DE19720106A1 - Vorrichtung zur Aufnahme von elektrischen Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von elektrischen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In vielen Anwendungen ist die richtige und exakte räumliche Montage von Bauteilen in einem Gehäuse von großer Bedeutung. Die Funktionsweise und Eigenschaften derartiger Bauteile, die aus einem einzelnen Bauele­ ment bestehen oder mit mehreren Bauelementen, Funktionsgruppen oder Baugruppen bilden, sind richtungsabhängig. Dies ist z. B. der Fall bei Be­ schleunigungssensoren, die ein Beschleunigungssignal in einer bestimm­ ten Raumrichtung oder Ebene erfassen müssen. Derartige Beschleuni­ gungssensoren müssen deshalb so ausgerichtet werden, daß sie das Be­ schleunigungssignal in der gewünschten Richtung erfassen. Auch bei an­ deren Bauteilen wie z. B. optoelektronischen Empfängern oder Sendern, die ein Signal aus einer definierten Richtung empfangen oder in eine be­ stimmter Richtung entsenden oder an einem bestimmten Ort etwas anzei­ gen sollen, ist die Lage im Gehäuse von großer Bedeutung. Befindet sich der hierfür benötigte Ort nicht direkt auf der Leiterplatte, die als Träger für die elektrischen und elektronischen Bauteile dient so werden zusätzliche mechanische und elektrische Vorrichtungen benötigt, die dann das rich­ tungsabhängige Bauteil in der bevorzugten Ebene und/oder Richtung positionieren.

Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt die Bauteile genau positio­ nieren und ausrichten. Eine Vorrichtung besteht aus einer Leiterplatte mit zusätzlichen mechanischen Trägern in Form von Abstandshaltern, Winke­ lelementen, usw. Durch diese Hilfsmittel werden die Bauteile auf der Lei­ terplatte positioniert und ausgerichtet. Ein anderes Verfahren positioniert das gesamte Gehäuse mit dem Träger in der gewünschten Position an einem Gerät, insbesondere einem Kraftfahrzeug.

Nachteilig an diesen Vorrichtungen ist jedoch, daß sie einerseits sehr aufwendig sind und andererseits eine Positionierung in nur einer Richtung zulassen. Auch werden bei den bisher geläufigen Vorrichtungen zusätzli­ che Träger benötigt. Weiter können mit diesen Vorrichtungen die Bauteile im gleichen Gehäuse nur auf einer Ebene ausgerichtet werden.

Weiter sind bewegliche bzw. elastische Trägermaterialien insbesondere Leiterplatten bekannt. Diese flexiblen Leiterplatten werden immer dann verwendet, wenn ein platzsparender Aufbau benötigt wird oder sich die elastische Leiterplatte an Gehäusegegebenheiten anpassen muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, die eine einfache und vielfältige Positionierung von Bauteilen zuläßt und ohne zusätzliche Hilfsmittel aus­ kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im Patent­ anspruch 1 gelöst. Hierbei wird das Bauteil auf einen zumindest teilweise beweglichen und/oder flexiblen Träger angebracht, der gleichzeitig als Leiterplatte dient. Dieser Träger wird dann direkt an eine Montagefläche des Gehäuses angebracht, wobei die Montagefläche so geformt ist, daß das richtungsabhängige Bauteil daran positioniert und ausgerichtet wird und der Träger dadurch in mehrere Ebenen ragt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß das Bauteil durch den am Gehäuse angeschmiegten Träger immer in die exakte Po­ sition gebracht wird. Der Aufwand hierfür ist sehr gering und bedarf nur einer zumindest teilweise beweglichen Leiterplatte und ein den Anforde­ rungen angepaßtes Gehäuse. Da in der Regel die Gehäuseteile durch einen Vergießprozeß hergestellt werden, spielt es keine Rolle welche Form die Wandung oder eine andere Montagefläche hat. Auch können mit identischen Trägern, die in verschieden ausgeformte Gehäuse montiert werden, z. B. unterschiedliche Beschleunigungssensoren aufgebaut wer­ den.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen. Hier wird das Verfahren mit verschiedenen Materialien aufge­ zeigt, die eine besonders einfache Ausführungsform erlauben. Weiterhin können in dieser Vorrichtung mehrere richtungsabhängige Bauteile in ei­ nem Gehäuse in einem Arbeitsgang in die richtige Position gebracht wer­ den.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den Zeichnungen dargestellt werden.

Fig. 1a Elastischer Träger

Fig. 1b Starrer Träger mit beweglichen Vorrichtungen

Fig. 2 Gehäuse mit Träger.

Fig. 1a zeigt einen Träger 1 der für das einfache Verfahren zur räumli­ chen Positionierung bzw. Ausrichtung verwendet werden kann. Der ab­ gebildete Träger 1 hat nicht nur die Aufgabe, daß Bauelemente 10, 11, 12, 13, 14 an ihm befestigt werden, sondern er stellt auch die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen dar. Im einfachsten Fall kann der Träger als Leiterplatte beschrieben werden. In diesem An­ wendungsbeispiel besteht er aus einem elastischen Material. Hierbei kön­ nen verschiedene biegsame Materialien verwendet werden, wie z. B. dün­ nes biegsames Polyimid oder FR4, das sich an das Gehäuse oder die Montageflächen anpaßt bzw. anschmiegt ohne daß die Zuleitungen zer­ stört werden und sich die darauf montierten Bauelemente ablösen. Dieser Träger weist zum einen richtungsabhängige Bauelemente 11, 12, 13, 14 und zum anderen aktive oder passive richtungsunabhängige Komponen­ ten 10 auf. Diese Bauteile sind auf den verschiedenen Trägerteilstücken 2, 3, 4, 5, 6 und 15 montiert.

Fig. 1b zeigt eine starre Leiterplatte 1 die scharnierartigen Vorrichtung­ en 7, 8, 9 aufweist. Das starre bzw. feste Material, wie z. B. starres FR4, kann durch die scharnierartige Vorrichtungen 7, 8, 9 biegsam gemacht werden. Dabei können sowohl sogenannte "flying leads" 7 die elektrische und flexible Verbindung zwischen den einzelnen Teilbereichen herstellen. Eine andere Möglichkeit zur Erzielung der Beweglichkeit besteht in der Verwendung von sogenannten Starr-Flex-Starr Verbindungen. Hierbei kann es sich um Verbindungen handeln, bei denen zwei starre Träger z. B. durch eine flexible Folie 8 verbunden sind oder durch ein flexibles Flach­ bandkabel. Eine andere scharnierartige Vorrichtung die die einzelnen Leiterplattenteilbereiche 2, 3, 4, 5, 6, 15 miteinander mechanisch und elektrisch verbindet, besteht aus einer zylinderförmigen Vorrichtung 9 die rundherum Leiterbahnen aufweist, so daß die Leiterplatten bei einer Be­ wegung um den Zylinder elektrisch in Verbindung bleiben. Derartige Lei­ terplatten 1 können im ebenen Zustand, also wenn alle Teilbereiche 2, 3, 4, 5, 6, 15 sich in der gleichen Ebene befinden sehr einfach und exakt mit den Bauteilen 10, 11, 12, 13, 14 vollautomatisch bestückt werden. Da­ durch ist ein kostengünstiger Aufbau gewährleistet. Dieser Träger weist auch aktive oder passive richtungsunabhängige Komponenten 10 auf. Diese Bauteile sind gleichfalls auf dem Träger montiert und elektrisch miteinander verbunden.

Die Bestückung mit den Bauteilen 10, 11, 12, 13 und 14 der in Fig. 1a und 1b beschriebenen Träger erfolgt vollautomatisch in einer Ebene.

Fig. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebaut wird. Hier wurde der in Figur 1b beschrieben Träger 1 in einem Gehäuse 20 angebracht. Durch die spezielle Form des Gehäu­ ses 20 an den Stellen 23, 24, 25, 27, 28 wurden dadurch automatisch die richtungsabhängigen Bauteile 11, 12, 13, 14 positioniert und ausgerichtet. Der Träger in diesem Anwendungsbeispiel die Leiterplatte 1 wird in das Gehäuse 20 eingelegt. Beim Einlegen bzw. bei der Montage mittels spe­ zieller Werkzeuge, die eine exakte Positionierung ermöglichen, schmiegt sich die Leiterplatte an die Wände bzw. Montageflächen 23, 24, 25, 26, 27, 28 des Gehäuses 20. In diesem Anwendungsbeispiel weisen die Wände 23, 24, 25, 28 Schrägen auf. Die Schrägen 23, 24, 25, 28, die Leiterplatte 1 und die Position des richtungsabhängigen Bauteils 11, 12, 13, 14 auf der Leiterplatte sind vorab so berechnet bzw. konstruiert wor­ den, daß wenn die Leiterplatte an dieser Wand montiert wird, das Bauteil positioniert und ausgerichtet ist. Weiterhin muß die Lage der scharnierar­ tigen Vorrichtungen 7, 8, 9 auf der festen Leiterplatte 1 oder einer elasti­ schen Leiterplatte, in der Gesamtkonstruktion berücksichtigt werden. Die­ se Vorrichtungen 7, 8, 9 die die Leiterplatte 1 beweglich machen ermögli­ chen erst eine Anschmiegung der eigentlichen starren Leiterplatte 1 an das Gehäuse 20. Nicht abgebildet ist die Variante bei der der Träger bzw. die Leiterplatte aus einem, wie in Fig. 1a beschriebenen, flexiblen Mate­ rial, besteht, das beim Verbiegen alle Funktionen beibehält, das heißt z. B. Leiterbahnen werden nicht zerstört, Bauteile springen nicht ab. Bei der Montage der Leiterplatte 1 in das Gehäuse 20 werden diese bleibend miteinander verbunden, so daß ein Verrutschen nicht mehr möglich ist.

Als Befestigungsmöglichkeiten können Befestigungsmittel wie z. B. Clipse und Schrauben gewählt werden. Auch kann die Leiterplatte eingeklebt, eingelötet oder eingeklemmt werden.

In dem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel besteht die Leiterplatte aus mehreren flexibel miteinander verbundenen Teilbereichen 2, 3, 4, 5, 15 und 6. Diese Teilbereiche sind so geformt, daß bei der Anbringung der Leiterplatte ein richtungsabhängiges Bauteil richtig positioniert wird. Wird auf die Gehäuseschräge 23 der Leiterplattenteilbereich 5 befestigt, so wird z. B. der piezoresistive Beschleunigungssensor 11 in der gewünsch­ ten Richtung x automatisch richtig positioniert. Dies gilt auch für den ande­ ren Beschleunigungssensor 11 auf dem Leiterplattenteilstück 15, der auf der anderen Gehäuseschräge 28 befestigt ist. Die Beschleunigungssen­ soren sind über Leiterbahnen mit der restlichen Leiterplatte verbunden. Die flexible, bewegliche Vorrichtung 7 gestattet es das Teilstück 5 gegen­ über dem Teilstück 4 zu bewegen, so daß sich die Flächen nicht mehr in ein und derselben Ebene befinden. Das Leiterplattenteilstück 4 mit den darauf befindlichen Bauteilen wird eben an der Gehäusewand 26 befe­ stigt. Das Leiterplattenteilstück 6 wird aus der Ebene des Leiterplatten­ teilstückes 4 bewegt und dann am Gehäuseboden 27 angebracht. Da­ durch wird der Laser, der sich auf diesem Teilstück befindet positioniert und ausgerichtet. Daraufhin wird das Leiterplattenteilstück 3 über eine flexible Folie, die die zwei Teilbereiche elektrisch miteinander verbindet, in eine andere Ebene gedreht so daß es auf der Gehäuseschräge 24 ange­ bracht wird. Dabei wird ein Empfänger 14 in y-Richtung ausgerichtet. Zu­ letzt wir das Teilstück 2 über die flying leads aus der bisherigen Ebene gedreht und an der anschließenden Gehäuseschräge 25 ausgerichtet wo­ durch eine LED-Zeile 13 positioniert wird, um z. B. an einer Abdeckung als Statusanzeige zu dienen. Bei diesem Anwendungsbeispiel wird die Lei­ terplatte mit dem Stecker 21 kontaktiert. Die Kontaktierstellen sind in der Figur nicht ersichtlich. Abschließend wird nach dem Verschließen das so bestückte Gehäuse über die Montagelöchern 22 z. B. am Kraftfahrzeug oder an einer anderen Vorrichtung angebracht.

Die Fig. 2 soll zeigen, daß das Gehäuse nicht nur zum Schutz der Bau­ teile benötigt wird sondern gleichzeitig bei Verwendung der bereits be­ schriebenen beweglichen oder flexiblen Leiterplatte zur Positionierung und Ausrichtung von Bauteilen oder Funktionsgruppen dient. Hierbei spielt es keine Rolle ob das richtungsabhängige Bauteil nur auf eine Raumrich­ tung, wie z. B. im Falle der Beschleunigungssensoren oder auf einen Punkt, wie z. B. im Falle des Laser ausgerichtet werden muß.

In einem weiteren Anwendungsfall, welcher nicht abgebildet ist, kann auf der bewegliche Leiterplatte bzw. der elastischen Folie ein piezoresistiver Beschleunigungssensor angebracht sein. Dies dient der Messung von Beschleunigungen zur Auslösung von Sicherheitsvorrichtungen. Deswei­ teren sind auf diesem Träger weitere aktive und passive Bauelemente angebracht, die zur Signalverarbeitung des Beschleunigungssignals die­ nen. Dieser Träger wird, wie in Fig. 2 beschrieben, in ein Gehäuse ein­ gebracht und bildet einen Beschleunigungsmesser. Die Schaltung und die Bauteile zur Messung und Auswertung des Beschleunigungssignals auf dem Träger sind immer gleich unabhängig in welcher Raumebene die Be­ schleunigung gemessen werden soll und unabhängig vom Kraftfahrzeug, der je nach Typ unterschiedliche Montageorte für die Beschleunigungs­ messer vorschreibt. Die Ausrichtung des Beschleunigungssensors im Ge­ häuse ist abhängig von der Hauptempfindlichkeitsachse und von der An­ bringung des Gehäuses am Kraftfahrzeug. Mit der unter Fig. 2 beschrie­ benen Vorrichtung ist es möglich, mit ein und derselben beweglichen be­ stückten Leiterplatte oder flexiblen Folie verschiedene Anwendungen ab­ zudecken. Die Anpassung an die jeweils benötigte Hauptempfindlichkeit­ sachse, an die Anbringung am Kraftfahrzeug und/oder an den Kraftfahr­ zeugtyp erfolgt allein durch die Gehäuseform oder eine andere Montage­ fläche, auf die der Träger insbesondere die Leiterplatte oder die elastische Folie angebracht wird. Es können verschiedene Beschleunigungsmesser mit ein und demselben Träger aufgebaut werden. Durch das beschriebe­ ne Verfahren lassen sich unterschiedliche Beschleunigungsmesser für unterschiedliche Anwendungen bzw. Hauptempfindlichkeitsachsen ein­ fach und kostengünstig aufbauen.

Desweiteren dient der Träger bei allen Anwendungen sowohl zur elektri­ schen als auch zur mechanischen Verbindung der Bauteile und erfüllt somit gleich mehrere Anforderungen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Aufnahme von elektrischen Bauteilen (11, 12, 13, 14) bei der bezüglich der Einbaulage des Gehäuses wenigstens ein Bauteil in einer bevorzugten Ebene und/oder Richtung positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - wenigstens ein Bauteil (11, 12, 13, 14) auf einen zumindest teilweise beweglichen oder flexiblen Träger (1) angebracht ist,
• - der Träger (1) in dem Gehäuse eine räumliche Anordnung aufweist und
• - zumindest Teile einer Montagefläche (23, 24, 25, 27, 28) so geformt sind, daß beim Anbringen des beweglichen oder flexiblen Trägers (1) an der Montagefläche (23, 24, 25, 27, 28) das Bauteil (11, 12, 13, 14) in der bevorzugten Ebene oder Richtung positioniert und ausgerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil sowohl als ein einzelnes Bauelement, insbesondere ein Be­ schleunigungssensor (11), oder eine Funktionsgruppe oder eine Bau­ gruppe auf den Träger (1) montiert wird.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest teilweise bewegliche oder flexible Träger (1) aus:

• - dünnem, biegsamen Polymer oder einem anderen biegsamen Material oder
• - einem starren Material mit flying leads oder
• - einer Starr-Flex-Starrverbindung, bei welcher ein starrer Trägerteil durch eine flexible oder scharnierartige Verbindung mit einem ande­ ren starren Trägerteil verbunden ist, aufgebaut ist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere richtungsabhängige Bauteile (11, 12, 13, 14), die sich auf ein und demselben Träger (1) befinden, in verschiedenen Ebenen, positio­ niert und ausgerichtet werden.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung ein Beschleunigungsmesser ist, der in einer bestimm­ ten Einbaulage am Kraftfahrzeug montiert ist und eine kinetische Größe in einer bevorzugten Ebene erfaßt.