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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatten-Anordnung, einen die Leiterplatten-Anordnung umfassenden Wechselrichter und ein Verfahren zur Herstellung der Leiterplatten-Anordnung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Leiterplatten-Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatten-Anordnung, in welcher Leiterplatten mit verseilten Lackdrähten verbunden sind.
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Leiterplatten werden beispielsweise in Wechselrichtern in Fahrzeugen eingesetzt. Üblich ist dabei, dass auf den Leiterplatten Stecker verbaut sind und die Stecker zweier Leiterplatten mit Flachbandkabeln verbunden werden. Bei der Verwendung von Flachbandkabeln ergeben sich neben den hohen Kosten der Stecker und Flachbandkabel jedoch einige nachteilige Effekte beim Betrieb. So sind Flachbandkabel störanfällig bei hohen Temperaturen und gegenüber Störsignalen im Sinne der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Weiterhin kann es aufgrund des induktiven Belags der Kabel zu Dämpfungen schneller Signale kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Leiterplatten-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass bei kostengünstiger Herstellung ein zuverlässiger und effizienter Betrieb ermöglicht wird. Die erfindungsgemäße Leiterplatten-Anordnung ist weniger störanfällig bei hohen Temperaturen und Störeinwirkungen im Sinne der EMV. Ferner kann auf den Leiterplatten Bauraum eingespart werden. Dies wird erfindungsgemäß derart gelöst, dass eine Leiterplatten-Anordnung mit einer ersten Leiterplatte, einer zweiten Leiterplatte und einer Leiterplatten-Verbindungsleitung mit wenigstens einem ersten Lackdraht und einem zweiten Lackdraht vorgesehen ist. Die Leiterplatten-Anordnung umfasst dabei einen ersten Verbindungsbereich zwischen der ersten Leiterplatte und dem ersten Lackdraht und dem zweiten Lackdraht und einen zweiten Verbindungsbereich zwischen der zweiten Leiterplatte und dem ersten Lackdraht und dem zweiten Lackdraht. Wenigstens der erste Lackdraht und der zweite Lackdraht sind dabei miteinander zu einer Lackdrahtgruppe verseilt. Erfindungsgemäß wird unter Verseilung von Lackdrähten eine Verdrillung oder Verflechtung oder dergleichen von wenigstens zwei Lackdrähten verstanden. Als Verdrillung der Lackdrähte wird dabei ein Verwinden und schraubenförmiges Umeinanderwickeln von zwei oder mehr Lackdrähten angesehen. Als Verflechtung wird ein regelmäßiges Ineinanderschlingen von Lackdrähten angesehen. Die Lackdrähte sind dabei im Wesentlichen entlang einer LängsRichtung der Lackdrähte verflochten, sodass die aus der Verflechtung resultierende Lackdrahtgruppe einen kabelartigen Verbund darstellt. Die Verseilung von Lackdrähten wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Signalübertragung aus. Störanfällige Signale werden durch das Verseilen unempfindlicher und störende Signale wirken sich weniger störend auf die zu übertragenden Signale aus. Zudem sinkt der induktive Belag der Lackdrähte und damit die Dämpfung schneller Signale.
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Bevorzugt kann die Leiterplatten-Verbindungsleitung stromführend und/oder zur Übertragung von Signalen ausgeführt sein.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Leiterplatten-Verbindungsleitung der Leiterplatten-Anordnung kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet und angeordnet sein. Bevorzugt umfasst der erste Verbindungsbereich eine erste Bondverbindung, welche eingerichtet ist, um eine Verbindung zwischen jedem Lackdraht und der ersten Leiterplatte herzustellen. Dadurch ist eine besonders effiziente Signalübertragung und/oder Stromleitung möglich. Durch die direkte Verbindung der Lackdrähte und der Leiterplatte werden niedrigere Übergangswiderstände und höhere Stromtragfähigkeiten gewährleistet, was sich besonders günstig auf einen effizienten Betrieb auswirkt.
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Besonders bevorzugt umfasst der zweite Verbindungsbereich eine zweite Bondverbindung, welche eingerichtet ist, um eine Verbindung zwischen jedem Lackdraht und der zweiten Leiterplatte herzustellen.
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Weiterhin ist es besonders günstig, wenn die Leiterplatten-Anordnung ferner ein Fixierelement umfasst, welches den ersten Verbindungsbereich und/oder den zweiten Verbindungsbereich überdeckt. Als Fixierelement kann bevorzugt ein Harz und/oder ein Gel eingesetzt werden. Bevorzugt kann das Fixierelement dabei als Kleberaupe den Verbindungsbereich überdecken. Beispielsweise kann das Fixierelement auch einen Endbereich der Lackdrähte umschließen. Das Fixierelement bewirkt eine Zugentlastung der Verbindungsbereiche und eine gleichmäßige Verteilung der durch die Leiterplatten-Verbindungsleitung hervorgerufenen mechanischen Belastungen der Verbindungsbereiche. Dadurch wird eine bessere Haltbarkeit der Leiterplatten-Anordnung gewährleistet. Ein weiterer Vorteil ist dabei ein zusätzlicher Schutz vor Verschmutzung der Verbindungsbereiche.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn genau zwei Lackdrähte oder genau drei Lackdrähte der Leiterplatten-Anordnung zu einer Lackdrahtgruppe miteinander verseilt sind. Hierdurch wird eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung ermöglicht.
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Besonders bevorzugt umfasst die Leiterplatten-Anordnung eine Vielzahl an Lackdrahtgruppen, welche untereinander verseilt sind. Eine Lackdrahtgruppe aus bereits verseilten Lackdrähten kann beispielsweise mit einzelnen unverseilten Lackdrähten und/oder weiteren Lackdrahtgruppen zu einem Lackdrahtgruppen-Verbund verseilt werden.
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Weiterhin ist es im Hinblick auf Eigenschaften der EMV besonders vorteilhaft jeden Lackdraht der Leiterplatten-Verbindungsleitung mit wenigstens einem weiteren Lackdraht zu verseilen.
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Bevorzugt ist es außerdem möglich, dass die Leiterplatten-Anordnung wenigstens einen unverseilten Lackdraht umfasst. Ein unverseilter Lackdraht ist dabei nicht mit einem oder mehreren Lackdrähten und nicht mit einem Lackdrahtgruppen-Verbund verseilt. Dadurch wird eine Reduzierung der Kosten und der Komplexität der Fertigung erreicht und es ist eine flexiblere Anpassung der Leiterplatten-Verbindungsleitung an verschiedene Konfigurationen von Leiterplatten möglich.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Wechselrichter, welcher eine erfindungsgemäße Leiterplatten-Anordnung umfasst. Beispielsweise kann die Leiterplatten-Anordnung in Wechselrichtern für Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb eingesetzt werden. Dabei ergeben sich die oben beschrieben Vorteile der Erfindung.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatten-Anordnung mit einer ersten Leiterplatte, einer zweiten Leiterplatte, und einer Leiterplatten-Verbindungsleitung, welche wenigstens einen ersten Lackdraht und einen zweiten Lackdraht umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass der erste Lackdraht und der zweite Lackdraht an einem ersten Verbindungsbereich auf der ersten Leiterplatte verbunden werden und wenigstens der erste Lackdraht und der zweite Lackdraht miteinander verseilt werden. Zudem werden der erste Lackdraht und der zweite Lackdraht an einem zweiten Verbindungsbereich auf der zweiten Leiterplatte verbunden. Auf diese Weise ist eine besonders kostengünstige Verbindung der Leiterplatten möglich. Zudem kann durch die direkte Verbindung der Lackdrähte an den Verbindungsbereichen Bauraum auf den Leiterplatten eingespart werden.
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Bevorzugt werden die Lackdrähte nach dem Verseilen in Position gehalten und alle Lackdrähte bevorzugterweise gemeinsam, nach dem Verbinden mit dem ersten Verbindungsbereich und nach dem Schritt des Verseilens, mit der zweiten Leiterplatte verbunden. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, die Lackdrähte mit einer bestimmten Positionierung zueinander mit dem zweiten Verbindungsbereich der zweiten Leiterplatte zu verbinden.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die Lackdrähte nach dem Verbinden mit dem ersten Verbindungsbereich und nach dem Schritt des Verseilens in einer Draht-Haltevorrichtung in Position zu halten. Als Draht-Haltevorrichtung kann beispielsweise ein wiederverwendbarer Kunststoff-Rahmen eingesetzt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, nach dem Schritt des Verseilens die Leiterplatten weiter zu verarbeiten und in einem späteren Schritt die Lackdrähte am zweiten Verbindungsbereich mit der zweiten Leiterplatte zu verbinden. Hierbei ist eine besonders flexible Verarbeitung der Leiterplatten-Anordnung möglich.
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Besonders bevorzugt werden die Lackdrähte am ersten Verbindungsbereich und/oder zweiten Verbindungsbereich gebondet, insbesondere durch Ultraschall-Bonden. Dabei werden besonders vorteilhafte elektrische Eigenschaften, wie geringe Übergangswiderstände, gute Stromtragfähigkeiten sowie auch optimierte mechanische Eigenschaften und damit eine hohe Lebensdauer gewährleistet.
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Beispielsweise kann jeweils ein Lackdraht mit einem Kontakt in dem Verbindungsbereich einer Leiterplatte verbunden werden. Dabei ist es bevorzugt möglich, die verdrillten und/oder verflochtenen Lackdrähte derart anzuordnen, dass jeweils gegenüberliegende Kontakte am ersten Verbindungsbereich der ersten Leiterplatte und am zweiten Verbindungsbereich der zweiten Leiterplatte elektrisch miteinander verbunden werden. Dadurch werden jeweils die gleichen Kontakte der Verbindungsbereiche miteinander verbunden, wie dies bei einer parallelen Anordnung der Drähte oder bei einem Flachbandkabel der Fall wäre.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 einen Wechselrichter mit einer Leiterplatten-Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit drei Leiterplatten-Verbindungsleitungen,
- 2 ein Detail der Leiterplatten-Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Leiterplatten-Verbindungsleitung mit verseilten und unverseilten Lackdrähten, welche auf die Leiterplatten gebondet sind, und mit einem Fixierelement, welches den zweiten Verbindungsbereich auf der zweiten Leiterplatte überdeckt,
- 3 ein Detail der Leiterplatten-Anordnung von 2 mit drei Lackdrähten, die zu einer Lackdrahtgruppe verseilt sind und mit zwei Lackdrähten, die zu einem Lackdrahtpaar verseilt sind,
- 4 eine Leiterplatten-Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei jeder Lackdraht der Leiterplatten-Verbindungsleitung mit wenigstens einem weiteren Lackdraht verseilt ist,
- 5 ein Detail einer Leiterplatten-Verbindungsleitung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei zwei Lackdrahtpaare untereinander verseilt sind.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt einen Wechselrichter 100 eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Leiterplatten-Anordnung 1. In der dargestellten Konfiguration sind eine erste Leiterplatte 2 und eine zweite Leiterplatte 3 hintereinander angeordnet, sodass in der 1 nur die erste Leiterplatte 2 sichtbar ist.
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Die abgebildete Leiterplatten-Anordnung 1 umfasst drei Leiterplatten-Verbindungsleitungen 4a, 4b, 4c gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, welche jeweils eine Vielzahl an zum Teil miteinander verseilten Lackdrähten 40, 41 aufweisen. Jeder der Lackdrähte 40, 41 ist dabei mit einem von drei ersten Verbindungsbereichen 6a, 6b, 6c der ersten Leiterplatte 2 verbunden.
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Die 2 zeigt eine Leiterplatten-Anordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Abgebildet ist eine Leiterplatten-Verbindungsleitung 4a der drei Leiterplatten-Verbindungsleitungen 4a, 4b, 4c des ersten Ausführungsbeispiels in der 1.
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Die in 2 dargestellte Leiterplatten-Anordnung 1 zeigt die erste Leiterplatte 2, die zweite Leiterplatte 3 und die Leiterplatten-Verbindungsleitung 4a mit einer Vielzahl von Lackdrähten. Beispielhaft sind ein erster Lackdraht 40 und ein zweiter Lackdraht 41 eingezeichnet. Ferner umfasst die Leiterplatten-Anordnung 1 einen ersten Verbindungsbereich 6 zwischen der ersten Leiterplatte 2 sowie dem ersten Lackdraht 40 und dem zweiten Lackdraht 41 und einen zweiten Verbindungsbereich 7 zwischen der zweiten Leiterplatte 3 und dem ersten Lackdraht 40 und dem zweiten Lackdraht 41. Der erste Lackdraht 40 und der zweite Lackdraht 41 sind dabei miteinander zu einer Lackdrahtgruppe, welche in dem ersten Ausführungsbeispiel als Lackdrahtpaar 20 ausgeführt ist, verseilt.
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Im ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Leiterplatten-Anordnung 1 die Leiterplatten-Verbindungsleitung 4a mit weiteren Lackdrähten, welche aus Übersichtlichkeitsgründen ohne Bezugszeichen dargestellt sind. Dabei weist die Leiterplatten-Verbindungsleitung 4a zum Teil zwei oder drei zu einer Lackdrahtgruppe 20,30 verseilte Lackdrähte und zum Teil unverseilte, parallel geführte Lackdrähte auf.
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Sämtliche Lackdrähte sind derart angeordnet, dass jeweils gegenüberliegende Kontakte des ersten Verbindungsbereichs 6 der ersten Leiterplatte 2 und des zweiten Verbindungsbereichs 7 der zweiten Leiterplatte 3 elektrisch über einen verseilten oder unverseilten Lackdraht verbunden sind.
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Die Leiterplatten-Anordnung 1 umfasst als ersten Verbindungsbereich 6 eine Bondverbindung 60. Die Bondverbindung 60 ist eingerichtet, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen jedem Lackdraht und der ersten Leiterplatte 2 herzustellen.
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Weiterhin weist das erste Ausführungsbeispiel der Leiterplatten-Anordnung 1 den zweiten Verbindungsbereich 7 auf, welcher eine Bondverbindung 70 umfasst. Die Bondverbindung 70 ist eingerichtet, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen jedem Lackdraht und der zweiten Leiterplatte 3 herzustellen.
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Das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Leiterplatten-Anordnung 1 umfasst ferner ein Fixierelement 50, welches den zweiten Verbindungsbereich 7 überdeckt. Als Fixierelement 50 wird ein Harz eingesetzt.
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Die 3 zeigt ein Detail des ersten Ausführungsbeispiels der Leiterplatten-Anordnung. Gezeigt sind zwei beispielhafte Möglichkeiten der Verseilung von zwei oder drei Lackdrähten zu jeweils einer Lackdrahtgruppe 20 bzw. 30. Beispielsweise können drei Lackdrähte 40, 41, 42, wie in der 3 oben, zu einer Lackdrahtgruppe 30 verflochten werden. Ein erster Lackdraht 40 und ein zweiter Lackdraht 41 können wie in der 3 unten beispielsweise zu einem Lackdrahtpaar 20 verdrillt werden.
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Die 4 zeigt eine Leiterplatten-Anordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Leiterplatten-Anordnung 1 eine Leiterplatten-Verbindungsleitung 4a mit einer Vielzahl an Lackdrähten, wobei jeder Lackdraht mit wenigstens einem weiteren Lackdraht verseilt ist. Dabei sind jeweils genau zwei Lackdrähte zu einer Lackdrahtgruppe 20 oder genau drei Lackdrähte zu einer Lackdrahtgruppe 30 miteinander verseilt. Die weitere Konfiguration der Leiterplatten-Anordnung entspricht dabei dem ersten Ausführungsbeispiel.
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5 zeigt ein Detail einer Leiterplatten-Anordnung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Dabei umfasst die Leiterplatten-Anordnung zwei zu einem Lackdrahtgruppen-Verbund 35 verseilte Lackdrahtpaare 20. Die Lackdrahtpaare 20 umfassen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel in 3 jeweils einen ersten Lackdraht 40 und einen zweiten Lackdraht 41, welche miteinander zu zwei Lackdrahtpaaren 20 verdrillt sind. Die beiden Lackdrahtpaare 20 werden zu dem Lackdrahtgruppen-Verbund 35 beispielsweise analog dem Verdrillen zweier Lackdrähte zu einem Lackdrahtpaar 20 durch Verdrillen der beiden Lackdrahtpaare 20 miteinander erzeugt.
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In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es zudem möglich, wenigstens eine Lackdrahtgruppe mit einem einzelnen Lackdraht zu einem Lackdrahtgruppen-Verbund zu verseilen.
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Ferner ist in allen Ausführungsbeispielen bevorzugt eine einreihige oder eine mehrreihige Ausführung der Verbindungsbereiche möglich. Ein einreihiger Verbindungsbereich zeichnet sich dadurch aus, dass der Verbindungsbereich entlang einer geraden Linie verläuft und somit die Enden der Lackdrähte entlang einer geraden Linie nebeneinander liegen. Ein mehrreihiger Verbindungsbereich entspricht einem Verbindungsbereich, welcher entlang wenigstens zwei paralleler gerader Linien verläuft.
