WO2022167390A1 - Befestigungsanordnung eines leiterplattenmontierten bauelements - Google Patents

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WO2022167390A1
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Jadhav VIJAYKUMAR
Maik RÜMMLER
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Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
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Definitions

  • the invention relates to a fastening arrangement for a circuit board-mounted component, in particular a choke coil or interference suppression choke, preferably electronics for an electric motor (motor electronics). It also relates to an electric motor of a motor vehicle, in particular a radiator fan motor, with such a fastening arrangement.
  • Electric motors of the type mentioned are used in a variety of drive systems of a motor vehicle, in particular in the drive for a radiator fan (radiator fan drive or motor), but also, for example, in window regulators, seat adjusters, sunroofs or fans. Especially when used in motor vehicles, it is necessary to suppress interference from the electric motor, in particular to enable undisturbed radio reception (especially in the VHF range) and undisturbed operation of integrated control circuits or the like. The limitation of such radio interference to a permissible level is defined in standards.
  • Electric motors used in drives for actuating elements of a motor vehicle and operated with direct current can be electronically commutated and can be brushless or have brushes, and can also have a mechanical commutator whose commutator bars are connected to the armature windings of the rotor (rotor winding) and to brushes (carbon brushes) of a brush system make a sliding contact.
  • the stator winding of the brushless electric motor and the rotor or armature winding of the brushless electric motor are usually supplied with current in the correct phase.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • suppression chokes are usually used as components for suppressing interference flows through the choke coil.
  • Such an interference suppression choke for an electric motor usually has a coil core (iron core) on which an insulated electrical conductor is wound. The winding or coil ends of the conductor serve as connections (connection pins) for contacting the interference suppression choke, for example on a printed circuit board or circuit board of engine electronics.
  • each brush is usually assigned such a choke coil, each of which is connected to the motor connection (positive pole or negative pole) on the one hand and to the respective brush on the other hand.
  • the motor current In the circuit closed via the commutator of the electric motor, the motor current, based on the technical current direction, flows from the positive pole of the motor voltage via a first choke coil (interference suppression choke) and via the two brushes grinding the commutator and then via the second choke coil (interference suppression choke) to the negative pole of the motor voltage.
  • a first choke coil interference suppression choke
  • interference suppression choke interference suppression choke
  • Such an electric motor with a brush system and specially arranged interference suppression chokes is known, for example, from DE 195 22 329 A1 and from DE 93 16 543 U1.
  • PWM pulse width modulation
  • step signals electrical square-wave pulses
  • duty cycle pulse-pause ratio
  • the (motor) electronics arranged therein are connected to a coil component to eliminate electromagnetic interference variables, the coil component being attached to a printed circuit board of the motor electronics.
  • THT through-hole technology
  • SMD surface mounted device
  • Such SMD components are usually mounted on the printed circuit board in the so-called SMT process (surface-mounting technology) using automatic placement machines and soldering stations, in particular electrically contacted and mechanically fastened (equipped).
  • the connection surfaces of the SMD components on the circuit board can be printed with solder or solder paste using the stencil printing process before assembly.
  • the SMD components are heat-soldered, with the reflow or soft-soldering process typically being used for assembly (assembly) on the top side of the printed circuit board or circuit board.
  • the printed circuit board for the motor electronics which is accommodated in a motor or electronics housing, is often equipped with such an SMT process.
  • soldering pad soldering surface
  • Components or devices assembled using the SMT process such as in particular the inductors or electrolytic capacitors used as interference suppression elements, therefore typically have flattened connections in order to enable reliable contacting of the device on the printed circuit board.
  • the component to be mounted is displaced or tilted on the printed circuit board during the SMT process, in particular during reflow soldering, which in turn leads to incorrect arrangement and/or attachment and thus to inadequate assembly of the component on the printed circuit board.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a particularly suitable fastening arrangement for an (electrical or electronic) component, in particular an interference suppression choke or choke coil, on a printed circuit board, preferably motor electronics of an electric motor.
  • the mounting arrangement of a circuit board mounted component comprises an electrical or electronic component or component and a circuit board having a mounting side and a board back side opposite thereto.
  • the component has a base body and at least one connection, preferably two connections.
  • the printed circuit board has a soldering surface (solder pad) on which the connection of the component is made electrically by means of a solder contacted or contactable, preferably soldered by means of the reflow process.
  • a longitudinal slot is provided which runs parallel to the plane of the printed circuit board and in which the terminal of the component rests with a peripheral section extending in the longitudinal direction of the terminal.
  • connection has a round, in particular circular, connection cross section (cross-sectional area).
  • connection does not have to be flattened, which saves a corresponding work or process step.
  • the coil ends of the coil winding which is typically produced from a round wire provided with insulation, can already be used as a connection without flattening.
  • the peripheral section lying or arranged in the longitudinal slot on the circuit board is a circular segment of the component or component connection, which lies over part or over the entire length of the connection in the longitudinal slot on the circuit board.
  • the longitudinal slot can be provided only in the soldering surface or in this and in the printed circuit board. It is also conceivable that a recess is provided in the printed circuit board in the area of the longitudinal slot of the soldering surface. According to a suitable embodiment, the recess on the printed circuit board side and/or the rear side of the board can have a metal layer on the edge side of the recess. The connection of the component is expediently in contact with at least one of the slot edges of the longitudinal slot.
  • a second soldering surface parallel to the soldering surface can be provided in the circuit board in the region of the soldering surface.
  • the connection of the component is electrically contacted or can be contacted with the second soldering surface.
  • the solder can only create a connection between the connection and the inner soldering surface (inner layer) on the printed circuit board side, in which case this is then the only soldering surface and the upper soldering surface can optionally also be omitted.
  • the solder may connect to only the top (first) pad or to both pads.
  • the component is suitably a choke coil, the coil winding of which forms the base body and the coil ends of which form the respective connection of the component.
  • the component can also be a choke coil with a coil core (iron core), which forms the base body with the coil winding.
  • the device may be a two-terminal electrolytic capacitor.
  • a window-like recess for example completely or partially closed on the peripheral side, is introduced into the printed circuit board, in which recess the base body of the component is seated.
  • its respective connection is led out of the window-like recess for contact with the soldering surface arranged in the region of an edge section of the window-like recess.
  • the fastening arrangement is particularly suitable and provided for an electric motor, in particular for a cooling fan motor of a motor vehicle. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:
  • Fig. 1 shows a top view of a first embodiment of a fastening arrangement for a choke coil with a coil core as an electrical or electronic component (component) on a printed circuit board with a window-like recess for receiving the component and with a metallized printed circuit board recess in the area of slotted soldering surfaces for component connections with (circle -) round connection cross-section,
  • FIG. 2 shows the fastening arrangement according to FIG. 1 in a partially sectioned side view
  • Fig. 3 shows a sectional view along the line III-III in Fig. 1,
  • FIG. 4 shows a top view of a second embodiment of the fastening arrangement of a choke coil with a coil core as a component on a printed circuit board with a slotted outer (surface or mounting side) and with an inner soldering surface for the respective component connection in the area of a printed circuit board recess,
  • Fig. 5 shows a sectional view along the line IV-IV in Fig. 4,
  • FIG. 6 shows a top view of a third embodiment of the fastening arrangement of a choke coil with a coil core as a component on a printed circuit board with a slotted outer (surface or assembly-side) soldering surface for the respective component connection, and
  • Fig. 7 is a sectional view along the line VI-VI in Fig. 6.
  • Figures 1 to 3 show a plan view and a partially sectioned side view or in a sectional view of a first embodiment of a fastening arrangement 1 of a choke coil with a coil core as an electrical (electronic) component or part 2 on a printed circuit board 3.
  • the printed circuit board 3 has a plate top or mounting side 3a and opposite a plate back 3b.
  • the component 2 has a base body 4 which is formed here by the coil core (iron core) 6 around which a coil or coil winding 5 is wound.
  • the fastening arrangement 1 is particularly suitable for an electric motor, in particular for a cooling fan motor of a motor vehicle, with the component 2 being an interference suppression choke.
  • the printed circuit board 3 has a window-like recess 7 for receiving the component 2, in which recess 7 the component 2 rests with its base body 4. Opposite connections 8 of the component 2 are brought out of the circuit board-side recess 7 . On opposite edge sides of the window-like recess 7 , the printed circuit board 3 has a solder pad 9 for making electrical contact with the respective terminal 8 of the component 2 and for mechanically fastening it on the printed circuit board 3 using a solder 10 .
  • the soldering process is preferably carried out using the reflow method.
  • a longitudinal slot 11 running parallel to the printed circuit board plane xy is provided (FIGS. 1 and 3).
  • the soldering surface 9 extends in the x-direction on the mounting side 3a of the circuit board 3 . This direction corresponds here to the connection longitudinal direction L of the connection 8 of the component 2.
  • the length LA of that connection section with which the connection 8 corresponds to the soldering surface 9, i.e. rests against or rests on it, is smaller in the exemplary embodiment than the length LF of the Soldering surface 9.
  • the length of the longitudinal slot 11 here corresponds approximately to the length LA of the connection 8 or of the corresponding connection section of the component 2.
  • the soldering surface 9 thus has an approximately egg-shaped surface contour in the circuit board plane xy.
  • the component 2 with its base body 4 protrudes beyond the printed circuit board 3 on its mounting side 3a and on its rear side 3a.
  • the component 2 can thus be cooled from both sides during the soldering or reflow process.
  • the structure or the total thickness of the fastening arrangement 1 less, at least by the thickness of the printed circuit board 3, than when the component 2 is mounted on the mounting side 3a of the printed circuit board 3 without a window-like recess 7.
  • the longitudinal slot 11 is provided both in the soldering surface 11 and in the printed circuit board 3 in this embodiment variant.
  • the longitudinal slot 11 extends into the circuit board 2 in the region of the soldering surface 9 and can pass through it partially or completely.
  • This circuit board recess 12 aligned with the longitudinal slot 11 is preferably provided with a metal layer 13 . This also extends in areas or partially to the back of the board 3b of the printed circuit board 3.
  • connection 8 of the component 2 has a round, in particular circular, connection cross section (cross-sectional area) 14 .
  • the connection 8 of the component 2 lies with a peripheral section 15 extending in the connection longitudinal direction L in the longitudinal slot 11 on the circuit board side.
  • the peripheral section 15 of the connection 8 lying in the longitudinal slot 11 on the printed circuit board is a circular segment of the component connection 8 with which the connection 8 lies in the longitudinal slot 11 on the printed circuit board over its length LA.
  • a connection secant 16 of the connection 8 of the component 2 thus lies in the longitudinal slot 11 on the circuit board side.
  • the component 2 is therefore reliably positioned in its desired position even during the soldering or reflow process.
  • connection 8 of the component 2 is in contact with both slot edges 17 of the longitudinal slot 11 facing one another.
  • a second soldering surface 9' is provided in the printed circuit board 3 in the region of the soldering surface 9 and is parallel thereto.
  • the longitudinal slot 11 extends into the printed circuit board 3 below the soldering surface 9 provided on the mounting side 3a.
  • the circuit board recess 12 is again provided below the inner (second) soldering surface 9', which can also form the sole soldering surface if the upper (first) soldering surface 9 is omitted or omitted.
  • connection 8 of the component 2 is electrically contacted at least with the second soldering surface 9' by means of solder 10.
  • the solder 10 can only establish a connection between the connection 8 and the second inner soldering surface (inner layer) 9' on the printed circuit board side or only with the upper (first) soldering surface 9 or with both soldering surfaces 9, 9'. This results in an increased current-carrying capacity in the area of the soldered connection.
  • the inner soldering surface 9' is also accessible from the back of the board 3b via the circuit board recess 12, for example for connecting another component.
  • the longitudinal slot 11 is only provided in the soldering surface 9, ie it does not extend into the printed circuit board 3.
  • the respective terminal 8 of the component 2 in turn has a circular terminal cross section (cross-sectional area) 14 and lies in the longitudinal slot 11 with a peripheral section 15 extending in the longitudinal direction L of the terminal.
  • the component 2 is positioned reliably and likewise quasi self-aligning in its target position, even during the soldering or reflow process.
  • the invention relates to a fastening arrangement 1 for a circuit board-mounted component 2, in particular a choke coil, having the component 2 with at least one connection 8 and a circuit board 3 with at least one soldering surface 9, 9', on or with which the connection 8 of the component 2 is soldered or is or can be welded, with a longitudinal slot 11 is provided, in which the connection 8 of the component 2, in particular only with a connection extending in the longitudinal direction L peripheral portion 15 or viewed in cross section with a connection secant 16 rests.
  • the component 2 can also be an electrolytic capacitor with two terminals 8 .
  • its two connections 8 are guided out of the window-like recess 7 on the same side of the latter and there in each case to a soldering surface 9, 9' on the edge of the printed circuit board 3.
  • the solution described can be used in various designs of motor vehicle applications, such as door and tailgate systems, window regulators, vehicle locks, adjustable seat and interior systems, and electric drives, controls, sensors and their arrangement in the vehicle .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung (1) eines leiterplattenmontierten Bauelements (2), insbesondere einer Drosselspule oder Entstördrossel, aufweisend ein Bauelement (2) mit mindestens einem Anschluss (8) und eine Leiterplatte (3) mit mindestens einer Lötfläche (9, 9'), an welcher der Anschluss (8) des Bauelements (2) mittels eines Lotes (10) elektrisch kontaktiert ist, wobei im Bereich der Lötfläche (9, 9') ein parallel zur Leiterplattenebene (xy) verlaufender Längsschlitz (11) vorgesehen ist, in welchem der Anschluss (8) des Bauelements (2) miteinem sich in Anschlusslängsrichtung (L) erstreckenden Umfangsabschnitt (15) einliegt.

Description

Beschreibung
Befestigungsanordnung eines leiterplattenmontierten Bauelements
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung eines leiterplattenmontierten Bauelements, insbesondere einer Drosselspule oder Entstördrossel, vorzugsweise einer Elektronik eines Elektromotors (Motorelektronik). Sie betrifft weiter einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Kühlerlüftermotor, mit einer solchen Befestigungsanordnung.
Elektromotoren der genannten Art werden in vielfältigen Antriebssystemen eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, insbesondere im Antrieb für einen Kühlerlüfter (Kühlerlüfterantrieb oder-motor), jedoch beispielsweise auch in Fensterhebern, Sitzverstellungen, Schiebedächern oder Gebläsen. Speziell bei Verwendung in Kraftfahrzeugen ist es notwendig, den Elektromotor zu entstören, insbesondere um einen ungestörten Radioempfang (insbesondere im UKW-Bereich) sowie einen ungestörten Betrieb von integrierten Steuerschaltungen oder dergleichen zu ermöglichen. Die Begrenzung derartiger Funkstörungen auf ein zulässiges Maß ist in Normen festgelegt.
In Antrieben für Stellelemente eines Kraftfahrzeugs eingesetzte und mit Gleichstrom betriebene Elektromotoren können elektronisch kommutiert und dabei bürstenlos oder bürstenbehaftet sein, und dazu einen mechanischen Kommutator aufweisen, dessen Kommutatorlamellen mit den Ankerwicklungen des Rotors (Rotorwicklung) verbunden sind und mit Bürsten (Kohlebürsten Bürstenkohlen) eines Bürstensystems einen Schleifkontakt herstellen. Infolge einer Rotation der Motorwelle wird beim bürstenlosen Elektromotor üblicherweise dessen Statorwicklung und beim bürstenlosen Elektromotor dessen Rotor- oder Ankerwicklung phasenrichtig bestromt.
Beim elektromotorischen Betrieb entstehen vom Elektromotor erzeugte und in die Umgebung abgestrahlte elektromagnetische Wellen im hochfrequenten Bereich. Dies führt zu Störungen (Funkstörungen) technischer Geräte in der Umgebung des Elektromotors, was der Forderung nach der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) widerspricht, nämlich solche elektromagnetischen Störungen zu unterbinden. Um die EMV eines solchen Elektromotors herzustellen, ist es üblich, die Elektronik des Elektromotors (Motorelektronik) bzw. das Bürstensystem mit Bauelementen zur Entstörung (Entstörelementen) auszurüsten.
Als Bauelemente zur Entstörung dienen üblicherweise alternativ zu oder in Kombination mit Kondensatoren zur Bedämpfung hochfrequenter Störschwingungen in der Regel auch Entstördrosseln (Drosselspulen), die einen hohen Widerstand für hochfrequente Signale darstellen und diese zur Vermeidung einer Abstrahlung über Zuleitungen dämpfen, während der Motorstrom praktisch verlustfrei die Drosselspule durchfließt. Eine derartige Entstördrossel für einen Elektromotor weist üblicherweise einen Spulenkern (Eisenkern) auf, der mit einem isolierten elektrischen Leiter bewickelt ist. Die Wickel- oder Spulenenden des Leiters dienen als Anschlüsse (Anschlusspins) zur Kontaktierung der Entstördrossel, beispielsweise auf einer Leiterplatte oder Platine einer Motorelektronik.
Bei einem bürstenbehafteten Elektromotor mit einem beispielsweise zwei Bürsten aufweisenden Bürstensystem ist üblicherweise jeder Bürste eine solche Drosselspulen zugeordnet, von denen jede einerseits gegen den Motoranschluss (Plus- Pol oder Minus-Pol) geschaltet und andererseits mit der jeweiligen Bürste verbunden ist. Im über den Kommutator des Elektromotors geschlossenen Stromkreis fließt der Motorstrom bezogen auf die technische Stromrichtung ausgehend vom Plus-Pol der Motorspannung über eine erste Drosselspule (Entstördrossel) sowie über die beiden den Kommutator beschleifenden Bürsten und anschließend über die zweite Drosselspule (Entstördrossel) zum Minus-Pol der Motorspannung. Ein derartiger Elektromotor mit einem Bürstensystem und speziell angeordneten Entstördrosseln ist beispielsweise aus der DE 195 22 329 A1 und aus der DE 93 16 543 U1 bekannt.
Bei einem bürstenlosen (elektronisch kommutierten) Elektromotor erfolgt die Ansteuerung häufig unter Verwendung der sogenannten Pulsweitenmodulation (PWM), bei der elektrische Rechteckimpule (Sprungsignale) mit vorgegebenem oder vorgebbarem Puls-Pausen-Verhältnis (duty cycle) im kHz- bis MHz-Bereich erzeugt werden, die beispielsweise eine sinusförmige Ansteuercharakteristik des Elektromotors möglichst genau nachbilden. Da im Bereich der Wicklungen und der Zuleitungen des Elektromotors die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen praktisch unvermeidbar ist, die beispielsweise auf die Elektronik oder auf andere Aggregate und Verbraucher in der Nähe des Elektromotors wirken, ist eine zuverlässig Entstörung einer solchen elektrischen Maschinen erforderlich.
Bei einem beispielsweise aus der DE 11 2009 002 657 T5 bekannten elektrischen Verdichter mit einem Elektronikgehäuse ist die darin angeordnete (Motor-)Elek- tronik mit einer Spulenkomponente zur Beseitigung von elektromagnetischen Störgrößen verbunden, wobei die Spulenkomponente an einer Leiterplatte der Motorelektronik befestigt ist.
Während bei der sogenannten Durchsteckmethode (through-hole technologie, THT) die Anschlüsse (Anschlussdrähte, Anschlusspins) von elektrischen oder elektronischen Bauelementen durch Bestückungslöcher einer Leiterplatte geführt und auf deren Rückseite verlötet werden, entfällt dies bei oberflächenmontierten Bauelementen (surface mounted device, SMD). Dadurch ist nicht nur eine beidseitige Bestückung der Leiterplatte (Platine) möglich, sondern es werden auch die elektrischen Eigenschaften erstellter Schaltungen, insbesondere speziell bei höheren Frequenzen, positiv beeinflusst.
Derartige SMD-Bauteile werden in der Regel im sogenannten SMT-Prozess (surface-mounting technology) mittels Bestückungsautomaten und Lötstationen auf der Leiterplatte montiert, insbesondere elektrisch kontaktiert und mechanisch befestigt (bestückt). Die Anschlussflächen der SMD-Bauteile auf der Leiterplatte (printed circuit board, PCB) können hierbei vor dem Bestücken mit Lot oder Lotpaste nach dem Schablonendruck-Verfahren bedruckt werden. Nach dem Bestücken werden die SMD-Bauteile mit Wärme gelötet, wobei für die Montage (Bestückung) auf der Oberseite der Leiterplatte oder Platine typischerweise das Wiederaufschmelz- oder Weichlötverfahren (Reflow-Verfahren) angewendet wird. Auch bei Elektromotoren von Stellantrieben eines Kraftfahrzeugs erfolgt die Bestückung der Leiterplatte der Motorelektronik, die in einem Motor- oder Elektronikgehäuse aufgenommen ist, häufig durch einen solchen SMT-Prozess. Allerdings ist insbesondere bei rund ausgeführten Anschlüssen (Anschlussdrähten) der Bauelemente deren Positionsausrichtung auf dem jeweiligen Lötpad (Lötkissen, Lötfläche) der Leiterplatte problematisch, was wiederum zu weiteren Montageproblemen der Motorelektronik im Gehäuse oder an einem Kühlkörper führen kann.
Mit dem SMT-Prozess montierte Komponenten oder Bauelemente, wie insbesondere die als Entstörelemente eingesetzten Drosselspulen oder Elektrolytkondensatoren, weisen daher typischerweise abgeflachte Anschlüsse auf, um eine zuverlässige Kontaktierung des Bauelementes auf der Leiterplatte zu ermöglichen. Allerdings besteht hierbei dennoch der Nachteil, dass das zu montierende Bauelement während des SMT-Prozesses, insbesondere beim Reflow-Löten, auf der Leiterplatte verschoben oder verkippt wird, was wiederum zu einer fehlerhaften Anordnung und/oder Befestigung und somit zu einer unzureichenden Montage des Bauelementes auf der Leiterplatte führen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Befestigungsanordnung eines (elektrischen oder elektronischen) Bauelementes, insbesondere einer Entstördrossel oder Drosselspule, auf einer Leiterplatte, vorzugsweise einer Motorelektronik eines Elektromotors, anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Varianten bzw. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche (Unteransprüche).
Die Befestigungsanordnung eines leiterplattenmontierten Bauelements weist ein elektrisches oder elektronisches Bauelement oder Bauteil und eine Leiterplatte mit einer Montageseite und mit einer dieser gegenüberliegenden Plattenrückseite auf. Das Bauelement weist einen Grundkörper und mindestens einen Anschluss, vorzugsweise zwei Anschlüsse, auf. Die Leiterplatte weist eine Lötfläche (solder pad) auf, an welcher der Anschluss des Bauelements mittels eines Lotes elektrisch kontaktiert oder kontaktierbar, vorzugsweise mittels des Reflow-Verfahrens verlötet, ist.
Im Bereich der Lötfläche, insbesondere auf der Montageseite der Leiterplatte, ist ein parallel zur Leiterplattenebene verlaufender Längsschlitz vorgesehen, in welchem der Anschluss des Bauelements mit einem sich in Anschlusslängsrichtung erstreckenden Umfangsabschnitt einliegt. Mit anderen Worten liegt der Anschluss des Bauelementes durchstecklos an der Lötfläche an, ist also nicht nach der Durchsteckmethode durch ein Bestückungsloch der Leiterplatte hindurchgeführt und zweckmäßigerweise auch nicht auf der Plattenrückseite verlötet.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Bauelementes weist dessen jeweiliger Anschluss einen runden, insbesondere kreisrunden, Anschlussquerschnitt (Querschnittsfläche) auf. Mit anderen Worten muss der Anschluss nicht abgeflacht sein, was einen entsprechenden Arbeits- oder Prozessschritt einspart. Insbesondere bei einer Drosselspule als Bauelement können daher bereits die Spulenanden der typischerweise aus einem runden, mit einer Isolierung versehenen Draht hergestellten Spulenwicklung ohne Abflachung als Anschluss herangezogen werden. Im Querschnitt betrachtet ist der in dem leiterplattenseitigen Längsschlitz einliegende oder angeordnete Umfangsabschnitt ein Kreissegment des Bauelement- oder Bauteilanschlusses, der über einen Teil der oder über die gesamte Länge des Anschlusses im leiterplattenseitigen Längsschlitz einliegt.
Der Längsschlitz kann lediglich in der Lötfläche oder in dieser und in der Leiterplatte vorgesehen sein. Auch ist es denkbar, dass im Bereich des Längsschlitzes der Lötfläche eine Ausnehmung in der Leiterplatte vorgesehen ist. Dabei kann gemäß einer geeigneten Ausgestaltung die leiterplattenseitige Ausnehmung und/oder die Plattenrückseite randseitig der Ausnehmung eine Metallschicht aufweisen. Zweckmäßigerweise liegt der Anschluss des Bauelements an zumindest einem der Schlitzränder des Längsschlitzes an.
Zusätzlich oder alternativ kann im Bereich der Lötfläche eine zu dieser parallele zweite Lötfläche in der Leiterplatte vorgesehen sein. Bei dieser Variante ist es vor- teilhaft, dass der Anschluss des Bauelements mit der zweiten Lötfläche elektrisch kontaktiert oder kontaktierbar ist. Dabei kann das Lot lediglich eine Verbindung zwischen dem Anschluss und der leiterplattenseitig inneren Lötfläche (inner layer) herstellen, wobei diese dann die einzige Lötfläche ist und die obere Lötfläche gegebenenfalls auch entfallen kann. Auch kann das Lot eine Verbindung nur mit der oberen (erste) Lötfläche oder mit beiden Lötflächen herstellen.
Das Bauelement ist geeigneter Weise eine Drosselspule, deren Spulenwicklung den Grundkörper und deren Spulenenden den jeweiligen Anschluss des Bauelements bilden. Auch kann das Bauelement eine Drosselspule mit einem Spulenkern (Eisenkern) sein, der mit der Spulenwicklung den Grundkörper bildet. Zudem kann das Bauelement ein Elektrolytkondensator mit zwei Anschlüssen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist in die Leiterplatte eine fensterartige, beispielsweise umfangsseitig vollständig oder teilweise geschlossene, Ausnehmung eingebracht, in welcher der Grundkörper des Bauelementes einsitzt. Dabei ist dessen jeweiliger Anschluss aus der fensterartigen Ausnehmung zur Anlage an der im Bereich eines Randabschnitts der fensterartigen Ausnehmung angeordneten Lötfläche herausgeführt. Durch die Anordnung des Bauelementes bzw. dessen Grundkörpers in der leiterplattenseitigen Ausnehmung kann vorteilhafterweise das Bauelement während des Lötprozesses von beiden (Leiterplatten-)Seiten gekühlt werden. Zudem ist der Aufbau der Befestigungsanordnung in Richtung normal (senkrecht) zur Leiterplattenebene um die Leiterplattendicke reduziert.
Im Falle einer Drosselspule als Bauelement sind deren bzw. dessen Anschlüsse auf gegenüberliegenden Randseiten der fensterartigen Ausnehmung aus dieser heraus und dort an eine jeweilige Lötfläche der Leiterplatte geführt. Im Falle eines Kondensators als Bauelement sind dessen beiden Anschlüsse auf der gleichen Seite der fensterartigen Ausnehmung aus dieser heraus und dort jeweils an eine randseitige Lötfläche der Leiterplatte geführt.
Die Befestigungsanordnung ist besonders für einen Elektromotor, insbesondere für einen Kühlerlüftermotor eines Kraftfahrzeugs geeignet und vorgesehen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in einer Draufsicht eine erste Ausführung einer Befestigungsanordnung einer Drosselspule mit Spulenkern als elektrisches bzw. elektronisches Bauelement (Bauteil) auf einer Leiterplatte mit einer fensterartigen Ausnehmung zur Aufnahme des Bauteils sowie mit einer metallisierten Leiterplattenausnehmung im Bereich von geschlitzten Lötflächen für Bauelementanschlüsse mit (kreis-)rundem Anschlussquerschnitt,
Fig. 2 die Befestigungsanordnung gemäß Fig. 1 in teilweise geschnittener Seitenansicht,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie Ill-Ill in Fig. 1 ,
Fig. 4 in einer Draufsicht eine zweite Ausführung der Befestigungsanordnung einer Drosselspule mit Spulenkern als Bauelement auf einer Leiterplatte mit einer geschlitzten äußeren (oberflächen- oder montageseitigen) und mit einer inneren Lötfläche für den jeweiligen Bauelementanschluss im Bereich einer Leiterplattenausnehmung,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV in Fig. 4,
Fig. 6 in einer Draufsicht eine dritte Ausführung der Befestigungsanordnung einer Drosselspule mit Spulenkern als Bauelement auf einer Leiterplatte mit einer geschlitzten äußeren (oberflächen- oder montageseitigen) Lötfläche für den jeweiligen Bauelementanschluss, und
Fig. 7 eine Schnittdarstellung entlang der Linie Vl-Vl in Fig. 6.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen in einer Draufsicht und in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht bzw. in einer Schnittdarstellung eine erste Ausführung einer Befestigungsanordnung 1 einer Drosselspule mit Spulenkern als elektrisches (elektronisches) Bauelement oder Bauteil 2 auf einer Leiterplatte 3. Die Leiterplatte 3 weist eine Plattenober- oder Montageseite 3a und gegenüberliegend eine Plattenrückseite 3b auf. Das Bauteil 2 weist einen Grundkörper 4 auf, der hier vom mit einer Spule oder Spulenwicklung 5 umwickelten Spulenkern (Eisenkern) 6 gebildet ist. Die Befestigungsanordnung 1 ist besonders für einen Elektromotor, insbesondere für einen Kühlerlüftermotor eines Kraftfahrzeugs, geeignet, wobei das Bauelement 2 eine Entstördrossel ist.
Die Leiterplatte 3 weist eine fensterartige Ausnehmung 7 zur Aufnahme des Bauelements 2 auf, in welcher Ausnehmung 7 das Bauelement 2 mit dessen Grundkörper 4 einliegt. Einander gegenüberliegende Anschlüsse 8 des Bauelementes 2 sind aus der leiterplattenseitigen Ausnehmung 7 herausgeführt. An einander gegenüberliegenden Randseiten der fensterartigen Ausnehmung 7 weist die Leiterplatte 3 jeweils eine Lötfläche (solder pad) 9 zur elektrischen Kontaktierung des jeweiligen Anschlusses 8 des Bauelementes 2 und zu dessen mechanischer Befestigung auf der Leiterplatte 3 mittels eines Lotes 10 auf. Der Lötprozess erfolgt vorzugsweise mittels des Reflow-Verfahrens.
Im Bereich der jeweiligen Lötfläche 9, hier auf der Montageseite 3a der Leiterplatte 3, ist ein parallel zur Leiterplattenebene xy verlaufender Längsschlitz 11 vorgesehen (Fig. 1 und 3). Die Lötfläche 9 erstreckt sich auf der Montageseite 3a der Leiterplatte 3 in x-Richtung. Diese Richtung entspricht hier der Anschlusslängsrichtung L des Anschlusses 8 des Bauelementes 2. Die Länge LA desjenigen Anschlussabschnitts, mit welchem der Anschluss 8 mit der Lötfläche 9 korrespondiert, also an dieser anliegt bzw. auf dieser aufliegt, ist im Ausführungsbeispiel kleiner als die Länge LF der Lötfläche 9. Die Länge des Längsschlitzes 11 entspricht hier etwa der Länge LA des Anschlusses 8 bzw. des entsprechenden Anschlussabschnitts des Bauelementes 2. Die Lötfläche 9 weist somit eine etwa Eiförmige Flächenkontur in der Leiterplattenebene xy auf.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, überragt das Bauelement 2 mit dessen Grundkörper 4 die Leiterplatte 3 auf deren Montageseite 3a und auf deren Plattenrückseite 3a. Somit kann das Bauelement 2 während des Löt- oder Reflow-Prozesses von beiden Seiten gekühlt werden. Zudem ist der Aufbau bzw. die Gesamtdicke der Be- festigungsanordnung 1 geringer, zumindest um die Dicke der Leiterplatte 3, als bei einer Montage des Bauelementes 2 auf der Montageseite 3a der Leiterplatte 3 ohne fensterartige Ausnehmung 7.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist bei dieser Ausführungsvariante der Längsschlitz 11 sowohl in der Lötfläche 11 als auch in der Leiterplatte 3 vorgesehen. Mit anderen Worten erstreckt sich der Längsschlitz 11 im Bereich der Lötfläche 9 in die Leiterplatte 2 hinein und kann diese teilweise oder vollständig durchsetzen. Diese, mit dem Längsschlitz 11 fluchtende Leiterplattenausnehmung 12 ist vorzugsweise mit einer Metallschicht 13 versehen. Diese erstreckt sich bereichs- oder teilweise auch auf die Plattenrückseite 3b der Leiterplatte 3.
Der jeweilige Anschluss 8 des Bauelements 2 weist einen runden, insbesondere kreisrunden, Anschlussquerschnitt (Querschnittsfläche) 14 auf. Der Anschluss 8 des Bauelements 2 liegt mit einem sich in Anschlusslängsrichtung L erstreckenden Umfangsabschnitt 15 im leiterplattenseitigen Längsschlitz 11 ein. Im Querschnitt betrachtet ist der in dem leiterplattenseitigen Längsschlitz 11 einliegende Umfangsabschnitt 15 des Anschlusses 8 ein Kreissegment des Bauteilanschlusses 8, mit welchem der Anschluss 8 über dessen Länge LA im leiterplattenseitigen Längsschlitz 11 einliegt. Bezogen auf den kreisförmigen Anschlussquerschnitt 14 liegt somit eine Anschlusssekante 16 des Anschlusses 8 des Bauelementes 2 im leiterplattenseitigen Längsschlitz 11 ein. Daher ist das Bauelement 2 zuverlässig in dessen Soll-Lage auch während des Löt- oder Reflow-Prozesses positioniert.
Ein Verschwenken, Verkippen oder Verschieben des Bauelementes 2 während des Montage- oder Befestigungsprozesses ist somit zuverlässig verhindert, zumal der Längsschlitz 11 quasi eine Selbstausrichtung des Bauelementes 2 bewirkt, zumindest aber unterstützt. Daher kann auch ein solches Bauelement 2 mit einem runden, insbesondere kreisrunden, Anschlussquerschnitt 14 sicher auf der Leiterplatte 3 montiert werden. Bei dieser Ausführungsvariante liegt der Anschluss 8 des Bauelements 2 an beiden, einander zugewandten Schlitzrändern 17 des Längs- schlitzes 11 an. Bei der Ausführungsvariante gemäß den Figuren 4 und 5 ist im Bereich der Lötfläche 9 eine zu dieser parallele zweite Lötfläche 9‘ in der Leiterplatte 3 vorgesehen. Dabei erstreckt sich der Längsschlitz 11 unterhalb der auf der Montageseite 3a vorgesehenen Lötfläche 9 in die Leiterplatte 3 hinein. Unterhalb der inneren (zweiten) Lötfläche 9‘, welche auch unter Wegfall oder Entfall der oberen (ersten) Lötfläche 9 die alleinige Lötfläche bilden kann, ist wiederum die Leiterplattenausnehmung 12 vorgesehen.
Bei dieser Variante ist es vorteilhaft, dass der Anschluss 8 des Bauelements 2 zumindest mit der zweiten Lötfläche 9‘ mittels Lot 10 elektrisch kontaktiert ist. Dabei kann das Lot 10 lediglich eine Verbindung zwischen dem Anschluss 8 und der zweiten, leiterplattenseitig inneren Lötfläche (inner layer) 9‘ oder auch nur mit der oberen (erste) Lötfläche 9 oder mit beiden Lötflächen 9, 9‘ herstellen. Hierdurch ist eine vergrößerte Stromtragfähigkeit im Bereich der Lötverbindung gegeben. Zudem ist über die Leiterplattenausnehmung 12 die innere Lötfläche 9‘ auch von der Plattenrückseite 3b her zugänglich, beispielsweise für einen Anschluss eines anderen Bauelementes.
Bei der Ausführungsvariante gemäß den Figuren 6 und 7 ist der Längsschlitz 11 lediglich in der Lötfläche 9 vorgesehen, erstreckt sich also nicht in die Leiterplatte 3 hinein. Der jeweilige Anschluss 8 des Bauelements 2 weist wiederum einen kreisrunden Anschlussquerschnitt (Querschnittsfläche) 14 auf und liegt mit sich in Anschlusslängsrichtung L erstreckendem Umfangsabschnitt 15 im Längsschlitz 11 ein. Auch bei dieser Variante ist das Bauelement 2 zuverlässig und ebenfalls quasi selbstausrichtend in dessen Soll-Lage auch während des Löt- oder Reflow- Prozesses positioniert.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Befestigungsanordnung 1 eines leiterplattenmontierten Bauelements 2, insbesondere einer Drosselspule, aufweisend das Bauelement 2 mit mindestens einem Anschluss 8 und eine Leiterplatte 3 mit mindestens einer Lötfläche 9, 9‘, an oder mit welcher der Anschluss 8 des Bauelements 2 verlötet oder verschweißt ist oder werden kann, wobei im Bereich der Lötfläche 9, 9‘ ein parallel zur Leiterplattenebene verlaufender Längsschlitz 11 vorgesehen ist, in welchem der Anschluss 8 des Bauelements 2, insbesondere lediglich mit einem sich in Anschlusslängsrichtung L erstreckenden Umfangsabschnitt 15 oder im Querschnitt gesehen mit einer Anschlusssekante 16, einliegt.
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
So kann das Bauelement 2 auch ein Elektrolytkondensator mit zwei Anschlüssen 8 sein. In diesem Falle sind dessen beiden Anschlüsse 8 auf der gleichen Seite der fensterartigen Ausnehmung 7 aus dieser heraus und dort jeweils an eine randseitige Lötfläche 9, 9‘ der Leiterplatte 3 geführt.
Zudem kann die beschriebene Lösung bei verschiedenen Ausführungen von Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie zum Beispiel bei Tür- und Heckklappensystemen, bei Fensterhebern, bei Fahrzeugschlössern, bei verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie bei elektrischen Antrieben, Steuerungen, Sensoren und deren Anordnung im Fahrzeug zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste
1 Befestigungsanordnung
2 Bauelement/Bauteil
3 Leiterplatte
3a Plattenober-ZMontageseite
3b Plattenrückseite
4 Grundkörper
5 Spule/Spulenwicklung
6 Eisen-ZSpulenkern
7 Ausnehmung
8 Anschluss
9, 9‘ Lötfläche
10 Lot
11 Längsschlitz
12 Leiterplattenausnehmung
13 Metallschicht
14 Anschlussquerschnitt
15 Umfangsabschnitt
16 Anschlusssekante
17 Schlitzrand
L Anschlusslängsrichtung
LA Länge des Anschlussabschnitts
LF Länge der Lötfläche

Claims

Ansprüche Befestigungsanordnung (1 ) eines leiterplattenmontierten Bauelements (2), aufweisend
- ein elektrisches oder elektronisches Bauelement (2) mit einem Grundkörper (4) und mit mindestens einem Anschluss (8),
- eine Leiterplatte (3) mit einer Montageseite (3a) für das Bauelement (2) und mit einer dieser gegenüberliegenden Plattenrückseite (3b) sowie mit mindestens einer Lötfläche (9, 9‘), an welcher der Anschluss (8) des Bauelements (2) mittels eines Lotes (10) elektrisch kontaktiert oder kontaktierbar ist,
- wobei im Bereich der Lötfläche (9, 9‘) ein parallel zur Leiterplattenebene (xy) verlaufender Längsschlitz (11 ) vorgesehen ist, in welchem der Anschluss (8) des Bauelements (2) mit einem sich in Anschlusslängsrichtung (L) erstreckenden Umfangsabschnitt (15) einliegt. Befestigungsanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (8) des Bauelements (2) einen kreisrunden Anschlussquerschnitt (14) aufweist. Befestigungsanordnung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Längsschlitzes (11 ) der Lötfläche (9, 9‘) eine Ausnehmung (12) in der Leiterplatte (2) vorgesehen ist. Befestigungsanordnung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leiterplattenseitige Ausnehmung (12) und/oder die Plattenrückseite (3b) randseitig der Ausnehmung (12) eine Metallschicht (13) aufweist. Befestigungsanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Lötfläche (9) eine zu dieser parallele zweite Lötfläche (9‘) in der Leiterplatte (9‘) vorgesehen ist. Befestigungsanordnung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (8) des Bauelements (2) mit der zweiten Lötfläche (9‘) elektrisch kontaktiert oder kontaktierbar ist. Befestigungsanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (8) des Bauelements (2) an zumindest einem der Schlitzränder (17) des Längsschlitzes (11 ) anliegt. Befestigungsanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Bauelement (2) eine Drosselspule ist, deren Spulenwicklung (5) den Grundkörper (4) und deren Spulenenden den jeweiligen Anschluss (8) des Bauelements (2) bilden, und/oder
- das Bauelement (2) eine Drosselspule mit einem Spulenkern (6) ist, der mit der Spulenwicklung (5) den Grundkörper (4) bildet. Befestigungsanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Leiterplatte (3) eine fensterartige Ausnehmung (7) eingebracht ist, in welcher der Grundkörper (4) des Bauelementes (2) einsitzt, wobei dessen jeweiliger Anschluss (8) aus der fensterartigen Ausnehmung (7) zur Anlage an der im Bereich eines Randabschnitts der fensterartigen Ausnehmung (7) angeordnete Lötfläche (9, 9‘) herausgeführt ist. Elektromotor, insbesondere Kühlerlüftermotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Befestigungsanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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