WO1996031103A1 - Leiterplattenanordnung - Google Patents

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    • H05K3/3447—Lead-in-hole components

Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board arrangement for an electrical device, in particular a control or regulating device for an electromechanical arrangement, according to the preamble of the main claim.
  • An electrical device is already known from DE-OS 40 35 526, in which a printed circuit board is glued as a substrate onto a metallic carrier plate.
  • This printed circuit board is formed from two parts which are connected to one another by flexible conductor tracks over a central region. The two areas are each held on different carrier plates, which are made of a good heat-conducting material are, so that power components with a correspondingly high heat emission can be accommodated on these circuit boards. Further flexible areas of the printed circuit boards are connected with plug-in connectors or other connecting parts which ensure universal use of the electrical device. After assembly, the printed circuit boards form the complete electrical device, which can be arranged at a location suitable for the respective application after the electrical connections have been made.
  • circuit board arrangement according to the invention of the type described at the outset is particularly advantageous with the characterizing features of claim 1 in that an independently producible electrical device can be constructed on a carrier plate made of metal, preferably aluminum, and after assembly and any test steps are used as a housing part for a more complex device.
  • the carrier plate and thus the subsequent housing part can be glued together with the substrate before the final assembly and can be equipped with the electrical components and soldered.
  • a mechanical component on the motor can be saved here, since the carrier plate, possibly together with further carrier plates attached, as mechanical housing expansion is used.
  • the circuit board arrangement can be placed in a simple manner in such a way that existing cooling devices or other air or liquid flows for cooling the components elements are used that produce heat to be dissipated.
  • a protective layer made of lacquer or a foamed plastic compound.
  • This protective layer can also advantageously cover recesses in the carrier plate which are necessary for the arrangement of components or connecting elements using push-through technology, since a through-connection takes place on the rear side of the substrate.
  • circuit board arrangement comes into play particularly when, for example, the carrier plate is a mechanical component of a housing cover of an air filter in the engine compartment of a motor vehicle, since the air flow in the air filter can be used to cool components in a particularly favorable manner.
  • FIG. 1 partial views of a circuit board arrangement with regard to the components and the carrier plate;
  • FIG. 2 shows a first section through the circuit board arrangement in the plane of the components (I-I);
  • FIG. 3 shows a second section through the circuit board arrangement in the plane of the connection elements (II-
  • FIG. 4 shows a circuit board arrangement with a separate housing cover
  • FIG. 5 shows a circuit board arrangement with two carrier boards
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a printed circuit board arrangement with an angled connecting element and a foamed protective layer
  • Figure 7 shows a variant of the embodiment of Figure 6 and
  • Figure ⁇ an embodiment of the circuit board arrangement with directly soldered connection element and foamed protective layer.
  • FIG. 1 shows a section through a first exemplary embodiment of a circuit board arrangement 1 according to the invention with a carrier board 2, in which, according to the left part of the view, components 3 are arranged on a substrate (not visible here) with corresponding conductor tracks.
  • a connection element 4 can be seen, which is arranged on the carrier plate 2 for receiving a plug connection for the electrical connections.
  • the carrier plate 1 can be attached to a mechanical arrangement, for example to an air filter device in the engine compartment of a motor vehicle, via screw connections 5 and by means of seals 6 as the housing part.
  • FIG. 4 shows a first type of printed circuit board arrangement 1, in which an additional housing cover 7 is attached to the carrier plate 2 and thereby covers the entire circuit arrangement.
  • FIG. 5 there are two carrier plates 2a and 2b which are held together by a spacer element 8.
  • the connection elements 4 can be held mechanically directly on the carrier plates 2, 2a or 2b and electrically by Surface mounting or by means of soldered push-through connections to the conductor tracks of the substrate.
  • FIGS. 6 to 8 show in particular exemplary embodiments of the printed circuit board arrangement 1 with a special protective layer 9 made of a foamed plastic compound, for example polyurethane (PUR).
  • PUR polyurethane
  • Laminating means the application of a film, here a film with conductor tracks, to a metallic base body (carrier plate 2) by means of adhesive.
  • This manufacturing process requires a pressure of approximately 1.4 to 2.8 Mpa, with which the film (substrate 10) is pressed onto the carrier plate 2 at approximately 180 ° C. to 200 ° C.
  • the electrical components 3 are connected here by means of a surface mounting technique, in which the connections of the components 3 are soldered to the conductor tracks on the film using the so-called wave soldering method.
  • components 11 can also be connected to the conductor tracks of the substrate 10 in the so-called push-through technique.
  • the connection elements 4 are arranged at right angles to the carrier plate 2, a separate mechanical holder 13 being present in FIG. 6 and the electrical connections 14, embedded in the plastic compound 9, to the conductor tracks of the substrate 10 are brought down.
  • the procedure for soldering using push-through technology is the same as for component 11.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 shows a carrier plate 2 bent at right angles to the substrate 10, so that here a direct connection of the plug devices of the connecting element 4 is possible.
  • the further variant according to FIG. 8 shows an arrangement of the connecting element 4 comparable to the exemplary embodiment according to FIG. 4 directly on the carrier plate 2 with soldering using push-through technology.
  • a compact electrical device which serves as a housing part of a mechanical arrangement and that, with optimal protection of the electrical components 3 and 11 by a protective layer 9, for example air currents for Cooling of the components 3 and 11 can be used.

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Abstract

Es wird eine Leiterplattenanordnung (1) für ein elektrisches Gerät, insbesondere ein Steuer- oder Regelgerät für eine elektromechanische Anordnung, vorgeschlagen, das mindestens eine metallische Trägerplatte (2) aufweist. Weiterhin ist ein die Leiterbahnen tragendes Substrat (10) für darauf angeordnete elektrische Bauelemente (2, 11), wobei das Substrat (10) auf die Trägerplatte (2) auflaminiert ist, und Anschlußelemente (4) für elektrische Verbindungen zur Leiterplattenanordnung (1) vorhanden. Die Trägerplatte (2) ist als Gehäuseelement für das elektrische Gerät und/oder eine mechanische Anordnung ausgebildet und das Substrat (10) befindet sich in den innenliegenden Bereichen auf der Trägerplatte (2), wobei die überwiegend oberflächenbestückten elektrischen Bauelemente (2, 11) in Bereichen auf dem Substrat (10) liegen, in denen ein thermischer Kontakt zu wärmeableitenden Mitteln herstellbar ist.

Description

Leiterplattenanordnunσ
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung für ein elektrisches Gerät, insbesondere ein Steuer- oder Regelge¬ rät für eine elektromechanische Anordnung, nach dem Oberbe¬ griff des Hauptanspruchs.
Es ist bereits aus der DE-OS 40 35 526 ein elektrisches Ge¬ rät bekannt, bei dem eine Leiterplatte als Substrat auf ei¬ ne metallische Trägerplatte aufgeklebt ist. Diese Leiter¬ platte ist aus zwei Teilen gebildet, die über einen mittle¬ ren Bereich mit flexiblen Leiterbahnen miteinander verbun¬ den sind. Die beiden Bereiche sind jeweils an verschiedenen Trägerplatten gehalten, die aus gut wärmeleitendem Material sind, so daß auch Leistungsbauelemente mit einer entspre¬ chend hohen Wärmeabgabe auf diesen Leiterplatten unterge¬ bracht werden können. Weitere flexible Bereiche der Leiter¬ platten sind mit Steckverbindern oder sonstigen Anschlu߬ teilen verbunden, die einen universellen Einsatz des elek¬ trischen Geräts gewährleisten. Die Leiterplatten bilden nach dem Zusammenbau das komplette elektrische Gerät, das nach der Herstellung der elektrischen Verbindungen an einer für die jeweilige Anwendung geeigneten Stelle angeordnet werden kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung der eingangs beschriebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß ein selb¬ ständig herstellbares elektrisches Gerät an einer Träger¬ platte aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, aufgebaut werden kann und nach der Montage und eventuellen Prüf- schritten als Gehäuseteil für ein komplexeres Gerät Verwen¬ dung findet. Die Trägerplatte und somit das spätere Gehäu¬ seteil kann vor der Endmontage mit dem Substrat zusammenge¬ klebt und mit den elektrischen Bauelementen bestückt und gelötet werden. Besonders bei der Anwendung der er- findungsgemäßen Leiterplattenanordnung im Zusammenhang mit sehr komplexen elektromechanischen Geräten, wie beispiels¬ weise der Steuerelektronik für einen Verbrennungsmotor, kann hierbei eine Mechanikkomponente am Motor eingespart werden, da die Trägerplatte, eventuell zusammen mit weite¬ ren angefügten Trägerplatten, als mechanische Gehäusergän- zung Verwendung findet .
Auf einfache Weise kann die Leiterplattenanordnung so pla¬ ziert werden, daß ohnehin vorhandene Kühlvorrichtungen oder sonstige Luft- oder Flüssigkeitsströme zur Kühlung der Bau- elemente herangezogen werden die eine abzuleitende Ver¬ lustwärme produzieren. Um die Substratoberfläche, die Bau¬ elemente und die Kontakt- und Lötstellen gegen hierbei auf¬ tretende Feuchtigkeit oder gegen Staub zu schützen, werden diese mit einer Schutzschicht aus Lack oder einer aufge¬ schäumten Kunststoffmasse versehen. Diese Schutzschicht kann in vorteilhafter Weise auch Aussparungen in der Trä¬ gerplatte überdecken, die für die Anordnung von Bau¬ elementen oder Anschlußelementen in Durchstecktechnik not¬ wendig sind, da hier eine Durchkontaktierung auf die Rück¬ seite des Substrats erfolgt.
Die Vorteile der erfindungsge äßen Leiterplattenanordnung kommen besonders dann zum Tragen, wenn beispielsweise die Trägerplatte mechanischer Bestandteil einer Gehäuseabdek- kung eines Luftfilters im Motorraum eines Kraftfahrzeugs ist, da hier in besonders günstiger Weise der Luftstrom im Luftfilter zur Kühlung von Bauelementen herangezogen werden kann.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leiterplattenan¬ ordnung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Teilansichten einer Leiterplattenanordnung hinsichtlich der Bauelemente und der Trägerplatte; Figur 2 einen ersten Schnitt durch die Leiterplatten¬ anordnung in der Ebene der Bauelemente (I-I) ; Figur 3 einen zweiten Schnitt durch die Leiterplat¬ tenanordnung in der Ebene der Anschlußelemente (II-
II);
Figur 4 eine Leiterplattenanordnung mit separatem Ge¬ häusedeckel;
Figur 5 eine Leiterplattenanordnung mit zwei Träger¬ platten; Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lei¬ terplattenanordnung mit abgewinkeltem Anschlußelement und einer aufgeschäumten Schutzschicht; Figur 7 eine Variante des Ausführungsbeispiels nach Figur 6 und
Figur θ ein Ausführungsbeispiel der Leiterplattenan¬ ordnung mit direkt aufgelötetem Anschlußelement und aufgeschäumter Schutzschicht.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist ein Schnitt durch ein erstes Ausfüh¬ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanord¬ nung 1 mit einer Trägerplatte 2 dargestellt, bei der nach dem linken Teil der Ansicht Bauelemente 3 auf einem hier nicht sichtbaren Substrat mit entsprechenden Leiterbahnen angeordnet sind. Zur Verdeutlichung wir hier auf die Dar¬ stellungen nach Figur 2 und Figur 3 verwiesen, bei denen gleiche Elemente mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Im rechten Teil der Figur 1 ist ein Anschlußelement 4 ersichtlich, das zur Aufnahme einer Steckverbindung für die elektrischen Anschlüsse an der Trägerplatte 2 angeordnet ist. Die Trägerplatte 1 ist über Schraubverbindungen 5 und mittels Dichtungen 6 als Gehäuseteil an eine mechanische Anordnung, beispielsweise an ein Luftfiltergerät im Motor¬ raum eines Kraftfahrzeuges, anbringbar.
In Figur 4 ist eine erste Bauart der Leiterplattenanordnung 1 gezeigt, bei der ein zusätzlicher Gehäusedeckel 7 an der Trägerplatte 2 befestigt wird und dabei die gesamte Schal¬ tungsanordnung abdeckt. Gemäß Figur 5 sind zwei Trägerplat¬ ten 2a und 2b vorhanden, die über ein Distanzelement 8 an¬ einander gehalten werden. Die Anschlußelemente 4 können bei diesen Ausführungsbeispielen mechanisch direkt an den Trä¬ gerplatten 2, 2a oder 2b gehalten und elektrisch durch Oberflächenmontage oder mittels gelöteter Durchsteckverbin¬ dungen an die Leiterbahnen des Substrats angeschlossen wer¬ den.
Aus den Figuren 6 bis 8 sind insbesondere Ausführungsbei¬ spiele der Leiterplattenanordnung 1 mit einer besonderen Schutzschicht 9 aus einer aufgeschäumten Kunststoffmasse, beispielsweise Polyurethan (PUR), dargestellt. Hier ist im Detail erkennbar, wie ein Substrat 10 auf die Trägerplatte 2 auflaminiert ist. Unter Laminieren versteht man das Auf¬ bringen einer Folie, hier einer Folie mit Leiterbahnen, auf einen metallischen Grundkörper (Trägerplatte 2) mittels Kleber. Dieser FertigungsVorgang erfordert einen Druck von ca. 1,4 bis 2,8 Mpa, mit dem die Folie (Substrat 10) an die Trägerplatte 2 bei ca. 180°C bis 200°C angedrückt wird. Der Anschluß der elektrischen Bauelemente 3 erfolgt hier mit¬ tels einer Oberflächenmontagetechnik, bei der die Anschlüs¬ se der Bauelemente 3 im sogenannten Wellenlötverfahren auf die Leiterbahnen an der Folie gelötet werden.
Darüber hinaus können jedoch auch Bauelemente 11 in der so¬ genannten Durchstecktechnik an die Leiterbahnen des Substrats 10 angeschlossen werden. Hier ist jedoch erfor¬ derlich, daß eine Ausnehmung 12 in der Trägerplatte 2 vor¬ handen ist, die später ebenfalls mit der Kunststoffmasse 9 ausgeschäumt werden kann. Die Anschlußelemente 4 sind bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 6 und 7 recht¬ winklig zur Trägerplatte 2 angeordnet, wobei in der Figur 6 eine separate mechanische Halterung 13 vorhanden ist und die elektrischen Verbindungen 14, eingebettet in die Kunst¬ stoffmasse 9, zu den Leiterbahnen des Substrats 10 her¬ untergeführt sind. Bei der Verlötung in Durchstecktechnik wird hier ebenso verfahren wie beim Bauelement 11. Das Aus¬ führungsbeispiel nach Figur 7 zeigt eine rechtwinklig abge¬ bogene Trägerplatte 2 mit dem Substrat 10, so daß hier ein direkter Anschluß der Steckvorrichtungen des Anschlußele- ments 4 möglich ist. Die weitere Variante nach der Figur 8 zeigt eine zum Ausführungsbeispiel nach Figur 4 vergleich¬ bare Anordnung des Anschlußelements 4 direkt auf der Trä¬ gerplatte 2 mit einer Verlötung in Durchstecktechnik.
In all den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Leiterplattenanordnung 1 ist gewährleistet, daß ein kompak¬ tes elektrisches Gerät realisierbar ist, das als Gehäuse¬ teil einer mechanischen Anordnung dient und daß bei einem optimalen Schutz der elektrischen Bauelemente 3 und 11 durch eine Schutzschicht 9 beispielsweise Luftströme zur Kühlung der Bauelemente 3 und 11 herangezogen werden kön¬ nen.

Claims

Patentansprüche
1) Leiterplattenanordnung für ein elektrisches Gerät, ins¬ besondere ein Steuer- oder Regelgerät für eine elektromecha- nische Anordnung, mit
- mindestens einer metallischen Trägerplatte (2) ,
- mindestens einem, die Leiterbahnen tragenden Substrat (10) für darauf angeordnete elektrische Bauelemente (2,11), wobei das Substrat (10) auf die Trägerplatte (2) auflaminiert ist und mit
- Anschlußelementen (4) für elektrische Verbindungen zur Lei¬ terplattenanordnung (1) . dadurch gekennzeichnet, daß
- die Trägerplatte (2) als Gehäuseelement für das elektrische Gerät und/oder eine mechanische Anordnung ausgebildet ist und das Substrat (10) sich in den innenliegenden Bereichen auf der Trägerplatte (2) befindet und daß - die überwiegend oberflächenbestückten elektrischen Bauele¬ mente (2,11) in Bereichen auf dem Substrat (10) liegen, in denen ein thermischer Kontakt zu wärmeableitenden Mitteln herstellbar ist.
2) Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet . daß
- die Leiterplattenanordnung (1) direkt an das zu steuernde mechanische Aggregat angefügt ist und Luftströme im mechani¬ schen Aggregat zur Kühlung der elektrischen Bauelemente her¬ anziehbar sind, wobei die elektrischen Verbindungen über die nach außen geführten Anschlußelemente (4) herstellbar sind.
3) Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekenn¬ zeichnet . daß eine Anzahl von Trägerplatten (2) mit dem jeweiligen Substrat über Distanzelemente (8) aneinanderfügbar sind und die jeweils außenliegende Trägerplatte (2a) das Gehäuseele- ment darstellt.
4) Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Substrat (10) und die elektrischen Bauelemente (2,11) mit einer isolierenden Schutzschicht (9) versehen sind.
5) Leiterplattenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß
- die Schutzschicht (9) ein Kunststofflack ist. 6) Leiterplattenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß
- die Schutzschicht (9) eine aufgeschäumte KunststoffSchicht aus Polyurethan ist.
7) Leiterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzei hnet, daß
- im Bereich von elektrischen Bau- oder Anschlußelementen (11,4) , die in Durchstecktechnik auf dem Substrat (10) gelö¬ tet sind, die Trägerplatte (2) Aussparungen (12) für die Löt¬ kontakte aufweist, die mit der Schutzschicht (9) zumindest teilweise auffüllbar sind.
8) Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die mindestens eine Trägerplatte (2) im Bereich der An- schlußelemente (4) rechtwinklig abgebogen ist, so daß ein rechtwinklig zur Ebene der Trägerplatte (2) liegendes Stek¬ kerteil anschließbar ist.
9) Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Leiterplattenanordnung (1) ein Steuer-, oder Regelgerät für die Motorsteuerung eines Kraftfahrzeuges und als Gehäuse¬ teil des Motors oder zugehöriger Aggregate ausgebildet ist .
10) Leiterplattenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet . daß - die Leiterplattenanordnung (1) ein Gehäuseteil der Luftfil¬ teranordnung im Motorraum des Kraftfahrzeuges ist und die elektrischen Bauelemente derart auf dem Substrat angeordnet sind, daß die vorbeiströmende Luft zur Kühlung der Bauelemen¬ te heranziehbar ist.
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