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Die Erfindung betrifft eine mechatronische formschlüssige 3D-Leiterplattenerweiterung, die wenigstens eine vorgefertigte Basisleiterplatte bzw. Basisplatine und wenigstens eine vorgefertigte, dazu orthogonal angeordnete, löttechnisch verbundene Einsteckleiterplatte bzw. Einsteckplatine bzw. Einsteckkarte umfasst.
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Die zum Stand der Technik gehörenden Leiterplattenerweiterungen bzw. modularen Leiterplattenerweiterungen beruhen auf dem Einsatz von Verbindungselementen wie Steckverbinder, Klemmen, Verdrahtungen und/oder Flexverbinder, mit denen üblicherweise bestückte Leiterplatten funktional verbunden werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unabhängig vom Bestückungsgrad einer Basis- und Einsteckplatine eine mechatronische formschlüssige 3D-Leiterplattenerweiterung unter Verzicht auf Verbindungselemente wie Steckverbinder, Klemmen, Verdrahtungen und/oder Flexverbinder zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird nach der Lehre der Erfindung mit mechatronischer formschlüssiger 3D-Leiterplattenerweiterung, bestehend aus wenigstens einer Basisplatine und wenigstens einer Einsteckplatine im bestückten, teilbestückten und/oder unbestückten Zustand, gelöst. Die Basisplatine besitzt wenigstens einen Einsteckschlitz, der nach den Vorgaben des Layouts keine Leiterbahnen aufweist. Die gegenüberliegenden Kantenflächen des Einsteckschlitzes sind beidseitig als gleichmäßig beabstandete Kontaktflächen bzw. Pads aus einer Kupferlegierung ausgeführt. Die Einsteckplatine besitzt eine der Raumform des Einsteckschlitzes angepasste Einsteckzunge, deren Kantenflächen beidseitig als gleichmäßig beabstandete Kontaktflächen bzw. Pads aus einer Kupferlegierung ausgeführt sind. Die Basisplatine und die Einsteckplatine sind in dem Einsteckschlitz miteinander über eine Lötzinnverbindung stabil verbunden. Die Basisplatine weist im Kantenbereich des Einsteckschlitzes gleichmäßig beabstandete, hohlzylinderförmige oder hohle halbzylinderförmige Durchkontaktierungen bzw. Vias aus einer Kupferlegierung auf, die auf der Ober- und Unterseite der Kontaktflächen bzw. Pads fortgeführt sind. Optional fungieren die Einsteckplatinen als elektrisch leitende Distanzhalter zwischen mindestens zwei übereinander parallel beabstandet angeordneten Basisleiterplatten. Wahlweise dienen die Einsteckplatinen auch als Überbrückungspfeiler für wenigstens eine weitere Basisplatine, die oberhalb von wenigstens zwei auf gleicher Ebene beabstandet angeordneten Basisplatinen positioniert ist. Die mechatronische formschlüssige 3D-Leiterplattenerweiterung zeichnet sich durch eine niedrige Störabstrahlung bzw. ein niedriges HF-Grundrauschen aus.
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Die Vorbereitung der Basisplatine und der für die mechatronische Erweiterung vorgesehenen Einsteckplatine erfolgt entsprechend den Vorgaben des Layouts mit Hilfe standardisierter Verfahren der Leiterplattenherstellung. Das Layout bestimmt den Verlauf der Leiterbahnen in den einzelnen Lagen der Basisplatine sowie die Lage und Dimensionierung der in Betracht kommenden leiterbahnfreien Bereiche. Diese Bereiche sind für die Ausfräsungen zur Erstellung wenigstens eines Einsteckspaltes, der Durchkontaktierungen bzw. Vias und der ggf. erforderlichen Codierungen im Rahmen der layoutgemäßen Leiterplattenherstellung bzw. – vorbereitung reserviert. Außerdem ermöglicht die standardisierte Leiterplattenherstellung bestückungs- und lötseitig die Anordnung gleichmäßig beabstandeter Kontaktflächen auf den gegenüberliegenden Kantenbereichen des jeweils vorgesehenen Einsteckschlitzes der Basisplatine. Gleiches gilt auch für die beidseitige Anordnung gleichmäßig beabstandeter Kontaktflächen auf den im Einsteckbereich der Basisplatine liegenden Kantenflächen der Einsteckkarte.
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Die im Rahmen der üblichen Leiterplattenherstellung von Basis- und Einsteckplatinen auf den Kantenflächen aufgetragenen Kontaktflächen bestehen wie die Leiterbahnen auch aus Kupferlegierungen. Die Durchkontaktierungen bestehen aus hohlen zylinderförmigen oder aus offenen halbzylinderförmigen Ausfräsungen im Bereich der beabstandet angeordneten Kontaktflächen der Basis- und Einsteckplatine. Die Durchkontaktierungen dienen dem Durchstieg der schmelzflüssigen Lotlegierung bis in den Bereich der Kontaktflächen der Basis- und Einsteckplatine, um dort die löttechnische Verbindung der Basisplatine mit der Einsteckplatine durch die Lötwelle sicherzustellen. Auf diese Weise wird eine formschlüssige, stabile, leitungstechnisch sichere Durchkontaktierung zwischen Basis- und Einsteckplatine, insbesondere eine qualitativ entsprechend hochwertige Randkontaktierung bei einer im Randbereich der Basisplatine vorgesehenen Anordnung der Einsteckplatine geschaffen.
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Auf einer eigenständig entwickelten Erkenntnis beruht auch die Anordnung der Kontaktflächen auf den Kantenflächen der Basis- und Einsteckplatinen. Danach wurden zahlreiche Variationsmöglichkeiten verschiedener Kombinationen der Anordnung von Kontaktflächen, bestehend aus Pitch, dh. Padabstand plus Padbreite, sowie Padbreite, -länge, -abstand, Via-Durchmesser und Via-Offset, lötseitig realisiert.
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Die Prüfung der in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Kombinationen der Kontaktflächen führte zu dem Ergebnis, dass die erfindungsgemäße mechatronische formschlüssige 3D-Leiterplattenerweiterung technisch voll einsetzbar ist. Tabelle: Erfindungsgemäße Kontaktflächen-Kombinationen, hierzu insbesondere Fig. 1d
| Pitch/mm | Padbreite/mm | Padabstand/mm | θ Via/mm | Offset/mm | Padlänge (Lötseite)/mm |
| 0,80 | 0,40 | 0,40 | 0,30 | 0,00 | 1,00 |
| 0,80 | 0,40 | 0,40 | 0,30 | 0,00 | 2,00 |
| 0,80 | 0,40 | 0,40 | 0,30 | 0,10 | 1,00 |
| 0,80 | 0,40 | 0,40 | 0,30 | 0,10 | 2,00 |
| 0,80 | 0,30 | 0,50 | 0,30 | 0,00 | 1,00 |
| 0,80 | 0,30 | 0,50 | 0,30 | 0,00 | 2,00 |
| 0,80 | 0,30 | 0,50 | 0,30 | 0,10 | 1,00 |
| 0,80 | 0,30 | 0,50 | 0,30 | 0,10 | 2,00 |
| 1,00 | 0,50 | 0,50 | 0,40 | 0,00 | 1,00 |
| 1,00 | 0,50 | 0,50 | 0,40 | 0,00 | 2,00 |
| 1,00 | 0,50 | 0,50 | 0,40 | 0,10 | 1,00 |
| 1,00 | 0,50 | 0,50 | 0,40 | 0,10 | 2,00 |
| 1,00 | 0,40 | 0,60 | 0,30 | 0,00 | 1,00 |
| 1,00 | 0,40 | 0,60 | 0,30 | 0,00 | 2,00 |
| 1,00 | 0,40 | 0,60 | 0,30 | 0,10 | 1,00 |
| 1,00 | 0,40 | 0,60 | 0,30 | 0,10 | 2,00 |
| 1,27 | 0,50 | 0,77 | 0,40 | 0,00 | 1,00 |
| 1,27 | 0,50 | 0,77 | 0,40 | 0,00 | 2,00 |
| 1,27 | 0,50 | 0,77 | 0,40 | 0,10 | 1,00 |
| 1,27 | 0,50 | 0,77 | 0,40 | 0,10 | 2,00 |
| 1,27 | 0,64 | 0,63 | 0,60 | 0,00 | 1,00 |
| 1,27 | 0,64 | 0,63 | 0,60 | 0,00 | 2,00 |
| 1,27 | 0,64 | 0,63 | 0,60 | 0,10 | 1,00 |
| 1,27 | 0,64 | 0,63 | 0,60 | 0,10 | 2,00 |
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Mit den Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Tabelle werden für den Durchschnittsfachmann nicht vorhersehbare und daher überraschende HF-technische Vorteile erreicht; denn an sich ist bei Steckverbindungen zwischen Basis- und Einsteckplatinen mit erhöhter Störabstrahlung zu rechnen, sofern nach der erfindungsgemäßen Erkenntnis die Verbindung der Grundflächen mehrerer unterschiedlicher Leiterplatten nicht niederinduktiv ausgeführt ist. In einem solchen Falle bildet sich eine Potentialdifferenz zwischen den Grundflächen der Leiterplatten aus, die zur Emission von unerwünschten HF-Signalen führt, weil die Grundflächen der Leiterplatten als Dipol-Antennen wirken. Der durch die Potentialdifferenz entstehende Grundrauschpegel speist diese Antennenstruktur am Fußpunkt der Antenne, d. h. den Verbindungsbereich der beiden Leiterplatten, von dem dann eine erhöhte Störabstrahlung emittiert wird. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Lötverbindungen der Kontaktflächen bzw. Pads im Einsteckbereich von Basis- und Einsteckplatine mit kleinem bis zu 0,8 mm reichendem Raster bzw. Padabstand wird erreicht, dass die Masseflächen von Basis- und Einsteckplatine über die Lötverbindung durch den Einsteckschlitz hindurch, also von der Basisplatine bis zur Einsteckplatine, verbunden werden. Damit wird auch verhindert, dass der Einsteckschlitz in der Basisplatine als Schlitzantenne bzw. inverse Dipolantenne fungieren kann. Die erfindungsgemäße Verbindungstechnik ermöglicht wiederum das Routen von kritischen Signalen zwischen Basis- und Einsteckmodul.
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Durch den Lötvorgang wird in einem einzigen Arbeitsgang die elektrische und die mechanische Verbindung hergestellt. Durch die hohe Anzahl der Lötstellen und die daraus resultierende große Fläche der Lötpads wird eine ausreichend mechanische Stabilität des erfindungsgemäßen 3D-Moduls erzielt. Bei hohen mechanischen Beanspruchungen wie Vibrationen, schweren Bauteilen auf Einsteckkarten bzw. -modulen ggfs. i. V. mit hohen Bedienelementen ist eventuell eine zusätzliche mechanische Entlastung bzw. Fixierung erforderlich. Die Zuverlässigkeit jeder einzelnen Lötstelle bzw. Kontaktstelle ist durch dreifache elektrische Verbindung auf der Ober- und Unterseite sowie im Einsteckspalt zwischen Basis- und Einsteckmodul sichergestellt. Daraus folgt eine absolut niedrige Gesamtausfallrate bei sehr hohen Kontaktzahlen der erfindungsgemäßen 3D-Erweiterungsplatinen. Die mechanische Genauigkeit der erfindungsgemäßen 3D-Erweiterungsplatinen ist im wesentlichen von der Passung bzw. von dem Passsitz der Einsteckmodule in dem Einsteckschlitz der Basisplatine abhängig. Der erwünschte Genauigkeitsgrad wird unterstützt durch waagerechtes Handling der Basisplatine während des Lötvorganges ggfs. i. V. mit Hilfseinrichtungen. Hierzu gehören auch Greifarme, mit denen die zu verlötenden Pads gezielt auf die Lötwelle ausgerichtet werden. Mit diesen Hilfseinrichtungen können auch gekrümmte Leiterplattenmodule wie Flexleiterplatten oder in einem Winkel zur eigentlichen Lötrichtung angeordnete Leiterplattenmodule löttechnisch verbunden werden.
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Die Erfindung wird auf der Basis der nachfolgenden, nicht maßstabgerechten Darstellung des Aufbaues der mechatronischen formschlüssigen 3D-Leiterplattenerweiterung gemäß den 1a bis 1d, 2a bis 2d, 3 bis 15 näher erläutert.
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1a zeigt in räumlicher Darstellung das Lötmuster für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mechatronischen formschlüssigen 3D-Leiterplattenerweiterung 1, die eine Basisplatine 2 sowie wenigstens eine Einsteckplatine 3, hier beispielsweise sechs unterschiedlich dimensionierte Einsteckplatinen 3, umfasst. Die Basisplatine 2 und die Einsteckplatine 3 sind löttechnisch über die darauf beabstandet angeordneten Kontakflächen 4 miteinander verbunden. Die Kontaktflächen 4 werden im Fachjargon üblicherweise auch als Pads bezeichnet.
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1b zeigt eine Einsteckkarte 3 eines erfindungsgemäßen 3D-Moduls 1, die zwei Einsteckzungen 7 aufweist, deren Kantenflächen 6 jeweils mit gleichmäßig beabstandeten Kontaktflächen 4 ausgestattet sind. Außerdem weist die Einsteckzunge 7 eine durch Ausfräsen hergestellte Codierung 9 auf.
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1c zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt von einer Basisplatine 2 mit der Anordnung eines sich längs erstreckenden Einsteckschlitzes 5. Auf den gegenüberliegenden Kantenflächen 6 des Einsteckschlitzes 5 sind die gleichmäßig beabstandeten Kontaktflächen 4 angeordnet. Die obere Kantenfläche 4 zeigt im Gegensatz zur unteren Kantenfläche 4 beispielsweise eine maximale Erstreckung von Kontaktflächen 4 bzw. Padlängen 12. Der Auftrag der Kontaktflächen 4 erfolgt im Zuge standardisierter Leiterplattenvorbereitung bzw. -fertigung.
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1d zeigt in vergrößerter Draufsicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen 3D-Moduls 1 bezüglich der Erstreckung eines Einsteckschlitzes und der Reihenanordnung und Gestaltung der Durchkontaktierungen bzw. Vias 8 und der davon ausgehenden Kontaktflächen 4 bzw. Pads 10 mit Darstellung der Durchmesser der Durchkontaktierungen bzw. Vias 8, der geringen Rückversetzung des Halbmessers der Durchkontaktierungen 8 bzw. Via-Offset 15 von der Kantenfläche 6 der Basisplatine 2, der Padbreite 11, der lötseitigen Padlänge 12, des Padabstandes 13 und der im Fachjargon als Pitch 14 bezeichneten Gesamtbreite von Padbreite 11 plus Padabstand 13.
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2a zeigt in vergrößerter Draufsicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen 3D-Moduls, dessen Basisplatine 2 einen Einsteckschlitz 5 aufweist, dessen gegenüberliegende Kantenflächen 6 mit halbzylinderförmig offenen, gleichmäßig beabstandeten Durchkontaktierungen 8 und jeweils davon orthogonal ausgehenden Kontaktflächen 4 ausgestattet sind.
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2b zeigt in räumlicher Draufsicht einen Ausschnitt der gegenüberliegenden Kontaktflächen 4 mit halbzylinderförmig offenen, gleichmäßig beabstandeten Durchkontaktierungen 8 und jeweils davon orthogonal ausgehenden Kontaktflächen 4.
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2c zeigt in Seitenansicht und aufgeschnittener Kantenansichten die Einsteckkarte 3 mit den erhabenen Pads 10 bzw. den Kontaktflächen 4 auf der Einsteckzunge 7.
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2d zeigt unter Berücksichtigung der 2a bis 2c in Draufsicht die Einsteckposition der Einsteckplatine 3 in dem Einsteckschlitz 5 der Basisplatine 2.
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3 zeigt in räumlicher Darstellung einen nach der Erfindung als Steckverbindung ausgeführten 3D-Modul 1, das den Verlauf der Durchkontaktierungen 8 in Verbindung mit den sogenannten Pads 10 veranschaulicht, die als Kontaktflächen 4 bzw. Pads bis in den orthogonal abgewinkelten Bereich der Kantenfläche 4 auf der Oberseite der Basisplatine 2 reichen und den weiteren Verlauf der Pads 10 auf der Kantenfläche 6 der Einsteckzunge 7 der Einsteckplatine 3 markieren. Außerdem sind zwei auf der Oberfläche der Basisplatine 2 und Einsteckplatine 3 entsprechend abgewinkelt geführte Leiterbahnen 16 dargestellt. Der Lötzinnauftrag ist nicht dargestellt.
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen 3D-Moduls 1 nach 7. Der Lötzinnauftrag ist nicht dargestellt.
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5 zeigt in räumlicher, teilweise aufgeschnittener Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen 3D-Moduls 1 mit abgewinkelten Verlauf der Leiterbahnen 16 auf der Oberfläche der ersten Lage sowie in der zweiten und dritten Lage der Basisplatinen 2 und der Einsteckplatine 3.
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6 zeigt in räumlicher Darstellung die Bodenansicht des erfindungsgemäßen 3D-Moduls 1 mit der in dem Einsteckschlitz 5 der Basisplatine 2 angeordneten Einsteckzunge 7 der Einsteckplatine 3. Außerdem sind die auf den gegenüberliegenden Kontaktflächen 4 der Einsteckzunge 7 angeordneten Pads 10 und die halbzyzinderförmig offenen Durchkontaktierungen 8, die in Verbindung mit den sogenannten Pads 10, die als Kontaktflächen 4 bis in den orthogonal abgewinkelten Bereich der Kantenflächen 6 auf der Unterseite der Basisplatine 2 reichen, dargestellt. Der Lötzinnauftrag ist nicht dargestellt.
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7 zeigt in Vertikalschnittdarstellung den als Steckverbindung ausgeführten erfindungsgemäßen 3D-Modul 1, bestehend aus Basisplatine 2 und Einsteckplatine 3, mit verbesserter HF-Anbindung. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist in der Basisplatine 2 eine in außermittiger Innenlage verlaufende Leiterbahn 16 vorgesehen, die im endseitigen Bereich orthogonal abgewinkelt eine der gegenüberliegenden Kontaktflächen 4 der Kantenflächen 6 kontaktiert. In der Einsteckkarte 3 ist eine in mittiger Innenlage verlaufende Leiterbahn 16 vorgesehen, die im endseitigen Bereich orthogonal in T-förmiger Spreitzung 20 die gegenüberliegenden Kontaktflächen 4 der Kantenflächen 6 kontaktieren. Eine Lötzinnverbindung 17, die zwischen den gegenüberliegenden Kontaktflächen 4 der jeweils endseitig angeordneten Kantenflächen von Basisplatine 2 und Einsteckplatine 3 positioniert ist, leistet trotz fehlender Durchkontaktierungen 8 die erforderliche optimale Masseanbindung.
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8 zeigt in Vertikalschnittdarstellung den als Steckverbindung ausgeführten erfindungsgemäßen 3D-Modul 1, bestehend aus Basisplatine 2 und Einsteckplatine 3, mit verbesserter HF-Anbindung. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist eine in Außenlage vorgesehene Leiterbahn 16 einer Basisplatine 2 nur über die Lötzinnverbindungen 17 mit den auf den Kontaktflächen 4 vorgesehenen Kontaktflächen 6 der Basisplatine 2 mit einer ebenfalls nur in Außenlage angeordnete Leiterbahn 16 einer Einsteckkarte 3 über die Lötzinnverbindungen 17 mit den orthogonal dazu angeordneten Kontaktflächen 6 der Einsteckkarte 3 verbunden.
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9 zeigt in Vertikalschnittdarstellung den als Steckverbindung ausgeführten erfindungsgemäßen 3D-Modul 1, bestehend aus Basisplatine 2 und Einsteckplatine 3, mit verbesserter HF-Anbindung. Danach sind beispielsweise eine in Innenlage vorgesehene Leiterbahn 16 einer Basisplatine 2 über die Lötzinnverbindungen 17 mit den Kontaktflächen 4 der Basisplatine 2 und eine nur in Außenlage angeordnete Leiterbahn 16 einer Einsteckkarte 3 über die Lötzinnverbindungen 17 mit den orthogonal dazu angeordneten Kontaktflächen 4 der Einsteckkarte 3 verbunden.
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10 zeigt in Vertikalschnittdarstellung den als Steckverbindung ausgeführten erfindungsgemäßen 3D-Modul 1, bestehend aus Basisplatine 2 und Einsteckplatine 3, mit verbesserter HF-Anbindung. Danach sind beispielsweise eine in Außenlage vorgesehene Leiterbahn 16 einer Basisplatine 2 und zwei in Außenlage vorgesehene Leiterbahnen 16 einer Einsteckplatine 3 über eine oberhalb der Kontaktflächen 4 der Einsteckkarte 3 liegende Durchkontaktierung 8 durch die Lötzinnverbindung 17 mit der Einsteckplatine 3 verbunden.
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11 zeigt in Vertikalschnittdarstellung den als Steckverbindung ausgeführten 3D-Modul 1, bestehend aus Basisplatine 2 und Einsteckplatine 3, mit verbesserter HF-Anbindung. Danach sind beispielsweise eine in Innenlage vorgesehene Leiterbahn 16 einer Basisplatine 2 und zwei in Außenlage vorgesehene Leiterbahnen 16 einer Einsteckplatine 3 über eine oberhalb der Kontaktflächen 4 der Einsteckkarte 3 liegende Durchkontaktierung 8 durch die Lötzinnverbindungen 17 mit der Einsteckplatine 3 verbunden.
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12 zeigt in Vertikalschnittdarstellung den als Steckverbindung ausgeführten 3D-Modul 1, bestehend aus Basisplatine 2 und Einsteckplatine 3, mit verbesserter HF-Anbindung. Danach ist nach dieser Ausführungsform eine zunächst in Außenlage angeordnete, anschließend über eine Durchkontaktierungen 8 in Innenlage weitergeführte Leiterbahn 16 einer Basisplatine 2 mit einer zunächst in Innenlage geführten Leiterbahn 16 über eine Durchkontaktierung 8 in eine Außenlage einer Einsteckplatine 3 durch die im Bereich der Kontaktflächen 4 liegenden Lötzinnverbindungen 17 mit der Einsteckplatine 3 verbunden.
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13 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen mechatronischen formschlüssigen 3D-Leiterplattenerweiterung 1, bei der zwei Einsteckplatinen 3 im wesentlichen als Distanzhalter und elektrotechnische Verbindungselemente zwischen zwei in der Raumhöhe parallel beabstandet angeordnete, über Lötzinnverbindungen 17 verbundene Basisleiterplatten 2 vorgesehen sind.
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14 zeigt ein weiteres Ausfürungsbeispiel der erfindungsgemäßen mechatronischen formschlüssigen 3D-Leiterplattenerweiterung nach 13. Danach sind mindestens zwei Einsteckplatinen 3 als Distanzhalter und elektrotechnische Verbindungselemente für die Überbrückung von zwei horizontal auf gleichem Höhenniveau beabstandet angeordneten Basisplatinen 2 mit einer darüber in der Raumhöhe beabstandet angeordneten weiteren Basisplatine 2 vorgesehen. Die beiden horizontal beabstandet angeordneten Basisplatinen 2 sind in den gegenüberliegenden Kantenbereichen 20 mit Einsteckschlitzen 5 ausgestattet, in die die beiden Einsteckplatinen 3 orthogonal positioniert sind. Die Lötzinnverbindungen 17 in den Einsteckbereichen leisten eine stabile, überbrückende mechatronische formschlüssige 3D-Leiterplattenerweiterung 1.
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15 zeigt in räumlicher Darstellung die Fixierung einer Basisplatine 2 einer erfindungsgemäßen 3D-Leiterplattenerweiterung 1 in einem Lötrahmen 18 unter Verwendung von Lötmasketropfen 19.
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Die Basisplatinen und Einsteckkarten kommen im bestückten und/oder teilbestückten Zustand als Steckverbindungen zum Einsatz, die nach dem SMD-, Wellenlöt- und selektiven Lötverfahren löttechnisch formbeständig verbunden sind. Diese Technologien sind auch die üblichen verfahrenstechnischen Mittel, um in diesem Falle die erfindungsgemäßen mechatronische formschlüssig verbundene 3D-Leiterplattenerweiterungen bereitzustellen.
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Bei dem SMD-Lötverfahren wird auf der Basisplatine zunächst die Lötpaste mit Hilfe einer Pastenschablone nach dem Rakelverfahren aufgetragen. Anschließend erfolgt die Bestückung mit den SMD-Bauteilen. Abschließend durchlauft die bestückte Leiterplatte den Reflowprozess. Dabei wird die aufgetragene Lötpaste stufenweise erhitzt und aufgeschmolzen. Dabei werden die SMD-Bauteile mit den Anschlüssen auf der Basisplatine verlötet. In diesem Falle ist darauf zu achten, dass auf der Basisplatine keine schweren Bauteile positioniert sind, da diese während des SMD-Lötprozesses von der Basisplatine herabfallen würden.
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Beim Wellenlöten werden im Gegensatz zum SMD-Löten zunächst die Bauteile auf der Leiterplatte bestückt. Zu diesem Zweck wird die Unterseite der bestückten Basisplatine mit Flussmittel besprüht und anschließend über eine Vorheizung transportiert, wobei das Flussmittel getrocknet und die Leiterplatte vorgeheizt wird. Anschließend durchläuft die Leiterplatte eine Lötwelle um auch die bedrahteten Bauteile zu verlöten.
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Beim selektiven Wellenlöten werden die Bauteile mit den Anschlüssen zunächst nur in bestimmten Bestückungsbereichen auf der Leiterplatte verlötet, danach mit Handbestückung komplettiert und abschließend verlötet.
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Zur Fixierung des Lötmusters wird die Basisplatine in einem Lötrahmen angeordnet. Die Einsteckplatinen werden in den Einsteckschlitzen der Basisplatine orthogonal positioniert und darauf beispielsweise mit mindestens einem Lötmasketropfen fixiert, um ein Aufschwimmen der Einsteckplatine während des Lötvorganges zu verhindern.
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Die Einsteckplatinen sind auch nur als Distanzhalter zwischen zwei parallel übereinander angeordneten Basisplatinen einsetzbar. Nach einer weiteren diesbezüglichen Ausführungsform fungieren die Einsteckplatinen als Überbrückungspfeiler für eine weitere Basisplatine, die sich oberhalb von zwei auf einer Ebene beabstandet angeordneten Basisplatinen befindet.
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Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
- 1. Zusätzliche Bauteile wie Steckverbinder, Klemmen, Verdrahtungen und Flexverbinder werden eingespart;
- 2. Die erfindungsgemäßen 3D-Module sind uneingeschränkt lötfähig unter Verwendung handelsüblicher Standardverfahren wie SMD-, Wellenlöt- und selektives Wellenlötverfahrenverfahren;
- 3. Die elektrische Verbindung und mechanische Fixierung der 3D-Module erfolgt in einem Arbeitsgang;
- 4. Die erfindungsgemäßen 3D-Module weisen infolge der bis zu dreifachen Kontaktierung auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatten sowie im Einsteckschlitz eine hohe Zuverlässigkeit der Lötverbindung auf;
- 5. Die erfindungsgemäßen 3D-Module zeichnen sich durch eine hohe Variantenvielfalt infolge der Auswahl unterschiedlich bestückter Basis- und Einsteckmodule aus;
- 6. Die erfindungsgemäßen 3D-Module sind auf Grund der Anordnung von Codierungen auf den Leiterplatten gegen Verwechslungen sicher;
- 7. Die erfindungsgemäßen 3D-Module zeichnen sich durch eine verbesserte HF-Anbindung aus.
- 8. Die Aufteilung der Einsteckschlitze in der Basisplatine verbunden mit entsprechenden Aussparungen in der Basis- und Einsteckplatine tragen zu einer zuverlässigen mechanischen Codierung der zu verlötenden Steckverbindungen im Rahmen der Erfindung bei;
- 9. Durch die bis auf 0,8 mm verringerten Padabstände bzw. Pitches auf den Kantenflächen wird die Signalintegrität verbessert, so dass damit HF-technische Vorteile erreicht werden.
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Der erfindungsgemäße Lösungsweg ist gegenüber dem Bekannten neu. Der Stand der Technik leistet keine Anregungen zur Entwicklung der erfindungsgemäßen mechatronischen formschlüssigen 3D-Leiterplattenerweiterung.
