Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer in einem Gehäuse integrierten, dicht gepackten Elektronik, dem Gehäuse zugeordneten Kontaktpins und einer Vielzahl von Stromleitern zur elektrischen Verbindung mit jeweils einem Kontaktpin, wobei die Kontaktpins wegen der hohen Packungsdichte der Elektronik mit geringem Abstand nebeneinander angeordnet sind und eine nicht lösbare Verbindung zwischen Kontaktpin und dem zugeordneten Stromleiter vorgesehen ist.
Es ist bekannt, hochintegrierte Steuerelektronik, beispielsweise in Form von MikroProzessoren, in einen auf einer Leiterplatte angelöteten Sockel einzustecken. Wegen der dichtgepackten Elektronik sind an dem Gehäuse meist eine hohe Anzahl von Kontaktpins in Form von kleinen, am Gehäuse hervorstehenden Stiften angeordnet. Diese Stifte sind meist in ein bis drei Reihen, vorzugsweise versetzt, an der Unterseite des Gehäuses angeordnet. Jedoch ergeben sich bei der lösbaren Verbindungstechnik durch Einstecken des Gehäuses in den Sockel Kontaktierungsprobleme, insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatz der Elektronik in einer fluidumspülten Umgebung.
Außerdem ist bekannt, Gehäuse mit hochintegrierter Elektronik durch Bonden, Hot Stacking oder serielles Schweißen unlösbar mit einer Vielzahl von Stromleitern zu verbinden. Dabei ergeben sich sowohl Probleme mit der auftretenden Verbindungswärme, als auch Nachteile im Zusammenhang mit einer Automatisierung dadurch, daß jeder Kontaktpin sequentiell mit jeweils einem Stromleiter verbunden wird. Insbesondere bei Gehäusen mit einer Vielzahl von Kontaktpins entstehen dadurch hohe Kosten wegen des dabei erforderlichen Zeitaufwands, da jede Verbindung einzeln hergestellt werden muß. Außerdem bieten sich wegen der hohen Packungsdichte und der Vielzahl von mit geringem Abstand nebeneinander angeordneten Kontaktpins andere, konventionelle Verbindungstechniken beim Studium des bekannten Stands der Technik nicht an.
Durch die DE 86 20 976 U, die als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, ist eine Vorrichtung bekannt mit einer in einem Gehäuse integrierten, dicht gepackten Elektronik. Dem Gehäuse sind Kontaktpins und eine Vielzahl von Stromleitern zur elektrischen Verbindung mit jeweils einem Kontaktpin zugeordnet. Die Kontaktpins sind wegen der hohen Packungsdichte der Elektronik mit geringem Abstand nebeneinander angeordnet. Es ist eine nicht lösbare Verbindung zwischen Kontaktpin und dem zugeordneten Stromleiter vorgesehen, wobei jeder Stromleiter, der jeweils durch ein Stanzgitter mit Stanzgitterbahnen gebildet ist, einen an einer Verbindungsstelle um jeweils einen Kontaktpin gebogenen Crimpkontakt aufweist und an der Verbindungsstelle mit diesem Kontaktpin vercrimpt ist. Nachteilig ist bei einer solchen Vorrichtung, dass an den Verbindungsstellen durch Zugkräfte ein Funktionsverlust auftreten kann. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, deren Verbindungsstellen auch bei auf sie einwirkende Zugkräfte funktionsstabil ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach sind bei dicht nebeneinander in Reihen angeordneten Stanzgitterbahnen Knickstellen zur Erzeugung einer Zugentlastung vorgesehen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß bei elektronischen Steuergeräten, die in einem Gehäuse angeordnet sind, das im Bezug auf die Elektronik-Packungsdichte und Anzahl der Kontaktpins mit Mikroprozessorgehäusen vergleichbar ist, eine vorteilhafte nicht lösbare Verbindung zwischen den Kontaktpins und zugeordneten Stromleitern durch eine spezielle Crimptechnik möglich ist. Dabei kommt es insbesondere nicht zu Problemen in Bezug auf die Temperaturbeständigkeit der Verbindung und die Verbindung weist eine besonders hohe Schmelzfestigkeit auf. Durch die um den jeweiligen Kontaktpin gebogenen Crimpkontakte weist die Verbindung eine besonders hohe Stromtragfähigkeit auf. Durch die fortschreitende Miniaturisierung bei Maschinen, die die erfindungsgemäße Verbindungstechnik erzeugen, besteht nun der besondere Vorteil darin, mehrpolige elektrische Verbindungen gleichzeitig durch die spezielle, erfindungsgemäße Crimptechnik zu erzeugen. Dabei entsteht, beispielsweise gegenüber seriellem Schweißen, ein besonders kostengünstiger Prozeß.
Die Kontaktpins der Vorrichtung können in Einzel-, Doppel- oder Mehrfachreihen, insbesondere im Abstand von ein bis zwei Millimeter zueinander angeordnet sein. Gerade bei dieser hohen Dichte von Kontaktpins, beispielsweise an der Unterseite eines Gehäuses einer Steuerelektronik, ist das erfindungsgemäße Crimpverfahren besonders bevorzugt anwendbar. Dabei können Stromleiter mit den endseitig angeordneten Crimpkontakten vorteilhaft in einem Arbeitsgang gegenüber den Kontaktpinreihen ausgerichtet, mit diesen zusammengefügt und in einem weiteren Arbeitsgang simultan vercrimpt werden.
Die endseitigen Crimpkontakte der Stromleiter haben an der Verbindungsstelle zwei seitlich vom Stromleiter abstehende Laschen. Die beiden seitlich abstehenden Laschen werden bevorzugt aus einem Stanzgitter gestanzt und können V-förmig ausgebildet sein, d.h. seitlich am Kontaktpin nach oben gebogen sein, wenn der Kontaktpin mit den Crimpkontakten zusammengefügt ist. Die beiden seitlich vorstehenden Laschen dienen einerseits zur Verbesserung der Crimpverbindung und andererseits als Fügehilfe beim Zusammensetzen der Vielzahl von Kontaktpins mit den zugeordneten Stromleitern.
Bevorzugt sind die seitlich abstehenden Laschen als versetzte Dreieckslaschen ausgebildet und deren diagonal verlaufende Kanten liegen sich im vercrimpten Zustand mit geringem Abstand gegenüber. Die Dreieckslaschen lassen sich in einfacher Weise ohne großen Materialverlust aus einem Blechmaterial ausstanzen. Die Dreiecksform der Laschen führt zu einem besonders vorteilhaften Crimpkontakt für die erfindungsgemäße simultane Verbindungstechnik.
Die Crimpkontakte weisen quer zur Verbindungsrichtung, d.h. zur Längsrichtung der Kontaktpins, verlaufende Einkerbungen auf. Die Einkerbungen in den Laschen der Crimpkontakte erhöhen die Haltekräfte an den Verbindungsstellen bei Zugbelastung.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Stromleiter durch ein Stanzgitter gebildet. Auch die Laschen der Crimpkontakte können aus demselben Stanzgitter-Material vorteilhaft ausgestanzt sein. Auf diese Weise lassen sich aus einem Blech durch Ausstanzen viele Stromleiter mit Crimpkontakten ausstanzen, wobei insbesondere seitliche Laschen der Crimpkontakte seitlich hochbiegbar sind. Durch die insbesondere als versetzte Dreieckslaschen ausgebildeten Crimpkontakte können ohne Materialverlust auch Zugentlastungen der Stanzgitterbahnen entstehen, wenn die Stanzgitterbahnen abschnittsweise geknickt sind und entsprechend der daneben angeordneten diagonalen Laschenkante diagonal verlaufen.
Ferner kann eine Zugentlastung insbesondere bei dicht nebeneinander in Reihen angeordneten Stanzgitterbahnen durch Absenken der Leiterbahnen gegenüber der Stanzgitterebene erfolgen. Andererseits können die Leiterbahnen auch in einer Richtung parallel zur Stanzgitterebene verformt sein, so daß dabei mäanderartig verlaufende Stanzgitter-Leiterbahnen entstehen. Über die Zugentlastungen in den Stanzgitter-Leiterbahnen lassen sich am Einlegeteil oder in den Durchführungen Ausgleichselemente formen. Damit können die Elektronikanschlüsse kräftemäßig entkoppelt werden.
Insbesondere bei mehrreihigen Kontaktpins kann durch abwechselnde Absenkung der Stanzgitter-Leiterbahnen zwischen zwei benachbarten Crimpkontakten eine höhere Verbindungsdichte erzielbar sein. Andererseits ist eine Vergrößerung des Isolierabstandes zwischen den Crimpverbindungen möglich. Ferner kann die Dichte der nebeneinanderstehenden Kontaktpins soweit vergrößert werden, daß sogar ein Übergang von mehrlagigen zu einlagigen Stanzgittern möglich ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Stanzgitter-Leiterbahnen, insbesondere mit gebogenen Crimpkontakten und zu den Kontaktpins passenden Positionen und Abständen vorgefertigt. Dadurch sind nach dem Ausrichten der Stanzgitterbahnen mehrere Crimpverbindungen mit einem einzigen simultanen Arbeitsgang erzeugbar. Auf diese Weise lassen sich eine vielpolige Elektronik oder ein Stecker durch gleichzeitiges Crimpen aller Anschlüsse vorzugsweise an einem Stanzgitter anschließen. Die Crimpverbindungstechnik ist bevorzugt automatisierbar und es lassen sich auf einfache Art weitere Komponenten kostengünstig integrieren, beispielsweise der Anschluß eines Steckers an demselben Stanzgitter.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
Figur 1 zeigt ein Gehäuse 1 mit einer Vielzahl von an der Unterseite 2 angeordneten Kontaktpins 3. Im Beispiel sind jeweils zwanzig Kontaktpins 3 in voneinander getrennten Bereichen 4 und 5 angeordnet. Die Kontaktpins 3 sind in jedem Bereich 4, 5 in zwei zueinander versetzten Reihen angeordnet. Ein Kontaktpin 6 einer benachbarten Reihe ist dabei in Längsrichtung mittig zwischen zwei nebeneinander angeordneten Kontaktpins 7 und 8 angeordnet. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen den benachbarten Kontaktpins 6, 7, 8 maximiert.
Das Gehäuse 1 beinhaltet eine komplexe Steuerelektronik zur Ansteuerung eines Kraftfahrzeuggetriebes. Da das Gehäuse 1 im Beispiel vorzugsweise direkt im Getriebe eingebaut wird, ist es als Metallgehäuse ausgeführt. Die Kontaktpins 3, 6, 7, 8 sind in einzelne runde Glasdurchführungen 9 eingebettet und dadurch hermetisch dicht mit dem Gehäuse 1 verbunden. Die außerhalb des Gehäuses liegende Stirnseite der Kontaktpins 3, 6, 7, 8 ist vorzugsweise flach ausgebildet, d. h. der Draht der Kontaktpins 3, 6, 7, 8 ist gerade abgeschnitten. Die Kontaktpins 3, 6, 7, 8 werden für den Verfahrensschritt der Glaseinschmelzung oder das Bonden auf der Innenseite des Gehäuses 1 vorzugsweise auf ihrer Oberfläche vergoldet. Der Einfachheit halber ist die gesamte Oberfläche der Kontaktpins 3, 6, 7, 8 vergoldet.
Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die doppelreihig und versetzt angeordneten Kontaktpins 3 derart abgewinkelt, daß die Leiterbahnen 10 in einer parallel zur Unterseite 2 des Gehäuses angeordneten Ebene verlaufen. Die Leiterbahnen 10 sind in Form eines flächigen und abschnittsweise abgewinkelten Stanzgitters 11 ausgebildet. Die Leiterbahnen 10, d.h. die Stanzgitterbahnen, sind im Bereich der Kontaktpins 3 etwa 1,6 mm breit und deren Blechdicke beträgt etwa 0,4 mm. An ihren benachbart zu den Kontaktpins 3 angeordneten Seiten weisen die Leiterbahnen 10 jeweils Crimpkontakte 12 auf, die mit zwei seitlichen um die Kontaktpins 3 gebogenen Laschen 13 und 14 versehen sind. Die seitlichen Laschen 13 und 14 können beim Herstellen der Leiterbahnen 10 aus dem Metallblech mit ausgestanzt werden und beim Verbindungsvorgang um die Kontaktpins 3 gebogen werden. Nachdem die Leiterbahnen 10 mit den jeweiligen Kontaktpins 3 zusammengefügt sind, werden sämtliche Crimpverbindungen an den Verbindungsstellen 14 gleichzeitig erzeugt.
Einkerbungen 16 und 17 sind in den Laschen 13 und 14 zur Aufnahme von Zugkräften vorgesehen. Über Knickstellen 18 und 19 sind in den Leiterbahnen 10 des Stanzgitters 11 Ausgleichselemente 20 zur Entlastung ausgebildet. Dabei verlaufen Abschnitte der Leiterbahnen 10 zur Ebene des Stanzgitters 11 senkrecht versetzt.
Wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, kann eine Zugentlastung auch dadurch entstehen, daß eine Leiterbahn 21 mehrere Knickstellen 18 aufweist, in denen die Leiterbahn 21 parallel zur Ebene des Stanzgitters 11 verformt ist. Dabei können die Ausgleichselemente 22 für die Zugentlastung auch schon beim Ausstanzen der Leiterbahn 21 aus dem Stanzblech entstehen, wobei je ein Ausgleichselement 22 zwischen zwei benachbart angeordneten Laschen 23 und 24 benachbarter Crimpkontakte 25 und 26 angeordnet ist. Die Ausgleichselemente 22 sind dabei mit geringem Materialverlust ausstanzbar. Zur Erleichterung des Zusammenfügens eines Crimpkontakts 12 mit einem Kontaktpin 3 werden die Laschen 13, 14 vor dem Zusammenfügen seitlich hochgebogen. Nach dem Zusammenfügen von Kontaktpins 3 und Crimpkontakten 12, 25, 26 wird die Crimpverbindung mehrerer bzw. aller nebeneinander angeordneter Leiterbahnen 10, 21 und der dazu gehörenden Kontaktpins 3, 6, 7, 8 gleichzeitig erzeugt.
Durch partielle Zinnplattierungen der Leiterbahnen 10 des Stanzgitters und nachträgliches simultanes Aufbringen einer Wärmequelle an den Verbindungsstellen 15 ist eine zusätzliche Lötverbindung an den Verbindungsstellen 15 erzeugbar. Das plattierte Zinn verschmilzt mit den verzinnten Anschlüssen der Elektronik. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Medienbeständigkeit und Stromtragfähigkeit.