CN103857252A

CN103857252A - 超扁平的传动装置控制模块

Info

Publication number: CN103857252A
Application number: CN201310634737.4A
Authority: CN
Inventors: U.利斯科夫
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: DE102012222180A1; KR20140071922A; CN103857252B

Abstract

一种涉及传动装置控制模块。为在结构高度尽可能小的同时实现改进的热量排出，机动车传动装置的传动装置控制模块具有初级印制线路板、在第一侧面上配备电子元件的次级印制线路板和在初级与次级印制线路板之间的电连接部以及基体材料。次级印制线路板和布置在其上的元件相对于环境密封。设置载体板，其能在第一侧面上固定在传动装置构件上且在对置的第二侧面上形成容纳容积，容纳容积环绕地被侧壁区域包围。初级印制线路板安放在侧壁区域上，其中次级印制线路板用第一侧面在容纳容积的区域中朝向载体板的第二侧面布置，使得元件至少部分地伸到容纳容积中。载体板在电子元件下方的区域中具有至少一个缺口，且容纳容积和至少一个缺口用基体材料填充。

Description

超扁平的传动装置控制模块

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的传动装置控制模块，以及一种按独立权利要求10的前序部分所述的机动车传动装置和一种按独立权利要求11所述的方法。

背景技术

对于机动车中的传动装置来说，越来越多地使用电子传动装置控制机构。为此例如具有用于与其它组件相连接的接头的电子功率线路构造为传动装置控制模块，并且传动装置控制模块例如被安置在传动装置壳体的内部，其中功率电子装置例如被安置在控制器壳体的内部，所述控制器壳体为了更好地排出热能而暴露在传动装置油中。结合机动车驱动装置进一步改进、特别是功率优化，在降低燃料需求并且减少废气排放的同时，需要更为高效的线路，但是该线路同时要求提高的热量排出。

从DE 10 2010 030 170 A1中公开了用于机动车的传动装置的传动装置控制模块，其中线路载体具有多个电元件并且在其下侧面上具有布线支架并且在其上侧面上具有散热片。电子元件被在框架内部设置的铸模材料包围。

发明内容

但是已经表明，在出现对尽可能小的结构高度的要求同时存在着对改进的热量排出的需求。

所述目的通过按独立权利要求之一的传动装置控制模块、机动车传动装置和方法来实现。示例性的实施方式在从属权利要求中得到了描述。

按照本发明设置了机动车传动装置的传动装置控制模块，该传动装置控制模块具有初级印制线路板和次级印制线路板，其中所述初级印制线路板具有用于外部连接或者接触其它构件的接头，并且其中所述次级印制线路板在第一侧面上配备了电子元件。此外，在所述初级印制线路板与次级印制线路板之间设置了电连接部。此外，设置了基体材料，所述基体材料布置在所述电子元件之间的区域中。所述次级印制线路板以及布置在其上的元件相对于环境进行密封。按照本发明设置了载体板，该载体板能够在第一侧面上固定在传动装置构件上并且在与所述第一侧面对置的第二侧面上形成至少一个容纳容积，该容纳容积侧向环绕地被侧壁区域包围。所述初级印制线路板安放在所述侧壁区域上。所述次级印制线路板利用所述第一侧面在所述容纳容积的区域中如此朝向所述载体板的第二侧面布置，使得所述元件至少部分地伸到所述容纳容积中。所述载体板在所述电子元件下方的区域中具有至少一个缺口。所述容纳容积和所述至少一个缺口利用所述基体材料来填充。

所述初级印制线路板也被称为电路板（printed circuit board，PCB）并且例如具有处于内部的印制导线，从而所述初级印制线路板可以直接暴露在环境、例如传动装置油中。所述次级印制线路板也被称为载体基底或者线路载体。所述电子元件例如形成传动装置、例如自动传动装置的线路电子装置（transmission control unit，TCU）。沿载体板的方向布置所述功率电子装置并且用基体材料填充所产生的中间空隙，其优点是，所产生的热量可以通过所述基体材料排到所述载体板上，而后从那里以尽可能有效的方式将热能排给周围的介质、例如周围的传动装置油。由此不仅保证了特别有效的热量排出，而且由于所述基体材料也保证了功率电子装置相对于环境对于的可靠密封。因此不需要构造单独的壳体。灌注材料的使用相对于例如铸模材料具有下述优点：可以在没有像通常对于铸模材料所规定的那样使用压力的情况下实现装入。此外，灌注材料提供了下述优点，即不需要注塑机或铸模机和/或注塑或铸模模具，而仅需要必要时也构造为真空灌注设备的简单灌注设备。缺口的构造例如能够实现元件插入，从而这种结构具有还进一步降低的高度。因为可以放弃单独的壳体部件、密封件以及类似构件，所以上面所描述的结构提供了在其高度方面降低的传动装置控制模块。

按照一种实施例，所述载体板在所述容纳容积的区域中形成底板，该底板具有多个贯通的开口。由此例如可以仅在那种位置上设置开口，在所述位置上也需要额外的高度。总之，由此可以提供更为稳定的底板。按照另一种实施例，在所述至少一个缺口的区域中在所述基体材料的外侧面上设置了隔离层。例如所述隔离层是薄膜或者薄膜材料，例如与所述基体材料牢固地相连接的塑料薄片和/或金属薄片。

按照一种实施例，所述基体材料是通过浇注过程装入的灌注材料。例如所述灌注材料是环氧树脂。所述灌注材料的热膨胀系数（CTE）应该大约为20ppm/k，这例如可以通过高填充度的环氧化物来实现、例如通过酸酐硬化的填充的环氧树脂。

按照一种实施例，所述初级印制线路板具有切口，在该切口中布置了所述次级印制线路板，并且所述次级印制线路板全面地被基体材料包围。由此例如可以使用一种次级印制线路板，其中所述电子元件虽然布置在其中一侧上，但是固定或者说接触在另一侧上实现。因为所述印制线路板全面地被基体材料包围，所以保证了相对于环境必要的密封。

按照一种实施例，所述电连接部、例如接合连接部被所述基体材料包围。在使用在灌注过程中加入的基体材料时，也可以使用较细的接合连接部，因为在加入所述基体材料时没有或者只有很小的力作用于所述接合连接部。

按照一种实施例，所述初级印制线路板连贯地延伸，并且所述次级印制线路板在朝向所述载体板的一侧上被固定在所述初级印制线路板上。所述次级印制线路板例如通过球形栅格连接（Ball grid array，BGA）与所述初级印制线路板电连接并且也机械连接。

按照本发明，也设置了一种机动车传动装置，该机动车传动装置具有传动机构和传动装置壳体。此外设置了一种按前述实施例之一所述的传动装置控制模块，其中所述传动机构被所述传动装置壳体包围，并且其中所述传动装置控制模块利用所述载体板固定在所述传动装置壳体的内侧上。通过所述载体板与所述传动装置壳体的接触，将热量排给所述传动装置壳体，同时由于周围的传动装置油也通过可以直接与所述传动装置油邻接的基体材料排出热量。

按照本发明，也设置了一种用于组装传动装置控制模块的方法，该方法具有以下步骤：

a）设置载体板，其中所述载体板能够在第一侧面上固定在传动装置构件上并且在与所述第一侧面对置的第二侧面上形成至少一个容纳容积，该容纳容积侧向环绕地被侧壁区域包围。所述载体板在所述电子元件下方的区域中具有至少一个缺口；

b）设置初级印制线路板，该初级印制线路板具有用于其它构件用的外部连接或者接触的接头，其中所述初级印制线路板安放在所述侧壁区域上；

c）设置次级印制线路板，该次级印制线路板在第一侧面上配备了电子元件，其中所述次级印制线路板利用所述第一侧面在所述容纳容积的区域中如此朝向所述载体板的第二侧面布置，使得所述元件至少部分地伸到所述容纳容积中；

d）在所述初级印制线路板与次级印制线路板之间设置电连接部；

e）至少在所述电子元件之间的区域中装入基体材料，其中所述容纳容积利用所述基体材料填充。其中所述至少一个缺口利用基体材料来填满，并且所述次级印制线路板和布置在其上的元件相对于环境进行密封。

如果所述模块PCB、TCU-PCB、灌注材料和载体板在-40到150℃的工作温度范围内具有十分类似的热膨胀系数，那就仅出现较小的热机械应力，从而可以避免灌注材料或者PCB中的裂纹。在选择处于大约15到大约25ppm/k的热膨胀系数范围内的材料时，不会预料到任何裂纹。用合金钢、锌白铜或者铝例如可以实现处于大约16与大约23ppm/k之间的数值。所述电路板可以通过对于基础材料的调节而被置于大约15到大约20 ppm/k的范围内。

按照本发明，用于安装具有各个电子元件的功率电子装置的线路装置朝向用于排出热量的底板来布置。通过盆状的区域的构造可以装入灌注材料，用于填充所产生的中间空隙，从而没有留下任何气隙，其中在盆状的区域中安置了所述功率电子装置。所述灌注材料也用于对所述功率电子装置与相邻的板状的印制导线材料之间的电连接部进行密封，因而没有麻烦地将电触头穿过所述灌注材料向外引出。换而言之，可以这样说仅周围的印制线路板从所述灌注材料中伸出来，这尤其在相对于环境的密封方面提供了优点。此外不需要插脚套管（Pindurchführungen）。由于所述材料的热膨胀系数的差别很小，从而避免了裂纹形成，这一点额外地防止了不密封现象。因为所述印制线路板可以如此构成，使得所述印制导线处于内部，所以由此也可以使与例如传感器、插头、执行元件等的连接线或者说触点在得到保护的情况下来布置。按本发明的传动装置控制模块的特征在于，由于构件和加工步骤的取消而降低了成本，因为例如不必设置单独的壳体盖。此外，更好地防止TCU接头受到周围的介质、例如传动装置油的影响。与例如使用热塑性或者热固性塑料进行的铸模过程相比，在使用灌注过程时，提供了无力作用的装入过程，因为无压力地注入液体，所述液体在较短的时间之后凝结并且硬化，这可以通过无压力的排热过程来支持。所述灌注材料的硬化同时可以被设置为对于线路的温度控制，例如被设置为电子装置的预老化，所谓的预烧（Burn-in）。

在此要指出，所述传动装置控制模块或者说所述机动车传动装置的实施例的特征也适用于所述方法的实施方式以及所述装置的应用并且反之亦然。此外，相应的特征也可以自由地彼此组合，其中这一点没有明确地提及，其中可以产生协作效应，所述协作效应源自不同的特征的叠加。

附图说明

下面参照附图进一步对本发明的实施方式进行解释，其中不仅附图而且所述说明书都不应该解释为对本发明的限制。其中：

图1示出了一种用于传动装置控制模块的实施例的示意性截截面图；

图2到6示出了其它用于传动装置控制模块的实施例；

图7示出了另一种用于传动装置控制模块的实施例的横截面图；

图8示出了图7的实施例的示意性俯视图；

图9和10示出了其它用于传动装置控制模块的实施例；

图11示出了机动车传动装置的示意性剖面图；

图12示出了用来组装传动装置控制模块的方法用的一种实施例的方法步骤；

图13示出了传动装置控制模块连同方法的另一种实施例；

图14示出了传动装置控制模块的另一种实施例的截面；并且

图15示出了图14的传动装置控制模块的从下面看的视图。

具体实施方式

图1示出了机动车传动装置的具有初级印制线路板12的传动装置控制模块10，所述初级印制线路板具有用于外部连接或者接触其它元件的接头14。此外，设置了次级印制线路板16，该次级印制线路板在第一侧面18上配备了电子元件20。此外，在初级印制线路板12与次级印制线路板16之间设置了电连接部22。最后设置了基体材料24，该基体材料布置在电子元件20之间的区域中。次级印制线路板16和布置在其上的元件20相对于环境26进行密封。载体板28能够在第一侧面30上固定在传动装置构件上（未详细示出）并且在与第一侧面30对置的第二侧面32上形成了至少一个容纳容积34，该容纳容积侧向环绕地被侧壁区域36包围。初级印制线路板12安放在侧壁区域36上。次级印制线路板16利用第一侧面18在所述容纳容积34的区域中朝向所述载体板的第二侧面32布置，并且元件20至少部分地伸入到用基体材料24填充的容纳容积34中。所述载体板28在电子元件20下方的区域中具有至少一个缺口38，该缺口用基体材料24来填充。所述基体材料24是通过浇注过程加入的灌注材料。例如所述灌注材料是环氧树脂。

按照另一种在以下附图中以不同的局部角度示出的实施例，初级印制线路板12具有切口40，并且在所述切口中布置次级印制线路板16。如例如可以在图2中看出的那样，次级印制线路板16全面地被基体材料24包围。按照另一种同样在附图中示出的实施例，侧壁区域36环绕地通过载体板28构成，例如构造为杯状的冲压结构。电连接部22被所述基体材料24包围。

在图2中在一种实例中，所述次级印制线路板16具有间隔垫片42并且通过这些间隔垫片支承在所述载体板28上。电子元件也可以用作间隔垫片。所述间隔垫片装置也可以是所述载体板的凸起，例如轴头或者冲压结构。例如所述间隔垫片42可以围住处于其之间的体积44，如果所述间隔垫片42构造为连贯的结构。处于其内的体积44可以用第二种基体材料来填充，第二种基体材料例如提供再次改进的导热效果。

为了对电连接部22并且也对次级印制线路板16的上侧面46进行密封，可以设置框架48，也可以暂时设置框架，该框架形成盆状的向上敞开的灌注区域，其中在所述次级印制线路板的上侧面上可以设置电连接部或者用于元件20的连接点。

在图2中除了所述连接点14、例如插头之外，也设置了其它的元件、例如传感器50以及执行元件（未详细示出）。

图3示出了一种实施变型方案，其中次级印制线路板16安放在所述侧壁区域36上。为了确保对设置在所述次级印制线路板16下的体积、也就是对所述容纳容积34进行填充，例如设置了次级印制线路板16的铣出部（Ausfräsung）52。此外，在图3中示出了液压板54，在该液压板上可以固定载体板28，并且该液压板用作散热片，这利用热流箭头56示出。

图4在另一种实施例中示出了初级印制线路板12的阶梯形的边缘结构58，从而可以将电连接部22、例如电接合连接部固定或者说设置在梯级凸肩上。阶梯形的边缘58例如也同时用作用于用灌注材料来填充的框架。

在图5中示出了另一种实施例，其中所述初级印制线路板12与所述次级印制线路板16之间的接触部设有冷触点（也称为压入触点）60，在此两块印制线路板相互搭接。为此例如初级印制线路板12（如在图5中示出的那样），或者替代地或者补充地，所述次级印制线路板16设有阶梯形的边缘。图6示出了两块印制线路板12、16的阶梯形的构造。

图7以横截面示出了另一种实施例，其中载体板28具有多个容纳容积34并且设置了多个次级印制线路板16a、16b。次级印制线路板的所有触点或者说元件都相对于环境进行密封。例如为了引出线缆62而设置了另一个灌注区域64，该灌注区域在引出或者说通过线缆62接触的区域中包围着初级印制线路板12。例如载体板28构造为阶梯形，例如设有高度差。

图8示出了图7的实施例的示意性的俯视图；设有附图标记66的剖切线A-A示出图7的剖面图的位置。

图9示出了另一种实施例，其中初级印制线路板12连贯地延伸，并且次级印制线路板16在朝向载体板28的一侧上被固定在初级印制线路板12上。初级印制线路板12具有至少一个注入口68。例如可以设置第二开口70，该第二开口在加入基体材料时用于排出空气。次级印制线路板16例如可以通过球形栅格连接与初级印制线路板12电连接并且还机械连接。替代地或者补充地，也可以设置用附图标记72标注的接合连接部（Bondverbindung）。

图10示出了由第一种材料74制成的载体板28，其中在所述容纳容积34的区域中设置了至少一个由第二种材料78制成的嵌件76，该第二种材料具有比所述第一种材料74高的导热能力。所述嵌件例如形成底板的面积的最大50%，例如20%或者10%或者最大5%。所述嵌件在一种实例中具有一种热膨胀系数，该热膨胀系数例如与载体板的热膨胀系数偏离了最大10%、例如最大5%。按照另一种同样在图10中示出的但是并非必须与嵌件76相组合的实例，所述载体板28在容纳容积34 的区域中部分地具有减小的板厚，从而在上侧面上（关于附图）构造了凹部80。所述凹部例如用于逐点地扩大容纳容积的高度。额外地设置了缺口38。

图11示出了一种具有传动机构102的机动车传动装置100，所述传动机构由传动装置壳体104包围。此外设置了根据前面的实施例之一构成的传动装置控制模块106。该传动装置控制模块106用载体板例如固定在传动装置壳体104的内侧上。所述传动机构102具有齿轮系108。箭头110示出驱动系和从动系。所述传动装置控制模块106例如可以固定在液压板112上，用于改进热量排出。

图12示出了一种用于组装传动装置控制模块的方法200，在也被称为步骤a）的第一步骤202中设置载体板，该载体板能够在第一侧面上被固定在传动装置构件上并且在与所述第一侧面对置的第二侧面上形成至少一个容纳容积，该容纳容积侧向环绕地由侧壁区域包围。在此所述载体板在处于电子元件下方的区域中具有至少一个缺口。在也被称为步骤b）的第二步骤204中设置初级印制线路板，该初级印制线路板具有用于外部连接或者接触其它构件的接头，其中所述初级印制线路板安放在侧壁区域上。在也被称为步骤c）的步骤206中设置次级印制线路板，该次级印制线路板在第一侧面上配备了电子元件，其中所述次级印制线路板利用第一侧面在容纳容积的区域中如此朝向载体板的第二侧面布置，使得所述元件至少部分地伸到所述容纳容积中。在也被称为步骤d）的第四步骤208中，在初级印制线路板与次级印制线路板之间设置电连接部。在也被称为步骤e）的第五步骤210中，至少在所述电子元件之间的区域中装入基体材料，其中使次级印制线路板和布置在其上的元件相对于环境进行密封。在此所述容纳容积和所述至少一个缺口用基体材料来填充。

在图13中示出了所述方法的另一种实施例，其中在步骤e）之前，密封工具从外面对所述至少一个缺口进行密封，这用附图标记212来标注。在填入基体材料之前，例如在密封工具216上设置了薄膜214，使该薄膜从下面靠近传动装置控制模块或者说载体板28，用于由此对所述缺口进行密封。

在图14中示出了一种实施例，其中载体板28在容纳容积的区域中形成底板39，该底板具有多个连续的开口41。例如多个开口41通过隔条43彼此隔开，从而在其中一侧面上提供了多个缺口，所述电子元件可以伸入到所述缺口中，并且在所述缺口中可以在基体材料与邻接的表面之间进行直接热传递，但是另一方面通过所述隔条结构也提供了足够的稳定性。

按照另一种未示出的实施例，在所述至少一个缺口38的区域中在所述基体材料的外侧上设置了隔离层。所述隔离层例如用于在灌注之后可以使基体材料从密封工具上松开。

参照所示出的附图，尤其要指出，各个特征也可以彼此相组合，尤其所示出的间隔垫片可以与不同的框架或者说盆状的边缘相组合，或者阶梯形的结构和冷触点也可以与间隔垫片或者说在侧向的侧壁区域上的安放相组合。此外，在图1到6和7及8中示出的特征也可以与图9和/或10的特征相组合。特别是，所述方法方面也可以用于所述装置的实施方式或者所述装置的应用，并且反之亦然。

在此要补充地指出，“包括”不排除任何其它的元件或者步骤并且“一”不排除多个。此外要指出，参照上面的实施例以及方面之一所描述的特征或步骤也可以与上面所描述的其它实施例和方面的其它特征或步骤组合。权利要求中的附图标记不应该被视为限制。

Claims

1. 机动车传动装置的传动装置控制模块（10），具有：

-初级印制线路板（12），所述初级印制线路板具有用于外部连接或者接触其它构件的接头（14）；

-次级印制线路板（16），所述次级印制线路板在第一侧面（18）上配备了电子元件（20）；

-在所述初级印制线路板与次级印制线路板之间的电连接部（22）；和

-布置在所述电子元件之间的区域中的基体材料（24）；

其中所述次级印制线路板和布置在其上的元件相对于环境（26）进行密封，

其特征在于，

-设置了载体板（28）；

其中所述载体板能够在第一侧面（30）上固定在传动装置构件上并且在与所述第一侧面对置的第二侧面（32）上形成至少一个容纳容积（34），所述容纳容积侧向环绕地被侧壁区域（36）包围；

其中所述初级印制线路板安放在所述侧壁区域上；

其中所述次级印制线路板利用所述第一侧面在所述容纳容积的区域中如此朝向所述载体板的第二侧面布置，使得所述元件至少部分地伸到所述容纳容积中；并且

其中所述载体板在所述电子元件的下方的区域中具有至少一个缺口（38）；并且

其中所述容纳容积和所述至少一个缺口用所述基体材料来填充。

2. 按权利要求1所述的传动装置控制模块，其中所述载体板在所述容纳容积的区域中形成底板（39）；并且

其中所述底板具有多个贯通的开口（41）。

3. 按权利要求1或2所述的传动装置控制模块，其中在所述至少一个缺口的区域中在所述基体材料的外侧面上设置了隔离层。

4. 按权利要求1、2或3所述的传动装置控制模块，其中所述基体材料是一种通过浇注过程装入的灌注材料。

5. 按前述权利要求中任一项所述的传动装置控制模块，其中所述初级印制线路板具有切口（40），并且所述次级印制线路板布置在所述切口中；并且

其中所述次级印制线路板全面地被基体材料包围。

6. 按前述权利要求中任一项所述的传动装置控制模块，其中所述侧壁区域环绕地通过所述载体板构成。

7. 按前述权利要求中任一项所述的传动装置控制模块，其中所述电连接部由所述基体材料包围。

8. 按前述权利要求中任一项所述的传动装置控制模块，其中：

a）所述载体板由第一种材料（74）制成，并且在所述容纳容积的区域中设置了至少一个由第二种材料（78）制成的嵌件（76），所述第二种材料具有比所述第一种材料高的导热能力；和/或

b）所述载体板在所述容纳容积的区域中部分地具有如此降低的板厚，从而构造了凹部（80）。

9. 按前述权利要求中任一项所述的传动装置控制模块，其中所述初级印制线路板连贯地延伸，并且所述次级印制线路板在朝向所述载体板的一侧上被固定在所述初级印制线路板上；并且

其中所述初级印制线路板具有至少一个用于注入所述基体材料的注入口（68）。

10. 机动车传动装置（100），具有传动机构（102）和传动装置壳体（104），

其特征在于，

设置了按前述权利要求中任一项所述的传动装置控制模块（106）；

其中所述传动机构被所述传动装置壳体包围；并且

其中所述传动装置控制模块利用所述载体板固定在所述传动装置壳体的内侧上。

11. 用于组装传动装置控制模块的方法（200），具有以下步骤：

a）设置（202）载体板，其中所述载体板能够在第一侧面上固定在传动装置构件上并且在与所述第一侧面对置的第二侧面上形成至少一个容纳容积，所述容纳容积侧向环绕地被侧壁区域包围，并且其中所述载体板在所述电子元件下方的区域中具有至少一个缺口；

b）设置（204）初级印制线路板，所述初级印制线路板具有用于外部连接或者接触其它构件的接头，其中所述初级印制线路板安放在所述侧壁区域上；

c）设置（206）次级印制线路板，所述次级印制线路板在第一侧面上配备了电子元件，其中所述次级印制线路板利用所述第一侧面在所述容纳容积的区域中如此朝向所述载体板的第二侧面布置，使得所述元件至少部分地伸到所述容纳容积中；

d）在所述初级印制线路板与次级印制线路板之间设置（208）电连接部；并且

e）至少在所述电子元件之间的区域中装入（210）基体材料，其中所述次级印制线路板和所述布置在其上的元件相对于环境进行密封，其中所述容纳容积利用所述基体材料来填充，并且其中所述至少一个缺口用基体材料来填满。

12. 按权利要求11所述的方法，其中在步骤e）之前密封工具从外面对所述至少一个缺口进行密封（212）。