DE102021107369A1 - Optimized punched grid arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Stanzgitter (1) für ein Lichtmodul, insbesondere für die Innen- und/oder Interieur-Beleuchtung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl an seriell hintereinander angeordneten Anschlussabschnitten (10), die ausgebildet sind jeweils mit einer Lichtquelle (2) verbunden zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzgitter (1) wenigstens zwei Leiterbahnen (20) aufweist, die zusammen einen ersten gemeinsamen Gesamtleiterquerschnitt A1GESbesitzen und mindestens eine Anzahl N an davon getrennten Datenleitungen (30), die zusammen einen vom ersten Gesamtleiterquerschnitt A1GESabweichenden gemeinsamen Gesamtleiterquerschnitt A2GESaufweisen.The invention relates to a stamped grid (1) for a light module, in particular for the interior and/or interior lighting of a motor vehicle, having a plurality of serially arranged connection sections (10) which are each designed to be connected to a light source (2). characterized in that the stamped grid (1) has at least two conductor tracks (20) which together have a first common overall conductor cross section A1GES and at least a number N of separate data lines (30) which together have a common overall conductor cross section A2GES that differs from the first overall conductor cross section A1GES.
Description
Diese Erfindung betrifft eine optimierte Stanzgitteranordnung, insbesondere ein Stanzgitter zur elektrischen Verbindung, welches betreffend mechanischer und elektrischer Eigenschaften optimiert ist.This invention relates to an optimized lead frame arrangement, in particular a lead frame for electrical connection, which is optimized with regard to mechanical and electrical properties.
Im Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Lösungen, um elektrisch leitfähige Stanzgitter herzustellen. Es sind zum Beispiel Stanzgitter bekannt, die in den Bereichen eines elektrischen Netzwerkes, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden, in denen leitende Elemente und Strombahnen mit einer hohen Stromtragfähigkeit und einer ausreichenden Eigenstabilität benötigt werden. Ein Stanzgitter wird aus einem flächenförmigen Ausgangsmaterial, wie zum Beispiel ein Blech, insbesondere ein Kupferblech, hergestellt.There are a number of solutions in the prior art for producing electrically conductive pressed screens. Stamped grids are known, for example, which are used in areas of an electrical network, in particular in a motor vehicle, in which conductive elements and current paths with a high current-carrying capacity and sufficient inherent stability are required. A stamped grid is produced from a sheet-like starting material, such as sheet metal, in particular sheet copper.
Durch formgebende Verfahren, insbesondere Stanzen und/oder Biegen, werden elektrische leitende Strombahnen und Kontaktelemente, wie zum Beispiel Steckkontakte, Federkontakte oder Klemmkontakte und Leiterbahnen, ausgebildet, wobei die Kontaktelemente typischerweise an den Leiterbahn-Enden der Leiterbahnen gebildet werden. Dem Fachmann ist ferner bekannt, dass ein Stanzgitter (auch punch grid genannt) nicht als ein Gitter im engen Wortsinne verstanden werden muss, sondern dass vielmehr auch diverse gestanzte Geometrien unter diesen Begriff fallen.Electrically conductive current paths and contact elements, such as plug contacts, spring contacts or clamping contacts and conductor tracks, are formed by shaping methods, in particular stamping and/or bending, with the contact elements typically being formed at the conductor track ends of the conductor tracks. The person skilled in the art is also aware that a stamped grid (also known as a punch grid) does not have to be understood as a grid in the narrow sense of the word, but rather that various stamped geometries also come under this term.
Aus dem Stand der Technik sind zum Beispiel Stanzgitter bekannt, die reihenförmig angeordnete Kontaktzungen zur elektrischen Kontaktierung und/oder elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Einrichtung, wie zum Beispiel einer gedruckten Leiterplatte (PCB - printed circuit board), aufweisen. Insbesondere bei der Verwendung in manchen Applikationen, wie Fahrzeuganwendungen ist ein Stanzgitter einer Kraftfahrzeugelektrik hohen Temperaturschwankungen und/oder Vibrationen ausgesetzt. Diese können z. B. dazu führen, dass in den Lötstellen Risse entstehen und die Lötstellen brechen und so ein elektrischer Kontakt zwischen dem Stanzgitter und der Leiterplatte verloren geht. Dies geschieht zum Beispiel, wenn das Stanzgitter an unterschiedlichen Seiten unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt ist, so dass sich auf der einen Seite eine hohe und auf der anderen Seite des Stanzgitters eine niedrigere Temperatur einstellt. Die Kontaktzungen, die im Bereich der hohen Temperatur liegen dehnen sich stärker aus als die Kontaktzungen, die im Bereich der niedrigeren Temperatur liegen, wodurch eine Relativbewegung von dem Stanzgitter zu der Leiterplatte bewirkt wird. Dadurch entstehen hohe Spannungen und Kräfte in den Lötstellen und an den Verbindungspunkten, die zu Beschädigungen führen können.Stamped grids are known from the prior art, for example, which have contact tongues arranged in rows for electrical contacting and/or electrical connection to an electrical device, such as a printed circuit board (PCB). In particular when used in some applications, such as vehicle applications, a stamped grid of a motor vehicle electrical system is exposed to high temperature fluctuations and/or vibrations. These can e.g. B. lead to cracks appearing in the solder joints and the solder joints break and electrical contact between the stamped grid and the printed circuit board is lost. This happens, for example, when the stamped grid is exposed to different temperatures on different sides, so that a high temperature occurs on one side and a lower temperature on the other side of the stamped grid. The contact tongues that are in the high temperature range expand more than the contact tongues that are in the lower temperature range, causing a relative movement of the stamped grid to the printed circuit board. This creates high tension and forces in the solder joints and at the connection points, which can lead to damage.
Aus dem Stand der Technik sind Ausführungsformen bekannt, die das oben beschriebene Problem teilweise, aber unvollständig lösen. Dazu weisen die Kontaktzungen eine C-, V-, oder U-förmige Krümmung auf. Die so gestalteten Kontaktzungen erlauben zum einen temperaturbedingte unterschiedliche Ausdehnungen der Kontaktzungen und damit eine Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter und der Leiterplatte, und zum anderen können Vibrationen gedämpft werden. Jedoch dürfen die Kontaktzungen dabei nicht zu dicht beieinander angeordnet werden, da sonst die Krümmung einer Kontaktzunge in den Bereich einer benachbarten Kontaktzunge hineinragt.Embodiments are known from the prior art which partially but incompletely solve the problem described above. For this purpose, the contact tongues have a C, V, or U-shaped curvature. The contact tongues designed in this way allow, on the one hand, temperature-related different expansions of the contact tongues and thus a relative movement between the stamped grid and the printed circuit board, and on the other hand, vibrations can be damped. However, the contact tongues must not be arranged too close together, otherwise the curvature of one contact tongue will protrude into the area of an adjacent contact tongue.
Aus der Gebrauchsmusterschrift
Aus der
Die Druckschrift
Die
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Weiter ist beschrieben, dass das Stanzgitter aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit bestehen kann, was die Betriebssicherheit des Lichtmoduls weiter steigert. Bei dem Metall für das Stanzgitter kann es sich um Kupfer, Kupfer-Beryllium o. dgl. handeln.It is also described that the stamped grid can consist of a material with high electrical conductivity and/or thermal conductivity, which further increases the operational reliability of the light module. The metal for the pressed screen can be copper, copper beryllium or the like.
Zwecks bandförmiger Ausgestaltung des Lichtmoduls kann eine Vielzahl von aufeinander folgenden Lichtquellen vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei den Lichtquellen um Leuchtdioden, welche besonders energieeffizient sind. In einfacher Art und Weise können die Lichtquellen auf das Stanzgitter aufgelötet sein. In kompakter Bauart kann ein Elektronik-Modul zur Ansteuerung der Lichtquelle mit dem Stanzgitter in elektrischer Verbindung stehen. Nach dem Auflöten werden die Brücken im Stanzgitter aufgetrennt, so dass elektrische Kurzschlüsse verhindert sind. Gegebenenfalls werden dann noch die Stege zur Stabilisierung mit Kunststoff umspritzt. Anschließend bzw. optional werden die Lichtquellen mit dem optisch transparenten Kunststoff, wie Silikon, Polyurethan (PU), Polycarbonat (PC) o. dgl., umspritzt.For the purpose of designing the light module in the form of a strip, a multiplicity of successive light sources can be provided. The light sources are expediently light-emitting diodes, which are particularly energy-efficient. The light sources can be soldered onto the stamped grid in a simple manner. In a compact design, an electronic module for controlling the light source can be electrically connected to the stamped grid. After soldering, the bridges in the stamped grid are separated so that electrical short circuits are prevented. If necessary, the bars are then overmoulded with plastic for stabilization. Subsequently or optionally, the light sources are overmoulded with the optically transparent plastic, such as silicone, polyurethane (PU), polycarbonate (PC) or the like.
Die im Stand der Technik bekannten Konzepte stellen aber alle Konzepte dar, die die besagten Probleme jedenfalls nicht in ausreichender Weise lösen und nicht die optimalen mechanischen und elektrischen Eigenschaften eines Stanzgitters bereitstellen. Ziel ist es einerseits die Verformbarkeit einer Leiterbahn in Form eines Stanzgitters zu verbessern und gleichzeitig sowohl die Leitbarkeit elektrischer Energie sicher zu stellen (Widerstand möglichst klein) und die Wärmeleitfähigkeit zur ausreichenden Abfuhr der auftretenden Wärme zu gewährleisten.However, the concepts known in the prior art all represent concepts which in any case do not adequately solve the said problems and do not provide the optimal mechanical and electrical properties of a stamped grid. The aim is on the one hand to improve the deformability of a conductor track in the form of a stamped grid and at the same time to ensure both the conductivity of electrical energy (resistance as small as possible) and the thermal conductivity to ensure sufficient dissipation of the heat that occurs.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine Lösung zur Verbesserung der mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften eines Stanzgitters zu schaffen.Against this background, the present invention is based on the technical problem of providing a solution for improving the mechanical, electrical and thermal properties of a stamped grid.
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird gelöst durch einen Gegenstand wie mit den unabhängigen Ansprüchen definiert.The technical problem described above is solved by subject matter as defined by the independent claims.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung betrifft die geometrische Anpassung eines Stanzgitters zur Optimierung hinsichtlich der möglichst großen Verformungsfähigkeit und der Unterstützung der Strom- und Wärmeleitung. Die mechanische Verformungsfähigkeit wird durch minimierte Querschnitte verbessert, die Wärme- und Stromleitfähigkeit jedoch verschlechtert. Nachteilig verursacht die Minimierung der Querschnitte die Festigkeit. Die Erfindung optimiert die Geometrie und Querschnitte des Stanzgitters, um ein relatives Optimum wenigstens dieser beiden Faktoren zu finden.A basic idea of the present invention relates to the geometric adjustment of a stamped grid for optimization with regard to the greatest possible deformability and the support of the current and heat conduction. The mechanical deformability is improved by minimized cross sections, but the thermal and electrical conductivity is reduced. The disadvantage of minimizing the cross-sections is the strength. The invention optimizes the geometry and cross-sections of the pressed screen in order to find a relative optimum of at least these two factors.
Erfindungsgemäß wird hierzu ein Stanzgitter für ein Lichtmodul, insbesondere für die Innen- und/oder Interieur-Beleuchtung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, mit einer Mehrzahl an seriell hintereinander angeordneten Anschlussabschnitten, die ausgebildet sind jeweils mit einer Lichtquelle (z. B. einer LED) verbunden zu werden, wobei das Stanzgitter wenigstens zwei Leiterbahnen aufweist, die zusammen einen ersten gemeinsamen Gesamtleiterquerschnitt A1 besitzen und mindestens eine Anzahl N an davon getrennten Datenleitungen, die zusammen einen vom ersten Gesamtleiterquerschnitt A1 abweichenden gemeinsamen Gesamtleiterquerschnitt A2 aufweisen.According to the invention, a stamped grid for a light module, in particular for the interior and/or interior lighting of a motor vehicle, is proposed with a plurality of connection sections arranged in series one behind the other, which are each designed to be connected to a light source (e.g. an LED). The stamped grid has at least two conductor tracks which together have a first common overall conductor cross section A1 and at least a number N of separate data lines which together have a common overall conductor cross section A2 that differs from the first overall conductor cross section A1.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Stanzgitter streifenartig oder bandartig entlang seiner Längsrichtung L erstreckt und die zwei Leiterbahnen zur Strom- und Spannungsversorgung der Lichtquellen ohne eine Durchtrennung oder Unterbrechung entlang der Längsrichtung L verlaufen.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the pressed screen extends in a strip-like or band-like manner along its longitudinal direction L and the two conductor tracks for supplying current and voltage to the light sources run along the longitudinal direction L without being severed or interrupted.
Anders ausgedrückt bildet das Stanzgitter zwei im Wesentlichen parallele durchgängige Leiterbahnen zur Spannungsversorgung der Lichtquellen bzw. LED's aus, die vorzugsweise außen verlaufen.In other words, the stamped grid forms two essentially parallel, continuous conductor tracks for supplying voltage to the light sources or LEDs, which preferably run on the outside.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Datenleitungen in einem Bereich örtlich zwischen den beiden (außenliegenden) Leiterbahnen verlaufen und insbesondere an den Anschlussabschnitten Kontaktenden (z. B. Kontaktpins) zum elektrischen Verbinden der Lichtquellen aufweisen.It is also advantageous if the data lines run locally in an area between the two (external) conductor tracks and, in particular, have contact ends (eg contact pins) on the connection sections for electrically connecting the light sources.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Verhältnis V des Gesamtleiterquerschnitt A1GES der Leiterbahnen (Zur Stromversorgung der Lichtquellen oder LED's) zu dem Gesamtleiterquerschnitt A2GES der Signalleitungen nach der folgenden Formel bestimmt:
Weiter vorteilhaft ist eine Ausgestaltung bei der für k folgendes gilt: k ≈ 3,1.Also advantageous is an embodiment in which the following applies to k: k≈3.1.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an den jeweiligen Anschlussabschnitten (Lichtquellenkontaktierungsabschnitten) seitlich in der Stanzgitterebene hervorstehende Halteabschnitte vorgesehen sind, die einerseits als Pilotstreifen für den Bandtransport dienen und gleichzeitig Befestigungsabschnitte für das Stanzgitter bilden. Bei der Verarbeitung im „Rolle zu Rolle-Prozess“ werden in aller Regel sogenannte Pilotstreifen für den Bandtransport vorgesehen, die im vorliegenden Fall aber eine zusätzliche Funktion erhalten.In a likewise advantageous embodiment of the invention, it is provided that the respective connection sections (light source contacting sections) are provided with holding sections that protrude laterally in the stamped grid plane, which on the one hand serve as pilot strips for the tape transport and at the same time form fastening sections for the stamped grid. When processing in the "roll-to-roll process", so-called pilot strips are usually provided for the tape transport, which in the present case, however, has an additional function.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Datenleitungen und die Signalleitungen an einer jeweils gemeinsamen Position zwischen den jeweiligen Anschlussabschnitten für die Lichtquellen einen V-förmig, S-förmig, U-förmig oder nichtlinear gebogenen Leitungsabschnitt ausbilden, bei dem die Datenleitungen und die Signalleitungen entweder aus der Stanzgitterebene gemeinsam hervorstehen oder wenigstens zwei Richtungsänderungen in der Stanzgitterebene aufweisen. Dieser Bereich bildet eine mechanische Flex-Zone aus, mittels der das Stanzgitter thermische Ausdehnungen abfangen oder zumindest teilweise die Spannungen aus dem Stanzgitter eliminieren kann.It is also advantageous if the data lines and the signal lines form a line section bent in a V-shape, S-shape, U-shape or non-linearly at a common position between the respective connection sections for the light sources, in which the data lines and the signal lines are either protrude together from the stamped grid plane or have at least two changes in direction in the stamped grid plane. This area forms a mechanical flex zone, by means of which the stamped grid can absorb thermal expansion or at least partially eliminate the stresses from the stamped grid.
Ebenfalls ist als Material ein bevorzugtes Material Kupfer-Chrom-Zirconium für das Stanzgitter.Also as a material, a preferred material is copper-chromium-zirconium for the pressed screen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben dem Stanzgitter ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls vorzugsweise mit einem wie zuvor beschriebenen Stanzgitter mit den folgenden Schritten:
- a) An den jeweiligen Anschlussabschnitten werden Leiterplatten für oder mit den Lichtquellen bestückt und elektrisch mit den Datenleitungen und den Signalleitungen verbunden und danach erfolgt
- b) das Umbiegen der Datenleitungen und der Signalleitungen zwischen den Anschlussabschnitten des Stanzgitters zur Herstellung der oben genannten Flex-Zone.
- a) Printed circuit boards for or with the light sources are fitted to the respective connection sections and electrically connected to the data lines and the signal lines, and then this is done
- b) the bending of the data lines and the signal lines between the connection sections of the stamped grid to produce the above-mentioned flex zone.
Ein ebenfalls weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben dem genannten Verfahren ein alternatives Verfahren mit den folgenden Schritten:
- a) An den jeweiligen Anschlussabschnitten werden Umspritzungen zur mechanischen Halterung der Datenleitungen und/oder der Signalleitungen ausgebildet;
- b) Umbiegen der Datenleitungen und der Signalleitungen zwischen den Anschlussabschnitten des Stanzgitters zur Herstellung der oben genannten Flex-Zone und
- c) Bestückung des Stanzgitters mit Lichtquellen an den Anschlussabschnitten.
- a) Encapsulations for mechanically holding the data lines and/or the signal lines are formed on the respective connection sections;
- b) Bending the data lines and the signal lines between the connection sections of the stamped grid to produce the above-mentioned flex zone and
- c) Equipping the stamped grid with light sources at the connection sections.
In einer alternativen Ausgestaltung dieses letztgenannten Verfahrens wird statt der Umspritzung eine alternative mechanische Halterung der Datenleitungen und/oder der Signalleitungen bereitgestellt, vorzugsweise durch Halterungsvorrichtungen, Tapelösungen oder temporär vorgesehene Halteeinrichtungen.In an alternative embodiment of this last-mentioned method, an alternative mechanical mounting of the data lines and/or the signal lines is provided instead of the encapsulation, preferably by mounting devices, tape solutions or temporarily provided holding devices.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Other advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims or are presented in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Stanzgitter; -
2 eine schematische Draufsicht des Stanzgitter aus1 nach dem Durchtrennen von Verbindungsstegen und dem Abtrennen eines Teils des Pilotstreifens; -
3 eine Grafik, die den Zusammenhang der Querschnittsverhältnisse abhängig von der Anzahl N der Datenleitungen verdeutlicht; -
4 eine schematische Schnittansicht gemäß derAusführung aus 1 .
-
1 a schematic plan view of a pressed screen according to the invention; -
2 a schematic plan view of thelead frame 1 after severing tie bars and severing part of the pilot strip; -
3 a graphic that illustrates the relationship between the cross-sectional ratios as a function of the number N of data lines; -
4 FIG. 12 is a schematic sectional view according to theembodiment 1 .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hinweisen.The invention is described in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the figures, with the same reference symbols indicating the same functional and/or structural features.
Die
Das Stanzgitter 1 wird aus einem Stanzband hergestellt und besitzt einen Pilotstreifen P mit Fanglöcher 4 für den Vorschub der Stanzmaschine.The stamped
Die beiden außenliegenden Leitungen stellen die Leiterbahnen 20 dar, die mit Bezug auf die Tabelle 1, die Leitungen für die Spannungsversorgung und Masse darstellen.The two outer lines represent the
Dazwischen liegen zwei Datenleitungen 30, die in der Breite schmäler sind als die Breite der Leiterbahnen 20. Die Verbindungsstege 5 werden frei gestanzt, wie man dies in der
Die Umspritzungen 50 dienen der mechanischen Verbindung der Leiterbahnen 20 und der Datenleitungen 30, nachdem die Verbindungsstege 5 werden frei gestanzt wurden. Ebenfalls gezeigt ist die gebogene Flex-Zone.The
Das Stanzgitter 1 besitzt die zwei Leiterbahnen 20, die zusammen einen ersten gemeinsamen Gesamtleiterquerschnitt A1 besitzen und mindestens eine Anzahl N an davon getrennten Datenleitungen 30, die zusammen einen vom ersten Gesamtleiterquerschnitt A1GES abweichenden gemeinsamen Gesamtleiterquerschnitt A2GES aufweisen. In den
Nachfolgend erfolgt eine beispielhafte Nennung von Geometrien eines Stanzgitters 1 mit 4 Signalleitungen 30 (Data_1 bis Data_4), für drei unterschiedliche Breiten (Breite 1, Breite 2 und Breite 3). Die zur Strom- und Spannungsversorgung der Lichtquellen vorgesehenen Leiterbahnen 20 sind hier mit V_Supply und Masse angegeben.
Je nach Anzahl N der Datenleitung ergeben sich unterschiedliche Werte für das Querschnittsflächenverhältnis V = A1GES / A2GES, wobei A1GES die Summe der Querschnitte der Leiterbahnen 20 und A2GES die Summe der Querschnitte der Signalleitungen 30 (Data_1 bis Data_4) ist.
Grafisch wird das Verhältnis in der
In der
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The implementation of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs.
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