DE19503778C2 - Anordnung aus einem Gehäuse, einer Schaltungsträgerplatte und Zuleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung mit den im Oberbegriff des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Anordnung ist aus der DE 39 08 481 C2 bekannt. Es handelt sich dabei um eine Zentralelektrik für Kraftfahrzeuge mit einem zweiteiligen Gehäuse, zwischen dessen Oberteil und Unterteil eine Leiterplatte eingespannt ist. Im Boden und im Deckel des Gehäuses sind Zulei­ tungen in Gestalt von Kontaktstiften und Kontaktbuchsen befestigt, welche jeweils ein Schaftteil haben, welches federnd in Löcher der Leiterplatte eingreift, welche zu diesem Zweck plattiert sind. Bei den unvermeidlichen Wärmespannungen kön­ nen sich die federnden Schaftteile in den Löchern der Leiterplatte vor- und zu­ rückbewegen und isolierende Deckschichten ausbilden, die die Stromleitung beeinträchtigen.

Eine andere Anordnung aus einem Gehäuse, einer Schaltungsträgerplatte und Zuleitungen ist aus der WO 92/20096 bekannt. In das bekannte Gehäuse führen aus einem Leadframe bzw. Stanzgitter gebildete steife Zuleitungen geradlinig in das Gehäuse hinein, indem sie eine Gehäusewand durchqueren, in die sie beim Spritzgießen des Gehäuses mit dem Kunststoff eingespritzt wurden. Auf einer Trägerplatte, die auf dem Gehäuseboden befestigt ist, befindet sich ein elektroni­ sches Bauteil, z. B. ein integrierter Schaltkreis, und dessen Anschlußkontakte sind über dünne Drähte durch Bonden mit den in das Gehäuse eingespritzten Zuleitungen verbunden. Das Banden ist eine aufwendige Technik; sowohl bei der Schaltungsträgerplatte als auch bei den einge­ spritzten Zuleitungen müssen bondfähige Oberflächen be­ reitgestellt werden. Weiterhin ist nachteilig, dass Bond­ verbindungen irreparabel sind; bereits bei der Montage der Schaltungträgerplatte führt der Ausfall nur einer Bondverbindung zum Ausfall des gesamten Produktes in einer sehr hohen Stufe der Wertschöpfung. Da bei modernen, integrierten Schaltungen und Hybridschaltungen zahl­ reiche Bondverbindungen herzustellen sind, liegt hierin ein nicht zu vernachlässigendes Kostenrisiko.

Alternativ ist es bekannt, die Schaltungsträgerplatte mit den Zuleitungen zu verlöten (DE 38 43 972 A1). Dabei kann die Schal­ tungsträgerplatte direkt oder über Kabel mit den einge­ spritzten Zuleitungen verbunden werden, was nicht nur mehrere Arbeitsgänge erfordert, sondern zu einer gegen Vibrationen empfindlichen Anordnung führt, so dass zu­ sätzlich geeignete Maßnahmen zur Schwingungsdämpfung getroffen werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie Schaltungsträgerplatten, insbesondere solche, die nur einseitig kaschiert sind, mit geringerem Aufwand und ohne dass die elektrischen Verbindungen zwischen Zuleitungen und Schaltungsträgerplatte vibrationsempfindlich sind, eingebaut werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen An­ sprüche.

Erfindungsgemäss wird die Schaltungsträgerplatte weder durch Löten noch mittelbar durch gebondete Drähte mit den Zuleitungen verbunden, sondern dadurch, dass die frei in den Gehäuseinnenraum ragenden Endabschnitte der Zuleitungen durch Löcher in der Schaltungsträgerplatte hindurchgeführt werden und dabei in elektrische Kontakte, die an der Schaltungsträgerplatte an­ gebracht sind und die Löcher umgeben eingepreßt und in einer Ausgleichsbewegungen zulassenden Weise kalt verschweißt und auch mechanisch befestigt werden. Das hat eine Reihe von Vorteilen:

• - Es werden keine bondfähigen Oberflächen benötigt, an welche sonst erhöhte Anforderungen gestellt werden müssen.
• - Beim Einbau der Schaltungsträgerplatte in das Ge­ häuse ist auch kein Lötvorgang erforderlich.
• - Mechanische Befestigung und elektrische Kontaktie­ rung erfolgen in einem Arbeitsgang.
• - Das Einsetzen der Schaltungsträgerplatte in das Gehäuse kann voll automatisch erfolgen.
• - Wenn die frei in den Innenraum des Gehäuses ragenden Endabschnitte der Zuleitungen lang genug sind, können sie auch mehrere Schaltungs­ trägerplatten übereinander angeordnet aufnehmen.
• - Durch das Einpressen und Kaltverschweißen ergibt sich ein sehr zuver­ lässiger elektrischer Kontakt, der gegenüber Schwingungen weniger empfindlich ist als eine Lötverbindung.
• - Die Schaltungsträgerplatte muss, da sie durch das Einpressen und Kaltverschweißen der Endabschnitte der Zuleitungen nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch befestigt wird, zur Fixierung keine Berührung mehr mit einer Gehäusewand haben. Schwingungen, die auf das Gehäuse einwirken, werden deshalb nicht unmittelbar auf die Schaltungsträgerplatte übertragen, sondern nur mittelbar über die frei in das Gehäuseinnere ragenden Endabschnitte der Zuleitungen und erreichen die Schaltungsträger­ platte deshalb nur gedämpft, insbesondere wenn man die Endabschnitte der Zuleitungen flexibel ausbildet.

Da die Endabschnitte der Zuleitungen begrenzt seitlich ausweichen können, ist die Schaltungsträgerplatte durch die Einpreß und Kaltverschweißverbindung nicht absolut in ihrer Lage fixiert. Soweit das und Kaltschweiß jedoch gewünscht sein sollte, kann man das durch ein oder mehrere zusätzliche Verbindungselemente erreichen, die vom Gehäuse ausgehen und die Schaltungs­ trägerplatte zusätzlich mechanisch mit dem Gehäuse ver­ binden. Bei den Verbindungselementen kann es sich z. B. um Schrauben oder Stifte handeln oder um einen dem Ge­ häuse angeformten oder sonstwie mit ihm verbundenen Pfosten, welcher die Schaltungsträgerplatte z. B. in ihrer Mitte durchquert. Auf diese Weise können empfindliche Weichlotverbindungen, soweit vorhanden, vor der Ein­ wirkung von Stößen auf das Gehäuse geschützt werden. Um trotz der zusätzlichen Fixierung Ausgleichsbe­ wegungen (z. B. infolge von Wärmedehnungen) zuzulassen, greifen die Verbindungselemente bevorzugt nur ein­ seitig an der Schaltungsträgerplatte an oder wird die Schaltungsträgerplatte nur an einem Punkt zu­ sätzlich fixiert.

Die Kontaktgabe zwischen den Endabschnitten der Zu­ leitungen und den von der Schaltungsträgerplatte ge­ tragenen Kontakten ist besonders zuverlässig, weil die Zuleitungen beim Einpressen in die Kontakt­ stücke mit diesen kalt verschweißen, was man leicht erreichen kann, wenn man die Endabschnitte der Zu­ leitungen mit einer Einführfase ausstattet und sie im übrigen scharfkantig und mit einem geringen Über­ maß ausbildet.

Die Kontaktstücke selbst werden an der Schaltungs­ trägerplatte vorzugsweise formschlüssig befestigt, z. B. nach Art von Hohlnieten, können in die Löcher der Schaltungsträgerplatte aber auch eingerastet werden. Es genügt sogar, sie lediglich einzupressen und nur einseitig einen Flansch vorzusehen, nämlich auf jener Seite der Schaltungsträgerplatte, auf welcher die Leiterbahnen verlaufen, mit denen über das Kontaktstück eine elektrische Verbindung herzu­ stellen ist, am einfachsten dadurch, dass der Flansch auf einer entsprechenden Leiterbahn aufliegt, ggfs. mit ihr verlötet ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Schaltungsträgerplatten nach Wahl mit der Bestückungsseite nach oben oder nach unten weisend eingesetzt werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beige­ fügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Kunststoffgehäuse mit eingebauter Schal­ tungsträgerplatte,

Fig. 2 zeigt im Vertikalschnitt als Detail die Anordnung von zwei Schaltungsträgerplatten übereinander auf gemeinsamen Zuleitungen eines Gehäuses,

Fig. 3-9 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen von Kontaktstücken auf einer Schaltungs­ trägerplatte

• a) in der Draufsicht und
• b) im Vertikalschnitt durch die Schal­ tungsträgerplatte,

Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf ein geöffnetes Kunststoffgehäuse mit eingebauter Schal­ tungsträgerplatte, und

Fig. 11 zeigt den Schnitt A-A durch das in Fig. 10 dargestellte Gehäuse.

Fig. 1 zeigt ein durch Spritzgießen aus Kunststoff herge­ stelltes, nach oben offenes Gehäuseunterteil 1, in dessen Boden 2 aus einem Stanzgitter gebildete elektrische Zulei­ tungen 3, 3a eingebettet sind. Die Zuleitungen werden vor dem Spritzgießen in die Spritzgießform eingelegt. Zur Bil­ dung eines Steckers 4 ist seitlich am Gehäuse ein Ansatz angeformt mit einer Ausnehmung 5, in welcher die als Kontakt­ stifte dienenden einen Enden der Zuleitungen 3, 3a liegen.

Im Boden 2 sind von den Zuleitungen 3, 3a Endabschnitte 6 und 7 nach oben abgewinkelt und ragen dadurch aus dem Boden heraus und erstrecken sich frei in den Innenraum 8 des Gehäuses. Sie tragen eine Schaltungsträgerplatte 9, welche zu diesem Zweck Löcher 10 hat. Den Löchern 10 sind Kontaktstücke 11 zugeordnet, bei denen es sich im Aus­ führungsbeispiel gemäss Fig. 1 um Klammern handelt, die vorzugsweise aus einem Federwerkstoff wie Kupfer- Beryllium bestehen und Löcher haben, die mit dem Loch fluchten. Der auf der Bestückungsseite der Schaltungs­ trägerplatte 9 liegende Schenkel - in der Darstellung gemäss Fig. 1 der obere Schenkel - der Kontaktklammer 11 ist vorzugsweise mit einer Leiterbahn 14 der Schal­ tungsträgerplatte verlötet. Der Lötpunkt ist mit der Be­ zugszahl 12 bezeichnet. Die Schaltungsträgerplatte trägt elektrische und/oder elektronische Bauteile 13, auf deren Art es im Rahmen der Erfindung nicht ankommt.

Die Endabschnitte 6 und 7 der Zuleitungen sind an der Spitze angefast, haben einen rechteckigen Querschnitt und sind scharfkantig mit geringem Übermaß gegenüber der lichten Weite der Löcher in den Kontaktklammern 11 ausgebildet, so dass sie beim Einpressen in die Kontakt­ klammern 11 kalt mit ihnen verschweißen, wodurch nicht nur ein zuverlässiger elektrischer Kontakt hergestellt wird, sondern die Schaltungsträgerplatte 9 auch mechanisch gehalten und fixiert wird in einer Lage, in welcher sie mit keiner der Gehäusewände unmittelbaren Kontakt hat.

Das Gehäuse kann nach oben in an sich bekannter Weise durch einen Deckel verschlossen werden, der aufge­ klebt oder aufgeschweißt werden kann.

Bei entsprechender Bauhöhe und Länge der Endabschnitte 6 und 7 der Zuleitungen 3, 3a können auch mehrere Schaltungsträgerplatten 9, 9a übereinander auf den­ selben Endabschnitten 6 und 7 montiert werden (Fig. 2).

Als Kontaktstücke für die Verbindung zwischen Zuleitungen und Schaltungsträgerplatte müssen nicht unbedingt Klammern wie in Fig. 1 und im Detail in Fig. 4 dargestellt ver­ wendet werden. Andere Möglichkeiten von Kontaktstücken sind in den Fig. 3 und 5 bis 9 dargestellt, wobei gleiche oder einander entsprechende Teile jeweils mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind.

In Fig. 3 hat das Kontaktstück 11 die Gestalt einer Durchkontaktierung mit Flanschen auf beiden Seiten der Schaltungsträgerplatte 9, wobei einer der Flansche 15 die elektrische Verbindung zu einer Leiterbahn 14 auf der Schaltungsträgerplatte herstellt.

In Abwandlung davon zeigt Fig. 5 ein Kontaktstück 11 mit einem Flansch 15 auf der Bestückungsseite und Widerhaken 16 auf der gegenüberliegenden Seite der Schaltungsträgerplatte. Ein solches Kontaktstück kann in das Loch der Schaltungsträgerplatte einfach eingerastet werden.

Fig. 6 zeigt als Kontaktstück 11 eine Hülse mit einem Flansch 15 auf der Bestückungsseite der Schaltungs­ trägerplatte, wo sie Kontakt mit einer Leiterbahn 14 macht. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Hülse umgebördelt.

Fig. 7 zeigt als Kontaktstück 11 eine Hülse mit einem Flansch 15 auf der Bestückungsseite in Kontakt mit einer Leiterbahn 14, die Hülse ist eingepreßt und kann mit der Leiterbahn verlötet sein.

Fig. 8 zeigt als Kontaktstück ein Plättchen mit einem hülsenartigen Fortsatz und daneben mit zwei Widerhaken 18. Dieses Kontaktstück erfordert zur Montage neben der Bohrung 10, welche zum Einpressen der elektrischen Zuleitung dient, noch zwei Montagebohrungen 19, durch welche die Widerhaken 18 hindurchgesteckt werden.

Fig. 9 zeigt ein Kontaktstück ähnlich wie das in Fig. 8 dargestellte, jedoch mit nur einem Widerhaken 18 seitlich neben dem hülsenförmigen Fortsatz 17.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses mit einer eingebauten Schaltungsträgerplatte 9, auf welcher sich zusätzlich zu Einpreß- und Kaltschweißverbindungsstellen eine empfindliche Weichlötstelle 20 be­ findet, die einen Endabschnitt 21 einer elektrischen Zu­ leitung 3 mit der Schaltungsträgerplatte 9 verbindet. Beidseits der Weichlötstelle 20 hat die Schaltungsträgerplatte 9 je eine Bohrung 22, 23, mit welcher sie auf Pfosten 24, 25 aufgesteckt ist, die vom Boden 2 des Gehäuses hochstehen und diesem einstückig angeformt sind. Fixiert ist die Schaltungsträgerplatte 9 zusätzlich da­ durch, dass die Pfosten 24, 25 durch Warmpressen mit einem Kopf versehen wurden.

Claims (8)

1. Anordnung aus einem Gehäuse (1) aus Kunststoff, aus einer im Gehäuse (1) fest angeordneten Schaltungsträgerplatte (9) und aus elektrischen Zuleitun­ gen (3, 3a), welche eine Wand (2) des Gehäuses (1) durchqueren und frei in den Gehäuseinnenraum (8) ragen,
wobei die Schaltungsträgerplatte (9) Löcher (10) hat in einer mit der Anord­ nung der in den Gehäuseinnenraum (8) ragenden Endabschnitte (6, 7) der Zuleitungen übereinstimmenden Anordnung,
und die Löcher (10) von an der Schaltungsträgerplatte (9) angebrachten Kon­ taktstücken (11) umgeben sind, in welche die Endabschnitte (6, 7) der Zulei­ tungen (3, 3a) gesteckt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (6, 7) der Zuleitungen (3, 3a) durch Einpressen in die Kontaktstücke (11) mit diesen kalt verschweißt sind, wodurch die Schaltungsträgerplatte (9) in einer Ausgleichsbewegungen zu­ lassenden Weise auch mechanisch befestigt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontakt­ stück (11) eine in das Loch (10) eingefügte Hülse ist, welche mit einer Leiter­ bahn (14) der Schaltungsträgerplatte (9) verbunden ist, ihr insbesondere mit einem Flansch (15) aufliegt.

3. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (6, 7) ein Rechteckprofil haben und scharfkantig sind.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Schaltungsträgerplatte (9) im Gehäuse (1) allein durch die Zuleitungen (3, 3a) ge­ halten ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsträgerplatte (9) das Gehäuse (1) nicht berührt.

6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Schaltungsträgerplatte (9) nicht nur durch die Zuleitungen (3, 3a), sondern er­ gänzend durch ein oder mehrere mechanische Verbindungs­ elemente (24, 25), welche vom Gehäuse (1) ausgehen, in ihrer Lage im Gehäuse (1) fixiert sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Verbindungselemente (24, 25) nur an einem der Randbereiche der Schaltungsträgerplatte (9) an­ greifen.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungselement (24, 25) ein die Schaltungs­ trägerplatte (9) durchdringender Pfosten vorgesehen ist.