DE4343127A1

DE4343127A1 - Verschußfeste Elektronik-Baugruppe

Info

Publication number: DE4343127A1
Application number: DE4343127A
Authority: DE
Inventors: Johannes Lamers; Norbert Von Der Dipl Ing Lippe; Peter Dipl Ing Sommer; Dietmar Stoffels; Juergen Dipl Ing Wegener
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1992-12-23
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1994-06-30

Description

Die Erfindung betrifft eine verschußfeste Elektronik-Baugrup pe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 40 38 460 ist eine beschleunigungsfeste Elek tronik-Baugruppe bekannt, die eine mit Leiterbahnen versehene Stahlhybrid-Leiterplatte aufweist, auf der ein oder mehrere elektronische SMD-Bauteile (oberflächenmontierte Bauteile) mittels punktförmiger Klebestellen befestigt sind. Die elek trischen Anschlüsse der SMD-Bauteile sind mit den zugehörigen Leiterbahnen der Leiterplatte, z. B. unter Zwischenschaltung von flächenhaften, flexiblen Anschlußbahnen-Folien (vgl. DE-OS 38 38 085), verlötet.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, daß bei Ver wendung relativ großer Baugruppen mit entsprechend hoher elektronischer Integration und hohem Gewicht, wie sie etwa für intelligente zielsuchende Geschosse benötigt wird, die Verschußfestigkeit häufig nicht gewährleistet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verschußfeste Elektronik-Baugruppe zu schaffen, die auch bei Verwendung relativ großer Baugruppen unter extremen Belastungen funktionstüchtig in entsprechender Munition verschießbar ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, nicht nur die elektronischen Bauelemente elastisch an der Leiterplatte zu befestigen, sondern zusätzlich auch die Leiterplatte elastisch an einem Auflager anzuordnen. Hierzu kann eine elastische Klebeschicht, vorzugsweise eines Sili konklebers, dienen, dessen Stärke mindestens 3 mm, vorzugs weise 5 bis 10 mm, betragen sollte. Statt der Klebeschicht können auch punktförmige Klebestellen entsprechender Stärke verwendet werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die elastische Anordnung der Leiterplatte an dem Auflager über eine Folie aus einem zelligen geschäumten Polyurethan- Elastomer, wie sie beispielsweise von der Fa. Elastogran GmbH, Lemförde, Deutschland, unter der Bezeichnung Cellasto hergestellt und vertrieben wird. Die Folienstärke sollte etwa zwischen 0,5 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 bis 2 mm, liegen.

Als Leiterplattenmaterial haben sich besonders glasfaser- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffplatten bewährt. Aller dings können auch Materialien aus einem Keramik- oder einem Stahlhybrid verwendet werden.

Besonders bei relativ großen elektronischen Bauteilen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen das jeweilige elektronische Bauteil und die Leiterplatte statt punktförmiger Klebestellen eine elastische Zwischenscheibe als Federelement geklebt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines ersten Ausführungs beispieles einer verschußfesten Elektronik-Baugruppe;

Fig. 2 die Kraftvektoren in der Abschußphase von Artillerie munition;

Fig. 3 die Kräfte und die Verformung in der Elektronik- Baugruppe beim Abschuß für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 schematisch den Aufbau einer zweiten erfindungsgemäßen Elektronik-Baugruppe und

Fig. 5 die Anordnung eines abzustützenden elektronischen Bau teiles auf einer Leiterplatte.

Die in Fig. 1 dargestellte verschußfeste Elektronik-Baugruppe 1 umfaßt ein Auflager 2 und eine Leiterplatte 3 aus einem glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial (beispielsweise FR4 oder DYCOstrate^TM der Fa. Dycnex AG, Zürich, Schweiz). Auf der Leiterplatte 3 ist ein hochinte griertes Bauteil (IC) 4 mittels Klebepunkten 5 aus einem elastischen Klebstoff (vorzugsweise einem Silikonkleber) befestigt. Die elektrischen Anschlüsse 6 des Bauteiles 4 sind mit auf der Leiterplatte 3 angeordneten Leiterbahnen 7 - gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von flächenhaften, flexiblen Anschlußbahnen-Folien (vgl. DE-=S 38 38 085) - ver lötet.

Zwischen der Leiterplatte 3 und dem Auflager 2 befindet sich entweder eine elastische Klebstoffschicht 8, vorzugsweise aus einem Silikonkleber, oder mit 8′ angedeutete punktförmige Klebestellen (gestrichelt dargestellt) von einer Stärke von mindestens 3 mm, vorzugsweise von etwa 5 bis 10 mm. Durch die zwischen Auflage 2 und Leiterplatte 3 befindliche elastische Klebstoffschicht 8, bzw. die punktförmigen Klebestellen 8′, wird erreicht, daß sich beim Abschuß eines entsprechenden Geschosses die Leiterplatte 3 zwar aufgrund der auf sie wirkenden Beschleunigungskräfte entgegen der Flugrichtung verbiegt, daß aber durch die Klebstoffschicht 8, bzw. die punktförmigen Klebestellen 8′, diese Durchbiegung der Lei terplatte 3 gegenüber dem Auflager 2 abgefedert wird. Dieser Vorgang ist in den Fig. 2 und 3 im einzelnen dargestellt:

Dabei ist in Fig. 2 mit 1 wiederum die Elektronik-Baugruppe bezeichnet, die im wesentlichen senkrecht zur Achse einer Munitionshülle 9 angeordnet ist. Beim Abschuß wirken auf die Elektronik-Baugruppe 1 in Flugrichtung 10 eine Beschleuni gungskraft 11 sowie eine Zentrifugalkraft 12 und eine Kraft aufgrund der Winkelbeschleunigung 13. Aus diesen Kräften ergibt sich eine resultierende Kraft 14, welche zu entspre chende in Fig. 3 dargestellte Zugkräfte 15 und Zug- und Scherkräfte 16 führe.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, bewirken die Zug- und Scher kräfte 15 und 16 ein Durchbiegen der Leiterplatte 3 entgegen der Flugrichtung 10 unter gleichzeitiger Verformung der Klebstoffschicht 8. Aufgrund der Dicke und Elastizität der Klebstoffschicht 8 federt diese aber die Bewegung der Leiterplatte 3 ab, so daß sich diese nicht von dem Auflager 2 abgelöst und die Funktionsfähigkeit Baugruppe 1 nicht beein trächtigt wird.

Das elektronische Bauteil 4 kann auch von einem durch Aufkle ben oder Auflöten auf der Leiterplatte 3 befestigten Rahmen aufgenommen werden, der seinerseits elektrische Anschlüsse aufweist, die die elektrischen Anschlüsse 6 des Bauteils 4 kontaktieren und mit den entsprechenden Leiterbahnen 7 ver lötet ist.

Die Leiterplatte 3 und die darauf angeordneten elektronischen Bauteile 4 werden vorteilhafterweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 17 versehen, wodurch während der Abschuß- und Flugphase entstehende Resonanzen gedämpft werden und die Resistenz gegenüber Umweltbelastungen erhöht wird.

Die Beschichtung 17 kann beispielsweise durch Vergießen mit einem Kunststoff, etwa Polyurethan, durch Erzeugen einer druckgeschäumten Schicht aus Polyurethan und durch Überziehen mit einem insbesondere glasfaserverstärkten Laminat, etwa aus Epoxidharz, hergestellt werden.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer beschleu nigungsfesten Elektronik-Baugruppe, welches sich in der Praxis besonders bewährt hat. Die mit 18 bezeichnete Elektro nik-Baugruppe enthält eine ca. 1,5 mm starke Leiterplatte 19 aus einem glasfaserverstärktem Material, auf der ein elektro nisches Bauteil 20 angeordnet ist. Die Leiterplatte 19 ist über eine elastische Folie (Celasto-Folie) 21 von beispielsweise etwa 1 mm Stärke mit einem Aufleger 22 verbunden. Dabei erfolgt die Verbindung zwischen Leiterplatte 19 und Folie 21 sowie zwischen der Folie 21 und dem Auflager 22 über entsprechende Klebeschichten 23, 24 eines Polyurethan- Klebers. Um eine absolute gleiche Klebestärke und eine exakte Positionierung der Leiterkarte zum Auflager 22 zu gewährleisten ist es notwendig, für den Aushärterprozeß die Leiterplatte durch Aufbringen eines Gewichtes (ca. 1 kg) gleichmäßig zu belasten.

Zwischen dem elektronischen Bauteil 20 und der Leiterplatte 19 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine elastische Zwischen scheibe 25 als Distanzscheibe angeordnet, die mittels entspre chender Klebeschichten 26, 27 an dem Bauteil 20 und der Leiter platte 19 befestigt ist. Eine derartige Zwischenscheibe 25 empfiehlt sich insbesondere bei der Anordnung sehr großer elek tronischer Bauteile (z. B. PLCC-Bauelemente).

Als Beschichtung 28 der Leiterplatte 19 mit dem elektronischen Bauteil 20 dient eine druckgeschäumte Schicht aus Polyurethan, vorzugsweise in eingehäuster Form.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem elektronischen Bauteil 29 dargestellt, bei dem es sich um ein randseitig abge stütztes Teil handelt. Bei Verwendung derartiger Bauteile hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einerseits den inneren Be reich des Bauteiles mittels einer glasfaserverstärkten Kunst stoffplatte 31 elastisch abzustützen, wobei die Kunststoffplat te 31 über Klebeschichten 32, 33 mit dem elektronischen Bauteil 29 und der Leiterplatte 30 verbunden ist. Andererseits erfolgt eine elastische Abstützung des Randbereiches des Bauteiles 29 mittels punktförmiger Klebestellen 34, z. B. mittels eines Epoxy harz-Klebers.

Die elektrischen Anschlüsse sind in Fig. 5 mit dem Bezugszei chen 35 angedeutet.

Bezugszeichenliste

1 Elektronik-Baugruppe
2 Auflager
3 Leiterplatte
4 elektronisches Bauteil
5 Klebepunkte
6 elektrische Anschlüsse
7 Leiterbahnen
8 Klebstoffschicht
8′ punktförmige Klebestellen
9 Munitionshülle
10 Flugrichtung
11 Beschleunigung
12 Zentrifugalbeschleunigung
13 Winkelbeschleunigung
14 resultierende Kraft
15 Zugkraft
16 Scherkraft
17 Beschichtung
18 Elektronik-Baugruppe
19 Leiterplatte
20 elektronisches Bauteil
21 Celasto-Folie
22 Auflager
23, 24 Klebeschichten
25 Zwischenscheibe
26, 27 Klebeschichten
28 Druckschaum
29 elektronisches Bauteil
30 Leiterplatte
31 glasfaserverstärkte Kunststoffplatte
32, 33 Klebeschichten
34 punktförmige Klebestelle
35 elektrischer Anschluß

Claims

1. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe mit wenigstens einer mit Leiterbahnen (7) versehenen Leiterplatte (3; 19; 30), auf der mindestens ein elektronisches Bauteil (4; 20; 29) befestigt ist, dessen elektrische Anschlüsse (6; 35) mit den zugehörigen Leiterbahnen (7) kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (3) über eine elastische Klebstoffschicht (8) oder über punktför mige Klebestellen (8′) aus einem elastischen Kleber mit einem Auflager (2) verbunden ist.

2. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe mit wenigstens einer mit Leiterbahnen (7) versehenen Leiterplatte (3; 19; 30), auf der mindestens ein elektronisches Bauteil (4; 20; 29) befestigt ist, dessen elektrische Anschlüsse (6; 35) mit den zugehörigen Leiterbahnen (7) kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (19) über eine elastische Folie (21), vorzugsweise aus einem geschäumten Polyurethan-Elastomer, mit einem Auflager (2) verbunden ist, wobei die elastische Folie (21) mittels eines Polyurethan-Klebers (23, 24) an der Leiterplatte (19) und dem Auflager (2) befestigt ist.

3. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Folie (21) eine Stärke von 0,5 bis 3 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, aufweist.

4. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebstoffschicht (8) bzw. die punktförmigen Klebstoffstellen (8′) eine Stärke von mindestens 3 mm, vorzugsweise eine Stärke von etwa 5 bis 10 mm, aufweist (bzw. aufweisen).

5. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe nach einem der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter platte (3, 19, 30) aus einem glasfaser- oder kohlefaser verstärktem Kunststoffmaterial oder aus einem Keramik- Hybrid-Material besteht.

6. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (3, 19, 30) aus einem Stahlhybrid-Material besteht.

7. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elektronischen Bauteil (20) und der Leiterplatte (19) eine elastische Zwischenscheibe (25) geklebt ist.

8. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei abzu stützenden elektronischen Bauteilen (29) zwischen dem jeweiligen Bauteil (29) und der Leiterplatte (30) eine glasfaserverstärkte Kunststoffplatte (31) angeordnet ist, die sowohl mit dem elektronischen Bauteil (29) als auch mit der Leiterplatte (30) über eine Klebeschicht (32, 33) verbunden ist.

9. Verschußfeste Elektronik-Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (3; 19; 30) und das darauf angeordnete elektronische Bauteil (4; 20; 29) mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung (17; 28) versehen sind.