CN106605297B

CN106605297B - 模块装置以及变速器控制模块

Info

Publication number: CN106605297B
Application number: CN201580046291.0A
Authority: CN
Inventors: U.利斯科夫
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2035-07-08
Also published as: CN106605297A; EP3186828B1; EP3186828A1; KR20170048359A; DE102014217351A1; WO2016030067A1

Abstract

提出一种用于变速器控制模块（50）的模块装置（10）以及一种变速器控制模块（50）。模块装置（10）具有衬底板（12），该衬底板具有电子电路（14），该电子电路布置在衬底板（12）的安装侧（13）上以及具有至少一个无壳体的并且利用暴露的接合线被接触的半导体器件（16）。模块装置（10）的特色尤其是在于，模块装置此外具有接触框（18），所述接触框在衬底板（12）的安装侧（13）处环形地环绕电子电路（14），并且电子电路（14）完全地利用尤其是用于保护半导体器件（16）的接合线的保护材料（20）被浇铸。由此可以以有利的方式取消用于模块装置（10）的、比如用于运输到变速器控制模块（50）的安装工厂中的成本密集的运输包装。

Description

模块装置以及变速器控制模块

技术领域

本发明涉及一种用于变速器控制模块的模块装置、以及一种用于机动车辆的变速器控制模块。

背景技术

为了控制机动车辆中的变速器、尤其是自动变速器，使用电子变速器控制模块，所述电子变速器控制模块要么作为集成模块被布置在变速器壳体的内部，要么作为附加模块（Anbaumodule）从外部被安装到变速器壳体上。

集成的变速器控制模块通常具有模块装置，该模块装置具有电子电路（transmission control unit（变速器控制单元），TCU）、至少一个传感器、至少一个用于连接到车辆电缆束上的插塞连接、以及用于操控执行器的电接口。

在此，模块装置的电子电路可以具有各种不同的器件、尤其是电容器、存储器、功率输出级、电阻和/或半导体芯片。尤其由于安装空间限制，为半导体器件使用所谓的“裸片器件”、即无壳体的（ungehäust）硅器件。

在DE 10 2005 003 448 A1中公开了用于这样的变速器控制模块的系统组件。

发明内容

本发明的实施方式可以以有利的方式实现：提供用于变速器控制模块的可低成本地生产的并且鲁棒的模块装置、以及相应的变速器控制模块。

根据本发明的一个方面，提出一种用于变速器控制模块的模块装置，该模块装置具有衬底板，该衬底板具有电子电路，该电子电路布置在衬底板的安装侧上以及具有至少一个无壳体的并且利用暴露的接合线被接触的半导体器件。根据本发明的模块装置的特色尤其在于，模块装置此外具有接触框，该接触框在衬底板的安装侧处环形地环绕电子电路，并且该电子电路完全地利用尤其是用于保护半导体器件的接合线的保护材料被浇铸。

诸如半导体芯片之类的无壳体的半导体器件以及暴露的接合线可能相对于例如杂质、湿气和/或由外部颗粒引起的短路是敏感的。通过根据本发明的模块装置，在该模块装置中电子电路的器件利用保护材料被浇铸，可以保证对器件的全面的、可靠的、持久的且低成本的保护。这样，模块装置例如可以在一家工厂中集中地被生产，并且以运输安全的方式通过保护材料被保护，以便紧接着被运输到另一家工厂并且在那里被安装在变速器控制模块中。模块装置的集中制造可以与比如基于在净化室条件下的昂贵制造的件数效应的成本优化相联系。这样的制造也可以与由于取消诸如用于模块装置的专用运输包装之类的构件而造成的成本降低相联系。也可以由于本地制造变速器控制模块的另外的组件以及本地组装变速器控制模块而得出成本优点。

关于本发明的实施方式的构想尤其可以被视为基于随后所描述的思想和认识。具有无壳体的半导体器件的电子电路可以具有直径为几十μm的暴露的接合线。与电子电路的器件的所谓的间距（Pitch-Abstände）也可以是相对小的。典型地，用于变速器控制模块的电子电路具有大约45nm至90nm的平均间距。这样的电子电路因此可能相对于杂质以及比如由于导电的、也非常小的外部颗粒引起的短路是极其敏感的。因此，迄今装配有这样的电子电路的衬底板经常花费大地被包装到密封壳体中并且以这样方式受到保护。作为替代方案，所装配的衬底板也可以被浇铸在专用浇铸壳体中（模制TCU（Mold-TCU））。为了给衬底板装配上无壳体的半导体器件，大多需要具有净化室的成本过高的生产厂，这可能与巨大的投资相联系。装配完成的并且集成或浇铸到密封壳体中的衬底板然后被供应给其它场所，在这些场所中制造变速器控制模块。由此可能形成昂贵的制造复合体并且与此相应地变速器控制模块可能是相对昂贵的。通过根据本发明设计模块装置以及低成本地利用保护材料保护电子电路，可以在少量专门化的工厂中制造模块装置，而不需要昂贵的壳体、诸如钢壳体和/或浇铸壳体。而变速器控制模块的另外的组件的制造可以在相应客户的国家中在本地进行。通过利用保护材料保护电子电路，可以这样将模块装置发送给其它工厂，而不必为了使模块装置的电子电路避离湿气、环境物质以及尤其外部颗粒而带来高的财务费用。换言之，可以放弃模块装置的用于从一个工厂运输到另一工厂中的昂贵的和成本过高的包装，而外部颗粒、湿气或其它环境影响不会一方面损害电子电路的器件，或另一方面例如损害电子电路的比如用于集成到变速器控制模块中的电接触部位（例如接合面）。

根据本发明的一种实施方式，保护材料在未硬化的状态下是能充分流动的，以便无损害地环绕流过暴露的接合线。换言之，保护材料可以在未硬化的状态下具有充分小的粘度值，使得暴露的接合线和电子电路的另外的器件可以完全地被浇铸，而不使例如接合线由于保护材料的液体电阻而折断和/或弯曲。

根据本发明的一种实施方式，模块装置具有用于电接触电子电路的接触引脚，其中接触引脚在侧面从衬底板突出。在此，接触引脚可以从衬底板突出，使得接触引脚至少在接触部位处不被保护材料润湿并且被电绝缘。由此可以确保接触引脚与另外的组件之间的可靠的电接触。

根据本发明的一种实施方式，环形地环绕电子电路的接触框为电子电路提供镶边，使得安装侧的被镶边包围的区域能够以保护材料来填充。在此，接触框可以被设计为与衬底板紧密地邻近，使得保护材料可以有针对性地被填充到被镶边包围的区域中并且不能比如在侧面从模块装置流出。此外，由此可以确保：电子电路可以被保护材料覆盖直到衬底板的表面之上的一定高度并且电子电路的全部器件可以完全地被保护材料覆盖。

根据本发明的一种实施方式，保护材料是硅凝胶和/或保护漆。例如，保护材料可以是双组分硅凝胶，该双组分硅凝胶可以在未硬化的状态下以小的粘度被施加并且紧接着可以被热、化学和/或干燥硬化。能流动的保护漆例如也可以被喷溅并且紧接着被硬化。

根据本发明的一种实施方式，保护材料具有0.5 g/cm³至2 g/cm³的范围内的比密度。通过相对小的比密度可以确保：比如接合线（在例如铝的情况下比密度2.7 g/cm³）不由位于所述接合线上的保护材料的重力引起地受到损害。

根据本发明的一种实施方式，保护材料是热硬化的。通过保护材料的热硬化，可以以有利的方式控制保护材料的硬化持续时间并且这样优化制造过程。

根据本发明的一种实施方式，保护材料在未硬化的状态下具有最大50 Pa s的粘度。典型值处于10 Pa s的范围内。由此可以确保：电子电路的全部器件完全地被保护材料环绕流过。制造过程也可以通过在未硬化的状态下低粘度的保护材料来加速。

根据本发明的一种实施方式，接触框具有定位元件，该定位元件与衬底板的侧面邻近。这样可以以有利的方式确保：接触框可以布置在衬底板的所设置的位置处并且紧密地放置在该位置上。

根据本发明的一种实施方式，接触框具有至少一个至少局部地遮盖电子电路的横件（Querriegel），该横件布置在接触框的一侧处，该侧被布置为与接触框的同安装侧邻近的侧相反。该横件可以用作用于处于该横件之下的电子电路的接触保护装置并且这样提供附加的保护。由此也可以将多个模块装置无损害地彼此重叠地堆叠并运输。

本发明的另一方面涉及一种具有如上面和下面所描述的模块装置的变速器控制模块，该模块装置被集成到包围该模块装置的模块电路板中并且与该模块电路板电连接。该模块电路板为此可以具有凹陷和/或凹口，该模块装置可以是可插入到所述凹陷和/或凹口中的。该模块装置另外可以例如利用接触引脚与模块电路板的接触小板电接触。

根据本发明的一种实施方式，该模块装置以衬底板的与安装侧相反地布置的侧固定在变速器控制模块基板上。另外，该变速器控制模块具有保护盖，该保护盖在与变速器控制模块基板相对的侧处完全地包围该模块装置。该变速器控制模块基板例如可以提供和/或具有用于冷却模块装置的冷却体。通过保护盖，该模块装置以及尤其是电子电路可以可靠地和持久地被保护免受存在于变速器中的介质的损害，使得可以提高变速器控制模块的寿命。

指出：本发明的可能的特征和优点中的一些于此是参考不同实施方式来描述的。本领域技术人员认识到，所述特征可以以合适的方式被组合、适配或交换，以便获得本发明的另外的实施方式。

附图说明

随后参考附图来描述本发明的实施方式，其中附图和所述描述都不应当被解释为限制本发明的。

图1A和1B示出根据本发明的一种实施方式的模块装置的俯视图和截面图。

图2A和2B示出根据本发明的另一实施方式的模块装置的俯视图和截面图。

图3A和3B分别示出根据本发明的实施方式的变速器控制模块的截面图。

所述图仅仅是示意性的，并且不是按正确比例的。相同的附图标记在所述图中表示相同或起相同作用的特征。

具体实施方式

图1A和1B示出根据本发明的一种实施方式的模块装置10的俯视图（图1A）和截面图（图1B），其中图1B中的截面沿着图1A中的线IB-IB延伸。

模块装置10具有带有安装侧13的衬底板12，在该安装侧上布置有电子电路14的器件。衬底板12可以至少部分地例如由比如LTCC衬底板（“low temperature cofiredceramics（低温共烧陶瓷）”，LTCC）形式的陶瓷材料制成，和/或比如被构造为HDI电路板（“high density interconnect（高密度互连）”，HDI）。衬底板12因此可以被认为是电路载体。

电子电路14具有至少一个无壳体的半导体器件16、比如无壳体的硅器件，所述无壳体的半导体器件以所谓的“裸片方法”安装到衬底板12的安装侧13上。半导体器件16利用暴露的接合线被接触并且被集成到电子电路14中。

模块装置10另外具有接触框18，该接触框至少部分地布置在衬底板12的安装侧13上和/或放置在该安装侧上。接触框18可以与安装侧粘接在一起、钎焊在一起和/或熔焊在一起。接触框18环形地环绕或包围电子电路14。换言之，接触框18在安装侧13的边缘区域中与安装侧13的每个外棱边或与衬底板12的相应外棱边邻近，使得通过接触框18构造围绕电子电路16和/或安装侧13的区域19环绕的镶边17。在此，接触框18可以紧密地放置在安装侧13的边缘区域上。此外，接触框18可以与衬底板12的侧面齐平地终止，或者部分地突出衬底板12之外。还可以设想，接触框18放置在安装侧13的边缘区域上并且在横向方向上与衬底板12的外棱边间隔开。接触框18由塑料制成，例如由热固性塑料、PPS和/或PPA制成，并且具有与衬底板12的系数尽可能接近、比如与PCB基本材料（“printed circuit board（印刷电路板）”，PCB）的系数接近的热膨胀系数。

安装侧13的被由接触框18所构造的镶边17包围的区域19此外用保护材料20覆盖，使得电子电路14以及尤其是半导体器件16的接合线完全用保护材料20浇铸。保护材料20至少以0.5 mm的高度覆盖所有处于区域19中的构件（电子器件、接合线、衬底板12等等）。另外，区域19可以用保护材料20充填到填充高度决不超过接触框18的高度并且不接触横件30的下侧的程度。区域19因此可以用保护材料20填充直至接触框18的外棱边。

保护材料20尤其是被设置用于保护电子电路14的器件免受外部颗粒、湿气和/或其它环境影响的损害。保护材料20尤其是被设计用于保护暴露的接合线免于折断、也就是说使这些接合线稳定化、和/或避免由于两条或更多条接合线之间的外部颗粒所造成的短路。由于最精细的接合线通常具有几十μm、例如20μm至50μm范围内的直径，因此保护材料20在未硬化的状态下是能流动的，使得接合线可以无损害地被环绕流过，其中在所述未硬化的状态下该保护材料被施加到衬底板12上。例如，保护材料20可以为此目的具有0.5 g/cm³至2 g/cm³范围内的比密度，以及在未硬化的状态下具有最大50 Pa s的粘度。保护材料20例如可以是硅凝胶或保护漆。保护材料20也可以是多组分的，比如为双组分硅凝胶，其中在这种情况下最大粘度是平均最大粘度并且比密度是平均比密度。保护材料20可以是热硬化的、化学硬化的、和/或干燥硬化的。例如，保护材料20可以被选择，使得该保护材料可以在能流动的状态下被施加到衬底板12上，并且然后可以在50°C至150°C的范围内的温度下在几分钟、比如2至30分钟之内硬化，使得制造过程可以被构成为有效的。

此外，模块装置10具有用于接触电子电路14的接触引脚22。接触引脚22可以至少被布置在接触框18与衬底板12之间的部分区域中。接触引脚22以第一端部与电子电路14连接，并且以第二端部在侧面从衬底板12突出（abragen）。接触引脚22可以通过接触框18中的凹口和/或开口来引导并且以形状配合的方式被容纳在所述凹口和/或开口中，使得接触框18可以紧密地放置在安装侧13上。接触引脚22例如可以由Cu、Ag、和/或导电塑料来构造。接触引脚22可以与接触框18整体地或多部分地来构造。

图2A和2B示出根据本发明的另一实施方式的模块装置10的俯视图（图2A）和截面图（图1B），其中图2B中的截面沿着图2A中的线IIB-IIB延伸。只要未另外描述，图2A和图2B的模块装置10就可以具有与图1A和1B的模块装置10相同的元件和特征。

接触框18具有定位元件24，该定位元件与衬底板12的侧面23邻近，并且被实施用于将接触框18定位和/或固定在衬底板12上。定位元件24例如可以被构造为突出部（Abragung）或者围绕衬底板12至少部分地环绕的框结构。

另外，图2A和2B的模块装置10具有横件30，该横件至少局部地遮盖电子电路14，并且用作用于电子电路14和/或保护材料20的接触保护装置。在此，横件30布置在接触框18的一侧31处，该侧被布置为与接触框18的同安装侧13邻近的侧相反。在此，横件30可以与衬底板12的外棱边成对角线地或平行地跨越衬底板的安装侧13或区域19。模块装置也可以具有多个这样的横件30。横件30可以与接触框18整体地被构造，或者可以作为单独的器件被固定、例如粘接、钎焊或熔焊在该接触框上。横件30也可以被实施用于：例如为了运输可以将多个模块装置10彼此重叠地堆叠。

图3A和3B分别示出根据本发明的实施方式的变速器控制模块50的截面图。

变速器控制模块50具有变速器控制模块基板56，具有凹口54或凹处的模块电路板52被施加在该变速器控制模块基板上，模块装置10可以被插入该凹口或凹处中，使得模块电路板52基本上包围模块装置10。模块电路板52比如可以具有用于电接触变速器控制模块50的组件的PCB板和/或柔性箔。

在模块电路板52上此外布置有变速器控制模块50的另外的组件62。组件62例如可以是传感器、插头、用于操控执行器的接口或其它器件，并且与模块电路板62电连接。

模块电路板52以一侧布置并且固定在变速器控制模块基板56上。例如，模块电路板52可以被钎焊、粘接和/或熔焊到变速器控制模块基板56上。在凹口54的区域中，变速器控制模块基板56具有金属底部58，模块装置10以与安装侧13相反地布置的侧全面地放置并且固定在所述金属底部上。金属底部58可以用作模块装置10的冷却体，并且用于排出由模块装置10生成的热量。模块装置10也可以比如被钎焊、粘接或熔焊到变速器控制模块基板56上。模块装置10的接触引脚22与布置在模块电路板52上的接触部位53导电地连接。接触部位53比如可以被设计为接触小板和/或焊眼。变速器控制模块基板56的围绕金属底部58环绕的并且与该金属底部连接的边缘区域60可以由塑料制成。

另外，变速器控制模块50具有保护盖64，该保护盖在与变速器控制模块基板56相对的侧处完全地包围和/或遮盖模块装置10。为此，保护盖64被紧密地固定在模块电路板52的外侧上。保护盖尤其是被实施用于保护模块装置10免受位于变速器中的介质的损害。

模块装置10以及变速器控制模块50的安装可以如下面所描述的那样进行。衬底12比如可以在电子工厂中被装配上器件并且尤其是无壳体的半导体器件16。之前或之后，接触框18可以被安置在衬底板12上并且比如通过钎焊被固定。接触框18优选地在装配衬底板12之前被固定。为了还未装配的衬底板在钎焊接触框18时不受损害，该接触框比如可以通过汽相焊、例如托架油（Galgen-Öl）被固定，其中钎焊部位可以被熔化，而不比如由于氧化物层、起皮和/或沉积而污染安装侧13的剩余表面。替代地，接触框18也可以利用导电粘接剂或其它合适方法来固定。如果衬底板12和模块电路板52应当通过接合线来连接，则衬底板12上的所属的接合面应当被保护直到安装到变速器控制模块50中或者直到安装保护盖64。在这种情况下，接触框18或至少接触引脚22可以取消。用于模块装置10与模块电路板52之间的电连接的接合面优选地处于接触框18之外，接触框于是仅仅仍然是保护材料20的限制装置。紧接着，电子电路14可以利用保护材料20来浇铸和保护。在此，接触框18用作保护材料20的保护装置、边界和/或镶边，使得所述保护材料不会到达接触引脚22的从衬底板12突出的端部并且使所述端部电绝缘。所述无壳体的、但被保护免受湿气和颗粒的损害的模块装置10现在可以在低成本的运输包装中被发送到分布在世界各地的模块工厂中。在模块工厂中，仅仅利用保护材料20被保护的模块装置10从运输包装中被取出，并且被置于变速器控制模块基板56上并且例如通过接合、钎焊、导电粘接、冷接触、激光熔焊、激光钎焊和/或烫焊（Bügellöten）被电接触。这样的连接或接触部位最后同样可以利用保护材料、比如凝胶或漆来保护。在另一制造步骤中，保护盖64可以比如通过粘接到模块电路板52的经激光结构化的区域上被施加和固定。

最后应当指出，如“具有”、“包括”等之类的术语不排除其它元件，并且如“一个”或“一”之类的术语不排除多个。此外应当指出，已参照上述实施例之一所描述的特征也可以与上面所描述的其它实施例的其它特征组合地被使用。权利要求书中的附图标记不应被视为限制。

Claims

1.一种用于变速器控制模块（50）的模块装置（10），具有：

具有电子电路（14）的衬底板（12），

其中所述电子电路（14）布置在所述衬底板（12）的安装侧（13）上以及具有至少一个无壳体的并且利用暴露的接合线被接触的半导体器件（16），

其特征在于，

所述模块装置（10）此外具有接触框（18），所述接触框与所述安装侧（13）钎焊在一起并且所述接触框在所述衬底板（12）的安装侧（13）处环形地环绕所述电子电路（14），并且

所述电子电路（14）完全地利用保护材料（20）被浇铸，以及

所述模块装置（10）另外具有用于电接触所述电子电路（14）的接触引脚（22），其中所述接触引脚（22）在侧面从所述衬底板（12）突出，

其中所述接触框（18）具有至少一个至少局部地遮盖所述电子电路（14）的横件（30），所述横件布置在所述接触框（18）的一侧（31）处，该侧被布置为与所述接触框（18）的同所述安装侧（13）邻近的侧相反，并且所述横件与所述衬底板（12）的外棱边成对角线地跨越所述衬底板的安装侧（13）。

2.根据权利要求1所述的模块装置（10），其中所述保护材料（20）被用于保护所述半导体器件（16）的接合线。

3.根据权利要求1所述的模块装置（10），其中所述保护材料（20）在未硬化的状态下是能充分流动的，以便无损害地环绕流过暴露的接合线。

4.根据权利要求1至3之一所述的模块装置（10），

其中环形地环绕所述电子电路（14）的接触框（18）为所述电子电路（14）提供镶边（17），使得所述安装侧（13）的被所述镶边（17）包围的区域（19）能够以所述保护材料（20）来填充。

5.根据权利要求1至3之一所述的模块装置（10），其中所述保护材料（20）是硅凝胶和/或保护漆。

6.根据权利要求1至3之一所述的模块装置（10），其中所述保护材料（20）具有0.5 g/cm³至2 g/cm³的范围内的比密度。

7.根据权利要求1至3之一所述的模块装置（10），其中所述保护材料（20）是热硬化的。

8.根据权利要求1至3之一所述的模块装置（10），其中所述保护材料（20）在未硬化的状态下具有最大50 Pa s的粘度。

9.根据权利要求1至3之一所述的模块装置（10），其中所述接触框（18）具有定位元件（24），所述定位元件与所述衬底板（12）的侧面（23）邻近。

10.一种变速器控制模块（50），具有根据前述权利要求之一所述的模块装置（10），所述模块装置被集成到包围所述模块装置（10）的模块电路板（52）中并且与所述模块电路板（52）电连接。

11.根据权利要求10所述的变速器控制模块（50），

其中所述模块装置（10）以所述衬底板（12）的与所述安装侧（13）相反地布置的侧固定在变速器控制模块基板（56）上，以及

其中所述变速器控制模块（50）具有保护盖（64），所述保护盖在与所述变速器控制模块基板（56）相对的侧处完全地包围所述模块装置（10）。