WO2015052117A1 - Elektronische schaltung - Google Patents

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WO2015052117A1 PCT/EP2014/071306 EP2014071306W WO2015052117A1 WO 2015052117 A1 WO2015052117 A1 WO 2015052117A1 EP 2014071306 W EP2014071306 W EP 2014071306W WO 2015052117 A1 WO2015052117 A1 WO 2015052117A1
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electronic
circuit boards
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Mathieu Pozza
Olivier Vilain
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Hella Kgaa Hueck & Co.
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    • H05K3/368—Assembling printed circuits with other printed circuits parallel to each other

Definitions

  • the invention relates to an electronic circuit comprising a first printed circuit board with electronic components and a second printed circuit board with electronic components, wherein the printed circuit boards are arranged parallel to their major surfaces or at an acute angle side by side or one above the other.
  • Such circuits are known per se. They may comprise intelligent circuits and / or regulators and are used e.g. used for electric drives. Especially in the automotive industry cramped space conditions are taken into account, so that the drives including the circuit at relatively high power must be built very compact. This implies that the required electrical and / or e lectronic components of the circuit can not be placed on a single circuit board, but that the components must be divided into several comparatively small PCBs. These small circuit boards must be at least partially electrically connected to each other and be arranged next to each other or parallel with each other in a narrow space in parallel main surfaces.
  • a heat sink e.g. may be part of a housing.
  • the printed circuit board with the heat-generating components must then rest with one side on the heat sink, so that for this circuit board contacting by means of press-fit contacts is out of the question. Because the press-in contacts would protrude from the circuit board in the direction of the heat sink and touch them, so that an electrical bridge between the press-fit would be formed. Therefore, for this circuit board contacting means are required on its surface with the components. For this purpose, wire bonding, contact springs and contacts soldered on the surface are known.
  • the circuit must be positioned and fixed relative to each other and optionally on the heat sink.
  • frames are known to which the circuit boards are attached and used together with these, for example in a housing are.
  • Such a frame is described for example in DE 10 2011 054 818 A1 or DE 100 48 377 A1.
  • the frame is relatively complex and not very universal.
  • the invention particularly relates to an electric drive for a power steering and / or automatic parking aid of a motor vehicle.
  • the object is solved by the features of claim 1.
  • the printed circuit boards are held, positioned and electrically connected by means of a bar-shaped connector. Due to its simple form, the connector is very inexpensive, e.g. Injection molding, whereby electrical contact means are integrated simultaneously in the connector. A single simple component is sufficient for positioning, holding and electrical connection of the printed circuit boards. The positioning is so accurate that the required for the pressing of the contacting means tolerances can be met. At the same time a mutual distance of the parallel circuit boards is determined.
  • the printed circuit boards are e.g. as PCB (Printed Circuit Board), DCB (Direct Copper Board) or as IMS (Insulated Metal Substrate, metallic, single-sided isolated carrier of electronic circuits) formed.
  • PCB Print Circuit Board
  • DCB Direct Copper Board
  • IMS Insulated Metal Substrate, metallic, single-sided isolated carrier of electronic circuits
  • the electronic circuit is positioned and held in a housing by means of the connector.
  • the housing protects against environmental influences and can also serve as a heat sink.
  • pillar-like supports for positioning and holding the printed circuit boards are formed at both longitudinal ends of the connector.
  • the supports are very easy to mold to the beam.
  • contacting means are fixed in the connector, the first ends of which are assigned to the first circuit board, as surface contact and the second ends, which are assigned to the second circuit board, are formed as Einpressite.
  • the surface contacts are designed as spring contacts or preferably as surfaces to be soldered.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first printed circuit board with connector
  • FIG. 2 shows a plan view of the first printed circuit board with the connector
  • Figure 3 is a section through a circuit
  • Figure 4 is a perspective view of the circuit of an electric drive without a second circuit board.
  • an electronic circuit comprises two printed circuit boards 1, 2 and a connector 3.
  • the printed circuit boards 1, 2 are equipped with electrical and / or electronic components (only partially shown in FIG. 4) and are positioned relative to one another, ie, oriented relative to one another.
  • the circuit boards are arranged substantially parallel or at an acute angle to each other.
  • SMD Surface Mounted Device
  • the connector 3 is substantially formed as an elongated beam 3a of rectangular cross-section and with laterally molded supports 3b.
  • a length of the beam 3a is dimensioned according to a number of contacting means 4 such that they on the one hand have a sufficient mutual distance and on the other hand first contact end surfaces 4 a of the contacting 4 contact surfaces on the first conductor 1 contact.
  • the cross-section of the beam 3a is dimensioned according to the required mechanical stability and a required spacing of the printed circuit boards 1, 2.
  • the contacting means 4 are integrated in the beam 3a so that their ends 4a, 4b protrude freely out of it.
  • both longitudinal ends of the beam 3a are integrally formed with this the two pillar-like supports 3b.
  • a right angle is formed between the supports 3b and the beam 3a, with longitudinal axes of the supports 3b extending parallel to longitudinal axes of the contacting means 4.
  • the beam 3a extends approximately halfway up the supports 3b between them.
  • the beam 3b is thus approximately centrally to a length of the supports 3b.
  • Lower ends of the supports 3b are associated with the first ends 4a of the contacting means 4, that is, both face in the same direction at least at the exit of the first ends 4a.
  • the supports 3b have a round cross-section which either has an oversize relative to associated bores or is provided with ribs or thin laminations uniformly distributed over the circumference of the supports 3b and having other oversizes. Due to the excess dimensions it is achieved that the supports 3b sit without play and permanently fixed in the associated holes.
  • a number of the contacting means 4 depends on the electrical requirements and is seven in the embodiment.
  • Each of the contacting means 4 has the first end 4a associated with the first circuit board 1 and a second end 4b associated with the second circuit board 2.
  • the first end 4a is formed as a pin or plate and bent by 90 ° so that it touches when mounted first circuit board 1 formed on this, associated contact surface.
  • Each first end 4b is soldered to the corresponding contact surface according to the SMD technique.
  • first end 4a is formed as a contact spring and not soldered to the contact surface.
  • Each second end 4b is shaped as a press-fit pin and assigned to a corresponding contact bore of the second printed circuit board 2.
  • the first printed circuit board 1 lies with its bottom side according to the figures, which is opposite to the side with the electrical and / or electronic components, flat on a heat sink 5, which is part of a housing of an electric drive here. In this way, heat can be safely derived from the first circuit board 1.
  • the positioning and fastening of the printed circuit boards 1, 2 takes place by means of the supports 3b.
  • corresponding through holes and in the heat sink 5 corresponding blind holes are embedded in the circuit boards 1, 2.
  • the position of the holes thus defines, in cooperation with the supports 3b, the relative position of the printed circuit boards 1, 2 relative to one another and the position of the circuit on the heat sink 5.
  • a distance of the printed circuit boards 1, 2 is determined by a height of the beam 3a and the shape of the first ends 4a of the contacting means 4.
  • the fixation of the circuit on the heat sink 5 and thus also the printed circuit boards 1, 2 on the connector 3 is ensured by the excess of the supports 3b and by the ribs or fins.
  • FIG. 4 shows a plan view of an electric drive with three of the electronic circuits, with a second printed circuit board being omitted.
  • the housing 5 When fully assembled drive the housing 5 is closed with a lid.
  • the connector 3 is preferably made by injection molding of plastic, wherein the metal contacting means 4 are inserted into the mold prior to injection molding and are thus fixed in the connector 3.
  • the assembly of the circuit is carried out as follows:
  • the connector 3 is fastened to the first circuit board 1 by inserting the lower ends of the supports 3b into the associated through-holes of the first circuit board 1 are pressed until the first ends 4a touch the associated contact surfaces with a predetermined pressure. These are then soldered to the associated first ends 4a. The exact positioning of the first ends 4a to the contact surfaces is ensured by the position of the supports 3b and the through holes.
  • the first circuit board 1 with the connector 3 is then mounted on the heat sink 5 by pressing the protruding from the first circuit board 1 lower ends of the supports 3b in the blind holes until the bottom of the first circuit board 1 rests firmly on the flat heat sink 5.
  • the second circuit board 2 is fixed by pressing the second ends 4b into the associated contact holes and upper ends of the posts 3b into the through holes of the second circuit board 2.
  • the bar 3a then touches the second circuit board 2 and thus provides the mutual distance of the two circuit boards 1, 2, which are largely parallel due to the fit of the supports 3b and the through holes.
  • the electronic circuit is positioned, mounted and contacted in total.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, umfassend eine erste Leiterplatte (1) mit elektronischen Bauteilen und eine zweite Leiterplatte (2) mit elektronischen Bauteilen, wobei die Leiterplatten (1, 2) parallel zu ihren Hauptflächen oder in einem spitzen Winkel neben- oder übereinander angeordnet sind. Die Schaltung soll einfacher und preisgünstiger zu fertigen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Leiterplatten (1, 2) mittels eines balkenförmigen Verbinders (3) gehalten, positioniert und elektrisch verbunden sind.

Description

Elektronische Schaltung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, umfassend eine erste Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen und eine zweite Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen, wobei die Leiterplatten parallel zu ihren Hauptflächen oder in einem spitzen Winkel neben- oder übereinander angeordnet sind.
Solche Schaltungen sind an sich bekannt. Sie können intelligente Schaltungen und/ oder Regler umfassen und werden z.B. für elektrische Antriebe genutzt. Besonders im Kraftfahrzeugbau sind beengte Platzverhältnisse zu berücksichtigen, so dass die Antriebe einschließlich der Schaltung bei vergleichsweise hoher Leistung sehr kompakt gebaut sein müssen. Dies bedingt, dass die erforderlichen elektrischen und/oder e- lektronischen Bauteile der Schaltung nicht auf einer einzigen Leiterplatte platziert sein können, sondern dass die Bauteile auf mehrere vergleichsweise kleine Leiterplatten aufgeteilt sein müssen. Diese kleinen Leiterplatten müssen zumindest teilweise untereinander elektrisch verbunden sein und bei parallelen Hauptflächen neben- beziehungsweise untereinander in einem engen Raum angeordnet sein.
Gleichzeitig müssen einige der Bauteile mit einer Wärmesenke verbunden sein, die z.B. ein Teil eines Gehäuses sein kann. Die Leiterplatte mit den Wärme erzeugenden Bauteilen muss dann mit einer Seite auf der Wärmesenke aufliegen, so dass für diese Leiterplatte eine Kontaktierung mittels Einpresskontakten nicht infrage kommt. Denn die Einpresskontakte würden aus der Leiterplatte in Richtung der Wärmesenke herausragen sowie diese berühren, so dass eine elektrische Brücke zwischen den Einpresskontakten gebildet wäre. Daher sind für diese Leiterplatte Kontaktierungsmittel auf ihrer Oberfläche mit den Bauteilen erforderlich. Hierfür sind wire bonding, Kontaktfedern und auf der Oberfläche verlötete Kontakte bekannt.
Weiterhin muss die Schaltung relativ zueinander und gegebenenfalls auf der Wärmesenke positioniert und fixiert sein. Hierfür sind Rahmen bekannt, an denen die Leiterplatten befestigt sind und die zusammen mit diesen z.B. in ein Gehäuse eingesetzt sind. Ein solcher Rahmen ist z.B. in der DE 10 2011 054 818 A1 oder der DE 100 48 377 A1 beschrieben. Der Rahmen ist relativ aufwendig und wenig universell.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen elektrischen Antrieb für eine Lenkhilfe und/ oder automatische Einparkhilfe eines Kraftfahrzeugs.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Schaltung zu schaffen, die bei sehr kompakter Bauweise einfacher und preisgünstiger zu fertigen ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Leiterplatten sind mittels eines balkenförmigen Verbinders gehalten, positioniert und elektrisch verbunden. Aufgrund seiner einfachen Form ist der Verbinder sehr preiswert z.B. im Spritz- guss zu fertigen, wobei elektrische Kontaktmittel gleichzeitig in den Verbinder integriert werden. Ein einziges einfaches Bauteil genügt zum Positionieren, Halten und e- lektrischen Verbinden der Leiterplatten. Die Positionierung ist hierbei so genau, dass die für das Einpressen der Kontaktierungsmittel erforderlichen Toleranzen eingehalten werden können. Gleichzeitig wird ein gegenseitiger Abstand der parallelen Leiterplatten festgelegt.
Die Leiterplatten sind z.B. als PCB (Printed Circuit Board), DCB (Direct Copper Board) oder als IMS (Insulated Metal Substrate, metallischer, einseitig isolierter Träger elektronischer Schaltungen) ausgebildet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die elektronische Schaltung in einem Gehäuse mittels des Verbinders positioniert und gehalten. Das Gehäuse schützt vor Umwelteinflüssen und kann gleichzeitig als Wärmesenke dienen.
In einer weiteren Ausgestaltung sind an beiden Längsenden des Verbinders pfeilerartige Stützen zum Positionieren und Halten der Leiterplatten ausgebildet. Die Stützen sind sehr einfach an den Balken anzuformen. In einer weiteren Ausgestaltung sind in dem Verbinder Kontaktierungsmittel befestigt, deren erste Enden, die der ersten Leiterplatte zugeordnet sind, als Flächenkontakt und deren zweite Enden, die der zweiten Leiterplatte zugeordnet sind, als Einpressstifte ausgebildet sind.
Die Flächenkontakte sind als Federkontakte oder vorzugsweise als zu verlötende Flächen ausgebildet.
Hierdurch ist eine besonders sichere und robuste Kontaktierung gewährleistet bei gleichzeitig einfacher Montierbarkeit.
Anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht auf eine erste Leiterplatte mit Verbinder, Figur 2 eine Draufsicht auf die erste Leiterplatte mit dem Verbinder,
Figur 3 einen Schnitt durch eine Schaltung und
Figur 4 eine perspektivische Ansicht auf die Schaltung eines elektrischen Antriebs ohne eine zweite Leiterplatte.
Wie aus den Figuren 1 bis 3 anhand eines Ausführungsbeispiels ersichtlich umfasst eine elektronische Schaltung zwei Leiterplatten 1 , 2 sowie einen Verbinder 3.
Die Leiterplatten 1 , 2 sind mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (nur in der Figur 4 teilweise dargestellt) bestückt und relativ zueinander positioniert, also relativ zueinander ausgerichtet. Die Leiterplatten sind im Wesentlichen parallel oder in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet. Die Bauteile sind in der allgemein bekannten SMD- Technik (SMD = surface mounted device) auf den Leiterplatten 1 , 2 befestigt. Weiterhin sind die Leiterplatten 1 , 2 miteinander kontaktiert.
Der Verbinder 3 ist im Wesentlichen als langgestreckter Balken 3a mit rechteckigem Querschnitt und mit seitlich angeformten Stützen 3b ausgebildet. Eine Länge des Balkens 3a ist nach einer Anzahl von Kontaktierungsmitteln 4 so bemessen, dass diese einerseits einen ausreichenden gegenseitigen Abstand aufweisen und andererseits erste Enden 4a der Kontaktierungsmittel 4 zugeordnete Kontaktflächen auf der ersten Leiterbahn 1 kontaktieren. Der Querschnitt des Balkens 3a ist entsprechend der erforderlichen mechanischen Stabilität und einem erforderlichen Abstand der Leiterplatten 1, 2 bemessen. Die Kontaktierungsmittel 4 sind so in den Balken 3a integriert, dass ihre Enden 4a, 4b frei aus ihm herausragen.
An beiden Längsenden des Balkens 3a sind einstückig mit diesem die beiden pfeilerartigen Stützen 3b gebildet. Zwischen den Stützen 3b und dem Balken 3a ist ein rechter Winkel gebildet, wobei Längsachsen der Stützen 3b parallel zu Längsachsen der Kontaktierungsmittel 4 verlaufen. Der Balken 3a verläuft in etwa auf halber Höher der Stützen 3b zwischen diesen. Der Balken 3b ist also in etwa zentrisch zu einer Länge der Stützen 3b. Untere Enden der Stützen 3b sind den ersten Enden 4a der Kontaktierungsmittel 4 zugeordnet, das heißt, beide weisen zumindest beim Austritt der ersten Enden 4a in dieselbe Richtung.
Die Stützen 3b weisen einen runden Querschnitt auf, der entweder gegenüber zugeordneten Bohrungen ein Übermaß aufweist oder mit Rippen oder mit dünnen Lamellen versehen ist, die über den Umfang der Stützen 3b gleichmäßig verteilt sind und andere Übermaße aufweisen. Durch die Übermaße wird erreicht, dass die Stützen 3b ohne Spiel und dauerhaft fest in den zugeordneten Bohrungen sitzen.
Eine Anzahl der Kontaktierungsmittel 4 richtet sich nach den elektrischen Erfordernissen und beträgt im Ausführungsbeispiel sieben. Jedes der Kontaktierungsmittel 4 weisen das erste Ende 4a, das der ersten Leiterplatte 1 zugeordnet ist, und ein zweites Ende 4b auf, das der zweiten Leiterplatte 2 zugeordnet ist.
Das erste Ende 4a ist als Stift oder Platte ausgebildet und um 90° so umgebogen, dass es bei montierter erster Leiterplatte 1 eine auf dieser ausgebildete, zugeordnete Kontaktfläche berührt. Jedes erste Ende 4b ist mit der zugehörigen Kontaktfläche entsprechend der SMD- Technik verlötet.
Alternativ ist das erste Ende 4a als Kontaktfeder ausgebildet und nicht mit der Kontaktfläche verlötet. Jedes zweite Ende 4b ist als Einpressstift geformt und einer entsprechenden Kontaktbohrung der zweiten Leiterplatte 2 zugeordnet.
Die erste Leiterplatte 1 liegt mit ihrer nach den Figuren unteren Seite, die der Seite mit den elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen gegenüber liegt, flächig auf einer Wärmesenke 5, die hier Teil eines Gehäuses eines elektrischen Antriebs ist. Auf diese Weise kann Wärme sicher von der ersten Leiterplatte 1 abgeleitet werden.
Die Positionierung und Befestigung der Leiterplatten 1 , 2 erfolgt mittels der Stützen 3b. Hierfür sind in die Leiterplatten 1 , 2 entsprechende Durchgangsbohrungen und in die Wärmesenke 5 entsprechende Sackbohrungen eingelassen. Die Lage der Bohrungen legt somit im Zusammenspiel mit den Stützen 3b die relative Lage der Leiterplatten 1 , 2 zueinander und die Lage der Schaltung auf der Wärmesenke 5 fest. Ein Abstand der Leiterplatten 1 , 2 ist durch eine Höhe des Balkens 3a und die Form der ersten Enden 4a der Kontaktierungsmittel 4 bestimmt. Die Fixierung der Schaltung auf der Wärmesenke 5 und damit auch der Leiterplatten 1, 2 an dem Verbinder 3 ist durch das Übermaß der Stützen 3b bzw. durch die Rippen oder Lamellen gewährleistet.
In der Figur 4 ist eine Draufsicht eines elektrischen Antriebs mit drei der elektronischen Schaltungen dargestellt, wobei eine zweite Leiterplatte weggelassen ist. Bei fertig montiertem Antrieb ist das Gehäuse 5 mit einem Deckel verschlossen.
Anstelle der drei einzelnen zweiten Leiterplatten 2 ist auch eine einzige - entsprechend für die drei Schaltungen ausgebildete - zweite Leiterplatte 2 einsetzbar.
Der Verbinder 3 ist vorzugsweise im Spritzguss aus Kunststoff gefertigt, wobei die metallenen Kontaktierungsmittel 4 vor dem Spritzguss in die Form eingelegt und so in dem Verbinder 3 befestigt sind.
Die Montage der Schaltung wird wie folgt durchgeführt:
Der Verbinder 3 wird an der ersten Leiterplatte 1 befestigt, indem die unteren Enden der Stützen 3b in die zugeordneten Durchgangsbohrungen der ersten Leiterplatte 1 gepresst werden, bis die ersten Enden 4a mit vorbestimmtem Druck die zugeordneten Kontaktflächen berühren. Diese werden dann mit den zugeordneten ersten Enden 4a verlötet. Die exakte Positionierung der ersten Enden 4a zu den Kontaktflächen ist durch die Lage der Stützen 3b und der Durchgangsbohrungen gewährleistet.
Die erste Leiterplatte 1 mit dem Verbinder 3 wird dann auf der Wärmesenke 5 befestigt, indem die aus der ersten Leiterplatte 1 herausragenden unteren Enden der Stützen 3b in die Sackbohrungen gepresst werden, bis die Unterseite der ersten Leiterplatte 1 auf der ebenen Wärmesenke 5 fest aufliegt.
Zum Schluss wird die zweite Leiterplatte 2 befestigt, indem die zweiten Enden 4b in die zugeordneten Kontaktbohrungen und obere Enden der Stützen 3b in die Durchgangsbohrungen der zweiten Leiterplatte 2 gepresst werden. Der Balken 3a berührt dann die zweite Leiterplatte 2 und gibt somit den gegenseitigen Abstand der beiden Leiterplatten 1 , 2 vor, die aufgrund der Passung der Stützen 3b und der Durchgangsbohrungen weitestgehend parallel sind.
Damit ist die elektronische Schaltung insgesamt positioniert, befestigt und kontaktiert.
Bezugszeichenliste
1 erste Leiterplatte
2 zweite Leiterplatte
3 Verbinder
3a Balken
3b Stütze
4 Kontaktierungsmittel 4a erstes Ende
4b zweites Ende
5 Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Elektronische Schaltung, umfassend
eine erste Leiterplatte (1) mit elektronischen Bauteilen,
eine zweite Leiterplatte (2) mit elektronischen Bauteilen,
wobei die Leiterplatten (1 , 2) parallel zu ihren Hauptflächen oder in einem spitzen Winkel neben- oder übereinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (1 , 2) mittels eines balken- förmigen Verbinders (3) gehalten, positioniert und elektrisch verbunden sind.
2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Gehäuse (5) mittels des Verbinders (3) positioniert und gehalten ist.
3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass an beiden Längsenden des Verbinders (3) pfeilerartige Stützen (3b) zum Positionieren und Halten der Leiterplatten (1 , 2) ausgebildet sind.
4. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbinder (3) Kontaktierungsmittel (4) befestigt sind, deren erste Enden (4a), die der ersten Leiterplatte (1) zugeordnet sind, als Flächenkontakt und deren zweite Enden (4b), die der zweiten Leiterplatte (2) zugeordnet sind, als Einpressstifte ausgebildet sind.
5. Elektronische Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Enden (4a) als Kontaktfedern ausgebildet sind.
6. Elektronische Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Enden (4a) als zu verlötende Flächen ausgebildet sind.
PCT/EP2014/071306 2013-10-07 2014-10-06 Elektronische schaltung WO2015052117A1 (de)

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