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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, wie es insbesondere für ein Getriebesteuermodul in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann.
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Stand der Technik
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Steuergeräte wie zum Beispiel Getriebesteuergeräte (TCU – Transmission Control Unit), Motorsteuergeräte, Batteriesteuergeräte, etc. in einem Kraftfahrzeug, die empfindliche elektronische Bauteile wie z.B. integrierte Schaltungen (IC – integrated circuit) enthalten, sollen im Allgemeinen hermetisch dicht gegen umgebende Medien geschützt werden. Bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen können solche Steuergeräte beispielsweise aggressiven Medien wie Getriebeöl, Motoröl, Wasser, Harnstoff-Wasser-Lösungen, Bremsflüssigkeit, etc. ausgesetzt sein. Hinzu kommt, dass Steuergeräte insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen weiteren potentiell schädigenden Einflüssen wie beispielsweise starken Temperaturschwankungen, mechanischen Vibrationsbelastungen, etc. ausgesetzt sein können.
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Es gibt bereits eine Mehrzahl technischer Lösungen, um elektronische Bauelemente von Kfz-Steuergeräten vor schädigenden Einflüssen, insbesondere durch umgebende Medien, durch hermetisches Verkapseln zu schützen. Beispielsweise können Komponenten eines Steuergeräts in einem Gehäuse aus chemisch resistentem Material, beispielsweise Metallblech, aufgenommen sein. Elektrische Leitungen, die von diesen Komponenten durch eine Gehäusewand nach außen hindurchgeführt werden sollen, um sie dort mit beispielsweise anderen elektrischen Bauteilen wie Schaltern, Anschlüssen, Sensoren, etc. verbinden zu können, müssen hierbei aufwendig elektrisch isoliert werden. Bei einem alternativen technischen Ansatz werden Schaltungsträger verkapselt, indem beispielsweise Stanzgitterteile mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff mittels Spritzguss ummantelt werden. Hierzu sind jedoch beispielsweise teure Werkzeuge zum Stanzen und Spritzgießen erforderlich. Ein weiterer alternativer Ansatz sieht vor, Komponenten eines Steuergeräts in einem hermetisch abgedichteten Raum aufzunehmen, der von einem Kunststoffdeckel und von einer Flexfolie (FPC – Flexible Printed Circuit) umgeben wird, wobei der Kunststoffdeckel in Bezug auf die Flexfolie mithilfe von Elastomerdichtungen abgedichtet ist. Es wurde jedoch beobachtet, dass die hierbei zum Abdichten vorgesehenen Dichtungen aggressiven Medien, insbesondere aggressivem Getriebeöl, nicht langfristig widerstehen können, so dass es notwendig erscheint, die in dem von Kunststoffdeckel und Flexfolie umschlossenen Raum aufgenommenen elektronischen Bauelemente zusätzlich durch Einbringen eines Gels zu schützen.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Elektronikmodul beschrieben, das einfach und kostengünstig herstellbar ist und, insbesondere auch im Einsatz im Fahrzeugbau, eine lange zuverlässige Lebensdauer ermöglicht. Insbesondere wird ein vorteilhaftes Elektronikmodul beschrieben, bei dem elektronische Bauteile langfristig zuverlässig hermetisch dicht gegenüber aggressiven umgebenden Medien geschützt sind. Außerdem wird ein Elektronikmodul sowie ein mit einem solchen Elektronikmodul ausgestattetes Getriebesteuermodul vorgeschlagen, bei dem eine Verschaltung sowohl von elektronischen Bauteilen untereinander als auch von elektronischen Bauteilen einer Steuerschaltung mit extern elektrischen Bauelementen wie zum Beispiel Sensoren, Steckern, etc. einfach vorgenommen werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektronikmodul, insbesondere für eine Getriebesteuerung in einem Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, wobei das Elektronikmodul eine Leiterplatte, eine Modulbodenplatte, einen Dichtring und eine Flexfolie aufweist. Die Leiterplatte ist als Schaltungsträger für eine Steuerungsschaltung ausgebildet und weist an ihrer Unterseite mehrere elektronische Bauelemente der Steuerungsschaltung auf. Die elektronischen Bauelemente sind dabei durch die Leiterplatte hindurch zu Anschlusspads an der Oberseite der Leiterplatte elektrisch durchkontaktiert. Die Leiterplatte, die Modulbodenplatte und der Dichtring umschließen zusammen einen zentralen Hohlraum, in dem die elektronischen Bauelemente der Steuerschaltung aufgenommen sind, so dass die Steuerschaltung in dem Hohlraum hermetisch dicht verkapselt ist. Die Flexfolie weist elektronische Anschlüsse und mit diesen Anschlüssen verbundene elektrische Leiterbahnen auf. Die Flexfolie ist an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, wobei die Anschlusspads der Leiterplatte elektrisch mit den elektrischen Anschlüssen der Flexfolie verbunden sind und über die elektrischen Leiterbahnen der Flexfolie mit Anschlüssen externer elektrischer Bauelemente verbindbar sind.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Bisherige technische Ansätze zum hermetisch dichten Verkapseln von elektronischen Bauelementen in einem Elektronikmodul, wie sie einleitend beschrieben wurden, leiden oft an Defiziten, wie zum Bespiel aufwendiger Herstellbarkeit, hohen Herstellungskosten wegen der Notwendigkeit teurer Werkzeuge und/oder teurer Baukomponenten und/oder unzureichender langfristiger Zuverlässigkeit einer hermetischen Abdichtung.
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Es wurde nun erkannt, dass ein Elektronikmodul statt mit einer Mehrzahl von separaten Gehäuseteilen oder durch eine Kunststoffumspritzung auch dadurch elektronische Bauelemente zuverlässig vor umgebenden Medien schützen kann, indem eine Leiterplatte, an der diese elektronischen Bauelemente vorgesehen sind, selbst als eine Art Deckel für das Elektronikmodul dient. Leiterplatten, wie sie häufig als Schaltungsträger für elektronische Bauelemente einer Steuerungsschaltung verwendet werden, bestehen meist aus einem duroplastischen Material, wie zum Beispiel mit Glasfasern verstärktem Epoxidharz. Solche Leiterplatten sind im Allgemeinen dicht und beständig gegen die meisten im Fahrzeugbau auftretenden aggressiven Medien wie zum Beispiel Getriebeöl. Zusätzlich zu der Leiterplatte wird eine Modulbodenplatte vorgesehen, welche lediglich dazu ausgestaltet sein braucht, Stabilitäts- und Dichtigkeitsanforderungen gerecht zu werden und angreifenden chemischen Medien zu widerstehen. Die Leiterplatte und die Modulbodenplatte können parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordnet werden, beispielsweise durch Vorsehen von Abstandhaltern, so dass sie zwischen sich einen Innenraum begrenzen, in dem die an der Unterseite der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelemente aufgenommen werden können. Um diesen Innenraum als zentralen Hohlraum vollständig zu umschließen und hermetisch nach außen hin abzudichten, wird zusätzlich zwischen der Leiterplatte und der Modulbodenplatte ein Dichtring vorgesehen, der diesen zentralen Hohlraum abdichtend umgibt.
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Um die in dem zentralen Hohlraum aufgenommenen elektronischen Bauelemente einfach untereinander und insbesondere auch hin zu externen elektrischen Bauelementen verschalten zu können, sind diese durch die Leiterplatte hindurch nach außen an Anschlusspads, die an der Oberseite der Leiterplatte vorgesehen sind, elektrisch durchkontaktiert. Zum Verschalten kann nun an die Oberseite der Leiterplatte eine mit Anschlüssen und Leiterbahnen versehene Flexfolie angelegt werden, deren Anschlüsse mit den Anschlusspads elektrisch verbunden werden können. Teure Bonds als Verbindung zwischen den elektronischen Bauelementen der Steuerschaltung (TCU) und zum Beispiel externen elektrischen Bauelementen einer Modul-AVT (Aufbau- und Verbindungstechnik) können somit entfallen. Es sind auch keine Pins oder Stanzgitter, Sonderprozesse wie Bonden, Dichtschweißen eines Gehäuses, Verzinnen von Pins oder Ähnliches notwendig.
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Das vorgeschlagene Elektronikmodul ermöglicht somit eine Kostenreduzierung durch einen möglichen Entfall von Bauteilen und Fertigungsschritten.
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Außerdem ermöglicht das vorgeschlagene Elektronikmodul eine reduzierte Bauhöhe bzw. ein reduziertes Gewicht, da sich eine Verkapselung der elektronischen Bauelemente unter anderem mit der ohnehin zum Tragen der Bauelemente vorgesehenen Leiterplatte realisieren lässt. Zusammen mit der Modulbodenplatte und dem dazwischen vorzusehenden zentralen Hohlraum sowie der auf der Leiterplatte anzuordnenden Flexfolie kann eine Gesamtbauhöhe von weniger als 10 mm realisiert werden.
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Außerdem kann insbesondere bei geeigneter Ausbildung des Dichtrings, wie weiter unten detaillierter beschrieben, eine Dichtheit des Elektronikmoduls verbessert und eine Lebensdauer desselben verlängert werden.
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Ferner ermöglicht der Aufbau des vorgeschlagenen Elektronikmoduls, insbesondere seine raumsparende Ausgestaltung, eine Verbesserung der Entwärmung von elektronischen Bauelementen der Steuerschaltung.
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Der einfache Aufbau des vorgeschlagenen Elektronikmoduls, bei dem ohnehin benötigte Teile wie die die Steuerschaltung tragende Leiterplatte sowie eine Modulbodenplatte ohne zusätzlichen Deckel oder Gehäuseteile bereits eine dichte Einhausung einer Elektronik bilden können, ermöglicht ferner eine einfache Montage bei geringen Werkzeugkosten und einfachen Montageprozessen. Das vorgeschlagene Elektronikmodul ist daher weltweit fertigbar, auch in sogenannten Low-Cost-Ländern. Die Steuerungsschaltung (TCU) ist dabei vorzugsweise einzeln prüfbar, bevor sie in das Elektronikmodul verbaut wird. Für eine Modulmontage ist daher keine Reinraumfertigung nötig und bei einem TCU-Defekt beispielsweise nach einer Burn-in-Prüfung muss nicht das gesamte Elektronikmodul verworfen werden. Außerdem sind die Steuerungsschaltung und das Elektronikmodul an unterschiedlichen Fertigungsstandorten herstell- und prüfbar, wobei zum Beispiel die Steuerungsschaltung zentral in einem Elektronik-Reinraum gefertigt werden kann und das Elektronikmodul dann in weltweit vor Ort stationierten Endmontagen in einem normalen Sauberraum oder in normaler Fabrikumgebung montiert werden kann.
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Ferner kann zum Beispiel für den Fall, dass der zwischen Leiterplatte und Modulbodenplatte auszubildende Dichtring mithilfe eines thermisch aushärtenden Vergusses aus beispielsweise einem Duroplastmaterial gefertigt wird, die entstehende Prozesswärme bzw. von außen zuzuführende Wärme zum Aushärten des Duroplastmaterials gleichzeitig zur Temperierung der Steuerschaltung als Voralterung der Elektronik (burn-in) eingesetzt werden kann oder während der Temperierung deren Funktion im Rahmen eines Hochtemperaturtests parallel und ohne zusätzlichen Aufwand geprüft werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Elektronikmodul die Flexfolie seitlich über die Leiterplatte hinausragen und in einem über die Leiterplatte hinausragenden Bereich Anschlüsse zum elektrischen Verbinden mit Anschlüssen externer elektrischer Bauelemente aufweisen. Mit anderen Worten kann die Flexfolie gezielt dazu vorgesehen sein, in einem zentralen Bereich einen elektrischen Kontakt mit den an der Leiterplatte vorgesehenen Kontaktpads hin zu den elektronischen Bauelementen der Steuerschaltung herzustellen und dann über geeignet ausgebildete Leiterbahnen eine Verbindung hin zu zum Beispiel seitlich neben der Leiterplatte angeordneten externen elektrischen Bauelementen wie zum Beispiel Sensoren, Schaltern, Steckern, etc. auszubilden. Die externen elektrischen Bauelemente können dabei beispielsweise an einer separaten Leiterplatte vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Flexfolie in einem über die Leiterplatte hinausragenden Bereich selbst externe elektrische Bauelemente aufweisen. Mit anderen Worten kann die Flexfolie nicht nur zur elektrischen Verbindung zwischen an der Leiterplatte vorgesehenen elektronischen Bauelementen der Steuerungsschaltung und externen elektrischen Bauelementen dienen, sondern selbst als Schaltungsträger für diese externen elektrischen Bauelemente fungieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Flexfolie elektrische Anschlüsse und elektrische Leiterbahnen auf, die dazu ausgestaltet sind, jeweils zwei Anschlusspads der Leiterplatte, welche mit elektronischen Bauelementen der Steuerschaltung verbunden sind, miteinander elektrisch zu verbinden. Mit anderen Worten kann die Flexfolie nicht nur dazu dienen, die elektronischen Bauelemente der Steuerschaltung nach außen hin zu externen elektrischen Bauelementen zu verschalten, sondern auch dazu, verschiedene elektronische Bauelemente der Steuerschaltung untereinander zu verschalten. Eine insbesondere bei dicht auf einer Leiterplatte gepackten Bauelementen schwierige Verschaltung derselben kann somit erleichtert werden und ein Verschaltungsschema entflochten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind bei dem Elektronikmodul die Anschlusspads der Leiterplatte mit den elektrischen Anschlüssen der Flexfolie verschweißt, verlötet und/oder elektrisch leitfähig verklebt. Mit anderen Worten sind die Anschlusspads der Leiterplatte fest, vorzugsweise irreversibel und elektrisch leitfähig mit den elektrischen Anschlüssen der Flexfolie verbunden. Beispielsweise können die Anschlusspads mit den Anschlüssen mithilfe eines Lasers verschweißt oder verlötet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Anschlüsse der Flexfolie lediglich an einer zu der Leiterplatte gerichteten Oberfläche nach außen hin freiliegend ausgebildet, wohingegen die Anschlüsse an einer gegenüberliegenden Seite beispielsweise von einem Kunststoff-Trägermaterial der Flexfolie bedeckt sind. Hierbei kann genutzt werden, dass das Kunststoffmaterial der Flexfolie zum Beispiel für das Laserlicht beim Laserschweißen transparent sein kann, so dass zum Verschweißen der Anschlüsse der Flexfolie mit Anschlusspads der Leiterplatten ein Laser durch das die Anschlüsse nach außen hin überdeckende Kunststoffmaterial der Flexfolie beleuchten kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung können die Anschlüsse der Flexfolie an beiden Oberflächen der Flexfolie freiliegen. Derart nach beiden Seiten hin freiliegende Anschlüsse können mittels verschiedener Technologien erhitzt werden, beispielsweise durch Bestrahlen mit einem Laser oder in Kontaktbringen mit der heißen Spitze eines Lötkolbens, um sie mit daran angrenzenden Anschlusspads der Leiterplatte zu verschweißen bzw. zu verlöten.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Leiterplatte und die Modulbodenplatte aus Materialien mit einem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet und der Dichtring mit einem Material gebildet, das einen ebenfalls hierzu gleichen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Alternativ können die Leiterplatte und die Modulbodenplatte aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet sein, wobei in diesem Fall der Dichtring mit einem Material ausgebildet sein sollte, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte und dem Ausdehnungskoeffizienten der Modulbodenplatte aufweist. Durch eine derart gezielte Wahl des Materials für den Dichtring kann erreicht werden, dass auch bei starken Temperaturschwankungen, wie sie insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen auftreten, und den dadurch bedingten Abmessungsvariationen keine übermäßigen mechanischen Belastungen zwischen dem Dichtring einerseits und der daran angrenzenden Leiterplatte bzw. der daran angrenzenden Modulbodenplatte andererseits auftreten. Insbesondere wenn sich die Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Leiterplatte und des Materials der Modulbodenplatte deutlich unterscheiden, kann dadurch, dass das Material des Dichtrings gezielt derart gewählt wird, dass sein Ausdehnungskoeffizient zwischen den Ausdehnungskoeffizienten dieser beiden Komponenten liegt, erreicht werden, dass bei thermisch bedingten Abmessungsvariationen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnung der Leiterplatte einerseits und der Modulbodenplatte andererseits keine übermäßigen Scherkräfte auf den Dichtring ausgeübt werden. Verschleißerscheinungen können somit minimiert und eine Dichtigkeit langfristig erhalten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Dichtring mit einem duroplastischen Material ausgebildet. Beispielsweise kann der Dichtring mit einem Epoxidharz ausgebildet sein. Derartiges duroplastisches Material kann eine zuverlässig stabile und langfristig hermetisch dichtende Verbindung zwischen dem Dichtring einerseits und der Leiterplatte bzw. der Modulbodenplatte andererseits ausbilden. Der Dichtring kann insbesondere durch Mold-Prozesse zwischen der Leiterplatte und der Modulbodenplatte ausgebildet werden. Alternativ kann der Dichtring auch mit einem thermoplastischen Material ausgebildet werden und beispielsweise durch Spritzguss angeformt werden. An der Leiterplatte und/oder der Modulbodenplatte kann in den mit dem Dichtring zu verbindenden Bereichen eine Aufrauhung in Form eine Mikrostrukturierung ausgebildet werden, sodass Material des Dichtrings vor dessen Aushärten in Kavitäten der Mikrostrukturierung einfließen, dort aushärten und dadurch eine formschlüssige und somit langfristig stabile Verbindung mit der Leiter- bzw. Modulbodenplatte herstellen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Modulbodenplatte des Elektronikmoduls zumindest teilweise mit Metall ausgebildet. Beispielsweise kann die Modulbodenplatte als dünnes Stahl- oder Aluminiumblech vorgesehen werden. Alternativ kann die Modulbodenplatte auch mit einer Platine ausgebildet werden, die Metall in Form thermischer Vias enthält. Eine solche mit Metall versehene Modulbodenplatte kann eine gute Wärmeübertragung zwischen dem innenliegenden zentralen Hohlraum und den darin aufgenommenen elektronischen Bauelementen einerseits und einer Umgebung andererseits ermöglichen. Insbesondere kann das Elektronikmodul mit seiner Modulbodenplatte an einem anderen wärmeableitenden Element wie beispielsweise einer Hydraulikplatte eines Kfz-Getriebes eingelagert sein, so dass über die Modulbodenplatte Wärme gut abgeführt werden kann.
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Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise ausgetauscht bzw. kombiniert werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer mit einer Modulbodenplatte dicht verkapselten Leiterplatte für ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht einer mit einer Modulbodenplatte verkapselten Leiterplatte für ein alternatives erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einem Getriebesteuermodul.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht eines alternativen erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einem Getriebesteuermodul.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren alternativen erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einem Getriebesteuermodul.
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6 zeigt eine Querschnittsansicht noch eines weiteren alternativen erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einem Getriebesteuermodul.
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7 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplatte eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit einer diese umgebenden AVT-Leiterplatte.
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8 zeigt eine Draufsicht auf eine Flexfolie für ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
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9 und 10 veranschaulichen eine mögliche Verbindung zwischen einer Flexfolie und Anschlusspads auf einer Leiterplatte für ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
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11 und 12 veranschaulichen eine mögliche Verbindung zwischen einer Flexfolie und Anschlusspads auf einer Leiterplatte für ein alternatives erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine als Schaltungsträger für eine Steuerschaltung dienende Leiterplatte 3, die mit einer Modulbodenplatte 5 und einem Dichtring 7 zu einer hermetisch dichten Einheit für ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul verkapselt ist. Die Leiterplatte 3 kann eine HDI-PCB (high density interconnect – printed circuit board) sein, die an ihrer in der Figur nach unten gerichteten Unterseite 9 mit mehreren elektronischen Bauelementen 11 bestückt ist, die zusammen als Steuerschaltung beispielsweise zum Steuern eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug ausgestaltet sind. Die elektronischen Bauelemente 11 sind durch die Leiterplatte 3 hindurch zu Anschlusspads 15 an der gegenüberliegenden Oberseite 17 der Leiterplatte hin durchkontaktiert.
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Parallel zur Leiterplatte 3 und von dieser mittels Abstandhaltern 13 beabstandet ist die Modulbodenplatte 5 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel als metallische Platte, beispielsweise als Stahlblech oder Aluminiumblech, ausgebildet ist. Anstatt die Modulbodenplatte 5 mithilfe der Abstandhalter 13 in Bezug auf die Leiterplatte 3 zu positionieren, können die Leiterplatte 3 und die Modulbodenplatte 5 auch mithilfe einer Montagevorrichtung in einer geeigneten Position relativ zueinander gehalten werden.
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Um einen zentralen Hohlraum 19, in dem die elektronischen Bauelemente 11 geschützt aufzunehmen sind, nach außen hin hermetisch abzudichten, wird dann eine umlaufende Masse zum dichten Verbinden beider Platten 3, 5 appliziert und ausgehärtet, um auf diese Weise den umlaufenden Dichtring 7 zu bilden. Der Dichtring kann beispielsweise als angespritzte „Raupe“ aus Thermoplast- oder Duroplastmaterial appliziert werden.
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Bauelemente 11, die während des Betriebs viel Wärme erzeugen und deswegen als heiße Bauelemente bezeichnet werden, können gegebenenfalls direkten Kontakt zu der Modulbodenplatte 5 aufweisen und sich somit nicht zu der als Schaltungsträger dienenden Leiterplatte 3, sondern hin zu der Modulbodenplatte 5 entwärmen. Außerdem kann der zentrale Hohlraum 19 beispielsweise über Öffnungen (nicht gezeigt) in der Modulbodenplatte 5 mit einer Wärmeleitmasse, beispielsweise in Form eines Gels, aufgefüllt werden.
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2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der die Modulbodenplatte 5‘ statt mit einer massiven Aluminiumplatte mit einer weiteren Leiterplatte ausgebildet ist, in die zur Verbesserung der Wärmeableitung metallische thermische Vias 21 eingelassen sind.
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Um die Lebensdauerfestigkeit und Dichtigkeit der wie in den 1 und 2 beispielhaft dargestellt verkapselten Steuerschaltung zu optimieren, wird das für den Dichtring 7 verwendete Material vorzugsweise so gewählt, dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient entweder identisch zu demjenigen der Leiterplatte 3 und der Modulbodenplatte 5 ist oder, falls diese beispielsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen, zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte 3 und demjenigen der Modulbodenplatte 5 liegt. Wenn die Leiterplatte 3 beispielsweise als herkömmliche PCB bereitgestellt wird, weist sie typischerweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von zwischen 13 und 20 ppm/K auf. Eine als Modulbodenplatte 5 dienende Stahlplatte weist je nach Art der Legierung einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von zwischen 11 und 20 ppm/K auf. Das Material der PCB für die Leiterplatte 3 und der Stahlplatte für die Modulbodenplatte 5 können somit gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei das Material für den Dichtring 7 dann ebenfalls mit diesen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewählt sein sollte. Wird für die Modulbodenplatte 5 eine Aluminiumplatte verwendet, die typischerweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 23 ppm/K aufweist, sollte das für den Dichtring 7 verwendete Material einen dazwischenliegenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise 21 ppm/K aufweisen.
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Nach der Verkapselung der Steuerschaltung, wie in den 1 und 2 dargestellt, liegt eine dichte und geschützte TCU vor, die im Elektronikwerk abschließend geprüft werden kann, wobei bereits ein Burn-in durchgeführt werden kann. Die Anschlüsse der elektronischen Bauelemente 11 der Steuerschaltung sind bereits als Anschlusspads 15 auf der Oberseite 17 der bestückten Leiterplatte 3 vorgesehen. In diesem Zustand kann die verkapselte Steuerschaltung in eine Modul-Fertigmontage transportiert werden, um sie dort mit Sensoren, Steckern und gegebenenfalls einer Trägerplatte zu komplettieren.
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In 3 ist ein komplettes Elektronikmodul 1 mit einer solchen verkapselten Steuerschaltung integriert in ein Getriebesteuermodul 100 dargestellt. Die Anschlusspads 15 an der Leiterplatte 3 sind dabei mit elektrischen Anschlüssen 25 an einer Flexfolie 23 leitfähig verbunden. Die Flexfolie 25 ragt seitlich über die Leiterplatte 3 hinaus und weist in ihren über die Leiterplatte hinausragenden Bereichen 27 weitere Anschlüsse 39 auf, die mit Anschlusspads 35 einer weiteren Leiterplatte 31 verbunden sind. Die weitere Leiterplatte 31 dient als Trägerplatte und/oder zum Halten einer Modul-AVT, an der externe elektrische Bauelemente 102, 104 vorgesehen sind, beispielsweise in Form von Sensoren oder Steckern. Die äußere Leiterplatte 31 weist eine zentrale Aussparung 32 auf, in die die verkapselte Steuerschaltung mit der Leiterplatte 3 und der Modulbodenplatte 5 eingesetzt werden kann. Es kann ferner eine Trägerplatte 33 vorgesehen sein, die aus Metall oder Kunststoff bestehen kann und die für den Fall, dass die Modul-AVT ausreichend stabil ist, als optional angesehen werden kann. Ferner ist die Modul-AVT in 3 zwar als äußere Leiterplatte 31 dargestellt, kann alternativ jedoch auch beispielsweise als Kunststoffteil mit aufgebrachten Leiterbahnen in MID-Technik, Metall-Flammspritztechnik, usw. ausgebildet sein.
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In 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Flexfolie 23 in ihren über die Leiterplatte 3 hinausragenden Bereichen 27 selbst elektrische Bauelemente 102, 104 für die Modul-AVT aufweist. Die Flexfolie 23 wird dabei von einer stabilen Trägerplatte 33‘ gehalten.
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In 5 und 6 ist eine Montage eines kompletten Getriebesteuermoduls 100 auf einer Getriebe-Hydraulikplatte 106 (oder auch auf einem Metallboden eines Steuermoduls in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, da diese Art von Elektronikmodul nicht auf Getriebesteuerungen begrenzt sein soll) dargestellt. Während bei der in 5 dargestellten Ausgestaltung eine Trägerplatte 33 vorgesehen ist, besitzt das Getriebesteuermodul 100 aus 6 keine solche Trägerplatte, sondern die äußere Leiterplatte 31 mit der Modul-AVT ist direkt auf das Getriebebauteil 106 montiert. Die äußere Leiterplatte 31 der Modul-AVT ist hierbei eine Leiterplatte, die an ihrer Unterseite keine elektrischen Leitungen oder Anschlusspunkte hat, außer gegebenenfalls Masseverbindungen. Befestigungselemente, beispielsweise in Form von Schrauben, Klammern, Klebstoff, etc., zwischen dem Getriebesteuermodul 100, mit oder ohne Trägerplatte 33, und der Hydraulikplatte 106 sind nicht bildlich dargestellt.
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7 zeigt eine Draufsicht auf die Leiterplatte 3 der verkapselten Steuerungsschaltung, ähnlich wie in 1, und die sie umgebende äußere Leiterplatte 31 der Modul-AVT, wie in 3. Zwischen diesen beiden Leiterplatten 3, 31 ist der Dichtring 7 erkennbar. An der Oberfläche 17 der Leiterplatte 3 sind mehrere Anschlusspads 15 zu erkennen, die durch die Leiterplatte 3 hindurch zu auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten elektronischen Bauelementen 11 durchgeführt sind. An der umgebenden externen Leiterplatte 31 sind ebenfalls Anschlusspads 35 vorgesehen, die mit den dort angeordneten elektrischen Bauelementen 102, 104 (in 7 nicht gezeigt) verbunden sind.
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In 8 ist eine Draufsicht auf eine Flexfolie 23 und die daran vorgesehenen elektrischen Anschlüsse 25, 39 und elektrischen Leiterbahnen 37 dargestellt. Unter anderem sind elektrische Anschlüsse 25 an Positionen korrespondierend zu den Positionen der Kontaktpads 15 an der Leiterplatte 3 vorgesehen. Einige dieser Anschlüsse 25‘ sind über Leiterbahnen 37 mit Anschlüssen 39 verbunden, die im über die Leiterplatte 3 hinausragenden Bereich 27 der Flexfolie 23 angeordnet sind und an Positionen korrespondierend zu den Anschlüssen 35 an der externen Leiterplatte 31 ausgebildet sind. An der Flexfolie 23 sind ferner elektrische Anschlüsse 25‘‘ und elektrische Leiterbahnen 37‘‘ vorgesehen, um zwei Anschlusspads 15 der Leiterplatte 3 direkt miteinander zu verbinden. Die Anschlüsse 25‘ und Leiterbahnen 37‘ dienen somit zur elektrischen Verbindung zwischen der als Schaltungsträger für die Steuerungsschaltung dienenden Leiterplatte 3 und der äußeren als Modul-AVT dienenden Leiterplatte 31, wohingegen die Anschlüsse 25‘‘ und Leiterbahnen 37‘‘ zur elektrischen Verbindung von elektronischen Bauelementen 11 innerhalb der Schaltungsträger-Leiterplatte 3 für die Steuerungsschaltung dienen. Die Flexfolie 23 kann ferner als mechanischer Schutz für den Schaltungsträger dienen.
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In den 9 und 10 bzw. 11 und 12 sind zwei Möglichkeiten dargestellt, um die Anschlüsse 25, 39 der Flexfolie 23 mit den Anschlusspads 15, 35 an den Leiterplatten 3, 31 elektrisch zu verbinden.
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Bei dem in den 9 und 10 dargestellten Beispiel ist die Flexfolie 23 an ihrer oberen Seite geschlossen und die Anschlüsse 25, 39 der Flexfolie 23 liegen lediglich an einer zu der Leiterplatte 3 gerichteten Oberfläche frei. Um die Anschlüsse 25, 39 der Flexfolie 23 mit den Anschlusspads 15, 35 der Leiterplatten 3, 31 elektrisch zu verbinden, kann Licht oder Wärme beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Lasers 41 durch den geschlossenen oberen Teil der Flexfolie 23 hindurch im Bereich der Anschlüsse 25, 39 eingekoppelt werden. Die Anschlüsse 25, 39 können dadurch mit den Anschlusspads 15, 35 verschweißt oder verlötet werden. Alternativ kann auch eine elektrisch leitfähige Klebeverbindung etabliert werden.
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Bei dem in den 11 und 12 dargestellten Beispiel liegen die Anschlüsse 25, 39 an beiden Oberflächen der Flexfolie 23 frei, das heißt sowohl eine Basis- als auch eine Deckfolie sind an den entsprechenden Positionen lokal geöffnet. Zum Verschweißen oder Verlöten kann wiederum Wärme an den derartigen Positionen eingekoppelt werden, beispielsweise mithilfe eines Lasers 41. Die nach oben hin offenen freiliegenden Bereiche 43 der Flexfolie 23 können anschließend z.B. durch einen Lack, eine Vergussmasse oder einen mechanischen Deckel beispielsweise gegen Kurzschlüsse durch Partikel geschützt werden.
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Die Flexfolie 23 kann zusätzlich durch Klebepunkte oder Klebelinien 45 (siehe 9) an den Leiterplatten 3, 31 befestigt werden. Wird die als Schaltungsträger dienende innere Leiterplatte 3 in einen Ausschnitt der umgebenden als Modul-AVT dienenden Leiterplatte 31 eingesetzt, kann die Flexfolie 23 auch dicht verklebt werden, um ein Eindringen beispielsweise von Öl zu verhindern, falls dies nötig ist. Ansonsten darf sich in einem Spalt zwischen der Flexfolie 23 und der als Schaltungsträger dienenden Leiterplatte 3 bzw. einem Spalt zwischen der Schaltungsträger-Leiterplatte 3 und der Modul-AVT-Leiterplatte 31 Öl befinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004021931 A1 [0004]