DE102007001407B4

DE102007001407B4 - Montageanordnung zur Fixierung übereinander angeordneter Leiterplatten in einem Gehäuse

Info

Publication number: DE102007001407B4
Application number: DE102007001407.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Peck
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2027-01-10
Also published as: US20090316377A1; WO2008083999A1; US8027164B2; DE102007001407A1

Abstract

Montageanordnung (1) für eine Mehrzahl von übereinander angeordneten mit elektrischen Komponenten bestückten Leiterplatten (2, 3), die in einer Gehäuseanordnung aufweisend einen Gehäuseboden (4) und einen Gehäusedeckel (5) zur Aufnahme der Leiterplatten (2, 3) fixiert sind, wobei in den Leiterplatten (2, 3), dem Gehäuseboden (4) und dem Gehäusedeckel (5) deckungsgleich positionierte Durchgriffslöcher (10) angeordnet sind, so dass über mindestens ein Befestigungsmittel (9) die Leiterplatten (2, 3), der Gehäuseboden (4) und der Gehäusedeckel (5) fest zueinander fixierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (4) eine erste Kühlfläche (8) und der Gehäusedeckel (5) eine zweite Kühlfläche (7) umfasst, auf welche jeweils die Leiterplatten (2, 3) gelegt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung für eine Mehrzahl von übereinander angeordneten mit elektrischen Komponenten bestückten Leiterplatten, die in einer Gehäuseanordnung aufweisend einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel zur Aufnahme der Leiterplatten fixiert sind.
Auf Grund steigender Anforderungen an die Funktionalität von elektronischen Steuergeräten im Bereich des Motormanagements werden zunehmend Geräte mit mehreren Leiterplatten konzipiert. Dabei treten hinsichtlich des mechanischen Designs zunehmend widersprechende Anforderungen auf. Zum einen muss die Elektronik gut gekühlt werden, wodurch nur enge und wenig variable Spalten für eine thermische Austauschschicht in Frage kommen. Zum anderen sollen die Leiterplatten mechanisch nicht verbogen werden, um Zuverlässigkeitsprobleme auf Grund gebrochener Bauelemente oder Verbindungen zwischen Bauelementen und Leiterplatten zu vermeiden. Gleichmäßige Spalten für eine thermische Austauschschicht können durch definierte Verschraubung der einzelnen Leiterplatten auf die Wärmesenke realisiert werden. Dadurch wird aber relativ viel Platz auf den Leiterplatten für die Befestigungselemente verbraucht. Weiter kommt es zu layouttechnischen Einschränkungen durch die zahlreichen großen Durchbrüche in den Leiterplatten. Reduziert man die Anzahl der Verbindungselemente, dann ist es unumgänglich, dass mit einem Verbindungselement mehrere Leiterplatten befestigt werden. Dadurch ergeben sich aber auf Grund diverser Toleranzketten unterschiedliche Spalten und damit auch eine unterschiedliche thermische Wirksamkeit.
Aus der DE 101 34 562 A1 ist ein System zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Befestigung von Leiterplatten bekannt, das wenigstens ein Schneid- oder Schneid-Klemmelement zur Anbringung an der Unterseite einer Leiterplatte und ein Befestigungselement an der Leiterplatte aufweist. Um eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage zu gewährleisten, ist ein Träger hinsichtlich wenigstens eines Leitungsdrahts derart fixiert, dass bei der mechanischen Befestigung der Leiterplatte mit dem Träger mittels des leiterplattenseitigen Befestigungselementes der Leitungsdraht durch das Schneid- oder Schneid-Klemmelement an der Unterseite der Leiterplatte direkt kontaktierbar ist.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass fest montierte Leiterplatten unter Wärmeeinwirkung deformiert werden, wodurch die elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte bzw. die elektrischen Kontaktierungen geschädigt werden können. Durch die nicht spannungsfreie Lagerung der Leiterplatte bei Wärmeeinwirkung ist es zudem nicht möglich, einen thermisch optimierten Aufbau mit definierten thermischen Austauschschichten zu gewährleisten. Hinzu kommt, dass der Bauraum auf der Leiterplatte durch die Verschraubungen erheblich eingeschränkt wird.
Die US 6,955,544 offenbart einen Elektroverteilerkasten mit Verdichtungssystem für seine integrale Elemente. Er besteht aus einem elektrischen Verteilerkasten, vorzugsweise zur Verwendung in Automobilen, welcher Mittel zur Isolierung des darin untergebracht Leiterblocks hat. Der Leiterblock ist in der Regel aus mehreren Leiterplatten und einer festen Befestigung zwischen den Leiterplatten und dem Kasten gebildet, so dass die Leiterplatten während ihres Betriebs als Einheit auf die Spannungen reagieren, die durch die Vibrationen in dem Fahrzeug verursacht werden.
Die US 5,018,982 A betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen und elektrischen Verbindung einer Vielzahl von gedruckten Leiterplatten in einer parallelen Anordnung, gekennzeichnet durch einen Abstandshalter, der sich zwischen entsprechenden Anbringungslöchern von benachbarten gedruckten Leiterplatten erstreckt, wobei der Abstandshalter dazu dient, die benachbarten gedruckten Leiterplatten elektrisch miteinander zu verbinden, und ein Loch dadurch gebildet hat, das mit den entsprechenden Anbringungslöchern koaxial ist, ein Verbindungsglied, um den Abstandshalter abnehmbar mit einer der benachbarten gedruckten Leiterplatten zu verbinden, und ein Befestigungsglied, das durch die entsprechenden Anbringungslöcher und das Loch in dem Abstandshalter angebracht wird, um die benachbarten gedruckten Leiterplatten mechanisch miteinander zu verbinden.
Die DE 27 44 341 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Aufnahme von Elektronik-Leiterplatten, bei der die Leiterpiatten in vorwählbaren Abstanden zwischen zwei Seitenwänden angeordnet und mit diesen verspannt sind. Die Seitenwande sind aus wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Blechen aufgebaut, welche vorzugsweise miteinander vernietet sind. Die Seitenwände sind mit einer Grundplatte und/oder mit einer Abdeckhaube verbunden.
Die US 3,568,001 betrifft ein Schnapp-Kontaktsystem zur Verbindung zweier Leiterplatten in einer parallelen Anordnung, wobei ein männlicher Kontakt einer Leiterplatte mehrere weibliche Kontakte in einer vorbestimmten Anzahl anderer Leiterplatten verbindet.
Die DE 10 2005 035 378 B3 betrifft eine Vorrichtung zum Fixieren einer Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen mit radialen oder axialen Anschlüssen oder in SMT-Technologie ausgeführten Anschlüssen in einem Gehäuse, das von einem Deckel verschlossen ist, wobei die elektronischen Bauelemente mit einer Wärmeableitseite an Kühlflächen anliegen. Das Gehäuse weist einen Deckel mit zwei abgewinkelten Abschnitten auf. Ein Abschnitt dient als Fläche für liegend auf der Leiterplatte aufgebrachte elektronische Bauelemente zur Herstellung des Kontaktes mit einer Kühlfläche, der zweite Abschnitt zum Andrücken von Bauelementen an einer Kühlfläche des Gehäuses, die senkrecht oder in einem Winkel zur Leiterplatte angeordnet verläuft.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Montageanordnung für eine Mehrzahl von übereinander angeordneten mit elektrischen Komponenten bestückten Leiterplatten in einer Gehäuseanordnung zu schaffen, die eine spannungsfreie Lagerung der Leiterplatten ermöglicht, dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche ausbildet und wenig Bauraum auf der Leiterplatte benötigt.
Diese Aufgabe wird durch eine Montageanordnung mit dem Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Montageanordnung für eine Mehrzahl von übereinander angeordneten mit elektrischen Komponenten bestückten Leiterplatten in einer Gehäuseanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass in den Leiterplatten, dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel deckungsgleich positionierte Durchgriffslöcher angeordnet sind, so dass über mindestens ein Befestigungsmittel die Leiterplatten, der Gehäuseboden und der Gehäusedeckel fest zueinander und aneinander fixierbar sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beispielsweise durch eine Einpresshülse vorzugsweise eine Distanzhülse elektrisch und mechanisch verbundenen Leiterplatten in den Gehäusedeckel auf eine dort vorgesehene Kühlfläche eingelegt werden. Danach wird der Gehäuseboden, der ebenfalls eine Kühlfläche aufweist, auf die obere der beiden Leiterplatten gelegt. Anschließend wird ein Befestigungsmittel beispielsweise in Form eines Schraub- oder Steckelements über eine Öffnung im Gehäuseboden eingeführt und durch die obere Leiterplatte, die Einpresshülse und die untere Leiterplatte am Gehäusedeckel fixiert.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Leiterplatte mit angeformtem Gewindeelement über einen Gewindebolzen am Gehäuseboden und eine zweite Leiterplatte mit angeformtem Gewindeelement am Gehäusedeckel befestigt wird. Auch diese Ausführungsform ermöglicht eine kontinuierliche Abführung der Verlustleistung über beide Gehäuseteile. Zudem steht auch hier mehr Fläche auf der Leiterplatte für die Positionierung der elektrischen Komponenten zur Verfügung.
Durch die Anbindung der oberen Leiterplatte an den Gehäuseboden und durch die Anbindung der unteren Leiterplatte am Gehäusedeckel lässt sich eine treppenförmige Anordnung der Platinen vermeiden und somit beide Leiterplatten annähernd gleich groß gestalten. Dadurch steht mehr Platinenfläche für die Platzierung elektrischer Komponenten zur Verfügung. Durch die direkte Fixierung der Einpresshülse, die in Form eines Gewindeelements ausgebildet sein kann, an eine Platine, wird kein Verbindungsrahmen für die Hülsen benötigt. Dadurch wird weiterer Platz auf der Platine für die Platzierung der elektrischen Komponenten geschaffen. Des Weiteren ist eine Abführung der Verlustleistung über beide Gehäuseteile möglich, wodurch die Platinen und somit Komponenten und Lötstellen besser gekühlt werden. Voraussetzung dafür ist, dass auf die Platinen genügend Druck ausgeübt wird und dadurch eine optimale thermische Anbindung gewährleistet ist.
Die Höhentoleranzen der Kühlflächen, der Platinen und des Gewindeelements werden über eine Dichtung ausgeglichen. Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, dass das Befestigungsmittel zwei Funktionen übernehmen kann. Das Befestigungsmittel kann einerseits das Gehäuse verschließen und andererseits die Platinen im Inneren des Gehäuses fixieren. Das komplette elektrische System lässt sich auf seine Funktionsfähigkeit testen, noch bevor es im Gehäuse montiert wird. Dadurch ist während der Fertigung eine einfachere Reparatur oder Beseitigung von Fehlern möglich.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen bieten den weiteren Vorteil, dass die Positionsabhängigkeit dadurch verringert wird, dass hier mit dem Schraubwerkzeug direkt auf den Gewindebolzen zugegriffen werden kann. Zudem ist vorteilhaft, dass keine Schraubenzuführung benötigt wird. Die Platine wird durch diese Lösung während des Fixierungsprozesses nicht mehr verbogen, da die Normalkraft des Schraubwerkzeugs direkt auf den Gewindebolzen gebracht wird. Dadurch wird ein Brechen von Lötstellen oder elektrischen Komponenten verhindert. Die Anbindung der oberen Leiterplatte an den Gehäuseboden bzw. die Anbindung der unteren Leiterplatte an den Gehäusedeckel führt dazu, dass keine treppenförmige Anordnung der Leiterplatten benötigt wird und somit beide Leiterplatten annähernd gleich groß gestaltet werden können.
Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigt schematisch:
1 in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Montageanordnung zur Fixierung übereinander angeordneter Leiterplatten in einem Gehäuse;
2 in einer perspektivischen Darstellung das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Montageanordnung gemäß 1;
3 in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Montageanordnung zur Fixierung übereinander angeordneter Leiterplatten in einem Gehäuse.
1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Montageanordnung 1 zur Fixierung übereinander angeordneter Leiterplatten 2, 3 in einem vorzugsweise zweiteilig ausgebildeten Elektronikgehäuse mit Gehäuseboden 4 und Gehäusedeckel 5. Zwischen den Leiterplatten 2, 3 ist eine Einpresshülse vorzugsweise in Form einer Distanzhülse 6 angeordnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektrisch und durch die Distanzhülse 6 mechanisch verbundenen Leiterplatten 2, 3 in den Gehäusedeckel 5 auf eine dort angeordnete Kühlfläche 7 eingelegt werden. Danach wird der Gehäuseboden 4 mit einer Kühlfläche 8 auf die Leiterplatte 2 gelegt. Anschließend wird ein Befestigungsmittel 9 vorzugsweise ein Schraub- oder Steckelement durch ein positionsgleich angeordnetes Durchgriffsloch 10 im Gehäuseboden 4, in den Leiterplatten 2, 3 und im Gehäusedeckel 5 eingeführt und die Fixierung dieser Bauteile zueinander und aneinander vorgenommen. Um die Höhentoleranzen der Kühlflächen 7, 8, der Leiterplatten 2, 3 und der Distanzhülse 6 auszugleichen, ist eine Dichtung 11 in diesen Bereichen angeordnet.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Montageanordnung gemäß 1.
3 zeigt in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Montageanordnung zur Fixierung übereinander angeordneter Leiterplatten in einem Gehäuse. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, die Leiterplatte 2 mit oberseitig, also auf der mit elektrischen Komponenten zu bestückenden Seite angeformtem Gewindeelement 12 über ein Befestigungsmittel 9 am Gehäuseboden 4 zu befestigen und die Leiterplatte 3 über ein unterseitig angeordnetes Gewindeelement 12 und ein weiteres Befestigungsmittel 9 am Gehäusedeckel 5 zu befestigen. Die Befestigungsmittel 9 werden jeweils von außen durch ein positionsgleich angeordnetes Durchgriffsloch 10 in der Leiterplatte 2 und im Gehäuseboden 4 bzw. in der Leiterplatte 3 und im Gehäusedeckel 5 eingeführt und münden jeweils in die Gewindeelemente 12.

Claims

Montageanordnung (1) für eine Mehrzahl von übereinander angeordneten mit elektrischen Komponenten bestückten Leiterplatten (2, 3), die in einer Gehäuseanordnung aufweisend einen Gehäuseboden (4) und einen Gehäusedeckel (5) zur Aufnahme der Leiterplatten (2, 3) fixiert sind, wobei in den Leiterplatten (2, 3), dem Gehäuseboden (4) und dem Gehäusedeckel (5) deckungsgleich positionierte Durchgriffslöcher (10) angeordnet sind, so dass über mindestens ein Befestigungsmittel (9) die Leiterplatten (2, 3), der Gehäuseboden (4) und der Gehäusedeckel (5) fest zueinander fixierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (4) eine erste Kühlfläche (8) und der Gehäusedeckel (5) eine zweite Kühlfläche (7) umfasst, auf welche jeweils die Leiterplatten (2, 3) gelegt werden.
Montageanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Leiterplatten (2, 3) eine Distanzhülse (6) angeordnet ist.
Montageanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leiterplatten (2, 3) Gewindeelemente (12) für die Befestigungsmittel (9) angeordnet sind.
Montageanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (2, 3) das gleiche Format aufweisen.
Montageanordnung (1) nach dem Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (9) als Schraubelement ausgebildet ist.
Montageanordnung (1) nach dem Anspruch 3 che, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (9) als Steckelement ausgebildet ist.