DE102007032594B4 - Steuervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Steuervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Steuervorrichtung (10), mit - einer Bodenplatte (22), - einer mit der Bodenplatte (22) gekoppelten Deckplatte (24), - einem zwischen der Bodenplatte (22) und der Deckplatte (24) ausgebildeten Innenraum (38), - einem Schaltungsträger (32), der in dem Innenraum (38) angeordnet ist, und - einem Leiterbahnträger (12), der mit dem Schaltungsträger (32) elektrisch gekoppelt ist, wobei die Bodenplatte (22) eine durchgehende Ausnehmung (26) aufweist, die ausgebildet und angeordnet ist zum Zuführen einer Gießmasse (28) in den Innenraum (38) zwischen der Bodenplatte (22) und der Deckplatte (24), wobei die Gießmasse (28) augbildet ist zur wenigstens teilweisen, schwingungsdämpfenden Umhüllung des Schaltungsträgers (32) und/oder des Leiterbahnträgers (12).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Steuervorrichtung.
  • Bei Kraftfahrzeugen besteht immer häufiger die Anforderung, eine Steuerelektronik und die dazugehörigen Sensoren in einem Automatikgetriebe zu integrieren. Auch bei der Steuerung von Motoren und Bremsanlagen ist diese Art der Integration in zunehmendem Maß gewünscht. In den dabei eingesetzten mechatronischen Systemen kommen dabei häufig Leiterbahnträger oder Flexfolien zum Einsatz. Diese Leiterbahnträger sind aus ökonomischen Gründen als einlagige Leiterplatten ausgeführt. Die auf einem Schaltungsträger aufgebrachte Steuerelektronik ist elektrisch mit dem Leiterbahnträger gekoppelt. Der Schaltungsträger muss gegenüber den in den Motoren und Getrieben verwendeten Ölen, die chemisch höchst aggressive Additive enthalten, abgeschirmt werden. Zugleich müssen aber elektrische Leitungen durch die Abschirmung hindurchgeführt werden, um Komponenten eines Motors oder eines Getriebes elektronisch steuern zu können. Technologische Systemanforderungen ergeben sich insbesondere in Bezug auf Dichtigkeit gegenüber den Umgebungsmedien (Öl, Benzin, Wasser), der Funktionsfähigkeit über einen großen Temperaturbereich (–40°C bis +140°C) und Festigkeit gegenüber Vibrationsbeschleunigungen.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 199 07 949 A1 ist eine bestückte Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Grundplatte, einem auf der Grundplatte angebrachten, mit elektrischen Bauelementen bestückten Substrat, und einem zu dem Substrat geführten Leiterbahnträger, der das bestückte Substrat über Leitungsdrähte, die auf dem Leiterbahnträger an entsprechenden Kontaktstellen angebracht sind, elektrisch kontaktiert, bei welcher über dem Substrat und über den Kon taktstellen der Leitungsdrähte an dem Leiterbahnträger Verguss-Strukturen aus Gießmasse vorgesehen sind.
  • Die DE 199 07 949 A1 offenbart ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, das eine metallische Bodenplatte und einen mit dieser öldicht gekoppelten Gehäusedeckel aufweist. Auf der Bodenplatte verläuft eine flexible Leiterplatte, die eine elektronische Schaltung das Steuergerät kontaktiert und zwischen dem Gehäusedeckel und der Bodenplatte aus dem Steuergerät herausgeführt ist. Eine Leiterplatten-Trägerstruktur setzt die Bodenplatte flächig fort und ermöglicht eine gezielte Beeinflussung der Lage der flexiblen Leiterplatte außerhalb des Steuergeräts.
  • Die EP 0 591 631 A1 offenbart eine Leistungshalbleiter-Anordnung mit einem Leistungsschaltkreis und einem Regelschaltkreis, die in einem Harzgehäuse aufgenommen sind. Die Schaltkreise sind auf verschiedenen Substraten montiert und untereinander intern verbunden. Leistungsanschlüsse und Regelungsanschlüsse, die entsprechend mit dem Leistungsschaltkreis und dem Regelschaltkreis verbunden sind, sind aus dem Gehäuse herausgeführt. Die Leistungsanschlüsse, die Regelungsanschlüsse und Leiterstifte werden zusammen mit dem Gehäuse gegossen. Die Leistungsanschlüsse und die Regelungsanschlüsse sind an peripheren Kanten des Gehäuses angeordnet, während die Leiterstifte zur Herstellung eines Anschlusses zwischen dem Leistungs- und dem Regelkreis auf einem Stiftblock angeordnet sind, der in einer mittleren Ebene in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Substrat für den Leistungskreis ist auf einer Wärme abführenden Metallplatte angeordnet, die mit der Unterseite des Gehäuses und dem Substrat für den Regelkreis auf dem Stiftblock verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Steuervorrichtung zu schaffen, die bzw. das eine kostengünstig realisierbare und mechanisch sichere elektrische Anbindung des Schaltungsträgers an den Leiterbahnträger ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten Aspekts aus durch eine Steuervorrichtung, mit einer Bodenplatte, einer mit der Bodenplatte gekoppelten Deckplatte, einem zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte ausgebildeten Innenraum, einem Schaltungsträger, der in dem Innenraum angeordnet ist, und eines Leiterbahnträgers, der mit dem Schaltungsträger elektrisch gekoppelt ist, wobei die Bodenplatte eine durchgehende Ausnehmung aufweist, die ausgebildet und angeordnet ist zum Zuführen einer Gießmasse in den Innenraum zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte, wobei die Gießmasse ausgebildet ist zur wenigstens teilweisen, schwingungsdämpfenden Umhüllung des Schaltungsträgers und/oder des Leiterbahnträgers.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Gießmasse auch von der Bodenplatte her eingebracht werden kann. Damit kann die Gießmasse alternativ zu der sonst üblichen Zuführung über die Deckplatte über die Bodenplatte erfolgen, insbesondere dann, wenn die Deckplatte nicht für das Zuführen der Gießmasse geeignet ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der durchgehenden Ausnehmung der Bodenplatte ein Verschlusselement angeordnet, mittels dem der Innenraum fluiddicht verschließbar ist. Dies ist vorteilhaft, da so ein fluiddichtes Abdichten des Innenraums der Steuervorrichtung nach außen möglich, insbesondere dann, wenn die Gießmasse in ihrem Endzustand in Schwerkraftrichtung über der durchgehenden Ausnehmung der Bodenplatte angeordnet ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Leiterbahnträger eine flexible Leiterplatte. Dies hat den Vorteil, dass die Abschirmung für Steuerungen, beispielsweise Getriebesteuerungen, Motorsteuerungen etc., in Verbindung mit flexiblen Leiterplatten eingesetzt werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Deckplatte als tiefgezogenes Metallblech ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da so ein bewährtes und kostengünstiges Herstellungsverfahren für die Deckplatte möglich ist. Darüber hinaus kann so erreicht werden, dass nur ein geringer Materialbedarf für die Deckplatte erforderlich ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Deckplatte eine Dicke von 0,4 bis 0,8 mm auf. Dies hat den Vorteil, dass die Deckplatte mit einem sehr geringen Materialaufwand hergestellt werden kann.
  • Die Erfindung zeichnet sich gemäß eines zweiten Aspekts aus durch ein Verfahren zum Vergießen eines Schaltungsträgers einer Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung aufweist eine Bodenplatte, die eine durchgehende Ausnehmung aufweist, eine mit der Bodenplatte gekoppelte Deckplatte, einen zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte ausgebildeten Innenraum, einen Schaltungsträger, der in dem Innenraum angeordnet und mit der Bodenplatte gekoppelt ist, und einen Leiterbahnträger, der mit dem Schaltungsträger elektrisch gekoppelt ist. Das Verfahren hat folgende Schritte: Bereitstellen der Steuervorrichtung, Zuführen einer Gießmasse in den Innenraum zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte über die durchgehende Ausnehmung in der Bodenplatte, fluiddichtes Verschließen der durchgehenden Ausnehmung in der Bodenplatte mittels eines Verschlusselements, vor dem Erstarren der Gießmasse in dem Innenraum Ausrichten der Steuervorrichtung derart, dass der Schaltungsträger in Schwerkraftrichtung oberhalb der Bodenplatte angeordnet ist.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein Vergießen der von der Bodenplatte abgewandten Seite von Schaltungsträger und/oder Leiterbahnträger auch für eine durchgehende Ausnehmung in der Bodenplatte möglich ist. Damit kann dieses Verfahren auch dann durchgeführt werden, wenn die Deckplatte nicht für das Zuführen der Gießmasse geeignet ist, beispielsweise weil die Deckplatte keine durchgehende Ausnehmung aufweisen soll.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Schnittansicht einer Steuervorrichtung,
  • 2 eine Schnittansicht eines Leiterbahnträgers, und
  • 3 eine Aufsicht auf den Leiterbahnträger und einen Schaltungsträger der Steuervorrichtung.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder gleicher Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Schnittansichten der 1 und 2 zeigen den Aufbau einer Steuervorrichtung 10 und eines Leiterbahnträgers 12. Die Steuervorrichtung 10 hat eine Bodenplatte 22, auf der der Leiterbahnträger 12 angeordnet ist. Der Leiterbahnträger 12 ist vorzugsweise eine flexible Leiterplatte. In diesem Fall hat der Leiterbahnträger 12 eine Basisfolie 14 und eine Deckfolie 18, zwischen denen eine oder mehrere Leiterbahnen 16, die vorzugsweise aus Kupfer bestehen, angeordnet sind. Die Leiterbahn 16 ist in verschiedene Kleberschichten 20 eingebettet, die zwischen der Basisfolie 14 und der Leiterbahn 16 einerseits und der Leiterbahn 16 und der Deckfolie 18 ande rerseits angeordnet sind. Sowohl die Basisfolie 14 als auch die Deckfolie 18 sind flexibel und bestehen bevorzugt aus Polyimid, das die für den Einsatz in Fahrzeugkomponenten erforderlichen chemischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften aufweist.
  • In einer Ausnehmung 40 des Leiterbahnträgers 12 ist auf der Bodenplatte 22 weiter ein Schaltungsträger 32 angeordnet (3). Der Schaltungsträger 32 kann entweder auf der Bodenplatte 22 aufliegen oder mit dieser fest gekoppelt, vorzugsweise auf diese aufgeklebt sein. Der Schaltungsträger 32 ist vorzugsweise ein LTCC-Substrat (LTCC = low temperature cofired ceramic).
  • Der Schaltungsträger 32 ist mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bestückt und weist elektrisch leitende Kontaktstellen 36 auf. Der Leiterbahnträger 12 weist ebenfalls elektrisch leitende Kontaktstellen 37 auf. Die elektrisch leitenden Kontaktstellen 36 des Schaltungsträgers 32 und die elektrisch leitenden Kontaktstellen 37 des Leiterbahnträgers 12 sind mittels Verbindungsdrähten 34 miteinander elektrisch gekoppelt. Die Verbindungsdrähte 34 sind vorzugsweise Bonddrähte, besonders bevorzugt sind Aluminium-Dickdraht-Bonddrähte mit einer Dicke von etwa 300 μm.
  • Auf dem Leiterbahnträger 12 ist eine Deckplatte 24 angeordnet, die mit der Bodenplatte 22 gekoppelt ist. Zwischen der Bodenplatte 22 und der Deckplatte 24 ist ein Innenraum 38 ausgebildet, in dem der Schaltungsträger 32 angeordnet ist. Weiter sind Teile des Leiterbahnträgers 12 in dem Innenraum 38 angeordnet.
  • Die Deckplatte 24 ist mit der Bodenplatte 22 durch eine Anpressverbindung öldicht gekoppelt. Der Leiterbahnträger 12 ist zwischen der Bodenplatte 22 und der Deckplatte 24 aus dem Innenraum 38 zwischen der Bodenplatte 22 und der Deckplatte 24 herausgeführt und ist außerhalb des Innenraums 38 mit elektrischen oder elektronischen Bauteilen kontaktiert.
  • Auf den Schaltungsträger 32 und den Leiterbahnträger 12 ist eine Gießmasse 28 aufgebracht. Bevorzugt ist, wenn die Gießmasse 28 ein Silgel ist. Ein Silgel ist ein Gel mit einem hohen Silikonanteil, das dünnflüssig und damit gut verteilbar ist. Mit der Gießmasse 28 kann erreicht werden, dass der Schaltungsträger 32 und der Leiterbahnträger 12 schwingungsdämpfend umhüllt sind.
  • Die Bodenplatte 22 weist eine durchgehende Ausnehmung 26 auf, über die die Gießmasse 28 zugeführt werden kann, und die mit einem Verschlusselement 30, insbesondere nachdem die Gießmasse 28 zugeführt ist, fluiddicht verschlossen ist. Das Verschlusselement 30 kann ein in die durchgehende Ausnehmung 26 passendes Maschinenelement, zum Beispiel eine Schraube, eine Kugel oder ein Kegelstück, sein. Bevorzugt ist, wenn die Bodenplatte 22 nur eine durchgehende Ausnehmung 26 aufweist. In diesem Fall ist eine besonders einfache Handhabung der Gießmasse 28 beim Vergießen möglich.
  • Die Deckplatte 24 ist vorzugsweise als tief gezogenes Metallblech ausgebildet, da derartige Metallbleche einfach herstellbar sind und nur ein geringer Materialbedarf für die Deckplatte 24 erforderlich ist. Bevorzugt ist, wenn die Deckplatte 24 eine Dicke von 0,4 bis 0,8 aufweist, wobei eine Dicke von zirka 0,6 mm besonders bevorzugt ist. Es ist so möglich, die Deckplatte 24 mit einem sehr geringen Materialaufwand herzustellen. Außerdem erlauben tief gezogene Metallbleche eine wesentlich höhere Materialausbringung aus dem Werkzeug.
  • Im Folgenden soll das Verfahren zum Vergießen des Schaltungsträgers 32 der Steuervorrichtung 10 im Detail dargestellt werden:
    In einem ersten Schritt wird die Steuervorrichtung 10 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt wird die Gießmasse 28 dem Innenraum 38 zwischen der Bodenplatte 22 und der Deckplatte 24 über die durchgehende Ausnehmung 26 in der Bodenplatte 22 zugeführt. In einem weiteren Schritt wird die durchgehende Ausnehmung 26 mittels des Verschlusselements 30 in der Bodenplatte 22 fluiddicht verschlossen. Dies bedeutet, dass die durchgehende Ausnehmung 26 sowohl öldicht als auch silgeldicht verschlossen ist.
  • In einem weiteren Schritt wird vor dem Erstarren der Gießmasse in dem Innenraum 38 die Steuervorrichtung 10 derart ausgerichtet, dass der Schaltungsträger 32 in Schwerkraftrichtung oberhalb der Bodenplatte 22 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die von der Bodenplatte 22 abgewandten Seiten des Schaltungsträgers 32 und des Leiterbahnträgers 12 in Schwerkraftrichtung oberhalb der Bodenplatte 22 liegen und damit auf diesen Seiten von der Gießmasse 28 umhüllt sein können. Damit ist es möglich, dass die Gießmasse 28 sowohl auf dem Schaltungsträger 32 als auch auf dem Leiterbahnträger 12 so ausgebildet ist, dass der Schaltungsträger 32 und/oder der Leiterbahnträger 12 von der Gießmasse 28 schwingungsdämpfend umhüllt sind. Ebenso sind die Verbindungsdrähte 34, welche die elektrische Kopplung zwischen den Kontaktstellen 36 auf dem Schaltungsträger 32 und den Kontaktstellen 37 auf dem Leiterbahnträger 12 herstellen, ganz oder teilweise in die Gießmasse 28 eingebettet.
  • Mit diesem Verfahren ist es möglich, den Schaltungsträger 32 und/oder den Leiterbahnträger 12 auch über eine durchgehende Ausnehmung 26 in der Bodenplatte 22 zu vergießen.

Claims (6)

  1. Steuervorrichtung (10), mit – einer Bodenplatte (22), – einer mit der Bodenplatte (22) gekoppelten Deckplatte (24), – einem zwischen der Bodenplatte (22) und der Deckplatte (24) ausgebildeten Innenraum (38), – einem Schaltungsträger (32), der in dem Innenraum (38) angeordnet ist, und – einem Leiterbahnträger (12), der mit dem Schaltungsträger (32) elektrisch gekoppelt ist, wobei die Bodenplatte (22) eine durchgehende Ausnehmung (26) aufweist, die ausgebildet und angeordnet ist zum Zuführen einer Gießmasse (28) in den Innenraum (38) zwischen der Bodenplatte (22) und der Deckplatte (24), wobei die Gießmasse (28) ausgebildet ist zur wenigstens teilweisen, schwingungsdämpfenden Umhüllung des Schaltungsträgers (32) und/oder des Leiterbahnträgers (12).
  2. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei in der durchgehenden Ausnehmung (26) der Bodenplatte (22) ein Verschlusselement (30) angeordnet ist, mittels dem der Innenraum (38) fluiddicht verschließbar ist.
  3. Steuervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leiterbahnträger (12) eine flexible Leiterplatte ist.
  4. Steuervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckplatte (24) als tiefgezogenes Metallblech ausgebildet ist.
  5. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die Deckplatte (24) eine Dicke von 0,4 bis 0,8 mm aufweist.
  6. Verfahren zum Vergießen eines Schaltungsträgers (32) einer Steuervorrichtung (10), wobei die Steuervorrichtung (10) aufweist – eine Bodenplatte (22), die eine durchgehende Ausnehmung (26) aufweist, – eine mit der Bodenplatte (22) gekoppelten Deckplatte (24), – einen zwischen der Bodenplatte (22) und der Deckplatte (24) ausgebildeten Innenraum (38), – einen Schaltungsträger (32), der in dem Innenraum (38) angeordnet und mit der Bodenplatte (22) gekoppelt ist, und – ein Leiterbahnträger (12), der mit dem Schaltungsträger (32) elektrisch gekoppelt ist, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen der Steuervorrichtung (10), – Zuführen einer Gießmasse (28) in den Innenraum (38) zwischen der Bodenplatte (22) und der Deckplatte (24) über die durchgehende Ausnehmung (26) in der Bodenplatte (22), – fluiddichtes Verschließen der durchgehenden Ausnehmung (26) in der Bodenplatte (22) mittels eines Verschlusselements (30), – vor dem Erstarren der Gießmasse (28) in dem Innenraum (38) Ausrichten der Steuervorrichtung (10) derart, dass der Schaltungsträger (32) in Schwerkraftrichtung oberhalb der Bodenplatte (22) angeordnet ist.
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