CN107006126B - 利用按压接触三明治模块技术的特别是用于机动车传动装置控制设备的电子装置模块 - Google Patents

Abstract

提出一种电子装置模块（1），如其特别是可以用于机动车的传动装置控制设备。该电子装置模块（1），具有载体板（5）、电路板（3）以及至少一个电子器件（7、11），其中该电路板具有在其上布置的印制导线。该电子装置模块（1）的特征在于，电子器件（7、11）的至少部分区域（9、13）被容纳在载体板（5）和电路板（3）之间，使得电子器件（7、11）在垂直于载体板（5）的方向上通过形状配合连接来固定。电子器件（7、11）在此通过按压接触部（23）与电路板（3）的印制导线电连接，并且电路板（3）的印制导线的与按压接触部（23）之一相邻的区域被硬化的可液态处理的层（33）、诸如粘结剂或漆覆盖。所提出的方案能够实现在没有焊接或熔焊过程的情况下制造电子装置模块，由此一方面能够降低制造成本和制造复杂度并且另一方面可以改进电子装置模块的可靠性。

Description

利用按压接触三明治模块技术的特别是用于机动车传动装置 控制设备的电子装置模块

技术领域

本发明涉及一种电子装置模块，如其特别是可以用于机动车传动装置控制设备。

背景技术

电子装置模块尤其用于检测、处理和/或输出信号和数据。例如电子装置模块在机动车中以控制设备的形式使用，以便例如记录传感器的信号并且然后据此控制车辆的组件、诸如发动机或自动化的传动装置。

特别是在用作传动装置控制设备的情况下，对电子装置模块提出高的要求。除了典型地在机动车应用中出现的由于震动和温度决定的膨胀所引起的机械负荷之外，例如在车辆传动装置之内构建的电子装置模块的组件与化学侵蚀性介质、诸如传动装置油接触。因此必须采取预防措施，以便避免这些组件由于这样的接触所致的损害。

电子装置模块通常具有多个电子器件、诸如电阻、线圈、电容器、集成电路（IC）、不同类型的传感器、执行器和插头或类似的，其机械地保持在衬底上并且通过该衬底彼此电连接。该衬底例如可以是电路板，部分也称为印刷电路板或PCB（印制电路板）。在电路板上或中可以设置有用于互连器件的印制导线。替代地，器件可以布置在冲压网格上并且借助冲压网格互连。

DE 10 2010 042019 A1描述了用作传动装置控制设备的电子装置模块的示例。

电子器件迄今为止与电路板的印制导线大多焊接或熔焊。为此所需的工具和工作流程可以是耗费的。此外，例如在焊接时确定必须采取特别的预防措施，以便保证由此实现的电连接的持久可靠性，特别是自从更新的标准之后必须使用随后无铅的焊料，所述焊料是特别硬的并且因此是无弹性的。

发明内容

本发明的实施方式特别是可以以有利的方式实现，能够特别简单地制造电子装置模块并且在此将其构造成，使得即使在恶劣的环境条件下、例如在用作传动装置控制设备时也能够保证长期可靠的功能。

根据本发明的第一方面，提出一种电子装置模块，如其特别是可以用于机动车的传动装置控制设备那样。电子装置模块具有载体板、电路板以及至少一个电子器件，其中该电路板具有在其上布置的印制导线。该电子装置模块的特征在于，电子器件的至少部分区域被容纳在载体板和电路板之间，使得电子器件在沿与载体板垂直的方向上通过形状配合连接来固定。电子器件在此通过按压接触部与电路板的印制导线电连接，并且电路板的印制导线的与按压接触部之一相邻的区域被硬化的可液态处理的层覆盖。

关于本发明的实施方式的理念特别是可以被视为以随后描述的想法和知识为基础。

从上面说明的知识、即电子器件与印制导线的焊接或熔焊在技术上是耗费的并且焊接连接可能具有不可忽略不计的失效概率出发，开发一种技术，以便能够在没有这样的焊接或熔焊步骤和由此变得强制的检查过程的情况下制造电子装置模块。

电子器件在此至少局部地容纳在载体板和电路板之间。在这种情况下，载体板主要可以用作电子装置模块的机械稳定装置，用作电子器件的防止外部到来的机械作用以及化学侵蚀的保护以及必要时用于散热电子器件。电路板可以除了这些功能之外还用于器件彼此间或与外部电路的电连接。电子器件容纳、即例如夹在载体板和电路板之间，使得电子器件不能再垂直于载体板或电路板移动，即通过形状配合连接来固定。

在这种情况下，电子器件借助按压接触部与电路板的印制导线电连接。按压接触部部分地也称为压入接触部或冷接触部并且借助所谓的压入技术来处理。作为压入技术表示一种特别的与电路板建立无焊料的电连接的连接技术。对此，必须将按压接触部或压入销压到电路板的至少局部金属化的例如以通孔形式的凹槽中。在这种情况下重要的是，销横截面的对角线大于电路板中的凹槽的直径。在压入时所形成的超压或者可以通过凹槽中的变形或者可以通过按压接触部的区域的变形来吸收。通过将按压接触部的棱压入或切入到在凹槽的区域中所存在的金属化部中可以形成气密的电连接，该电连接在恰当实施的情况下的特征在于高的可靠性和寿命。

代替常规的焊接或熔焊技术而将按压接触和压入技术用于其处理允许，减少电子装置模块的成本。例如可以降低测试和研发成本。针对制造可使用的技术的简单性还可以允许，在设计电子装置模块时很容易和快速地实现变化或变形，而无需工具和设备的大的耗费。电子装置模块的制造由此简化、便宜并且在技术上可在世界范围内实施。

此外，能够使电子装置模块的设计更鲁棒。特别是没有了焊接部位损坏的风险。此外可以减小热张力。电子装置模块的组件的热膨胀系数（CTE）可以在例如大的应该利用传动装置控制设备来感测的传动装置部件、如轴和齿轮的CTE范围内选择。同时，相较于具有塑料载体板的模块，在传动装置内可以实现与例如铝控制板的CTE的更小的差值。总体上可以实现负荷能力和耐热性的提高，因为在电子装置模块的组件之间在其热膨胀系数方面可以调节更小的差别。按压接触部与电路板的连接可以近似没有机械张力地实现，因为在制造期间没有加热到较晚的运行温度、典型地大约150℃以上的温度上，而常规的焊接例如伴随着通常大于240℃的制造温度。此外可以避免模块之内的显著的热应力，因为所以组件和器件仅仅局部彼此接触。电路板中的按压接触部不通过载体板相对于电路板移动（CTE差别）并且因此所述按压接触部不同于焊接的引脚而没有横向力，所述焊接的管脚在温度变换负荷时蕴含焊接部位损坏的危险。

由于电子器件基本上布置在电路板和载体板之间并且其通过这两个板的机械固定，可以相较于一些常规的电子装置模块而省去用于将电子器件和/或夹紧保护盖板固定在电子装置模块的上侧或下侧的弹簧。

注意到，在压入到电路板中之后的按压接触连接处可能发生退化现象。对此的可能的解释是，在压入按压接触部时可能发生与印制导线接触的金属层的损伤。例如在压入时可能发生，例如由锡构成的保护层（其应该保护位于其下的良好导电的铜层）被刮坏，使得铜层沿着刮痕向外不受保护地裸露。在所述裸露的区域中，例如在与化学侵蚀介质接触的情况下于是发生例如由于腐蚀的损伤。

因此提出，电路板的印制导线的与按压接触部之一相邻的区域利用可硬化的液态层来覆盖并且该液态层随后被硬化。特别是电子部件的按压接触部可以嵌接到电路板的凹槽中并且硬化的可液态处理的层至少覆盖凹槽的部分区域。在这种情况下，凹槽例如可以构造为连续的开口、即通孔，按压接触部在安装电子装置模块时被压入到所述通孔中。在凹槽的内壁处，至少在部分区域中可以布置有一个或多个金属层，所述金属层与电路板的印制导线电接触。

硬化的可液态处理的层例如可以由粘结剂或漆构成。例如该层可以利用基于环氧树脂的如例如也用于浇注芯片的并且被称为“顶部包封”的粘结剂来构造。替代地，该层可以借助硬化的漆来形成。

能够有利的是，电子器件不与载体板粘结。于是电子器件可以相对于载体板移动，即关于载体板浮动地保持，使得可以避免例如在电子器件和载体板之间的例如由于不同的热膨胀系数所致的过量的机械应力。

根据一种实施方式，电路板具有开口并且电子器件穿过该开口突出。换句话说，电子器件并非完全容纳在电路板和载体板之间，而是电路板具有一个或多个开口，所分配的电子器件的部分区域穿过所述开口向外突出。例如传感器可以以底座夹在电路板和载体板之间，然而传感器的配备有探测面的区域穿过开口向外突出超过电路板并且因此向外远离电子装置模块，例如朝着要要进行感测的部件、如传动齿轮。开口明显大于按压接触部被压入的通孔。

开口在此可以是非旋转对称的并且电子器件形状配合地嵌接到开口中。电子部件的空间布置在该情况下不仅基于开口（该电子部件穿过该开口突出）的位置关于其自身的位置来确定而且关于其定向来确定，以便该电子部件能够合适地形状配合地嵌接到开口中。

根据一种实施方式，电子器件借助嵌接到载体板和/或电路板中的固定元件在平行于载体板的方向上固定。换句话说，电子器件不仅夹在载体板和电路板之间并且因此相对于垂直于这些板的移动而固定，而且补充地借助嵌接的固定元件平行于这些板固定。固定元件例如可以是销、螺栓、螺钉、铆钉或类似的。

根据一种实施方式，在电路板的与按压接触部之一相邻的区域和电子器件的相邻区域之间布置有利用硬化的可液态处理的层的材料来填充的缝隙。如果粘结剂或漆被涂覆到与按压接触部相邻的区域上，则缝隙可以利用粘结剂或漆来填充并且然后在硬化之后电子器件和电路板彼此粘结。

能够有利的是，载体板和/或电路板利用纤维强化的环氧树脂来构造。换句话说，两个板可以由作为基础物质的相同材料构造，其中电路板不同于载体板补充地配备有印制导线。两个板因此可以具有相同的或至少相似的热膨胀特性。

替代地，载体板可以利用塑料、特别是聚酰胺和/或利用金属来构造。塑料板特别是可以很便宜地制造。金属板可以补充地负责良好的导热。在一种特别的设计方案中，载体板可以具有以下部分区域，其具有相较于周围区域提高的导热性。例如在基于塑料的载体板中可以嵌入例如嵌体或热通孔接触形式的金属区域，以便能够局部特别良好地导热。

提示：本发明的可能的特征和优点中的一些在此参考不同的实施方式来描述。专业人员认识到，这些特征可以以合适的方式组合、调整或更换，以便得到本发明的其他实施方式。

附图说明

随后参考附图描述本发明的实施方式，其中既不应该将附图又不应该将说明书限制性地理解为本发明。

图1和2示出根据本发明的电子装置模块的截面图和俯视图。

图3至5图解根据本发明的电子装置模块的安装过程。

图6至8示出根据本发明的电子装置模块的另外的实施方式的截面图或俯视图。

图9示出在根据本发明的电子装置模块的一种实施方式中的电子器件的一种特别的设计方案。

图10图解在使用根据本发明的电子装置模块下的传动装置控制设备。

附图仅仅是示意性的并且不严格按照比例。相同的附图标记在附图中表示相同的或起相同作用的特征。

具体实施方式

图1和2示出具有位于上面的电路板3和位于下面的载体板5的电子装置模块1。载体板5与电路板3相似地由玻璃纤维强化的环氧树脂材料构成，该环氧树脂材料例如可以以相叠堆叠所谓的片状模塑料、即多个大约0.2mm薄的共同层压的层的形式来设置。载体板5例如可以具有0.6至1.6mm的厚度。电路板3典型地具有1.6mm的厚度并且在其表面上或在其内部、例如在各个片状模塑料层之间具有印制导线（未示出）。载体板5一般不具有印制导线，但是为了更好的散热可以具有金属嵌体或通孔接触27。

在彼此平行布置的电路板和载体板3、5之间，中间放置有传感器8或传动装置控制电子装置12（TCU-传输控制单元）形式的电子器件7、11的部分区域9、13以及垫片4。电子器件7、11在部分区域9、13中分别具有底座10、14，所述底座夹在载体板5和电路板3之间。载体板5和电路板3之间的间隔a在此对应于底座10、14的厚度，例如在2.5mm和5mm之间，使得电子器件7、11通过其形状配合地嵌接到载体板5和电路板3之间的底座10、14在垂直于载体板5的方向z上固定。电路板3和载体板5借助固定元件29、如铆钉、螺钉、粘贴的管脚或冲制件彼此保持并且在此三明治式地夹住电子器件7、11的底座10、14。

在电路板3中分别设置有开口15、17，电子器件7、11的其他部分区域穿过所述开口向外突出。例如传感器8的具有传感器元件19的部分区域穿过开口15向上、即例如朝着机动车传动装置（未示出）的要进行感测的齿轮突出。开口15、17可以具有大于1mm²或也大于5mm²的横截面面积。

在图1和2中的所示出的示例中，传感器8的上部区域以及开口15是圆形的并且具有基本上相同的横截面，使得传感器8的上部区域形状配合地嵌接到开口15中。通过该方式，传感器8关于其位置在xy平面中、即平行于载体板3固定。

传感器8的传感器元件19通过导电片与按压接触部23电连接。按压接触部23从底座10中向上沿朝着电路板3的方向突出。在电路板3中，在与此对应的位置处设置有小的通孔25。通孔25的内直径略小于按压接触部23的最大横向尺寸。典型地，通孔25具有小于5mm²或也小于1mm²的横截面面积。

在通孔25的内表面上设置有金属层37（参见图4），该金属层与电路板3的印制导线电接触。金属层37例如可以由铜层以及向外覆盖该铜层的例如由锡或金构成的保护层组成。

在安装电子装置模块1时，按压接触部23被压入到孔25中，使得在按压接触部23和设置在电路板3的通孔25中的金属层37之间得到机械稳定的和电可靠的连接。如在图3和4中所图解的那样，电路板3可以利用其在合适部位构造的通孔25和开口15、17借助压模被按压到所提供的并且从下面通过压入设备的板35来保持的电子器件7、11上。按压接触部23在此插入到孔25中。因为销状的按压接触部23具有扩宽的区域39，在该扩宽的区域中按压接触部宽于通孔25，所以按压接触部23和/或在孔25的内表面上设置的金属层37在压入时局部变形。发生冷压入，其引起按压接触部23和金属层37之间的稳定的和可靠的电接触。

在电子器件7、11安装在电路板3上之后，如图5中所示，在电子器件7、11的相对侧上布置并且借助固定元件29固定载体板5。

此外，按压接触部23的裸露的端部以及围绕着通孔25的相邻区域利用可液态处理的由基于环氧树脂的粘结剂41或漆构成的层33（参见图1和2）来覆盖。随后，基于环氧树脂的粘结剂41或漆例如可以热硬化或借助UV照明来硬化。在此，所述粘结剂41或漆在此期间可以变成非常薄的液态并且渗入到通孔25中并且润湿通孔的内表面。必要时，所述粘结剂41或漆甚至可以推进直至电子器件7、11和电路板3之间并且将电子器件7、11和电路板3相互粘结。在硬化之后，层33提供保护例如防止由于金属屑所引起的电接触。此外保护由层33所覆盖的面防止由侵蚀化学制剂、如传动装置油所引起的侵蚀。特别是保护通孔25内部中的可能的刮痕防止与这样的化学制剂的接触，在所述刮痕处在压入按压接触部23时已经损伤了否则进行保护的锡层并且位于其下的铜层裸露。

为了能够不仅在位置上而且在其定向上固定电子器件7、11，可以设置有固定元件31，所述固定元件31可以与固定元件29（参见图1）类似地例如构造为铆钉、螺钉或类似的。固定元件31可以一方面嵌接到电路板3中、嵌接到那里设置的凹槽中并且另一方面例如嵌接到电子器件7、11的底座10、14中，以便底座关于电路板3的平面固定并且因此在其定向上固定。

替代地，开口15、17以及电子器件7、11的穿过所述开口15、17突出的区域可以如图6和7中所图解的那样分别具有非旋转对称的、例如半圆形的横截面，使得电子器件7在压入到开口15中之后也关于其定向固定。

在图6中所示的实施方式中，载体板5为了局部散热TCU 11而具有金属嵌体43，所述金属嵌体被嵌入到此外由塑料、诸如聚酰胺构造的板中。

图8示出电子装置模块1的一种实施方式，该电子装置模块具有从载体板5中向下突出的传感器8和从电路板3中向上突出的插头45。

图9示出电子装置模块的电子器件7的一种设计方案，在该电子器件中，在电路板3的与按压接触部23之一相邻的区域和在电子器件7的底座10上相邻的区域之间布置有利用硬化的可液态处理的层33的粘结剂或漆填充的缝隙47。

图10示出传动装置100的略图，用作传动装置控制设备的电子装置模块1在液压板101上固定地集成到该传动装置中。

最后提示：术语、如“具有”、“包括”等不排除其他元件或步骤并且术语、如“一”或“一个”不排除多个。此外应该提示：参考上述实施例之一描述的特征或步骤也可以与上述其他实施例的其他特征或步骤组合地使用。权利要求中的附图标记不应该视为限制性的。

Claims (14)

1.一种电子装置模块（1），具有：

载体板（5）；

电路板（3），其具有在其上布置的印制导线；

至少一个电子器件（7、11）；

其特征在于，

电子器件（7、11）的至少部分区域（9、13）容纳在载体板（5）和电路板（3）之间，使得电子器件（7、11）在垂直于载体板（5）的方向上通过形状配合连接来固定；

电子器件（7、11）通过按压接触部（23）与电路板（3）的印制导线电连接；并且

电路板（3）的印制导线的与按压接触部（23）之一相邻的区域被硬化的可液态处理的层（33）覆盖。

2.根据权利要求1所述的电子装置模块，其中电子部件（7、11）的按压接触部（23）嵌接到电路板（3）中的通孔（25）中，并且硬化的可液态处理的层（33）至少覆盖通孔（25）的部分区域。

3.根据上述权利要求之一所述的电子装置模块，其中硬化的可液态处理的层（33）由粘结剂或漆构成。

4.根据权利要求1或2所述的电子装置模块，其中电子器件（7、11）不与载体板（5）粘结。

5.根据权利要求1或2所述的电子装置模块，其中电路板（3）具有开口（15、17），并且电子器件（7、11）穿过所述开口（15、17）突出。

6.根据权利要求5所述的电子装置模块，其中所述开口（15、17）不是旋转对称的并且电子器件（7、11）形状配合地嵌接到所述开口（15、17）中。

7.根据权利要求1或2所述的电子装置模块，其中在电路板（3）的与按压接触部（23）之一相邻的区域和电子器件（7、11）的相邻区域之间布置有利用硬化的可液态处理的层（33）的材料填充的缝隙（47）。

8.根据权利要求1或2所述的电子装置模块，其中电子器件（7、11）借助嵌接到载体板（5）和/或电路板（3）中的固定元件（31）在平行于载体板（5）的方向上固定。

9.根据权利要求1或2所述的电子装置模块，其中载体板（5）和/或电路板（3）利用纤维强化的环氧树脂来构造。

10.根据权利要求1或2所述的电子装置模块，其中载体板（5）利用塑料和/或利用金属来构造。

11.根据权利要求10所述的电子装置模块，其中所述塑料是聚酰胺。

12.根据权利要求1或2所述的电子装置模块，其中载体板（5）具有金属填充的通孔接触（27）和/或嵌体（43），所述嵌体具有相较于周围区域提高的导热性。

13.一种控制设备，具有根据上述权利要求之一所述的电子装置模块（1）。

14.根据权利要求13所述的控制设备，其中所述控制设备是用于机动车的传动装置控制设备。

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