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STAND DER
TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Steuergerät, ein Verfahren
zum Kontaktieren und ein Steuergerät mit dieser Anordnung.
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Steuergeräte, insbesondere
in Kraftfahrzeugen, müssen
elektrisch für
ihre Funktion an ihre Umgebung angebunden werden. Hierbei handelt
es sich einerseits zum Beispiel um eine übergeordnete Steuerung und/oder
Sensoren, Aktuatoren etc. und andererseits beispielsweise um elektrische
Aktuatoren und/oder Sensoren im oder am Steuergerät.
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Eine
solche Anbindung bzw. Kontaktierung erfolgt über Anschlusselemente wie beispielsweise Steckverbinder
und/oder Anschlusselemente bestimmter Bauteile. Je nach Erfordernis
ist diese Kontaktierung für
eine große
Stückzahl
ohne Änderungen
festgelegt, das heißt
zum Beispiel, dass Aktuatoren wie Elektromagnetventile in einem
ABS- oder ESP-Steuergerät
immer an einem bestimmten Platz angeordnet bleiben, wodurch sich
ihre Anschlusskonfiguration nicht verändert. Die Kontaktierung kann aber
auch nach Erfordernis flexibel gestaltet sein, wie zum Beispiel
die Steckeranbindung für
verschiedene Varianten einer ABS- oder ESP-Steuergerätfamilie, da
diese bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen häufig unterschiedlich sein kann.
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Bekannte
Kontaktiertechniken für
Steuergeräte
mit Schaltungsträgern
wie Leiterplatten sind beispielsweise Einpress- und/oder Löttechnik
zwischen einzelnen Steckerpins und Leiterplatte. Die gewünschte Flexibilität wird durch
das Layout der Leiterplatte realisiert, welches die unterschiedlichen Schaltungsvarianten
der Leiterplatte an das gleich bleibende Steckerpinlayout anpasst.
Jede Schaltungsvariante macht daher ein jeweiliges eigenes Leiterplattenlayout
in der jeweiligen Stückzahl
erforderlich.
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Besteht
der Schaltungsträger
der Steuerschaltung aus einem spröden Werkstoff, beispielsweise
ein Keramiksubstrat, so kommt eine Einpresstechnik nicht in Frage,
da es sonst zu Beschädigungen
des Schaltungsträgers
durch Abplatzen und Ausbrechen kommen kann. Eine Ausdehnung des Keramiksubstrats über die
zugehörigen
Kontaktierstellen für
Steckeranbindung und Anschlusselemente ist auf Grund der zu überdeckenden
Fläche
unwirtschaftlich. Daher wird derzeit die gewünschte Flexibilität beim Keramiksubstrat
durch Drahtbondtechnik zwischen Keramiksubstrat und Drahtbondanschlüssen der
Steckerpins und der Anschlusselemente hergestellt. Das Drahtbonden
ist ein sequenzieller Kontaktierprozess mit einem entsprechend hohen
Zeitaufwand.
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
für ein Steuergerät weist
demgegenüber
den Vorteil auf, dass der Schaltungsträger unabhängig von seiner Ausführung mit
Entflechtungselementen für
Steckeranbindung und Anschlusselemente über Verbindungselemente ohne
Drahtbondtechnik verbunden ist.
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Die
Grundidee der Erfindung wird im Folgenden erläutert.
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Abschnitte
bzw. Baugruppen innerhalb des Steuergeräts, die sich bei allen Variationen
der Schaltung nicht ändern,
wie zum Beispiel die Pinkonfiguration des Anschlusssteckers, die
Position und das Anschlussschema von Bauteile mit Anschlusselementen,
werden aus dem Schaltungsträger
mit der Schaltung ausgelagert und mittels einer Kontaktierung verbunden,
die sich simultan und nicht sequenziell ausführen lässt, wodurch vorteilhaft Fertigungszeit
eingespart wird.
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Die
ausgelagerten Abschnitte sind als Entflechtungselemente vorteilhaft
flexibel zu ändern,
da für
sie Leiterplatten in Einpresstechnik oder umspritzte Stanzgitter
in Schweißtechnik
verwendet werden.
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Weiterhin
ist es besonders vorteilhaft, dass ein sequenzieller Kontaktierprozess
eines Drahtbondens im Fall der Verwendung von Einpresstechnik durch
einen simultanen Kontaktierprozess ersetzt wird, was die Fertigungstaktzeiten
und Investionskosten verringert.
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Eine
Entscheidung, welche Variante des Steuergeräts gebaut wird, geschieht erst
weit hinten im Fertigungsfluss. So können vorgefertigte Mengen bei
Veränderungen
der Abrufzahlen vorteilhaft kurzfristig auch noch anderen Varianten
zugeordnet werden.
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Eine
Anordnung für
ein Steuergerät
weist Folgendes auf:
mindestens einen auf einer Grundplatte
angeordneten Schaltungsträger
mit einer Steuerschaltung;
mindestens ein Entflechtungselement
für Anschlusselemente;
und
Verbindungselemente, die den Schaltungsträger mit dem
mindestens einen Entflechtungselement elektrisch verbinden.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, dass die Verbindungselemente mit
einem Ende an dem Schaltungsträger
mittels Lötung
und mit ihrem anderen Ende jeweils an dem mindestens einen Entflechtungselement
mittels Einpressung oder Schweißung verbunden
sind. Der Lötvorgang
der Verbindungselemente an den Schaltungsträgern kann vorteilhaft simultan
mit einem oder dem Lötvorgang des
Schaltungsträgers
erfolgen. Weiterhin erfolgt der Verbindungsvorgang der Verbindungselemente
mit den Entflechtungselementen ebenfalls simultan, wodurch weitere
Fertigungszeit eingespart wird.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist es vorteilhaft, dass die mit den Entflechtungselementen verbundenen
Enden der Verbindungselemente um einen bestimmten Winkel zum Verlauf
der anderen Enden umgebogen sind, da so die Entflechtungselemente
in der allgemeinen Einbaurichtung des Schaltungsträgers eingesetzt
und auch in dieser Einbaurichtung verbunden werden können.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, dass die Verbindungselemente mit ihrem
mit den Entflechtungselementen verbundenen Enden mittels einer Unterfütterung
geführt
und abgestützt
sind, um somit den Verbindungsvorgang zu unterstützen.
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Es
ist bevorzugt, dass die Unterfütterung
einstückig
mit einem Gehäuseabschnitt
ausgebildet ist.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist der Schaltungsträger
als ein spröder
Schaltungsträger und
die Entflechtungselemente als Leiterplatten und/oder Stanzgitter
ausgebildet sind. Bei spröden Schaltungsträgern ist
die Erfindung besonders vorteilhaft, da diese nicht beschädigt werden.
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Ein
Verfahren zum Kontaktieren einer Anordnung für ein Steuergerät weist
folgende Verfahrensschritte auf:
- (S1) Verbinden
eines Schaltungsträgers
mit Verbindungselementen;
- (S2) Anordnen des Schaltungsträgers auf einer Grundplatte
in dem Gehäuseabschnitt;
und
- (S3) Kontaktieren der Verbindungselemente mit mindestens einem
Entflechtungselement.
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Hierbei
ist ein einfacher Fertigungsablauf besonders vorteilhaft, da vorgesehen
ist, dass die Verbindungselemente im Verfahrensschritt in einer
vorgefertigten Gestalt in Kammform mittels Lötung mit einem Lötvorgang
des Schaltungsträgers
mit diesem verbunden werden, wobei sie danach freigestanzt werden.
Es ist somit kein zusätzlicher
Prozessschritt erforderlich.
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Im
Verfahrensschritt (S2) wird der Schaltungsträger so auf der Grundplatte
angeordnet wird, dass die Verbindungselemente auf Unterfütterungen zur
Führung
und Abstützung
aufliegen, um den Verbindungsprozess der Verbindungselemente mit
den Entflechtungselementen vorteilhaft zu unterstützen.
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In
einer Ausführung
ist es bevorzugt, dass die Verbindungselemente im Verfahrensschritt
(S3) mit den Entflechtungselementen in Einpresstechnik kontaktiert
werden, wenn Leiterplatten als Entflechtungselemente zum Einsatz
kommen.
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Bei
Stanzgittern als Entflechtungselementen ist es in einer anderen
Ausführung
bevorzugt, die Verbindungselemente im Verfahrensschritt (S3) mit den
Entflechtungselementen durch einen Schweißvorgang zu kontaktierten.
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Ein
Steuergerät
mit einer erfindungsgemäßen Anordnung
ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt.
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Weitere
Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind dem sich
anschließenden
Beschreibungsteil und den Zeichnungen zu entnehmen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung
angegebenen Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigt dabei:
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1 eine
schematische Längsschnittdarstellung
eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Anordnung
eines Steuergeräts;
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2 eine
schematische Draufsicht auf einen Schaltungsträger mit verbundenen Entflechtungselementen
des Steuergeräts
nach 1;
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3 eine
vergrößerte Teilschnittansicht
eines Verbindungselementes nach 1; und
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4 eine
vergrößerte Teilschnittansicht
eines weiteren Verbindungselementes nach 1.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 stellt
ein Steuergerät 1 in
einem Längsschnitt
dar. Das Steuergerät 1 besteht
aus einem Gehäuseabschnitt 2,
welcher zur bekannten Anbringung an einem Steuergeräteblock,
der zum Beispiel ein Hydraulikblock 20 sein kann, an seiner
Unterseite eine ebenfalls bekannte Dichtung 7 aufweist. In
dem Raum, der dadurch gebildet ist, sind Aktuatoren wie zum Beispiel
Elektromagnetspulen 19 für korrespondierende Ventile
(nicht dargestellt) im Hydraulikblock 20 angeordnet. Die
Elektromagnetspule 19 mit Anschlusselementen 14 ist
nur stellvertretend für weitere
solche als auch andere Bauteile, wie beispielsweise Sensoren, dargestellt.
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Auf
der linken Zeichnungsseite besitzt der Gehäuseabschnitt 2 hervorstehende
Anschlusselemente, welche in diesem Beispiel als Steckerpins 11 ausgeführt und
von einem umlaufenden Steckerkragen 4 umgeben sind, wodurch
ein bekannter Anschlussstecker gebildet ist. Diese Anschlusselemente
können
selbstverständlich
auch in anderer Form ausgestaltet sein.
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Eine
Schaltung des Steuergeräts 1 auf
einem Schaltungsträger 8 ist
mit diesem auf einer geeigneten Grundplatte 5 auf der Oberseite
des Gehäuseabschnitts 2 in
bekannter Weise befestigt. Die Grundplatte 5 dient dazu,
eine geeignete Aufnahme für
den Schaltungsträger 8 zu
bilden, der in diesem Beispiel als ein Keramiksubstrat ausgebildet
ist.
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Die
Steckerpins 11 des Anschlusssteckers und die Anschlusselemente 14 der
Elektromagnetspule 19 sind durch den Gehäuseabschnitt 2 in
ebenfalls bekannter Weise hindurchgeführt. Die Steckerpins 11 sind
mit einem ersten darüber
angeordneten Entflechtungselement 9 und die Anschlusselemente 14 sind
mit einem zweiten darüber
angeordneten Entflechtungselement 10 elektrisch leitend
verbunden. Die Entflechtungselemente 9, 10 sind
beispielsweise als Leiterplatten oder Stanzgitter ausgebildet.
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Das
erste Entflechtungselemente 9 ist über erste Verbindungselemente 12 mit
dem Schaltungsträger 8 elektrisch
verbunden und stellt mittels seinem Layout die Anpassung der Schaltung
des Schaltungsträgers 8 an
die Steckerpins 11 her. In gleicher Weise ist das zweite
Entflechtungselement 10 mit dem Schaltungsträger 8 über zweite
Verbindungselemente 13 verbunden. Die Verbindungselemente 12, 13 sind
hier nur schematisch und einzeln dargestellt. Sie werden weiter
unten ausführlicher
beschrieben.
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Das
erste Verbindungselement 12 ist auf einer Unterfütterung 6 geführt und
abgestützt.
Diese Unterfütterung 6 ist
vorzugsweise einstückig
mit dem Gehäuseabschnitt 2 ausgebildet.
Sie kann aber auch auf der Grundplatte 5 angeordnet sein,
wie für
das zweite Verbindungselement 13 angedeutet ist.
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Die
Oberseite des Gehäuseabschnitts 2 ist
in bekannter Art und Weise mit einem Deckel 3 verschlossen.
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2 zeigt
eine schematische Draufsicht auf den Schaltungsträger 8 und
die Entflechtungselemente 9, 10. Die jeweiligen
Layouts der Entflechtungselemente 9, 10 sind durch
schematische Leiterbahnen 15, 15' dargestellt, welche die Verbindungselemente 12, 13 jeweils
mit den Steckerpins 11 und den Anschlusselementen 14 elektrisch
verbinden. Hierbei ist zu erkennen, dass die Verbindungselemente 12, 13 aus
mehreren, nebeneinander angeordneten Einzelelementen bestehen, welche
in 3 und 4 nun näher beschrieben werden.
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Ein
Verbindungselement 12, 13 ist aus einem elektrisch
leitenden starren Werkstoff, beispielsweise eine Kupferlegierung,
als Draht ausgebildet. In 3 ist in
vergrößerter Darstellung
ein mittlerer Abschnitt eines Verbindungselementes 12, 13 auf
der Unterfütterung 6 geführt und
abgestützt
angeordnet. Die Führung
und Abstützung
wird in nicht dargestellter bekannter Weise gebildet, indem zum
Beispiel die Unterfütterung 6 zu
den Verbindungselementen 12, 13 korrespondierende
Nuten aufweist, in welche diese eingelegt werden.
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Das
Verbindungselement 12, 13 ist an seinem mit dem
Entflechtungselement 9, 10 verbundenen Endabschnitt
nach oben um einen, vorzugsweise rechten, Winkel umgebogen, wobei
es mit dem Entflechtungselement 9, 10 über eine
erste Verbindungseinrichtung 16 elektrisch in Verbindung
steht. Diese erste Verbindungseinrichtung 16 ist beispielsweise
durch Einpresstechnik hergestellt.
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Das
Verbindungselement 12, 13 ist an seinem mit dem
Schaltungsträger 8 verbundenen
Ende gabelförmig
ausgebildet, wobei es mit dem Schaltungsträger 8 über eine
Verbindungsstelle 17 elektrisch in Verbindung steht. Diese
Verbindungsstelle 17 ist beispielsweise eine Lötung.
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Vorzugsweise
werden die Verbindungselemente 12, 13 in bekannter
Kammform mit einem Hilfsträger
(nicht dargestellt) verbunden auf den Schaltungsträger 8 aufgebracht
und mit ihm gleichzeitig mit seinen Bauteilen in einem Fertigungsschritt verlötet, wodurch
im Gegensatz zum Drahtbonden eine Einsparung von Fertigungszeit
erfolgt. Danach wird der Hilfsträger
durch Stanzen entfernt, so dass die umgebogenen Enden frei nach
oben stehen, wenn sie auf den Unterfütterungen 6 aufgebracht worden
sind. Nun wird das Entflechtungselement 9, 10 auf
die nach oben stehenden Enden der Verbindungselemente 12, 13 aufgesetzt,
wobei diese in das Entflechtungselement 9, 10 zur
elektrischen Verbindung mit den Leiterbahnen 15, 15' eingepresst
werden. Zur Unterstützung
und Absicherung des Einpressvorgangs dienen die Unterfütterungen 6.
Der Einpressvorgang wird in einem Fertigungsschritt ausgeführt und
spart gegenüber
einem sequenziellen Drahtbonden ebenfalls Fertigungszeit ein.
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Die
Entflechtungselemente 9, 10 können Leiterplatten oder auch
umspritzte Stanzgitter sein, wie 4 beispielhaft
darstellt. Stanzgitter werden bei großen Stückzahlen eingesetzt. Sie werden
mit den in diesem Beispiel längeren
umgebogenen Enden der Verbindungselemente 12, 13 in
einer zweiten Verbindungseinrichtung 18 verbunden, welche
durch eine durchgehende Öffnung
des Entflechtungselementes 9, 10 hindurch nach
oben ragt. So kann die Verbindung, die beispielsweise eine Schweißverbindung
ist, bei geöffnetem
Deckel 3 von oben, das heißt von der Einbauseite einfach
erstellt werden. Auch dieses Verbindungsverfahren kann gleichzeitig mit
einem Vielfachschweißkopf
erfolgen, wobei Fertigungszeit eingespart wird.
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Die
Erfindung findet auch zum Beispiel Anwendung auf so genannte Löthybride,
eventuell auch auf die so genannte Flip-Chip-Technik, wobei ein
sequenzieller Drahtbondvorgang durch das oben beschriebene simultane
Kontaktieren wirtschaftliche Vorteile ermöglicht.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern auf vielfältige
Art und Weise modifizierbar.
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So
ist es beispielsweise denkbar, dass auf den Entflechtungselementen 9, 10 Bauteile
vom Schaltungsträger 8 ausgelagert
sein können,
die unabhängig
von der Schaltung des Schaltungsträgers 8 immer verwendet
werden, wie zum Beispiel bestimmte Entstörungsbauteile.
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Es
ist weiterhin denkbar, dass nur ein Entflechtungselement oder auch
mehr als zwei Entflechtungselemente Verwendung finden können.
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Weiterhin
ist es möglich,
die Unterfütterung 6 zu
auszubilden, dass die Verbindungselemente 12, 13 eingeklipst
werden können.
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Die
Unterfütterung 6 kann
auch Bestandteil der Grundplatte 5 sein.
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Die
Verbindungselemente 12, 13 können unterschiedliche Längen und/oder
auch mehr als eine Umbiegung aufweisen.