DE4006078A1

DE4006078A1 - Masseverbindung einer leiterplatte

Info

Publication number: DE4006078A1
Application number: DE19904006078
Authority: DE
Inventors: Eugen Dipl Ing Joos; Stilianos Syrouchidis; Erhard Buehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1991-08-29

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine beidseitig kaschierte Leiterplatte mit auf beiden Leiterplattenseiten an geordneten, mittels Durchkontaktierung verbundenen Leiterbahnen.

Bei elektronischen, auf Leiterplatten angeordneten Schaltungen treten häufig Schwierigkeiten auf, an verschiedenen Orten das gleiche elektrische Poten tial störungsfrei zur Verfügung zu stellen. Insbe sondere besteht dieses Problem bei dem sogenannten Massepotential. Dieses kann in einem Kraftfahrzeug z. B. der Minuspol der Bordnetzspannung (Batterie) sein, der am Chassis des Fahrzeugs angeschlossen ist. Die im Fahrbetrieb auftretenden Vibrationen erschweren die Zuführung eines sauberen Massepoten tials zur Leiterplatte. Ferner werden in der Kraft fahrzeugtechnik eingesetzte, mit Leiterplatte ver sehene elektronische Einrichtungen zumeist über elektrische Steckkontaktvorrichtungen angeschlos sen. Für einen störungsfreien Betrieb ist es erfor derlich, die zur Steckkontaktvorrichtung führenden Leitungen von gegebenenfalls eingestreuten Störun gen (z. B. durch die Zündanlage) zu befreien. Hierzu werden vorzugsweise Massekondensatoren verwandt, die mit den Anschlüssen der Steckkontaktvorrichtung in Verbindung stehen und zum Massepotential der Leiterplatte führen. Das Massepotential wird von auf beiden Leiterplattenseiten angeordneten, mit tels Durchkontaktierung verbundenen Leiterbahnen zur Verfügung gestellt. Der geringe Querschnitt dieser Leiterbahnen kann zu einer ungleichen Po tentialverteilung führen, wodurch die angespro chenen Entstörungsmaßen aufgrund von Potentialanhe bungen nur unbefriedigend arbeiten. Es ist also er forderlich, auf beiden Leiterplattenseiten das gleiche, störungsfreie Potential, insbesondere Mas senpotential, zur Verfügung zu stellen. Ferner ist es erforderlich, die bisher mittels Massefedern und Faltblechen vom Chassis des Kraftfahrzeugs zur Lei terplatte führende elektrische Verbindung derart zu verbessern, daß auch unter extremen Bedingungen, wie Verschmutzung, Vibrationen usw., keine unzuläs sig hohen Übergangswiderstände auftreten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ausbildung mit den im Haupt anspruch genannten Merkmalen hat gegenüber der be kannten Lösung den Vorteil, daß ein von beiden Sei ten der Leiterplatte zugänglicher Leiterpfad mit einem derart großen Querschnitt zur Verfügung steht, daß keine störenden Potentialunterschiede auftreten. Die Durchkontaktierung wird von einer Lotbrücke gebildet, die einen Durchbruch der Lei terplatte durchsetzt und dadurch die auf beiden Leiterplattenseiten verlaufenden, den Durchbruch berandenden Leiterbahnen miteinander verbindet. Die Lotbrücke hat gegenüber einer Leiterbahn einen we sentlich größeren Leiterquerschnitt, so daß kein unzulässig hoher Spannungsabfall zu befürchten ist, insbesondere auch dann, wenn das Massepotential an unterschiedlichen Stellen der Leiterplatte benötigt wird, da der erfindungsgemäße Durchbruch eine der artige Ausdehnung erhält, daß er bis zu diesen Stellen reicht. Mithin läßt sich durch die erfin dungsgemäße Lotbrücke eine Zone großen Leiterquer schnitts schaffen, die ein definiertes Potential zur Verfügung stellt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Durchbruch als entlang eines Leiterplatten-An schlußbereichs verlaufender Kanal ausgebildet. Ins besondere kann im Leiterplattenanschlußbereich die - bereits erwähnte - Steckkontaktvorrichtung angeord net sein. Eine von Massekondensatoren gebildete Schutzeinrichtung zur Verbesserung der elektroma gnetischen Verträglichkeit (EMV) läßt sich demnach unmittelbar im Bereich der Steckkontaktvorrichtung mit der Lotbrücke bzw. den unmittelbar daran an grenzenden und mit dieser in Verbindung stehenden Leiterbahnen kontaktieren. Bevorzugt verläuft der Kanal daher benachbart zu den der Steckkontaktvor richtung zugeordneten Leiterbahnanschlüssen der Leiterplatte.

Sofern die Steckkontaktvorrichtung als Steckerlei ste ausgebildet ist, ist es für kurze Zuleitungen vorteilhaft, wenn zu deren zugehörigen, reihenför mig angeordneten Leiterbahnanschlüssen der Kanal in Parallelerstreckung verläuft. Jedem Kontakt der Steckkontaktvorrichtung bzw. zugeordnetem Leiter bahnanschluß liegt dann ein relativ querschnitts großer Abschnitt der Lotbrücke in direkter Nachbar schaft gegenüber, so daß die bereits erwähnten Mas sekondensatoren effektiv und auf einfache Weise an schließbar sind.

Zur Verbindung der Lotbrücke mit dem Potential, insbesondere Massepotential, ist mindestens ein die Leiterplatte durchsetzender Hohlniet vorgesehen, der mit der Lotbrücke verlötet ist und in dessen Hohlraum eine Gewindeschraube zur Potentialzufüh rung eingeschraubt ist. Die Gewindeschraube dient somit als Leiter, der das Potential über den Hohl niet zur querschnittsstarken Lotbrücke überträgt.

Die Gewindeschraube ist bevorzugt mit einem die Leiterplatte aufnehmenden, elektrisch leitenden Ge häuse verspannt. Damit liegt die Lotbrücke auf dem gleichen Potential wie das Gehäuse, wodurch eine einwandfreie Abschirmwirkung erzielbar ist.

Der Hohlniet bekommt eine Doppelfunktion, wenn er zur Befestigung des Steckkontaktvorrichtung an der Leiterplatte herangezogen wird.

Vorteilhaft ist es, wenn die Leiterbahn der einen Leiterplattenseite mit dem Kopf des Hohlniets und mit mindestens einem weiteren, die Leiterplatte durchsetzenden Niet, insbesondere Hohlniet, verlö tet ist, wobei letzterer mit einem Kühlkörper für der Leiterplatte zugeordneten Bauelemente in elek trischer Verbindung steht und der Kühlkörper lei tend an dem Gehäuse befestigt ist. Das Gehäuse potential wird demnach einerseits über die Gewinde schraube und den Hohlniet und andererseits über den Kühlkörper und den weiteren Niet zur Lotbrücke übertragen. Insbesondere ist vorgesehen, daß der Niet einen Flansch des Kühlkörpers durchgreift. Ne ben der elektrischen Verbindung stellt der Niet da mit auch eine mechanische Verbindung zwischen Lei terplatte und Kühlkörper her.

Bevorzugt ist die Verbindung zwischen Kühlkörper und Gehäuse von einer Schraubverbindung gebildet.

Eine besonders gute elektrische Verbindung und her vorragende Potentialstabilität stellen sich ein, wenn an jedem Ende des Kanals ein Hohlniet angeord net ist. Dieser ist dann jeweils über eine Gewinde schraube, die - insbesondere selbstschneidend - in den jeweiligen Hohlraum des Hohlniets eingeschraubt ist, mit einem Teil des leitenden Gehäuses, insbe sondere dem Deckel des Gehäuses, verbunden.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein geöffnetes, mit Leiterplatte versehenes Gehäuse,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Gehäuse der Fig. 1,

Fig. 3 eine Rückansicht der mit Steckkontaktvor richtung versehenen Leiterplatte,

Fig. 4 eine Detailansicht eines die Leiterplatte durchsetzenden, der Kontaktierung dienen den Hohlniets,

Fig. 5 eine Detailansicht der mit Hohlniet gemäß Fig. 4 versehenen Anordnung,

Fig. 6 eine Detailansicht eines an der Leiter platte befestigten Kühlkörpers und

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Abschnitt der mit Lotbrücke versehenen Leiter platte.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt ein geöffnetes Gehäuse 1, das mit Befestigungsflanschen 2 versehen ist und eine mit nicht dargestellten Bauelementen einer elektroni schen Schaltung versehene Leiterplatte 3 aufnimmt. Das Gehäuse 1 wird von einer Steckkontaktvorrich tung 4 durchsetzt, deren reihenförmig angeordnete Kontakte 5 mit Leiterbahnanschlüssen 6 (Fig. 3) durch Lötung verbunden sind. Die Leiterplatte 3 ist beidseitig kaschiert, das heißt, sie weist auf bei den Leiterplattenseiten 7, 8 (Fig. 2) eine Vielzahl von - nicht näher dargestellten - Leiterbahnen auf. Eingegangen sei hier lediglich auf eine Leiterbahn 9, die sich auf der Leiterplattenseite 7 (Fig. 1) befindet und auf eine Leiterbahn 10, die auf der Leiterplattenseite 8 angeordnet ist (Fig. 3). Die Leiterbahnen 9 und 10 erstrecken sich in einem Lei terplatten-Anschlußbereich 11 über die gesamte Breite der Leiterplatte 3. Bevorzugt liegen die Leiterbahnen 9 und 10 im wesentlichen deckungs gleich übereinander.

Beidseitig der Leiterbahnanschlüsse 6 sind im Be reich der Leiterbahnen 9 und 10 Bohrungen 12 vorge sehen. Ferner wird die Leiterplatte 3 im Bereich der Leiterbahnen 9 und 10 von einem Durchbruch 13 durchsetzt. Der Durchbruch 13 ist als ein entlang des Leiterplatten-Anschlußbereichs 11 verlaufender Kanal 14 ausgebildet, das heißt, er verläuft paral lel zu den reihenförmig angeordneten Leiterbahn-An schlüssen 6. Die Endbereiche 15, 16 des Kanals 14 verlaufen bogenförmig und enden jeweils in geringem Abstand zu den Bohrungen 12.

Insbesondere aus den Fig. 2, 3, 4 und 5 ist er sichtlich, daß in jede Bohrung 12 jeweils ein Hohl niet 17 derart eingreift, daß sein Kopf 18 auf der Leiterplattenseite 8 aufliegt. Der Nietschaft 19 durchsetzt nicht nur die entsprechende Bohrung 12, sondern durchgreift ferner eine Bohrung 20 eines Auslegers 21 der Steckkontaktvorrichtung 4. Der Nietschaft 19 weist im Bereich des Auslegers 21 einen durchmessergrößeren Ringwulst 22 auf, der stramm in der Bohrung 20 sitzt. An seinem dem Kopf 18 gegenüberliegenden Endbereich 23 verringert sich die Wandstärke des Nietschafts 19, so daß auch hier auf einfache Weise mit geeignetem Nietwerkzeug ein Kopf (nicht dargestellt) gebildet werden kann. Die ses ist in der Fig. 5 durch die beiden Pfeile 24 angedeutet. Durch die Hohlnieten 17 werden somit Leiterplatte 3 und Steckkontaktvorrichtung 4 mecha nisch fest miteinander verbunden.

Im Bereich der Befestigungsflansche 2 sind am Ge häuse 1 mit Schrauben 25 Kühlkörper 26 festgelegt, die Leistungsbauelemente 27 der auf der Leiter platte 3 angeordneten elektronischen Schaltung tra gen. An seinen beiden Enden weist jeder Kühlkörper 26 einen abgewinkelten Flansch 28 auf, der von ei ner Bohrung 29 durchsetzt wird. Mit jeder Bohrung 29 fluchtet eine entsprechende Bohrung 30 in der Leiterplatte 3. Die Bohrungen 29 und 30 werden je weils von einem weiteren Niet 31 durchsetzt, der ebenfalls vorzugsweise als Hohlniet ausgebildet ist. Der Niet 31 weist an seinem einen Ende einen Kopf 32 auf, der sich auf der Leiterplattenseite 8 befindet. An seinem anderen Ende trägt der Niet 31 einen weiteren Kopf 33, der auf der Oberfläche des zugehörigen Flansches 28 liegt.

Bei der Montage wird zunächst die Leiterplatte 3 mit den Bauelementen der elektronischen Schaltung bestückt. Insbesondere kann es sich bei der Schal tung um ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handeln. Bevor die Leiter platte 3 ein Lötbad durchläuft erfolgt die Vernie tung (Niete 31) mit den Kühlkörpern 26 sowie die Vernietung (Hohlniete 17) mit der Steckkontaktvor richtung 4. Beim Passieren des Lötbads werden die Anschlußdrähte der elektronischen Bauelemente mit den entsprechenden Leiterbahnen auf den beiden Lei terplattenseiten elektrisch verbunden. Dieses gilt auch für die Nietköpfe 18 der Hohlnieten 17, der mit der Leiterbahn 10 verlötet wird. Dabei werden jedoch die Hohlräume 34 der Nietschäfte 19 auf der Seite der Köpfe 18 mittels Kapton-Folie abgedeckt, so daß das Lötzinn nicht in die Hohlräume 34 ein dringen kann. Weiterhin können Niete 17 mit galva nisch vorbehandelten Flachseiten der Köpfe 18 und Hohlräumen 34 verwendet werden, an denen eine Be netzung auf den vorbehandelten Flächen nicht statt findet. Die Verlötung jedes Kopfes 18 mit der Lei terbahn 10 ist in der Fig. 4 mit den Bezugszeichen 35 angedeutet. Die Hohlniete 17 sowie die Niete 31 bestehen aus einem elektrisch leitfähigem Material, insbesondere aus Metall.

Bei dem beschriebenen Lötvorgang wird auch der Kopf 32 der einzelnen Niete 31 mit der benachbart zur Bohrung 30 der Leiterplatte 3 auf deren Leiter plattenseite 8 angeordneten Leiterbahn verbunden. Bei der Leiterbahn handelt es sich ebenfalls um die Leiterbahn 10, die sich bis zu den Flanschen 28 der Kühlkörper erstreckt (nicht dargestellt). Sowohl die Kühlkörper 26 als auch das Gehäuse 1 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugs weise aus Metall.

Beim Passieren des bereits erwähnten Lötbads dringt das flüssige Lötzinn in den Kanal 14 ein und bildet eine Lotbrücke 36, die eine Durchkontaktierung 37 bildet, das heißt, die Lotbrücke 36 verbindet durch den Durchbruch 13 hindurch die Leiterbahn 9 mit der Leiterbahn 10. Dieses geht insbesondere aus der Fig. 7 hervor. Das Lötzinn wird im flüssigen Zustand aufgrund der Kapillarwirkung im Kanal 14 gehalten. Nach dem Erkalten des Lötzinns ist eine gegenüber den Leiterbahnen 9 und 10 im Querschnitt wesentlich stärkere elektrisch leitende Zone geschaffen, die sich entlang der Leiterbahnanschlüsse 6 erstreckt.

Wegen der elektromagnetischen Verträglichkeit wer den an die einzelnen Leiterbahnanschlüsse 6 jeweils die einen Anschlüsse von nicht dargestellten Masse kondensatoren angelötet, deren andere Anschlüsse mit den Leiterbahnen 9 bzw. 10 verlötet werden. Da dieses unmittelbar in der Nähe der Lotbrücke 36 bzw. direkt mit dieser erfolgt, ist aufgrund der guten Leitfähigkeit der Lotbrücke 36 eine völlig gleichmäßige Potentialverteilung gegeben. Das Po tential der Leiterbahnen 9 bzw. 10 und somit auch der Lotbrücke 36 ist insbesondere das Massepo tential. Dieses entspricht dem Potential des Chas sis des bereits erwähnten Fahrzeugs, an das das Ge häuse 1 mit den Befestigungsflanschen 2 befestigt und dadurch elektrisch leitend verbunden ist. Das Gehäuse 1 befindet sich somit auf dem vom Chassis gelieferten Massepotential (insbesondere Minuspol der Fahrzeugbatterie), wobei dieses Potential über die Schrauben 25 auf die Kühlkörper 26 und von dort über die Niete 31 und deren ebenfalls beim Lötvor gang mit der Leiterbahn 10 verlöteten Köpfe 32 auf letztere übertragen wird. Ferner wird das Massepo tential über das Gehäuse 1, insbesondere dessen Ge häusedeckel 38 zu den selbstschneidenden Gewinde schrauben 39 übertragen, die jeweils mit ihrem Schaft 40 eine Bohrung 41 des Gehäusedeckels 38 durchgreifen. Der Kopf 42 der jeweiligen Gewinde schraube 39 liegt elektrisch leitend auf der Außen seite des Gehäusedeckels 38 auf. Der Schaft 40 je der Gewindeschraube 38 ist in den Hohlraum 34 des entsprechenden Hohlniets 17 eingeschraubt, so daß das Massepotential des Gehäuses 1 über den Gehäuse deckel 38 und die Gewindeschrauben 39 auf die Hohl niete 17 übertragen wird, die mit der Leiterbahn 10 und der Lotbrücke 36 verlötet sind. Damit steht der auf der Leiterplatte 3 angeordneten elektronischen Schaltung ein störungs- insbesondere wackelkontakt freies Massepotential zur Verfügung.

Insgesamt ist somit eine sichere und kostengünstige Masseverbindung zur Leiterplatte 3 hergestellt.

Claims

1. Beidseitig kaschierte Leiterplatte mit auf beiden Leiterplattenseiten angeordneten, mittels Durchkontaktierung verbundenen Leiterbahnen, da durch gekennzeichnet, daß die Durchkontaktierung (37) von einer, in einem von den Leiterbahnen (9, 10) berandeten, die Leiterplatte (3) durchset zenden Durchbruch (13) angeordneten Lotbrücke (36) gebildet ist.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchbruch (13) als entlang eines Leiterbahnanschlußbereichs (11) verlaufender Kanal (14) ausgebildet ist.

3. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zu der Steckkontaktvorrichtung (4) zugeordneten Lei terbahnanschlüssen (6) der Kanal (14) verläuft.

4. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckkon taktvorrichtung (4) als Steckerleiste ausgebildet ist, zu deren zugehörigen, reihenförmig angeordne ten Leiterbahnanschlüssen (6) der Kanal (14) in Parallelerstreckung verläuft.

5. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotbrücke (36) mit mindestens einem, die Leiterplatte (3) durchsetzenden Hohlniet (17) verlötet ist, in des sen Hohlraum (34) eine Gewindeschraube (39) zur Po tentialzuführung eingeschraubt ist.

6. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde schraube (39) mit einem die Leiterplatte (3) auf nehmenden, elektrisch leitenden Gehäuse (1) ver spannt ist.

7. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10) der einen Leiterplattenseite (8) mit dem Kopf (18) des Hohlniets (17) und mit mindestens einem weiteren, die Leiterplatte (3) durchsetzenden Niet (31) verlötet ist, wobei letzterer mit einem Kühl körper (26) für der Leiterplatte (3) zugeordneten Bauelemente (Leistungsbauelemente 27) in elektri scher Verbindung steht und der Kühlkörper (26) lei tend an dem Gehäuse (1) befestigt ist.

8. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Kühlkörper (26) und Gehäuse (1) von einer Schraubverbindung (Schraube 25) gebildet wird.

9. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Kanals (14) ein Hohlniet (17) angeordnet ist.

10. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlniet (17) und sein Kopf (18) während des Lötens von ei ner temperaturbeständigen Folie abgedeckt sind.

11. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Hohlniets (17) und die Außenseite seines Kopfes (18) galvanisch vorbehandelt ist, so daß keine Be netzung mit Lot stattfindet.