) mittels einer thermischen Verbindung (220, 240) miteinander verbunden sind, – wobei der erste Abstandshalter (20) zwischen der elektrischen Verbindung (110, 115) und der thermischen Verbindung (220, 240) angeordnet ist.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen weiteren Abstandshalter (35) und ein Gehäuse (30), – wobei der weitere Abstandshalter (35) zwischen dem Gehäuse (30) und einer weiteren Seitenfläche (50, 55, 60) des Moldkörpers (15) angeordnet ist, – wobei der weitere Abstandshalter (35) einen weiteren vordefinierten Abstand d₂ zwischen dem Moldkörper (15) und dem Gehäuse (30) festlegt.
Anordnung (10) nach Anspruch 9, – wobei das Gehäuse (30) eine weitere Wärmesenke (235) aufweist, – wobei der Moldkörper (15) mittels einer weiteren thermischen Verbindung (220) thermisch mit der weiteren Wärmesenke (235 verbunden ist, – wobei die weitere thermische Verbindung (220, 240) ein Wärmeleitmittel (215) umfasst, – wobei der zweite Abstandshalter (35) in das Wärmeleitmittel (215) eingebettet ist.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, – wobei der weitere Abstandshalter (35) ein drittes Abstandselement (185) umfasst, – wobei das dritte Abstandselement (185) mit einem festen Ende mit dem Moldkörper (15) verbunden ist, – wobei an einem freien Ende des dritten Abstandselements (185) das dritte Abstandselement (185) eine dritte Stirnfläche (195) aufweist, – wobei die dritte Stirnfläche (195) an dem Gehäuse (30) anliegt.
Anordnung (10) nach Anspruch 11, – wobei das dritte Abstandselement (185) und das erste Abstandselement (160) in einer gemeinsamen vierten Ebene (225) angeordnet sind.
Anordnung (10) nach Anspruch 11 oder 12, – wobei der weitere Abstandshalter (35) ein viertes Abstandselement (190) umfasst, – wobei das vierte Abstandselement (190) mit einem festen Ende mit dem Moldkörper (15) verbunden ist, – wobei an einem freien Ende des vierten Abstandselements (190) das vierte Abstandselement (190) eine vierte Stirnfläche (200) aufweist, – wobei die vierte Stirnfläche (200) und die dritte Stirnfläche (195) in einer gemeinsamen fünften Ebene (230) angeordnet sind.