DE102020201966A1

DE102020201966A1 - Versteifungselement zum Versteifen eines elektronischen Bauteils an einer Leiterplatte, Bauteilvorrichtung, Leiterplattenvorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Leiterplattenvorrichtung und Verfahren zum Designen eines Versteifungselements

Info

Publication number: DE102020201966A1
Application number: DE102020201966.5A
Authority: DE
Inventors: Mathias Häuslmann; Michael Sperber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Der vorliegende Ansatz betrifft ein Versteifungselement (120) zum Versteifen eines elektronischen Bauteils (115) an einer Leiterplatte (110). Das Versteifungselement (120) weist einen Aufnahmeabschnitt (130) und zumindest einen Befestigungsabschnitt (135) auf. Der Aufnahmeabschnitt (130) ist dazu ausgeformt, um in einem Aufnahmezustand (140) zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils (115) zu kontaktieren oder aufzunehmen. Der Befestigungsabschnitt (135) ist dazu ausgeformt, um an der Leiterplatte (110) befestigt zu werden, um in dem Aufnahmezustand (140) eine Befestigung des an der Leiterplatte (110) befestigten Bauteils (115) zu versteifen.

Description

Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Versteifungselement zum Versteifen eines elektronischen Bauteils an einer Leiterplatte, eine Bauteilvorrichtung mit einem elektronischen Bauteil und einem Versteifungselement, eine Leiterplattenvorrichtung mit einer Leiterplatte, einem an der Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteil und einem Versteifungselement, ein Verfahren zum Herstellen einer Leiterplattenvorrichtung und ein Verfahren zum Designen eines Versteifungselements.
Elektronische Bauteile und/oder deren Kontaktierungen auf einer Leiterplatte sind im Betrieb oft vibrationsbedingten Krafteinwirkungen ausgesetzt.
Die DE 10 2009 023 317 A1 beschreibt einen Versteifungsrahmen für eine Leiterplatte.
Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz ein verbessertes Versteifungselement zum Versteifen eines elektronischen Bauteils an einer Leiterplatte, eine verbesserte Bauteilvorrichtung mit einem elektronischen Bauteil und einem Versteifungselement, eine verbesserte Leiterplattenvorrichtung mit einer Leiterplatte, einem an der Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteil und einem Versteifungselement, ferner ein Verfahren zum Herstellen einer verbesserten Leiterplattenvorrichtung und ein Verfahren zum Designen eines verbesserten Versteifungselements gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein Versteifungselement geschaffen wird, das ein an einer Leiterplatte befestigtes vibrationsanfälliges Bauteil zusätzlich versteift oder stabilisiert.
Ein Versteifungselement zum Versteifen eines elektronischen Bauteils an einer Leiterplatte weist einen Aufnahmeabschnitt und zumindest einen Befestigungsabschnitt auf. Der Aufnahmeabschnitt ist dazu ausgeformt, um in einem Aufnahmezustand zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils zu kontaktieren oder aufzunehmen. Der Befestigungsabschnitt ist dazu ausgeformt, um an der Leiterplatte befestigt zu werden, um in dem Aufnahmezustand eine Befestigung des an der Leiterplatte befestigten Bauteils zu versteifen.
Bei dem elektronischen Bauteil kann es sich um ein sensibles, beispielsweise ein vibrationsanfälliges elektronisches Bauteil wie einen Sensor handeln. Der Sensor kann für ein Steuergerät für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Airbag-Steuergerät des Fahrzeugs, vorgesehen sein. Alternativ kann es sich bei dem Bauteil um eine integrierte Schaltung oder ein diskretes Bauteil handeln. Ein solches Versteifungselement kann nun vorteilhafterweise dazu dienen, die Befestigung des Bauteils an der Leiterplatte zusätzlich zu verstärken und das Bauteil somit besonders vibrationsarm an der Leiterplatte zu stabilisieren. Beispielsweise kann das Versteifungselement im montierten Zustand an der Leiterplatte das Bauteil an die Leiterplatte andrücken. Das Versteifungselement kann verwindungssteif ausgeformt sein. Insbesondere kann das Versteifungselement ausgeformt sein, um für einen im vorgesehenen Einsatzbereich des Bauteils typischen Frequenzbereich auftretender Vibrationen verwindungssteif zu sein. Der Aufnahmeabschnitt kann den Bauteilabschnitt in dem Aufnahmezustand direkt, also unmittelbar, oder indirekt, mit beispielsweise einem dazwischenliegenden Hohlraum oder Dämpfungselement, kontaktieren oder aufnehmen. Der Aufnahmeabschnitt und der Befestigungsabschnitt können ferner einstückig ausgeformt sein. Eine einstückige Ausformung ermöglicht eine einfache Herstellung. Die versteifende Wirkung des Versteifungselements kann eine einwandfreie Funktion des Bauteils ohne Störeinwirkungen durch Vibrationen sicherstellen.
Der Aufnahmeabschnitt kann eine Deckelfläche aufweisen, die dazu ausgeformt ist, um in dem Aufnahmezustand zumindest einen Oberseitenabschnitt einer Oberseite des Bauteils zu kontaktieren oder aufzunehmen. Als die Oberseite ist eine der Unterseite, an welcher das Bauteil mit der Leiterplatte kontaktiert ist oder wird, gegenüberliegend angeordnete Seite des Bauteils zu verstehen. Eine solche Deckelfläche kann ein Einspannen des Bauteils zwischen dem Versteifungselement und der Leiterplatte ermöglichen. Eine Vibration des Bauteils zu der Oberseite hin kann somit reduziert oder sogar verhindert werden. Die Deckelfläche kann eine plane Oberfläche aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ kann der Aufnahmeabschnitt zumindest eine Seitenfläche aufweisen, die dazu ausgeformt ist, um in dem Aufnahmezustand zumindest einen Seitenabschnitt einer Bauteilseite des Bauteils zu kontaktieren oder aufzunehmen. Als die Bauteilseite ist eine senkrecht zu der Unterseite, an welcher das Bauteil mit der Leiterplatte kontaktiert ist oder wird, angeordnete Seite des Bauteils zu verstehen. Eine solche Seitenfläche kann ein Begrenzen oder Stabilisieren des Bauteils zu einer Seite hin ermöglichen. Eine Vibration des Bauteils zu der Bauteilseite hin kann somit reduziert oder sogar verhindert werden. Die Seitenfläche kann eine plane Oberfläche aufweisen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn sich der Befestigungsabschnitt krempenförmig von dem Aufnahmeabschnitt weg erstreckt. Als krempenförmig ist eine Ausformung des Befestigungsabschnitt in Form eines umgeknickten oder umgekanteten Rands zu verstehen. So kann der Befestigungsabschnitt auf die Leiterplatte aufgelegt werden, um hier beispielsweise vertikal befestigt zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Versteifungselement ein Befestigungselement zum Befestigen des Befestigungsabschnitts an der Leiterplatte aufweisen. Das Befestigungselement kann als ein Widerhaken oder Schnappverschluss an dem Befestigungsabschnitt ausgeformt sein. In einer solchen Variante kann das Befestigungselement einstückig mit dem Befestigungsabschnitt ausgeformt sein. Das Befestigungselement kann aber auch ein Pressfit-Element sein, welches zur Befestigung des Versteifungselements an der Leiterplatte vertikal in eine Öffnung des Befestigungselements eingepresst oder vertikal durch ein flexibles Material des Befestigungselements durchgepresst werden kann.
Der Aufnahmeabschnitt kann kastenförmig zum Aufnehmen des Bauteils oder bandförmig zum Einspannen eines mittigen Bauteilabschnitts ausgeformt sein. Bei einer kastenförmigen Ausformung des Aufnahmeabschnitts kann ein halbes oder mit Ausnahme der Unterseite gesamtes rechteckiges Bauteil in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen werden. Dies schafft eine besonders stabile, da umfassende Aufnahmemöglichkeit für das Bauteil. Eine bandförmige Ausformung des Aufnahmeabschnitts eignet sich, wenn benachbart zu Eckbereichen eines rechteckigen Bauteils kein Platz zum Befestigen des Befestigungsabschnitts mit der Leiterplatte vorhanden ist.
Der Aufnahmeabschnitt kann gemäß einer Ausführungsform auch dreieckig zum Aufnehmen zumindest eines Eckbereichs des Bauteils ausgeformt sein. Hierbei kann das Bauteil entlang oder über einer Diagonalen einer rechteckigen Oberseite des Bauteil in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen sein. Hierbei können auch zwei oder drei Eckbereiche eines Bauteils mit vier Eckbereichen in dem Aufnahmeabschnitt aufnehmbar sein. Eine dreieckige Ausformung des Aufnahmeabschnitts eignet sich, wenn lediglich an dem Eckbereich oder an zwei oder drei Eckbereichen eines rechteckigen Bauteils Platz zum Befestigen des Befestigungsabschnitts mit der Leiterplatte vorhanden ist. Die vorangehend beschriebenen Ausformungen des Aufnahmeabschnitts können abhängig von einem vorhandenen Bauraum auf der Leiterplatte sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Versteifungselement ferner eine Ausnehmung zum Aufnehmen oder Kontaktieren eines an der Leiterplatte angeordneten Bauteilanschlusses des Bauteils aufweisen. So kann auch der Bauteilanschluss vor Vibration geschützt werden.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Versteifungselement gemäß einer Ausführungsform ein thermisch leitfähiges und zusätzlich oder alternativ elektrisch leitfähiges und zusätzlich oder alternativ ferromagnetisches Material aufweist. Ein thermisch leitfähiges Versteifungselement kann einer Kühlung des Bauteils dienen oder mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Bauteils gekoppelt werden. Ein elektrisch leitfähiges und zusätzlich oder alternativ ferromagnetisches Versteifungselement kann einer elektrischen oder elektromagnetischen Abschirmung dienen.
Das Versteifungselement kann ferner ein Dämpfungselement aufweisen, das zwischen dem Aufnahmeabschnitt und dem Bauteil anordenbar ist, um im Betrieb des Bauteils eine Vibration zu dämpfen, insbesondere wobei das Dämpfungselement eine Gummimatte aufweisen kann. Zusätzlich oder alternativ kann das Dämpfungselement ein Gel sein oder aufweisen. Ein solches Dämpfungselement kann eine Vibration des Bauteils weiter eindämmen.
Eine Bauteilvorrichtung weist zumindest ein elektronisches Bauteil für eine Leiterplatte und eines der vorangehend beschriebenen Versteifungselemente auf, das dazu ausgeformt ist, um eine Befestigung des Bauteils an der Leiterplatte zu versteifen, wenn das Bauteil an der Leiterplatte befestigt ist.
Der Aufnahmeabschnitt des Versteifungselements der Bauteilvorrichtung kann zumindest teilweise mit dem Bauteil stoff- und zusätzlich oder alternativ formschlüssig verbunden sein. So kann eine stabile Verbindung zwischen dem Versteifungselement und dem Bauteil realisiert sein.
Eine Leiterplattenvorrichtung weist eine Leiterplatte, zumindest ein an der Leiterplatte befestigtes elektronisches Bauteil und eines der vorangehend beschriebenen Versteifungselemente auf, das dazu ausgeformt ist, um eine Befestigung des Bauteils an der Leiterplatte zu versteifen. Eine solche Leiterplattenvorrichtung kann als Ersatz für bekannte Leiterplattenvorrichtungen dienen, wobei bei der Leiterplattenvorrichtung dank des Versteifungselements das Bauteil besonders vibrationsarm an der Leiterplatte befestigt oder befestigbar ist. Die Leiterplatte kann eine geeignete Form aufweisen und zumindest elektrische Leitungen zum elektrischen Kontaktieren des elektronischen Bauteils umfassen.
Das elektronische Bauteil kann als ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe ausgeformt sein. Beispielsweise kann es sich um einen Beschleunigungssensor, Drehratensensor oder um einen Sensor zum Erfassen einer Verformung auf.
Ein Verfahren zum Herstellen der vorangehend beschriebenen Leiterplattenvorrichtung weist einen Schritt des Bereitstellens und einen Schritt des Koppelns auf. Im Schritt des Bereitstellens werden eine Leiterplatte mit zumindest einem an der Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteil und ein Versteifungselement bereitgestellt. Im Schritt des Koppelns wird das Versteifungselement derart gekoppelt, dass ein Aufnahmeabschnitt des Versteifungselements in einem Aufnahmezustand zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils kontaktiert oder aufnimmt und ein Befestigungsabschnitt des Versteifungselements an der Leiterplatte befestigt ist, sodass in dem Aufnahmezustand eine Befestigung des an der Leiterplatte befestigten Bauteils versteift wird.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Ein Verfahren zum Designen eines Versteifungselements zum Versteifen eines elektronischen Bauteils an einer Leiterplatte weist einen Schritt des Entwerfens auf. Im Schritt des Entwerfens wird eine Versteifungselementausformung des Versteifungselements unter Verwendung eines Leiterplattenlayouts der Leiterplatte und zusätzlich oder alternativ einer Bauteilausformung des Bauteils auf der Leiterplatte und zusätzlich oder alternativ Bauteilanordnung des Bauteils an der Leiterplatte und zusätzlich oder alternativ Anschlussanordnung zumindest eines Bauteilanschlusses des Bauteils an der Leiterplatte derart entworfen, dass ein Aufnahmeabschnitt des Versteifungselements dazu ausgeformt ist, um in einem Aufnahmezustand zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils zu kontaktieren oder aufzunehmen und ein Befestigungsabschnitt des Versteifungselements dazu ausgeformt ist, um an der Leiterplatte befestigt zu werden, um in dem Aufnahmezustand eine Befestigung des an der Leiterplatte befestigten Bauteils zu versteifen.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Dieses Verfahren ermöglicht eine individuelle Anfertigung eines Versteifungselements für ein auf einer Leiterplatte befestigtes sensibles Bauteil. Bei der Anfertigung kann das Versteifungselement unter Verwendung der im Schritt des Entwerfens entworfenen Versteifungselementausformung und eines 3D-Druckers gedruckt werden.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Leiterplattenvorrichtung mit einer Leiterplatte, zumindest einem an der Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteil und einem Versteifungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplattenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplattenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Leiterplattenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Designen eines Versteifungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Leiterplattenvorrichtung 105 mit einer Leiterplatte 110, zumindest einem an der Leiterplatte 110 befestigten elektronischen Bauteil 115 und einem Versteifungselement 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leiterplattenvorrichtung 105 ist im Schnitt dargestellt.
Lediglich beispielhaft ist die Leiterplattenvorrichtung 105 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in oder an dem Fahrzeug 100 aufgenommen, hier beispielshaft als Teil eines Steuergeräts 125 des Fahrzeugs 100. Bei dem elektronischen Bauteil 115 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um ein sensibles, beispielsweise ein vibrationsanfälliges elektronisches Bauteil 115 wie einen Sensor. Der Sensor ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Sensor des Steuergeräts 125, welches hier beispielhaft ein Airbag-Steuergerät des Fahrzeugs 100 ist, ausgebildet. Das Bauteil 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel rechteckig ausgeformt. Beispielsweise ist das Bauteil 115 als ein Inertialsensor oder ein Teil eines Inertialsensors ausgeformt. Auch kann das Bauteil 115 eine integrierte Schaltung umfassen. Optional weist das Bauteil 115 ein Gehäuse auf.
Das Versteifungselement 120 ist dazu ausgebildet, um eine Befestigung des Bauteils 115 an der Leiterplatte 110 zu versteifen. Hierzu weist das Versteifungselement 120 einen Aufnahmeabschnitt 130 und zumindest einen Befestigungsabschnitt 135 auf. Der Aufnahmeabschnitt 130 ist dazu ausgeformt, um in einem Aufnahmezustand 140 zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils 115 zu kontaktieren oder aufzunehmen. Der Befestigungsabschnitt 135 ist dazu ausgeformt, um an der Leiterplatte 110 befestigt zu werden, um in dem Aufnahmezustand 140 die Befestigung des an der Leiterplatte 110 befestigten Bauteils 115 zu versteifen. Die Leiterplatte 110 weist eine geeignete Form, beispielsweise plan oder gegebenenfalls gebogen auf. Die Leiterplatte 110 kann je nach Anwendungsgebiet als eine dünne Platte oder als ein massives Element ausgeformt sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel verhindert das Versteifungselement 120 eine durch Vibrationen hervorgerufene Relativbewegung, beispielsweise in Form einer Schwingung, zwischen dem Bauteil 115 und der Leiterplatte 110.
Das Versteifungselement 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem betriebsbereiten Zustand, in dem es die Befestigung des Bauteils 115 an der Leiterplatte 110 versteift, angeordnet. Der Aufnahmeabschnitt 130 ist hierbei in dem Aufnahmezustand 140 angeordnet und der Befestigungsabschnitt 135 ist an der Leiterplatte 110 befestigt. Der Aufnahmeabschnitt 130 und der Befestigungsabschnitt 135 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgeformt. Zusätzlich zu dem Aufnahmeabschnitt 130 und dem Befestigungsabschnitt 135 weist das Versteifungselement 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner ein Dämpfungselement 145 und/oder zumindest ein Befestigungselement 150 auf.
Der Aufnahmeabschnitt 130 kontaktiert den Bauteilabschnitt des Bauteils 115 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Aufnahmezustand 140 indirekt, hier mit einem dazwischenliegenden Hohlraum. Der Hohlraum kann unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen, sich beispielsweise nur im Bereich des Aufnahmeabschnitts 130, nur im Bereich des Befestigungsabschnitts 135 oder sowohl im Bereich des Aufnahmeabschnitts 130 als auch im Bereich des Befestigungsabschnitts 135 befinden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Hohlraum nur zwischen der Deckelfläche 155 des Aufnahmeabschnitts 130 und dem Bauteil 115 oder nur zwischen der Seitenfläche 150 des Aufnahmeabschnitts 130 und dem Bauteil 115. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Hohlraum vollflächig zwischen dem Versteifungselement 120 und dem Bauteil 115. Zusätzlich oder alternativ erstreckt sich der Hohlraum oder ein weiterer Hohlraum zwischen einer der Leiterplatte 110 zugewandten Befestigungsseite des Bauteils 115 und der Leiterplatte 110.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum vollständig oder zumindest teilweise von einem Dämpfungselement 145 ausgefüllt. Somit kann zumindest ein geeignetes Dämpfungselement von dem Hohlraum aufgenommen sein. Das Dämpfungselement 145 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise zwischen dem Aufnahmeabschnitt 130 und dem Bauteil 115 angeordnet, um im Betrieb des Bauteils 115 eine Vibration zu dämpfen. Das Dämpfungselement 145 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Gummimatte und/oder ein Gel auf. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum von einem stoff- oder formschlüssigen Verbindungselement oder einer stoff- oder formschlüssigen Verbindungssubstanz zum lösbaren oder unlösbaren Verbinden des Aufnahmeabschnitts 130 mit dem Bauteil 115 ausgefüllt. Somit kann auch eine starre Verbindung zwischen dem Aufnahmeabschnitt 130 und dem Bauteil 115 oder generell zwischen dem Versteifungselement 120 und dem Bauteil 115 und gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ zu der Leiterplatte 110 ausgeformt sein.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kontaktiert der Aufnahmeabschnitt 130 den Bauteilabschnitt 115 in dem Aufnahmezustand 140 direkt, also unmittelbar ohne Dämpfungselement 145 und/oder Hohlraum. In diesem Fall liegt eine dem Bauteil 115 zugewandte Oberfläche des Aufnahmeabschnitts 130 direkt an einer gegenüberliegenden Oberfläche des Bauteils 115 an.
Der Aufnahmeabschnitt 130 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Deckelfläche 155 auf, die dazu ausgeformt ist, um in dem Aufnahmezustand 140 zumindest einen Oberseitenabschnitt einer Oberseite des Bauteils 115 zu kontaktieren oder aufzunehmen. Als die Oberseite ist eine der Unterseite, an welcher das Bauteil 115 mit der Leiterplatte 110 kontaktiert ist, gegenüberliegend angeordnete Seite des Bauteils 115 zu verstehen. Die Deckelfläche 155 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine plane Oberfläche auf. Der Aufnahmeabschnitt 130 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine Seitenfläche 160 auf, die dazu ausgeformt ist, um in dem Aufnahmezustand 140 zumindest einen Seitenabschnitt einer Bauteilseite des Bauteils 115 zu kontaktieren oder aufzunehmen. Als die Bauteilseite ist eine senkrecht zu der Unterseite angeordnete Seite des Bauteils 115 zu verstehen. Der Aufnahmeabschnitt 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel insgesamt kastenförmig zum Aufnehmen des mit Ausnahme der Unterseite gesamten rechteckigen Bauteils 115 oder halbkastenförmig zum Aufnehmen des mit Ausnahme der Unterseite halben rechteckigen Bauteils 115 ausgeformt. Das Versteifungselement 120 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Form eines Deckels für das Bauteil 115 auf.
Der Befestigungsabschnitt 135 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel krempenförmig oder anders ausgedrückt in Form eines umgeknickten oder umgekanteten Rands von dem Aufnahmeabschnitt 130 weg. Der Befestigungsabschnitt 135 liegt gemäß diesem Ausführungsbeispiel neben dem Bauteil 115 auf der Leiterplatte 110 auf. Zwischen dem Befestigungsabschnitt 135 und der Leiterplatte 110 erstrecken sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner ein Abschnitt des Dämpfungselements 145 und/oder ein Abschnitt zumindest eines Bauteilanschlusses 165 des Bauteils 115 an der Leiterplatte 110 und/oder das zumindest eine Befestigungselement 150. Der Bauteilanschluss 165 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel zum elektrischen und/oder mechanischen Kontaktieren des Bauteils 115 vorgesehen. Die Leiterplatte 110 weist typischerweise eine Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen auf, beispielsweise zum elektrischen Kontaktieren des zumindest einen Bauteilanschlusses 165 des Bauteils 115.
Das Befestigungselement 150 ist zum Befestigen des Befestigungsabschnitts 135 an der Leiterplatte 110 ausgeformt. Das Befestigungselement 150 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Pressfit-Element ausgeformt, welches zur Befestigung des Versteifungselements 120 an der Leiterplatte 110 mit dem Befestigungsabschnitt 135 verbunden und vertikal durch die Leiterplatte 110 geführt ist. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Befestigungselement 150 als ein Widerhaken oder Schnappverschluss an dem Befestigungsabschnitt 135 ausgeformt. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist das Befestigungselement 150 entweder einstückig mit dem Befestigungsabschnitt 135 ausgeformt oder als ein eigenständiges Einzelteil mit dem Befestigungsabschnitt 135 verbunden. Das Versteifungselement 120 weist eine beliebige Anzahl derartiger Befestigungselemente 150 auf, hier beispielhaft zwei oder vier der Befestigungselemente 150.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Versteifungselement 120 ferner eine Ausnehmung zum Aufnehmen oder Kontaktieren des an der Leiterplatte 110 angeordneten Bauteilanschlusses 165 des Bauteils 115 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der zumindest eine Bauteilanschluss 165 oder werden alle Bauteilanschlüsse 165 des Bauteils von dem Versteifungselement 120 überspannt.
Das Versteifungselement 120 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein thermisch leitfähiges und/oder elektrisch leitfähiges und/oder ferromagnetisches Material auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Versteifungselement 120 eine Wandstärke von weniger als 2mm, weniger als 1 mm oder weniger als 0,5mm auf.
Das Versteifungselement 120 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel verwindungssteif ausgeformt. Dabei ist die Verwindungssteifigkeit insbesondere in einem Frequenzbereich und einem Kraftbereich von typischerweise im Betrieb des Bauteils 115 auftretenden Vibrationskräften gegeben.
Das elektronische Bauteil 115 kann zusammen mit dem Versteifungselement 120 auch als Bauteilvorrichtung 170 bezeichnet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Aufnahmeabschnitt 140 des Versteifungselements 120 der Bauteilvorrichtung 170 zumindest teilweise mit dem Bauteil 115 stoff- und/oder formschlüssig verbunden.
Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt eine bedarfsgerechte, individuelle, an Bauraum und Design anpassbare zusätzliche Befestigung von elektronischen Bauteilen 115 mittels eines Versteifungselements 120. Zusammengefasst einen Vibrationsschutz.
In Kraftfahrzeugen 100 befinden sich zahlreiche elektronische Steuergeräte 125, Sicherheitssysteme, z. B. Airbags, etc., welche über eine Vielzahl sensibler elektronischer Bauteile 115 wie Sensoren verfügen. Neben Umwelt- und Umfeldeinflüssen, wie z. B. enorme Temperaturschwankungen, sollen diese sensiblen und hoch präzisen Bauteile 115 zur Erfassung von physikalischen Größen auch starken Vibrationen standhalten. Die Messungen dürfen dabei nicht verfälscht werden und die elektronische Kontaktierung und/oder die Bauteile 115 selbst sollen durch die vibrationsbedingten Krafteinwirkungen nicht beschädigt werden. Diese Aufgabe wird durch das hier vorgestellte Versteifungselement 120 individuell für das betreffende Bauteil 115 gelöst.
Anders als ein Versteifungsrahmen, welcher bedingt durch einen zusätzlich benötigten Bauraum nicht überall einsetzbar ist und die Vibrationskräfte auf die gesamte Leiterplatte reduziert, wobei jedoch immer noch hohe Vibrationskräfte auf einzelne Bauteile wirken, ermöglicht das hier vorgestellte Versteifungselement 120 einen bestmöglichen Vibrationsschutz je nach Bedarf pro Bauteil 115. Der Einsatz eines solchen Rahmens verursacht zudem aufwendige Aufbau- und Verbindungsprozesse sowie Montageprozesse, mit z. B. Schrauben. Auch eine Designfreiheit im Entwicklungsprozess ist durch das Einplanen des Vibrationsrahmens eingeschränkt. So kann auch die Leiterplatte keine flexible bzw. Bauraum bedingte variable Form annehmen, da diese ja immer in einen „Rahmen“ passen muss.
Das hier vorgestellte Versteifungselement 120 ermöglicht nun vorteilhafterweise eine an den Bauraum und das jeweilige Bauteil 115 anpassbare Vibrationssicherung, zusammengefasst eine designoptimierte zusätzliche Befestigung vibrationsanfälliger Bauteile 115. Das Versteifungselement 120 ist flexibel und individuell für jedes Bauteil 115 anwendbar. So kann beispielsweise eine Befestigung des Versteifungselements 120 auf jeder Leiterplatte 110 für jedes vibrationsanfällige Bauteil 115 erfolgen. Das Versteifungselement 120 kann eine beliebige Form zur Aufnahme für ebene oder unebene elektronische Bauteile 115 und/oder über eine beliebige Größe bzw. beliebige Abmaße verfügen.
Hier in 1 dargestellt ist eine Schnittdarstellung eines solchen Versteifungselements 120, welches ein schematisch dargestelltes elektronisches Bauteil 115 fixiert bzw. gegen Vibration absichert. Zwischen dem Bauteil 115 und dem Versteifungselement 120 ist optional Raum für eine stoff- bzw. formschlüssige verbesserte Verbindung zwischen dem genannten Bauteil 115 und dem Versteifungselement 120. Dieser Raum ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über ein geeignetes Medium, z. B. die Gummimatte, Gel, etc., ausgefüllt. In einer hier dargestellten optimalen Anordnung werden auch die Bauteilanschlüsse 165, welche auch als „Kontaktierungsanschlüsse“ oder „Kontaktierungen“ bezeichnet werden können, vom Bauteil 115 zur Leiterplatte 110 über das Versteifungselement 120 bzw. optional mittels des stoffschlüssigen Mediums neben dem Bauteil 115 selbst zusätzlich abgesichert. So ist nicht nur das Bauteil 115 selbst, sondern auch die Kontaktierungsanschlüsse des Bauteils 115 zum Schaltungsträger in Form der Leiterplatte 110 gegen Vibration geschützt. Das Versteifungselement 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über vertikale Befestigungselemente 150 an der Leiterplatte 110 fixiert.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplattenvorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 beschriebene Leiterplattenvorrichtung 105 handeln, mit dem Unterschied, dass das Versteifungselement 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel bandförmig ausgeformt ist. Ein Leiterplattenlayout der Leiterplatte 110 unterscheidet sich ferner von jenem in 1 gezeigten Leiterplattenlayout.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Bauteilanschlüsse 165 derart ausgeprägt ausgeformt, dass an allen vier Eckbereichen 200 des rechteckigen Bauteils 115 kein Platz für den Befestigungsabschnitt und/oder die Befestigungselemente 150 ist. Der bandförmig Aufnahmeabschnitt ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zum Einspannen eines mittigen Bauteilabschnitts des Bauteils 115 ausgeformt. Je zwei Befestigungselemente 150 befestigen gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Befestigungsabschnitte, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei gegenüberliegende Enden des Versteifungselements 120 ausformen.
In der hier gezeigten 2 wird deutlich, dass die Designfreiheit in Größe und Form des Versteifungselements 120 variable an das jeweilige Bauteil 115 bzw. das Layout der Leiterplatte 110 angepasst ausgeformt ist. Auch die Anzahl der Befestigungselemente 150 ist von der Formgebung des Versteifungselements 120 bzw. nach einem Bedarf angepasst. Das elektronische Bauteil 115 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel komplett von dem Versteifungselement 120 umschlossen oder umschließt dieses wie hier dargestellt nur teilweise.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplattenvorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 beschriebene Leiterplattenvorrichtung 105 handeln, mit dem Unterschied, dass das Versteifungselement 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel dreieckig ausgeformt ist. Ein Leiterplattenlayout der Leiterplatte 110 unterscheidet sich ferner von jenen in den 1 und 2 gezeigten Leiterplattenlayout.
Der Aufnahmeabschnitt 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dreieckig zum Aufnehmen zumindest eines Eckbereichs 200 des Bauteils 115 ausgeformt. Hierbei ist das Bauteil 115 gemäß diesem Ausführungsbeispiel entlang oder über einer Diagonalen 300 einer rechteckigen Oberseite des Bauteil 115 in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind auch zwei oder drei der vier Eckbereiche des Bauteils 115 in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen. Die Leiterplattenvorrichtung 105 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine beliebige Anzahl weiterer elektronischer Bauteile 115 auf, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel je nach Anordnung auf der Leiterplatte 110 eigens für die weiteren Bauteile 115 ausgeformte Versteifungselemente 120 aufweisen. Dies gilt ebenso für die vorangegangenen Figuren.
Gezeigt ist hier in 3 ebenfalls ein teilweise durch ein Versteifungselement 120 umschlossenes vibrationsanfälliges Bauteil 115, wobei das Versteifungselement 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel über drei Befestigungselemente 150 statt wie in 2 vier Befestigungselemente 150 verfügt. Zusammengefasst verdeutlicht die 3 noch einmal die Designfreiheit sowie die bauraumbedingte Flexibilität der erfindungsgemäßen Idee.
Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes liegen zusammengefasst in der vereinfachten Aufbau- und Verbindungstechnik sowie in einem stark vereinfachten Montageprozess durch z. B. eine Befestigung über Pressfit-Elemente am Versteifungselement 120. Die elektronischen Bauteile 115 und das zugehörige Versteifungselement 120 können an beliebigen Stellen der Leiterplatte 110 platziert sein bzw. die Leiterplatte 110 über eine beliebige Form verfügen. Je nach Gegebenheit und umliegenden anderen elektronischen Bauteilen ist die Formgebung des Versteifungselements 120 auch beliebig. Das Versteifungselement 120 ist demnach variable für den Aufbau- und Verbindungs- bzw. Montageprozess gestaltet. So ist die Fixierung des Versteifungselements 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel als Verschnappen, mit Widerhaken und/oder durch Verklebung auf der Leiterplatte 110 und/oder dem elektronischen Bauteil 115 realisiert. Die dargestellten Formen des Versteifungselements 120 sind nur Beispiele. Weitere Beispiele für das Versteifungselement 120 sind z. B. eine ovale oder rechteckige Formgebung, etc., mit zwei oder mehr Befestigungspunkten an der Leiterplatte 110 sowie eine komplett flexible oder „maßgeschneiderte“ Formgebung durch 3D Druck. Das Versteifungselement 120 besteht aus einem beliebigen Material.
Für eine optionale elektrische oder elektromagnetische Abschirmung besteht das Versteifungselement 120 oder Teile davon gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einem oder mehreren unterschiedlichen elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Werkstoff/en. Optional ist das Versteifungselement 120 dazu gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem entsprechenden Bezugspotential der Leiterplatte 110 elektrisch leitend verbunden. Für eine optionale Kühlung des zu befestigenden Bauteils 115 besteht das Versteifungselement 120 oder Teile davon gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einem oder mehreren unterschiedlichen wärmeleitenden Werkstoff/en. Optional ist das Versteifungselement 120 dazu gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem entsprechenden Bezugspotential der Leiterplatte 110 thermisch leitend verbunden.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen einer Leiterplattenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der in einer der 1 bis 3 beschriebenen Leiterplattenvorrichtungen 120 handeln.
Das Verfahren 400 weist einen Schritt 405 des Bereitstellens und einen Schritt 410 des Koppelns auf. Im Schritt 405 des Bereitstellens werden eine Leiterplatte mit zumindest einem an der Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteil und ein Versteifungselement bereitgestellt. Im Schritt 410 des Koppelns wird das Versteifungselement derart gekoppelt, dass ein Aufnahmeabschnitt des Versteifungselements in einem Aufnahmezustand zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils kontaktiert oder aufnimmt und ein Befestigungsabschnitt des Versteifungselements an der Leiterplatte befestigt ist, sodass in dem Aufnahmezustand eine Befestigung des an der Leiterplatte befestigten Bauteils versteift wird.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Designen eines Versteifungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eines der in einer der 1 bis 3 beschriebenen Versteifungselemente handeln.
Das Verfahren 500 weist einen Schritt 505 auf, in dem eine Information über ein Leiterplattenlayout der Leiterplatte und/oder eine Bauteilausformung des Bauteils auf der Leiterplatte und/oder eine Bauteilanordnung des Bauteils an der Leiterplatte und/oder eine Anschlussanordnung zumindest eines Bauteilanschlusses des Bauteils an der Leiterplatte eingelesen wird. In einem Schritt 510 des Entwerfens wird eine Versteifungselementausformung des Versteifungselements unter Verwendung eines Leiterplattenlayouts der Leiterplatte und/oder einer Bauteilausformung des Bauteils auf der Leiterplatte und/oder Bauteilanordnung des Bauteils an der Leiterplatte und/oder Anschlussanordnung zumindest eines Bauteilanschlusses des Bauteils an der Leiterplatte derart entworfen, dass ein Aufnahmeabschnitt des Versteifungselements dazu ausgeformt ist, um in einem Aufnahmezustand zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils zu kontaktieren oder aufzunehmen und ein Befestigungsabschnitt des Versteifungselements dazu ausgeformt ist, um an der Leiterplatte befestigt zu werden, um in dem Aufnahmezustand eine Befestigung des an der Leiterplatte befestigten Bauteils zu versteifen.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeug
105: Leiterplattenvorrichtung
110: Leiterplatte
115: elektronisches Bauteil
120: Versteifungselement
125: Steuergerät
130: Aufnahmeabschnitt
135: Befestigungsabschnitt
140: Aufnahmezustand
145: Dämpfungselement
150: Befestigungselement
155: Deckelfläche
160: Seitenfläche
165: Bauteilanschluss
170: Bauteilvorrichtung
200: Eckbereich
300: Diagonale
400: Verfahren zum Herstellen einer Leiterplattenvorrichtung
405: Schritt des Bereitstellens
410: Schritt des Koppelns
500: Verfahren zum Designen eines Versteifungselements
505: Schritt des Einlesens
510: Schritt des Erzeugens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009023317 A1 [0003]

Claims

Versteifungselement (120) zum Versteifen eines elektronischen Bauteils (115) an einer Leiterplatte (110), wobei das Versteifungselement (120) die folgenden Merkmale aufweist: einen Aufnahmeabschnitt (130), der dazu ausgeformt ist, um in einem Aufnahmezustand (140) zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils (115) zu kontaktieren oder aufzunehmen; und zumindest einen Befestigungsabschnitt (135), der dazu ausgeformt ist, um an der Leiterplatte (110) befestigt zu werden, um in dem Aufnahmezustand (140) eine Befestigung des an der Leiterplatte (110) befestigten Bauteils (115) zu versteifen.
Versteifungselement (120) gemäß Anspruch 1, bei dem der Aufnahmeabschnitt (130) eine Deckelfläche (155) aufweist, die dazu ausgeformt ist, um in dem Aufnahmezustand (140) zumindest einen Oberseitenabschnitt einer Oberseite des Bauteils (115) zu kontaktieren oder aufzunehmen, und/oder bei dem der Aufnahmeabschnitt (130) zumindest eine Seitenfläche (160) aufweist, die dazu ausgeformt ist, um in dem Aufnahmezustand (140) zumindest einen Seitenabschnitt einer Seite des Bauteils (115) zu kontaktieren oder aufzunehmen.
Versteifungselement (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem sich der Befestigungsabschnitt (135) krempenförmig von dem Aufnahmeabschnitt (130) weg erstreckt.
Versteifungselement (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Befestigungselement (150) zum Befestigen des Befestigungsabschnitts (135) an der Leiterplatte (110).
Versteifungselement (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Aufnahmeabschnitt (130) kastenförmig zum Aufnehmen des Bauteils (115) ausgeformt ist.
Versteifungselement (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Aufnahmeabschnitt (130) bandförmig zum Einspannen eines mittigen Bauteilabschnitts ausgeformt ist.
Versteifungselement (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Aufnahmeabschnitt (130) dreieckig zum Aufnehmen zumindest eines Eckbereichs (200) des Bauteils (115) ausgeformt ist.
Versteifungselement (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, das zumindest eine Ausnehmung zum Aufnehmen oder Kontaktieren eines an der Leiterplatte (110) angeordneten Bauteilanschlusses (165) des Bauteils (115) aufweist.
Versteifungselement (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Dämpfungselement (145), das zwischen dem Aufnahmeabschnitt (130) und dem Bauteil (115) anordenbar ist, um im Betrieb des Bauteils (115) eine Vibration zu dämpfen, insbesondere wobei das Dämpfungselement (145) eine Gummimatte aufweist.
Bauteilvorrichtung (170) mit zumindest einem elektronischen Bauteil (115) für eine Leiterplatte (110) und einem Versteifungselement (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, das dazu ausgeformt ist, um eine Befestigung des Bauteils (115) an der Leiterplatte (110) zu versteifen, wenn das Bauteil (115) an der Leiterplatte (110) befestigt ist.
Bauteilvorrichtung (170) gemäß Anspruch 10, bei der der Aufnahmeabschnitt (130) zumindest teilweise mit dem Bauteil (115) stoff- und/oder formschlüssig verbunden ist.
Leiterplattenvorrichtung (105) mit einer Leiterplatte (110), zumindest einem an der Leiterplatte (110) befestigten elektronischen Bauteil (115) und einem Versteifungselement (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das dazu ausgeformt ist, um eine Befestigung des Bauteils (115) an der Leiterplatte (110) zu versteifen.
Leiterplattenvorrichtung (105) gemäß Anspruch 12, bei der das elektronische Bauteil (115) als ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe ausgeformt ist.
Verfahren (400) zum Herstellen einer Leiterplattenvorrichtung (105) gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (405) einer Leiterplatte (110) mit zumindest einem an der Leiterplatte (110) befestigten elektronischen Bauteil (115) und eines Versteifungselements (120); und Koppeln (410) des Versteifungselements (120) derart, dass ein Aufnahmeabschnitt (130) des Versteifungselements (120) in einem Aufnahmezustand (140) zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils (115) kontaktiert oder aufnimmt und ein Befestigungsabschnitt (135) des Versteifungselements (120) an der Leiterplatte (110) befestigt ist, sodass in dem Aufnahmezustand (140) eine Befestigung des an der Leiterplatte (110) befestigten Bauteils (115) versteift wird.
Verfahren (500) zum Designen eines Versteifungselements (120) zum Versteifen eines elektronischen Bauteils (115) an einer Leiterplatte (110), wobei das Verfahren (500) den folgenden Schritt aufweist: Entwerfen (505) einer Versteifungselementausformung des Versteifungselements (120) unter Verwendung eines Leiterplattenlayouts der Leiterplatte (110) und/oder einer Bauteilausformung des Bauteils (115) auf der Leiterplatte (110) und/oder Bauteilanordnung des Bauteils (115) an der Leiterplatte (110) und/oder Anschlussanordnung zumindest eines Bauteilanschlusses (165) des Bauteils (115) an der Leiterplatte (110) derart, dass ein Aufnahmeabschnitt (130) des Versteifungselements (120) dazu ausgeformt ist, um in einem Aufnahmezustand (140) zumindest einen Bauteilabschnitt des Bauteils (115) zu kontaktieren oder aufzunehmen und ein Befestigungsabschnitt (135) des Versteifungselements (120) dazu ausgeformt ist, um an der Leiterplatte (110) befestigt zu werden, um in dem Aufnahmezustand (140) eine Befestigung des an der Leiterplatte (110) befestigten Bauteils (115) zu versteifen.