DE19825724A1 - Elektrische Schaltungsanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß auf einer Leiterplatte in Form eines Blechformteils, diskrete, elektrische Bauteile mit ihren Anschlußelementen in sogenannte Durchzüge von Kontaktfeldern des Blechformteils eingesteckt und von der Gegenseite des Blechformteils her verlötet sind. Im Gegensatz zu bekannten Schaltungsanordnungen, bei denen die Bauteile sukzessive mittels Kleben, Löten oder Schweißen oberflächlich auf den Kontaktfeldern kontaktiert sind, erfolgt die Kontaktierung erfindungsgemäß nach dem Fixieren der Anschlußelemente der Bauteile in den Durchzügen der Kontaktfelder in einem einzigen Lötprozeß. Die Lotkontaktierungen oder Lotkissen befinden sich auf der nichtbestückten Unterseite des Blechformteils an den zapfenförmigen Verformungen der Durchzüge mit den darin fixierten Anschlußelementen der Bauteile. Der einmalige Lötvorgang für alle diskreten, elektrischen Bauteile auf dem Blechformteil der Leiterplatte gleichzeitig erfolgt beispielsweise durch Wellenlöten.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu ihrer Herstellung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 8.

Bekannte elektrische Schaltungsanordnungen sind so aufgebaut, daß auf einer Leiterplatte, die üblicherweise Kupfer-Leiterbahnen und Kontaktfelder aufweist, diskrete, elektrische Bauteile und/oder sogenannte SMD-Bauteile (surface­ mounted-device) mittels Kleben, Löten oder Schweißen oberflächlich auf dafür vorgesehenen Kontaktfeldern angeordnet sind. Die Leiterbahnen können auch als eigenes Blechformteilteil ausgebildet sein, das von einem elektrisch isolie­ renden Trägerelement gehalten wird. Eine Anordnung dieser Art zeigt bei­ spielsweise EP 456 887 ,wobei hier die Kontaktierung der elektrischen Bauteile auf der Leiterplatte ausschließlich durch Schweißen erfolgt.

Andere Varianten der Oberflächenkontaktierung von elektrischen Bauteilen auf Leiterplatten sind aus den Dokumenten "Patent Abstracts of Japan" JP-A-58 112 175 und JP-A-10 54 799 bekannt, wonach auf der Oberfläche einer Leiter­ platte elektrische Bauteile mittels Laserlötung bzw. einer Reflow-Lötung kon­ taktiert sind. Die Kontaktierung erfolgt sukzessive, Bauteil für Bauteil auf den flächig ausgebildeten Kontaktfeldern der Leiterplatte. Die Anschlußelemente der Bauteile liegen dabei im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Kontakt­ felder.

Nachteilig bei den Ausführungsformen des Standes der Technik ist zum einen die Begrenzung der Bauteildichte auf der Leiterplatte dadurch, daß zur Vermei­ dung von Kurzschlüssen nicht allein die Größe des Bauteilkörpers selbst, son­ dern die um die in der Regel aus dem Bauteilkörper herausragenden An­ schlußelemente vergrößerten Abmessungen der Bauteile berücksichtigt werden müssen. Weiterhin führt das Kontaktieren von einem Bauteil nach dem ande­ ren, - insbesondere bei einer Schweißkontaktierung, die überdies meist eine anfängliche Fixierung erfordert -, zu erhöhten Fertigungskosten, da immerwie­ der zwischen den Prozeßschritten "Bestücken" und "Kontaktieren" gewechselt werden muß.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine elektrische Schaltungsanordnung mit hoher Bauteildichte anzugeben, bei deren Herstellung kein Fixiermittel für die zu kontaktierenden Bauteile benötigt wird und die kostengünstig unter Minimie­ rung der Anzahl der Prozeßschritte gefertigt werden kann.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine elektrische Schal­ tungsanordnung dadurch gelöst, daß das Blechformteil Kontaktfelder mit im Querschnitt trichterförmigen Durchzügen aufweist, in die die Anschlußelemente der diskreten, elektrischen Bauteile eingesteckt und durch Lötung kontaktiert sind.

Das Blechformteil der erfindungsgemäßen, elektrischen Schaltungsanordnung weist eine Vielzahl relativ eng beieinander liegender Stege und Kontaktfelder auf, an denen diskrete, elektrische Bauteile, wie beispielsweise Widerstände oder Sensoren, mit ihren als Drähte oder Bänder ausgebildeten Anschlußele­ menten kontaktiert sind. In die Kontaktfelder des Blechformteils sind durch Durchstechen sogenannte Durchzüge in Form von tiefgezogenen Bohrungen eingebracht, die zur Aufnahme der Anschlußelemente der diskreten Bauteile dienen. Die Anschlußelemente sind von oben, in den im Querschnitt senkrecht zur Kontaktfeldoberfläche trichterförmigen Durchzügen fixiert. Soweit es erfor­ derlich ist und die konkrete Ausgestaltung des Bauteils dies zuläßt, sind die Anschlußelemente gegenüber dem Körper des Bauteils und in Richtung auf den Durchzug abgewinkelt, um eine möglichst senkrechte Einführung des An­ schlußelementes in den Durchzug zu gewährleisten. Der Platzbedarf für ein einzelnes Bauteil wird so minimiert bzw. eine hohe Bauteildichte in Bezug auf die gesamte Schaltungsanordnung erreicht. Die Anschlußelemente sind dar­ über hinaus in den Durchzügen der Kontaktfelder durch eine Lötung, in der Re­ gel in Form eines Lotkissens auf der Rückseite der Kontaktfelder, an den zap­ fenförmigen Verformungen der Durchzüge, elektrisch und mechanisch kontak­ tiert.

Für das Blechformteil der elektrischen Schaltungsanordnung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, es als Blechstanz- und/oder Blechbiegestanzteil auszubil­ den, da die Herstellung mittels Stanzen und ggf. Biegen eine kostengünstige Möglichkeit darstellt, unterschiedlichste Geometrien präzise zu verwirklichen. Auch die Ausbildung der Durchzüge an den Kontaktfeldern des Blechfomteils, für das sich als Material Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung) bewährt hat, läßt sich mühelos in den Stanzprozeß integrieren. Ebenfalls die Materialien Messing oder Kupfer sind vorteilhaft anwendbar.

Um eine formschlüssige Verbindung zwischen den Anschlußelementen der je­ weiligen elektrischen Bauteile und den Durchzügen in den Kontaktfeldern des Blechformteils herzustellen, ist es zweckmäßig die Durchzüge an den Kontakt­ feldern, parallel zur Oberfläche des Kontaktfeldes betrachtet, in der gleichen geometrischen Form wie die Querschnittsfläche des jeweiligen Anschlußele­ mentes des diskreten, elektrischen Bauteils auszugestalten. So zeigt beispiels­ weise der Durchzug für einen Draht eine kreisrunde Kontur, während der Durchzug für ein Anschlußband mit Rechteckprofil eine entsprechende recht­ eckige Kontur aufweist. Die Fixierung der Anschlußelemente bzw. der elektri­ schen Bauteile wird durch die angepaßten Konturen der Durchzüge optimiert.

In vielen Fällen, und insbesondere beim Einsatz der Schaltungsanordnung in der Kraftfahrzeugsensorik, ist es von Vorteil, wenn ein diskretes, elektrisches Bauteil als Sensor ausgebildet ist. Der Sensor kann als Bewegungssensor sich ändernde Bewegungsabläufe von technischen Bauteile registrieren. Dort, wo die bewegten Teile aus Metall gebildet sind, lassen sich die Bewegungen in einfacher Weise mit einem Hall-Sensor erfassen.

Ein kostengünstiges und durch wenige Prozeßschritte gekennzeichnetes Her­ stellverfahren für die Schaltungsanordnung wird erfindungsgemäß dadurch an­ gegeben, daß das Blechformteil Kontaktfelder mit Durchzügen aufweist, in die die Anschlußelemente der diskreten, elektrischen Bauteile eingesteckt werden, um anschließend (von der Gegenseite des Blechformteils her) durch einen ein­ zigen Lötzprozeß kontaktiert zu werden.

Um die elektrischen Bauteile an den Kontaktfeldern des Blechformteils vor dem eigentlichen Kontaktierschritt rein mechanisch ohne Einsatz eines speziellen Fixiermittels zu fixieren, weisen die Kontaktfelder Durchzüge in Form einer durch Einstechen geformten tiefgezogenen Bohrung auf. In diese, im Quer­ schnitt senkrecht zur Kontaktfeldoberfläche trichterförmigen Durchzüge werden die Anschlußelemente der diskreten, elektrischen Bauteile von oben einge­ steckt und damit fixiert. Die Anschlußelemente können Drähte oder Bänder sein oder andere Querschnittsgeometrien aufweisen. Die Kontur der Durchzüge, parallel zur Oberfläche der Kontaktfelder betrachtet, ist zweckmäßigerweise dem Querschnitt des hier einzuführenden Anschlußelementes angepaßt. Zur Verringerung des Platzbedarfs für die elektrischen Bauteile auf der Leiterplatte kann es vorteilhaft sein, die Anschlußelemente der Bauteile vor dem Einstec­ ken in die Durchzüge abzuwinkeln, so daß sie annährend senkrecht von oben eingesteckt werden können.

Im Sinne einer rationellen Fertigung werden zunächst möglichst viele der dis­ kreten, elektrischen Bauteile in der vorbeschriebenen Art über ihre Anschluße­ lemente in den Durchzügen der Kontaktfelder des Blechformteils fixiert. Es ent­ steht dadurch eine hohe Positionssicherheit der Bauteile auf der Leiterplatte bzw. auf dem Blechformteil, was besonders bei einer hohen Bauteildichte von Bedeutung ist. Anschließend werden alle so plazierten elektrischen Bauteile durch einen einzigen Lötvorgang kontaktiert.

Besonders vorteilhaft als Lötvorgang ist ein Wellenlöt-Prozeß mit einem schmelzflüssigen Lotbad, bei dem das mit den diskreten, elektrischen Bauteile bestückte Blechformteil mit seiner unbestückten Unterseite dem Lotbad zuge­ wandt über eine Lötwelle geführt wird. Dabei wird das flüssige Lot von den klei­ nen, zapfenartigen Verformungen der Durchzüge mit den darin von der Gegen­ seite eingesteckten Anschlußelementen der elektrischen Bauteile benetzt und angesaugt, so daß sich an diesen Stellen die die Kontaktfelder mit den An­ schlußelementen der Bauteile verbindenden Lötkontaktierungen oder Lotkissen bilden.

Eine weitere, vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Durchzüge der Kontaktfelder mit einer Lotpaste beschichtet sind. Nach Einstecken der Anschlußelemente der elektrischen Bauteile wird das als Paste aufgetragene Lotmaterial in einem Reflow-Lötprozeß aufgeschmolzen. Auch bei dieser Verfahrensweise muß nicht ständig zwischen den Prozeß­ schritten "Bestücken" und "Kontaktieren" gewechselt werden, vielmehr können mehrere, wenn nicht sogar alle Bauteile gleichzeitig auf der Leiterplatte bzw. dem Blechformteil verlötet werden.

Und sogar wenn die elektrischen Bauteile von Hand an die Kontaktfelder des Blechformteils gelötet werden, ist die vorherige sichere Positionierung durch das Einstecken der Anschlußelemente der Bauteile in die Durchzüge der Kon­ taktfelder eine den Fertigungsprozeß für eine Schaltungsanordnung vereinfa­ chende Maßnahme.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schaltungsan­ ordnung;

Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt X aus Fig. 1 im Schnittbild entlang Linie A-A.

In Fig. 1 ist in Draufsicht eine Leiterplatte in Form eines Blechformteils 1 be­ stückt mit zwei diskreten, elektrischen Bauteile R1, R2 dargestellt. Das Blech­ formteil 1 besteht aus Bronze und weist Leiterbahnen in Form von Stegen 5, 6 und mehrere Kontaktfelder 21, 22, 23, 24 auf, die mit in der Draufsicht kreis­ runden Durchzügen 21', 22', 23', 24' versehen sind. Die elektrischen Bauteile R1, R2 sind an den Kontaktfeldern 21, 22 bzw. 23, 24 kontaktiert und fungieren als elektrische Widerstände. Die Bauteile R1, R2 haben je zwei drahtförmige Anschlußelemente 31, 32, bzw. 33, 34, die in den Durchzügen 21', 22', bzw. 23', 24' eingesteckt und dort von der Unterseite des Blechformteils (siehe Fig. 2) her angelötet sind. Die drahtförmigen Anschlußelemente 31, 32, 33, 34 sind von der Zeichenebene aus nach hinten abgewinkelt, so daß die Bauteile R1, R2 nah an den Kontaktfeldern 21, 22, 23, 24 plaziert werden konnten.

Fig. 2 zeigt beispielhaft in dem vergrößerten Ausschnitt X das Schnittbild entlang der Linie A-A aus Fig. 1 die Anordnung und Kontaktierung eines Bauteils R2 auf dem Blechformteil 1. Das Anschlußelement 33 in Form eines Drahtes ist abgewinkelt von oben in den Durchzug 23' des Kontaktfelds 23 ein­ gesteckt. Ein Lotkissen 4 ist an der Unterseite des Blechformteils 1 angeordnet.

Das Lotkissen 4 dient der elektrischen und mechanischen Kontaktierung zwi­ schen dem Anschlußelement 33 und dem Kontaktfeld 23 über den Durchzug 23' und wurde in einem einmaligen Lötvorgang auch für alle anderen Kontakt­ felder 21, 22, 23, 24 mit Durchzügen 21', 22', 23', 24', vorzugsweise durch Wellenlöten, an diese Kontaktstelle aufgebracht. Beim Wellenlöten wird das mit den Bauteilen R1, R2 bestückte Blechformteil 1 über die Welle eines schmelz­ flüssigen Lotbades geführt, wobei das Lot die zapfenartigen Verformungen 7, 7' benetzt bzw. von diesen angesaugt wird. So entstehen an den Durchzügen 21', 22', 23', 24' in einem Arbeitsgang alle erforderlichen Lötkontaktierungen gleich­ zeitig.

Claims (11)

1. Elektrische Schaltungsanordnung, die eine Leiterplatte in Form eines Blechformteils mit oben auf den Kontaktfeldern des Blechformteils aufgelö­ teten oder aufgeschweißten diskreten, elektrischen Bauteile umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechformteil (1) Kontaktfelder (21; 22; 23; 24) mit [im Querschnitt senkrecht zur Oberflächeder Kontaktfelder (21; 22; 23; 24) trichterförmigen] Durchzügen (21'; 22'; 23'; 24') aufweist, in die die An­ schlußelemente (31; 32; 33; 34) der diskreten, elektrischen Bauteile (R1; R2) eingesteckt und durch Lötung (4) kontaktiert sind.

2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Blechformteil (1) als Blechstanz- und/oder als Blechbiege­ stanzteil ausgebildet ist.

3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material für das Blechformteil (1) Bronze ist.

4. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durchzüge (21'; 22'; 23'; 24') an den Kon­ taktfeldern (21; 22; 23; 24), parallel zur Oberfläche des jeweiligen Kontakt­ felds (21; 22; 23; 24) betrachtet, eine der Form der Anschlußelemente (31; 32; 33; 34) der diskreten, elektrischen Bauteile (R1; R2) angepaßte Kontur aufweisen.

5. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (31; 32; 33; 34) der dis­ kreten,elektrischen Bauteile (R1; R2) als Draht oder als Band mit einem Rechteckprofil ausgebildet sind.

6. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß ein diskretes, elektrisches Bauteil (R1; R2) als ein Sensor ausgebildet ist.

7. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eines der diskreten, elektrischen Bauteile (R1; R2) als Hall-Sensor ausgebildet ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung, die eine Leiterplatte in Form eines Blechformteiles und diskrete, elektrische Bauteile umfaßt, wobei die Anschlußelemente der diskreten, elektrischen Bauteile nacheinander durch Schweißen oder Löten von oben auf den Kontaktfeldern des Blechformteils kontaktiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechformteil (1) Kontaktfelder (21; 22; 23; 24) mit [im Querschnitt trichter­ förmigen] Durchzügen (21'; 22'; 23'; 24') aufweist, in die die Anschlußele­ mente (31; 32; 33; 34) der diskreten, elektrischen Bauteile (R1; R2) einge­ steckt werden, um anschließend [von der Gegenseite des Blechformteils her] durch einen einzigen Lötprozeß kontaktiert zu werden.

9. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung nach An­ spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lötprozeß ein Wellenlöten mit einem schmelzflüssigen Lotbad umfaßt.

10. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchzüge (21'; 22'; 23'; 24') der Kontaktfelder (21; 22; 23; 24) mit einer Lotpaste beschichtet sind.

11. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotpaste an den Durchzügen (21'; 22'; 23'; 24') der Kontaktfelder (21; 22; 23; 24) in einem Reflow- Lötprozeß aufgeschmolzen wird.