DE102006052458B4 - Electronics housing with new flexible printed circuit board technology - Google Patents
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Abstract
Gehäuse (2) für eine elektronische Vorrichtung mit mindestens zwei Gehäuseteilen, welches mindestens einen Gehäuseboden (3), einen Gehäusedeckel (4) und mindestens eine elektronische Verbindung (5) in Form einer flexiblen Leiterplatte zwischen im Gehäuseinnenraum angeordneten Substraten (7) und außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten aufweist, die auf dem Gehäuseboden (3) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (5) oberhalb der Kupfer-Leitungsbahnschicht (13c) keine weitere schützende Lage (10) aufweist.Housing (2) for an electronic device having at least two housing parts, which at least one housing bottom (3), a housing cover (4) and at least one electronic connection (5) in the form of a flexible printed circuit board between arranged in the housing interior substrates (7) and outside the Has housing lying components, which is fixed on the housing bottom (3), characterized in that the flexible printed circuit board (5) above the copper conductor layer (13c) has no further protective layer (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Elektronikgehäuse für ein elektronisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie.The The invention relates to an electronics housing for an electronic device according to the preamble of Patent claim 1 and a method for producing such housing, especially for gearboxes or engine controls in the automotive industry.
Elektronikgeräte weisen im Allgemeinen eine Vielzahl an elektronischen Komponenten auf, welche in Verbindung mit anderen Komponenten außerhalb des Steuergerätes stehen. Sie werden normalerweise in spezielle Gehäuse eingesetzt, um sie gegen Umwelteinflüsse oder mechanische Beanspruchungen zu schützen. Zudem erfüllen die Gehäuse eine wichtige Abschirmfunktion. Um eine verlässliche Verbindung zu außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten zu ermöglichen, ist eine elektrische Verbindung von der Gehäuseinnenseite zur Gehäuseaußenseite notwendig. Diese wird in jüngster Zeit bevorzugt als flexible Leiterplatte ausgeführt.Electronic devices exhibit generally have a variety of electronic components, which are in connection with other components outside the control unit. They are usually used in special enclosures to protect them against environmental impact or to protect mechanical stresses. In addition, the meet casing an important shielding function. To have a reliable connection to outside of the housing to allow for lying components is an electrical connection from the inside of the housing to the outside of the housing necessary. This is going to be the most recent Time preferably designed as a flexible circuit board.
Stand der TechnikState of the art
Die
Darüber hinaus
ist aus der
Beispielhaft
für eine
gattungsgemäße Ankontaktierung
wird auf die
Alle bisher bekannten Ausgestaltungen von Elektronikgehäusen mit flexiblen Leiterplatten haben jedoch jeweils den Nachteil, dass die flexible Leiterplatte als Komponente extrem kostenintensiv ist. Die hohen Kosten der Herstellung einer flexiblen Leiterplatte liegen vornehmlich in dem schichtförmigen Aufbau begründet, der bekanntermaßen neben einer Grundschicht aus flexiblem Kunststoff, bevorzugt wird Polyimid eingesetzt, eine Leiterbahn-Schicht insbesondere aus Kupfer vorsieht. Die Leiterbahnen werden je nach dem vorgegebenen Layout für die Kontaktierungsstellen ausgelegt. Diese Kupfer-Leiterbahnschicht wird mittels einer Klebschicht auf der Grundschicht fixiert. Im nächsten Schritt wird üblicherweise eine Deckschicht aus flexiblem Kunststoff zur Abdeckung der empfindlichen Kupfer-Leiterbahnschicht aufgebracht. Diese Kunststoff-Deckschicht wird ebenfalls mittels einer Klebschicht auf der Kupfer-Leiterbahnschicht fixiert. Diese einzelnen Herstellungsschritte können nur nacheinander ausgeführt werden und die Schichten müssen in ihren Dimensionen und Aussparungen aufeinander abgestimmt werden, so dass die relativ hohen Kosten für flexible Leiterplatten als Komponenten für Elektronikgehäuse im spezifischen Herstellungsverfahren begründet liegen.All previously known embodiments of electronic housings with However, flexible printed circuit boards each have the disadvantage that the flexible circuit board as a component is extremely expensive. The high cost of making a flexible circuit board lie primarily in the layered structure justified the known in addition to a base layer of flexible plastic, is preferred Polyimide used, a conductor layer, in particular of copper provides. The tracks will vary depending on the given layout for the contact points designed. This copper wiring layer is fixed by means of an adhesive layer on the base layer. in the next Step becomes common a cover layer of flexible plastic to cover the delicate Copper conductor layer applied. This plastic cover layer will also by means of an adhesive layer on the copper interconnect layer fixed. These individual manufacturing steps can only be carried out in succession and the layers have to be matched in their dimensions and recesses, so the relatively high cost of flexible circuit boards as Components for Electronics housing in specific manufacturing process are justified.
Es
gibt daher verschiedene Bestrebungen, die Fläche der flexiblen Leiterplatte
pro Elektronikgehäuse
zu reduzieren. Ein Beispiel für
ein Konzept zur Reduzierung des Einsatzes einer flexiblen Leiterplatte
wird in der
Dennoch besteht auch weiterhin der Bedarf, eine einfachere und kostengünstigere Variante für den Einsatz von flexiblen Leiterplatten in Elektronikgehäusen zu finden.Yet there is still a need, a simpler and cheaper Variant for the Use of flexible printed circuit boards in electronic housings too Find.
Aufgabenstellungtask
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein in seiner Herstellung vereinfachtes Elektronikgehäuse zur Verfügung zu stellen, das auf der bevorzugten Technologie der flexiblen Leiterplatten als elektronische Verbindung zwischen den außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten und der Elektronik im Inneren des Gehäuses basiert.task It is therefore an object of the invention to simplify its production Electronics housing for disposal to put that on the preferred technology of flexible circuit boards as an electronic connection between the outside of the housing Components and electronics are based inside the case.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 9 erreicht.This is inventively with a Device according to the patent claim 1 and with a method achieved for the production of such a device according to claim 9.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Elektronikgehäuse zur Verfügung zu stellen, in dem die verwendete flexible Leiterplatte oberhalb der Kupfer-Leitungsbahnschicht keine weitere schützende Lage aufweist. Gerade im Hinblick auf solche Elektronikgehäuse, die aggressiven Medien ausgesetzt sind, wie sie beispielsweise in Getrieben und in Motoren vorherrschen, wird ein Schutz der empfindlichen Leiterbahnen durch eine Abdeckung mit einem Gehäusedeckel und/oder mit Kontaktierabdeckungen vorgesehen. Der Gehäusedeckel kann hermetisch dicht auf den Gehäuseboden mit der darauf fixierten, erfindungsgemäß ausgestalteten flexiblen Leiterplatte aufgebracht werden, so dass die darunter befindlichen Bereiche der Leiterplatte ausreichend geschützt sind. Die außerhalb des Gehäusedeckels liegenden Leiterbahnbereiche der erfindungsgemäßen flexiblen Leiterplatte können auf andere Weise, bevorzugt durch weitere Abdeckungen wie zum Beispiel Kontaktierabdeckungen, geschützt werden. Zusätzlich können diese Bereiche variabel auf die Kontaktierungserfordernisse der unterschiedlichen Peripherien angepasst werden. Insbesondere kann auch eine Größenanpassung des gesamten Gehäuses erstmals auf kostengünstige und einfache Weise vorgenommen werden.According to the invention, it is proposed to provide an electronics housing in which the flexible printed circuit board used has no further protective layer above the copper conductor track layer. Especially with regard to such electronics housing, which are exposed to aggressive media, such as prevail, for example, in transmissions and motors, a protection of the sensitive printed conductors is provided by a cover with a housing cover and / or with Kontaktierabdeckungen. The housing cover can be hermetically sealed to the housing bottom with the fi xierten, inventively designed flexible circuit board are applied, so that the underlying areas of the circuit board are sufficiently protected. The lying outside the housing cover conductor track areas of the flexible printed circuit board according to the invention can be protected in other ways, preferably by other covers such as Kontaktierabdeckungen. In addition, these ranges can be variably adjusted to the contacting requirements of the different peripherals. In particular, a size adjustment of the entire housing can be made for the first time in a cost effective and simple manner.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments and developments, which individually or in combination with each other are Subject of the dependent Claims.
Als
elektrische Verbindung kann eine erfindungsgemäß ohne Decklage ausgeführte flexible Leiterplatte
verwendet werden. Es können
aber auch gleichermaßen
ein oder mehrere Teil-Flex-Leiterplatten
nach der in der
Die flexible Leiterplatte kann beispielsweise aus einer unteren Polyimid-Basisfolie und darauf in einer Klebeschicht eingebettet angeordneten metallischen Leiterbahnen, vorzugsweise aus Kupfer, bestehen. Bevorzugt können auch mehrlagige flexible Leiterplatten, die definitionsgemäß mehrere durch Isolationsschichten getrennte Kupferleiterbahnschichten aufweisen, als elektrische Verbindung verwendet werden. Erfindungsgemäß wird von der Aufbringung einer Deckschicht abgesehen. Auf diese Weise hebt sich die vorliegende Erfindung auch vor teilhaft von den vorbekannten Elektronikgehäusen des Standes der Technik ab, in denen die flexiblen Leiterplatten zur Kontaktierung der peripheren Komponenten kleine Ausschnitte in der Deckfolie, so genannte "Pads", vorsehen, die durch das exakte Aufbringen einer entsprechend ausgestanzten Deckschicht auf die Leiterbahnschicht hergestellt werden müssen.The flexible printed circuit board may for example consist of a lower polyimide base film and embedded thereon in an adhesive layer arranged metallic Conductor tracks, preferably made of copper. Preference may also be given multi-layer flexible printed circuit boards, by definition several have copper interconnect layers separated by insulation layers, be used as an electrical connection. According to the invention of apart from the application of a topcoat. In this way lifts The present invention also before geous of the previously known Electronic housings of the From the prior art, in which the flexible circuit boards for Contacting the peripheral components small cutouts in the Cover film, called "pads", provide through the exact application of a corresponding punched cover layer must be made on the wiring layer.
Es können auch weitere, bevorzugt kostengünstigere, Materialien sowohl für die Basisfolie als auch für die Klebeschicht verwendet werden. So können beispielsweise zur Kostenreduzierung solche Materialien vorgesehen werden, die in einem Spritz-, Lackier- oder Siebdruckverfahren auftragbar sind. Daneben ist es möglich, die Schichtdicke der einzelnen Schichten zu variieren.It can also further, preferably less expensive, Materials for both the base film as well for the adhesive layer can be used. For example, to reduce costs such materials are to be used in an injection, painting and or screen printing can be applied. In addition it is possible the Layer thickness of the individual layers to vary.
Zur Ermöglichung der späteren Aufbringung des Gehäusedeckels kann beispielsweise eine umlaufende Vertiefung zur Aufnahme einer Dichtung oder eines Dichtungsmaterials vorgesehen werden. Alternativ oder kumulativ kann der Gehäusedeckel auch durch Nieten, Kleben oder Löten mit der Grundplatte und/oder der erfindungsgemäß ausgebildeten flexiblen Leiterplatte verbunden werden. Wichtig dabei ist vor allem, eine gute Abdichtung zu gewährleisten, sollen die Elektronikbauteile später in aggressiver Umgebung, wie zum Beispiel in einem Getriebe oder in einem Motor, eingesetzt werden.to enabling later Application of the housing cover For example, a circumferential recess for receiving a Seal or a sealing material can be provided. alternative or cumulatively, the housing cover can also by riveting, gluing or soldering with the base plate and / or the inventively embodied flexible circuit board get connected. Above all, a good seal is important to ensure, should the electronic components later in an aggressive environment, such as in a transmission or in a motor, to be used.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Gehäusedeckel mit Hilfe eines Acrylklebers befestigt. So kann beispielsweise eine ununterbrochen umlaufende Bahn einer Acrylkleberfolie auf der Oberfläche der Bodenplatte und/oder flexiblen Leiterbahn angeordnet werden. Vorzugsweise bildet dieser Klebebereich die Aufsatzfläche des Gehäusedeckels ab.In In a preferred embodiment, the housing cover with the aid of an acrylic adhesive attached. For example, an uninterrupted circulating Course of an acrylic adhesive film on the surface of the bottom plate and / or be arranged flexible track. Preferably, this forms Adhesive area the top surface of the housing cover from.
Der Gehäuseboden besteht bevorzugter Weise aus einem metallischen Material, besonders bevorzugt ist er aus Aluminium. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäß ausgestaltete flexible Leiterplatte auf den metallischen Gehäuseboden auflaminiert. Dies stellt eine verlässliche, dichte und kostengünstige Fixierung sicher. Der Gehäusedeckel kann aus jedem Material bestehen, das einen ausreichenden Schutz der Elektronik gegenüber den gegebenen Umwelteinflüssen sicherstellt. Neben Gehäusedeckeln aus Kunststoff können auch solche aus metallischen Materialien verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Gehäusedeckel aus Metall vorgesehen. Dieser bringt gleichzeitig die notwendigen EMV-Abschirmwerte und eine erhöhte Steifigkeit mit. Alternativ kann auch ein metallisierter Kunststoff-Formkörper eingesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gehäusedeckel jedoch aus einem metallischen Material wie beispielsweise Stahlblech, Aluminium oder Druckguss gefertigt. Dadurch ergeben sich eine erhöhte Langzeitstabilität, eine gute Diffusionsdichte gegenüber aggressiven Chemikalien und verbesserte Abschirmwerte über die gesamte Lebensdauer des Steuergeräts.The housing bottom is preferably made of a metallic material, more preferably it is made of aluminum. In a preferred embodiment of the invention, the inventively designed flexible circuit board is laminated to the metallic housing bottom. This ensures a reliable, tight and cost-effective fixation. The housing cover can be made of any material that ensures sufficient protection of the electronics against the environmental influences. In addition to housing covers made of plastic and those made of metallic materials can be used. Preferably, a housing cover made of metal is provided. At the same time it provides the necessary EMC shielding values and increased rigidity. Alternatively, a metallized plastic molded body can also be used. In an advantageous embodiment, however, the housing cover is made of a metallic material such as steel, aluminum or die-cast. This results in an increased long-term stability, a good diffusion density against aggressive chemicals and improved the shielding values over the entire service life of the control unit.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses für ein Steuergerät wird eine einstückige flexible Leiterplatte oder ein oder mehrere Teil-Flex-Leiterplatten auf den Gehäuseboden aufgebracht, die oberhalb der Kupfer-Leiterbahn keine Decklage aufweisen. Die Kontaktierungen zu den elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses werden hergestellt und anschließend wird der Gehäusedeckel auf den entsprechenden Bereich der Unterseite des Gehäuses aufgebracht und fixiert. Die offenen Leiterbahnbereiche der flexiblen Leiterplatte mit den anschließend hergestellten Kontaktierungen zu den Peripherien werden vorzugsweise durch Kontaktierungsabdeckungen vor äußeren Einflüssen geschützt. Solche äußeren Einflüsse können beispielsweise metallische Späne aus Fertigungsrückständen des Getriebe- oder Motorgehäuses beinhalten, die zu Kurzschlüssen der Kontaktierungen oder der offenen Bereiche der Kupfer-Leitungsbahnen führen könnten.to Production of a housing according to the invention for a control unit is a one-piece flexible Printed circuit board or one or more part-flex printed circuit boards on the caseback applied, which have no top layer above the copper interconnect. The contacts to the electronic components inside of the housing are produced and subsequently becomes the housing cover applied to the corresponding area of the bottom of the housing and fixed. The open conductor sections of the flexible circuit board with then Preparations made to the peripheries are preferably Protected by Kontaktierungsabdeckungen from external influences. Such external influences can, for example metallic chips from production residues of the Gearbox or motor housing involve short circuits the contacts or the open areas of the copper tracks to lead could.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine flexible Leiterplatte oder mehrere Teil-Flex-Leiterplatten auf einen Gehäuseboden, bevorzugt aus Aluminium, auflaminiert. Besonders bevorzugt wird die flexible Leiterplatte mittels Acrylkleber auf dem Gehäuseboden fixiert.According to the present Invention are a flexible circuit board or more part-flex circuit boards on a caseback, preferably of aluminum, laminated. Particularly preferred is the flexible printed circuit board using acrylic glue on the case back fixed.
Verbindungen zwischen den außerhalb des Gehäuses angeordneten elektronischen Komponenten und der flexiblen Leiterplatte der vorliegenden Erfindung können auf jede bekannte Weise hergestellt werden. So können die Verbindungen lösbar beispielsweise als Stecker oder nicht lösbar durch beispielsweise Löten oder Schweißen hergestellt werden. Die elektronische Verbindung wird besonders bevorzugt direkt sowohl mit dem elektronischen Substrat im Inneren des Gehäuses als auch mit den Signalgebern und -empfängern (insbesondere Sensoren, Ventile, etc.) außerhalb des Gehäuses verbunden. Insbesondere bevorzugt wird eine direkte Verbindung mit dem elektronischen Substrat im Inneren des Gehäuses mittels Dickdraht-Ronden hergestellt. Die Anzahl der Verbindungen kann somit deutlich reduziert und auf diese Weise Teileausfälle aufgrund von schadhaften Schnittstellen wie beispielsweise Steckern vermieden werden. Die Fehleranfälligkeit vermindert sich dadurch erheblich.links between the outside of the housing arranged electronic components and the flexible circuit board of the present invention be prepared in any known manner. For example, the connections can be releasable as a plug or not solvable by, for example, soldering or welding getting produced. The electronic connection is particularly preferred directly with both the electronic substrate inside the case as also with the signal transmitters and receivers (in particular sensors, Valves, etc.) outside of the housing connected. Particularly preferred is a direct connection with the electronic substrate inside the housing by means of thick wire blanks produced. The number of connections can thus be significantly reduced and in this way part failures due to defective interfaces such as plugs be avoided. The error rate is reduced considerably.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausführungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.The Invention will be described below by way of example with reference to two Variants in Explained connection with the drawings.
In dieser zeigt:In this shows:
Dieser
besteht aus einer Basislage
Dies ermöglicht eine optimale Entflechtung von Signal- und Strompfaden und der Einsatz teuerer flexibler Leiterplattenflächen kann auf ein Minimum reduziert werden. Die Teil-Flex-Leiterplatten können somit so ausgestaltet sein, dass eine optimale Nutzenauslastung möglich ist und nur geringer Verwurf entsteht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Tatsache, dass der Übergang zwischen den Rändern der Teil-Flex-Leiterplatten aufgrund der fehlenden Decklage und dem Gehäuseboden nunmehr in seiner Höhe verringert ist. Auf diese Weise lässt sich die Abdichtung des aufgesetzten Gehäusedeckels mit vermindertem Aufwand herstellen.This allows Optimal unbundling of signal and current paths and use expensive flexible printed circuit board surfaces can be reduced to a minimum become. The part-flex circuit boards can thus be designed so that optimal benefit utilization is possible and only a few faults arise. Another advantage arises by the fact that the transition between the edges of the Partial flexible circuit boards due to the lack of top layer and the case back now in his Height reduced is. That way the sealing of the attached housing cover with reduced Create effort.
Zusammenfassend wird aufgrund der fehlenden Decklage demnach eine erheblich vereinfachte Herstellung ermöglicht. Gleichzeitig wird durch die verschiedenen Möglichkeiten der Abdeckung mit dem Gehäusedeckel für die Bereiche innerhalb des hermetisch dichten Innenraums und mit den Kontaktierabdeckungen außerhalb des hermetisch dichten Innenraums sichergestellt, dass ein ausreichender Schutz vor Umwelteinflüssen und insbesondere vor Kurzschlüssen der Kupfer-Leitungsbahnen gegeben ist.In summary, due to the lack of The cover layer thus allows a considerably simplified production. At the same time, it is ensured by the various possibilities of covering with the housing cover for the areas within the hermetically sealed interior and with the Kontaktierabdeckungen outside the hermetically sealed interior, that a sufficient protection against environmental influences and in particular against short circuits of the copper conductor tracks is given.
In Kombination mit der bevorzugten Ausgestaltung der Teil-Flex-Leiterplatten entsteht ein Konzept zur Bereitstellung eines Gehäuses mit modularem Aufbau, bei dem die erfindungsgemäß vereinfachte flexible Leiterplatte standardisierte offene Bereiche der Kupferleiterplatte für die Kontaktierung der peripheren Komponenten aufweist. Auf diese Weise ist erstmals eine variable Anpassung von Elektronikgehäusen an sich ändernde Vorgaben bezüglich der äußeren Komponenten oder des Elektroniksubstrats möglich. Insbesondere kann auch eine Größenanpassung des gesamten Gehäuses erstmals auf kostengünstige und einfache Weise vorgenommen werden. Eine aufwendige Neukonzeption des Elektronikgerätes kann hierdurch vermieden werden. Zusätzlich ist eine vereinheitlichte und ver einfachte Fertigung der flexiblen Leiterplatten möglich, was zusätzlich zu einem erheblichen Kostenvorteil führen kann.In Combination with the preferred embodiment of the part-flex printed circuit boards creates a concept for providing a housing with modular design, in which the inventively simplified flexible circuit board standardized open areas of the copper circuit board for contacting comprising the peripheral components. This is the first time a variable adaptation of electronics housings to changing ones Specifications regarding the outer components or the electronic substrate possible. In particular, also a size adjustment of the entire case first on low cost and easy way to be done. An elaborate new concept of the electronic device can be avoided. In addition, a unified and ver simplified production of the flexible circuit boards possible, what additionally can lead to a significant cost advantage.
Durch einen standardisierten Aufbau kann weiterhin eine erleichterte Qualitätskontrolle und damit eine erhebliche Fehlerreduktion solcher Bauteile aufgrund von schadhaften Schnittstelen erzielt werden. Erfindungsgemäße Elektronikgeräte können vorteilhafter Weise in einem Temperaturbereich von –40°C bis +180°C verwendet werden.By a standardized structure can continue to facilitate quality control and thus a significant error reduction of such components due be achieved by defective Schnittstelen. Electronic devices according to the invention can be more advantageous Be used in a temperature range from -40 ° C to + 180 ° C.
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