DE102009053472A1

DE102009053472A1 - Elektronische Baugruppe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102009053472A1
Application number: DE102009053472A
Authority: DE
Inventors: Stefan Baumann; Rainer Viertler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-06-09
Also published as: WO2011057930A3; WO2011057930A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe umfassend einen Aktor, der mindestens eine erste elektrische Anschlussfläche und mindestens ein Aktorenbauteil mit einer Anpressfläche aufweist; mindestens eine elektrisch isolierende Schicht, welche die Anpressfläche des mindestens einen Aktorenbauteils zumindest teilweise bedeckt; ein elektronisches Steuermodul, welches eine Leiterplatte mit mindestens einer zweiten elektrischen Anschlussfläche und einer Anzahl an elektrischen Bauelementen umfassend zumindest ein Leistungshalbleiterbauelement aufweist, wobei das Steuermodul auf der, der Anpressfläche abgewandten Seite der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht an die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht anschließt; eine Anpresseinheit zum Anpressen und Fixieren des Steuermoduls gegenüber der Anpressfläche; und eine Anzahl an Federelementen, die eine elektrisch leitende Verbindung zwischen je einer ersten Anschlussfläche und je einer zweiten Anschlussfläche ausbilden, wobei das mindestens eine Federelement derart dimensioniert ist, dass es während des Anpressens des Steuermoduls elastisch verformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe, umfassend einen Aktor, der mindestens eine erste elektrische Anschlussfläche und mindestens ein Aktorenbauteil aufweist, und umfassend ein elektronisches Steuermodul, welches eine Leiterplatte mit mindestens einer zweiten elektrischen Anschlussfläche und einer Anzahl an elektrischen Bauelementen umfassend zumindest ein Leistungshalbleiterbauelement aufweist, wobei je eine erste Anschlussfläche elektrisch leitend mit je einer zweiten Anschlussfläche verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektronischen Baugruppe.
Unter einem Aktor, der häufig auch als Wandler bezeichnet wird, wird hier eine technische Einrichtung verstanden, die eine Eingangsgröße in eine andersartige physikalische Ausgangsgröße umwandelt, um einen Effekt oder eine Aktion hervorzurufen. Aktoren sind beispielsweise Motoren, Lautsprecher, Transducer, Spulen usw. Zur Ansteuerung von Aktoren werden elektronische Steuermodule eingesetzt, die üblicherweise eine Leiterplatte mit elektrischen Anschlussflächen aufweisen und mit aktiven und passiven Bauelementen inklusive Leistungshalbleiterbauelementen bestückt sind.
Elektrisch leitende Verbindungen zwischen Aktoren und elektronischen Steuermodulen wurden bisher üblicherweise über Kabel, Klemmen oder sonstige elektrisch leitende Verbinder ausgebildet, die Steck- oder Schraubverbinder, Einlötverbinder, Einpressverbinder und dergleichen umfassen.
An den Leistungshalbleiterbauelementen der elektronischen Steuermodule ist in der Regel eine hohe Verlustleistung zu verzeichnen, die eine starke Erwärmung der Bauelemente mit sich bringt. Diese sogenannte Verlustwärme muss abgeführt werden, um eine Schädigung des elektronischen Steuermoduls zu verhindern. Dazu werden die elektronischen Steuermodule mit Kühlkörpern verbunden, die eine Abführung der Verlustwärme erhöhen und beschleunigen.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Baugruppe umfassend einen Aktor und ein elektronisches Steuermodul bereitzustellen, die eine besonders einfache Bauweise aufweist, und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
Zur elektrisch leitenden Verbindung von Leiterplatten oder Einheiten, die auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, ist es bereits bekannt, elektrisch leitende Federn oder federnde Teile einzusetzen.
So offenbart die DE 103 40 297 A1 ein Blattfederelement oder eine Schraubfeder zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen elektrischen Anschlussflächen einer mit aktiven und passiven Bauelementen bestückten Leiterplatte und elektrischen Anschlussflächen einer weiteren Leiterplatte.
Die DE 196 30 173 A1 beschreibt ein Leistungsmodul, dessen Gehäuse mit Druckkontaktfedern versehen ist. Die Last- und Steueranschlüsse werden über eine Druckkontaktierung mit einer Leiterplatte oder ähnlichen Elementen verbunden, wobei eine Verschraubung des Leistungsmoduls mit einer Kühleinrichtung möglich ist.
Die EP 1 933 379 A2 offenbart ein Leistungshalbleitermodul, das elektrische Anschlusselemente in Form von Kontaktfedern aufweist, die gegen ein Herausfallen gesichert sind.
Zur elektrisch leitenden Verbindung eines Aktors mit einem elektronischen Steuermodul wurden Federelemente bisher jedoch nicht in Betracht gezogen.
Die Aufgabe wird für die elektronische Baugruppe gelöst, umfassend

– einen Aktor, der mindestens eine erste elektrische Anschlussfläche und mindestens ein Aktorenbauteil mit einer Anpressfläche aufweist;
– mindestens eine elektrisch isolierende Schicht, welche die Anpressfläche des mindestens einen Aktorenbauteils zumindest teilweise bedeckt;
– ein elektronisches Steuermodul, welches eine Leiterplatte mit mindestens einer zweiten elektrischen Anschlussfläche und einer Anzahl an elektrischen Bauelementen umfassend zumindest ein Leistungshalbleiterbauelement aufweist, wobei das Steuermodul auf der, der Anpressfläche abgewandten Seite der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht an die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht anschließt;
– eine Anpresseinheit zum Anpressen und Fixieren des Steuermoduls gegenüber der Anpressfläche; und
– mindestens ein Federelement, das eine elektrisch leitende Verbindung zwischen je einer ersten Anschlussfläche und je einer zweiten Anschlussfläche ausbildet, wobei das mindestens eine Federelement derart dimensioniert ist, dass es während des Anpressens des Steuermoduls elastisch verformt ist.

Das mindestens eine Aktorenbauteil und/oder die Anpresseinheit dienen hierbei als Kühlkörper zur Abführung der Verlustwärme von den Bauelementen, insbesondere den Leistungshalbleiterbauelementen. Zusätzliche Kühlkörper sind nicht mehr erforderlich. Zudem ist mittels der Anpresseinheit schnell, reproduzierbar und unkompliziert eine elektrische sowie mechanische Verbindung zwischen einem Steuermodul und einem Aktor herstellbar. Durch Auswahl von Federelementen mit geeignetem Federweg und geeigneter Federkraft wird die Qualität der elektrischen Verbindung zwischen einem Steuermodul und einem Aktor auf gleichmäßigem Niveau reproduzierbar ausgebildet. Toleranzen in den Abmessungen des Steuermoduls und/oder des Aktors bzw. des Aktorenbauteils lassen sich mittels der Federelemente unkompliziert ausgleichen. Mittels erfindungsgemäßer elektronischer Baugruppen sind somit gleichbleibende Luft- und Kriechstrecken erzielbar.
Die Anpressfläche des mindestens einen Aktorenbauteils ist bevorzugt eben ausgebildet, um eine in der Regel ebene, starre Leiterplatte möglichst gleichmäßig anpressen zu können. Bei Verwendung flexibler Leiterplatten kann aber auch eine andersartig geformte Anpressfläche, beispielsweise eine gewölbte oder schräge Anpressfläche Verwendung finden.
Der Aktor ist dabei bevorzugt zur Umsetzung elektronischer Signale in mechanische Bewegung eingerichtet.
Das Aktorenbauteil bildet bevorzugt ein Gehäuse für den Aktor oder einen Teil eines Gehäuses für den Aktor. Dabei kann ein Aktorenbauteil in Form eines Gehäuses eine beliebige Form aufweisen.
Das Aktorenbauteil kann dabei aus Metall, Kunststoff oder Keramik gebildet sein. Auch Verbundwerkstoffe aus faserverstärktem Kunststoff, Cermets usw. sind geeignet. Besonders bevorzugt sind allerdings Werkstoffe mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie Metalle, um Wärmeenergie möglichst schnell von den Bauelementen und der Leiterplatte abzuführen.
Insbesondere handelt es sich bei dem Aktor um einen Motor. Das Aktorenbauteil bildet in diesem Fall vorzugsweise ein Motorgehäuse oder einen Teil eines Motorgehäuses oder einen Motorflansch.
Es kann sich bei dem Aktor aber insbesondere auch um einen Lautsprecher, einen Transducer oder eine Spule usw. handeln.
Ein Aktor umfasst in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens einen Sensor, wie beispielweise einen Temperatursensor oder ähnliches. Dabei hat es sich bewährt, wenn eine elektrische Kontaktierung des mindestens einen Sensors ebenfalls mittels eines Federelements erfolgt. Dabei wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens einer weiteren zweiten elektrischen Anschlussfläche auf der Leiterplatte und mindestens einer weiteren ersten Anschlussfläche, welche in elektrischer Verbindung mit dem mindestens einen Sensor steht, bereitgestellt.
Die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht ist bevorzugt elastisch, um das Steuermodul möglichst gleichmäßig an die Anpressfläche anpressen zu können. Die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht weist alternativ oder in Kombination dazu insbesondere eine gute thermische Leitfähigkeit auf, um Wärmeenergie vom Steuermodul abzuleiten.
Bevorzugt ist die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht durch eine Isolierfolie aus Kunststoff, wie beispielsweise eine Polyimidfolie, oder aus Keramik, insbesondere eine glasfaserverstärkte Keramikfolie, ausgebildet. Eine solche Isolierfolie weist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm auf. Eine Isolierfolie, die automatisch am Aktorenbauteil zentrierbar ist, beispielsweise durch am Aktorenbauteil vorgesehene Nuten, Leitelemente oder dergleichen, vereinfacht die Montage der Baugruppe und deren Betriebssicherheit.
Alternativ zu einer Isolationsfolie kann auch eine elektrisch isolierende Paste oder ein elektrisch isolierendes Kunststoffmaterial auf die Anpressfläche aufgebracht und verfestigt werden.
Alternativ hat es sich bewährt, wenn die elektrisch isolierende Schicht aus einem Klebstoff oder einer elektrisch isolierenden Hartstoffschicht, beispielweise aus einem oxidischen oder nitridischen Hartstoff, gebildet ist. Eine solche Hartstoffschicht wird bevorzugt in Kombination mit einer Kunststoffschicht oder Kleberschicht eingesetzt, welche hier elektrisch isolierend, insbesondere weiterhin auch elastisch und/oder thermisch gut leitend ausgebildet ist.
Um die Isolationswirkung einer elektrisch isolierenden Schicht zu verbessern, wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Folienstapel umfassend mindestens zwei Isolierfolien eingesetzt, die deckungsgleich übereinander positioniert sind. Alternativ ist auch die Erhöhung der Dicke einer elektrisch isolierenden Schicht möglich, die nicht in Form einer Isolierfolie eingesetzt wird. Durch diese Maßnahmen wird eine Isolation gemäß der Niederspannungsrichtlinie erreicht.
Die ersten und zweiten elektrischen Anschlussflächen, wie auch die weiteren ersten und weiteren zweiten elektrischen Anschlussflächen, sind üblicherweise aus Metall oder einer Metalllegierung gebildet. Bevorzugt sind die Anschlussflächen aus Kupfer, Silber oder Zinn, insbesondere aber aus verzinntem oder versilbertem Kupfer, gebildet.
Die elektrischen Bauelemente können auf lediglich einer oder beiden Seiten der Leiterplatte angeordnet sein. Dabei werden insbesondere die Leitungshalbleiterbauelemente bevorzugt auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet. Aber auch eine Anordnung auf beiden Seiten der Leiterplatte ist möglich.
Dabei werden hier auf einer Seite der Leiterplatte bevorzugt Leistungshalbleiterbauelemente eingesetzt, welche gleiche Bauhöhen aufweisen. Dabei kann sich die jeweilige einheitliche Bauhöhe zu beiden Seiten der Leiterplatte aber natürlich unterscheiden.
Besonders bevorzugt sind die Bauelemente auf der Leiterplatte konzentrisch angeordnet, beispielsweise konzentrisch um eine Rotationsachse einer Rotorwelle eines Aktors in Form eines Motors. Dadurch lassen sich die Bauelemente besonders gleichmäßig durch die Anpresseinheit an das Aktorenbauteil anpressen. Dies verbessert die Abfuhr von Wärmeenergie und verhindert eine mechanische Beschädigung der Bauelemente.
Die Leistungshalbleiterbauelemente können der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht zu- und/oder abgewandt angeordnet sein.
Sofern die Leistungshalbleiterbauelemente auf der, der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnet sind, dient vor allem die Anpresseinheit als Kühlkörper, über welchen die Verlustwärme abgeführt wird. Auf einen zusätzlichen Kühlkörper kann verzichtet werden.
Sofern die Leistungshalbleiterbauelemente auf der, der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht zugewandten Seite der Leiterplatte angeordnet sind, dient vor allem das Aktorenbauteil als Kühlkörper, über welches die Verlustwärme abgeführt wird. Auf einen zusätzlichen Kühlkörper kann ebenfalls verzichtet werden.
Das elektronische Steuermodul weist gegebenenfalls eine elektrisch isolierende Ausgleichsmasse auf, welche zwischen den elektrischen Bauelementen vorhandene Zwischenräume zumindest bereichsweise füllt. Die Ausgleichsmasse wird insbesondere dazu verwendet, dort eine durchgehende, bevorzugt ebene Oberfläche auszubilden, wo das Steuermodul gegen die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht oder gegen die Anpresseinheit gepresst werden soll. Die Ausgleichsmasse verbessert die Druckverteilung sowie die Ableitung der Verlustwärme von den Leistungshalbleiterbauelementen. Insbesondere leitet die Ausgleichsmasse auch Wärme direkt von der Leiterplatte ab. Die Ausgleichsmasse kann dabei entweder durch eine Vergussmasse auf die Leiterplatte aufgebracht und/oder in Form einer an die Anordnung der Bauelemente auf der Leiterplatte angepasste Schablone auf die Leiterplatte gelegt werden.
Ein jedes Federelement ist elektrisch leitend und elastisch verformbar. Bevorzugt umfasst ein Federelement einen gebogenen Metalldraht oder Metallstreifen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein jedes Federelement durch eine Drucktorsionsfeder gebildet. Dabei werden bevorzugt für eine elektronische Baugruppe gleiche Typen von Federelementen eingesetzt.
Es können alternativ aber auch unterschiedliche Typen von Federelementen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann bei einer elektronischen Baugruppe ein erster Typ Federelement in Form einer Drucktorsionsfeder zur Verbindung der ersten und zweiten Anschlussflächen von Leiterplatte und Aktor verwendet werden und gleichzeitig ein zweiter Typ Federelement in Form eines ziehharmonikaförmig gefalteten Metallstreifens zur Verbindung weiterer erster und weiterer zweiter Anschlussflächen der Leiterplatte und eines Aktors zur Anbindung eines Sensors des Aktors verwendet werden.
Die Federelemente sind vorzugsweise in einem Bereich zwischen den ersten Anschlussflächen und den zweiten Anschlussflächen mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung versehen. Die Umhüllung verhindert zuverlässig einen unerwünschten elektrischen Kontakt zwischen einem Federelement und einem weiteren elektrisch leitenden Element, wie beispielsweise einem weiteren Federelement. Die elektrisch isolierende Umhüllung ist dabei insbesondere durch eine Beschichtung oder eine Hülse gebildet.
Ein Federelement ist bevorzugt in seiner Position gegenüber der Leiterplatte und/oder gegenüber dem mindestens einen Aktorenbauteil fixiert. Unter einer Fixierung wird hierbei verstanden, dass ein Federelement in einer bestimmten Raumlage in seiner Position zuverlässig gehalten wird. Dies vereinfacht die Montage der elektronischen Baugruppe. Die Fixierung kann bei einer Änderung der Raumlage somit verloren gehen, muss es aber nicht.
Es hat sich bewährt, wenn mehrere Federelemente mittels mindestens einer Stützeinrichtung in ihrer Position zueinander fixiert sind. Dies verhindert ein Verrutschen der Federelemente bei der Montage der elektronischen Baugruppe.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Aktorenbauteil so ausgeformt, dass es pro Federelement eine Öffnung aufweist, welche an die Dimensionen des Federelements angepasst ist und in welche ein Federelement einsteckbar ist. Hier übernimmt somit das Aktorenbauteil selbst eine Stütz- und Haltefunktion, um das Federelement zu fixieren.
Alternativ kann ein Federelement aber auch mit einer Anschlussfläche verschweißt, verlötet oder verklebt sein, um die Montage der Baugruppe zu vereinfachen.
Die Anpresseinheit ist bevorzugt durch eine Platte oder einen Deckel und weiterhin mindestens eine Befestigungseinrichtung zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung der Platte oder des Deckels mit dem mindestens einen Aktorenbauteil gebildet. Als Befestigungseinrichtung wird bevorzugt eine Verschraubung von Platte oder Deckel einerseits mit dem Aktorenbauteil andererseits eingesetzt. Aber auch eine Befestigungseinrichtung, die eine Schnapp-Rast-Verbindung oder eine Klemmverbindung zwischen Platte oder Deckel einerseits mit dem mindestens eine Aktorenbauteil andererseits erzeugt bzw. bewirkt, ist einsetzbar.
Die Anpresseinheit ist dabei so ausgebildet, dass eine definierte Anpresskraft zwischen dem Steuermodul und dem mindestens einen Aktorenbauteil ausübbar ist. Insbesondere wird die Anpresseinheit unmittelbar an die Bestückung der eingesetzten Leiterplatte mit elektrischen Bauelementen und die Dimensionen und Leistungen dieser Bauelemente angepasst, um eine unzulässige mechanische Belastung, Verspannung oder Überhitzung einzelner Bauelemente zu verhindern. So kann die Anpresseinheit beispielsweise partiell mit einer hochwärmeleitfähigen Beschichtung versehen sein, Ausnehmungen oder Öffnungen im Bereich bestimmter Bauelemente aufweisen, usw.
Die Aufgabe wird für das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe mit folgenden Schritten gelöst:

– Bereitstellen eines Aktors mit mindestens einem Aktorenbauteil;
– Aufbringen der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht auf zumindest einen Teil der Anpressfläche des Aktorenbauteils;
– Verbinden je einer ersten Anschlussfläche oder je einer zweiten Anschlussfläche mit einem Federelement;
– Positionieren des Steuermoduls, wobei je eine zweite Anschlussfläche zu jeweils einer ersten Anschlussfläche zeigend angeordnet wird;
– Anpressen des Steuermoduls an die auf der Anpressfläche angeordnete mindestens eine elektrisch isolierende Schicht mittels der mindestens einen Anpresseinheit, wobei das mindestens eine Federelement elastisch verformt wird und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen je einer ersten Anschlussfläche und je einer zweiten Anschlussfläche ausgebildet wird; und
– Fixieren des Steuermoduls mittels der Anpresseinheit in dieser Position.

Die Fixierung des Steuermoduls erfolgt bei einer Anpresseinheit in Form einer Platte oder eines Deckels und weiterhin mindestens einer Befestigungseinheit insbesondere durch ein Verschrauben, Klemmen oder Einrasten des Deckels oder der Platte an dem mindestens einen Aktorenbauteil.
Für das Verfahren hat es sich bewährt, wenn der Aktor mindestens einen Sensor umfassend ausgebildet wird und wenn eine elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens einer weiteren zweiten elektrischen Anschlussfläche auf der Leiterplatte und mindestens einer weiteren ersten Anschlussfläche, welche in elektrischer Verbindung mit dem mindestens einen Sensor steht, mittels eines Federelements ausgebildet wird.
So erfolgt in einfacher und zeitsparender Weise die elektrische Anbindung der Leiterplatte an den Aktor sowie den Sensor des Aktors gleichzeitig durch Federelemente.
Die 1 bis 8 sollen mögliche Ausführungsformen elektronischer Baugruppen gemäß der Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt
1 schematisch eine erste elektronische Baugruppe im Schnittbild;
2 schematisch eine zweite elektronische Baugruppe im Schnittbild;
3 schematisch eine dritte elektronische Baugruppe im Schnittbild;
4 schematisch eine vierte elektronische Baugruppe im Schnittbild;
5 schematisch eine Draufsicht auf die dritte elektronische Baugruppe gemäß 3;
6 eine dreidimensionale Ansicht einer fünften elektronischen Baugruppe;
7 eine Draufsicht auf die fünfte elektronische Baugruppe gemäß 6; und
8 einen Schnitt durch die fünfte elektronische Baugruppe gemäß 6.
1 zeigt eine erste elektronische Baugruppe 1 im Schnittbild. Die elektronische Baugruppe 1 umfasst einen Aktor 2, hier in Form eines lediglich schematisch dargestellten Motors. Der Aktor 2 weist mehrere erste elektrische Anschlussflächen 2a und ein Aktorenbauteil 3 auf, das eine Anpressfläche 3a aufweist. Das Aktorenbauteil 3 ist hier einstückig ausgebildet und bildet ein metallisches Gehäuse für den Motor.
Weiterhin umfasst die elektronische Baugruppe 1 eine elektrisch isolierende Schicht 4, welche die Anpressfläche 3a des Aktorenbauteils 3 bedeckt.
Die elektronische Baugruppe 1 weist zudem ein elektronisches Steuermodul 5 auf. Das Steuermodul 5 umfasst eine Leiterplatte 6 mit zweiten elektrischen Anschlussflächen 6a und einer Anzahl an elektrischen Bauelementen 6b umfassend mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement 6b'.
Das Steuermodul 5 schließt auf der, der Anpressfläche 3a abgewandten Seite der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht 4 an die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht 4 an. Die elektrischen Bauelemente 6b, 6b' und die zweiten Anschlussflächen 6a befinden sich allesamt auf einer Seite der Leiterplatte 6, welche dem Aktorenbauteil 3 zugewandt ist. Dabei ist eine jede erste Anschlussfläche 2a über einer der zweiten Anschlussflächen 6a angeordnet. Zwischen den elektrischen Bauelementen 6b befinden sich Zwischenräume 6d, welche optional mit elektrisch isolierender Ausgleichsmasse gefüllt sein können.
Weiterhin umfasst die elektronische Baugruppe 1 eine Anpresseinheit 7 zum Anpressen und Fixieren des Steuermoduls 5 gegenüber der Anpressfläche 3a des Aktorenbauteils 3. Der Pfeil stellt die Anpresskraft dar, mit der die Anpresseinheit 7 das Steuermodul 5 an das Aktorenbauteil 3 andrückt. Das Aktorenbauteil 3 und die Anpresseinheit 7 dienen dabei als Kühlkörper zur Ableitung von Wärmeenergie vom Steuermodul 5.
Federelemente 8 dienen zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen je einer ersten Anschlussfläche 2a und je einer zweiten Anschlussfläche 6a. Ein jedes der Federelemente 8 ist dabei derart dimensioniert, dass es während des Anpressens des Steuermoduls 5 an das Aktorenbauteil 3 elastisch verformt ist/wird. Die Federelemente 8 sind hier lediglich schematisch dargestellt.
2 zeigt eine zweite elektronische Baugruppe 1' im Schnittbild. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen gleiche Elemente. Das Steuermodul 5 umfasst auch hier eine Leiterplatte 6 mit zweiten elektrischen Anschlussflächen 6a und einer Anzahl an elektrischen Bauelementen 6b umfassend mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement 6b'. Die elektrischen Bauelemente 6b, 6b' befinden sich im Unterschied zu der ersten elektronischen Baugruppe 1 gemäß 1 auf einer Seite der Leiterplatte 6, welche dem Aktorenbauteil 3 abgewandt ist. In der Leiterplatte 6 sind daher Durchkontaktierungen 6c, auch Vias genannt, vorhanden, über welche die elektrischen Bauelemente 6b, 6b' mit den zweiten Anschlussflächen 6a elektrisch leitend verbunden sind. Die dazu weiterhin notwendigen Leiterbahnen zwischen den zweiten Anschlussflächen 6a und den Durchkontaktierungen 6c sind der Übersichtlichkeit halber hier nicht gesondert dargestellt. Eine elektrisch isolierende Ausgleichsmasse 9 füllt die Zwischenräume 6d (vergleiche 1) zwischen den elektrischen Bauelementen 6b, 6b' aus. Ein jedes der Federelemente 8 ist derart dimensioniert, dass es während des Anpressens des Steuermoduls 5 an das Aktorenbauteil 3 elastisch verformt ist/wird. Die Federelemente 8 sind hier lediglich schematisch dargestellt.
3 zeigt eine dritte elektronische Baugruppe 1'' im Schnittbild. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 oder 2 bezeichnen gleiche Elemente. Das Steuermodul 5 gemäß 2 findet auch hier Verwendung. Die Anpresseinheit 7 ist hier aus einem Deckel 7a aus Metall und mehreren Befestigungseinrichtungen 7b in Form von Verschraubungen gebildet. Das Aktorenbauteil 3 weist einen flanschartigen Anschlussbereich auf, mit dem der Deckel 7a über die Befestigungseinrichtungen 7b form- und kraftschlüssig verbunden ist. Zwischen dem Deckel 7a und den elektrischen Bauelementen 6b, 6b' ist eine weitere elektrisch isolierende Schicht 4' angeordnet, die eine gleichmäßige Anpressung des Deckels 7a an die elektrischen Bauelemente 6b, 6b' gewährleistet. Die Federelemente 8 sind hier aus Drucktorsionsfedern gebildet, welche jeweils mit einer zweiten Anschlussfläche 6a verlötet sind. Weiterhin ist für jedes Federelement 8 jeweils eine im Schnitt dargestellte elektrisch isolierende Umhüllung 8a in Form einer Hülse vorhanden. Die Hülse verhindert einen elektrischen Kontakt zwischen beispielsweise zwei Federelementen 8 oder einem Federelement 8 und dem Aktorenbauteil 3. Ein jedes der Federelemente 8 ist derart dimensioniert, dass es während des Anpressens des Steuermoduls 5 an das Aktorenbauteil 3 elastisch verformt ist/wird.
4 zeigt schematisch eine vierte elektronische Baugruppe 11 im Schnittbild. Die elektronische Baugruppe 11 umfasst einen Aktor 2, hier in Form eines lediglich schematisch und ohne Rotorwelle dargestellten Motors (vergleiche auch 8). Gleiche Bezugszeichen wie in 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Im Unterschied zu 1 ist hier das Aktorenbauteil 3 mit Öffnungen ausgebildet, in denen die Federelemente 8 eingesteckt sind. In der Draufsicht sind die Federelemente 8 in ihrer Lage zueinander aber angeordnet wie in 5 dargestellt, wobei im Zentrum der drei Federelemente 8 die, der besseren Übersicht halber nicht dargestellte Rotorwelle des Motors angeordnet ist, welche durch eine Öffnung in der Anpresseinheit 7 hindurch verläuft. Die Federelemente 8 selbst sind hier wieder lediglich schematisch dargestellt. Dabei ist eine jede erste Anschlussfläche 2a in einer Öffnung angeordnet, wobei eine jede Öffnung an die Dimension des jeweiligen Federelements 8 angepasst ist. Die Federelemente 8 dienen zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen je einer ersten Anschlussfläche 2a und je einer zweiten Anschlussfläche 6a. Ein jedes der Federelemente 8 ist dabei derart dimensioniert, dass es während des Anpressens des Steuermoduls 5 an das Aktorenbauteil 3 elastisch verformt ist/wird. Das Aktorenbauteil 3 kann hier nicht dargestellte weitere Öffnungen aufweisen, um weitere zweite Anschlussflächen auf der Leiterplatte 5 mit weiteren ersten Anschlussflächen am Aktor 2, die mit einem Sensor, beispielweise Temperatursensor, des Aktor 2 elektrisch leitend verbunden sind, über weitere Federelemente zu verbinden.
5 zeigt eine Draufsicht auf die dritte elektronische Baugruppe 1'' gemäß 3. Es ist die Anpresseinheit 7 umfassend den Deckel 7a aus Metall und die Befestigungseinrichtungen 7b aus Metall zu erkennen. Die Lage der Federelemente 8, der Stützeinrichtung 10 und des Aktorenbauteils 3 sind durch gestrichelte und punktierte Linien angedeutet, während die Rotorwelle des Motors und eine Darstellung einer Deckelöffnung zur Durchführung des Rotors durch den Deckel 7a der Anpresseinheit 7 weggelassen wurden.
6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer fünften elektronischen Baugruppe 1'''. Zu erkennen ist ein Aktor 2, welcher als Motor mit einer Rotorwelle 2b ausgebildet ist, die durch den Deckel 7a ragt. Der Deckel 7a ist mittels vier Befestigungseinrichtungen 7b mit dem Aktorenbauteil 3 des Aktors 2 verschraubt, das ein metallisches Motorengehäuse bildet.
7 zeigt eine Draufsicht auf die fünfte elektronische Baugruppe 1''' gemäß 6. Gleiche Bezugszeichen wie in 6 bezeichnen gleiche Elemente.
8 zeigt einen Schnitt durch die fünfte elektronische Baugruppe 1''' gemäß 6. Gleiche Bezugszeichen wie in 2 oder 6 bezeichnen gleiche Elemente. Die Rotorwelle 2b des Aktors 2 ist in den Lagern 2c gelagert. Weiterhin weist der Aktor 2 die Spulen 2d auf. Die elektrische Verbindung zwischen hier nicht im Detail dargestellten zweiten Anschlussflächen auf der Leiterplatte 6 und ersten Anschlussflächen am Aktorbauteil 3, welche jeweils elektrisch leitend mit einer der Spulen 2d verbunden sind, ist durch Drucktorsionsfedern 8 ausgebildet, von welchen hier lediglich eine sichtbar ist.
Es ist offensichtlich, das ein Fachmann auch andere, von den Figuren abweichende elektronische Baugruppen im Sinne der Erfindung ausbilden kann. Es kann beispielsweise ein Aktor vorliegen, der nicht in Form eines Motors, sondern eines Lautsprechers usw. ausgebildet ist. Weiterhin kann das Aktorenbauteil ein Gehäuse mit einer völlig anderen Form ausbilden, beispielsweise anstelle des in den 6 bis 8 dargestellten Gehäuses nicht rund sondern rechteckig ausgebildet sein. Weiterhin kann die Anordnung der elektrischen Bauelemente auf der Leiterplatte, die Anzahl und/oder Dicke der elektrisch isolierenden Schichten, die Art der Anpresseinheit, die Art und Anzahl der Federelemente usw. variieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10340297 A1 [0007]
DE 19630173 A1 [0008]
EP 1933379 A2 [0009]

Claims

Elektronische Baugruppe (1, 1', 1''), umfassend – einen Aktor (2), der mindestens eine erste elektrische Anschlussfläche (2a) sowie mindestens ein Aktorenbauteil (3) mit einer Anpressfläche (3a) aufweist; – mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (4), welche die Anpressfläche (3a) des mindestens einen Aktorenbauteils (3) zumindest teilweise bedeckt; – ein elektronisches Steuermodul (5), welches eine Leiterplatte (6) mit mindestens einer zweiten elektrischen Anschlussfläche (6a) und einer Anzahl an elektrischen Bauelementen (6b) umfassend mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement (6b') aufweist, wobei das Steuermodul (5) auf der, der Anpressfläche (3a) abgewandten Seite der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht (4) an die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (4) anschließt; – eine Anpresseinheit (7) zum Anpressen und Fixieren des Steuermoduls (5) gegenüber der Anpressfläche (3a); und – mindestens ein Federelement (8), das eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der mindestens einen ersten Anschlussfläche (2a) und der mindestens einen zweiten Anschlussfläche (6a) ausbildet, wobei das mindestens eine Federelement (8) derart dimensioniert ist, dass es während des Anpressens des Steuermoduls (5) elastisch verformt ist.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Aktor (2) zur Umsetzung elektronischer Signale in mechanische Bewegung eingerichtet ist.
Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Aktor (2) durch einen Motor ausgebildet ist.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 3, wobei das mindestens eine Aktorenbauteil (3) ein Motorgehäuse oder einen Teil eines Motorgehäuses oder einen Motorflansch bildet.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Aktor (2) durch einen Lautsprecher, einen Transducer oder eine Spule ausgebildet ist.
Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest das mindestens eine Leitungshalbleiterbauelement (6d') auf einer der mindestens einen Schicht (4) zugewandten Seite der Leiterplatte (6) angeordnet ist.
Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Steuermodul (5) eine elektrisch isolierende Ausgleichsmasse (9) aufweist, welche zwischen den elektrischen Bauelementen (6b) vorhandene Zwischenräume (6d) zumindest bereichsweise füllt.
Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das mindestens eine Federelement (8) in einem Bereich zwischen der mindestens einen ersten Anschlussfläche (2a) und der mindestens einen zweiten Anschlussfläche (6a) mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung (8a) versehen ist.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 8, wobei die elektrisch isolierende Umhüllung (8a) durch eine Beschichtung oder eine Hülse gebildet ist.
Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das mindestens eine Federelement (8) in seiner Position gegenüber der Leiterplatte (6) und/oder gegenüber dem mindestens einen Aktorenbauteil (3) fixiert ist.
Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das mindestens eine Federelement (8) durch eine Drucktorsionsfeder gebildet ist.
Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Anpresseinheit (7) durch eine Platte oder einen Deckel (7a) und weiterhin mindestens eine Befestigungseinrichtung (7b) zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung der Platte oder des Deckels (7a) mit dem mindestens einen Aktorenbauteil (3) ausgebildet ist.
Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Aktor (2) mindestens einen Sensor umfasst und wobei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens einer weiteren zweiten elektrischen Anschlussfläche (6a) auf der Leiterplatte (6) und mindestens einer weiteren ersten Anschlussfläche (2a), welche in elektrischer Verbindung mit dem mindestens einen Sensor steht, mittels eines Federelements (8) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Aktors (2) mit mindestens einem Aktorenbauteil (3); – Aufbringen der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht (4) auf zumindest einen Teil der Anpressfläche (3a) des mindestens einen Aktorenbauteils (3); – Verbinden je einer ersten Anschlussfläche (2a) oder je einer zweiten Anschlussfläche (6a) mit einem Federelement (8); – Positionieren des Steuermoduls (5), wobei je eine zweite Anschlussfläche (6a) zu jeweils einer ersten Anschlussfläche (2a) zeigend angeordnet wird; – Anpressen des Steuermoduls (5) an die auf der Anpressfläche (3a) angeordnete mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (4) mittels der mindestens einen Anpresseinheit (7), wobei das mindestens eine Federelement (8) elastisch verformt wird und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen je einer ersten Anschlussfläche (2a) und je einer zweiten Anschlussfläche (6a) ausgebildet wird; und – Fixieren des Steuermoduls (5) mittels der Anpresseinheit (7) in dieser Position.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Aktor (2) mindestens einen Sensor umfassend ausgebildet wird und wobei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens einer weiteren zweiten elektrischen Anschlussfläche (6a) auf der Leiterplatte (6) und mindestens einer weiteren ersten Anschlussfläche (2a), welche in elektrischer Verbindung mit dem mindestens einen Sensor steht, mittels eines Federelements (8) ausgebildet wird.