LAMPENSOCKEL MIT EINER ELEKTRONISCHEN BAUEINHEIT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES LAMPENSOCKELS
Die Erfindung betrifft einen Lampensockel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Lampensockel.
I. Stand der Technik
Die Patentschrift US 6,068,180 beschreibt die Kontaktierung eines Halbleiterbauteils auf einer Montageplatte, die in Kunststoff eingebettete Leiterbahnen besitzt. Die Kontaktierungsflächen der Leiterbahnen sind auf unterschiedlicher Höhe angeordnet, um das Kontaktieren der Anschlüsse des Halbleiterbauteils zu erleichtern.
π. Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Lampensockel mit einer darin angeordneten elektronischen Baueinheit bereitzustellen, dessen elektronische Baueinheit optimal an die vorgegebene Form und die vorgegebenen Innenabmessungen des Sockelge- häuses angepasst ist. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für einen Lampensockel mit einer elektronischen Baueinheit anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 4 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße Lampensockel weist eine elektronische Baueinheit mit einer Montageplatte und darauf fixierten elektronischen SMD-Bauteilen auf. Die Montageplatte besitzt eine zur Montage der elektronischen Bauteile vorgesehene Oberfläche und in einem formstabilen, elektrisch isolierenden Material eingebettete Metallstege, die als Leiterbahnen und/oder zur elektrischen Kontaktierung der elektroni- sehen Bauteile auf der Montageplatte dienen. Erfindungs gemäß besitzt die Montageplatte abgewinkelte Abschnitte, so dass die zur Montage der elektronischen Bauteile
vorgesehene Oberfläche in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Bereiche aufweist. Dadurch kann die elektronische Baueinheit in ein Gehäuse vorgegebener Gestalt und mit vorgegebenen Innenabmessungen eingepasst werden. Insbesondere die Größe und die Form der abgewinkelten Abschnitte der Montageplatte kann auf die räumli- chen Gegebenheiten eines Gehäuses, in das die elektronische Baueinheit eingesetzt werden soll, abgestimmt werden. Die auf der Oberfläche der Montageplatte der e- lektronischen Baueinheit befestigten elektronischen SMD-Bauteile nutzen dadurch den zur Verfügung stehenden Raum optimal aus, weil sie nicht mehr im wesentlichen planar, sondern räumlich angeordnet sind. Eine besonders gute Raumausnutzung lässt sich mit einer mäanderförmigen Montageplatte erzielen. Die abgewinkelten Abschnitte der Montageplatte sind vorteilhafterweise über gebogene Bereiche verbunden. Dadurch wird eine Oberflächenmontage der elektronischen SMD-Bauteile mittels eines Bestückungsautomaten auf der noch ebenen Montageplatte ermöglicht. Die endgültige Form erhält die Montageplatte bzw. die elektronische Baueinheit erst in einem nachfolgenden Fertigungsschritt durch Biegen der Montageplatte im Bereich der Biegestellen. Auf diese Weise werden die Vorteile einer automatischen Bestückung der Montageplatte mit elektronischen SMD-Bauteilen und einer optimal auf die räumlichen Gegebenheiten angepassten Anordnung der elektronischen Bauteile im Lampensockel kombiniert.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für diesen Lampensockel umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- Bereitstellen eines ebenen Metallblechs mit vorgegebenen Soll-Biegestellen, um die das Metallblech biegbar ist,
- Herstellen eines zusammenhängenden Metallrahmens aus dem Metallblech, der eine Oberfläche zur Kontaktierung von elektronischen SMD-Bauteilen besitzt und der Metallstege aufweist, die als Stromleiter vorgesehen sind und/oder den Zusammenhalt des Metallrahmens gewährleisten,
- Formschlüssiges Einbetten des Metallrahmens in einem der Gestalt des Metallrahmens anpassbaren, elektrisch isolierenden und in einen formstabilen Zustand überführbaren Material, so dass die zur Kontaktierung von elektronischen Bautei-
len vorgesehene Oberfläche des Metallrahmens für die Montage von elektronischen Bauteilen zugänglich bleibt,
- Überführen des elektrisch isolierenden Materials in einen formstabilen Zustand, so dass der Metallrahmen und das formstabilisierte elektrisch isolierende Materi- al eine Montageplatte bilden,
- Gegebenenfalls Durchtrennen von nicht mehr erforderlichen Metallstegen,
- Befestigen und Kontaktieren von elektronischen SMD-Bauteilen auf der Montageplatte,
- Biegen der Montageplatte im Bereich der Soll-Biegestellen, so dass die zur Kon- taktierung der elektronischen SMD-Bauteile dienende Oberfläche des Metallrahmens in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Bereiche aufweist
- Montage der Montageplatte (20) mit den darauf befestigten elektronischen SMD- Bauteilen (10) im Innenraum eines Sockelgehäuses.
Wie bereits oben erläutert wurde, erlaubt das erfindungsgemäße Herstellungsverfah- ren eine automatisierte Oberflächenmontage der elektronischen SMD-Bauteile auf der Montageplatte mittels eines Bestückungsautomaten und eine Anpassung der Form der elektronische Baueinheit an die Innenabmessungen eines Gehäuses. Das Herstellen des Metallrahmens erfolgt vorteilhafterweise durch Ausstanzen der Leiterbahnstruktur und der Stützstege aus dem Metallblech. Ätzverfahren sind aufgrund der vergleichsweise großen Blechdicke nicht so gut geeignet. Eine einfache Einbettung des Metallrahmens in einem formstabilen, elektrisch isolierenden Material wird vorteilhafterweise durch Umspritzen des Metallrahmens mit einem Kunststoff erreicht. Im Bereich der Soll-Biegestellen weist das Metallblech vorteilhafterweise eine reduzierte Blechdicke auf, um ein Biegen des Montageplatte in diesem Bereich zu erleichtern.
Der erfindungsgemäße Lampensockel kann beispielsweise Bestandteil einer als Scheinwerferlampe eines Kraftfahrzeugs verwendbaren Hochdruckentladungslampe sein. Die elektronische Baueinheit enthält vorteilhafterweise elektronische Bauteile, die als Spannungswandler zur Erzeugung der Lampenbetriebsspannung verschaltet
sind, sowie weitere elektronische Bauteile, die Bestandteil des zur Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Zündgerätes sind.
m Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Einen schematischen Querschnitt durch die elektronische Baueinheit eines erfindungsgemäßen Lampensockels
Figur 2 Einen Querschnitt durch den Sockel einer Hochdruckentladungslampe mit einer darin angeordneten elektronischen Baueinheit
Die in Figur 1 abgebildete elektronische Baueinheit besteht aus einer Vielzahl von elektronischen Bauteilen 10, insbesondere SMD-Bauteilen (Surface-Mounted- Device-B auteilen), die auf einer mäanderförmigen Montageplatte 20 befestigt sind. Die Montageplatte 20 besteht im wesentlichen aus einem formstabilen, elektrisch isolierenden Kunststoff, in den Metallstege 21 eingebettet sind. Die Metallstege 21 dienen zur Montage und zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Bauteile 10 auf der Montageplatte 20. Einige Metallstege 21 dienen zusätzlich oder sogar ausschließlich zur Wahrung des Zusammenhalts und der mechanischen Stabilität der Montageplatte 20. Die Metallstege 21 sind derart angeordnet, dass ihre für die Kontaktierung der elektronischen Bauteile 10 vorgesehene Oberfläche 21a zugänglich ist. Die Kontaktierungsfläche 21a der Metallstege 21 schließen vorzugsweise mit der für die Montage der elektronischen Bauteile 10 vorgesehenen Oberfläche 20a der Montageplatte 20 ab. Die Montageplatte 20 weist bei dem in Figur 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel fünf abgewinkelte Abschnitte 201-205 auf, die über gebogene Bereiche 206 der Montageplatte 20 verbunden sind. Entsprechend wird die Oberfläche 20a in fünf Bereiche 201a-205a aufgeteilt, die in fünf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Auf diese Weise wird statt einer im wesentlichen planaren eine räumliche Anordnung der elektronischen Bauteile 10 erreicht. Bei dem bevorzugten Aus- führungsbeispiel sind die Gestalt und die Abmessungen der Abschnitte 201-205 sowie die Plazierung der gebogenen Bereiche 206 und die Plazierung der elektroni-
schen Bauteile 10 auf der Montageplatte 20 auf die Innenabmessungen des Sockels 30 einer Kfz-Hochdruckentladungslampe abgestimmt. Die Montageplatte 20 und die darauf montierten elektronischen Bauteile 10 werden als elektronische Baueinheit in die dafür vorgesehene Kammer des Sockels 30 eingesetzt und mit dem in einer sepa- raten Kammer angeordneten Hochspannungstransformator 31 sowie mit den Stromzuführungen (nicht abgebildet) der Hochdruckentladungslampe (nicht abgebildet) verbunden. Die elektronische Baueinheit umfasst, abgesehen von dem Hochspannungstransformator 31, alle elektronischen Bauteile der Zündvorrichtung und die elektronischen Bauteile eines zum Betrieb der Hochdruckentladungslampe dienenden Vollbrückenwechselrichters.
Zur Herstellung der elektronischen Baueinheit wird ein ungefähr 0,3 mm dickes, einteiliges Bronzeblech oder Messingblech verwendet. Im Bereich der Soll- Biegestellen 206 kann das Bronze- oder Messingblech, beispielsweise durch Einkerben, eine reduzierte Dicke aufweisen. Aus diesem Metallblech wird entsprechend einer vorgegebenen Maske ein zusammenhängender Metallrahmen ausgestanzt, dessen Stege 21 Leiterbahnen für die darauf zu montierenden elektronischen Bauteile 10 bilden und/oder zur Wahrung der mechanischen Stabilität sowie des Zusammenhalts des Metallrahmens dienen. Anschließend wird der Metallrahmen mit einem Kunststoff, beispielsweise einem Polyamid, umspritzt. Durch das Umspritzen des Metall- rahmens mit Kunststoff sind die Stege 21 in dem Kunststoffmaterial formschlüssig eingebettet. Das Umspritzen des Metallrahmens mit Kunststoff erfolgt allerdings so, dass die für die Kontaktierung der zu montierenden elektronischen Bauteile 10 vorgesehene Oberfläche 21a der Metallstege 21 zugänglich, das heißt vom Kunststoff unbedeckt bleibt. Ebenso werden auch die Soll-Biegestellen 206 nicht mit Kunststoff umspritzt. Nachdem der Kunststoff hart und damit formstabil geworden ist, werden die nicht mehr benötigten Metallstege, die ausschließlich zur Wahrung der mechanischen Stabilität und des Zusammenhalts des Metallrahmens gedient haben, entfernt. Ihre Funktion übernimmt der nun formstabile Kunststoff. Die entsprechenden Stege werden daher in einem zweiten Stanzvorgang durchtrennt, um einen elektrischen Kurzschluß zwischen den zu montierenden elektronischen Bauteilen 10 zu vermeiden. Der formstabile Kunststoff und die darin eingebetteten Metallstege 21 bilden
eine Montageplatte 20 mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche 20a, die zur Montage von elektronischen SMD-Bauteilen 10 vorgesehen ist. Die Kontaktierungs- flächen 21a der Metallstege 21 schließen mit der Oberfläche 20a der Montageplatte 20 ab. Mittels eines Bestückungsautomaten werden die in SMD-Technik ausgeführ- ten elektronischen Bauteile 10 auf der Oberfläche 20a fixiert und mit den Kontaktie- rungsflächen 21a der als Leiterbahnen dienenden Metallstege 21 verlötet. Hierzu wird ein bleifreies Hochtemperaturlot verwendet. Anschließend wird die Montageplatte 20 im Bereich der Soll-Biegestellen 206 mäanderförmig gebogen. Die auf diese Weise erhaltene elektronische Baueinheit wird in den Lampensockel 30 eingesetzt und mit dem Hochspannungstransformator 31 und den elektrischen Anschlüssen des Sockels 30 sowie den Stromzuführungen der Lampe (nicht abgebildet) verbunden. Für die Hochdruckentladungslampe (nicht abgebildet) ist im Sockel 30 eine Aufnahme 32 vorgesehen.