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EP-3443825-B1 - METHOD FOR POSITIONING PRINTED CIRCUIT BOARDS, AND PRINTED CIRCUIT BOARD ARRANGEMENT

EP3443825B1EP 3443825 B1EP3443825 B1EP 3443825B1EP-3443825-B1

Inventors

  • GIRARDEY, ROMUALD
  • BIRGEL, DIETMAR
  • ZENUNI, ARMEND
  • BARET, MARC
  • KLÖFER, Peter

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20170316

Claims (14)

  1. Method for positioning at least two printed circuit boards (1a, 1b) in a housing (2) of a field device for automation technology, wherein at least the surface of the housing is non-conductive, wherein the housing (2) has at least a first fastening point (3a) for fastening the first printed circuit board (1a) and a second fastening point (3b) for fastening the second printed circuit board (1b) at predetermined positions, wherein at least one conductor track (10) arranged in the housing (2) is provided, wherein the conductor track (10) is permanently connected to the housing (2) and intearated into the housing (2), and wherein the conductor track (10) runs between the fastening points (3a, 3b) and electrically contacts the first fastening point (3a) with the second fastening point (3b), comprising the steps: - Prefabrication of the printed circuit boards (1a, 1b) and prefabrication of the housing (2), wherein the conductor track (10) arranged in the housing (2) and permanently connected to the housing (2) is obtained by means of a process for manufacturing three-dimensional injection-molded circuit carriers, namely so-called molded interconnect devices, - Fastening of the printed circuit boards (1a, 1b) to the fastening points (3a, 3b) of the housing (2), wherein, when fastening the printed circuit boards (1a, 1b), the first printed circuit board (1a) is electrically contacted with the first fastening point (3a) and the second printed circuit board (1b) is electrically contacted with the second fastening point (3b), so that the first (1a) and second (1b) printed circuit boards are electrically connected to each other via the at least one conductor track (10), and that the electrical contacting of the at least two printed circuit boards (1a, 1b) takes place simultaneously with the fastening of the printed circuit boards (1a, 1b) in the housing (2).
  2. Method according to claim 1, wherein the housing (2) is obtained by means of a generative manufacturing process.
  3. Printed circuit board assembly (13) with at least two printed circuit boards (1a, 1b), wherein the printed circuit boards (1a, 1b) are arranged in a housing (2) of a field device of the automation technology, wherein at least the surface of the housing (2) is non-conductive, wherein the housing (2) has at least a first fastening point (3a) for fastening the first printed circuit board (1a) and a second fastening point (3b) for fastening the second printed circuit board (1b) at respective predetermined positions, wherein the first printed circuit board (1a) is electrically connected to the first fastening point (3a) and the second printed circuit board (1b) is electrically connected to the second fastening point (3b), wherein at least one conductor track (10) arranged in the housing (2) is provided, wherein the conductor track (10) is permanently connected to the housing (2) and is arranged in the housing is integrated, wherein the conductor track (10) arranged in the housing (2) and permanently connected to the housing (2) is obtained by means of a method for manufacturing three-dimensional injection-molded circuit carriers, namely so-called molded interconnect devices, and wherein the conductor track (10) runs between the fastening points (3a, 3b) and the first fastening point (3a) is electrically connected to the second fastening point (3b), so that the first (1a) and second (1b) printed circuit boards are electrically connected to each other by means of the conductor track (10) arranged in the housing (2) and so that the electrical connection of the at least two printed circuit boards (1a, 1b) is simultaneous with the fastening of the printed circuit boards (1a, 1b) in the housing (2).
  4. Printed circuit board arrangement (13) according to claim 3, wherein the first (3a) and second fastening points (3b) can be electrically connected multiple times, wherein the housing (2) has at least two electrically insulated conductor tracks (10, 11), and wherein, by means of the electrically insulated conductor tracks (10, 11), the first (3a) and second (3b) fastening points are each electrically connected to each other multiple times in electrically insulated areas (4a, 5a; 4b, 5b).
  5. Printed circuit board arrangement (13) according to at least one of claims 3 to 4, wherein, during electrical contacting, the printed circuit board (1a; 1b) and the fastening point (3a; 3b) are contacted via a contact surface (19), and wherein, based on the dimensions of the fastening point (3a; 3b) and based on the design of the printed circuit board (1a; 1b), the contact properties of the contact surface (19) can be adjusted.
  6. Circuit board arrangement (13) according to at least one of claims 3 to 5, wherein at least one of the fastening points (3a; 3b) is designed as an elastically deformable groove (14), wherein the printed circuit board (1a; 1b) can be inserted into the groove (14), and wherein the printed circuit board (1a; 1b) is fastened in the housing (2) by means of the connection of the printed circuit board (1a; 1b) to the elastically deformable groove.
  7. Circuit board arrangement (13) according to at least one of claims 3 to 6, wherein an elastically deformable socket (15) is arranged on the printed circuit board (1a; 1b), wherein at least one fastening point (3a; 3b) is designed as a counterpart (16) matching the elastically deformable socket (15), wherein the matching counterpart (16) can be inserted into the elastically deformable bushing (15) , and wherein the printed circuit board (1a; 1b) is secured in the housing (2) by connecting the elastically deformable bushing (15) to the counterpart (16) of the elastically deformable bushing (15).
  8. Printed circuit board assembly (13) according to at least one of claims 3 to 7, wherein an insulating cover layer covers at least one conductor track (4; 4b) at least in sections.
  9. Printed circuit board arrangement (13) according to at least one of claims 3 to 8, wherein the housing (2) has a plurality of housing components (6, 7).
  10. Printed circuit board assembly (13) according to claim 9, wherein a first housing component (6) is cup-shaped, wherein a further housing component (7) is lid-shaped, wherein the lid-shaped housing component (7) is designed to close the cup-shaped housing component (6), and wherein the at least one conductor track (10) is arranged in the cover-shaped housing component (7).
  11. Printed circuit board arrangement (13) according to claim 9 or 10, wherein at least one housing component (6) is designed to divide the housing (2) into at least two housing chambers (17, 18) that are spatially separated from each other, and wherein the first printed circuit board (1a) is arranged in the first housing chamber (17) and the second printed circuit board (1b) is arranged in the second housing chamber (18).
  12. Circuit board arrangement (13) according to at least one of claims 3 to 11, wherein the first (1a) and second (1b) circuit boards are arranged essentially in planes parallel to each other, wherein the printed circuit boards (1a, 1b) are connected by means of at least two conductor tracks (10, 11) are electrically connected to each other, and wherein the two conductor tracks (10, 11) are arranged essentially at opposite areas (8, 9) of the housing (2).
  13. Printed circuit board arrangement (13) according to at least one of claims 3 to 12, wherein at least three substantially parallel printed circuit boards (1a, 1b, 1c) are provided, wherein the three parallel printed circuit boards (1a, 1b, 1c) are electrically connected to each other by means of at least two conductor tracks (10, 11), wherein the two conductor tracks (10, 11) are substantially opposite each other areas (8, 9) of the housing (2).
  14. Circuit board arrangement (13) according to at least one of claims 3 to 13, wherein at least three circuit boards (1a, 1b, 1c) are provided, and wherein, on the basis of at least three conductor tracks (10, 11, 12) isolated from one another each - the first printed circuit board (1a) with the second printed circuit board (1b), - the second printed circuit board (1b) is electrically contacted with the third printed circuit board (1c), and - the first printed circuit board (1a) with the third printed circuit board (1c) are electrically connected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung von Leiterplatten in einem Gehäuse eines Feldgeräts der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik, sowie eine Leiterplattenanordnung von miteinander elektrisch kontaktierten Leiterplatten in einem Gehäuse eines Feldgeräts der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik. In der Prozess- und Automatisierungstechnik werden Feldgeräte zur Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen, insbesondere von physikalischen oder chemischen Prozessgrößen, eingesetzt. Ein Feldgerät umfasst typischerweise zumindest eine zumindest teilweise und zumindest zeitweise mit dem Prozess in Berührung kommende Sensoreinheit. Als Feldgeräte werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung im Prinzip alle Messgeräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Dabei handelt es sich beispielsweise um Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Solche Feldgeräte werden in unterschiedlichen Ausgestaltungen von der E+H Gruppe hergestellt und vertrieben. Ein derartiges Feldgerät weist in der Regel elektronische Bauteile auf, welche üblicherweise auf einer ebenen Leiterplatte angeordnet und miteinander verlötet werden. Oftmals werden dabei mehrere Leiterplatten in einem nicht-leitenden Gehäuse des Feldgeräts oder einem leitenden Gehäuse mit einer zumindest nicht-leitenden Oberfläche eingebaut, wobei typischerweise die Ebenen der verschiedenen Leiterplatten im Gehäuse zueinander parallel ausgerichtet werden. Dabei sind eine oder mehrere elektrische Kontaktierungen zwischen den Leiterplatten vorgesehen, welche beispielsweise der Stromversorgung oder der Datenleitung zwischen den verschiedenen Leiterplatten dienen. Derartige Leiterplattenanordnungen in einem Gehäuse kommen in den verschiedensten Feldgeräten der E+H Gruppe zum Einsatz. In der Regel müssen dabei zusätzliche Bauteile, welche der elektrischen Kontaktierung zwischen den im Gehäuse angeordneten und befestigten Leiterplatten dienen, in einem zusätzlichen Verfahrensschritt angebracht werden. Beispielsweise wird im Rahmen der Bestückung der Leiterplatten auf einer ersten Leiterplatte eine Buchse und auf einer zweiten, mit der ersten Leiterplatte zu kontaktierenden Leiterplatte ein zur Buchse passender Stecker aufgelötet. Die Buchse und der Stecker müssen dann in geeigneter Weise bei der Anordnung der beiden zu kontaktierenden Leiterplatte im Gehäuse in einem zusätzlichen Arbeitsschritt zusammengeführt werden. Alternativ zu der Kontaktierung mit Buchse und Stecker sind aus dem Stand der Technik flexible, flache Verbindungselemente zur elektrischen Kontaktierung von Leiterplatten bekannt geworden; Beispiele für diese auch als Jumper bezeichneten flexiblen Verbindungselemente sind in der Patenschrift US 6 614 664 B2 oder der Offenlegungsschrift DE 10 2004 037 629 A1 gegeben. Diese flexiblen Verbindungselemente werden - beispielsweise im Rahmen der Bestückung - auf zwei in einer Ebene nebeneinander angeordneten Leiterplatten aufgelötet. Die flexiblen Verbindungselemente haben gegenüber der Verbindung mit Stecker und Buchse den Vorteil, dass die Verbindung von zwei Leiterplatten im Rahmen der Bestückung erfolgt und somit kein zusätzlicher Arbeitsschritt zur Verbindung notwendig ist. Die Formbarkeit der flexiblen Verbindungselemente ermöglicht es, durch Biegen oder Knicken der flexiblen Verbindungselemente die elektrische Kontaktierung zwischen den starren, ebenen Leiterplatten aus der Ebene der Leiterplatten heraus kontinuierlich in eine weitere Dimension zu führen. Werden die beiden nebeneinander angeordneten Leiterplatten aus der gemeinsamen Ebene heraus und in zwei zueinander parallele Ebenen gebracht, können die flexiblen Verbindungselemente dabei durch Biegen und/oder Knicken somit in eine zur Leiterplattenebene senkrechte Richtung geformt werden. Prinzipiell ist es auch möglich, mehrere flexible Verbindungselemente zwischen zwei benachbarten Leiterplatten vorzusehen. Hierbei bestehen jedoch hohe Einschränkungen an die Anordnung der flexiblen Verbindungselemente, da sie dafür alle in einem gemeinsamen Randbereich (d.h. einer gemeinsamen Biegekante bzw. Knickkante) angeordnet werden müssten. Eine solche Anordnung der Verbindungselemente zwischen Leiterplatten ist nicht immer möglich, da durch die flexiblen Verbindungselemente in der Regel nicht mehr als zwei Leiterplatten ohne große Einschränkungen an die räumliche Positionierung der flexiblen Verbindungselemente in Bezug auf die Leiterplatten verbunden werden können. WO 2016/019517 A1 offenbart eine Leiterplattenanordnung in einem Gehäuse, bei dem die Gehäuserückwand eine Leiterplatte aufweist, in die weitere Leiterkarten eingesteckt werden können. Die Steckverbinder sind auf dieser rückwärtigen Leiterplatte m