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In
vielen Bereichen werden elektronische Baugruppen für unterschiedliche
Aufgaben und Anwendungen eingesetzt; insbesondere sind elektronische Baugruppen
mit Sensoren zur Erfassung von Meßwerten physikalischer Größen, wie
beispielsweise der Temperatur, der Drehzahl oder des Drucks, oder elektronische
Baugruppen mit Aktoren zur Betätigung
von Stellgliedern gebräuchlich,
bsp. im Kraftfahrzeugbereich zur Steuerung und/oder Regelung fahrspezifischer
Vorgänge
bzw. Prozesse.
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Die
auf einem Trägerkörper angeordneten elektronischen
Bauteile der elektronischen Baugruppe bestehen aus einem Bauelement
mit Anschlußpins
und sind zum Schutz gegen Umwelteinflüsse von einem Gehäusekörper umschlossen.
Weiterhin sind die Anschlußpins
zur Spannungsversorgung des elektronischen Bauteils sowie zur Signalleitung (bsp.
zur Weiterleitung von Steuersignalen oder Meßsignalen) mit Kontaktierungselementen
einer Kontaktierungseinheit (bsp. mit Stanzgitteranschlüssen eines
Stanzgitters) elektrisch leitend verbunden.
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Nachteilig
bei diesen elektronischen Baugruppen ist, daß bei der Herstellung des Gehäusekörpers das
elektronische Bauteil und damit das Bauelement und die Anschlußpins in
Mitleidenschaft gezogen werden können,
insbesondere durch Druck- und/oder Temperaturbelastung sowie aufgrund
unterschiedlicher thermischer Ausdehnung (bedingt durch unterschiedliche
thermische Ausdehnungskoeffizienten) von elektronischem Bauteil
und Gehäusekörper; als
Folge hiervon steigt die Störanfälligkeit bzw.
Ausfallrate der elektronischen Baugruppe, worunter die Zuverlässigkeit
der elektronischen Baugruppe leidet.
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Die
DE 197 55 399 A1 beschreibt
eine derartige Baugruppe zum Abstützen eines Sensors in einem
Fahrzeug, um die Sensitivitätsachse
des Sensors richtig auszurichten.
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In
der
DE 42 38 225 A1 wird
eine Vorrichtung zur Befestigung eines Transponders beschrieben. Dabei
ist der Transponder in einem aus Gehäuseunterteil und Deckel bestehenden
Gehäuse
untergebracht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Baugruppe
sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser elektronischen Baugruppe
anzugeben, bei denen insbesondere ein einfacher Aufbau und geringe
Kosten, eine hohe Zuverlässigkeit und
eine einfache Fertigung sowie vorteilhafte Eigenschaften bezüglich der
Positionierung des elektronischen Bauteils und der Belastung bei
der Verbindung mit einer externen Kontaktierungseinheit gegeben sind.
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Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 sowie des Patentanspruchs 20 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der übrigen Patentansprüche.
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Erfindungsgemäß wird das
elektronische Bauteil, d. h. das Bauelement und die Anschlußpins, vom
Gehäusekörper der
elektronischen Baugruppe und damit die Fertigung des elektronischen
Bauteils von der Herstellung des Gehäusekörpers entkoppelt, indem das
elektronische Bauteil (das Bauelement und die Anschlußpins) vor
der Bildung des Gehäusekörpers von
einer auf den Trägerkörper aufgebrachten
Abdeckung vollständig
bedeckt wird. Form und Ausgestaltung der Abdeckung werden so gewählt, daß die Abdeckung
bündig
auf dem Bauelement aufliegt und zwischen der Abdeckung und den Anschlußpins (insbesondere
im Bereich der Verbindungsstellen von Anschlußpins und Kontaktierungselementen
der Kontaktierungseinheit) ein Luftspalt verbleibt; falls das Bauelement
oder die (bezüglich des
Bauelements abgewinkelten) Anschlußpins planar auf den Trägerkörper aufgebracht
sind, weist demnach die Abdeckung entsprechende Aussparungen auf,
falls das Bauelement oder die (bezüglich des Bauelements abgewinkelten)
Anschlußpins
in Aussparungen im Trägerkörper eingebracht
sind, weist demnach die Abdeckung entsprechende Ausformungen auf.
Hierdurch wird einerseits eine Positionierung des elektronischen
Bauteils (des Bauelements und der Anschlußpins) ermöglicht, andererseits verbleibt
eine gewisse Beweglichkeit der Anschlußpins des elektronischen Bauteils
(insbesondere im Bereich der Verbindungsstellen von Anschlußpins und Kontaktierungselementen).
Weiterhin können
an der dem Bauelement des elektronischen Bauteils zugewandten Oberflächenseite
der Abdeckung im Bereich des Bauelements geeignete Mittel zur Fixierung des
Bauelements vorgesehen werden, bsp. ein mehrere Nasen (Noppen) aufweisender
Niederhalter, insbesondere falls das Bauelement planar auf den Trägerkörper aufgebracht
ist.
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Abdeckung
und Trägerkörper können entweder
einstückig
ausgebildet sein oder als separate zu verbindende Teile. Das Umschließen des
elektronischen Bauteils erfolgt im ersten Fall durch geeignete Umformung
der Abdeckung (bsp. durch Umklappen der über ein Filmscharnier mit dem
Trägerkörper verbundenen
Abdeckung auf den Trägerkörper), im zweiten
Fall durch Aufsetzen der Abdeckung auf den Trägerkörper; die Befestigung der Abdeckung
auf dem Trägerkörper kann
im ersten Fall ebenfalls über das
Verbindungsteil zwischen Trägerkörper und
Abdeckung realisiert werden (bsp. über das Filmscharnier), im
zweiten Fall durch Verrasten (klemmend mittels Rasthaken), insbesondere
durch Hinterschnitte bei einem mittels Spritzguß gefertigten Trägerkörper. Abdeckung
und Trägerkörper können aus
dem gleichen Material bestehen (bsp. aus Kunststoff, bsp. aus Polybutylentherephthalat
PBT) und zusammen in einem gemeinsamen Fertigungsschritt hergestellt werden,
insbesondere dann, wenn Abdeckung und Trägerkörper einstückig ausgebildet sind. Insbesondere
kann die Abdeckung bei einem aus Kunststoff bestehenden Trägerkörper zusammen
mit dem Trägerkörper in
einem Spritzgußprozeß unter
Verwendung eines (gemeinsamen) Familienwerkzeugs hergestellt werden,
so daß eine
genaue Positionierung und Formgebung der Abdeckung bezüglich des
Trägerkörpers und
damit bezüglich
des elektronischen Bauteils (bezüglich
des Bauelements und der Anschlußpins)
möglich
ist.
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Die
Kontaktierungselemente der Kontaktierungseinheit werden an den Verbindungsstellen
mit den Anschlußpins
des elektronischen Bauteils bsp. durch Löten, Schweißen oder Crimpen (formschlüssige Verbindung)
elektrisch leitend verbunden; als Kontaktierungselemente können bsp.
Stanzgitteranschlüsse
einer als Stanzgitter ausgebildeten Kontaktierungseinheit vorgesehen
werden.
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Der
den Trägerkörper und
damit die Abdeckung umschließende
und demzufolge das elektronisches Bauteil (das Bauelement und die
Anschlußpins)
einschließende
Gehäusekörper besteht
bsp. aus Kunststoff und ist bsp. als Spritzgußteil (bsp. aus Polybutylentherephthalat
PBT) ausgebildet.
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Vorteilhafterweise
wird durch die vor der Bildung des Gehäusekörpers das elektronische Bauteil (das
Bauelement und die Anschlußpins)
abdeckende Abdeckung
- • das elektronische Bauteil
(das Bauelement und die Anschlußpins)
bezüglich
des Trägerkörpers sicher
und stabil positioniert und fixiert und diese Positionierung auch
bei der Bildung des Gehäusekörpers beibehalten,
wobei bei Verwendung von Kunststoff als Material des Trägerkörpers auch
die Abdeckung aus Kunststoff gefertigt werden und hierbei die Wiederholgenauigkeit
von Spritzgußprozessen
genutzt werden kann,
- • das
elektronische Bauteil (das Bauelement und die Anschlußpins) bei
der Bildung des Gehäusekörpers vor
(bsp. durch den Spritzdruck und den thermischen Streß von Spritzgußprozessen
entstehenden) Temperatur- und Druckeinflüssen geschützt, wodurch Beschädigungen
des elektronischen Bauteils (des Bauelements und der Anschlußpins) vermieden
werden,
- • das
elektronische Bauteil (insbesondere die Anschlußpins) vom Gehäusekörper thermisch
entkoppelt, so daß insbesondere
an der Verbindungsstelle der Anschlußpins und der Kontaktierungselemente – auch bedingt
durch die Federwirkung der (abgewinkelten) Anschlußpins – nur geringe
Zugspannungen auftreten.
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Im
Zusammenhang mit der Zeichnung (1 bis 5)
soll die elektronische Baugruppe anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert
werden. Hierbei zeigt
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1 eine
dreidimensionale Ansicht der elektronischen Baugruppe ohne Gehäusekörper vor der
Verbindung der Einzelteile mit einer ersten Variante für die Anordnung
des elektronischen Bauteils bezüglich
des Trägerkörpers,
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2 eine
dreidimensionale Ansicht der elektronischen Baugruppe ohne Gehäusekörper nach
der Verbindung der Einzelteile mit einer zweiten Variante für die Anordnung
des elektronischen Bauteils bezüglich
des Trägerkörpers,
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3 eine
Schnittzeichnung des elektronischen Bauteils im Bereich des Bauelements,
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4 eine
Schnittzeichnung des elektronischen Bauteils im Bereich der Anschlußpins,
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5 eine
dreidimensionale Ansicht der elektronischen Baugruppe mit Gehäusekörper.
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Gemäß der 1 wird
das aus dem Bauelement 11 und den (bsp. drei) Anschlußpins 12 gebildete
elektronische Bauteil 10 in eine auf der Frontseite 22 des
Trägerkörpers 20 vorgesehene
Aussparung 21 kraftlos eingesetzt. Zur elektrischen Kontaktierung des
elektronischen Bauteils 10 ist als Kontaktierungseinheit 30 ein
Stanzgitter mit bsp. drei Stanzgitteranschlüssen als Kontaktierungselemente 31 vorgesehen,
wobei jeder Stanzgitteranschluß 31 in
eine auf der Oberseite 24 des Trägerkörpers 20 vorgesehene
Aussparung 23 eingesetzt wird und dort jeweils mit einem
der (auf die Oberseite 24 des Trägerkörpers 20 umgebogenen)
Anschlußpins 12 (bsp.
durch Schweißen)
elektrisch leitend verbunden wird. Auf das elektronische Bauteil 10,
d. h. auf das Bauelement 11 und die Anschlußpins 12,
wird die Abdeckung 40 aufgebracht, die durch die gebogene
Form an die Geometrie des Bauelements 11 und der Anschlußpins 12 angepaßt ist,
d. h. die sowohl die auf der Frontseite 22 des Trägerkörpers 20 angeordnete Aussparung 21 zur
Aufnahme des Bauelements 11 als auch die auf der Oberseite 24 des
Trägerkörpers 20 angeordnete
Aussparungen 23 zur Aufnahme der Anschlußpins 12 bzw.
Stanzgitteranschlüsse 31 vollständig bedeckt.
Die Abdeckung 40 weist an ihrer Unterseite 42 im
Bereich der Anschlußpins 12 eine einen
Freiraum für
die Anschlußpins 12 bildende Aussparung
auf.
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Gemäß der 2 wird
das aus dem Bauelement 11 und den (bsp. drei) Anschlußpins 12 gebildete
elektronische Bauteil 10 in die auf der Oberseite 24 des
Trägerkörpers 20 vorgesehene
Aussparung 21 kraftlos eingesetzt. Zur elektrischen Kontaktierung des
elektronischen Bauteils 10 ist als Kontaktierungseinheit 30 ein
Stanzgitter mit bsp. drei Stanzgitteranschlüssen als Kontaktierungselemente 31 vorgesehen,
wobei jeder Stanzgitteranschluß 31 in
eine auf der Oberseite 24 des Trägerkörpers 20 vorgesehene
Aussparung 23 eingesetzt wird und dort an den Kontaktierungsstellen 32 jeweils
mit einem der (auf der Oberseite 24 des Trägerkörpers 20 gebogenen) Anschlußpins 12 (bsp.
durch Schweißen)
elektrisch leitend verbunden wurde. Die mit dem Trägerkörper 20 einstückig gefertigte
und über
das Filmscharnier 41 mit dem Trägerkörper verbundene Abdeckung 40 wird
durch Umklappen auf das elektronische Bauteil 10 aufgebracht,
d. h. auf das Bauelement 11 und die Anschlußpins 12,
wobei durch den auf der dem elektronischen Bauteil 10 zugewandten
Unterseite 42 der Abdeckung 40 vorgesehene, mehrere
Nasen 46 (Noppen) zur Fixierung des Bauelements 11 aufweisenden
Niederhalter 44 als Ausformung der Abdeckung 40 das
Bauelement 11 durch die Abdeckung 40 fixiert und
bündig
abgedeckt wird und durch die auf der dem elektronischen Bauteil 10 zugewandten Unterseite 42 der
Abdeckung 40 vorgesehenen mindestens einen Aussparung 45 (bsp.
ist für
jeden Anschlußpin 12 eine
separate Aussparung 45 vorgesehen), deren Abmessungen größer als
die der Anschlußpins 12 ist,
zwischen der Abdeckung 40 und den Anschlußpins 12 Luftspalte 43 (siehe 4)
verbleiben (insbesondere auch an den Kontaktierungsstellen 32 zur
Verbindung der Anschlußpins 12 mit den
Stanzgitteranschlüssen 31).
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In
der 3 ist ein Schnitt im Bereich des Bauelements 11 des
elektronischen Bauteils 10 dargestellt, wobei das Bauelement 11 beim
Aufbringen der Abdeckung 40 durch die auf dem Niederhalter 44 der
Abdeckung 40 aufgebrachten Nasen 46 (Noppen) fixiert
wird.
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In
der 4 ist ein Schnitt im Bereich der Anschlußpins 12 des
elektronischen Bauteils 10 dargestellt (Linie A-A in der 2);
hierbei sind insbesondere die Luftspalte 43 zwischen den
Anschlußpins 12 des
elektronischen Bauteils 10 und der Abdeckung 40 von
Interesse, die aufgrund der Dimensionierung der Aussparungen 45 in
der Abdeckung 40 entstehen. Hierdurch ist eine gewisse
Beweglichkeit der Anschlußpins 12 gewährleistet,
insbesondere auch nach der Verbindung der Anschlußpins 12 mit
den Stanzgitteranschlüssen 31 des
Stanzgitters 30, so daß ansonsten
zu Verspannungen im Material führende
thermische Einflüsse
kompensiert werden können.
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Gemäß der 5 wird
nach dem Aufbringen der Abdeckung 40 auf den Trägerkörper 20 und
der Umschließung
des elektronischen Bauteils 10 der Gehäusekörper 50 gebildet,
bsp. durch Umspritzen mit Kunststoff. An die Stanzgitteranschlüsse 31 des Stanzgitters 30 können Anschlußstecker
zur Verbindung mit weiteren elektronischen Baugruppen angeschlossen
werden, bsp. zur Spannungsversorgung des elek tronischen Bauteils
sowie zur Signalleitung (bsp. von Steuersignalen oder Meßsignalen).
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Bsp.
sind bei einem Getriebesteuergerät
für stufenlose
Getriebe (CVT-Getriebe) von Kraftfahrzeugen mehrere in das Getriebe
hineinragende Sensormodule als elektronische Baugruppe vorgesehen, die
jeweils einen in einem aus Polybutylentherephthalat PBT bestehenden
Gehäusekörper 50 integrierten,
als Hallsensor ausgebildeten Sensor als elektronisches Bauteil 10 zur
Erfassung des Magnetfelds. Bsp. sind hierzu Drehzahlsensoren zur
Erfassung von Magnetfelddifferenzen, bsp. im Bereich von 1.7 mT
bis 40 mT vorgesehen sowie Wählhebelsensoren zur
Erfassung des Absolutwerts der Flußdichte von Magnetfeldern,
bsp. im Bereich von 0 mT bis 100 mT.
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Der
Hallsensor 10 wird aus dem Sensorelement 11 mit
den Abmessungen von bsp. 1.5 mm × 4.06 mm × 3.05 mm und aus 3 bsp. aus
verzinntem Kupfer bestehenden Anschlußpins 12 mit dem Querschnitt
0.48 mm × 0.36
mm gebildet.
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Der
bsp. aus Polybutylentherephthalat PBT bestehende Trägerkörper 20 mit
einer Querschnittsfläche
vom 11 mm2 und einer Höhe von 40 mm besitzt eine Aussparung 21 zur
Aufnahme des Sensorelements 11 mit einer an die Abmessungen
des Sensorelements 11 angepaßten Geometrie und 3 Aussparungen 23 zur
Aufnahme der Anschlußpins
mit den an die Abmessungen des Anschlußpins 12 und der Stanzgitteranschlüsse 31 angepaßten Abmessungen von
0.6 mm × 1.5
mm.
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Die
bsp. aus Polybutylentherephthalat PBT bestehende Abdeckung 40 besitzt
eine Ausformung 44 entsprechend dem Maß der Aussparung 21 für das Sensorelement 11 und
drei Aussparungen 45 entsprechend dem Maß der Aussparungen 23 für die Anschlußpins 12 und
die Stanzgitteranschlüsse 31.