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DE19511487A1 - Method of manufacturing a circuit board assembly - Google Patents

Method of manufacturing a circuit board assembly

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DE19511487A1
DE19511487A1 DE1995111487 DE19511487A DE19511487A1 DE 19511487 A1 DE19511487 A1 DE 19511487A1 DE 1995111487 DE1995111487 DE 1995111487 DE 19511487 A DE19511487 A DE 19511487A DE 19511487 A1 DE19511487 A1 DE 19511487A1
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Germany
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circuit board
substrate
board arrangement
printed circuit
arrangement according
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DE1995111487
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Willy Bentz
Waldemar Dipl Ing Ernst
Stefan Dipl Ing Kolmorgen
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

The proposal is for a printed circuit board arrangement (1) for an electrical device, especially a control or regulating device for an electromechanical system, having at least one metal base plate (2). There is also a substrate (10) supporting the tracks for electrical components (2, 11) fitted thereon, where the substrate (10) is laminated on the base plate (2), and terminals (4) for electrical connections to the printed circuit board arrangement (1). The base plate (2) takes the form of a housing for the electrical device and/or a mechanical system and the substrate (10) is on the base plate (2) in the inner regions, with the preponderantly surface-fitted electrical components (2, 11) lying in regions on the substrate (10) in which thermal contact with heat-dissipating means can be made.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung für ein elektrisches Gerät, insbesondere ein Steuer- oder Regelge­ rät für eine elektromechanische Anordnung, nach dem Oberbe­ griff des Hauptanspruchs.The invention relates to a circuit board arrangement for a electrical device, in particular a control or regulating unit advises for an electromechanical arrangement, according to the Oberbe handle the main claim.

Es ist bereits aus der DE-OS 40 35 526 ein elektrisches Ge­ rät bekannt, bei dem eine Leiterplatte als Substrat auf ei­ ne metallische Trägerplatte aufgeklebt ist. Diese Leiter­ platte ist aus zwei Teilen gebildet, die über einen mittle­ ren Bereich mit flexiblen Leiterbahnen miteinander verbun­ den sind. Die beiden Bereiche sind jeweils an verschiedenen Trägerplatten gehalten, die aus gut wärmeleitendem Material sind, so daß auch Leistungsbauelemente mit einer entspre­ chend hohen Wärmeabgabe auf diesen Leiterplatten unterge­ bracht werden können. Weitere flexible Bereiche der Leiter­ platten sind mit Steckverbindern oder sonstigen Anschluß­ teilen verbunden, die einen universellen Einsatz des elek­ trischen Geräts gewährleisten. Die Leiterplatten bilden nach dem Zusammenbau das komplette elektrische Gerät, das nach der Herstellung der elektrischen Verbindungen an einer für die jeweilige Anwendung geeigneten Stelle angeordnet werden kann.It is already from DE-OS 40 35 526 an electrical Ge advises known in which a circuit board as a substrate on egg ne metallic support plate is glued on. This ladder plate is made up of two parts, one over the middle area with flexible interconnects they are. The two areas are different Carrier plates kept, made of good heat-conducting material  are, so that power components with a correspond accordingly high heat emission on these printed circuit boards can be brought. Other flexible areas of the ladder plates are with connectors or other connection share connected, the universal use of the elek ensure trical device. Form the circuit boards after assembling the complete electrical device that after making the electrical connections on a location suitable for the respective application can be.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung der eingangs beschriebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß ein selb­ ständig herstellbares elektrisches Gerät an einer Träger­ platte aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, aufgebaut werden kann und nach der Montage und eventuellen Prüf­ schritten als Gehäuseteil für ein komplexeres Gerät Verwen­ dung findet. Die Trägerplatte und somit das spätere Gehäu­ seteil kann vor der Endmontage mit dem Substrat zusammenge­ klebt und mit den elektrischen Bauelementen bestückt und gelötet werden. Besonders bei der Anwendung der er­ findungsgemäßen Leiterplattenanordnung im Zusammenhang mit sehr komplexen elektromechanischen Geräten, wie beispiels­ weise der Steuerelektronik für einen Verbrennungsmotor, kann hierbei eine Mechanikkomponente am Motor eingespart werden, da die Trägerplatte, eventuell zusammen mit weite­ ren angefügten Trägerplatten, als mechanische Gehäusergän­ zung Verwendung findet.The circuit board arrangement of the invention described type is with the characteristic features of the Claim 1 particularly advantageous in that a same Electrical device that can always be manufactured on a carrier plate made of metal, preferably made of aluminum can be and after assembly and any testing used as a housing part for a more complex device finds. The carrier plate and thus the later casing seteil can be assembled with the substrate before final assembly sticks and equipped with the electrical components and to be soldered. Especially when using the he PCB arrangement according to the invention in connection with very complex electromechanical devices, such as control electronics for an internal combustion engine, can save a mechanical component on the engine as the carrier plate, possibly together with wide ren attached carrier plates, as a mechanical housing tion is used.

Auf einfache Weise kann die Leiterplattenanordnung so pla­ ziert werden, daß ohnehin vorhandene Kühlvorrichtungen oder sonstige Luft- oder Flüssigkeitsströme zur Kühlung der Bau­ elemente herangezogen werden die eine abzuleitende Verlustwärme produzieren. Um die Substratoberfläche, die Bau­ elemente und die Kontakt- und Lötstellen gegen hierbei auf­ tretende Feuchtigkeit oder gegen Staub zu schützen, werden diese mit einer Schutzschicht aus Lack oder einer aufge­ schäumten Kunststoffmasse versehen. Diese Schutzschicht kann in vorteilhafter Weise auch Aussparungen in der Trä­ gerplatte überdecken, die für die Anordnung von Bau­ elementen oder Anschlußelementen in Durchstecktechnik not­ wendig sind, da hier eine Durchkontaktierung auf die Rück­ seite des Substrats erfolgt.In a simple manner, the circuit board arrangement can be pla be adorned that existing cooling devices or other air or liquid flows for cooling the building  elements are used to dissipate the dissipated heat to produce. To the substrate surface, the construction elements and the contact and solder points against this moisture or dust this with a protective layer of varnish or a foamed plastic compound. This protective layer can advantageously recesses in the Trä cover the slab for the arrangement of construction elements or connecting elements in push-through technology not are manoeuvrable, since there is a via on the back side of the substrate.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung kommen besonders dann zum Tragen, wenn beispielsweise die Trägerplatte mechanischer Bestandteil einer Gehäuseabdec­ kung eines Luftfilters im Motorraum eines Kraftfahrzeugs ist, da hier in besonders günstiger Weise der Luftstrom im Luftfilter zur Kühlung von Bauelementen herangezogen werden kann.The advantages of the circuit board arrangement according to the invention come into play particularly when, for example, the Carrier plate mechanical component of a housing cover kung an air filter in the engine compartment of a motor vehicle is because here the air flow in a particularly favorable manner Air filters are used to cool components can.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leiterplattenan­ ordnung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Embodiments of the circuit boards according to the invention order are explained using the drawing. Show it:

Fig. 1 Teilansichten einer Leiterplattenanordnung hinsichtlich der Bauelemente und der Trägerplatte; FIG. 1 is partial views of a printed circuit board assembly with respect to the components and the support plate;

Fig. 2 einen ersten Schnitt durch die Leiterplatten­ anordnung in der Ebene der Bauelemente (I-I); Figure 2 shows a first section through the circuit board arrangement in the plane of the components (II).

Fig. 3 einen zweiten Schnitt durch die Leiterplat­ tenanordnung in der Ebene der Anschlußelemente (II- II); Fig. 3 shows a second section through the circuit board arrangement in the plane of the connection elements (II-II);

Fig. 4 eine Leiterplattenanordnung mit separatem Ge­ häusedeckel; Figure 4 is a circuit board assembly with a separate Ge housing cover.

Fig. 5 eine Leiterplattenanordnung mit zwei Träger­ platten; Figure 5 is a circuit board assembly with two carrier plates.

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lei­ terplattenanordnung mit abgewinkeltem Anschlußelement und einer aufgeschäumten Schutzschicht; Fig. 6 shows another embodiment of a Lei terplattenanordnung with an angled connection element and a foamed protective layer;

Fig. 7 eine Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 und Fig. 7 shows a variant of the embodiment of Fig. 6 and

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel der Leiterplattenan­ ordnung mit direkt aufgelötetem Anschlußelement und aufgeschäumter Schutzschicht. Fig. 8 shows an embodiment of the circuit board arrangement with directly soldered connection element and foamed protective layer.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanord­ nung 1 mit einer Trägerplatte 2 dargestellt, bei der nach dem linken Teil der Ansicht Bauelemente 3 auf einem hier nicht sichtbaren Substrat mit entsprechenden Leiterbahnen angeordnet sind. Zur Verdeutlichung wir hier auf die Dar­ stellungen nach Fig. 2 und Fig. 3 verwiesen, bei denen gleiche Elemente mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Im rechten Teil der Fig. 1 ist ein Anschlußelement 4 ersichtlich, das zur Aufnahme einer Steckverbindung für die elektrischen Anschlüsse an der Trägerplatte 2 angeordnet ist. Die Trägerplatte 1 ist über Schraubverbindungen 5 und mittels Dichtungen 6 als Gehäuseteil an eine mechanische Anordnung, beispielsweise an ein Luftfiltergerät im Motor­ raum eines Kraftfahrzeuges, anbringbar.In Fig. 1 is a section through a first Ausfüh approximately example of a circuit board arrangement 1 according to the invention with a carrier plate 2 is shown, in which, according to the left part of the view, components 3 are arranged on a substrate (not visible here) with corresponding conductor tracks. For clarity we here to Dar positions according to FIG. 2 and FIG. 3 referred to, in which like elements are provided with the identical reference numerals. In the right part of FIG. 1, a connection element 4 can be seen, which is arranged for receiving a plug connection for the electrical connections on the carrier plate 2 . The carrier plate 1 can be attached via screw connections 5 and by means of seals 6 as a housing part to a mechanical arrangement, for example to an air filter device in the engine compartment of a motor vehicle.

In Fig. 4 ist eine erste Bauart der Leiterplattenanordnung 1 gezeigt, bei der ein zusätzlicher Gehäusedeckel 7 an der Trägerplatte 2 befestigt wird und dabei die gesamte Schal­ tungsanordnung abdeckt. Gemäß Fig. 5 sind zwei Trägerplat­ ten 2a und 2b vorhanden, die über ein Distanzelement 8 an­ einander gehalten werden. Die Anschlußelemente 4 können bei diesen Ausführungsbeispielen mechanisch direkt an den Trä­ gerplatten 2, 2a oder 2b gehalten und elektrisch durch Oberflächenmontage oder mittels gelöteter Durchsteckverbin­ dungen an die Leiterbahnen des Substrats angeschlossen wer­ den.In Fig. 4, a first type of circuit board assembly 1 is shown, in which an additional housing cover 7 is attached to the support plate 2 and covers the entire circuit arrangement. According to Fig. 5, two are Trägerplat th 2 a and 2 b present, which are held via a spacer member 8 to each other. The connecting elements 4 can be held mechanically directly on the carrier plates 2 , 2 a or 2 b in these embodiments and electrically connected to the conductor tracks of the substrate by surface mounting or by means of soldered push-through connections.

Aus den Fig. 6 bis 8 sind insbesondere Ausführungsbei­ spiele der Leiterplattenanordnung 1 mit einer besonderen Schutzschicht 9 aus einer aufgeschäumten Kunststoffmasse, beispielsweise Polyurethan (PUR), dargestellt. Hier ist im Detail erkennbar, wie ein Substrat 10 auf die Trägerplatte 2 auflaminiert ist. Unter Laminieren versteht man das Auf­ bringen einer Folie, hier einer Folie mit Leiterbahnen, auf einen metallischen Grundkörper (Trägerplatte 2) mittels Kleber. Dieser Fertigungsvorgang erfordert einen Druck von ca. 1,4 bis 2,8 Mpa, mit dem die Folie (Substrat 10) an die Trägerplatte 2 bei ca. 180°C bis 200°C angedrückt wird. Der Anschluß der elektrischen Bauelemente 3 erfolgt hier mit­ tels einer Oberflächenmontagetechnik, bei der die Anschlüs­ se der Bauelemente 3 im sogenannten Wellenlötverfahren auf die Leiterbahnen an der Folie gelötet werden.In particular Ausführungsbei are games of the circuit board assembly 1 with a special protective layer 9 made of a foamed plastics material from FIGS. 6 to 8, for example, polyurethane (PUR), is shown. Here it can be seen in detail how a substrate 10 is laminated onto the carrier plate 2 . Laminating is understood to mean bringing up a film, here a film with conductor tracks, onto a metallic base body (carrier plate 2 ) by means of adhesive. This manufacturing process requires a pressure of approximately 1.4 to 2.8 MPa, with which the film (substrate 10 ) is pressed onto the carrier plate 2 at approximately 180 ° C. to 200 ° C. The connection of the electrical components 3 takes place here by means of a surface mounting technique in which the connections of the components 3 are soldered to the conductor tracks on the film in the so-called wave soldering method.

Darüber hinaus können jedoch auch Bauelemente 11 in der so­ genannten Durchstecktechnik an die Leiterbahnen des Substrats 10 angeschlossen werden. Hier ist jedoch erfor­ derlich, daß eine Ausnehmung 12 in der Trägerplatte 2 vor­ handen ist, die später ebenfalls mit der Kunststoffmasse 9 ausgeschäumt werden kann. Die Anschlußelemente 4 sind bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 6 und 7 recht­ winklig zur Trägerplatte 2 angeordnet, wobei in der Fig. 6 eine separate mechanische Halterung 13 vorhanden ist und die elektrischen Verbindungen 14, eingebettet in die Kunst­ stoffmasse 9, zu den Leiterbahnen des Substrats 10 her­ untergeführt sind. Bei der Verlötung in Durchstecktechnik wird hier ebenso verfahren wie beim Bauelement 11. Das Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt eine rechtwinklig abge­ bogene Trägerplatte 2 mit dem Substrat 10, so daß hier ein direkter Anschluß der Steckvorrichtungen des Anschlußele­ ments 4 möglich ist. Die weitere Variante nach der Fig. 8 zeigt eine zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 vergleich­ bare Anordnung des Anschlußelements 4 direkt auf der Trä­ gerplatte 2 mit einer Verlötung in Durchstecktechnik.In addition, however, components 11 can also be connected to the conductor tracks of the substrate 10 using the so-called push-through technique. Here, however, it is neces sary that a recess 12 is present in the carrier plate 2 , which can later also be foamed with the plastic compound 9 . The connecting elements 4 are arranged at right angles to the support plate 2 in the exemplary embodiments according to FIGS. 6 and 7, with a separate mechanical holder 13 being present in FIG. 6 and the electrical connections 14 embedded in the plastic material 9 to the conductor tracks of the substrate 10 are brought under. The procedure for soldering using push-through technology is the same as for component 11 . From the exemplary implementation of FIG. 7 shows a perpendicular abge bent support plate 2 with the substrate 10 so that there is a direct connection of the plug of the devices is possible Anschlußele member 4. The further variant according to FIG. 8 shows an arrangement of the connecting element 4 which is comparable to the exemplary embodiment according to FIG. 4, directly on the carrier plate 2 with a soldering in push-through technology.

In all den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Leiterplattenanordnung 1 ist gewährleistet, daß ein kompak­ tes elektrisches Gerät realisierbar ist, das als Gehäuse­ teil einer mechanischen Anordnung dient und daß bei einem optimalen Schutz der elektrischen Bauelemente 3 und 11 durch eine Schutzschicht 9 beispielsweise Luftströme zur Kühlung der Bauelemente 3 und 11 herangezogen werden kön­ nen.In all the above-described embodiments of the circuit board arrangement 1 it is ensured that a compact electrical device can be realized which serves as a housing part of a mechanical arrangement and that with optimal protection of the electrical components 3 and 11 by a protective layer 9, for example air currents for cooling the Components 3 and 11 can be used.

Claims (10)

1. Leiterplattenanordnung für ein elektrisches Gerät, ins­ besondere ein Steuer- oder Regelgerät für eine elektromecha­ nische Anordnung, mit
  • - mindestens einer metallischen Trägerplatte (2),
  • - mindestens einem, die Leiterbahnen tragenden Substrat (10) für darauf angeordnete elektrische Bauelemente (2,11), wobei das Substrat (10) auf die Trägerplatte (2) auf laminiert ist und mit
  • - Anschlußelementen (4) für elektrische Verbindungen zur Lei­ terplattenanordnung (1), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Trägerplatte (2) als Gehäuseelement für das elektrische Gerät und/oder eine mechanische Anordnung ausgebildet ist und das Substrat (10) sich in den innenliegenden Bereichen auf der Trägerplatte (2) befindet und daß
  • - die überwiegend oberflächenbestückten elektrischen Bauele­ mente (2,11) in Bereichen auf dem Substrat (10) liegen, in denen ein thermischer Kontakt zu wärmeableitenden Mitteln herstellbar ist.
1. PCB arrangement for an electrical device, in particular a control or regulating device for an electromechanical arrangement, with
  • - at least one metallic carrier plate ( 2 ),
  • - At least one substrate ( 10 ) carrying the conductor tracks for electrical components ( 2, 11 ) arranged thereon, the substrate ( 10 ) being laminated onto the carrier plate ( 2 ) and with
  • - Connection elements ( 4 ) for electrical connections to Lei terplattenanordnung ( 1 ), characterized in that
  • - The carrier plate ( 2 ) is designed as a housing element for the electrical device and / or a mechanical arrangement and the substrate ( 10 ) is in the inner regions on the carrier plate ( 2 ) and that
  • - The predominantly surface-mounted electrical components ( 2.11 ) lie in areas on the substrate ( 10 ) in which thermal contact with heat-dissipating agents can be produced.
2. Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - die Leiterplattenanordnung (1) direkt an das zu steuernde mechanische Aggregat angefügt ist und Luftströme im mechani­ schen Aggregat zur Kühlung der elektrischen Bauelemente her­ anziehbar sind, wobei die elektrischen Verbindungen über die nach außen geführten Anschlußelemente (4) herstellbar sind.
2. Printed circuit board arrangement according to claim 1, characterized in that
  • - The circuit board arrangement ( 1 ) is attached directly to the mechanical unit to be controlled and air flows in the mechanical unit's for cooling the electrical components can be attracted here, the electrical connections being able to be made via the connecting elements ( 4 ) guided to the outside.
3. Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - eine Anzahl von Trägerplatten (2) mit dem jeweiligen Substrat über Distanzelemente (8) aneinanderfügbar sind und die jeweils außenliegende Trägerplatte (2a) das Gehäuseele­ ment darstellt.
3. Printed circuit board arrangement according to claim 1, characterized in that
  • - A number of carrier plates ( 2 ) with the respective substrate via spacers ( 8 ) can be joined together and the respective outer carrier plate ( 2 a) represents the housing element.
4. Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Substrat (10) und die elektrischen Bauelemente (2, 11) mit einer isolierenden Schutzschicht (9) versehen sind.
4. Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - The substrate ( 10 ) and the electrical components ( 2 , 11 ) are provided with an insulating protective layer ( 9 ).
5. Leiterplattenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - die Schutzschicht (9) ein Kunststofflack ist.
5. Printed circuit board arrangement according to claim 4, characterized in that
  • - The protective layer ( 9 ) is a plastic paint.
6. Leiterplattenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - die Schutzschicht (9) eine aufgeschäumte Kunststoffschicht aus Polyurethan ist.
6. Printed circuit board arrangement according to claim 4, characterized in that
  • - The protective layer ( 9 ) is a foamed plastic layer made of polyurethane.
7. Leiterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - im Bereich von elektrischen Bau- oder Anschlußelementen (11, 4), die in Durchstecktechnik auf dem Substrat (10) gelö­ tet sind, die Trägerplatte (2) Aussparungen (12) für die Löt­ kontakte aufweist, die mit der Schutzschicht (9) zumindest teilweise auffüllbar sind.
7. Printed circuit board arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that
  • - In the area of electrical components or connection elements ( 11 , 4 ), which are soldered in through-hole technology on the substrate ( 10 ), the carrier plate ( 2 ) has recesses ( 12 ) for the solder contacts, which with the protective layer ( 9 ) are at least partially refillable.
8. Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die mindestens eine Trägerplatte (2) im Bereich der An­ schlußelemente (4) rechtwinklig abgebogen ist, so daß ein rechtwinklig zur Ebene der Trägerplatte (2) liegendes Stec­ kerteil anschließbar ist.
8. Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - The at least one support plate ( 2 ) in the area of the circuit elements ( 4 ) is bent at right angles, so that a part of the support plate ( 2 ) lying at right angles can be connected.
9. Leiterplattenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Leiterplattenanordnung (1) ein Steuer-, oder Regelgerät für die Motorsteuerung eines Kraftfahrzeuges und als Gehäuse­ teil des Motors oder zugehöriger Aggregate ausgebildet ist.
9. Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - The circuit board arrangement ( 1 ) is a control or regulating device for the engine control of a motor vehicle and is designed as a housing part of the engine or associated units.
10. Leiterplattenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - die Leiterplattenanordnung (1) ein Gehäuseteil der Luftfil­ teranordnung im Motorraum des Kraftfahrzeuges ist und die elektrischen Bauelemente derart auf dem Substrat angeordnet sind, daß die vorbeiströmende Luft zur Kühlung der Bauelemen­ te heranziehbar ist.
10. Printed circuit board arrangement according to claim 9, characterized in that
  • - The circuit board assembly ( 1 ) is a housing part of the Luftfil teranordnung in the engine compartment of the motor vehicle and the electrical components are arranged on the substrate such that the flowing air for cooling the Bauelemen te can be used.
DE1995111487 1995-03-29 1995-03-29 Method of manufacturing a circuit board assembly Withdrawn DE19511487A1 (en)

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