DE19936013B4

DE19936013B4 - Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Leiterplatten und Teilen aus einem gemeinsamen Trägersubstrat, Leiterplatte mit Befestigungselementen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE19936013B4
Application number: DE19936013A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hörnle
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: DE19936013A1

Abstract

Fertigungsverfahren für ein Befestigungsmittel für elektronische Bauteile und eine Platine, wobei das Fertigungsverfahren für das Befestigungsmittel mindestens ein Herausbrechen mindestens eines Teiles aus der Platine umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Leiterplatten und Teilen aus einem gemeinsamen Trägersubstrat, eine Leiterplatte mit Befestigungselementen und deren Verwendung.
Bei der Fertigung von Platinen werden die Platinen mit einem Layout versehen und meist in rechteckiger Form in standardisierten Größen gefertigt. In vielen Fällen müssen danach aus den Platinen Stücke herausgefräst werden, damit die Platine in ein für sie vorgesehenes Einbaugehäuse passt. In weiteren Fällen wird das aus der Platine zu entfernende Stück der Platine durch Bohrungen oder Ausfräsungen herausbrechbar gemacht. Dann kann das Stück weggeworfen werden. Auf diese Weise entsteht eine große Menge an Abfall, der ungenutzt und kostspielig entsorgt werden muss.
Bekannt ist auch, dass bei der Fertigung kleiner Platinen mehrere kleine Platinen aus einer großen Platine durch Herausbrechen an Sollbruchstellen gefertigt werden. Dieser Prozess weist eine geringe Abfallproduktion auf, entspricht jedoch nur einer Vervielfältigung von Platinen.

Aus der AT-PS 256 275 ist ein Fertigungsverfahren im Zusammenhang mit einer Platine bekannt, wobei ein Teil der Platine herausgebrochen wird. Dieses herausgebrochene Stück weist ebenfalls wie auch die restliche Platine ein Layout auf mit elektronischen Bauelementen. Der herausgebrochene Teil der Platine wird nachteiligerweise mittels elektrischer Leitungen mit der Platine insbesondere an den Stellen verbunden, an welchen die Layout-Verbindungen durch das Herausbrechen aufgetrennt wurden (Seite 3 Zeile 50 ff).

Aus der JP 09 32 65 75 A , ist ein LED-Halter bekannt, der teils auf einer Platine und teils auf einem herausbrechbaren Stück montierbar ist. Nach Herausbrechen durch rechtwinkliges Drehen oder Knicken des LED-Halters wird das herausgebrochene Teil 11 nachteiligerweise vom LED-Halter 12 gehalten. Der LED-Halter ist nachteiligerweise aufwendig und kostspielig. Elektrische Leitungen 51 (10) sind notwendig.

Aus dem JP-Pat-Abstr. E-1330 March 10, 1993 Vol. 17/No. 115 & JP 04 29 60 85 , ist eine Platine gezeigt, aus der ein Stück 2 herausbrechbar ist. Dadurch kann eine Kennzeichnung realisiert werden. Insbesondere sind elektrische Verbindungen 3 von der Platine zu ihrem herausbrechbaren Stück 2 vorhanden, solange das herausbrechbare Stück 2 noch nicht herausgebrochen ist. In diesem Fall sind Codierungen oder Optionen auf dem herausbrechbaren Stück 2 aktiv oder realisierbar. Nach Herausbrechen wird das herausgebrochene Stück 2 nachteiligerweise als Abfall weggeworfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fertigungsverfahren für ein Befestigungsmittel und ein Befestigungsmittel weiterzubilden, wobei eine einfache und kostengünstige Fertigung von Befestigungsmitteln erreicht werden und gleichzeitig der Abfall minimiert werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren gelöst nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei der Leiterplatte mit Befestigungselementen nach den in Anspruch 3 und bei deren Verwendung nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist bei dem Verfahren ist, dass es zur gleichzeitigen Herstellung von Leiterplatten und durch Sollbruchstellen heraustrennbaren Teilen aus einem gemeinsamen Trägersubstrat vorgesehen ist und folgende Schritte umfasst:

– Einbringen von Sollbruchstellen zwischen Leiterplatte und Verschnittflächenbereiche des Trägersubstrates, wobei dies Flächenbereiche als Befestigungselemente zum schwingungsvermindernden und thermisch isolierten Fixieren/Halten von Bauteilen bestimmt sind,
– Herausbrechen mindestens eines dieser Befestigungselemente aus dem Trägersubstrat und
– Fixieren der Befestigungselemente mittels in diesen integrierten Halteelementen (Lötpads) auf der Leiterplatte.

Somit kann ein Bereich vorteilhafterweise, der ansonsten Abfall wäre, genutzt werden zur Fertigung des Befestigungsmittels, wobei die Fertigung darüber hinaus einfach und kostengünstig ist. Darüber hinaus ist das Platinenmaterial wärmefest oder temperaturstabil, hat elektrisch isolierende Eigenschaften und weist auch einen thermischen Widerstand auf. Somit ist das erfindungsgemäß gefertigte Befestigungsmittel in Anwendungen einsetzbar, die typisch für Elektronik, insbesondere Leistungselektronik, sind. Außerdem entfällt die Notwendigkeit der Fertigung spezieller Befestigungsmittel aus Kunststoff, wodurch sich dann die Kosten stark verringern. Dabei dient ein Befestigungsmittel der lösbaren oder nicht lösbaren Befestigung eines Bauelements. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung ist, dass keine zusätzlichen Werkzeuge für das Befestigungsmittel notwendig sind und daher die Kosten insgesamt sinken. Außerdem werden bei der Platinenfertigung die programmierten Konturen zur Erzeugung des Befestigungsmittels nur abgeändert, da es erfindungsgemäß anfangs mit der Platine verbunden ist. Somit sind die Befestigungsmittel schnell verfügbar und leicht abzuändern. Außerdem sind die Befestigungsmittel sehr kostengünstig herstellbar. Da oft bei der Platinenfertigung nach dem Stand der Technik FR4-Material verwendet wird, handelt es sich beim Werkstoff des Befestigungsmittels um einen gegenüber dem im Stand der Technik verwendeten Kunststoff äußerst vorteilhaften Stoff, insbesondere mit sehr guter mechanischer Festigkeit, elektrischer Isolierfähigkeit und Temperaturbeständigkeit. Gerade im Bereich der in der Leistungselektronik entstehenden Temperaturen ist dieser Werkstoff einsetzbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Befestigungsmittel ein Befestigungsmittel für Bauteile oder elektronische Bauteile. Von Vorteil ist dabei, dass ein Mittel zur Befestigung für Bauteile gefertigt wird bei der Platinenfertigung. Durch die Verbindung der beiden Fertigungen sind mittels Synergieeffekten mannigfaltige Vorteile erreichbar wie Kostensenkung, Abfallverminderung, Rohstoffeinsparung, Umweltschutz und dergleichen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Befestigungsmittel zum Befestigen eines Temperaturfühlers, insbesondere an einem Kühlblech. Von Vorteil ist dabei, dass das Befestigungsmittel aus Platinenmaterial gefertigt ist und daher hohe Isoliereigenschaften, auch bei hohen Temperaturen aufweist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dient das Befestigungsmittel zum Befestigen oder Stabilisieren eines elektronischen Bauelementes. Von Vorteil ist dabei, dass die elektrisch und thermisch isolierenden Eigenschaften des Platinenmaterials zu den Anforderungen eines Widerstandes passen, der ja meist auf einer Platine montiert ist. Somit ist aus dem mindestens einen Befestigungsmittel mindestens ein Hilfsmittel zur Befestigen oder Stabilisieren eines elektronischen, insbesondere auch Leistungs- Bauelementes fertigbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Befestigungsmittel nach Herausbrechen auf derselben Platine verwendet und eingesetzt. Von Vorteil ist dabei, dass das Befestigungsmittel schnell verfügbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Produktionsanlage die Platine als Vorratsspeicher für das Befestigungsmittel verwendbar. Von Vorteil ist dabei, dass Lagerplatz einsparbar ist, sofortige Verfügbarkeit und Disposition vorhanden ist und Bestellung immer passend für den Einsatzfall ist. Außerdem ist bei Bestellung der Platine oder Auftragsvergabe zum Fertigen der Platine oder des Gerätes gekoppelt an die Bestellung und Auftragsvergabe zum Fertigen für das Befestigungsmittel.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist bei der Leiterplatte mit Befestigungselementen ist, dass das Befestigungsmittel von der Platine umfasst wird und die Platine mit dem Befestigungsmittel derart verbunden ist, dass das Befestigungsmittel herausbrechbar ist. Insbesondere sind im Bereich der Berührung zwischen Befestigungsmittel und Platine derartige Löcher, Bohrungen oder Ausfräsungen vorhanden, so dass das Befestigungsmittel eine Sollbrechstelle aufweist und herausbrechbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Herausbrechen mit der bloßen Hand durchführbar ist und sich die Bruchfläche in einem vorher bestimmbaren Raumbereich befindet.

Bei der Erfindung kann ein Bereich vorteilhafterweise, der ansonsten Abfall wäre, genutzt werden zur Fertigung des Befestigungsmittels, wobei die Fertigung darüber hinaus einfach und kostengünstig ist. Darüber hinaus ist das Platinenmaterial wärmefest oder temperaturstabil, hat elektrisch isolierende Eigenschaften und weist auch einen thermischen Widerstand auf. Somit ist das erfindungsgemäß gefertigte Befestigungsmittel in Anwendungen einsetzbar, die typisch für Elektronik, insbesondere Leistungselektronik, sind. Außerdem entfällt die Notwendigkeit der Fertigung spezieller Befestigungsmittel aus Kunststoff, wodurch sich dann die Kosten stark verringern.

Bei einer vorteilhaften Verwendung ist das Befestigungsmittel zum Befestigen eines Temperaturfühlers, insbesondere an einem Kühlblech. Von Vorteil ist dabei, dass das Platinenmaterial die für diese Anwendung notwendige mechanische und thermische Stabilität aufweist.

Bei einer anderen vorteilhaften Verwendung dient das Befestigungsmittel zum Befestigen oder Stabilisieren eines elektronischen Bauelementes, insbesondere eines Widerstandes. Von Vorteil ist dabei, dass das Platinenmaterial die für diese Anwendung notwendige mechanische und thermische Stabilität aufweist und als Stütze der Anschlussdrähte des Widerstandes beidseitig verwendbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Befestigungsmittel Lötpads auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine Lötverbindung zwischen Befestigungsmittel und Platine ausführbar ist und somit eine große mechanische Stabilität erreicht werden kann. Es sind darüber hinaus sogar elektrische Funktionen, wie elektrische Verbindungen, Schirmungen, oder dergleichen, ausführbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Befestigungsmittel derart geformt, dass es in entsprechende Auslassungen, Löcher, Bohrungen oder dergleichen, welche die Platine aufweist, steckbar und mit der Platine verbindbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein sichere, feste mechanische Verbindung ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Befestigungsmittel ein Platinen-Layout auf. Von Vorteil ist dabei, dass elektrische Verbindungen fertigbar sind. Darüber hinaus sind auch Flächen zur elektrischen Abschirmung oder Verbesserung der EMV fertigbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Kombination der Platine und des Befestigungsmittels vor dem Herausbrechen wird bei der Erfindung auch als Trägersubstrat bezeichnet. Die herausgebrochenen Teile, die erfindungsgemäß als Befestigungsmittel für Bauteile verwendet werden, werden auch als Verschnittflächenbereich des Trägersubstrats bezeichnet, da sie üblicherweise als Abfall bei der Fertigung vorgesehen sind, wie oben erläutert.

1: Platine
2: Befestigungsmittel
3: Auslassung
4: Rundloch
5: Auslassung für Anschlussdrähte
21: Anschlussleitungen des Temperaturfühlers
22: Befestigungsschraube
23: Temperaturfühler
24: Kühlkörper
31: Bruchstelle
41: Füßchen mit Lötpads
42: Auslassung
43: Anschlussdraht des Widerstandes
51: Widerstand

Die Erfindung wird nun anhand der 1 bis 5 näher erläutert:
Das Fertigungsverfahren Platinen, also Leiterplatten, ist bei der Erfindung gekoppelt mit dem Fertigungsverfahren für das Befestigungsmittel. Daher sind keine zusätzlichen Werkzeuge für das Befestigungsmittel notwendig.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt. Die Platine 1 umfasst anfangs noch das Befestigungsmittel 2. Ein Herausbrechen des Befestigungsmittels 2 ist schon mit bloßer Hand einfach und leicht möglich, da Auslassungen 3, die auch Ausfräsungen und Bohrungen umfassen, einen Sollbruch-Raumbereich oder eine Sollbruchstelle definieren. Ein Rundloch 4 dient als Durchlass für eine Befestigungsschraube 22, wie in 2 gezeigt ist. Eine Auslassung für Anschlussdrähte 5 dient als Durchlass für Anschlussleitungen des Temperaturfühlers 21. Die Befestigungsschraube 22 dient zur Befestigung des Befestigungsmittels 2 am Kühlkörper 24. Auf diese Weise wird der Temperaturfühler 23 in einer für ihn angebrachten Bohrung im Kühlkörper 24 gehalten.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Befestigungsmittels 2 ist in der 3 gezeigt, wobei das Befestigungsmittel 2 nach Herausbrechen Bruchstelle 31 aufweist.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Befestigungsmittels 3 Füsschen mit Lötpads 41 auf, wie in den 4 und 5 gezeigt ist. Zusätzlich weist es eine Auslassung 42 für einen Anschlussdraht des Widerstandes 43 eines Widerstandes 51 auf, wie auch in der 5 zu sehen ist. Dabei ist der Widerstand 51 auf einer Platine 1 montiert, wobei in einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel als Platine 1 auch eine andere Platine verwendbar ist. Zur mechanischen Stabilisierung, wie Schwingungsverminderung, Erhöhung der Haltekräfte oder dergleichen, werden in der 5 zwei Befestigungsmittel 2 verwendet. Sie werden mit ihren Füsschen 41 in entsprechende Auslassungen der Platine 1 gesteckt oder eingeführt. Darüber hinaus sind sie mit ihren Lötpads 41 mittels einer Lötverbindung mit der Platine 1 verbindbar. Somit kann die mechanische Stabilität weiter erhöht werden. Im in der 5 gezeigten Fall können Schwingungen des Anschlussdrahtes 43 des Widerstandes senkrecht zum Anschlussdraht 43 und parallel zur Ebene der Platine 1 gedämpft werden.
Bei der Anlagensteuerung der Fertigungsanlage und beim auftragsvergebenden Verwaltungssystem werden erfindungsgemäß starke Vereinfachungen im Ablauf erreichbar, da beispielsweise die Auftragsvergabe zum Fertigen der Platine mit der Auftragsvergabe zum Fertigen des Befestigungsmittels gekoppelt wird und kein Lagerplatz für das Befestigungsmittel vorhanden sein muss.
Zur Sicherheit gegen Unfälle oder Ablauffehler oder ähnliche Vorfälle werden in einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel auf jeder Platine mehrere gleiche, insbesondere zwei, Befestigungsmittel zum Herausbrechen vorgesehen. Somit kann auch bei Ausfall eines Teiles ein Ersatzteil sofort verfügbar sein.
Die Erfindung umfasst als elektronisches Bauteil nicht nur einen in zylindrischer Bauart mit axialen Drahtanschlüssen versehenen Widerstand oder ein gleichermaßen ausgeführtes Bauelement, sondern auch beliebige Bauelemente, insbesondere auch Hybridplatinen, Kondensatoren und Spulen.

Claims

Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Leiterplatten und durch Sollbruchstellen heraustrennbaren Teilen aus einem gemeinsamen Trägersubstrat durch: – Einbringen von Sollbruchstellen zwischen Leiterplatte und Verschnittflächenbereiche des Trägersubstrates, wobei dies Flächenbereiche als Befestigungselemente zum schwingungsvermindernden und thermisch isolierten Fixieren/Halten von Bauteilen bestimmt sind, – Herausbrechen mindestens eines dieser Befestigungselemente aus dem Trägersubstrat und – Fixieren der Befestigungselemente mittels in diesen integrierten Halteelementen (Lötpads) auf der Leiterplatte.
Leiterplatte mit Befestigungselementen, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle mittels Löcher, Bohrungen oder Ausfräsungen realisiert ist.
Leiterplatte mit Befestigungselementen, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement elektrisch isolierend und/oder thermisch widerstandsfähig ist.
Leiterplatte mit Befestigungselementen, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement Leiterzüge oder Lötpads aufweist.
Leiterplatte mit Befestigungselementen, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement derart geformt ist, dass es in entsprechende Auslassungen, Löcher, Bohrungen oder dergleichen, die von einer Leiterplatte aufgewiesen werden, steckbar und mit der Leiterplatte verbindbar ist.
Leiterplatte mit Befestigungselementen, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement ein Platinen-Layout und/oder mindestens eine Fläche zur elektrischen Abschirmung aufweist.
Verwendung der Leiterplatte mit Befestigungselementen nach einem der Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement zum Befestigen eines Temperaturfühlers, insbesondere an einem Kühlblech, vorgesehen ist.
Verwendung der Leiterplatte mit Befestigungselementen nach einem der Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement zum Befestigen oder Stabilisieren eines elektronischen Bauelementes, insbesondere eines Widerstandes, vorgesehen ist.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses elektronische Bauelement ein Widerstand ist, der eine axial bedrahtete Bauform aufweist und durch seine Verlustleistung erwärmbar ist.
Verwendung der Leiterplatte mit Befestigungselementen nach einem der Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine als Vorratsspeicher für das Verbindungselement in der Produktionsanlage verwendet wird.