DE69212883T2

DE69212883T2 - Integrierend geformte gedruckte Schaltung und Verfahren zur Herstellung einer solchen

Info

Publication number: DE69212883T2
Application number: DE1992612883
Authority: DE
Inventors: Osamu Hamada; Toshifumi Kimura; Masao Kohashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2012-04-25
Also published as: DE69212883D1; EP0511014B1; EP0511014A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum integralen Anformen einer Leiterpiatte an eine Umschließung unter Anwendung von Spritzgießen und das resultierende Produkt.

Erörterung des Hintergrunds

Leiterplatten, die auch als Printplatten bekannt sind, werden herkömmlich unter Verwendung von Schrauben, Rastmitteln oder anderen mechanischen Befestigungsmitteln in Umschließungen angebracht. Bis vor kurzem stellte der zusätzliche Raum, der von den mechanischen Befestigungsmitteln eingenommen wird, kein Problem dar, da die Gesamtgröße der Konstruktion eher von der Größe der an der Leiterplatte angebrachten elektrischen Komponenten als von dem von den mechanischen Befestigungsmitteln eingenommenen Raum bestimmt wurde. Mit der zunehmenden Miniaturisierung in der Elektronik und dem Wunsch, immer kleinere elektronische Bauelemente herzustellen, um die Tragbarkeit zu verbessern, ist der Raum, der von mechanischen Befestigungsmitteln eingenommen wird, ein signifikanter Anteil der Gesamtdimensionen der Einrichtung, insbesondere der Dicke der Einrichtung geworden. Wenn mechanische Befestigungsmittel wie etwa Schrauben verwendet werden, muß die Umschließung ein Material enthalten, das die geeignete Dicke hat, um eine beträchtliche Materialmenge bereitzustellen, in die die Schraube eingefuhrt werden kann, um die Leiterplatte in ihrer Lage zu halten. Mechanische Mittel einschließlich Rastmittel, Befestigungselemente und dergleichen erfordern ferner eine vergleichsweise erhebliche Dicke oder ein solches volumen in der Umschließung, um die zugeordneten mechanischen Arretiermittel zu halten.
Die Verwendung von Klebstoffen, Leimen und dergleichen war aus verschiedenen wichtigen Gründen nicht erfolgreich. Erstens bestehen in den meisten Fällen die Umschließungen, in denen die Leiterplatten angebracht werden, aus thermoplastischen Harzen, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der von dem der Leiterplatte erheblich abweicht, die typischerweise aus einem Duroplast-Harz oder glasgefüllten Harz hergestellt und insbesondere so ausgebildet ist, daß sie keinen erheblichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Infolge der Fehlanpassung zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte und der Umschließung, war die Verwendung von Klebstoffen zum Anbringen von Leiterplatten nicht erfolgreich, da mit der wiederholten Ausdehnung und Kontraktion des Behälters durch verschiedene Temperaturwechselbeanspruchungen die Haftverbindung zwischen der Leiterplatte und dem Behälter zerstört wird. Außerdem erfordert die Verwendung von Klebstoff, daß der Klebstoff Uber die gesamte Fläche einer Leiterplatte und nicht nur an den Rändern aufgebracht wird. Dies bedeutet, daß nur eine Seite der Leiterplatte genutzt werden kann, um elektronische Bauelemente anzubringen. Es bedeutet ferner, daß die Leiterplatte nur an einer Hauptfläche des Behälters angebracht und nicht entlang den Rändern der Platte und an den Seiten eines Behälters verklebt werden kann. Dies schließt die Verwendung beider Hauptflächen der Leiterplatte zur Aufnahme von aktiven elektronischen Bauelementen aus. Heutzutage ist es zunehmend üblich, aktive Elemente auf beiden Oberflächen der Leiterplatte anzubringen, um das Gesamtvolumen des Behälters zu minimieren.
In der JP-GM-Veröffentlichung 112085/1989 ist das Einformen der Leiterplatte in einen Behälter vorgeschlagen worden, wie in Fig. 15 gezeigt ist. In Fig. 15 ist 190 der Gehäusekörper, in diesem Fall ein Zählergehäuse, 290 die Leiterplatte, die an die hintere Oberfläche des Gehäusekörpers integral angeformt ist, und 390 eine Leiterstruktur, die auf der Oberfläche der Leiterplatte 290 gebildet ist. Die Technik des JP-GM hat verschiedene wichtige Mängel. Erstens ist dabei vorgesehen, daß nur eine Oberfläche der Leiterplatte aktive elektronische Elemente trägt, so daß die Nutzung beider Hauptflächen für aktive Elemente ausgeschlossen ist. Zweitens hat sich die Technik des JP-GM nicht als erfolgreich erwiesen, da sich die Leiterplatte im Lauf der Zeit lockern oder von dem Gehäusekörper lösen kann. Der Gehäusekörper ist aus einem thermoplastischen Harz hergestellt, das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Leiterplatte hat. Das heißt, daß sich der Gehäusekörper mit Änderungen der Temperatur in viel größerem Maß als die Leiterplatte ausdehnt oder schrumpft. Solange sich die Temperatur, der der Gehäusekörper ausgesetzt ist, nicht signifikant ändert, sollte die Leiterplatte fest in ihrer Lage bleiben. Wenn jedoch der Gehäusekörper einer signifikanten Temperaturschwankung wie etwa zwischen 0 und 35 ºC ausgesetzt ist, könnte sich die Leiterplatte infolge der Temperaturschwankungen von dem Gehäusekörper lösen, insbesondere bei den hohen Temperaturen, bei denen sich der Gehäusekörper wesentlich mehr als die Leiterplatte ausdehnt, so daß die Möglichkeit eines Lösen der Leiterplatte von dem Gehäusekörper entsteht.
Somit verbleibt ein Bedarf für ein Verfahren zum festen Anbringen einer Leiterplatte an einem Behälter ohne die Verwendung von mechanischen Befestigungselementen, Haftmitteln wie etwa Klebstoffen, wobei es möglich ist, die Platte derart anzubringen, daß beide Oberflächen verwendet werden können, um aktive Elemente anzubringen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässiges Verfahren zum integralen Einformen einer Leiterplatte in einen Behälter bereitzustellen, wobei beide Oberflächen der Platte verwendet werden können, um aktive elektronische Komponenten anzubringen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum permanenten Montieren einer Duroplast-Leiterplatte an einem Behälter aus thermoplastischem Harz bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Technik zum Verbinden von Leiterplatten mit Behältern oder Bereichen davon durch die Anwendung von Spritzgießtechniken bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Montieren einer Leiterplatte an einer Umschließung bereitzustellen, so daß eine mechanische Verbindung zwischen der Leiterplatte und der Umschließung während des Gießens der Umschließung gebildet wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Baugruppe aus einer Leiterplatte und einer Umschließung bereitzustellen, die durch eine mechanische Verbindung verbunden sind, die während des Gießens der Umschließung gebildet wird.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben werden gemäß einem Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Montieren einer Leiterplatte an einer Umschließung gelöst, das die folgenden Schritte aufweist: Positionieren einer Leiterplatte in einer Gießform, Spritzgießen eines Kunstharzes in die Gießform, um eine Umschließung zu bilden, wobei die Leiterplatte so konfiguriert ist, daß das Fließen des Kunststoffes während des Spritzgieß-Schritts einen mechanischen Arretiereingriff zwischen der Leiterplatte und der Umschließung erzeugt, und Entfernen der montierten Leiterplatte und Umschließung aus der Gießform.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist wenigstens ein Bereich des Umfangs der Leiterplatte abgeschrägt, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der mechanische Arretiereingriff dadurch gebildet, daß wenigstens ein Bereich des Umfangs der Leiterplatte in eine Nut der Umschließung bis zu einer Tiefe eingesetzt ist, die größer als eine maximale zu erwartende Differenz der Wärmeausdehnung zwischen der Umschließung und der Leiterplatte ist.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung hat die Leiterplatte umgekehrte Einschnitte, in die der Kunststoff fließt, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung werden Formstücke an der Leiterplatte in der Gießform positioniert, so daß in der Umschließung Öffnungen für den Zutritt zu der Leiterplatte geformt werden.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung hat die Leiterplatte Löcher, in die während des Spritzgieß-Schritts Kunststoff fließt, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung werden Verstärkungsrippen in der Umschließung während des Spritzgieß- Schritts gebildet, um die Leiterplatte zu verstärken.
Die vorliegende Erfindung wird ferner durch eine Baugruppe aus einer Leiterplatte und einer umschließung realisiert, die folgendes aufweist: eine Leiterplatte und eine an die Leiterplatte angeformte Umschließung aus Formkunststoff. Die Leiterplatte und die Umschließung haben Bereiche, die so konfiguriert sind, daß zwischen der Leiterplatte und der Umschließung während des Spritzgießens der Umschließung ein mechanischer Arretiereingriff gebildet wird.
Die Erfindung stellt ferner eine Baugruppe nach Anspruch 17 oder 18 bereit.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung und viele der damit verbundenen Vorteile werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe aus zwei Leiterplatten in einer Umschließung ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines unteren Gehäuses der Umschließung ist, das eine Leiterplatte trägt;
Fig. 3 Fig. 2 entspricht, jedoch elektronische Elemente zeigt, die an der Leiterplatte angebracht sind;
Fig. 4 eine Einzelheit eines Bereichs des unteren Gehäuses an der mechanischen Verbindung zwischen der Umschließung und der Leiterplatte ist, die die Tiefe der Nut zeigt, in die der Umfang der Leiterplatte paßt;
Fig. 5 Fig. 3 entspricht, jedoch ein oberes Gehäuse zeigt, das eine Leiterplatte mit elektronischen Elementen daran trägt;
Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht einer Abwandlung eines oberen Gehäuses ist;
Fig. 7 Fig. 1 entspricht, jedoch eine andere Ausführungsform zeigt, bei der das obere Gehäuse Öffnungen für den Zutritt zu einer der Leiterplatten hat;
Fig. 8 Fig. 6 entspricht, jedoch eine Leiterplatte zeigt, die in dem oberen Gehäuse angebracht ist, wobei das obere Gehäuse Öffnungen für den Zutritt zu der darin angebrachten Leiterplatte hat;
Fig. 9 eine andere Ausführungsform zeigt, bei der eine Mehrzahl von Leiterplatten auf verschiedenen Oberflächen eines Gehäuses angebracht ist;
Fig. 10 eine bekannte Baugruppe aus einer Leiterplatte und einer Umschließung zeigt;
Fig. 11 eine Leiterplatte zeigt, die zur Vorbereitung für das Gießen der Umschließung in einer Gießform angebracht ist;
Fig. 12 eine Leiterplatte zeigt, an die eine Umschließung angeformt ist, die in der Gießform von Fig. 11 geformt worden ist;
Fig. 13 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform zeigt, bei der umgekehrte verjüngte Einschnitte im Umfang der Leiterplatte mit Formkunststoffmaterial der Umschließung gefüllt sind, um eine mechanische Verbindung zu bilden;
Fig. 14 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform zeigt, bei der Löcher in der Leiterplatte mit Formkunststoffmaterial gefüllt sind, um eine mechanische Verbindung zu bilden;
Fig. 15 eine Schnittansicht einer weiteren bekannten Baugruppe ist;
Fig. 16 eine Draufsicht auf noch eine weitere Ausführungsform ist, bei der die Leiterplatte Löcher für die mechanische Verbindung und die Umschließung eine Verstärkungsrippe hat; und
Fig. 16A eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 16 ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das Gehäuse oder der Behälter, in dem die Leiterplatte durch Spritzgießen des Gehäuses oder des Behälters um die Leiterplatte herum angebracht werden soll, tendiert dazu, einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Platte selbst zu haben. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 wird die Erscheinung, die infolge der Wärmeausdehnung auftritt, beschrieben. Die Umschließung ist typischerweise aus wenigstens zwei Teilen gebildet, einem unteren Gehäuse und einem oberen Gehäuse, die miteinander verbunden sind, um die zusammengebaute elektronische Einrichtung wie etwa ein Zellulartelephon oder dergleichen herzustellen. In Fig. 1 ist das obere Gehäuse mit 2 und das untere Gehäuse mit 1 bezeichnet. Die Leiterplatten sind mit 14 und 15 bezeichnet, wobei die elektronischen Teile allgemein mit 4 bezeichnet sind, wohingegen 17 eine Abdeckung ist, die die Eingabemittel für die Einrichtung wie etwa eine Tastatur oder dergleichen enthalten könnte, oder einfach eine Schutzabdeckung sein könnte.
16 bezeichnet Verbinder zum elektrischen Verbinden der Verdrahtungs- oder Leiterplatten 14 und 15 miteinander; diese sind nur zum Zweck der Erläuterung gezeigt. Das obere und das untere Gehäuse 1 und 2 tendieren dazu, sich mit Temperaturänderungen in einem signifikant stärkeren Ausmaß als die im allgemeinen temperaturbeständigen Leiterplatten auszudehnen oder zu kontrahieren. Wenn sie im Gebrauch erhöhten Temperaturen über Raumtemperatur ausgesetzt sind, tendieren daher die beiden Gehäuse dazu, sich auszudehnen oder von den beiden Leiterplatten wegzustreben. Im Fall der Leiterplatte 14 könnten sich ein oder mehr Ränder der Leiterplatte vollständig von dem Gehäuse lösen, wenn die Wärmeausdehnung ausreichend wäre, so daß sich das Gehäuse in einem größeren Ausmaß als der in Fig. 4 gezeigten Tiefe d ausdehnt.
Bei der vorliegenden Erfindung kann dies beim Gießvorgang vermieden werden, indem das Gehäuse derart ausgebildet wird, daß sich die Leiterplatte um eine Distanz, die größer als die gesamte Wärmeausdehnung des Gehäuses über seine zu erwartende Temperaturwechselbeanspruchung ist, in jede Seite des Gehäuses erstreckt. Das heißt, daß gemäß Fig. 4 das Gehäuse 1 bis zu einer ausreichenden Tiefe um die Leiterplatte 14 herum geformt wird, so daß während der normalen Temperaturwechselbeanspruchung die Gesamtausdehnung des Gehäuses entweder in seiner Breite oder in seiner Länge geringer als die in Fig. 4 gezeigte Distanz "d" wäre. Auf diese Weise kann eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Leiterplatte gebildet werden.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Leiterplatte 15 sollte der Rand der Leiterplatte derart ausgebildet sein, daß die Fläche der Platte, die die aktiven elektronischen Komponenten enthält, d. h. die Oberseite, eine kleinere Oberfläche als die rückseitige Oberfläche der Leiterplatte hat, die in den Kunststoff eingebettet ist. Durch Ausbilden der abgeschrägten Ränder 15a wird die Leiterplatte, auch wenn das Gehäuse eine Wärmeausdehnung erfährt, durch eine mechanische Verbindung an den entsprechenden abgeschrägten Rändern des Gehäuses 2 in dem Gehäuse festgehalten, solange die in Fig. 6 gezeigte Distanz "d" größer als die lineare Ausdehnung des Gehäuses entweder in der Längen- oder Breitenrichtung ist. Da die Länge des Behälters im allgemeinen größer als die Breite des Behälters ist, sollte die Dimension "d" in der Längenrichtung größer als die in der Breitenrichtung sein. Die erforderliche Tiefe "d" wird ohne weiteres unter Anwendung der Wärmeausdehnungskoeffizienten sowohl für die Platte als auch für das Gehäusematerial berechnet. Die Dimension "d" sollte wenigstens ebenso groß wie die Differenz zwischen der Wärmeausdehnung der beiden Materialien über das gesamte Ausmaß des Temperaturbereichs sein, dem die Einrichtung erwartungsgemäß ausgesetzt sein wird oder dem die Konstruktion der Einrichtung standhalten soll.
Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Vorgehensweise ist nur dann zweckdienlich, wenn die Wanddicke des Gehäuses ausreichend groß ist, so daß das Einsetzen der Leiterplatte in die Wand nicht in einer übermäßigen Schwächung der Wandkonstruktion resultiert. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, findet diese Technik Anwendung, wenn die Leiterplatte an einer Stelle eingesetzt werden soll, wo das Gehäuse im wesentlichen an einer Hauptfläche endet. Bei Anwendung dieser Technik ist das Gehäuse, wenn die obere und die untere Hälfte zusammengebaut sind, viel dünner als bei der bekannten Einrichtung.
Die herkömmlichen bekannten Techniken des Anbringens der Leiterplatte durch die Verwendung von Schrauben oder dergleichen ist in Fig. 10 gezeigt. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, ergibt die Konstruktion, die erforderlich ist, um die Schrauben aufzunehmen, ein wesentlich dickeres Gehäuse als die in Fig. 1 gezeigte Konstruktion. In Fig. 10 bezeichnet 91 das untere Gehäuse und 92 das obere Gehäuse, und Öffnungen 92a und 91a sind Öffnungen in der Konstruktion selbst zur Aufnahme von Elementen wie etwa Schaltern 911 von LEDS 98. 912 ist die Befestigungseinrichtung für den Schalter an der Innenseite des Gehäuses, und ein Element 99 ist die Befestigungseinrichtung für die LED ebenfalls an der Innenseite des Gehäuses. Die Schrauben 95 befestigen die beiden Leiterplatten 93 und 96 mit daran befindlichen aktiven Elementen 94 an dem unteren Gehäuse 91. Die Verbindung zwischen den beiden Leiterplatten ist bei 97 gezeigt, wohingegen die Verbindungen mit den verschiedenen aktiven Elementen, die an den Wänden des Gehäuses angebracht sind, bei 913 bzw. 910 gezeigt sind. Wie bei dieser Einrichtung zu sehen ist, ist viel Platz erforderlich, um die einzelnen Elemente aufzunehmen.
Im Gegensatz dazu wäre es, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, bei der vorliegenden Technik möglich, sowohl den Schalter als auch die Diode unmittelbar an der Leiterplatte 15 anzubringen, wobei Öffnungen 2b und 2c das Gehäuse 2 durchsetzen, um den erforderlichen Zugang zu ermöglichen. Die Verwendung separater Verdrahtungsleitungen und Befestigungsmittel sowohl für die Dioden als auch die Schalter wie bei herkömmlichen Einrichtungen wird durch die unmittelbare Verbindung mit der Leiterplatte vermieden. Fig. 8 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht von Fig. 7. Die Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Teile wie in Fig. 1, wobei 2c die Öffnungen für die aktiven Elemente 8 und 11 bezeichnet, wobei 8 beispielsweise eine LED und 11 ein Lautstärkeregelschalter ist. Wie ersichtlich ist, ist die Anordnung der vorliegenden Erfindung viel kompakter als eine nach dem Stand der Technik, wie er in Fig. 10 gezeigt ist.
Fig. 9 zeigt noch eine andere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind Leiterplatten nicht nur auf Hauptflächen der Einrichtung, sondern auch in den Seiten positioniert, wie Leiterplatten 20 und 21 zusätzlich zu einer Leiterplatte 18 zeigen. Bei dieser Ausführungsform enthalten im wesentlichen sämtliche Oberflächen des Gehäuses Leiterplatten.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, müssen die Wände, in die die Leiterplatten eingesetzt sind, vergleichsweise dick sein, um die Folgen einer Wärmeausdehnung aufzunehmen und um dem Gehäuse die erforderliche Festigkeit zu geben. Wenn es erwünscht ist, die Wände möglichst dünn zu machen oder die Leiterplatten nicht in einer Hauptfläche des Gehäuses, sondern in der Mitte anzubringen, würde dies in einer stärkeren Wandkonstruktion resultieren, so daß die kleinste Gehäusegröße nicht erzielt würde. Fig. 13 zeigt eine Lösung dieses Problems. In diesem Fall ist die Leiterplatte mit umgekehrt verjüngten Öffnungen oder Einschnitten versehen, d. h. solchen, die im Inneren der Platte breiter als am Rand der Platte sind.
In Fig. 13 haben die Ränder der Platte 15, die Schaltungselemente 13 hat, Öffnungen 15b mit Trapezgestalt, stattdessen können jedoch Kreisformen oder Dreieckformen, wobei die Basis des Dreiecks in der Platte und der Scheitel in Richtung zu der Außenseite der Platte liegt, oder kreisförmige Öffnungen verwendet werden, wobei der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung in dem Körper der Leiterplatte liegt. In diesen Fällen brauchen die Wände nicht dick zu sein, um die Platte im Fall einer Ausdehnung oder Kontraktion festzulegen, sondern das Fließen des Kunststoffs in die geformten Öffnungen beim Gießen legt die Leiterplatte wirksam in ihrer Lage fest, so daß die Wände der Einrichtung im gesamten Hauptbereich des Gehäuses dünn bleiben können und die Platte in ihrer Lage festgelegt wird.
Die Einschnitte 15b bilden eine mechanische Arretierung der Leiterplatte mit entsprechend geformten Elementen in den Seiten des Gehäuses. Wenn sich das Gehäuse infolge von Wärmeausdehnung ausdehnt, hält also der Kunststoff in den Einschnitten 15b die Leiterplatte in ihrer Lage fest, und obwohl das Gehäuse dazu tendiert, sich von der Platte wegzubewegen, wirkt das Vorhandensein von Kunststoff in den Einschnitten 15b als eine mechanische Festlegung auf die Platte. Die verwendete Anzahl der Einschnitte oder die Größe der Einschnitte spielt keine Rolle, solange die durch die Wärmeausdehnung des Behälters aufgebrachte Beanspruchung die Festigkeit des Kunststoffs an dem engsten Bereich oder dem Hals des Einschnitts nicht überschreitet. Eine Überbeanspruchung des Kunststoffs könnte bewirken, daß der Kunststoff im Lauf der Zeit einen Ermüdungsbruch erleidet. Dies kann vermieden werden, indem entweder der Hals relativ weit gemacht wird, wie in Fig. 13 gezeigt ist, oder indem eine große Anzahl von Einschnitten entlang der Länge und Breite der Leiterplatte vorgesehen wird. Die erforderliche Anzahl von Einschnitten wird von der Halsgröße und dem zu erwartenden Ausmaß der Wärmeausdehnung bestimmt. Die Gestalt und Größe des Einschnitts sind nicht kritisch, solange er eine solche Größe und Gestalt hat, daß er die Leiterplatte in ihrer Lage festlegt.
Fig. 14 zeigt eine alternative Technik zum mechanischen Festlegen der Leiterplatte auf einer Hauptfläche des Gehäuses. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, hat das Gehäuse 1 Öffnungen für aktive Elemente 140, wohingegen andere aktive Elemente 130 auf der entgegengesetzten Seite der Platte 15 sind, deren Schaltungsstruktur 5 nach innen weist. Wie gezeigt ist, kann die Leiterstruktur 6 in dem das Gehäuse bildenden Thermoplast vergraben sein, obwohl es im allgemeinen nicht wünschenswert ist, aktive Elemente in das thermoplastische Harz zu integrieren. In diesem Fall sind Löcher 15c in die Leiterplatte gebohrt worden, durch die der das Gehäuse bildende Kunststoff während des Gießens fließen kann, um einen Stift mit einem abgeflachten Kopf zu bilden. Auf diese Weise dienen die an Ort und Stelle geformten Stifte dazu, die Leiterplatte in ihrer Lage zu halten, auch wenn sie eine Wärmeausdehnung erfährt.
Fig. 11 zeigt das Verfahren, mit dem man durch Spritzgießen das Gehäuse um eine Leiterplatte herum formen würde, und Fig. 12 zeigt die fertige Einrichtung. In diesen Figuren bezeichnet 1 den Behälter, um die Leiterplatte zu halten, 15 ist die Leiterplatte selbst, 15b ist die Abschrägung oder der verjüngte Bereich des Umfangs der Leiterplatte, der dazu dient, die mechanische Verbindung mit der Umschließung zu bilden. 5 und 6 sind die Leiterstrukturen auf der Platte, und 130 und 140 sind aktive elektronische Komponenten. 12 ist der offene 30 Raum, in den der Kunststoff typischerweise durch Öffnungen 110 in einer Werkzeughälfte 100 gespritzt wird. 7 bezeichnet die entsprechende Werkzeughälfte, die eine Oberseite 80 und Einschnitte 7a um die auf der Leiterplatte ausgebildeten Leiterstrukturen 6 und 5 herum hat. Das Element 9, das Einschnitte 9a hat, ist als separate Teile gezeigt, kann jedoch mit der Werkzeughälfte 100 integral sein. Es bildet Formen, um die herum der Kunststoff eingespritzt wird, um die Öffnungen 2b oder 2c zu bilden, durch die Zugang zu den aktiven Elementen 140 von der Außenseite des Behälters möglich ist oder die Öffnungen bilden, in die diese hineinpassen. Nachdem der Kunststoff in das Werkzeug spritzgegossen und gehärtet ist, wird das Werkzeug getrennt und das fertige Produkt entformt.
Wenn die Leiterplatte nicht an einer Hauptfläche des Gehäuses angebracht, sondern stattdessen an den Seitenwänden des Gehäuses gehaltert ist, wie in Fig. 16 gezeigt ist, kann die Leiterplatte vor dem Anbringen in dem Gehäuse vollständig verdrahtet werden, wobei die aktiven Elemente dann durch den Spritzgießvorgang mit dem Gehäuse verbunden werden. Dieser Vorgang kann unter Anwendung herkömmlicher Techniken durchgeführt werden. Der Vorteil dieser speziellen Ausführungsform ist leichte Montage, da die Leiterplatte vor dem Anbringen in dem Gehäuse vollständig zusammengebaut werden kann. Eine Ansicht davon ist in Fig. 16A gezeigt, in der eine Leiterplatte gezeigt ist, die in der Mitte eines Gehäuses und nicht entweder in der Ober- oder Unterseite angebracht worden ist.
In Fig. 16 ist ein Element 20A eine Verstärkungsrippe, die gleichzeitig mit dem Spritzgießen des Gehäuses 1 um die Leiterplatte 15 herum geformt wird. Bei dieser Ausführungs form sind Öffnungen in der Leiterplatte von allgemein kreisförmiger Gestalt, wie bei 15d gezeigt ist, und das Festlegen der Leiterplatte in ihrer Lage erfolgt durch das Spritzgießen von Kunststoff in diese Öffnungen während der Ausbildung des Gehäuses. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist das Element 21 ein Bereich des Gehäuses, der keine Leiterplattenelemente enthält. Dabei kann es sich entweder um eine Öffnung oder eine spritzgegossene Oberfläche handeln, an der andere Elemente wie etwa Lautsprecher oder dergleichen angebracht sind.
Fig. 16A ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 16. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, erstreckt sich die Leiterplatte 15 nur zum Teil in den Seitenwänden des Gehäuses. Die Tiefe, bis zu der sich die Leiterplatte in das Gehäuse erstreckt, braucht nur auszureichen, um das Fließen von Kunststoff während des Spritzgießens in die Öffnungen 15a zuzulassen. Bei dieser Ausführungsform ist die Rippe 20A nicht nur mit der Seite des Gehäuses 1, sondern auch mit der Leiterplatte 15 verbunden, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Leiterplatte 15 Öffnungen enthält, durch die der die Rippe bildende Kunststoff in Form von Stiften fließen kann, wie bei 20a gezeigt ist, so daß die Rippe eine Verstärkungs funktion in bezug auf die Leiterplatte hat und die Leiterplatte vor einer Auslenkung wie etwa durch das darüberliegende Oberteil des Gehäuses (nicht gezeigt) schützt. Die Stifte 20a sind zwar als Stifte gezeigt, die sich vollständig durch die unterste Oberfläche der Leiterplatte erstrecken und über diese vorstehen, sie brauchen sich jedoch nicht vollständig durch die Leiterplatte zu erstrecken. Außerdem können die Öffnungen in der Leiterplatte, die mit dem Gehäuse zusammenwirken, um die Leiterplatte mechanisch in ihrer Lage festzulegen, entweder abgeschrägte oder nicht abgeschrägte Ränder haben. Das heißt, daß die Ober- und die Unterseite dieser Öffnungen weiter als der mittlere Bereich in der Leiterplatte sein kann.
Die Ausführungsform von Fig. 16 kann ohne weiteres unter Anwendung herkömmlicher Spritzgießtechniken hergestellt werden. Die Leiterplatte würde in die Form, die verwendet wird, um das Gehäuse 1 zu formen, auf eine solche Weise eingesetzt werden, daß die Öffnungen 15a in dem Werkzeug derart angeordnet wären, daß das thermoplastische Harz, das das Gehäuse aufweist, während des Formvorgangs in die Öffnungen fließen könnte.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann, wenn die Oberflächen montagetechnik zum Anbringen des aktiven Elements auf einer Leiterplatte angewandt wird und nur eine Seite der Leiterplatte zu diesem Zweck verwendet wird, die Rückseite, die im allgemeinen glatt ist, als eine Oberfläche eines Batteriebehälters dienen, so daß die Größe der Einrichtung weiter verringert wird. Dies würde insbesondere in Taschenrechnern, Zellulartelephonen und dergleichen Verwendung finden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann das thermoplastische Harz, das das Gehäuse bildet, im wesentlichen jedes thermoplastische Harz sein, das gegossen werden kann. Obwohl im wesentlichen jedes thermoplastische Harz verwendet werden kann, wird im allgemeinen die Verwendung der sogenannten technischen Kunststoffe bevorzugt, die dazu tendieren, ausgezeichnete Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität zu haben, beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyphenylensulfid (PPS). Dies ergibt ein Gehäuse, das der häufigen unsachgemäßen Behandlung standhält, dem viele tragbare elektronische Komponenten ausgesetzt sind, einschließlich versehentlichem Fallenlassen, Feuchtigkeitseinflüssen und dergleichen.
Die Leiterplatten bestehen herkömmlich aus Glas und imprägnierten Harzen, Duroplast-Harzen und Kombinationen davon. Es kann im wesentlichen jede Leiterplatte nach der vorliegenden Technik angebracht werden. Technische Kunststoffe, die verwendet werden können, umfassen: mit Kurzfasermischung verstärktes wärmebeständiges Harz (HHR), wärmebeständige Epoxidharze auf Glasfaserbasis wie etwa FR-4, Polyphenylensulfid, hochschlagfeste Polystyrole, Polycarbonate, syndiotaktische Polystyrole und dergleichen. Andere, nichttechnische thermoplastische Harze wie etwa Polypropylen, Polyethylen können ebenfalls verwendet werden, falls gewünscht.
Das Gehäuse kann beispielsweise 100 mm x 150 mm x 20 mm groß sein. Beispielhafte Gießbedingungen können wie folgt sein:
Gießtemp.: 200 ºC bis 350 ºC
Spritzdruck: 200 kg/cm² bis 1500 kg/cm²
Werkzeugtemp.: Raumtemp. bis 150 ºC
Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Dicke von tragbaren elektronischen Einrichtungen erheblich auf die Dicke zu reduzieren, die wichtig ist, um die aktiven elektronischen Komponenten und jede Batterie oder andere Bauteile zu halten. Da eine separate mechanische Befestigung der Platte an dem Gehäuse unter Verwendung von Elementen wie etwa Schrauben oder dergleichen nicht erforderlich ist, gestattet diese Technik das Eliminieren der Verwendung von Schrauben ohne Einbuße einer festen mechanischen Befestigung an dem Gehäuse, so daß sich die Platte beim Routinegebrauch und bei Vibrationen nicht lockert. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich in der Tat durch einen wesentlichen Vorteil gegenüber Schrauben aus, die sich infolge des Einflusses von normalen Schwingungskräften nach längeren Zeiträumen lockern können, so daß sich die Leiterplatte bewegen kann, was zu einem Ausfall der Einrichtung führt.
Offensichtlich sind im Licht der vorstehenden Lehren zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es versteht sich daher, daß die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche auf eine andere Weise als hier speziell beschrieben, durchgeführt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Montieren einer Leiterplatte an einer Umschließung, das die folgenden Schritte aufweist:

Positionieren einer Leiterplatte in einer Gießform;

Spritzgießen eines Kunstharzes in die Gießform, um eine Umschließung zu bilden, wobei die Leiterplatte so konfiguriert ist, daß das Fließen des Kunststoffs während des Spritzgieß-Schritts einen mechanischen Arretiereingriff zwischen der Leiterplatte und der Umschließung erzeugt; und Entfernen der montierten Leiterplatte und Umschließung aus der Gießform.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Bereich des Umfangs der Leiterplatte abgeschrägt ist, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mechanische Arretiereingriff dadurch gebildet ist, daß wenigstens ein Bereich des Umfangs der Leiterplatte in eine Nut der Umschließung bis zu einer Tiefe eingesetzt ist, die größer als eine maximale zu erwartende Differenz der Wärmeausdehnung zwischen der Umschließung und der Leiterplatte ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte Einschnitte hat, in die der Kunststoff fließt, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Einschnitte umgekehrte Verjüngungen bzw. Hinterschneidungen haben.

6. Verfahren nach Anspruch 1, das folgenden Schritt aufweist: Positionieren von Formstücken an der Leiterplatte in der Gießform, so daß in der Umschließung Öffnungen für den Zutritt zu der Leiterplatte geformt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte Löcher hat, in die während des Spritzgieß-Schritts Kunststoff fließt, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, das den Schritt aufweist: Bilden von Verstärkungsrippen in der Umschließung während des Spritzgieß-Schritts, um die Leiterplatte zu verstärken.

9. Baugruppe aus einer Leiterplatte und einer Umschließung, die folgendes aufweist:

eine Leiterplatte; und

eine an die Leiterplatte angeformte Umschließung aus Formkunststoff,

wobei die Leiterplatte und die Umschließung Bereiche haben, die so konfiguriert sind, daß zwischen der Leiterplatte und der Umschließung während des Spritzgießens der Umschließung ein mechanischer Arretiereingriff gebildet wird.

10. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Umschließung eine geformte Nut hat, in die ein Bereich des Umfangs der Leiterplatte bis zu einer Tiefe eingesetzt ist, die größer als eine maximale zu erwartende Differenz der Wärmeausdehnung zwischen der Umschließung und der Leiterplatte ist.

11. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei wenigstens ein Bereich des Umfangs der Leiterplatte abgeschrägt ist, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden.

12. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Leiterplatte Einschnitte hat, die mit Kunststoffmaterial der Umschließung ausgefüllt sind, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden.

13. Baugruppe nach Anspruch 12, wobei die Einschnitte umgekehrte Verjüngungen bzw. Hinterschneidungen haben.

14. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Umschließung geformte Öffnungen hat, um Zugang zu der Leiterplatte vorzusehen.

15. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Leiterplatte Löcher hat, in die während des Spritzgießschritts Kunststoff fließt, um den mechanischen Arretiereingriff zu bilden.

16. Baugruppe nach Anspruch 15, wobei die Umschließung geformte Verstärkungsrippen zur Verstärkung der Leiterplatte hat.

17. Baugruppe aus zwei Leiterplatten und einer Umschließung, die folgendes aufweist:

eine erste und eine zweite Leiterplatte, die einander gegenüberstehen;

eine Vielzahl von elektronischen Teilen, die an den gegenüberstehenden Oberflächen der ersten und der zweiten Leiterplatte montiert sind; und

eine spritzgegossene Kunststoff-Umschließung, die eine obere Gehäusehälfte, die an die erste Leiterplatte angeformt ist, und eine untere Gehäusehälfte hat, die an die zweite Leiterplatte angeformt ist,

wobei die erste und die zweite Leiterplatte sowie die obere und die untere Gehäusehälfte der Umschließung Bereiche haben, die so konfiguriert sind, daß jeweils zwischen der ersten Leiterplatte und der oberen Gehäusehälfte sowie zwischen der zweiten Leiterplatte und der unteren Gehäusehälfte mechanische Arretiereingriffe während des Spritzgießens der Umschließung gebildet werden.

18. Baugruppe nach Anspruch 17, wobei eine elektrische Verbindungseinrichtung zwischen den gegenüberstehenden Oberflächen der ersten und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, um die erste und die zweite Leiterplatte elektrisch miteinander zu verbinden.