DE19913660C2

DE19913660C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung elektrischer Bauelemente

Info

Publication number: DE19913660C2
Application number: DE19913660A
Authority: DE
Inventors: Gert Jakob; Juergen Enzner; Kurt Stammler; Martin Zywietz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000294898A; FR2791513A1; DE19913660A1; US6341976B1; SE0000835D0; FR2791513B1; SE522203C2; SE0000835L

Description

Technisches Gebiet

Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dienen zur Befesti gung von elektrischen Bauelementen auf Leiterplatten.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik ist bereits ein Halter für elektrische Bauelemente bekannt.

Der Halter ist als ein flaches U-förmiges Bauteil ausgebildet, zwischen dessen sich vertikal nach unten erstreckenden Schenkeln sich ein kreisförmig ausgeformter Bereich befindet. Die beiden sich vertikal erstreckenden Schenkel enden in Lötzapfen, an denen abgesetzte Auflagebereiche ausgeführt sind. Mit diesen abgesetzten Auflagebereichen liegt der U- förmige Halter auf der Leiterplatte auf, nach dem er in diese eingedrückt wurde. Auf diese Weise wird stets ein gleichbleibender Abstand des in dem kreisförmigen Bereich gehalte nen Bauelement von der Oberfläche der Leiterplatte gewährleistet.

Das U-förmige Bauteil wird mit seinen Lötzapfen in die Leiterplatte eingedrückt; eine er schütterungsbeständige Lagerung großer und schwerer elektrischer Bauelemente ist mit einer solchen Befestigung lediglich am Boden der Leiterplatte schwierig erreichbar. Eine Verwendung einer Vielzahl von U-förmigen Bauteile zur Halterung größerer und schwerer Bauelemente schränkt den auf der Leiterplatte für andere Bauelemente zur Verfügung ste henden Bauraum nicht unerheblich ein.

Neben den skizzierten Unzulänglichkeiten aus dem Stand der Technik bekannter Lösun gen, sind zudem die Anforderungen an sicherheitsrelevante Schaltgeräte zum Einsatz in Automobilen stark gestiegen, was Masse und Bauform elektrischer Bauelemente betrifft. Masse und Bauform elektrischer Bauelemente werden durch die Lötstellenbelastung be schränkt, was den Einsatz von Standardbauteilen oft erschwert und teurere elektrische Bauelemente erfordert. Weiterhin sind bei Airbag-Anwendungen beispielsweise die Be schleunigungssensoren auf einer separaten Leiterplatte montiert, um ein unbeabsichtigtes Auslösen des Airbags durch Eigenbewegungen aufgrund von Ressonanzüberhöhungen auszuschließen. Diese Eigenbewegungen sind bei einer Bestückung der Leiterplatte mit bekannten Bestückungsverfahren der Leiterplatten nicht völlig auszuschließen, weswegen die Beschleunigungssensoren für Airbags auf einer weiteren, von der bereits erwähnten Leiterplatte separaten Leiterplatte angeordnet worden sind.

DE 42 12 368 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Montieren von Leistungsbauelemen ten, bei dem sowohl eine Rahmenstrucktur als auch ein Leistungsbauelement von einer Feder übergriffen werden. Im eingerasteten Zustand der Feder wird die Planfläche des Lei stungsbauelementes an einen sich vertikal erstreckenden Schenkel der Rahmenstrucktur gedrückt. Durch die gewählte Konfiguration lassen sich Anschlussbeine des Leistungsbau elementes mechanisch spannungsfrei mit einer Leiterplatte verlöten. Das Leistungsbauele met kann bei starken Erschütterungen zu Schwingungen angeregt werden, so daß ein Bruch an den Anschlussbeinen nicht ausgeschlossen werden kann.

DE 198 29 920 A1 bezieht sich auf ein Gehäuse zur Aufnahme elektronischer Bauelemen te. Bei dieser Lösung werden aufgemischt bestückbaren Leiterplatten, d. h. auf solchen Leiterplatten, auf denen SMD's gemeinsam mit betrachteten Bauteilen verlötbar sind, Ve bindungslaschen und Haltelaschen aus Kunststoff eingesetzt, um die bedrahteten Bauele mente mit der Leiterplatte zu verbinden. Gemäß dieser Lösung werden die Bauteile am zusätzlich vorzusehenden aus Kunststoff gefertigten Verbindungselementen auf der Leiter platte gehalten.

Darstellung der Erfindung

Mittels des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens ist es möglich, eine kompaktere und kleinere Bauweise von Schaltgeräten zu erreichen, da durch die Verbindung der elek trischen Bauelemente mit dem sie umgebenden Gehäuse neben der Verbindung mit der Leiterplatte eine weitere Aufnahmestelle für thermische und mechanische Belastungen ge schaffen wird. Dadurch übernimmt nunmehr nicht nur die Lötstelle die auftretenden Bela stungen, sondern beide geschaffenen Verbindungsstellen, wodurch die Baugrößenbegrenzung der elektrischen Bauelemente durch die Lötstellenbelastung entfällt. Da die Verbin dung der elektrischen Bauelemente mit der Leiterplatte durch die weitere Verbindung der Bauelemente mit dem Gehäuse entlastet wird, kann sie weniger massiv ausgebildet sein, wodurch Bauraum zur Integration weiterer Schaltungsteile zur Verfügung steht. Dies erlaubt den Verzicht auf eine weitere Leiterplatte und führt zu einer wesentlich kompakteren und kleineren Baugröße eines Schaltgerätes.

In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens lassen sich die Anforderungen einer Fertigungslinie zur Massenfertigung von Schaltgeräten dadurch erfüllen, daß sich die elektrischen Bauelemente durch den Einsatz von Haltevorrichtungen in einer definierten Position relativ zur Leiterplatte positionieren lassen. Diese kann die thermischen und mechanischen Belastungen während des Fertigungsprozesses aufnehmen, wodurch insbesondere die Lötstellenbelastung herabgesetzt wird. Die weitere Verbindung neben der Verbindung mit der Leiterplatte erfolgt durch ein Verkleben des elektrischen Bauelementes mit dem es umgebenden Gehäuse. Vorteilhafterweise kann das elektrische Bauelement mit dem Dach des Gehäuses verknüpft werden, wodurch sich zwei gegenüberliegende Verbindungsstellen, nämlich mit Leiterplatte und dem Gehäusedach ergeben. Neben dem Gehäusedach kann das elektrische Bauelement auch mit einer angrenzenden Gehäusewand verklebt sein. Zur Erzeugung der Klebeverbindung wird eine Kleberaupe vorzugsweise aus Silikonklebstoff zwischen Gehäuse und Oberfläche des zu fixierenden elektrischen Bauelementes eingebracht.

Neben einem Befestigungsverfahren bezieht sich die Erfindung auf ein Schaltgerät mit elektrischen Bauelementen, die einerseits in der Leiterplatte arretiert und andererseits mit dem Gehäuse verbunden sind, wobei das Gehäuse eine an das elektrische Bauelement angepaßte Gehäusestruktur aufweist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Gehäusestruktur ist diese als Rippenstruktur ausgebildet; die Rippenstruktur kann sowohl an einem das elektrische Bauelement überdeckenden Gehäusedach wie auch an einer an das elektrische Bauelement angrenzenden Gehäusewand vorgesehen sein. Die Rippenstruktur umfaßt unterschiedlich in Höhe und Breite dimensionierte Rippen zwischen denen Taschen zur Aufnahme überschüssigen Klebstoffs eingebracht sind. Um den Formschluß von Kleberaupe und Oberfläche des zu fixierenden elektrischen Bauteils zu verbessern, können an der Oberfläche des elektrischen Bauelementes Ausnehmungen oder Vorsprünge vorgesehen sein, wodurch eine Relativbewegung zwischen Bauteil und Gehäuse an der Klebeverbindung ausgeschlossen werden kann. Ferner dient die Rippenstruktur an angrenzenden Gehäuseteilen zur Erhöhung der effektiven Klebeverbindungsfläche zwischen Kleberaupe und dem Gehäuse.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes dargestellt.

Es zeigt die:

Fig. 1 ein zwischen Gehäusedach und Leiterplatte fixiertes elektrisches Bauelement im Querschnitt und die

Fig. 2 eine Vorderansicht auf ein elektrisches Bauelement, welches mit der Leiterplatte durch eine Haltevorrichtung und mit dem Gehäuse durch eine Klebeverbindung verbunden ist.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt eine zwischen einer Leiterplatte 1 und einem Gehäuse 2 fixiertes elektrisches Bauelement 11 im Querschnitt.

Eine Leiterplatte 1 ist auf ihrer Oberseite von einem Gehäuse 2 umschlossen, welches ein Gehäusedach 3 und eine Gehäusewand 4 aufweist. An ihrer Unterseite ist die Leiterplatte 1 von einer Abdeckwanne 7 umschlossen, welche die durch die Leiterplatte 1 ragenden Kontaktstifte 17 eines elektrischen Bauelementes und einen Stift einer Haltevorrichtung 19 gegen Verunreinigungen abschirmen. Das Gehäuse 2 kann beispielsweise im Bereich des Gehäusedaches 3 mit einer Rippenstruktur 5 versehen sein, die aber auch an einer an das elektrische Bauelement 11 angrenzenden Gehäusewand 4 vorgesehen sein. Die Ausprägung der Rippenstruktur 5 ist in Fig. 2 im Querschnitt beispielhaft dargestellt.

Die Haltevorrichtung 19, die das elektrische Bauelement 19 teilweise umschließt, ist mit zwei Stiften 22 in die Leiterplatte 1 eingelassen und verbindet dieses mechanisch mit der Leiterplatte 1. Die elektrische Verbindung des elektrischen Bauelementes 11 ist über zwei Kontaktstifte 17 gewährleistet, die an einem Kontakt 16 des elektrischen Bauelementes 11 ausgebildet sind. An einer anschlußseitigen Stirnseite 14 des elektrischen Bauelementes 11 ist ein elektrischer Anschluß 18 vorgesehen, während eine rückwärtige Stirnseite 15 des elektrischen Bauelements 11 der Gehäusewand 4 gegenüberliegt.

Neben der mechanischen Verbindung mit der Leiterplatte 1, die durch die das elektrische Bauelemente 11 teilweise umschließende Haltevorrichtung 19 mit den Stiften 22 gegeben ist, ist das elektrische Bauelement 11 mittels einer Klebeverbindung 10 mit dem Gehäuse 2 verklebt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11 eine Kleberaupe 10 aufgebracht, wodurch das Gehäusedach 3 und das elektrische Bauelement 11 miteinander verbunden sind.

Das erfindungsgemäße Befestigungsverfahren sieht zur Berücksichtigung der Anforderungen von Fertigungslinien zur Fertigung elektrischer Schaltgeräte in großen Stückzahlen eine Vormontage dergestalt vor, daß ein das elektrisches Bauelement 11 in eine Haltevorrichtung 19 vormontiert wird. Durch die Vormontage ist während des Montageprozesses in der Fertigungslinie sichergestellt, daß das elektrische Bauelement 11 über die Leiterplatte 1 in einer bestimmten Position gehalten wird und durch das Eingreifen der Kontaktstifte 17 des Kontaktbleches 16 in die Leiterplatte 1 die elektrische Verbindung hergestellt wird. Während des Fertigungsprozesses, während der Bestückung der Leiterplatte 1 und dem Verlöten der Kontaktstifte 17 nimmt die Haltevorrichtung 19 die auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen auf, die während der Handhabung und der Wellenlötung auftreten können. Zur Aufnahme der mechanischen Belastungen während des Betriebes des Schaltgerätes in einem Automobil, wird das elektrische Bauelement 11 gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Gehäuse 2 verklebt, so daß das elektrische Bauelement 11 einerseits mittels der es teilweise umfangenden Haltevorrichtung 19 mechanisch mit der Leiterplatte 1 verbunden ist, andererseits mit seiner Oberfläche 12 durch eine Kleberaupe 10 mit dem Gehäuse 2 in Verbindung steht. Somit ist das elektrische Bauelement 11 an zwei Stellen gelagert, was zur Folge hat, daß die auftretenden mechanischen Belastungen durch Erschütterungen und Temperaturwechsel in einem Automobil nicht ausschließlich durch eine Lagerstelle aufgefangen werden müssen, sondern auf zwei Lagerstellen verteilt werden können. Dadurch läßt sich die mechanische Verbindung des elektrischen Bauelements 11 durch die Haltevorrichtung 19 derart vereinfachen, daß unterhalb des zu fixierenden elektrischen Bauelements 11 neuer zusätzlicher Bauraum 23 auf der Oberfläche der Leiterplatte 1 zur Verfügung steht, der effizient durch das Anordnen weiterer Komponenten den Schaltgerätes genutzt werden kann.

Durch die Lagerung des elektrischen Bauelements 11 an zwei Stellen läßt sich das Eigenschwingungsverhalten der Leiterplatte 1 derart positiv beeinflussen, daß nunmehr auch Beschleunigungssensoren für Airbag-Anwendungen in den zusätzlichen Bauraum 23 auf der Leiterplatte 1 untergebracht werden können. Eine Montage der Beschleunigungssensoren in dem zusätzlich auf der Leiterplatte 1 zur Verfügung stehenden Bauraum 23 macht die Verwendung einer weiteren, zweiten Leiterplatte obsolet. Durch das erfindungsgemäße Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente lassen sich somit wesentlich kompakt und kleiner bauende Schaltgeräte realisieren. Mittels des vorgeschlagenen Befestigungsverfahrens lassen sich als elektrische Bauelemente preiswertere und gängigere Standardtypen - beispielsweise Elektrolytkondensatoren - einsetzen, deren Einsatz in Leiterplatten bisher nicht möglich war, da durch ihre Masse und Bauform die Lötstellenbelastung zu hoch war. Da nunmehr eine weitere Verbindungsstelle zur Aufnahme der auf das Bauelement 11 einwirkenden mechanischen und thermischen Belastungen geschaffen wurde, ist diese Begrenzung für die elektrischen Bauelemente 11 entfallen.

Fig. 2 zeigt die Vorderansicht eines elektrischen Bauelements 11, welches mit der Leiterplatte 1 durch eine Haltevorrichtung 19 und mit dem Gehäuse 2 durch eine Klebeverbindung 10 in Verbindung steht.

Im Gehäusedach 3 befindet sich eine Rippenstruktur 5, welche in ihrer Ausprägung an die Oberflächenkontur 12 des zu fixierenden elektrischen Bauelements 11 angepaßt ist. Bei zylindrischer Form des elektrischen Bauelements 11 ist es zweckmäßig die Rippenstruktur 5 im Gehäusedach 3 derart zu gestalten, daß die an die Oberfläche 12 heranreichenden Rippen 8 unterschiedlich ausgeführt sind. Zwischen dem Rippen 8 können einzelne Taschen 9 vorgesehen sein, welche zur Aufnahme überschüssigen Klebstoffes dienen und die effektive Klebefläche zwischen Gehäusedach 3 und Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11 vergrößern. Die in Fig. 2 dargestellte Rippenstruktur 5 kann auch an einer an das zu fixierende elektrische Bauelement 11 angrenzenden Gehäusewand 4 des Gehäuses 2 vorgesehen sein, wodurch sich ebenfalls zwei Lagerungsstellen zur Aufnahme der mechanischen und thermischen Belastung erzielen lassen. Die Kleberaupe 10 zwischen der Oberfläche 12 und dem Gehäusedach 3 besteht vorzugsweise aus Silikonkleber; die das elektrische Bauelement 11 größtenteils umschließende Haltevorrichtung 19 weist zwei Haltebacken 20 auf, die bis in die Nähe der Enden der Kleberaupe 10 reichen, um ein Höchstmaß an mechanischer Belastbarkeit zu sichern.

Am Fuße 21 der Haltevorrichtung 19 sind zwischen den Kontaktstiften 17 liegende Stifte 22 ausgebildet, mit denen die Haltevorrichtung 19 mechanisch mit der Leiterplatte 1 verbunden ist. In der Darstellung gemäß Fig. 1 weist die Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11 eine Ausnehmung 13 auf. Mittels dieser Ausnehmung 13, die sich beispielsweise ringförmig erstrecken kann, kann zwischen dem Klebstoff und der Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11 eine formschlüssige Verbindung erzielt werden, welche die mechanische Belastbarkeit verbessert; anstelle der Ausbildung einer Ausnehmung 13 in der Oberfläche 12 des elektrischen Bauelements 11 kann auch ein Vorsprung in der Oberfläche 12 ausgebildet sein, der in die Kleberaupe 10 hineinragend ebenfalls zur Verbesserung des Formschlusses zwischen elektrischem Bauelement 11 und Kleberaupe 10 beiträgt.

Teileliste

1

Leiterplatte

2

Gehäuse

3

Gehäusedach

4

Gehäusewand

5

Gehäuserippenstruktur

6

Gehäuserippe

7

Abdeckwanne

8

Rippen

9

Taschen

10

Kleberaupe

11

elektrisches Bauelement

12

Bauelementoberfläche

13

ringförmige Ausnehmung

14

anschlußseitige Stirnseite

15

rückwärtige Stirnseite

16

Kontaktblech

17

Kontaktstift

18

Anschluß

19

Haltevorrichtung

20

Haltebacken

21

Fuß

22

Stift

23

Bauraum

Claims

1. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente an Leiterplatten (1), die von ei nem Gehäuse (2) umgeben sind, wobei die Bauelemente von einer Haltevorrichtung (19) gehalten werden und ein elektrisches Bauelement (11) während der Montage und im Betrieb durch die Haltevorrichtung (19) in der Leiterplatte (1) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet das Anschlüsse (17, 20) des elektrischen Bauelementes (11) einerseits über die Haltevorrichtung (19) in der Leiterplatte (1) mechanisch arretiert und andererseits das elektrische Bauelement (11) mit Gehäuseflächen (3, 4) des die Leiterplatte (1) umgebenen Gehäuses (2) verklebt wird.

2. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die während des Montageprozesses auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen von der Haltevorrichtung (19) aufgenommen werden.

3. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das elektrische Bauelement (11) mit dem Gehäusedach (3) des Gehäuses (2) verklebt wird.

4. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Gehäuse (2) und die Oberfläche (12) des elektrischen Bauele mentes (11) durch Auftrag einer Kleberaupe (10) miteinander verbunden werden.

5. Befestigungsverfahren für elektrische Bauelemente nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, das die Kleberaupe (10) aus einem Silikonkleber besteht.

6. Schaltgerät mit auf einer Leiterplatte (1) angeordneten elektrischen Bauelementen, wobei die Leiterplatte (1) von einem Gehäuse (2) umgeben ist, dadurch gekennzeich net dass ein Kontaktstift (17) enthaltendes elektrisches Bauelement (11) einerseits über eine Haltevorrichtung (19) in der Leiterplatte (1) arretiert ist und andererseits mit dem Gehäuse (2) über eine Verklebung (10) verbunden ist, wobei das Gehäuse (2) eine an die Form des elektrischen Bauelementes (11) angepasste Gehäusestruktur mit Ausnehmungen (13) zur Verbesserung des Formschlusses an der Verklebung (10) aufweist.

7. Schaltgerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet das die Anpassung der Ge häusestruktur an die Form des elektrischen Bauelementes (11) mittels einer Rippen struktur (5) ausgeführt ist.

8. Schaltgerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäusedach (3) mit der Rippenstruktur (5) versehen ist.

9. Schaltgerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet das eine Gehäuseseitenwand (4) mit der Rippenstruktur (5) versehen ist.

10. Schaltgerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet das die Rippenstruktur (5) unterschiedlich dimensionierte Rippen (8) aufweist.

11. Schaltgerät gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet das die Rippenstruktur (5) zwischen den Rippen (8) vorgesehene einzelne Taschen (9) umfasst.

12. Schaltgerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet das an dem zu fixierenden elektrischen Bauelement (11) Vorsprünge ausgebildet sind, um den Formschluss mit der Klebeverbindung (10) zu verbessern.