WO2017072355A1

WO2017072355A1 - Oberflächenmontage bedrahteter bauelemente

Info

Publication number: WO2017072355A1
Application number: PCT/EP2016/076199
Authority: WO
Inventors: Sven Wohlgethan
Original assignee: Smiths Heimann Gmbh
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2017-05-04
Also published as: DE102015118626A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte (103) mit einem darauf montierten elektronischen Bauteil (101) mit Anschlussdrähten (107, 108), die mit jeweiligen Kontaktstellen (111, 112) an der Leiterplatte (103) verlötet sind, wobei die Leiterplatte (103) zwischen den Kontaktstellen (111, 112) für das Bauteil (101) eine Ausnehmung (102) derart aufweist, dass das montierte Bauteil (101 ) die Ausnehmung (102) überspannt und zumindest teilweise in der Ausnehmung (102) angeordnet ist und dass die Anschlussdrähte (107, 108) des Bauteils (101) jeweils parallel zur Leiterplatte (103) verlaufen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Montageverfahren für ein elektronisches Bauteil (103). Schließlich betrifft die Erfindung eine Schaltung zur Hochspannungserzeugung, insbesondere in einem Röntgenstrahlenerzeuger, mit einer Spannungsvervielfacherschaltung, wobei die Schaltung eine erfindungsgemäße Leiterplatte (103) aufweist.

Description

Oberflächenmontage bedrahteter Bauelemente Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Montage von elektronischen Bauelementen auf einer Leiterplatte. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Leiterplatte, auf der wenigstens ein bedrahtetes elektronisches Bauelement, welches im Betrieb eine Hochspannu ng führt, ähnlich der bekannten Oberflächenmontagetechnik befestigt ist, sowie ein entsprechendes Montageverfahren.

Hintergrund der Erfindung

Die Durchstecktechnik (through-hole-Technik, THT) als klassisches Bestückungsverfahren zur Montage elektronischer Bauteile auf Leiterplatten ist bekannt. Dabei wer- den bei einem Bauelement mit Anschlussdrähten (bedrahtetes Bauteil) diese jeweils durch Kontaktlöcher in der Leiterplatte hindurch gesteckt und anschließend durch ein Lötverfahren, beispielsweise konventionelles Handlöten, Wellenlöten, Selektivlöten oder Reflow-Löten mit Kontaktflächen an den Kontaktlöchern der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden.

Elektronische Bauteile für Schaltungen in denen hohe Spannungen, wie beispielsweise mehrere Kilovolt und höher verarbeitet werden, sind aus historischen Gründen überwiegend nur als bedrahtete Bauteile verfügbar. Die Domäne solcher Bauteile war die Fernsehtechnik bei Geräten mit Bildröhren. Damals waren oberflächenmontierte Bauteile (SM Ds) noch unbekannt. Heute ist dieser Markt für solche Hochspannu ngsbauelemente weitergehend verschwunden, da in heutigen Fernsehgeräten ohne Bildröhren keine Hochspannung mehr benötigt wird.

Die Figuren 1 A bis 2B veranschaulichen anhand eines Bauteils 1 , beispielsweise einem elektrischen Widerstand, die bekannte Durchsteckmontage an einer Leiterplatte

(printed circuit board, PCB) 3, in die zunächst entsprechend dem Schaltungslayout für die Bauteile die benötigten Einstecklöcher 5 berechnet und gebohrt worden sind. Zunächst werden die beiden Anschlussdrähte 7 des Bauteils 1 auf die benötigte Länge gekürzt, dann in dieselbe Richtung abgewinkelt, wobei der Abstand der Biegestellen 9 dem Abstand zwischen den zugehörigen zwei Einstecklöchern 5 in der Leiterplatte 3 entspricht. Die Einstecklöcher 5 haben jeweils eine Kontaktfläche 1 1 , die üb- licherweise mit einer Leiterbahn 1 3 verbunden ist. Die Einstecklöcher 5 sind zur

Durchkontaktierung jeweils mit einer Kupferhülse 1 3 versehen. Bei der Montage des Bauteils 1 wird dann jeweils einer der Anschlussdrähte 7 durch sein zugehöriges Einsteckloch 5 hindurch gesteckt. Dann werden die Anschlussdrähte 7 beispielsweise mittels Wellenlöten mit den Lötflächen 1 1 verlötet. Dabei bilden sich zwischen den Anschlussdrähten 7 und den jeweiligen Kontaktflächen 1 1 Teillötstellen 1 5a, wie in Figur 2A vergrößert dargestellt.

Figur 2A zeigt in größerem Detail einen der Anschlussdrähte 5 des Bauteils 1 der Figuren 1 A und 1 B mit der Teillötstelle 1 5a an einem der Einstecklöcher 5. Wenn die Leiterplatte 3 in einem Gerät in einem bestimmten Abstand zu einer Äquipotentialfläche 1 9, beispielsweise einem leitfähigen Gehäuseteil angeordnet ist, und der Anschlussdraht 5 beispielsweise eine Spannung von mehreren Kilovolt führt, kann das sich von dem Anschlussdraht zur Äquipotentialfläche 1 9 hin ausbildende elektrische Feld 1 7a die Durchschlagfeldstärke für das dort angeordnete Material erreichen, übli- cherweise Luft (aber auch Edelgase, Öle oder Vergussmassen sind möglich) erreichen. Um dieses zu vermeiden, müssen die Anschlussdrahtenden 8 auf der Rückseite 3a der Leiterplatte 3 manuell nach gelötet werden, sodass dort eine möglichst halbkugelförmige zweite Teillötstelle 1 5b entsteht. Durch die Halbkugelform der Teillötstelle 1 5 b wird die Verteilung der Feldlinien des elektrischen Feldes 1 7a der Figur 2A derart günstig verändert, dass sich der Feldlinienverlauf des elektrischen Feldes 1 7b in Figur 2B ergibt. Bei dem elektrischen Feld 1 7b verteilen sich die Feldlinien auf einem größeren Raum, sodass die Feldstärke entsprechend verringert ist. Das manuelle Nachlöten als zusätzlicher Fertigungsschritt ist aufwendig und zeitintensiv sowie birgt es Fehlerquellen: Es ist schwierig die halbkugelförmige Teillötstelle 1 3b zuverlässig in gewü nschter Schnelligkeit zu erzeugen, was den Einsatz gut ausgebildeter Fachkräfte erfordert; durch den wiederholten Lötvorgang wird das Bauteil 1 zweimal einer thermischen Belastung durch Löten ausgesetzt; und bei einem manuellen Lötvor- gang ist es immer schwierig, die korrekten Löttemperaturen und Lötzeiten einzuhalten .

DE 1 03 08 81 7 AI zeigt eine Leiterplatte und eine Verfahren zum temporären Fixie- ren bedrahteter Bauteile an der Leiterplatte, um ein Herausfallen der noch nicht verlöteten Bauteile beim Lötvorgang im Reflow-Lötofen auszuschließen. Die Leiterplatte weist in einem Randbereich der Einstecklöcher jeweils eine zusätzliche Ausnehmung auf, in die ein umgebogenes freies Ende eines Anschlussdrahts eingreifen kann, sodass sich das Bauteil mit seinen Anschlussdrähten in der Leiterplatte beim Über- kopftransport einhängen kann. Beim anschließenden Überkopflöten im Reflow- Lötofen kann das Lot während des Lötvorgangs in die Ausnehmungen und in die Einstecklöcher hineinfließen. Bei dieser modifizierten Durchsteckmontage entsteht eine relativ flache Lötstelle auf der Plattenrückseite, weil das jeweilige Drahtanschlussende in der Ausnehmung in der Leiterplatte versenkt und quasi mit Lot ver- graben wurde. Zur gewünschten Beeinflussung des elektrischen Felds müssen ggf. diese flachen Lötstellen aber ebenfalls nachgelötet werden. Diese modifizierte Art der Du rchsteckmontage ist ebenfalls aufwendig, besonders da bei der Herstellung der Einstecklöcher in der Leiterplatte die zusätzlichen Ausnehmungen erzeugt und die Drahtanschlüsse nach dem Durchstecken ein zweites Mal umgebogen werden müs- sen . Außerdem wird ein Auslöten eines defekten Bauteils durch die in den Ausnehmungen eingehakten und dort mit Lot vergrabenen Anschlussdrahtenden deutlich erschwert.

D E 36 36 81 7 AI zeigt in Figur 2 eine Einsteckmontage bei der das Bauteil Anschlus- selemente mit wenigstens annähernd quadratischen Fußplättchen aufweist, die parallel zur Leiterplattenoberfläche verlaufen . Die Einstecklöcher sind als durchkontak- tierte Kapillarbohrungen in der Leiterplatte ausgeführt und so bemessen und in Bezug auf die Lage des auf der Leiterplatte aufgesetzten Bauteils so angeordnet, dass die Fußplättchen bei der Montage in die Kapillarbohrungen hineinragen. Beim Löt- Vorgang fließt Lot von der dem Bauteil abgewandten Seite der Leiterplatte her am Fußplättchen vorbei und bis abseits der M ündung der Kapillarbohrung an die oberhalb des Fußplättchens befindliche Lötflächen an den Anschlusselementen. Für eine temporäre Befestigung des Bauteils an der Leiterplatte kann ein Klebstofftropfen vorgesehen sein . Auch diese Montageart ist besonders aufwendig, insbesondere weil die Anschlusselemente mit den annähernd quadratischen Fußplättchen versehen werden müssen.

Als weiterer Stand der Technik betreffend Schaltungsanordnungen seien hier genannt: DE 1 0 201 3 1 01 266 AI , DE 1 094 827 A, US 201 1 /0 085 31 0 AI ,

US 6 563 056 B1 , D E 1 0 201 2 01 8 751 AI und US 6 235 991 B1 .

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Leiterplatte mit verbesserter Montage bedrah- teter im Betrieb Hochspannung führender elektronischer Bauteile auf einer Leiterplat- te sowie ein entsprechendes Montageverfahren vorzuschlagen, wobei die vorstehend diskutierten Nachteile möglichst vermieden bzw. zumindest reduziert werden sollen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den sich jeweils an- schließenden Unteransprüchen definiert. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Leiterplatte mit montiertem Bauelement beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Montageverfahren und jeweils umgekehrt. Daher wird bezüglich der Offenbarung der einzelnen Aspekte wechselseitig Bezug genommen.

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, in einer Leiterplatte zwischen den Kontaktstellen für ein im Betrieb der Schaltung Hochspannung führendes elektronisches Bauelement eine Ausnehmung vorzusehen, die eine Kontur derart aufweist, dass durch das Einfügen des Bauteils in diese Ausnehmung die Anschlussdrähte des Bau- teils automatisch auf die jeweiligen Kontaktstellen an der Leiterplatte für das Bauteil ausgerichtet werden und das montierte Bauteil nach Verlöten mit den Kontaktstellen die Ausnehmung überspannt und zumindest teilweise in der Ausnehmung angeord- net ist, sodass die Anschlussdrähte des Bauteils jeweils parallel zu der Leiterplatte verlaufen.

Ein erster Aspekt betrifft eine Leiterplatte mit einem darauf montierten elektronischen Bauteil mit Anschlussdrähten, die mit jeweiligen Kontaktstellen an der Leiterplatte verlötet sind. Erfindungsgemäß weist die Leiterplatte zwischen den Kontaktstellen für das Bauteil eine Ausnehmung derart auf, dass das montierte Bauteil die Ausnehmung überspannt und zumindest teilweise in der Ausnehmu ng angeordnet oder eingefügt ist. Weiter verlaufen die Anschlussdrähte des in die Ausnehmung eingefügten Bauteils erfindungsgemäß jeweils parallel zu der Leiterplatte. Bevorzug ist das montierte Bauteil derart in der Ausnehmung angeordnet, dass es diese überspannt und seine Anschlussdrähte parallel zu der Leiterplatte und zur Längsachse des Bauteils liegen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Verlötung des bedrahteten Bauteils mit den zugeordneten Kontaktstellen auf der Leiterplatte ist es nicht mehr, wie bei der Durchsteckmontage im Stand der Technik, erforderlich die Anschlussdrähte umzubiegen. Die Bestückung der Leiterplatte vereinfacht sich entsprechend. An den Kontaktstellen der Leiterplatte sind auch keine Durchstecklöcher mehr erforderlich, sodass bei der Fertigung der Leiterplatte die entsprechenden Bohrschritte und ggf. weitere Fertigungsschritte zur Herstellung von Durchkontaktierungen wegfallen.

Bevorzugt ist die Kontur der Ausnehmung im Wesentlichen zu einem Schattenriss des Bauteils (mathematisch) ähnlich. D. h., die Kontur der Ausnehmung entspricht im Wesentlichen dem Umriss oder Schattenriss des Bauteils, wenn es aus einer Richtung radial zur Längsachse des Bauteils betrachtet wird. Bei Bauteilen mit zwei Anschlussdrähten folgt die Längsachse des Bauteils meist dem Verlauf der Anschlussdrähte. Mathematisch ähnlich soll hier im Wesentlichen bedeuten, dass die Kontur der Ausnehmung in der Leiterplatte durch eine Ähnlichkeitsabbildung in einen Schattenriss des Bauteils übergeführt werden kann. Bevorzugt ist die Ausnehmung etwas größer dimensioniert. Selbstverständlich muss die Kontur der Ausnehmung nicht exakt der Umrisslinie des Bauteils folgen, es reicht völlig aus, wenn das Bauteil bei passender Ausrichtung in die Ausnehmung eingefügt wird, das Bauteil und die Ausnehmung so zusammenwirken, dass sich automatisch die gewünschte Ausrichtung der Anschlussdrähte auf die Kontaktflächen der Leiterplatte einstellt. Damit stellt die Ausnehmung in der Leiterplatte eine Ausrichtungsmittel zum automatischen Ausrichten des Bauteils beim Bestücken der Leiterplatte dar.

Dadurch, dass bei der hier beschriebenen Montage eines bedrahteten Bauteils an einer Leiterplatte die Anschlussdrähte nicht wie bei der Durchsteckmontage im Stand der Technik durch Einstecklöcher in der Leiterplatte hindurch geführt werden müssen, sondern die Anschlussdrähte an den Kontaktflächen parallel zur Leiterplatte ver- laufen, ist das eingangs anhand der Figuren 2A und 2B beschriebene Problem kritischer Feldstärken zwischen Anschlussdrahtenden und benachbarten Äquipotentialflächen im Betrieb der Leiterplatte verringert oder nahezu ausgeschlossen. Die besondere Ausfü hrung der Leiterplatte und Anordnung des Bauteils an der Leiterplatte eignet sich damit besonders für Leiterplatten, deren Schaltungen im Betrieb zum Führen von Hochspannungen von 1 0 kV und höher eingerichtet sind.

Des Weiteren hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass mit Hilfe der Ausnehmung in der Leiterplatte zwischen den jeweiligen Kontaktstellen für das bedrahtete Bauelement der kürzeste Weg auf der Leiterplatte zwischen diesen Kontaktstellen durch die Kontur der Ausnehmung, insbesondere deren Breite quer zur Längsrichtung des Bauteils und/oder der Länge in Längsrichtung des Bauteils, so eingestellt werden kann, dass Kriechströme durch den sich dadurch ergebenden längeren Stromweg zwischen den Kontaktstellen im Betrieb der Leiterplatte verringert werden können. Auch diese Eigenschaft der besonderen Ausführung der Leiterplatte und An- Ordnung des Bauteils an der Leiterplatte eignet sich damit besonders für Leiterplatten, deren Schaltungen im Betrieb zum Führen von Hochspannungen von 1 0kV und höher eingerichtet sind.

Bevorzugt weisen die Anschlussdrähte des Bauteils jeweils eine Länge auf, dass sie im Bereich der zugehörigen Kontaktstellen der Leiterplatte enden. Da die Anschlussdrähte, bei der Bestückung der Leiterplatte nicht umgebogen werden müssen, können die Anschlussdrähte bereits im Vorfeld mit den entsprechenden Längen bereit gestellt werden bzw. können die Bauteile mit einer relativ kurzen Standardlänge der Anschlussdrähte ausgeführt werden, beispielsweise von einigen Millimetern bis zu 1 0 mm. Grundsätzlich kann es aber trotzdem vorteilhaft sein, die Anschlussdrähte des Bauteils auf einer oder beiden Seiten derart zu verbiegen bzw. zu verformen, dass der Verlauf eines verbogenen Anschlussdrahts beispielsweise eine Öse, einen offenen D-Ring, einen offenen Triangel-D-Ring oder ähnliches bildet und so eine Eben definiert. Damit kann eine gewünschte Orientierung des Bauteils in Einbaulage vorbestimmt wer- den, da die eine Ebene aufspannenden Anschlussdrähte ebenfalls bei der Montage sich entsprechend dem Verlauf dieser Ebene parallel zu der Leiterplatte ausrichten werden. Selbstverständlich sollten, wenn beide Anschlussdrähte verformt werden, die auf beiden Seiten dann gebildeten Ebenen im gewünschten Bestückungszustand des Bauteils beide parallel zur Leiterplatte ausgerichtet sein.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät mit einer Leiterplatte gemäß dem vorstehend diskutierten ersten Aspekt, wobei die Leiterplatte im Betrieb wenigstens an einer der Kontaktstellen des Bauteils mit Anschlussdrähten eine Hochspannung von l OkV und höher führt.

Ein dritter Aspekt betrifft ein Montageverfahren für wenigstens ein elektronisches Bauelement mit Anschlussdrähten auf einer Leiterplatte, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Herstellen der Leiterplatte mit Kontaktstellen für das Bauteil und einer Ausnehmung zwischen den wenigstens zwei Kontaktstellen; (b) Aufbringen ei- ner Lötpaste auf die Kontaktstellen; und (c) Montieren des Bauteils durch Anordnen oder Einfügen des Bauteils in die Ausnehmung, sodass das Bauteil die Ausnehmung überspannt und mindestens teilweise in der Ausnehmung angeordnet ist und die Anschlussdrähte des Bauteils jeweils parallel zu der Leiterplatte verlaufen. Besonders bevorzugt wird das Bauteil beim und durch das Einfügen in die Ausnehmung automatisch so ausgerichtet, dass die Anschlussdrähte auf die Kontaktstellen ausgerichtet und damit über den Kontaktstellen angeordnet sind. Weiter ist es bevorzugt im Schritt (a) die Ausnehmung so zu dimensionieren, dass der kürzeste Weg über die Leiterplatte zwischen den Kontaktstellen durch die Länge der Ausnehmung in Längsrichtung des Bauteils und/oder die Breite der Ausnehmu ng quer zur Längsrichtung des Bauteils so eingestellt ist, dass Kriechströme zwischen den Kontaktstellen im Betrieb der Leiterplatte reduziert werden können.

Bevorzugt werden vor dem Schritt (c) die Anschlussdrähte des Bauteils so gekürzt oder das Bauteil mit Anschlussdrähten entsprechender Länge hergestellt, sodass die Anschlussdrähte des Bauteils jeweils eine Länge aufweisen, sodass die Anschlussdrähte im Bereich der zugehörigen Kontaktstelle der Leiterplatte nach Einfügen in die Ausnehmung enden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es aber trotzdem vorteilhaft sein, vor dem Schritt (c) die Anschlussdrähte des Bauteils in einer ausreichenden Länge auszuführen, um sie auf einer oder beiden Seiten derart zu verbiegen bzw. zu verformen, dass der Verlauf des verbogenen Anschlussdrahts beispielsweise eine Öse, einen offenen D-Ring, einen offenen Triangel-D-Ring oder ähnliches bildet und somit eine Eben definiert. Damit kann eine gewünschte Orientierung des Bauteils in Einbaulage vor- bestimmt werden, da ein eine Ebene aufspannender verbogener Anschlussdraht ebenfalls bei der Montage sich entsprechend dem Verlauf der Ebene parallel zur Leiterplatte und damit auch das Bauteil ausrichten werden. Selbstverständlich werden, wenn beide Anschlussdrähte verformt werden, die auf beiden Seiten zu bildenden Ebenen so ausgerichtet, dass beide im Bestückungszustand des Bauteils parallel zur Leiterplatte ausgerichtet sind.

Das Verfahren kann weiter in Schritt (d) ein Verlöten der Anschlussdrähte mit den Kontaktflächen durch Aufschmelzen der Lötpaste in einem Reflow-Ofen aufweisen. Selbstverständlich sind auch andere Lötverfahren, wie z.B. Wellenlöten oder Selektiv- löten, möglich. Die Form der sich an der Lötstelle ausbildenden Lotkugel kann besonders vorteilhaft durch das Einstellen der Menge der aufgebrachten Lötpaste auf die Kontaktstelle beeinflusst werden. Die Erfindung eignet sich besonders für eine im Betrieb Hochspannu ng führende Schaltung, beispielsweise ein Schaltung zur Spannungsvervielfachung um eine Hochspannung zu erzeugen, beispielsweise bestehend aus einer oder mehreren seriell ver- schalteten Villard-Schaltungen, wie sie beispielsweise in Röntgenstrahlenerzeugern zur Anwendung kommen.

Die Erfindung betrifft daher auch einen Röntgenstrahlenerzeuger mit einer Schaltung, die zur Vervielfachung einer Spannung zur Hochspannungserzeugung einge- richtet ist, wobei die Spannungsvervielfacherschaltung eine Leiterplatte des hier beschriebenen ersten Aspektes aufweist. Entsprechend kann die Leiterplatte mit dem vorstehend erläuterten ontageverfahren gemäß dem dritten Aspekt bestückt werden. Bevorzugte Ausführungbeispiele

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnu ngen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausgeführten Merkmale jeweils für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Verwenden finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe „links",„rechts",„oben" und„unten" beziehen sich auf die Zeichnungen in einer Ausrichtung mit normal lesbarer Figurenbezeichnung bzw. normal lesbaren Bezugszeichen. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließend zu verstehen sondern haben beispielhaften Charakter zur Erläuterung der Erfindung. Die detaillierte Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden bei der Beschreibung bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu erschweren.

Die Figuren 1 A bis 2B veranschaulichen anhand eines bedrahteten Bauteils Maßnah- men zur Vermeidung hoher elektrischer Feldstärken bei durchsteckmontierten Bauteilen durch einen zusätzlichen manuellen Lötvorgang auf der Leiterplattenrückseite, mittels dem halbkugelförmige Lötstellen am Anschlussdrahtende ausgeführt werden.

Figur 3A veranschaulicht eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit einem darauf mon- tierten elektronischen Bauteil in einer Querschnittsseitenansicht A-A.

Figur 3B zeigt die Leiterplatte mit dem darauf montierten elektronischen Bauteil der Figur 3A in einer Draufsicht. Figuren 4A und 4B veranschaulichen den Unterschied bei der benötigten Montagehöhe einer erfindungsgemäßen Leiterplatte im Vergleich zu einer mit Durchstecktechnik im Stand der Technik.

Figuren 5A und 5 B veranschaulichen den Stromweg für Kriechströme zwischen zwei Kontaktstellen einer erfindungsgemäßen Leiterplatte im Vergleich zu einer im Stand der Technik.

Figuren 6A und 6B veranschaulichen den dem Bauteil zur Verlustleistungsabgabe zur Verfügung stehenden Freiraum bei einer erfindungsgemäßen Leiterplatte im Ver- gleich zu einer im Stand der Technik.

Figur 7 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Mon- tageverfahrens. Figur 3A zeigt in einem Querschnitt A-A der Figur 3B eine Leiterplatte 1 03 mit einer Ausnehmung 1 02 und einem in die Ausnehmung eingefügten und auf der Leiterplatte montierten elektronischen Bauteil 1 01 mit Anschlussdrähten 1 07, 1 08, die mit je- weiligen Kontaktstellen 1 1 1 , 1 1 2 an der Leiterplatte 1 03 mittels Lötstellen 1 1 5, 1 1 6 verlötet sind. Die Leiterplatte 1 03 weist zwischen den Kontaktstellen 1 1 1 , 1 1 2 für das Bauteil 1 01 die Ausnehmung 1 02 derart auf, dass das montierte Bauteil 1 01 die Ausnehmung 1 02 überspannt und zumindest teilweise in der Ausnehmung 1 02 ange- ordnet ist. In der Figur 3A ist das Bauteil 1 01 fast hälftig in der Ausnehmung 1 02 angeordnet, somit in die Ausnehmung 1 02 eingefügt. Die Anschlussdrähte 1 07, 1 08 des Bauteils 1 01 verlaufen jeweils parallel zu der Leiterplatte 1 03. Die Anschlussdrähte 1 07, 1 08 können dabei auf den Kontaktstellen 1 1 1 , 1 1 2 aufliegen, es kann sich aber auch eine Lotschicht zwischen einem Anschlussdraht 1 07, 1 08 und der zugehö- rigen Kontaktstelle 1 1 1 , 1 1 2 befinden.

Figur 3B zeigt die Anordnung der Figur 3A in der Draufsicht. Figur 3B zeigt weiter entlang welcher Schnittlinie A-A die Seitenansicht der Figur 3A erstellt wurde. Zusätzlich zur Figur 3A ist in der Figur 3B zu erkennen, dass die Kontaktstellen 1 1 1 , 1 1 2 mit jeweiligen Leiterbahnen 1 1 3, 1 1 4 der Leiterplatte 1 03 in üblicher Weise verbunden oder Teil der Leiterbahn sind. Des Weiteren ist in Figur 3B zu erkennen, dass die Kontur der Ausnehmung 1 02 im Wesentlichen einem Schattenriss des Bauteils 1 01 ähnlich ist. Dabei ist die Ausnehmung 1 02 etwas größer als der Schattenriss des Bauteils 1 01 . Die Ausnehmung 1 02 muss im Wesentlichen so beschaffen sein, dass die An- schlussdrähte 1 07, 1 08 bei einem in die Ausnehmung eingefügten Bauteil 1 01 immer auf den jeweiligen Kontaktstellen I I I , 1 1 2 zum Liegen kommt. Damit ist die Ausnehmung 1 02 im Wesentlichen abhängig von der Größe des Schattenrisses des Bauteils und dem gewünschten Abstand der Kontaktstellen von der Ausnehmung. Wenn das Bauteil 1 01 bezüglich der durch seine Anschlussdrähte bestimmten Längsachse rotationssymmetrisch ist, ist sein Schattenriss aus allen radialen Blickrichtungen auf die Längsachse hin gleich. Es gibt jedoch auch Bauelemente die beispielsweise ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Anschlussdrähte aufweisen, aber einen Körper mit beispielsweise einer Quaderform aufweisen. Bei derartigen Bauteilen sind je nach gewählter Blickrichtung verschiedene Schattenrisse denkbar. Bevorzugt wird in solchen Fällen jedoch die Kontur der Ausnehmung 1 02 so gewählt, dass sich im Hinblick auf eine automatisierte Bestückung der Leiterplatte die gewünschte Ausrichtung des Bauteils durch das Zusammenwirken seines Umrisses mit der Kontur der Ausnehmung zuverlässig nutzen lässt.

Die Figu ren 4A und 4B veranschaulichen die vorteilhafte Verringerung der erforderlichen Bauhöhe H einer Leiterplatte 1 03, bei der ein bedrahtetes Bauteil 1 01 gemäß der hier vorgeschlagenen Montage angebracht ist, im Vergleich zu einem mittels Durchsteckmontagetechnik montierten Bauteil 1 im Stand der Technik (Figur 4B). Gut ist in der Figur 4A zu erkennen, dass das montierte Bauteil die Ausnehmung 1 02 überspannt und zumindest teilweise in der Ausnehmung 1 02 angeordnet ist, entsprechend in die Ausnehmung 1 02 eingefügt ist. Des Weiteren ist gut zu erkennen, dass der Anschlussdraht 1 07 des Bauteils 1 01 parallel zur Leiterplatte 1 03 verläuft. Weiter ist der Anschlussdraht 1 07 des Bauteils 1 01 in seiner Länge so ausgeführt, dass der Anschlussdraht im Bereich der zugehörigen Kontaktstelle 1 1 1 - in Figur 4A etwa mittig - endet. Anhand der Figuren 4A und 4B ist gut zu erkennen, dass sich mit Bezug auf eine virtuelle Bezugsfläche R ein größerer Sicherheitsabstand H zwischen dem Bauteil 1 01 und der Bezugsfläche R erreichen lässt als im Vergleich dazu bei der Durchsteckmontage des Standes der Technik mit einem Sicherheitsabstand h wie in Figur 4B gezeigt.

Die Figuren 5A und 5B veranschaulichen die vorteilhafte Auswirkung der gezielten Einstellung des Abstands zwischen den Kontaktstellen eines Bauteils auf der Leiterplatte auf Kriechströme. In der Figur 5A ist die Leiterplatte 1 03 mit zwei Kontaktstellen 1 1 1 , 1 1 2 der zugehörigen Leiterbahnen 1 1 3, 1 1 4 gezeigt. Zwischen den Kontaktstellen I I I , 1 1 2 befindet sich die Ausnehmung 1 02, in die das zu montierendes elektronisches Bauteil 1 01 (wie z. B. in den Figuren 3A bis 4A veranschaulicht) eingefügt werden kann. Durch die Ausnehmung 1 02 können sich Kriechströme nicht mehr direkt von der Kontaktstelle I I I zur Kontaktstelle 1 1 2 oder umgekehrt fließen, sondern müssten die Ausnehmung 1 02 umgehen. Dadurch verlängert sich die effektive Wegstrecke und dementsprechend der Isolationswiderstand zwischen den beiden Kontaktstellen 1 1 1 , 1 1 2. Da die im Betrieb der Schaltung auftretenden Spannungsunterschiede zwischen Kontaktstellen im Vorhinein bekannt sind, kann bei Berücksichtigung der Betriebsbedingungen, welche im Betrieb der Schaltung erwartet wer- den, eine Strecke LL entsprechend durch die Dimensionierung der Länge und/oder der Breite der Ausnehmung 1 02 voreingestellt werden. Im Stand der Technik, der in der Figu r 5B dargestellt ist, kann nur der direkte Abstand zwischen den Kontaktstellen 1 1 u nd 1 2 variiert werden, d. h. bei hochspannungsführenden Schaltungsteilen kann bisher nur ein entsprechend großer Abstand zwischen den Kontaktstellen eingestellt werden, was das Schaltungslayout entsprechend vergrößert.

Die Figuren 6A und 6B veranschaulichen im Vergleich die verbesserte Abgabe von Verlustleistung der hier vorgestellten Leiterplatte mit entsprechend montiertem be- drahteten elektronischen Bauteil. Wie in Figur 6A zu erkennen, steht dem im Betrieb Verlustleistung in Form von Wärme abgebenden Bauteil 1 01 im Wesentlichen der komplette Freiraum (360°) seiner Umgebung zur Wärmeabgabe zur Verfügung.

Demgegenüber steht dem Bauteil 1 bei der klassischen Durchsteckmontage an der Leiterplatte 3, wie in Figur 6B gezeigt, nur der halbe Freiraum (1 80°) für die Wärme- abgäbe zur Verfügung .

Figur 7 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Montageverfahrens für wenigstens ein elektronisches Bauteil mit Anschlussdrähten auf einer Leiterplatte (vgl. Figuren 3A und 3B).

Im Schritt S1 wird eine Leiterplatte (1 03) mit darauf geführten Leiterbahnen

(1 1 3, 1 1 4) und wenigstens zwei Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) für ein elektronisches Bauteil (1 01 ) und einer Ausnehmung (1 02) zwischen den wenigstens zwei Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) hergestellt.

In Schritt S2 wird auf die Kontaktstellen eine Lötpaste aufgebracht.

In Schritt S3 wird das Bauteil in die Ausnehmung eingefügt, wobei das Bauteil die Ausnehmung überspannt, zumindest teilweise in der Ausnehmung angeordnet ist, und die Anschlussdrähte (1 07, 1 08) des Bauteils jeweils parallel zu der Leiterplatte verlaufen. Besonders vorteilhaft ist, dass im Schritt S3 durch das Einfügen in die Ausnehmung das Bauteil automatisch so ausgerichtet wird, dass die Anschlussdrähte über den Kontaktstellen angeordnet sind. In einem Schritt S4 werden die Anschlussdrähte mit den Kontaktflächen durch Aufschmelzen der Lötpaste, beispielsweise in einem Reflow-Ofen, verlötet. Die sich ergebende Form der Lötstellen kann vorteilhaft durch Einstellen der Menge der aufgebrachten Lötpaste im Schritt S2 auf die Kontaktstellen eingestellt werden.

I n bevorzugten Ausführungen des Verfahrens wird im Schritt Sl die Ausnehmung so dimensioniert, dass der kürzeste Weg auf der Leiterplatte zwischen den Kontaktstellen durch die Länge der Ausnehmung in Längsrichtung des Bauteils und/oder durch die Breite der Ausnehmung quer zur Längsrichtung des Bauteils so eingestellt wird, dass Kriechströme zwischen den Kontaktstellen im Betrieb der Leiterplatte verringert werden können.

I n bevorzugten Ausführungen des Verfahrens werden im Schritt S3 die Anschlussdrähte des Bauteils vor der Montage so gekürzt bzw. werden Bauteile mit entspre- chend kurzen Anschlussdrähten verwendet, damit die Anschlussdrähte des Bauteils jeweils eine Länge derart aufweisen, dass sie bei Einfügen des Bauteils in die Ausnehmung jeweils im Bereich der zugehörigen Kontaktstelle der Leiterplatte enden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es vorteilhaft sein, vor im Schritt S3 die An- schlussdrähte des Bauteils auf einer oder beiden Seiten derart zu verbiegen bzw. zu verformen, dass der Verlauf eines verbogenen Anschlussdrahts beispielsweise eine Öse, einen offenen D-Ring, einen offenen Triangel-D-Ring oder ähnliches bildet und somit eine Eben definiert. Dies wird ggf. bei der vorstehend beschriebenen Kürzung der Anschlussdrähte berücksichtigt. Die Verformung eines oder beider Anschlussdräh- te kann zu dem Zweck erfolgen, um eine gewünschte Orientierung des Bauteils in

Einbaulage in der Leiterplatte vorzubestimmen. Beim Einfügen des Bauteils im Schritt S3 wird das Bauteil dann automatisch zusätzlich, wie gewünscht, ausgerichtet, da wenigstens ein eine Ebene aufspannender verbogener Anschlussdraht bei der Montage sich entsprechend dem Verlauf der Ebene parallel zur Leiterplatte ausrichten wird und damit auch das mit dem Anschlussdraht fest verbundene Bauteil. Wenn beide Anschlussdrähte verformt werden, werden die auf beiden Seiten zu bildenden Anschlussdraht-Ebenen auf einander so ausgerichtet, dass diese beide in der Einbaulage des Bauteils parallel zur Leiterplatte ausgerichtet sind.

Abschließend sei angemerkt, dass die vorstehende Beschreibung zur einfacheren Dar- Stellung und Beschreibung von einem elektronischen Bauteil mit zwei Anschlussdrähten ausgeht. Selbstverständlich kann das hier beschriebene Montageverfahren auch auf Bauteile mit mehreren Anschlussdrähten entsprechend angewendet werden. Mit anderen Worten ist die vorliegende Lösung nicht auch bedrahtete Bauteile mit lediglich zwei Anschlussdrähten beschränkt.

Claims

Patentansprüche

1 . Leiterplatte (1 03) mit einem darauf montierten elektronischen Bauteil (1 01 ), welches eingerichtet und bestimmt ist im Betrieb Hochspannung zu führen, mit Anschlussdrähten (1 07, 1 08), die mit jeweiligen Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) an der Leiterplatte (1 03) verlötet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1 03) zwischen den Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) für das Bauteil (1 01 ) eine Ausnehmung (1 02) derart aufweist, dass das montierte Bauteil (1 01 ) die Ausnehmung (1 02) überspannt und zumindest teilweise in der Ausnehmung (1 02) angeordnet ist und dass die Anschlussdrähte (1 07, 1 08) des Bauteils (1 01 ) jeweils parallel zu der Leiterplatte (1 03) verlaufen.

2. Leiterplatte (1 03) nach Anspruch 1 , wobei die Kontur der Ausnehmung (1 02) im Wesentlichen einem Schattenriss des Bauteils (1 01 ) ähnlich ist.

3. Leiterplatte (1 03) nach Anspruch 2, wobei die Ausrichtung der Anschlussdrähte (1 07, 1 08) des Bauteils (1 01 ) durch das Einfügen des Bauteils (1 01 ) in die Ausnehmung (1 02) bestimmt ist.

4. Leiterplatte (1 03) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (1 01 ) im Betrieb der Leiterplatte (1 03) zum Führen einer Hochspannung von mindestens 1 0 Kilovolt eingerichtet ist.

5. Leiterplatte (1 03) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kürzeste Weg (LL) auf der Leiterplatte (1 03) zwischen den Kontaktstellen (I I I , 1 1 2) durch die Länge der Ausnehmung (1 02) in Längsrichtung des Bauteils (1 01 ) und/oder die Breite der Ausnehmung (1 02) quer zu der Längsrichtung des Bauteils (1 01 ) so eingestellt ist, dass Kriechströme zwischen Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) im Be- trieb der Leiterplatte (1 03) im Vergleich zu einer Leiterplatte ohne Ausnehmung vermindert sind.

6. Leiterplatte (1 03) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei die Anschlussdrähte (1 07, 1 08) des Bauteils (1 01 ) jeweils eine Länge aufweisen, dass sie im Bereich der zugehörigen Kontaktstellen (I I I , 1 1 2) der Leiterplatte (1 03) enden.

7. Leiterplatte (1 03) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Anschlussdrähte (1 07, 1 08) des Bauteils (1 01 ) auf einer oder beiden Seiten des Bauteils (1 01 ) derart verformt ist, dass der Verlauf des verformten Anschlussdrahts eine Ebene definiert, beispielsweise in Form einer Öse, eines offenen D- Rings, eines offenen Triangel-D-Rings verformt ist.

8. Gerät mit einer Leiterplatte (1 03) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Leiterplatte (1 03) im Betrieb wenigstens an einer der Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) des Bauteils (1 01 ) mit Anschlussdrähten (1 07, 1 08) eine Hochspannung von mindestens 1 0 Kilovolt führt.

9. Montageverfahren für wenigstens ein elektronisches Bauteil (1 01 ), welches eingerichtet und bestimmt ist im Betrieb Hochspannung zu führen, mit Anschlussdrähten (1 07, 1 08) auf einer Leiterplatte (1 03), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

(a) Herstellen (S1 ) der Leiterplatte (1 03) mit Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) für das

Bauteil (1 01 ) und eine Ausnehmung (1 02) zwischen den wenigstens zwei Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2);

(b) Aufbringen (S2) einer Lötpaste auf Kontaktstellen (I I I , 1 1 2);

(c) Montieren (S3) des Bauteils (1 01 ) durch Einfügen des Bauteils (1 01 ) in die Ausnehmung (1 02), sodass das Bauteil (1 01 ) die Ausnehmu ng (1 02) überspannt und zumindest teilweise in der Ausnehmu ng (1 02) angeordnet ist und die Anschlussdrähte (1 07, 1 08) des Bauteils (1 01 ) jeweils parallel zu der Leiterplatte (1 03) verlaufen.

1 0. Montageverfahren gemäß Anspruch 9, wobei im Schritt (a) das Bauteil (1 01 ) durch das Einfügen in die Ausnehmu ng (1 02) automatisch so ausgerichtet wird, dass die Anschlussdrähte (1 07, 1 08) über den Kontaktstellen (I I I , 1 1 2) angeordnet sind.

1 1 . Montageverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 1 0, wobei das Verfahren weiter den Schritt aufweist:

(d) Verlöten (S4) der Anschlussdrähte (1 07, 1 08) mit den Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) durch Aufschmelzen der Lötpaste in einem Reflow-Ofen.

1 2. Montageverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei im Schritt (b) die Menge der aufgebrachten Lötpaste auf die Kontaktstelle (1 1 1 , 1 1 2) so eingestellt wird, dass sich im Schritt (d) eine gewünschte Form des Lots an der Lötstelle ergibt.

1 3. Montageverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 2, wobei im Schritt (a) die Ausnehmung (1 02) so dimensioniert wird, dass der kürzeste Weg (LL) auf der Leiterplatte (1 03) zwischen den Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) durch die Länge der Ausnehmung (1 02) in Längsrichtung des Bauteils (1 01 ) und/oder die Breite der Ausnehmung (1 02) quer zu der Längsrichtung des Bauteils (1 01 ) so eingestellt ist, dass Kriechströme zwischen den Kontaktstellen (1 1 1 , 1 1 2) im Betrieb der Leiterplatte

(1 03) im Vergleich zu einer Leiterplatte ohne die Ausnehmung vermindert werden.

1 4. Montageverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 1 3, wobei vor dem Schritt (c) die Anschlussdrähte (1 07, 1 08) des Bauteils (1 01 ) so gekürzt werden oder bedrahtete Bauteil (1 01 ) mit Anschlussdrähten (1 07, 1 08) mit einer vorbestimmten Länge derart verwendet werden, dass die Anschlussdrähte (1 07, 1 08) des Bauteils (1 01 ) jeweils nach Montage im Bereich der zugehörigen Kontaktstelle (1 1 1 , 1 1 2) der Leiterplatte (1 03) enden.

1 5. Schaltung zur Hochspannungserzeugung, insbesondere in einem Röntgen- strahlenerzeuger, mit einer Spannungsvervielfacherschaltung, wobei die Schaltung eine Leiterplatte (1 03) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist und wobei die Leiterplatte (1 03) bevorzugt mit einem Montageverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 4 mit wenigstens einem bedrahteten Bauteil (1 01 ) bestückt wurde.