CN106465552B - 电子控制模块和用于制造该电子控制模块的方法 - Google Patents

Abstract

建议一种电子控制模块(1)，它尤其可以被用作在机动车中的传动机构控制器。控制模块(1)具有印刷电路板(5)，该印刷电路板具有安装侧(17)和印制导线(16)，以及至少一个电部件(3)，该电部件具有至少一个可导电的连接段(19)。此外控制模块具有至少一个按压触头(39)，该按压触头被这样地压入印刷电路板(5)的开口(21)中，即按压触头被机械地固定在印刷电路板(5)上并且经由按压触头(39)的可导电的配对连接段(20)与印刷电路板(5)的印制导线形成电接触。通过焊接连接部(43)将电部件(3)的连接段(19)与按压触头(39)的配对连接段(20)连接。通过新型的连接技术，可以取消钎焊连接和相反可以由对按压触头(39)的冷态挤压和随后的借助于例如铜‑铜激光焊接工艺的焊接来替代。制造成本可以降低和电连接的可靠性可以改善。

Description

电子控制模块和用于制造该电子控制模块的方法

技术领域

本发明涉及一种电子控制模块，如其尤其可以用于在机动车中的传动机构控制器，以及一种用于制造电子控制模块的方法。

背景技术

在机动车中，电子控制模块尤其被用于控制传动机构。在此可以有利的是，将控制模块这样地布置在传动机构处，例如在传动机构壳体内部，即它与传动液例如腐蚀性的传动机油接触。

控制模块例如可以具有电部件如插头，传感器，致动器，至少一个封装的控制器(TCU，传输控制单元)和必要时其它的部件。电部件可以布置在印刷电路板上。印刷电路板可以是常规的电路板，在其表面上或者在其内部中构造印制导线，借此可以将布置在印刷电路板的安装侧上的电部件相互电连接。每个电部件可以为此具有可导电的连接段，例如形式为由部件中引出的金属线，借此可以将部件与设置在印刷电路板上的印制导线之一电接触。

在传动液中布置控制模块可以对在电子控制模块的印刷电路板上的结构部件的装配和连接技术提出高的要求，因为电连接部例如承受高的温度交变负载和此外必须可以经受住腐蚀性的传动液和必要时在其中含有的金属屑。

常规地，电部件大多数通过其连接段被钎焊在印刷电路板的印制导线上。US2009/0176402A1和US2008/0144260A1例如示出插头部件，它们的连接元件被钎焊在印刷电路板的镀通孔中。

但是已经观察到，钎焊连接不能够总是长期地保证例如在机动车制造中要求的可靠性并且因此会在用于传动机构控制器的电子控制模块中出现功能故障或失灵。

发明内容

本发明的实施方式实现一种电子控制模块，它关于在电部件和印刷电路板的印制导线之间的长期稳定的电连接方面可以比常规的控制模块更好地满足尤其在作为传动机构控制器使用中出现的高的要求。按照本发明的控制模块的实施方式尤其可以简单、可靠和/或成本有利地制造。

按照本发明的第一方面，建议一种电子控制模块，尤其用于传动机构控制器，其具有印刷电路板以及至少一个电部件。印刷电路板配设有印制导线和具有安装侧。电部件具有至少一个可导电的连接段。控制模块的特征在于，它此外具有至少一个按压触头，该按压触头被这样地压入印刷电路板中的开口中，即它被机械地固定在印刷电路板上和经由按压触头的可导电的配对连接段的一个压入到印刷电路板中的分区域与印刷电路板的印制导线形成不仅机械的而且电的接触。此外在电部件的连接段和按压触头的配对连接段之间设置熔焊连接部。

按照本发明的第二方面，描述一种用于制造电子控制模块，尤其是按照本发明的上述第一方面所述的控制模块的方法。在该方法中，提供具有安装侧和具有印制导线的印刷电路板以及具有至少一个可导电的连接段的电部件。该方法的特征在于，按压触头被这样地压入印制导线中的开口中，即它被机械地固定在印刷电路板上和经由按压触头的可导电的配对连接段的一个被压入印刷电路板中的分区域与印刷电路板的印制导线形成不仅机械的而且电的接触并且电部件的连接段与按压触头的配对连接段熔焊。

除了其他方面，本发明的实施方式可以被看作是基于以下描述的构思和想法:

如开头所述，在常规的电子控制模块中电部件一般地与印刷电路板的印制导线钎焊在一起。为此例如电部件的连接段被布置在印刷电路板中的通孔中和然后从相对置的一侧被侵入到焊锡槽，由此焊料可以将连接段与印制导线导电地连接。

但是已经观察到，这样制造的钎焊连接会具有一定的脱落可能性，例如在2ppm的范围中，和由此可以在电子模块的运行中导致故障。这个问题近年来已经部分地变得严重，因为按照更新的准则一般地不允许再使用含铅的焊料。因此必须昂贵地研发和测试钎焊连接并且与无铅的焊料的热机械特性相适配。

因此建议，在电子控制模块中的常规的钎焊连接通过电部件在印刷电路板上的一种新型的电连接取代，其中可以取消焊料。在这种连接中，首先将一个或多个按压触头压入在印刷电路板中的开口中。

按压触头在此可以理解为小的结构元件，它完全由可导电的材料，例如金属，制成或者至少部分地，例如在它的表面上，配置一种可导电的材料。按压触头在此具有至少一个连接条，它这样地设计尺寸，即它在压力下可以被压入到设置在印刷电路板中的开口中。连接条的结构或尺寸在此这样地设计，即至少在按压触头的可导电的配对连接段的一个被压入印刷电路板中的分区域处，按压触头的可导电的材料在开口的区域中被挤压在印刷电路板的印制导线的可导电的材料上并且由此建立电连接。此外按压触头的连接条被这样地设计尺寸，即按压触头在压入开口中之后被机械地稳定地保持在印刷电路板上。由于按压触头的压入一般地不需要对要连接的部件进行局部加热，因此在此也称为冷接触。

除了被压入到开口中的连接条以外，按压触头附加地具有可导电的配对连接段。这个配对连接段与在按压触头的连接条处的可导电的材料可导电地连接，由此在压入之后整体上在配对连接段和印刷电路板的印制导线之间形成电连接。

在这个按压触头或这些按压触头被布置在印刷电路板上之后，电部件可以被布置在印刷电路板的安装侧上和然后它们的连接段与按压触头的配对连接段被合适地熔焊起来。

在描述的制造方法或相应地制造的电子控制模块中可以取消对电部件的钎焊和通过压入按压触头和接着熔焊连接段和配对连接段来代替。由此与常规的钎焊相比较，可以显著降低测试和研发成本。例如钎焊点比熔焊点一般必须长四倍时间地测试。此外可以推定，在熔焊连接中的脱落统计（故障统计）比在钎焊连接中明显较小。尤其推定，熔焊连接在运行中时间上没有故障，相反在钎焊连接中可以观察到2ppm的脱落统计（故障统计）。补充地，与钎焊连接相比较，熔焊连接具有明显更高的机械的承载能力和热稳定性。

如在更下面详细描述的，在建议的制造方法中，此外在电子控制模块内的受热限定的机械应力可以被显著地减小，因为例如在局部快速地熔焊连接段和配对连接段期间比在常规的钎焊工艺中产生大大减少的热量输入。

按照一个实施方式，电子部件的连接段和按压触头的配对连接段可以用铜构成，也就是说，由含铜的材料或完全由铜制成。铜不仅具有极好的导电性，而且具有相对较小的熔点，由此在小的热功率下就已经可以被熔焊。

尤其可以有利的是，借助于激光器熔焊电部件的连接段与按压触头的配对连接段。激光熔焊在工业上可以很好地使用并且可以提供许多优点例如熔焊的高的定位精度，无接触的和由此无污染的熔焊，能源效率，等等。

尤其地，为了激光熔焊例如在连接段和配对连接段中含有的铜，可以使用绿色的激光。为了铜-铜熔焊，与在例如为了其它的目的在常规中经常使用的NiFe-Cu激光熔焊已知的相比较，可以使用小得多的并且成本更有利的设备。可用于Cu-Cu熔焊的激光器例如可以具有比在常规的用于熔焊的激光器的情况小得多的激光器功率。

激光器例如可以具有在连续的运行模式下的小于500W，最好小于200W，的激光功率。为了Cu-Cu熔焊例如可以使用片状激光器，其在连续的运行模式下发射在绿色的波长范围中的激光和具有200W的最大的激光器功率和在此情况下由于恒定地小于1.15的衍射指数可以具有非常高的光束质量。为了能够实现例如515nm的发射波长，在此在激光谐振器中实施对片状激光辐射的倍频。这样产生的绿色的激光比在红外波长范围中的激光辐射明显更好地被铜材料吸收。此外观察到，在采用绿色的、相对小功率的激光的激光熔焊中基本上没有焊渣产生，由此可以显著简化熔焊过程。

按照本发明的一个实施方式，电部件的连接段和按压触头的配对连接段可以平行于印刷电路板的安装侧布置。由此可以实现，两个部段可以被简单地达到并且可以从上方借助于激光器被相互熔焊起来。

按照本发明的一个实施方式，在电部件的连接段和按压触头的配对连接段之间的熔焊连接部可以用电绝缘的材料遮盖。例如这两个连接段和配对连接段的整个暴露的区域可以用电绝缘的材料遮盖和由此被保护以防止脏污、湿气或腐蚀。电绝缘的材料例如可以以漆或填料例如Globe-Top或Epoxi（环氧树脂）的形式设置。

按照本发明的一个实施方式，电子控制模块此外可以具有支承板，其在一个与安装侧相反的表面处布置到印刷电路板上，其中，支承板由塑料制成。在常规的控制模块中在印刷电路板上通常设置由金属制成的支承板。纯塑料支承板在常规的钎焊中例如尤其在预热区段上会被高热地损坏，因此常规上使用金属板作为支承板。在此处建议的设计构思中进行冷接触，因此也可以使用由塑料制成的支承板。此外塑料支承板也可以在下方被封闭并且由此提供涉及可能地向下突出的脚针的绝缘保护。在电子装置下面局部地大多数需要一个金属衬垫，以便可以作为冷却面将损失热引出到传动机构中。

支承板可以与按压触头的突出于支承板的区域相邻接地具有容纳该区域盲孔。换言之，支承板可以被附加在印刷电路板的与安装侧相反的表面上并且具有相应地尺寸设计的空隙，因为在这个表面上在印刷电路板中的通孔的区域中，在其中插入的按压触头的部分可以突出。这些空隙可以由盲孔构成，也就是说，不是贯通的而是一端封闭的，由此按压触头的突出的区域可以被容纳在支承板的空隙中并且向外被保护免遭脏污和腐蚀。

通过使用由塑料制成的支承板替代由金属制成的支承板，可以实现控制模块的显著的重量减小。此外可以取消在控制模块底面处的碎屑保护盖。在印刷电路板顶面处的碎屑保护盖可以如上所述通过设置电绝缘的材料，例如以漆或填料的形式，替代。

整体上可以通过建议的制造方法在相应地制造的电子控制模块中取消模铸壳体以及电子装置的固定弹簧。

此外在模块中不产生显著的热应力，因为全部部件与印刷电路板连接并且支承板仅仅是一个电绝缘体和一种运输保护物，只要对其不提出其它的要求，例如集成的插头形式的功能的话。

在此指出，本发明的实施方式的可能的特征和优点在此处部分地关于电子控制模块和部分地关于由于制造电子控制模块的方法进行描述。专业人员认识到，这些特征可以合适地相互组合、匹配或交换，以实现本发明的其它的实施方式。

附图说明

下面参照附图描述本发明的实施方式，其中，说明书和附图都不被认为是对本发明的限制。

图1示出通过常规的传动机构控制模块的横截面。

图2示出通过用于按照本发明的一个实施方式的传动机构控制器的控制模块的横截面。

图3示出一个电部件在按照本发明的一个实施方式的控制模块的印刷电路板上的电连接的放大的横截面图。

这些图仅仅是示意的并且没有按照真实比例。相同的附图标记在图中表示相同的或相同地作用的特征。

具体实施方式

图1示出常规的传动机构控制模块1，其中多个电部件3与印刷电路板5钎焊起来。

印刷电路板5，其部分地也称为电路板或PCB(Printed Circuit Board)，具有在其表面上或在其内部中集成的多个印制导线(在图1中没有分开地示出)。电部件3例如可以作为大电流组件7，转速，位置或行程传感器9，电子电路11，压力传感器13和/或插头15布置在印刷电路板5的安装侧17上。其中的每个部件3通过所属的可导电的连接段19与印刷电路板5的印制导线电连接，由此各个部件3相互间可以通过印制导线电连接。为此连接段19被插过在印刷电路板5中的通孔21和例如从下面通过侵入焊锡槽中与印刷电路板5的印制导线钎焊起来。

为了保护连接段19免受例如金属碎屑的影响，该金属碎屑例如可以包含在周围的传动机油中，设置碎屑防护盖23。与安装侧17相对地，在印刷电路板5上设置由金属制成的支承板25。该支承板25可以一方面稳定印刷电路板5和另一方面用于从电部件直到传动机构部件27例如液压板的良好的传热，在该液压板上固定传动机构控制模块1。在印刷电路板5的底面上，此外设置具有插头的压力调节器29，它经由接触块或配对插头31与印刷电路板5连接。

图2示出按照本发明的一个实施方式的电子控制模块1。

如在常规的传动机构控制模块1中一样，在不同的部件7，9，11，13，15形式下的不同的电部件3被布置在印刷电路板5的安装侧17上，但是这些部件3的连接段19不与印刷电路板5的印制导线钎焊起来。相反是将按压触头39压入印刷电路板的开口21中，由此它们一方面被机械地牢固地锚定并且另一方面形成与印刷电路板5的印制导线的电接触。电部件3的连接段19被局部地熔焊在按压触头39的配对连接段20上。

在图3中放大地示出部件3与印刷电路板5的布置和电连接。按压触头39这样地构造和进行尺寸设计，即它在压力下可以被压入在印刷电路板5中的开口21之一中。在此情况下，按压触头39可以通过在印刷电路板5中的加厚的区域45被这样地保持，即不仅形成机械地稳定的固定而且在一方面按压触头39的配对连接段20和另一方面设置在印刷电路板5中的印制导线16之间形成电接触。印制导线16在此可以在印刷电路板5的内部中延伸并且接触在开口20的内部中的配对连接段20的一个分区域。开口的内部例如可以配设一个金属层。

按压触头39例如可以完全由金属制成，尤其例如完全由铜或铜合金制成。必要时它可以配设一个例如由金，锡构成的表面涂层。按压触头可以是一体件。按压触头此外可以基本上直角地实施，由此下支腿47可以垂直于印刷电路板5的平面地插入其开口21中和上支腿49与下支腿47成直角地布置和由此可以基本上平行于印刷电路板5的安装侧17延伸。按压触头39在此可以这样地构造，即它在压入印刷电路板5中的状态下通过它的上支腿49贴合在安装侧17上。

同样设置在按压触头39上的塑料框架35可以保护按压触头39的分区域以及开口21免受尤其通过金属碎屑引起的脏污。

布置在安装侧17上的、例如以传感器9的形式的电部件3具有连接段19，它与按压触头39的配对连接段20至少部分地搭接地布置。两个部段19，20由此平行于安装侧17地延伸和由此可以简单地通过从上方垂直于安装侧17射入的激光，其通过箭头41示出，经由焊缝43相互连接。

在焊缝43的区域中和在连接段和配对连接段19，20的相邻接的分区域中，一个由电绝缘的材料37，例如Globe-Top构成的、事后施加的层可以负责防止脏污。

如在图2中示出的，印刷电路板5可以通过由塑料制成的支承板26与传动机构部件27连接。在支承板26中，例如可以在电子电路11的区域中，该电子电路在运行中产生许多热量，局部地结合一个金属板24，以便能够将热量更好地引出到传动机构部件27上。

与按压触头39的区域相邻接地，该区域向下突出于印刷电路板5，可以在支承板26中各构造一个尺寸设计得足够大的盲孔33，由此突出于印刷电路板5的按压触头39的区域一方面可以被容纳在其中和另一方面，由于盲孔33在向下方向上被封闭，例如被保护防止脏污。

最后应该在电子控制模块的制造的框架内描述装配过程。

首先按压触头39被插入印刷电路板5的开口21中。结合面51必要时被清洁。电子电路11被粘接和结合并且用密封的盖子23例如借助于粘接剂或密封环封闭。接下来在印刷电路板5上安装全部其余的部件3。组件例如传感器9和插头15被粘接上或者通过孔被卡入或铆接在印刷电路板5中。随后准备塑料支承板26，必要时具有嵌入的或环绕注塑的金属板24，其用于电子电路11的散热。被安装了部件的印刷电路板5现在或者在一个较晚的时刻可以放置到支承板26上并且在一些点处例如通过胶粘，铆接或卡夹被固定。

电部件3例如传感器9，13，等等具有连接段19，它们在安装之后用小的垂直的预张力贴压在按压触头39的配对连接段20上的熔焊面上。全部的单独部件可以到此关于它们的位置都得到弥补。在安装期间的张力和变形基本上不影响部件3与印刷电路板5的电连接。现在才实施连接段19与配对连接段20的熔焊，由于例如由铜制成的按压触头39的很小的熔化温度，和在非常小的面积（焊点）上的最小的热输入，因此几乎没有热变形。作为激光束41，使用绿色的激光，其被专门开发用于铜-铜熔焊。接下来可以将在连接段和配对连接段19，20的区域中形成的电连接用盖子或漆或由电绝缘的材料，例如Globe-Top，制成的填料遮盖。

按压触头比例如THT-钎焊点(Through-Hole-Technique通孔技术)更成本有利和更可靠。Globe-Top也可以保护在印刷电路板开口21中的按压接触免受周围的介质，例如腐蚀性的传动机油，的腐蚀性的侵蚀。印刷电路板5的整个安装可以借助于全自动化的装配在一个非常紧凑的设备上实施。不需要大型的选择或连续加热炉钎焊设备并且也不需要预热或冷却区段。按压触头39可以受调节地被压入和进行激光熔焊。由此可以取消检测工序，例如在钎焊情况下常用的X光检查。

如果例如在电子装置的区域中用冷却油流向印刷电路板5或者作为传动机构部件27作用的液压板的高地状的隆起穿过支承板26直接地接触印刷电路板5，那么可以取消在上面描述的实施方式中包含的嵌入的金属板24，其可以用作导热板。印刷电路板5此外可以具有位于电子装置下面的热通孔，以便能够产生更好的排热。

Claims (14)

1.电子控制模块(1)，具有:

印刷电路板(5)，其具有安装侧(17)和印制导线(16);

至少一个电部件(3)，其具有至少一个可导电的连接段(19);

其特征在于，电子控制模块此外具有:

至少一个按压触头(39)，所述按压触头（39）被这样地压入印刷电路板(5)中的开口(21)中，即所述按压触头（39）被机械地固定在印刷电路板(5)上并且经由按压触头(39)的可导电的配对连接段(20)的被压入印刷电路板中的分区域与印刷电路板(5)的印制导线(16)形成不仅机械的而且电的接触;

在电部件(3)的连接段(19)和按压触头(39)的配对连接段(20)之间的熔焊连接部(43)，

其中所述按压触头（39）基本上直角地实施，由此下支腿（47）能够垂直于所述印刷电路板（5）的平面地插入其开口（21）中，并且上支腿（49）与所述下支腿（47）成直角地布置并且由此所述上支腿（49）基本上平行于所述印刷电路板（5）的安装侧（17）延伸，并且所述按压触头（39）这样地构造，即所述按压触头（39）在压入所述印刷电路板（5）中的状态下通过其上支腿（49）贴合在所述安装侧（17）上。

2.根据权利要求1所述的电子控制模块，其中，电部件(3)的连接段(19)和按压触头(39)的配对连接段(20)用铜构成。

3.根据权利要求1或2所述的电子控制模块，其中，电部件(3)的连接段(19)和按压触头(39)的配对连接段(20)的至少一个分区域平行于印刷电路板(5)的安装侧(17)布置。

4.根据权利要求1或2所述的电子控制模块，其中，在电部件(3)的连接段(19)和按压触头(39)的配对连接段(20)之间的熔焊连接部(43)用电绝缘的材料(37)遮盖。

5.根据权利要求1或2所述的电子控制模块，此外具有：由塑料制成的支承板(26)，它在一个与安装侧(17)相反的表面处布置到印刷电路板(5)上。

6.根据权利要求5所述的电子控制模块，其中，支承板(26)在与按压触头(39)的突出于印刷电路板(5)的区域相邻接处具有容纳该区域的盲孔(33)。

7.根据权利要求1或2所述的电子控制模块，其中，印刷电路板(5)的印制导线(16)在开口(21)的一个位于内部的区域中与按压触头(39)相邻接并且与按压触头(39)的配对连接段(20)形成电接触。

8.根据权利要求1所述的电子控制模块，其中，所述电子控制模块用于传动机构控制器。

9.用于制造电子控制模块(1)的方法，具有:

提供具有安装侧(17)和印制导线(16)的印刷电路板(5);

提供具有至少一个可导电的连接段(19)的至少一个电部件(3);

其特征在于，该方法此外具有:

将按压触头(39)这样地压入印刷电路板(5)中的开口(21)中，即所述按压触头（39）被机械地固定在印刷电路板(5)上和经由按压触头(39)的可导电的配对连接段(20)的被压入到印刷电路板中的一个分区域与印刷电路板(5)的印制导线(16)形成不仅机械的而且电的接触;

将电部件(3)的连接段(19)与按压触头(39)的配对连接段(20)熔焊，

其中所述按压触头（39）基本上直角地实施，由此下支腿（47）能够垂直于所述印刷电路板（5）的平面地插入其开口（21）中，并且上支腿（49）与所述下支腿（47）成直角地布置并且由此所述上支腿（49）基本上平行于所述印刷电路板（5）的安装侧（17）延伸，并且所述按压触头（39）这样地构造，即所述按压触头（39）在压入所述印刷电路板（5）中的状态下通过其上支腿（49）贴合在所述安装侧（17）上。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，借助于激光器(41)将电部件(3)的连接段(19)与按压触头(39)的配对连接段(20)熔焊。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，用于熔焊的激光器(41)发射出绿色的激光。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，激光器(41)在连续的运行模式下具有小于500W的激光功率。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电子控制模块用于传动机构控制器。

14.根据权利要求10或11所述的方法，其中，激光器(41)在连续的运行模式下具有小于200W的激光功率。

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