-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein SMD-Bauteil (SMD: Surface-Mounted Device), zur Befestigung in einer Durchbohrung einer Leiterplatte und eine elektronische Baugruppe mit einer Leiterplatte und einem solchen Bauteil.
-
Figurenliste
-
Im Stand der Technik ist bekannt, Leiterplatten in Gehäusen zu verschrauben. Für eine bessere Wärmeabfuhr oder auch aufgrund einer beidseitigen Bestückung der Leiterplatte mit SMD-Bauteilen können dabei Abstandshalter eingesetzt werden. Um eine sichere Verschraubung der Leiterplatte mit dem Gehäuse zu gewährleisten, sind Einpressbolzen bekannt, welche in eine entsprechende Durchbohrung der Leiterplatte eingepresst werden und sich unter Aufbringung einer Einpresskraft mit seitlich an dem Einpressbolzen angeordneten Einpressrippen mit dem Leiterplattenmaterial verzahnen.
- 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines solchen Einpressbolzens 1, welcher in eine Leiterplatte 5 eingepresst ist und in seinem durch eine Durchführung eines Gehäuses 7 hindurchreichenden Teil ein Außengewinde 3 aufweist. Der Gewindebolzen 1 ist durch eine auf das Außengewinde 3 aufgeschraubte Gewindemutter 4 verschraubt. In dem gezeigten Beispiel wird die Verschraubung von Einpressbolzen 1 und Gewindemutter 4 zudem dazu verwendet, eine leitfähige Erdungslasche 6 zu fixieren und hierdurch eine Erdung der Leiterplatte 5 bereitzustellen.
- 2 zeigt eine Draufsicht auf die im Stand der Technik bekannte Art der Verschraubung entlang der in 1 angezeigten Richtung. Zu erkennen ist die Verzahnung des Einpressbolzens 1 mit der Leiterplatte 5 anhand der Einpressrippen 2, welche im gezeigten Beispiel dem Einpressbolzen 1 einen sternförmigen Querschnitt verleihen. Ferner ist in 2 zu erkennen, dass die Gewindemutter 4 sechskantförmig ausgebildet ist.
-
Vor diesem Hintergrund macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, einen verbesserten Ansatz zur Installation einer Leiterplatte in einem Gehäuse bereitzustellen.
-
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Bauteil zur Befestigung in einer Durchbohrung einer Leiterplatte gemäß Anspruch 1 und eine elektronische Baugruppe mit einer Leiterplatte und einem solchen Bauteil gemäß Anspruch 11.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Ein erster Aspekt der Erfindung führt ein Bauteil zur Befestigung in einer Durchbohrung einer Leiterplatte ein. Das Bauteil besitzt einen sich entlang einer Mittelachse des Bauteils erstreckenden Schaft mit einer entlang der Mittelachse verlaufenden Bohrung. Das Bauteil besitzt außerdem einen sich in Bezug auf die Mittelachse radial von dem Schaft weg erstreckenden Kragen, der ein Profil aufweist, das dazu ausgebildet ist, in Vertiefungen des Profils eintretendes verflüssigtes Lot aufzunehmen. Das Bauteil ist insbesondere als SMD-Bauteil ausgeführt.
-
Die Erfindung beruht auf der Einsicht und schließt diese mit ein, dass ein Einpressbolzen, wie er im Stand der Technik bekannt ist, bei der Verschraubung einem gewissen Anzugsdrehmoment widerstehen können muss, um eine ausreichende Fixierung der Leiterplatte in dem Gehäuse zu gewährleisten. Die Verzahnung des Einpressbolzens mit der Leiterplatte ist jedoch rein mechanischer Natur, weshalb ihre Stabilität variiert. Wird die auf den Einpressbolzen geschraubte Gewindemutter mit einem zu großen Drehmoment festgezogen, kann sich der Einpressbolzen in der Leiterplatte lösen und frei drehen, wodurch die mechanische Verbindung unzuverlässig wird und gegebenenfalls eine gewünschte Erdung der Leiterplatte 5 nicht mehr gegeben ist. Eine Gegenmaßnahme könnte die Anordnung eines Federrings zwischen Mutter und Gewindebolzen beziehungsweise Gehäuse darstellen, jedoch ist das Auffädeln von Federringen und Muttern in einem maschinellen Fertigungsprozess fehleranfällig und mit einigem unerwünschten Aufwand verbunden.
-
Das erfindungsgemäße Bauteil besitzt nun den Vorteil, dass es kraftfrei oder nahezu kraftfrei in eine entsprechend dimensionierte Durchbohrung einer Leiterplatte eingeführt werden kann. Der Kragen des Bauteils kommt dabei auf der Oberfläche der Leiterplatte zu liegen und kann dort in einem üblichen SMD-Lötverfahren mit der Leiterplatte verlötet werden. Das Profil des Kragens vergrößert dabei die Oberfläche des Kragens und verbessert die Anhaftung des im Zuge des Lötens verflüssigten Lotes an dem Bauteil, so dass auch bei einer Lotverbindung mit verhältnismäßig kleiner Kontaktfläche eine Lötverbindung erreicht werden kann, die einem verhältnismäßig hohen Anzugsdrehmoment widerstehen kann. Die entlang der Mittelachse des Bauteils verlaufende Bohrung ermöglicht zudem die Verschraubung der Leiterplatte mit einem erfindungsgemä-ßen Bauteil durch eine Schraube anstelle der im Stand der Technik verwendeten Gewindemutter. Dies ist vorteilhaft, weil sich in einem maschinellen Fertigungsprozess eine Gewindemutter mit sechskantiger Außenform schwierig maschinell erfassen und auf ein Gewinde aufschrauben lässt, wohingegen eine Schraube einfach selbstzentrierend eingeschraubt und durch ein maschinelles Werkzeug mit einem Drehmoment beaufschlagt werden kann.
-
Bevorzugt weist die Bohrung ein Innengewinde auf, um ein Verschrauben mit einer Gewindeschraube zu ermöglichen. Alternativ kann das Bauteil jedoch auch wenigstens teilweise aus einem Material gefertigt werden, das den Einsatz einer selbstschneidenden Schraube erlaubt. Die Bohrung kann insbesondere zylindrisch ausgeführt sein. Vorzugsweise ist die Bohrung konzentrisch um die Mittelachse des Bauteils angeordnet.
-
Bevorzugt ist die Bohrung zu einem von dem Kragen weiter entfernten Ende des Schaftes hin geöffnet, was das Einführung und Einschrauben einer Schraube von dem von der mit dem Bauteil verlöteten Leiterplatte weiter entfernten Ende des Bauteils erlaubt. Die Bohrung kann alternativ oder zusätzlich zu einem dem Kragen näher liegenden Ende des Schaftes hin geöffnet sein. Eine beidseitig geöffnete Bohrung erlaubt die Verwendung von Schrauben, die durch das Bauteil hindurch ragen, so dass eine Verschraubung auch mit einem auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte gelegenen weiteren Gegenstand wie einem Gehäuseteil möglich wird.
-
Die Vertiefungen des Profils können in einer Umfangsfläche des Kragens und/oder in einer zu dem Schaft benachbarten Fläche des Kragens angeordnet sein. Vertiefungen in der Umfangsfläche des Kragens bewirken, dass das verflüssigte Lot von der Kontaktfläche zwischen Bauteil und Leiterplatte teilweise abgeführt wird, so dass der Kragen des Bauteils seitlich mit Lot benetzt wird, welches im Anschluss aushärtet und die entstehende Lötverbindung so zusätzlich stabilisiert. Vertiefungen in der zu dem Schaft des Bauteils benachbarten Fläche des Kragens hingegen kommen in direkten Kontakt mit der Oberfläche der Leiterplatte in einer Umgebung der Durchbohrung der Leiterplatte und bilden eine direkte Lötverbindung zwischen Bauteil und Leiterplatte aus.
-
Der Schaft des Bauteils weist bevorzugt eine zylindrische Mantelfläche auf. Insbesondere kann die Mantelfläche dabei ohne ein Außengewinde ausgeführt sein, da ein solches aufgrund der Bohrung in dem Bauteil überflüssig wird.
-
Vorzugsweise besitzt der Kragen des Bauteils einen kreisförmigen Umfang, was gewährleistet, dass das Bauteil unabhängig von seiner jeweiligen axialen Drehung maschinell zugeführt werden kann. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Bauteil vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgeführt.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil weist bevorzugt wenigstens eine Oberfläche des Profils ein lötfähiges Material auf. Es ist jedoch auch möglich, das Bauteil vollständig aus einem lötfähigen Material zu fertigen.
-
Das erfindungsgemäße Bauteil kann wenigstens teilweise aus einem leitfähigen Material bestehen. Hierdurch wird es möglich, eine Durchkontaktierung durch die Leiterplatte zu erreichen, was bspw. für eine Erdung der Leiterplatte wie zum Stand der Technik beschrieben verwendet werden kann.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung führt eine elektronische Baugruppe mit einer Leiterplatte und einem in einer Durchbohrung der Leiterplatte angeordneten Bauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ein. Dabei ist der Schaft des Bauteils durch die Durchbohrung der Leiterplatte geführt und das Bauteil ist mit der Leiterplatte durch eine Lötverbindung verbunden. Die elektronische Baugruppe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann einfach maschinell gefertigt und mechanisch zuverlässig mit einem Substrat, wie bspw. einem Gehäuse, verschraubt werden.
-
Vorzugsweise ist die Leiterplatte der elektronischen Baugruppe mit einer in die Bohrung des Bauteils eingeschraubten Schraube mit dem Substrat verschraubt. Schrauben können in der maschinellen Fertigung einfacher und zuverlässiger zugeführt und verschraubt werden als die im Stand der Technik verwendeten Gewindemuttern.
-
Die Durchbohrung der Leiterplatte, in der das erfindungsgemäße Bauteil angeordnet ist, kann vor dem Erstellen der Lötverbindung ohne Durchkontaktierung ausgeführt sein. Eine solche Durchkontaktierung der Leiterplatte kann entfallen, weil eine gegebenenfalls gewünschte Durchkontaktierung durch das Verlöten eines erfindungsgemäßen Bauteils mit der Leiterplatte bereitgestellt werden kann, so dass das Fertigungsverfahren der Leiterplatte entsprechend vereinfacht wird.
-
Die Leiterplatte kann um die Durchbohrung herum eine metallisierte Lötkontaktfläche aufweisen. In einem solchen Fall besteht die Lötverbindung zwischen dem Bauteil und der Leiterplatte zwischen dem Kragen des Bauteils und der Lötkontaktfläche der Leiterplatte. Die metallisierte Lötkontaktfläche ermöglicht eine zuverlässige und stabile Verbindung des Bauteils mit der Leiterplatte.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe sind um die Durchbohrung der Leiterplatte herum eine oder mehrere sekundäre Bohrungen vorgesehen. Die sekundären Bohrungen stellen Vertiefungen in der Oberfläche der Leiterplatte dar, welche ähnlich dem Profil des Kragens verflüssigtes Lot aufnehmen und zu einer stabileren Lötverbindung von Bauteil und Leiterplatte beitragen können.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schnittzeichnung einer gemäß dem Stand der Technik ausgeführten Verschraubung einer Leiterplatte mit einem Gehäuse;
- 2 eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Schraubverbindung gemäß Stand der Technik;
- 3 eine erste perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bauteils;
- 4 eine zweite perspektivische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bauteils;
- 5 eine erste perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bauteils;
- 6 eine zweite perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bauteils;
- 7 eine Schnittzeichung einer Verschraubung einer Leiterplatte mit einem Gehäuse unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Bauteils; und
- 8 eine Draufsicht auf die in 7 gezeigte Verschraubung.
-
Ausführliche Figurenbeschreibung
-
Die 3 und 4 zeigen perspektivische Ansichten eine ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bauteils 8. Das gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils 8 weist einen entlang einer Mittelachse 13 des Bauteils 8 verlaufenden Schaft 10 mit einer Bohrung 12 auf. Die Bohrung 12 des gezeigten Ausführungsbeispiels ist in dem gezeigten Beispiel mit einem Innengewinde 14 ausgestattet, welches die Aufnahme einer entsprechend dimensionierten Schraube erlaubt. An einem Ende des Schafts 10 ist ein Kragen 11 angeordnet, welcher sich radial von dem zylindrisch aufgeführten Schaft 10 weg erstreckt. Der Kragen 11 weist auf seiner der zylindrischen Mantelfläche des Schaftes 10 benachbarten Fläche ein Profil 15 auf, welches Vertiefungen aufweist, die dazu vorgesehen sind, in die Vertiefungen eintretendes verflüssigtes Lot aufzunehmen. Das Profil 15 des Kragens 11 erstreckt sich in dem gezeigten Beispiel zusätzlich auf eine Umfangsfläche des Kragens, wodurch eine besonders stabile Lötverbindung zwischen Bauteil und Leiterplatte hergestellt werden kann, weil das verflüssigte Lot nicht nur die die Leiterplatte unmittelbar berührende Fläche des Kragens, sondern auch die Umfangsfläche des Kragens benetzen und daran verhärten kann.
-
Das erfindungsgemäße Bauteil 8 kann durch eine Durchbohrung einer Leiterplatte kraftfrei oder nahezu kraftfrei durchgeführt werden, woraufhin der Kragen des Bauteils mit der Leiterplatte verlötet werden kann. Das Profil des Kragens stellt dabei sicher, dass die Lötverbindung zwischen Bauteil und Leiterplatte eine für das Einschrauben einer Schraube ausreichende Festigkeit aufweist.
-
Die 5 und 6 zeigen perspektivische Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bauteils 8. Das zweite Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem ersten ausgeführt, weshalb die zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemachten Aussagen auf das zweite Ausführungsbeispiel übertragen werden können. Nachfolgend soll aus Gründen der Übersichtlichkeit ausschließlich auf die Unterschiede zwischen den beiden gezeigten Ausführungsbeispielen eingegangen werden.
-
Der Kragen 11 des zweiten Ausführungsbeispiels weist ein Profil 15 auf, das als Randverzahnung umlaufend auf der Umfangsfläche des Kragens 11 des Bauteils ausgeführt ist. Eine solche Randverzahnung kann ähnlich einer Rändelung einer Münze einfach hergestellt werden, und das Bauteil 8 kann maschinell leicht gegriffen und zugeführt werden.
-
Die gezeigten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bauteils können im Rahmen der Erfindung, wie sie in den anschließenden Ansprüchen definiert ist, abgewandelt werden. So sind Ausführungen ohne Innengewinde 14 denkbar. Ebenso ist es möglich, die in den gezeigten Beispielen zu beiden Enden des Schaftes 10 geöffnete Bohrung 12 nur zu einem Ende des Schaftes 10 geöffnet auszuführen. Die gezeigten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bauteils 8 sind rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 13 des Bauteils 8 ausgeführt, jedoch kann von einer derartigen symmetrischen Ausführung abgewichen werden. Weitere Abwandlungen der Ausführungsbeispiele gemäß den zuvor gemachten Ausführungen sind dem Fachmann unmittelbar zugänglich.
-
Die 7 und 8 zeigen eine Schraubverbindung, die funktional derjenigen der 1 und 2 entspricht, jedoch vorteilhaft unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils 8 verwirklicht wird. Das erfindungsgemäße Bauteil 8 ist durch eine Durchbohrung der Leiterplatte 5 durchgeführt und mit einer Lötverbindung mit der Leiterplatte 5 fest verbunden. Der Schaft des Bauteils 8 erstreckt sich durch eine entsprechende Aufnahme in einem Substrat der elektronischen Baugruppe, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft als ein Gehäuse 7 ausgeführt ist. Leiterplatte 5 und Bauteil 8 sind durch eine in die Bohrung des Bauteils 8 eingeschraubte Schraube 9 mit dem Gehäuse 7 verschraubt. Die Schraube 9 fixiert dabei entsprechend dem Beispiel der 1 und 2 eine optionale Erdungslasche 6, welche die Leiterplatte 5 mit einem Erdanschluss verbindet.
-
In der 8 ist eine Draufsicht aus der in 7 angezeigten Richtung auf die Schraubverbindung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils dargestellt. Bauteil 8 und Schraube 9 sind hierbei konzentrisch angeordnet und jeweils rotationssymmetrisch ausgeführt, so dass sich beide Elemente einfach einer maschinellen Fertigungsstrecke zuführen und durch entsprechende Werkzeuge greifen lassen.
-
Die Erfindung wurde anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die gezeigten Beispiele sollen jedoch den Umfang der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert wird, nicht beschränken, sondern lediglich vorteilhafte Ausführungsformen illustrieren.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Einpressbolzen
- 2
- Einpressrippen
- 3
- Außengewinde
- 4
- Gewindemutter
- 5
- Leiterplatte
- 6
- Erdungslasche
- 7
- Gehäuse
- 8
- Bauteil
- 9
- Schraube
- 10
- Schaft
- 11
- Kragen
- 12
- Bohrung
- 13
- Mittelachse
- 14
- Innengewinde
- 15
- Profil
