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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Elektronikeinheit für ein Fahrzeug und betrifft ein Steuerungsmodul für ein Getriebe.
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Hintergrund der Erfindung
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Getriebesteuereinheiten (transmission control unit, TCU) werden häufig in einer aggressiven Umgebung verbaut, in der sie direkt im Getriebeöl angeordnet sind, das elektrische Leiterbahnen und Bauteile angreifen kann.
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Zum Schutz vor Getriebeöl kann die elektrische Baugruppe einer Getriebesteuereinheit in einem Stahlgehäuse montiert werden, wobei ein außen am Stahlgehäuse montiertes Stanzgitter als Weiterkontaktierung dient. In diesem Fall stecken im Boden bzw. der Basisplatte der Getriebesteuereinheit eingeglaste Nickel-Eisen-Pins, die innen per Bonddrähten mit dem Substrat einer starren Leiterplatte verbunden sind, die die Baugruppe trägt, und die außen per Laserschweißpunkt mit dem Stanzgitter verbunden sind. Das Gehäuse ist unter anderem aus Stahl gefertigt, um dem hohen Schmelzpunkt der Einglasung der Nickel-Eisen-Pins standzuhalten.
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Weiter können flexible Leiterplatten (flexible printed circuit, FPC, Flexfolien) als Weiterkontaktierung einer Getriebesteuereinheit dienen. Die Getriebesteuereinheit kann dann einen Metallboden und einen Kunststoffdeckel mit dazwischen angeordneter Elastomerdichtung aufweisen oder kann zwei Metallhälften mit dazwischen angeordneter Elastomerdichtung aufweisen. Diese Konstruktionen können jedoch nicht ausreichend dicht gegenüber bestimmten Stoffen sein, wie beispielsweise Schwefeldämpfen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige und flach bauende Getriebesteuerung bereitzustellen, bei der die elektrische Baugruppe mediendicht von der Umgebung abgetrennt ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektronikeinheit für ein Fahrzeug, wie etwa einem Pkw, Lkw oder Bus. Die Elektronikeinheit kann beispielsweise eine Steuerung oder Sensorelektronik umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Elektronikeinheit eine Basisplatte, eine elektrische Baugruppe, die an der Basisplatte befestigt ist, und einen Gehäusedeckel, der an der Basisplatte befestigt ist und der zusammen mit der Basisplatte einen Hohlraum bildet, in dem die elektrische Baugruppe aufgenommen ist. Weiter umfasst die Elektronikeinheit ein Kontaktelement, das in eine Öffnung in der Basisplatte mediendicht eingepresst ist und das mit der elektrischen Baugruppe elektrisch verbunden ist. Eine flexible Leiterplatte, die auf dem Kontaktelement aufliegt, ist mit dem Kontaktelement elektrisch verbunden.
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Dadurch, dass keine Pins oder ähnlichen Kontaktelemente aus der Basisplatte herausragen, sondern lediglich das Kontaktelement (das einen kleinen Überstand über die Basisplatte aufweisen kann) über eine flexible Leiterplatte kontaktiert wird, weist die Elektronikeinheit eine verminderte Bauhöhe auf.
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Für das Kontaktelement und die flexible Leiterplatte können kostengünstige Bauteile verwenden werden, die auch kostengünstig verbaut werden können. Beispielsweise kann die flexible Leiterplatte mittels Laserschweißen oder Leitkleber mit dem Kontaktelement verbunden werden.
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Weiter ist die Elektronikeinheit als Vorbaugruppe prüfbar (bevor die Elektronikeinheit in ein weiteres Modul fest verbaut wird).
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Insbesondere kann die Elektronikeinheit an einer Stelle im Fahrzeug verbaut sein, die einer aggressiven Umgebung oder aggressiven Medien ausgesetzt ist, wie etwa Benzin, Diesel, Getriebeöl und Harnstoffwasserlösung. Die Elektronikeinheit kann beispielsweise Elektronik für ein Steuergerät, für eine Entstörbaugruppe (beispielsweise zur Ansteuerung eines Elektromotors) und/oder für einen Sensor umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Basisplatte und der Gehäusedeckel mediendicht aneinander befestigt. Auf diese Weise kann die Baugruppe in einem hermetisch abgeschlossenen Hohlraum aufgenommen sein. Kein Öl, Feuchte oder beispielsweise Schwefeldämpfe können in das Innere der Elektronikeinheit eindringen und die elektrischen Bauelemente oder elektrischen Verbindungen schädigen.
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Mediendicht kann dabei bedeuten, dass die entsprechende Verbindung zwischen zwei Bauelementen (wie etwa Gehäusedeckel und Basisplatte und/oder Basisplatte und Kontaktelement) derart dicht ausgestaltet ist, dass ein entsprechendes Medium, dem die Elektronikeinheit ausgesetzt ist, wie etwa Getriebeöl, Treibstoff usw., nicht durch die Verbindung dringen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Basisplatte und/oder der Gehäusedeckel aus Metall gefertigt sind. Die Basisplatte und/oder der Gehäusedeckel können beispielsweise aus Aluminium oder Stahl hergestellt sein. Mit der Elektronikeinheit kann insbesondere eine flexible Leiterplatte mit einem Metallgehäuse für die elektrische Baugruppe kombiniert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kontaktelement eine elektrisch isolierende Ummantelung und einen elektrisch leitenden Kern auf. Beispielsweise kann das Kontaktelement eine zylindrische Grundform aufweisen mit einem elektrisch leitenden Stift (beispielsweise aus Metall, Kupfer, Lot, leitfähigem Kunststoff), der von einer isolierenden Ummantelung (beispielsweise aus isolierendem Kunststoff oder Glas) umgeben ist.
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Beispielsweise können eine Mehrzahl von Kontaktelementen durch Abschneiden von kleinen Stücken von einem längeren Strang mit diesem Querschnittsprofil hergestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die flexible Leiterplatte auf die Basisplatte laminiert. Die flexible Leiterplatte kann (eventuell vor einem Bestücken mit elektrischen Bauteilen) mit einem Klebstoff auf die Basisplatte geklebt werden. Insbesondere kann die flexible Leiterplatte auch um die Öffnung zur Aufnahme des Kontaktelements herum verklebt bzw. laminiert werden. Dies kann zu einer weiteren Abdichtung der Öffnung führen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt die flexible Leiterplatte die Baugruppe und ist in dem von der Basisplatte und dem Gehäusedeckel gebildeten Hohlraum angeordnet. Anstelle eines Keramiksubstrats im Inneren der Elektronikeinheit kann eine Flexfolienschaltung verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die flexible Leiterplatte außerhalb des von der Basisplatte und dem Gehäusedeckel gebildeten Hohlraums mit dem elektrischen Kontaktelement verbunden. Auf diese Weise kann die flexible Leiterplatte weiterführende elektrische Verbindungen für die Elektronikeinheit bereitstellen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine erste flexible Leiterplatte im Inneren des Hohlraums mit dem Kontaktelement elektrisch verbunden und ist eine zweite flexible Leiterplatte außerhalb des Hohlraums mit dem Kontaktelement elektrisch verbunden. Insbesondere, wenn beide flexible Leiterplatten auf beide Seiten der Basisplatte laminiert sind, wird die Öffnung zusätzlich doppelt abgedichtet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt das Kontaktelement zumindest an einer Seite aus der Basisplatte heraus. Weiter kann das Kontaktelement zumindest an einer Seite mit der Basisplatte bündig sein. Es kann auch an beiden Seiten über die Basisplatte hinausragen bzw. an beiden Seiten mit der Basisplatte bündig sein. Ragt das Kontaktelement über die Basisplatte hinaus, kann der Überstand so gewählt werden, dass er die Dicke einer Folie der flexiblen Leiterplatte ausgleicht, die abgetragen wurde, um die Leiterschicht der flexiblen Leiterplatte freizulegen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Getriebesteuermodul mit einer Elektronikeinheit, wie sie etwa obenstehend und untenstehend beschrieben ist. Die Elektronikeinheit enthält eine Getriebesteuerung als elektrische Baugruppe. Eine Elektronikeinheit mit Stahlgehäuse kann mit einer flexiblen Leiterplatte im Inneren des aus der Basisplatte und dem Gehäuse gebildeten Hohlraums und/oder mit einer flexiblen Leiterplatte außerhalb dieses Hohlraums zur Weiterverbindung der Elektronikeinheit kombiniert werden.
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Mit einer derartigen Elektronikeinheit muss das Getriebesteuermodul nicht in einem Reinraum oder Sauberraum montiert werden, da die Elektronikbaugruppe bereits hermetisch dicht in der Elektronikeinheit verpackt ist.
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Weiter kann der Boden der Elektronikeinheit direkt über die Modulträgerplatte entwärmt werden, die aufgrund der flachen Anbindung, beispielsweise über eine flexible Leiterplatte, die auf dem Kontaktelement aufliegt, flächig mit der Basisplatte der Elektronikeinheit in thermischen Kontakt gebracht werden kann.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Basisplatte für eine Elektronikeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die bestückte Basisplatte aus der 1.
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Kontaktelement für eine Elektronikeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Kontaktelement für eine Elektronikeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Elektronikeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Elektronikeinheit mit einer außen angebrachten flexiblen Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die 1, 2, 5, 6 und 7 zeigen den Herstellungsprozess einer Elektronikeinheit 10 (beispielsweise einer Getriebesteuereinheit) und eines Steuermoduls 12.
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Die 1 zeigt eine Basisplatte 14, auf die eine flexible Leiterplatte oder Flexfolie 16 laminiert ist. Die Basisplatte 14 kann aus Aluminium oder Stahl hergestellt sein und weist eine oder mehrere Öffnungen 18 auf, die von der auflaminierten flexiblen Leiterplatte 16 überdeckt werden.
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Beispielsweise kann eine flexible Leiterplatte 16 für eine Getriebesteuerung auf die Basisplatte 14 laminiert werden. Durch das Laminieren wird eine hermetisch dichte Verbindung zwischen einer Basisfolie der flexiblen Leiterplatte 16 und der Basisplatte 14 erreicht.
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Alternativ zu der flexiblen Leiterplatte 16 kann auch eine starre Leiterplatte (PCB) auflaminiert werden, bevor diese bestückt wird.
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Das Laminieren erfolgt beispielsweise durch Aufbringen einer Kleberschicht auf die Basisplatte 14 und Auflegen der flexiblen Leiterplatte 16, die dann in einer Laminieranlage (z. B. mit Druck und Wärme, auch unter Vakuum) so innig miteinander verbunden werden, dass die beiden Teile 14, 16 hermetisch dicht verbunden sind, beispielsweise auch ohne Einschluss von Luftblasen.
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Die 2 zeigt zusätzlich eine Baugruppe 20, mit der die flexible Leiterplatte 16 bestückt wurde. Weiter wurden Kontaktelemente 22 in die Öffnungen 18 eingesetzt, beispielsweise eingepresst. Die Kontaktelemente 22 können auch als Adapterstücke oder Kontaktadapter bezeichnet werden.
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Die flexible Leiterplatte 16 kann zum Herstellen der Baugruppe 22 mit Bauelementen bestückt werden und das Kontaktelement 22 kann mit der flexiblen Leiterplatte 16 an deren Unterseite elektrisch verbunden werden, beispielsweise durch Laserschweißen, durch Bügellöten, mit einem Leitkleber, in einem Reflowofen usw.
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Die 3 zeigt einen Ausschnitt aus der 4 mit einem eingesetzten Kontaktelement 22, das von der flexiblen Leiterplatte 16 bedeckt ist.
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Die flexible Leiterplatte 16 weist eine Basisfolie 24 (beispielsweise aus Polyimid), eine Leiterschicht 26 (beispielsweise aus Kupfer) und eine Deckfolie 28 (beispielsweise aus Polyimid) auf. Es ist auch eine mehrlagige flexible Leiterplatte 16 (mit mehreren Lagen von Leiterschichten) möglich. In der Basisfolie 24 ist eine Aussparung 30 vorgesehen, durch die das Kontaktelement 22 die Leiterschicht 26 elektrisch kontaktieren kann.
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Das Kontaktelement 22 weist einen elektrisch leitenden Kern 32 und eine elektrisch isolierende Ummantelung 34 auf. Der Kern 32 kann ein einfacher Metallabschnitt (beispielsweise aus Kupfer), Lot oder ein leitfähiger Kunststoff sein. Die isolierende Ummantelung 34 kann aus nichtleitfähigem Kunststoff oder Glas gefertigt sein. Beispielsweise kann das Kontaktelement 22 von einem Strang abgeschnitten worden sein. An den Enden des Kontaktelementes 22 können der Kern 32 und die Ummantelung 34 zueinander bündig sein.
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Das Kontaktelement 22 kann an einer oder an beiden Seiten mit der Basisplatte 14 bündig sein oder über diese hervorstehen (wie in der 4 gezeigt). Es kann beispielsweise um die Dicke der Basisfolie 24 über die Oberfläche der Basisplatte 14 hervorstehen, um einem Verformen der flexiblen Leiterplatte 16 entgegenzuwirken. Eine erhabene Kontaktstelle kann beispielsweise auch für eine Weiterkontaktierung (siehe 6) durch das Kontaktelement 22 bereitgestellt werden.
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Je nachdem, ob das Kontaktelement 22 aus der Basisplatte 14 hervorstehen oder bündig eben eingelassen ist, kann die einseitig (wie dargestellt) oder beidseitig geöffnete flexible Leiterplatte 16 nur angelegt oder angedrückt (verformt) werden, wobei es sich nur um eine Verformung im Bereich der Basisfoliendicke (ca. 0,1 mm) handeln kann.
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Die 5 zeigt die Elektronikeinheit 10 mit aufgesetztem Gehäusedeckel 36, der beispielsweise aus Metall (in etwa Aluminium oder Stahl) hergestellt sein kann.
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Der Gehäusedeckel 36 wird auf die Basisplatte 14 aufgesetzt und beispielsweise mit dieser verschweißt (beispielsweise Laserschweißung oder Kondensator-Entladungsschweißung). Der Gehäusedeckel 36 kann auch mit der Basisplatte 14 verklebt werden.
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Es entsteht ein hermetisch abgedichteter bzw. mediendichter Hohlraum 38, in dem die Baugruppe 20 und die flexible Leiterplatte 16 aufgenommen ist.
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Anschließend kann die Elektronikeinheit 10 geprüft werden (ggf. inkl. Burn-in).
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6 zeigt die Elektronikeinheit 10 mit zusätzlicher Modul-Verbindungstechnik. Eine oder mehrere flexible Leiterplatten 40 können mit der Elektronikeinheit 10 verbunden werden, so dass sie das oder die Kontaktelemente 22 elektrisch kontaktieren. Die flexible Leiterplatte 40 kann beispielsweise mittels Laserschweißen, Laserlöten, Bügellöten, Leitkleber usw. mit dem Kontaktelement 22 verbunden werden.
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Die flexible Leiterplatte 40 kann genauso wie die flexible Leiterplatte 16, so wie in den 3 und 4 gezeigt, mit dem Kontaktelement 22 verbunden werden.
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Auch kann die flexible Leiterplatte 40 wie die flexible Leiterplatte 16 auf die Basisplatte 14 laminiert werden und/oder dabei die Öffnungen 18 abdecken bzw. versiegeln.
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Die 7 zeigt ein Steuermodul 12, in das die Steuereinheit 10 integriert ist. Die Steuereinheit kann auf einer Grundplatte 42 montiert sein. Die flexiblen Leiterplatten 40 dienen als äußere Verbindungstechnik zu Steckern 44, Sensoren 46, Aktuatoren usw. Zur besseren Wärmeanbindung der Basisplatte 14 an die Grundplatte 42, kann der Hohlraum zwischen beiden Teilen, der durch die flexible Leiterplatte 40 entsteht, überbrückt werden, indem hier ein Wärmeleitkleber den Zwischenraum ausfüllt oder durch partielles Hochziehen der Grundplatte 42 in diesem Bereich.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.