DE4240755A1

DE4240755A1 - Steuergerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4240755A1
Application number: DE19924240755
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dipl Ing Kerner; Vlastimil Zlamal
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1994-06-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein bekanntes Steuergerät (DE 35 02 584) weist ein Gehäuse auf, in dem zwei, elektronische Bauelemente tragende Lei terplatten angeordnet sind. Soweit es sich bei den Bauele menten um wärmeerzeugende Leistungsbauelemente handelt, sind dieselben gesondert auf einer wärmeleitenden Metall platte angeordnet. Die Metallplatte ist flächig auf einer Seitenwand des Gehäuses befestigt, um die während des Be triebs entstehende Verlustleistung nach außen abzuführen. Die Leiterplatten sind mit Hilfe von Abstandshaltern in ei nem Abstand voneinander in dem Gehäuse befestigt, wobei eine der Leiterplatten an der Metallplatte und an einem Steckerteil befestigt ist.

Ein solches Steuergerät hat den Nachteil, daß die Verlust leistung nicht unmittelbar nach außen geleitet wird, son dern mit dem Umweg über die Metallplatte und die Gehäuse wand. Des weiteren nimmt der Aufbau mit zwei Leiterplatten und den Abstandshaltern dazwischen viel Raum in Anspruch.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Steuergerät zu schaffen, bei dem die Abfuhr von Verlustleistung schnell erfolgen soll und das kompakt aufgebaut werden kann.

Das Problem wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Lösung hat den Vorteil, daß die Schaltung mit einer hohen Packungsdichte der Bauelemente ausgeführt wer den kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Vorteilhafterweise wird die Packungsdichte dadurch erhöht, daß die Leiterplatten doppelseitig bestückt sind. Außerdem ist durch ein becherförmiges Gehäuse eine einfache Montage möglich, in dem dieses auf ein Steckerteil aufgesteckt oder eingerastet wird.

Leistungsbauelemente können direkt in der Nähe von anderen, funktionell zugeordneten Bauelementen der Schaltung ange ordnet werden, indem sie in Löchern der Leiterplatte direkt auf der Kühlplatte befestigt sind.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Steuergerät (teilweise ge schnitten) in Seitenansicht,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Steuergerät entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht (teilweise geschnitten) auf das Steuergerät gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem becherförmigen Gehäuse (teilweise geschnitten) und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.

In einem Gehäuse eines elektronischen Steuergeräts, bei spielsweise ein Motor- oder ABS-Steuergerät für ein Kraft fahrzeug, sind zwei Leiterplatten 1 (Fig. 1) angeordnet. Die Leiterplatten 1 tragen eine elektronische Schaltung mit verschiedenen Bauelementen 2, von denen in der Zeichnung nur einige davon stellvertretend für alle Bauelemente der Schaltung schematisch dargestellt sind.

In der Fig. 1 ist das Steuergerät mit Sicht auf seine Vor derseite dargestellt. In der linken Hälfte, d. h. in der Fi gur links der Linie II-II, ist das Steuergerät geschnitten dargestellt.

Die Leiterplatten 1 sind beiderseitig (siehe auch Fig. 2) einer Kühlplatte 3 auf dieser befestigt. Die Kühlplatte 3 ist einstückig mit Gehäusebefestigungsteilen 4, im folgen den als Laschen bezeichnet, aus gut wärmeleitendem Material hergestellt.

Die Laschen 4 ragen abgedichtet aus dem Gehäuse raus und dienen zum Befestigen des Steuergeräts, beispielsweise an der Karosserie des Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät kann über in den Laschen 4 angebrachten Bohrungen 5 angeschraubt oder auch mit Hilfe der Laschen 4 in einem gekühlten Modul gehäuse, in dem sich noch andere Steuergeräte befinden kön nen, als Einschub untergebracht werden.

Soweit es sich bei den Bauelementen um stark wärmeerzeu gende Leistungsbauelemente 6 handelt, sind dieselben direkt auf der wärmeleitenden Kühlplatte 3 befestigt und mit der Schaltung auf den Leiterplatten 1 über elektrische Ver binder, wie beispielsweise Bondverbindungen 7, elektrisch verbunden.

Da die Laschen 4 aus dem Gehäuse ragen und ihrerseits an einer Wärmesenke befestigt sind, kann die Verlustleistung der Leistungsbauelemente 6 in Form von Wärme über die Kühl platte 3 schnell nach außen abgeführt werden. Damit kann auf Dauer eine große Wärmemenge abgeleitet werden.

Die Kühlplatte 3 hat an zwei gegenüberliegenden Seiten je eine Randwand (eine davon in Fig. 1 im Schnitt dargestellt), die quer zur Ebene der Kühlplatte 3 verläuft, so daß sich ein doppel-T-förmiger Querschnitt ergibt. Die Randwände bilden zugleich zwei Außenwände des Gehäuses (in der Fig. 1 sind dies die linke und die durch das Steckerteil verdeckte, rechte Seitenwand).

An der Vorderseite wird das Gehäuse durch ein Steckerteil 9, beispielsweise eine Stiftleiste, abgeschlossen. Das Steckerteil 9 ist aus Isoliermaterial mit in dieses einge betteten Steckerstiften 10 hergestellt. Das Steckerteil 9 kann so ausgebildet sein, daß seine Steckerstifte 10 waag recht oder in einem beliebigen Winkel bis 90° abgewinkelt aus dem Steuergerät ragen.

Zwei aus gut wärmeleitendem Material hergestellte Deckel 11 verschließen das Gehäuse. Die Deckel 11 dienen zusätzlich als EMV-Schutz und zum Abdichten des Gehäuseinneren. Das Gehäuse kann auch durch einen einzigen, nicht dargestellten Deckel mit U-förmigen Profil abgedichtet werden.

Das Steckerteil 9 und ein Rahmenteil 13 sind auf die Kühl platte 3 an zwei gegenüberliegenden Seiten befestigt, bei spielsweise durch Aufstecken oder Einrasten. Die beiden Leiterplatten 1 sind je nach Notwendigkeit über elektrisch leitende Verbinder 12 (Fig. 2), die in dem aus Isolierma terial hergestellten Rahmenteil 13 eingebettet sind, elek trisch miteinander verbunden. Die Verbinder 12 können durch Löten oder über zusätzliche elektrische Verbinder, wie Bondverbindungen 7, mit den Leiterplatten 1 verbunden sein.

Das Rahmenteil 13 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, eine weitere Seitenwand des Gehäuses bilden. Die beiden Deckel 11 können aber auch das Rahmenteil 13 von oben und von unten ganz umgreifen, so daß sie an ihren Rändern aneinanderstoßen und das Gehäuse abdichten.

Das Steckerteil 9 kann über elektrische Verbinder, wie bei spielsweise Bondverbindungen 7, mit jeder Leiterplatte 1 elektrisch verbunden sein. Die Bondverbindungen 7 sind dann direkt auf Steckerstiften 10 des Steckerteils 9 befestigt.

Die Deckel 11 sind einerseits in Nuten 14 des Steckerteils 9 und andererseits über das Rahmenteil 13 gesteckt oder in dieses eingerastet und verbinden so das Rahmenteil 13 und das Steckerteil. Die beiden anderen Ränder der Deckel 11 sind in die Ränder der Kühlplatte 3 eingerastet oder auf diese aufgesteckt (siehe Fig. 1). Die Kühlplatte 3 dient dabei als Abstandshalter für die Deckel 11.

Die Ränder der Deckel 11 können auch zur Montage umgebogen werden, um die Deckel 11 zu befestigen. Infolgedessen wird das Gehäuse in einer Richtung von den beiden T-förmigen Wandrändern der Kühlplatte 3 und in orthogonaler Richtung dazu von dem Steckerteil 9 und dem Rahmenteil 13 gebildet und durch die beiden Deckeln 11 zusammengehalten. Dement sprechend wird das Gehäuseinnere abgedichtet.

Zwischen der Kühlplatte 3 und den Leiterplatten 1 können nicht dargestellte, elektrisch isolierende Folien angeord net sein, um einen Kurzschluß zwischen spannungsführenden Teilen der Leiterplatte 1 und der auf Massepotential lie genden Kühlplatte 3, zu vermeiden. Die Folien können auch als Klebefolien ausgebildet sein und dann zur Befestigung der Leiterplatte 1 dienen.

Ein Ziel dieses Steuergeräts ist es, die Packungsdichte der Bauelemente 2 auf den Leiterplatten 1 zu erhöhen, ohne einen größeren Raumbedarf des Steuergeräts zu benötigen. Dies wird bereits wie oben beschrieben durch mindestens zwei Leiterplatten 1 erreicht, die beiderseitig der Kühl platte 3 auf dieser befestigt sind.

Um die Packungsdichte weiter zu erhöhen, können die Leiter platten 1 beiderseitig mit Bauelementen 2 bestückt sein. Aus diesem Grunde weist die Kühlplatte 3 nicht dargestellte Ausnehmungen für diejenigen Bauelemente 2 auf, die auf der zu der Kühlplatte 3 hinzeigenden Oberfläche der Leiterplat ten 1 angeordnet sind. Dabei können ebenso wie bei den ein seitig bestückten Leiterplatten 1 fast alle möglichen Bau formen von Bauelementen 2 wie Hybride, gehäuste IC′s oder diskrete Bauelemente eingesetzt werden. Es ist jedoch vor teilhaft, wenn die Leiterplatten 1 mit Bauelementen 2 in Hybridtechnik bestückt sind, da hierdurch der Platzbedarf für die Schaltung verringert wird.

Es können auch mehrere Leiterplatten 1 jeweils auf einer Seite der Kühlplatte 3 angeordnet sein (vgl. Fig. 3), die dann über Bondverbindungen 7 oder auf sonstige bekannte Weise miteinander elektrisch verbunden sind.

Da die Leistungsbauelemente 6 direkt auf der Kühlplatte 3 befestigt sind, kann die Kühlplatte 3 als Puffer für schnell auftretende Verlustleistungsspitzen dienen. Weil die Kühlplatte 3 mit den nach außen ragenden Laschen 4 ver sehen ist, wirkt die Kühlplatte 3 auch als wärmeleitendes Verbindungsteil zwischen der Schaltung und der Karosserie, an der das Steuergerät befestigt ist.

Leitungsbauelemente können sowohl neben einer Leiterplatte 1 als auch in Löchern 15 innerhalb einer Leiterplatte 1 di rekt auf der Kühlplatte 3 befestigt sein. Folglich sind die Leistungsbauelemente 6 in örtlicher Nähe von den ihnen funktionell zugeordneten Bauelementen 2 angeordnet. Dadurch wird das Layout der Leiterplatten 1 vereinfacht und die Leiterplatten 1 können kleiner ausgestaltet werden.

Die Befestigung der Leistungsbauelemente 6 auf der Kühl platte 3 kann durch Löten oder Kleben realisiert sein. Elektrisch sind die Leistungsbauelemente 6 über elektrische Verbinder, wie Bondverbindungen 7, mit Kontaktflecken 16 der Leiterplatte 1 und damit mit der Schaltung verbunden. Gegebenenfalls können auch einige der Leistungsbauelemente 6 unmittelbar mit dem Steckerteil 9 elektrisch verbunden sein.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 4 und 5) tragen Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 3. In der Fig. 4 sind die elektrischen Verbindungen, wie Bondverbindungen, die die Leiterplatten 1, die Lei stungsbauelemente 2 und das Steckerteil 9 untereinander elektrisch verbinden, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Bei diesem Steuergerät sind die Deckel durch ein an einer Stirnseite offenes, becherförmiges Gehäuseteil 17 (Fig. 4 und 5), das im folgenden als Becher bezeichnet wird, ersetzt. Das Rahmenteil 13 und das Steckerteil 9 sind durch Stecken oder Rasten an der Kühlplatte 3 befestigt. Beiderseitig der Kühlplatte 3 sind zwei Leiterplatten 1 mit einer Schaltung mit schematisch dargestellten Bauelementen 2 angeordnet. Neben den Leiterplatten 1 sind Leistungsbauelemente 6 direkt auf der Kühlplatte 3 befestigt.

Zur Montage des Gehäuses wird der Becher 17 über das Rah menteil 13 und die Kühlplatte 3 mit den Leiterplatten 1 bis zu dem Steckerteil 9 darübergesteckt. Dabei ragen die La schen 4 an der Vorderseite des Steuergeräts, d. h. an dem Steckerteil 9, abgedichtet aus dem Gehäuse heraus. Der Becher 17 wird in bekannter Weise auf das Steckerteil 9 aufgesteckt oder in dieses eingerastet und ist infolgedessen an dem Steckerteil 9 befestigt. Mit Hilfe der Laschen 4 kann das Steuergerät an einer Wärmesenke, z. B. Karosserie des Kraftfahrzeugs, angeschraubt oder auf sonstige bekannte Weise befestigt werden.

Der aus gut wärmeleitendem Material hergestellte Becher 17 dichtet somit zusammen mit dem Steckerteil 9 das Gehäusein nere ab (vgl. hierzu Fig. 5). Zusätzlich bietet der Becher 17 Schutz vor hochfrequenter Strahlung.

Claims

1. Steuergerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,

- mit einem Gehäuse, in dem mindestens zwei, elektronische Bauelemente (2) tragende Leiterplatten (1) angeordnet sind,
- mit einem Steckerteil (9) und
- mit einer Kühlplatte (3) für Leistungsbauelemente (6),
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Leiterplatten (1) beiderseitig der Kühlplatte (3) auf dieser befestigt sind, und
- daß die Kühlplatte (3) mindestens ein aus dem Gehäuse ra gendes Gehäusebefestigungsteil (4) aufweist.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kühlplatte (3) und den Leiterplatten (1) elek trisch isolierende Folien angeordnet sind.

3. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten (1) beiderseitig mit Bauelementen (2) be stückt sind und die Kühlplatte (3) Ausnehmungen für dieje nigen Bauelemente (2) aufweist, die auf der zu der Kühl platte (3) zeigenden Oberfläche der Leiterplatten (1) ange ordnet sind.

4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerteil (9) an der Kühlplatte (3) befestigt ist.

5. Steuergerät, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß es ein becherförmiges Gehäuse (17) auf weist, das auf dem Steckerteil (9) aufgesteckt oder einge rastet ist und zusammen mit dem Steckerteil (9) sowie einem Teil der Kühlplatte (3) das Gehäuseinnere umschließt.

6. Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerteil (9) an einer Seite der Kühlplatte (3) befe stigt ist.

7. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (3) an zwei gegenüberliegenden Seiten je eine quer verlaufende Randwand hat, daß an der quer zu die sen Randwänden verlaufende Seite der Kühlplatte (3) das Steckerteil (9) und an der gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte (3) ein Gehäuserahmenteil (13) angeordnet sind, und daß die Randwände, das Steckerteil (9) und das Gehäuserahmenteil (13) die vier Schmalseiten des Gehäuses bilden, das durch die Deckel (11) zusammengehalten wird, wobei die Kühlplatte (3) als Abstandshalter für die Deckel (11) ausgebildet ist.

8. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Leistungsbauelemente (6) in Aussparungen der Leiterplatten (1) oder neben den Leiterplatten (1) direkt auf der Kühl platte (3) angeordnet sind.

9. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuserahmenteil (13) einen elektrischer Verbinder (12) aufweist, der in das Gehäuserahmenteil (13) eingebet tet ist und die beiden Leiterplatten (1) miteinander elek trisch verbindet.

10. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuserahmenteil (13) und das Steckerteil (9) an der Kühlplatte (3) befestigt sind.