WO2009062539A1 - Platine sowie herstellung derselben - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a circuit board with at least one
- the object of the invention is to avoid the above-mentioned disadvantages and in particular to present an approach which enables an efficient and stable in wide temperature ranges way for potting electrical circuits with conventional materials.
- a circuit board is specified with at least one solder joint, wherein the at least one solder joint is at least partially mechanically decoupled from the board.
- At least one solder joint it is advantageous that a reduced force acts on the at least one solder joint due to the mechanical decoupling.
- a development is that at least one recess is provided in the vicinity of the at least one solder joint.
- the mechanical separation takes place through the at least one recess and thus a partial decoupling of the at least one solder joint from the board.
- the at least one solder joint is at least partially mechanically decoupled from the board by means of a bending beam.
- the bending beam may be embodied as a structure fixed on both sides (with the circuit board) or as a structure fixed on one side (with the circuit board).
- the structure may have different size, shape, thickness, etc.
- the structure may be embodied as a substantially rectangular structure, for example with a rounded portion.
- the structure is helical.
- the at least one solder joint is arranged on a resilient part of the board.
- the at least one solder joint by means of milling, punching, etching and / or sawing is at least partially mechanically decoupled from the board.
- the board is at least partially embedded in one of the following materials:
- Asphalt in particular comprising quartz and / or sand; - plastic;
- the board together with the components and lines arranged on it can be partially or completely potted, for example to protect the electronic circuit from external influences.
- the aforementioned materials can be used as potting materials.
- the board is at least partially embedded in a thermally conductive material.
- the board is designed as a simply coated board or as a multi-coated board.
- At least one solder joint of the board is at least partially mechanically decoupled from the board.
- Fig.l a cantilevered cantilever beam with a Lötauge which is at least partially mechanically decoupled from a circuit board;
- FIG. 3 shows a "screw" with a Lötauge, which is at least partially mechanically decoupled from a board;
- FIG. 5 is a sketch illustrating a load case based on the superposition principle.
- a bending beam can already be provided in the layout or design of the printed circuit board (for example, PCB, printed circuit board) and milled, punched, sawn, or the like during production of the board. become.
- the printed circuit board for example, PCB, printed circuit board
- the at least partial mechanical decoupling of the at least one solder joint from the board can be realized in different ways.
- Fig.l shows a cantilevered cantilever beam 102 (case A) with a pad 103, which is at least partially mechanically decoupled from a circuit board 101.
- FIG. 2 shows a beam 202 clamped on two sides (case B) with a soldering eye 203 which is at least partially mechanically decoupled from a printed circuit board 201.
- FIG. 3 shows a "screw" 302 (case C) with a pad 303 which is at least partially mechanically decoupled from a board 301.
- the double-sided clamped beam 202 according to FIG. 2 is statically indefinite. This case can be represented according to a superposition principle according to FIG. 5 on the basis of the two load cases (II.) And (III.) According to FIG. As boundary conditions are assumed:
- case B according to FIG. 2 it is possible to apply case B according to FIG. 2 to an entire board.
- the board can be, for example, five times as wide as the bending beam.
- the above area moment of inertia is five times greater, and consequently the deflection in case B according to FIG. 2 is only one fifth.
- the board including the components or components disposed thereon, can be at least partially potted with a potting material (e.g., asphalt (particularly comprising quartz and / or sand), plastic, silicone, polyurethane).
- a potting material e.g., asphalt (particularly comprising quartz and / or sand), plastic, silicone, polyurethane).
- the different thermal expansion of the components and components on the one hand and of the potting material on the other hand can be compensated by the mechanically decoupled solder joints, so that the solder joint itself takes no damage.
- the mechanical decoupling can be achieved by, for example, recesses in the vicinity of the circuit board
- Solder connection can be provided.
- Such recesses may be used in the manufacturing process of the board, e.g. be provided before or after the etching, but in particular before an assembly of the board with components. It is also possible to provide the mechanical decoupling after (partial) assembly of the board.
- the mechanical decoupling of the at least one solder joint can be carried out at least partially from the board by means of one of the following methods (if applicable, several of these methods can also be used in combination): milling, punching, etching and sawing.
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Abstract
Es wird eine Platine angegeben mit mindestens einer Lötverbindung, wobei die mindestens eine Lötverbindung zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist. Weiterhin angegeben wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Platine.
Description
Beschreibung
Platine sowie Herstellung derselben
Die Erfindung betrifft eine Platine mit mindestens einer
Lötverbindung sowie ein Herstellungsverfahren einer solchen Platine .
Um elektronische Schaltungen vor widrigen Umwelteinflüssen, z.B. Witterung, zu schützen, werden diese oft vergossen. Hierbei besteht das Problem, dass übliche zum Verguss geeignete Materialien (z.B. Asphalt) von den eingebetteten elektronischen Komponenten verschiedene
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dies führt zu einer starken Beanspruchung der betroffenen Lötverbindungen und im Extremfall zu einer Zerstörung derselben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere einen Ansatz vorzustellen, der eine effiziente und in weiten Temperaturbereichen stabile Möglichkeit zum Vergießen elektrischer Schaltungen mit üblichen Materialien ermöglicht .
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Platine angegeben mit mindestens einer Lötverbindung, wobei die mindestens eine Lötverbindung zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist.
Hierbei ist es von Vorteil, dass durch die mechanische Entkopplung eine verminderte Kraft auf die mindestens eine Lötverbindung wirkt.
Eine Weiterbildung ist es, dass mindestens eine Aussparung in der Nähe der mindestens einen Lötverbindung vorgesehen ist .
Vorteilhaft erfolgt durch die mindestens eine Aussparung eine mechanische Trennung und somit eine teilweise Entkopplung der mindestens einen Lötverbindung von der Platine.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die mindestens eine Lötverbindung anhand eines Biegebalkens zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist. Dabei kann der Biegebalken als eine beidseitig (mit der Platine) fixierte Struktur oder als eine einseitig (mit der Platine) fixierte Struktur ausgeführt sein.
Hierbei kann die Struktur unterschiedliche Größe, Form, Dicke, etc. aufweisen. Beispielsweise kann die Struktur als eine im wesentlichen quaderförmige Struktur beispielsweise mit einem abgerundeten Teilbereich ausgeführt sein. Alternativ ist es möglich, dass die Struktur schneckenförmig ausgeführt ist.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lötverbindung auf einem federnden Teil der Platine angeordnet ist.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lötverbindung mittels Fräsens, Stanzens, Ätzens und/oder Sägens zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Platine zumindest teilweise in eines der folgenden Materialien eingebettet ist:
- Asphalt, insbesondere umfassend Quarz und/oder Sand;
- Plastik;
- Silikon;
- Polyurethan.
Insbesondere kann die Platine samt der auf ihr angeordneten Bauteile und Leitungen teilweise oder vollständig vergossen werden, um beispielsweise die elektronische Schaltung vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die vorstehend genannten Materialien können dabei als Vergussmaterialien eingesetzt werden.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist die Platine zumindest teilweise in ein thermisch leitfähiges Material eingebettet .
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass die Platine als eine einfach beschichtete Platine oder als eine mehrfach beschichtete Platine ausgeführt ist.
Weiterhin wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst anhand eines Verfahrens zur Herstellung einer Platine umfassend den Schritt:
- mindestens eine Lötverbindung der Platine wird zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt.
Eine Ausgestaltung ist es, dass die mindestens eine Lötverbindung anhand mindestens eines der folgenden Verfahren zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt wird:
- Fräsen;
- Stanzen;
- Ätzen;
- Sägen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen :
Fig.l einen einseitig fixierten Kragbalken mit einem Lötauge, der zumindest teilweise von einer Platine mechanisch entkoppelt ist;
Fig.2 einen zweiseitig eingespannten Balken mit einem
Lötauge, der zumindest teilweise von einer Platine mechanisch entkoppelt ist;
Fig.3 eine "Schnecke" mit einem Lötauge, die zumindest teilweise von einer Platine mechanisch entkoppelt ist;
Fig.4 eine Tabelle, die für unterschiedliche
Belastungsfälle mögliche Berechnungsformeln für zugehörige Biegelinien, Durchbiegungen und Neigungen, umfasst;
Fig.5 eine Skizze, die einen Belastungsfall anhand des Superpositionsprinzip veranschaulicht .
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es, dass mindestens eine Lötverbindung, z.B. ein sog. Lötauge, federnd aufgehängt ist und damit eine mechanische Beanspruchung desselben reduziert wird.
Vorteilhaft kann ein Biegebalken bereits im Layout bzw. Design der Platine (z.B. PCB, Printed Circuit Board) vorgesehen sein und im Rahmen der Herstellung der Platine gefräst, gestanzt, gesägt o.a. werden.
Die zumindest teilweise mechanische Entkopplung der mindestens einen Lötverbindung von der Platine kann auf unterschiedliche Arten realisiert werden. Beispielhaft wird
hier ein Biegebalken vorgestellt, der verschiedenartig ausgestaltet sein kann.
Fig.l zeigt einen einseitig fixierten Kragbalken 102 (Fall A) mit einem Lötauge 103, der zumindest teilweise von einer Platine 101 mechanisch entkoppelt ist.
Fig.2 zeigt einen zweiseitig eingespannten Balken 202 (Fall B) mit einem Lötauge 203, der zumindest teilweise von einer Platine 201 mechanisch entkoppelt ist.
Weiterhin zeigt Fig.3 eine "Schnecke" 302 (Fall C) mit einem Lötauge 303, die zumindest teilweise von einer Platine 301 mechanisch entkoppelt ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig.4 gezeigt, wie sich die Federkraft des Biegebalkens ändert, wenn das Lötauge einseitig statt zweiseitig fixiert wird.
Der zweiseitig eingespannte Balken 202 gemäß Fig.2 ist statisch unbestimmt. Dieser Fall kann nach einem Superpositionsprinzip gemäß Fig.5 anhand der beiden Belastungsfälle (II.) und (III.) gemäß Fig.4 dargestellt werden. Als Randbedingungen werden angenommen:
?(/(()) ~0 und tr'(u)~0;
Für den Belastungs fal l ( I I I . ) aus Fig . 4 folgt : W1 J11I Q) - --;-^ Λ/ und «>'„,(«) - --- ------- Λcf
Für den Belastungsfall (II.) aus Fig.4 folgt:
In die Randbedingung
eingesetzt ergibt dies
Fa M 8
Für eine Biegung in der Mitte, d.h. an der Stelle a/2 ergibt sich:
£' 3 \ f 'i
■m(u/2) ~ -wn{a/2) + «v,/(<//2) - ^~~:
IHEI SE!
Für den einseitig eingespannten Balken 102 gemäß Fig.l
(Fall A) ergibt sich als eine Durchbiegung an einer Stelle a/2 unter Berücksichtigung der Fig.4:
iW^
^ (2)
Ein Vergleich der Formel (1) mit der Formel (2) zeigt, dass bei einer vorgegebenen Kraft F die Durchbiegung im Fall A (Fig.l) achtmal größer ist als im Fall B (Fig.2) .
Wenn also ein vergossenes Bauteil die Lötstelle um eine
Strecke X bewegt, ist die Lötstelle im Fall A nur mit einer Kraft in Höhe von 1/8 beansprucht.
Entsprechend ist es möglich, den Fall B gemäß Fig.2 auf eine ganze Platine anzuwenden. Als ein
Flächenträgheitsmoment für einen Balken mit einem rechteckigen Querschnitt gilt:
b • W>
Somit kann die Platine beispielsweise fünfmal so breit wie der Biegebalken sein. Dies führt dazu, dass obiges Flächenträgheitsmoment fünfmal größer ist und folglich die Durchbiegung im Fall B gemäß Fig.2 nur ein Fünftel beträgt.
Insbesondere ist es ein Vorteil des hier vorgestellten Ansatzes, dass die Platine einschließlich der auf ihr angeordneten Bauteile oder Komponenten zumindest teilweise mit einem Vergussmaterial (z.B. Asphalt (insbesondere umfassend Quarz und/oder Sand) , Plastik, Silikon, Polyurethan) vergossen werden kann. Die unterschiedliche thermische Ausdehnung der Bauteile und Komponenten einerseits sowie des Vergussmaterials andererseits kann durch die mechanisch entkoppelten Lötverbindungen kompensiert werden, so dass die Lötverbindung selbst keinen Schaden nimmt.
Die mechanische Entkopplung kann erreicht werden, indem auf der Platine beispielsweise Aussparungen in der Nähe der
Lötverbindung vorgesehen werden. Solche Aussparungen können im Herstellungsprozess der Platine, z.B. vor oder nach dem Ätzen, insbesondere aber vor einer Bestückung der Platine mit Bauelementen, vorgesehen werden. Auch ist es möglich, die mechanische Entkopplung nach (teilweiser) Bestückung der Platine vorzusehen.
Insbesondere kann die mechanische Entkopplung der mindestens einen Lötverbindung zumindest teilweise von der Platine anhand eines der folgenden Verfahren erfolgen (ggf. sind auch mehrere dieser Verfahren im Kombination anwendbar) : Fräsen, Stanzen, Ätzen und Sägen.
Claims
1. Platine mit mindestens einer Lötverbindung, wobei die mindestens eine Lötverbindung zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist.
2. Platine nach Anspruch 1, bei der mindestens eine Aussparung in der Nähe der mindestens einen Lötverbindung vorgesehen ist.
3. Platine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Lötverbindung anhand eines Biegebalkens zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist.
4. Platine nach Anspruch 3, bei der der Biegebalken als eine beidseitig fixierte Struktur ausgeführt ist.
5. Platine nach Anspruch 3, bei der der Biegebalken als eine einseitig fixierte Struktur ausgeführt ist.
6. Platine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Lötverbindung auf einem federnden Teil der Platine angeordnet ist.
7. Platine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Lötverbindung mittels Fräsens, Stanzens, Ätzens und/oder Sägens zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt ist.
8. Platine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zumindest teilweise in eines der folgenden Materialien eingebettet ist:
- Asphalt, insbesondere umfassend Quarz und/oder Sand;
- Plastik;
- Silikon;
- Polyurethan.
9. Platine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zumindest teilweise in ein thermisch leitfähiges Material eingebettet ist.
10. Platine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als eine einfach beschichtete Platine oder als eine mehrfach beschichtete Platine ausgeführt ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Platine umfassend den Schritt: - mindestens eine Lötverbindung der Platine wird zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt .
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die mindestens eine Lötverbindung anhand mindestens eines der folgenden Verfahren zumindest teilweise von der Platine mechanisch entkoppelt wird:
- Fräsen;
- Stanzen; - Ätzen;
- Sägen.
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|---|---|---|---|
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| WO (1) | WO2009062539A1 (de) |
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