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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anschluss eines
Schaltungsträgers,
insbesondere Sensorschaltung und/oder Hybridschaltung, ein Gehäuse, einen
Sensor und/oder Hybridschaltung und ein Verfahren dazu.
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Derzeitige
Sensorschaltungen und/oder Hybridschaltungen sind in unterschiedlichen
Ausführungen angefertigt.
Eine Ausführung
davon ist ein hermetisch dichtes Gehäuse, welches häufig in
einer rauen Umgebung, wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen, eingesetzt
wird und die entsprechende elektronische Schaltung beinhaltet.
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Eine übliche Ausführung besteht
aus einer Grundplatte aus Stahl, die mit einem Stahldeckel dicht
verschweißt
ist. Innerhalb dieses Gehäuses
ist die Schaltung des Sensors und/oder Hybrids auf einem Schaltungsträger, zum
Beispiel einer Leiterplatte oder einem Keramikträger angeordnet, der auf der
Grundplatte aufgebracht ist. Dieser Schaltungsträger wird an übergeordnete
Schalteinheiten, wie zum Beispiel ein Steuerrechner eines Kraftfahrzeugs, über bestimmte
Kontaktierungen elektrisch angeschlossen. Die Durchführung der elektrischen
Verbindungen durch das Stahlgehäuse
wird aus Kontaktelementen gebildet. Diese sind im Innern des Gehäuses mit
der Schaltung elektrisch über
Bondverbindungen angeschlossen. Außerhalb des Gehäuses sind
je nach Anforderungen verschiedene Kontaktierungstechniken möglich, zum
Beispiel Laserschweißungen.
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Da
die Grundplatte aus Stahl elektrisch leitend ist, sind die Kontaktelemente
elektrisch isoliert in diese eingebracht. Diese elektrische Isolation
erfolgt dadurch, dass die Kontaktelemente eingeglast werden. Auf
diese Weise ist auch eine hermetische Abdichtung der Kontaktelemente
gegenüber
der Grundplatte gewährleistet.
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Die
Ausführung
von Gehäusen
lässt sich
jedoch prozesstechnisch nur begrenzt groß und in der Anzahl in eingeschränkten Mengen
von Kontaktelementen herstellen. Durch den Stahlwerkstoff des Gehäuses ist
die oft geforderte gute Wärmeleitung
zu bzw. von der sich im Innern des Gehäuses befindenden Schaltung
nur unzureichend gegeben, denn verfahrensbedingt werden beim Einschmelzen
der Glasdurchführungen
der Kontaktelemente hohe Temperaturen gefordert.
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Die
Größe eines
derartigen Gehäuses
ist derzeit durch die prozesstechnisch sicher herstellbare Länge der
Schweißverbindung
zwischen Deckel und Grundplatte eingeschränkt.
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zum Anschluss eines Schaltungsträgers
weist demgegenüber
eine Isolation zwischen den Kontaktelementen und der Grundplatte
auf, die einen Werkstoff für
die Grundplatte mit einer höheren
Wärmeleitfähigkeit
als Stahl möglich
macht und gleichzeitig größere Gehäuse ermöglicht.
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Ein
Vorteil besteht darin, dass die elektrische Isolation durch eine
Oberflächenbearbeitung
der Grundplatte und/oder der Kontaktelemente erfolgt, wobei beim
Zusammenbau der Kontaktelemente und der Grundplatte keine Wärmeenergie
wie bei der Verglasung des Standes der Technik benötigt wird
und der Werkstoff der Grundplatte aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
hergestellt werden kann.
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Da
die Kontaktelemente nicht mit einer Glasfüllung in die Grundplatte eingesetzt
werden, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Kontaktelemente
enger aneinander angeordnet werden können, wodurch Platz eingespart
wird, bzw. Gehäuse
mit umfangreicheren Schaltungsträgern
bestückt
werden können.
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Gemäß der Erfindung
wird die Grundplatte zumindest in Durchführungsöffnungen für die Kontaktelemente mit einer
spannungsfesten Isolierschicht versehen, die bei der Herstellung
der Grundplatte aufgebracht wird. Diese Isolierschicht kann auch
zusätzlich
oder nur an den Kontaktelementen aufgebracht sein.
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Eine
erfindungsgemäße Anordnung
zum Anschluss eines Schaltungsträgers,
insbesondere Sensorschaltung und/oder Hybridschaltung besteht aus
einer Grundplatte zur Halterung des Schaltungsträgers, die wenigstens eine durchgehende
Aufnahmeöffnung
für ein
elektrisches Kontaktelement aufweist, wobei wenigstens die Aufnahmeöffnung eine
spannungsfeste Isolierschicht aufweist.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Anordnung
zum Anschluss eines Schaltungsträgers,
insbesondere Sensorschaltung und/oder Hybridschaltung, besteht aus
einer Grundplatte zur Halterung des Schaltungsträgers, die wenigstens eine durchgehende
Aufnahmeöffnung
für ein
elektrisches Kontaktelement aufweist, wobei wenigstens das elektrische
Kontaktelement eine spannungsfeste Isolierschicht aufweist.
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Eine
noch weitere erfindungsgemäße Anordnung
zum Anschluss eines Schaltungsträgers,
insbesondere Sensorschaltung und/oder Hybridschaltung, besteht aus
einer Grundplatte zur Halterung des Schaltungsträgers, die wenigstens eine durchgehende
Aufnahmeöffnung
für ein
elektrisches Kontaktelement aufweist, wobei wenigstens die Aufnahmeöffnung und
das elektrische Kontaktelement eine spannungsfeste Isolierschicht
aufweisen.
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Das
Kontaktelement weist einen ersten und zweiten Anschlussabschnitt
und einen Befestigungsabschnitt auf. Dazu ist es bevorzugt, dass
der der erste Anschlussbereich des Kontaktelementes als ein bondbarer
Abschnitt ausgebildet ist, und dass der zweite Anschlussabschnitt
des Kontaktelementes schweißbar,
lötbar
und/oder konturenförmig
für eine
Anschlusstechnik ausgebildet ist. Damit können unterschiedliche Verbindungstechniken
innerhalb des Gehäuses
und außerhalb
an einem Kontaktelement vorgenommen werden, wobei der Befestigungsabschnitt
gesondert behandelt und/oder bearbeitet werden kann, ohne die Anschlussabschnitte
zu beeinträchtigen.
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Es
ist vorteilhaft, dass das Kontaktelement mit seinem Befestigungsabschnitt
in der Aufnahmeöffnung der
Grundplatte gegenüber
der Grundplatte elektrisch isoliert, dicht, hitzebeständig und
fest eingebracht ist, was auf Grund der vorher aufgebrachten Isolierschicht
möglich
ist, ohne dass wie im Stand der Technik eine Verglasung mit hohen
Bearbeitungstemperaturen erforderlich ist.
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Zur
Befestigung des Kontaktelementes in der Grundplatte ist das Kontaktelement
in dieser durch eine Klebung, Pressung oder Verstemmung eingebracht,
was in einfacher Weise erfolgt, ohne dass hohe Bearbeitungstemperaturen
auftreten.
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Es
ist vorteilhaft, dass die Grundplatte aus einem Aluminiumwerkstoff
gebildet ist, da dieser Werkstoff eine gute Wärmeleitung aufweist, wodurch
in dem Gehäuse
entstehende Wärme
ohne zusätzliche
Maßnahmen
abgeleitet werden kann.
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Ein
Gehäuse
mit einer Anordnung zum Anschluss eines Schaltungsträgers ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Deckel aufweist,
der mit der Grundplatte mittels Nietung und/oder Bördelung
verbunden ist.
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In
einer anderen Ausgestaltung ist zwischen dem Deckel und der Grundplatte
in einem Dichtungsabschnitt eine Dichtung angeordnet, durch welche
das Gehäuse
eine erweiterten Einsatzbereich erhält. Diese in dem Dichtungsabschnitt
angeordnete Dichtung ist einer weitere Ausgestaltung als eine hitzebeständige Metallformdichtung
ausgebildet ist, wodurch sich der Einsatzbereich noch erweitert.
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Eine
Sensor und/oder Hybridschaltung weist die erfindungsgemäße Anordnung
in einem erfindungsgemäßen Gehäuse auf.
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Ein
Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zum Anschluss eines Schaltungsträgers, insbesondere Sensorschaltung
und/oder Hybridschaltung, weist die folgenden Verfahrensschritte
auf:
- (S1) Einbringen von mindestens einer durchgehenden
Aufnahmeöffnung
in eine Grundplatte;
- (S2) Behandeln von zumindest der durchgehenden Aufnahmeöffnung oder/und
des elektrischen Kontaktelementes zum Bilden einer spannungsfesten
elektrischen Isolierschicht;
- (S3) Herstellen der Anordnung zum Anschluss durch Einfügen des
elektrischen Kontaktelementes in die durchgehende Aufnahmeöffnung.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist die Grundplatte aus Aluminium hergestellt
ist und im Verfahrensschritt wird die spannungsfeste elektrische
Isolierschicht mittels eines Eloxalverfahrens hergestellt. Hierdurch wird
eine besonders vorteilhafte Wärmeleitung
zu und/oder von dem Schaltungsträger
ermöglicht.
Gleichzeitig entfallen bei der Fertigung wärmintensive Prozesse, wodurch
die wirtschaftlicher wird.
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Weitere
Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind dem sich
anschließenden
Beschreibungsteil und den Zeichnungen zu entnehmen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung
angegebenen Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigt dabei:
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1 einen
Deckel und eine Grundplatte für
ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit
einer erfindungsgemäßen Anordnung
zum Anschluss eines Schaltungsträgers;
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2 eine
Teilansicht im Längsschnitt
des zusammengebauten Gehäuses
nach 1; und
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3 eine
Darstellung eines Kontaktelementes.
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BESCHREIBUNG
DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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In 1 ist
eine Grundplatte 2 und ein darauf aufbringbarer Deckel 3 zur
Bildung eines Gehäuses 1 (siehe 2)
dargestellt.
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Der
Deckel 3 ist in dieser Ausführung in einer Art Haube ausgebildet,
wobei seine kurzen Seiten Öffnungen 6 aufweisen,
durch Vorsprünge 5 der
Grundplatte 2 beim Aufsetzen des Deckels 3 hindurch
geführt werden
und beispielsweise zur Befestigung des Deckels 3 an der
Grundplatte 2 umgebogen werden können (siehe auch 2).
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Die
Grundplatte 2 weist hier eine erste und zweite Anschlussreihe 8, 9 auf,
die an den Längsseiten
der Grundplatte 2 angeordnet sind. Die Anschlussreihen 8, 9 bestehen
aus Kontaktelementen 10, die durch die Grundplatte 2 hindurch
eingesetzt sind, wie weiter unten ausführlicher erläutert wird.
Sie sind in den jeweiligen Anschlussreihen 8, 9 versetzt
zueinander angeordnet.
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Zwischen
den Anschlussreihen 8, 9 ist eine freie Fläche vorhanden,
auf der ein nicht dargestellter Schaltungsträger, beispielsweise eine Leiterplatte
oder ein Keramiksubstrat, mit einer bestimmten Schaltung in bekannter
Weise angeordnet ist. Der Schaltungsträger an den Kontaktelementen
zum Beispiel mittels Bondverbindungen elektrisch leitend angeschlossen.
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2 zeigt
eine Teilansicht im Längsschnitt
des zusammengebauten Gehäuses 1 nach 1,
wobei der Längsschnitt
im Bereich einer Anschlussreihe 8, 9 in Längsrichtung
des Gehäuses 1 in
einem Randbereich gezeigt ist.
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Die
Grundplatte 2 ist hierbei aus einem spannungsfest eloxierten
Aluminiumblech hergestellt und weist Aufnahmeöffnung 14 auf, in
denen die Kontaktelemente 10 eingefügt sind. Die Aufnahmeöffnungen 14 sind beispielsweise
gestanzt, gebohrt, gelasert, wasserstrahlgeschnitten und weisen
an ihrer Oberfläche
eine durchgehende Isolierschicht 16 auf, die durch den
Eloxierprozess erzeugt worden ist. Diese Isolierschicht 16 ist
spannungsfest, das bedeutet, dass sie als ein elektrischer Isolator
bis zu einer bestimmten elektrischen Spannungshöhe wirkt. Somit sind die in
die Aufnahmeöffnungen 14 eingesetzten
Kontaktelemente 10 untereinander und gegenüber der
Grundplatte 2 elektrisch isoliert.
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Die
Kontaktelemente 10 sind mit ihren mittleren Abschnitten,
die als Befestigungsabschnitte 11 bezeichnet werden (siehe
auch 3), jeweils in einer Aufnahmeöffnung 14 eingefügt. Diese
Einfügung
erfolgt dergestalt, dass die Kontaktelemente 10 in geeigneter
Weise, beispielsweise mittels Nieten, Einpressen, Einkleben, dicht
in die Grundplatte 2 eingefügt werden, ohne dass die Isolierschicht 16 dabei
zerstört
oder beschädigt
wird.
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Die
Kontaktelemente 10 sind so in die Grundplatte 2 eingefügt, dass
sie mit einem ersten Anschlussabschnitt 12 in einen Innenraum 7 des
Gehäuses 1 hineinragen,
in dem sich der Schaltungsträger
(nicht gezeigt) befindet. Eine elektrische Verbindung mit diesem
erfolgt zum Beispiel mittels Bonden. Dazu ist der erste Anschlussabschnitt 12 des
Kontaktelementes 10 bondbar ausgebildet.
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Ein
dem ersten Anschlussabschnitt 12 des Kontaktelementes 10 gegenüberliegender
zweiter Anschlussabschnitt 13 außerhalb des Gehäuses 1 weist
eine geeignete Ausbildung bzw. Kontur für eine weitere Verbindungstechnik
auf, zum Beispiel Laserschweißen,
Widerstandsschweißen,
Schneidklemmen, Löten usw.).
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Der
Deckel 3 wird auf die Grundplatte 2 aufgesetzt,
nachdem der in das Gehäuse 1 eingebrachte Schaltungsträger mit
den ersten Anschlussabschnitten 12 der Kontaktelemente 10 elektrisch
verbunden ist. Die Vorsprünge 5 der
Grundplatte 2, von denen hier nur einer dargestellt ist,
sind durch die Öffnungen 6 des Deckels 3 hindurch
geführt,
ragen aus den Öffnungen 6 hervor
und können
zur Befestigung des Deckels 3 umgebogen werden. Auch eine
Vernietung oder Bördelung
eines geeigneten Rands 4 des Deckels 3 mit der Grundplatte 2 ist
möglich.
Der umlaufende Randbereich des Deckels 3 bildet mit der
Grundplatte 2 einen umlaufenden Dichtungsabschnitt 15,
in welchen eine geeignete Dichtung eingebracht werden kann. Vorzugsweise
kann dieses eine Metallformdichtung sein, wodurch der Einsatzbereich
des Gehäuses 1 auch
auf Hochtemperaturanwendungen erweitert ist.
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3 zeigt
ein einzelnes Kontaktelement 10 mit dem in seiner Mitte
angeordneten Befestigungsabschnitt 11 und mit dem auf der
oberen Endfläche
angeordneten ersten Anschlussabschnitt 11, der einen bondbaren
Bereich bildet. Das untere Ende des Kontaktelementes 10 ist
hier gabelförmig
ausgebildet und bildet den zweiten Anschlussbereich, zum Beispiel
zur Lötverbindung.
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Das
Kontaktelement 14 ist vorzugsweise als ein so genannter
Formling aus einem leitfähigen
Material, zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierung, hergestellt.
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Durch
die Ausbildung der Isolierschicht 16 innerhalb der Aufnahmeöffnung 14 ist
es vorteilhaft möglich,
gegenüber
dem Stand der Technik die Anzahl der Kontaktelemente 10 pro
Flächeneinheit
zu erhöhen.
Die Verwendung von Aluminium als Werkstoff für die Grundplatte 2 ergibt
eine besonders gute Wärmeleitung
in Verbindung mit dem Schaltungsträger zur Ableitung seiner Wärme. Eine
mit hoher Wärmeenergie
erfolgende Bearbeitung, wie Schweißen oder Glasschmelzen, ist
weder zum Einsetzen der Kontaktelemente 10 noch zum Verbinden
des Deckels 3 mit der Grundplatte 2 notwendig.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern auf vielfältige
Art und Weise modifizierbar.
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Es
ist auch möglich,
dass eine Dichtung zwischen Deckel 3 und Grundplatte 2 bei
einer umlaufenden Bördelung
bei bestimmten Anwendungen nicht notwendig ist.
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Es
ist denkbar, dass das Kontaktelement 10 in seinem Befestigungsabschnitt 11 mit
einer Isolierschicht 16 ausgebildet ist.
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