EP1932406A2

EP1932406A2 - Befestigungssystem für leiterplatten

Info

Publication number: EP1932406A2
Application number: EP06778013A
Authority: EP
Inventors: Nikolaus Kerner
Original assignee: VDO Automotive AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-06-18
Also published as: CN101288352B; US20080247146A1; US8004857B2; WO2007031360A3; CN101288352A; DE102005043880A1; CA2622350A1; WO2007031360A2; DE102005043880B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für übereinan- der angeordnete Leiterplatten (2, 3) in einem Elektronikge- häuse, insbesondere für den Automobilbereich. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Leiterplatte (2) durch ein starres Befestigungsmittel (6) am Elektronikgehäuse fixiert ist und alle weiteren Leiterplatten (3) durch federn- de Befestigungsmittel (7) fixiert sind. Die vorliegende Erfindung schafft erstmals vorteilhaft ein Befestigungssystem für übereinander angeordnete Leiterplatten (2, 3) in einem Elektronikgehäuse, das eine spannungsfreie Lagerung der Leiterplatten (2, 3) ermöglicht, dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche ausbildet, und das wenig Bau- raum auf der Leiterplatte (2, 3) benötigt. Sie eignet sich insbesondere für den Automobilbereich.

Description

Beschreibung

Befestigungssystem für Leiterplatten

Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für übereinander angeordnete Leiterplatten in einem Elektronikgehäuse, insbesondere für den Automobilbereich.

Aufgrund steigender Anforderungen an die Funktionalität von elektronischen Steuergeräten im Bereich des Motormanagements werden zunehmend Geräte mit mehreren Leiterplatten konzipiert. Dabei treten hinsichtlich des mechanischen Designs zunehmend widersprechende Anforderungen auf. Zum einen muss die Elektronik gut gekühlt werden, wodurch nur enge und wenig va- riable Spalte für eine thermische Austauschschicht in Frage kommen. Zum anderen sollen die Leiterplatten mechanisch nicht verbogen werden, um Zuverlässigkeitsprobleme aufgrund gebrochener Bauelemente oder Verbindungen zwischen Bauelementen und Leiterplatten zu vermeiden. Die gleichmäßigen Spalte für eine thermische Austauschschicht können durch definierte Ver- schraubung der einzelnen Leiterplatten auf die Wärmesenke realisiert werden. Dadurch wird aber relativ viel Platz auf den Leiterplatten für die Befestigungselemente verbraucht. Weiter kommt es zu layouttechnischen Einschränkungen durch die zahl- reichen großen Durchbrüche in den Leiterplatten. Reduziert man die Verbindungselemente, muss man mit den verbleibenden beiden Leiterplatten gemeinsam befestigen. Dadurch ergeben sich aber aufgrund diverser Toleranzketten unterschiedliche Spalte und damit auch eine unterschiedliche thermische Wirk- samkeit.

Dazu ist aus der DE 101 34 562 Al ein System zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Befestigung von Leiterplatten bekannt, das wenigstens ein Schneid- oder Schneidklemmelement zur Anbringung an der Unterseite einer Leiterplatte und ein Befestigungselement an der Leiterplatte aufweist. Um eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage zu gewährleisten, ist ein Träger hinsichtlich wenigstens eines Leitungs- drahts derart fixiert, dass bei der mechanischen Befestigung der Leiterplatte mit dem Träger mittels des leiterplattensei- tigen Befestigungselementes der Leitungsdraht durch das Schneid- oder Schneidklemmelement an der Unterseite der Leiterplatte direkt kontaktierbar ist.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass fest montierte Leiterplatten unter Wärmeeinwirkung deformiert werden, wodurch die elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte bzw. die elektrischen Kontaktierungen geschädigt werden können. Durch die nicht spannungsfreie Lagerung der Leiterplatten bei Wärmeeinwirkung ist es zu dem nicht möglich, einen thermisch optimierten Aufbau mit definierten thermischen Austauschschichten zu gewährleisten. Hinzu kommt, dass der Bauraum auf der Leiterplatte durch die Verschraubungen erheblich einge- schränkt wird.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungssystem für übereinander angeordnete Leiterplatten zu schaffen, das eine spannungsfreie Lage- rung der Leiterplatten ermöglicht, dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche ausbildet, und das wenig Bauraum auf der Leiterplatte benötigt.

Diese Aufgabe wird durch ein Befestigungssystem mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und

Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das erfindungsgemäße Befestigungssystem für übereinander angeordnete Leiterplatten in einem Elektronikgehäuse zeichnet sich dadurch aus, dass eine Leiterplatte durch ein starres Befestigungsmittel am Elektronikgehäuse fixiert ist und alle weiteren Leiterplatten durch federnde Befestigungsmittel fixiert sind. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Befestigungssystems ermöglicht eine sichere Positionierung der Leiterplatten aneinander, die außerhalb des Gehäuses vorgenommen werden kann, bevor die Leiterplatten durch das flexible Fe- derelement aufeinander zu bewegt und in das Elektronikgehäuse eingeschoben werden. Vorzugsweise wird die Leiterplatte die dem Gehäuseboden am nächsten ist, durch starre Befestigungsmittel wie zum Beispiel Schrauben fixiert. Die weiteren darüber in Richtung Gehäusedeckel angeordneten Leiterplatten können dann durch federnde Befestigungsmittel positioniert werden. Das erfindungsgemäße Befestigungssystem ermöglicht es, mehrere Leiterplatten übereinander anzuordnen, wobei die Befestigungsmittel selber wenig Platz auf der Leiterplatte benötigen. Zudem ist es möglich, die thermischen Austausch- schichten zwischen Gehäusedeckel und Leiterplatten optimal einzustellen .

Vorzugsweise ist das federnde Befestigungsmittel aus einem elektrisch leitenden Material wie zum Beispiel Blech ausge- bildet, so dass keine zusätzlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Leiterplatten ausgebildet werden müssen. Zudem ist Blech auch unempfindlich gegenüber Alterungsprozessen.

Es ist bevorzugt, dass das federnde Befestigungsmittel einen U-förmigen Mittelbereich mit zwei parallel verlaufenden Seitenschenkeln und einem Basisschenkel aufweist. Dieser Mittelbereich des federnden Befestigungsmittels dient als Spielraum, der ausgenutzt wird, wenn die beiden Leiterplatten beim Einschieben in das Elektronikgehäuse aufeinander zu bewegt werden.

Es ist von Vorteil, wenn jeweils an den Seitenschenkeln des U-förmigen Mittelbereichs ein L-förmiger Bereich angeformt ist, wobei die längeren L-Schenkel als Beabstandungselement dienen und die kürzeren L-Schenkel an der Oberseite der unteren Leiterplatte bzw. an der Unterseite der oberen Leiterplatte anliegen. Die Ausformung des erfindungsgemäßen federn- den Befestigungsmittels erfüllt somit drei Funktionen. Der U- förmige Mittelbereich liefert den Spielraum, um die übereinander positionierten Leiterplatten problemlos in das Elektronikgehäuse einschieben zu können. Die längeren L-Schenkel dienen als Abstandshalter und die kürzeren L-Schenkel dienen als elektrische Verbindung zwischen den übereinander angeordneten Leiterplatten.

Vorzugsweise ist der zur federnd gelagerten Leiterplatte ausgebildete L-förmige Bereich als Leiterplattenhalterung aus- formt, so dass die federnd gelagerte Leiterplatte positionssicher verankert ist und beim Einbau in das Elektronikgehäuse nicht verrutscht.

Es ist auch bevorzugt, dass federnde Befestigungsmittel als Elastomer-Feder auszubilden. Die Elastomer-Feder bietet eine vibrationsdämpfende sichere Lagerung der Leiterplatte. E- lastomere sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe. In der Regel handelt es sich bei Elastomeren um Polymere oder Polyadukte. Die Makromoleküle von Elastomeren sind nur an einigen Stellen untereinander verbunden und bilden einen weitmaschiges räumliches Netz. Dadurch weisen sie eine hohe Elastizität auf. Die Kunststoffe können sich bei Zug- und Druckbelastung verformen, finden aber danach in ihre Ausgangsform zurück. Sie können also nicht dauerhaft plastisch verformt werden. Elastomere sind nicht schmelzbar, d.h., auch bei höheren Temperaturen im Elektronikgehäuse sind keine Alterungsprozesse oder Versprödungen zu erwarten.

Es ist bevorzugt, die Elastomer-Feder, in einer Halterung zu lagern. Dadurch wird eine feste Fixierung der Elastomer-Feder geschaffen, wodurch sich insgesamt ein stabiles, an individuelle Bedingungen anpassbares, positionsfixiertes Befestigungssystem für übereinander angeordnete Leiterplatte an ei- nem Elektronikgehäuse ergibt.

Die vorliegende Erfindung schafft erstmals vorteilhaft ein Befestigungssystem für übereinander angeordnete Leiterplatten in einem Elektronikgehäuse, das eine spannungsfreie Lagerung der Leiterplatten ermöglicht, dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche ausbildet, und das wenig Bauraum auf der Leiterplatte benötigt. Sie eignet sich insbesondere für den Automobilbereich .

Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.

Dabei zeigt schematisch:

FIG.l in einer Schnittdarstellung eine aus dem Stand der

Technik bekannte Befestigung für übereinander angeordnete Leiterplatten;

FIG.2 in einer Schnittdarstellung eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Befestigung für übereinander angeordnete Leiterplatten; FIG.3 in einer Schnittdarstellung eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Befestigung für übereinander angeordnete Leiterplatten;

FIG.4 in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems;

FIG.5 in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems;

FIG.6 in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems im Elektronikgehäuse;

FIG.7 in einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit Befestigungssystemen nach Figur 6;

FIG.8 in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäßen Befestigungssystems im E- lektronikgehäuse und

FIG.9 in einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit Befestigungssystem nach Figur 8.

FIG.l zeigt in einer Schnittdarstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Befestigung Ia für übereinander angeordnete Leiterplatten 2a, 3a in einem zweiteilig ausgebildeten Elektronikgehäuse mit Gehäuseboden 4a und Gehäusedeckel 5a. Dabei ist die Leiterplatte 2a über eine Schraube 6a am Gehäu- sedeckel 5a befestigt. Die Leiterplatte 3a ist über eine

Schraube 7a, die sowohl durch eine Durchtrittsöffnung 8a der Leiterplatte 2a als auch durch die Leiterplatte 3a geführt ist, am Gehäusedeckel 5a fixiert. Durch diese Anordnung ergeben sich zwischen den Leiterplatten 2a, 3a und dem Gehäusede- ekel 5a thermische Zwischenschichten 9a. Die Schraube 7a weist einen lang gestreckten Grundkörper auf, der als Abstandshalter 10a dient.

Nachteilig hierbei ist, dass durch den Einbau der Schraube 7a auf der Leiterplatte 2a der zu verwendende Bauraum auf der Leiterplatte 2a erheblich eingeschränkt wird.

FIG.2 zeigt in einer Schnittdarstellung eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Befestigung Ia für übereinander angeordnete Leiterplatten 2a, 3a in einem zweiteilig ausgebildeten Elektronikgehäuse mit Gehäuseboden 4a und Gehäusedeckel 5a. Dabei ist sowohl die Leiterplatte 2a als auch die Leiterplatte 3a über eine Schraube 7a am Gehäusedeckel 5a fi- xiert, die durch beide Leiterplatten 2a, 3a geführt ist und somit auch als Abstandshalter 10a dient. Zwischen den Leiterplatten 2a, 3a und dem Gehäusedeckel 5a befinden sich thermische Zwischenschichten 9a, 9b, wobei die Zwischenschicht 9a nicht definiert ausgebildet ist, da keine spezielle Fixierung der Leiterplatte 2a am Gehäusedeckel 5a erfolgte.

FIG.3 zeigt in einer Schnittdarstellung eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Befestigung übereinander angeordneter Leiterplatten 2a, 3a in einem zweiteilig ausgebildeten Elektronikgehäuse mit Gehäuseboden 4a und Gehäusedeckel 5a. Sowohl die Leiterplatte 2a als auch die Leiterplatte 3a sind durch gleichförmig ausgebildete Schrauben 6a, 7a am Gehäusedeckel 5a befestigt. Um eine definierte thermische Zwischenschicht 9a, 9b zwischen den Leiterplatten 2a, 3a und dem Ge- häusedeckel 5a zu ermöglichen, sind im Gehäusedeckel 5a Führungsstutzen IIa für die Schrauben 6a, 7a ausgeformt.

Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass die Leiterplatten 2a, 3a nacheinander in das Elektronikgehäuse eingelegt und verschraubt werden müssen und dass zusätzlich eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten 2a, 3a geschaffen werden muss.

FIG.4 zeigt in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems 1, für übereinander angeordnete Leiterplatten 2, 3 in einem vorzugsweise zweiteilig ausgeformten Elektronikgehäuse mit Gehäuseboden 4 und Gehäusedeckel 5. Das vorzugsweise mindestens zweiteilig ausgebildete Befestigungssystem 1 weist ein starres Befestigungsmittel 6 wie zum Beispiel eine Schraube und ein federndes, vorzugsweise aus einem thermisch und elektrisch leitenden Material ausgebildetes Befestigungsmittel 7 wie zum Beispiel eine Blechfeder auf. Das starre Befesti- gungsmittel 6 fixiert vorzugsweise die Leiterplatte 2, die dem Gehäuseboden 4 am nächsten liegt, am Gehäusedeckel 5. Das federnde Befestigungsmittel 7 ist vorzugsweise einteilig ausgeformt und weist einen federartig ausgebildeten Bereich 8 und einen als Abstandshalter dienenden Bereich 9 auf. Durch die Funktion des Abstandshalters wird eine definierte thermische Zwischenschicht 10 zwischen Leiterplatte 4 und Gehäusedeckel 5 ausgebildet. Durch die Anpresskraft der Federwirkung des federnden Befestigungsmittels 7 wird auch eine definierte thermische Zwischenschicht 11 zwischen der Leiterplatte 3 und dem Gehäusedeckel 5 geschaffen.

FIG.5 zeigt in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems 1 für übereinander angeordnete Leiterplatten 2, 3 in einem vorzugs- weise zweiteilig ausgeformten Elektronikgehäuse mit Gehäuseboden 4 und Gehäusedeckel 5. Fig.5 zeigt als neuen Aspekt, dass die zwischen Leiterplatte 2 und Gehäusedeckel 5 angeordnete thermische Zwischenschicht 10 durch die Ausformung des Abstandshalters 9, 9' des federnden Befestigungsmittels 7 um die Zwischenschicht 10' erweitert werden kann, wenn besondere Bedingungen im Elektronikgehäuse dies erfordern.

FIG.6 zeigt in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausfüh- rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems 1 in einem Elektronikgehäuse. Das federnde Befestigungsmittel 7 weist einen U-förmigen Mittelbereich 12 mit zwei parallel zueinander verlaufenden Seitenschenkeln 13 und einem Basisschenkel 14 auf. An die Seitenschenkel 13 sind L-förmige Be- reiche 15, 16 an den U-förmigen Mittelbereich 12 angeformt.

Dabei dienen die parallel zur Gehäusedeckelseitenwand 17 verlaufenden Schenkel 18, 19 der L-förmigen Bereiche 15, 16 als Abstandshalter. Die quer zur Gehäusedeckelseitenwand 17 und damit parallel zu den Leiterplatten 2, 3 verlaufenden Schen- kel 20, 21 ermöglichen die elektrische Verbindung zwischen den übereinander angeordneten Leiterplatten 2, 3. Vorzugsweise kann eine Leiterplattenhalterung 22 an den Schenkel 18 angeformt sein, die vorzugsweise U-förmig ausgebildet ist und die Leiterplatte 3 fest positioniert.

FIG.7 zeigt in einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit erfindungsgemäßem Befestigungssystem 1 nach Fig.6. Dargestellt ist der Gehäuseboden 4 sowie der Gehäusedeckel 5 des Elektronikgehäuses mit übereinander angeordneten Leiter- platten 2, 3, die durch die federnden Befestigungsmittel 7 aneinander positioniert werden.

FIG.8 zeigt in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems 1. Das vorzugsweise mindestens zweiteilig ausgebildete Befestigungssystem 1 weist einen federndes Befestigungsmittel 7, das als Elastomer-Feder ausgebildet ist, und ein starres Befestigungsmittel 6 auf, das als Halterung für die Elastomer-Feder dient. Das federnde Befestigungsmittel 7 ist vorzugsweise blockartig ausgeformt, wobei die Eckelemente des Blocks entfernt wurden, um die Positionierung der Elastomer-Feder in der Halterung bzw. an der Leiterplatte 6 zu vereinfachen. Die Blockober- bzw. Unterseite weist somit eine lippenartige Aus- bildung 23 auf, die das Einführen des Blocks in die Halterung erleichtert .

FIG.9 zeigt in einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit Befestigungssystem nach Fig.8. Dargestellt ist der Gehäuseboden 4 sowie der Gehäusedeckel 5 des Elektronikgehäuses mit übereinander angeordneten Leiterplatten 2, 3. Das erfindungsgemäße Befestigungssystem 1 ist hier als blockartige Elastomer-Feder mit Halterung ausgebildet, die als starres Befestigungsmittel dient und die die feste Positionierung der Feder 7 ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung schafft erstmals vorteilhaft ein Befestigungssystem 1 für übereinander angeordnete Leiterplatten 2, 3 in einem Elektronikgehäuse, das eine spannungsfreie Lagerung der Leiterplatten 2,3 ermöglicht, dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche ausbildet und das wenig Bauraum auf der Leiterplatte benötigt. Sie eignet sich insbesondere für den Automobilbereich.

Claims

Patentansprüche

1. Befestigungssystem (1) für übereinander angeordnete Leiterplatten (2, 3) in einem Elektronikgehäuse, insbeson- dere für den Automobilbereich, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte (2) durch ein starres Befestigungsmittel (6) am Elektronikgehäuse fixiert ist und alle weiteren Leiterplatten (3) durch federnde Befestigungsmittel (7) fixiert sind.

2. Befestigungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Befestigungsmittel (7) aus Blech ausgebildet ist.

3. Befestigungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Befestigungsmittel (7) einen U-förmigen Mittelbereich (12) mit zwei parallel zueinander verlaufenden Seitenschenkeln (13) und einem Basisschenkel (14) aufweist.

4. Befestigungssystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Seitenschenkeln (13) des U- förmigen Mittelbereichs (12) jeweils L-förmige Bereiche (15, 16) angeordnet sind.

5. Befestigungssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am L-förmigen Bereich (16) des federnden Befestigungsmittels (7) eine Leiterplattenhalterung (22) ausgebildet ist.

6. Befestigungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Befestigungsmittel (7) als Elastomer-Feder ausgebildet ist.

7. Befestigungsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung als starres Befestigungsmittel (6) ausgebildet ist.