DE102010026954A1

DE102010026954A1 - Gehäuse einer elektronischen Schaltung für eine Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102010026954A1
Application number: DE102010026954A
Authority: DE
Inventors: Dr. Graf Rolf
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-07-13
Also published as: KR20130128369A; WO2012007355A2; DE102010026954B4; CN102986316A; US20130114221A1; CN102986316B; WO2012007355A3; US9307668B2; EP2594120A2

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Gehäuse 7 einer elektronische Schaltung für eine Kraftstoffpumpe, bestehend aus einem Boden und einem mit dem Boden verbundenen Deckel 5, einer Leiterplatte 1 und auf einer Seite der Leiterplatte 1 angeordnete elektrische und/oder elektronische Bauelemente 2. Auf der Seite der Leiterplatte 1, auf der die Bauelemente 2 angeordnet sind, ist eine in sich geschlossene metallische Bahn 4 angeordnet, wobei die Bauelemente 2 in dem von der Bahn 4 umschlossenen Bereich angeordnet sind, ein Deckel 5 mittels Lötverbindung mit der geschlossenen Bahn 4 derart verbunden ist, dass die Leiterplatte 1 als Boden und der Deckel 5 ein Gehäuse 7 bilden, und dass die Leiterplatte 7 mindestens eine Sperrlage 8 aufweist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Gehäuse einer elektronischen Schaltung für eine Kraftstoffpumpe, bestehend aus einer Leiterplatte, auf der Leiterplatte angeordnete elektrische und/oder elektronische Bauelemente, einem Boden und einem mit dem Boden verbundenen Deckel, wobei Boden und Deckel das Gehäuse bilden.
Derartige elektronische Schaltungen kommen in Kraftstoffpumpen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz, um Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter zu einer Brennkraftmaschine zu fördern. Die elektronische Schaltung wird benötigt, um den elektronisch geregelten Elektromotor der Kraftstoffpumpe zu betreiben. Die dabei verwendeten Leiterplatten bestehen in der Regel aus faserverstärktem Kunststoff, wobei als Kunststoffe Epoxide aber auch Duro- und Thermoplaste oder spezielle Kunststoffe wie PTFE Verwendung finden. Als Fasermaterialien kommen Glasfasern, Kunststoff- und Kohlefasern sowie Pflanzenfasern und Papier zum Einsatz. Infolge der Anordnung der elektronischen Schaltung in der Kraftstoffpumpe oder in deren unmittelbarer Umgebung müssen die elektronischen Bauteile und Leiterbahnen vor den aggressiven Bestandteilen des Kraftstoffs geschützt werden. Da Kraftstoffbestandteile auch durch Leiterplatten diffundieren, bietet diese keinen ausreichenden Schutz. Daher wird zum Schutz der elektronischen Schaltung die Leiterplatte mit den Bauelementen innerhalb eines dichten Metallgehäuses angeordnet. Die Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse sind als Glas-Metall-Durchführungen auszubilden. Der Nachteil dieser Glas-Metall-Durchführungen besteht im Aufwand und den Kosten zur Herstellung der Abdichtung.
Es ist weiter bekannt, Bauelemente auf einem Keramikboden anzuordnen und den Keramikboden mit einem Metalldeckel zu verlöten, so dass die Bauelemente zwischen Keramikboden und Deckel geschützt angeordnet sind. Der Keramikboden wirkt dabei als Diffusionssperre für den Kraftstoff.
Nachteilig bei beiden Ausgestaltungen ist der erhebliche Kostenfaktor derartiger Gehäuse, der einen wirtschaftlichen Einsatz ausschließlich bei hochwertigen Anwendungen zulässt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse einer elektronischen Schaltung zu schaffen, deren Bauelemente ausreichend vor Kraftstoff geschützt sind. Der Schutz der elektronischen Schaltung soll dabei in kostengünstiger Weise erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass auf der Seite der Leiterplatte, auf der die Bauelemente angeordnet sind, eine in sich geschlossene metallische Bahn angeordnet ist, dass die Bauelemente in dem von der Bahn umschlossenen Bereich angeordnet sind, dass ein Deckel mittels Lötverbindung mit der geschlossenen Bahn derart verbunden ist, dass die Leiterplatte als Boden und der Deckel ein Gehäuse bilden, und dass die Leiterplatte mindestens eine Sperrlage aufweist.
Hierbei wird der Umstand genutzt, dass sowohl Leiterplatten als auch elektronische Bauelemente eine gewisse Beständigkeit gegenüber aggressiven Bestandteilen, wie sie in Kraftstoffen enthalten sind, besitzen. Mit dem zu schaffenden Gehäuse muss daher keine absolute Sperrwirkung erzielt werden, was wiederum nur mit einem hermetisch dichten Gehäuse möglich wäre. Vielmehr wird die bereits vorhandene Beständigkeit der Leiterplatte und der Bauelemente mit der Sperrwirkung des erfindungsgemäßen Gehäuses zusammengeführt, um einen ausreichenden Schutz der elektronischen Schaltung zu gewährleisten. Dadurch ist es möglich, die Leiterplatte als Gehäuseboden und somit als Bestandteil eines Gehäuses zu verwenden. Ein separater Gehäuseboden ist nicht erforderlich. Somit kann das Gehäuse einfacher und kostengünstiger gestaltet werden.
In einer einfachen Ausgestaltung ist die Sperrlage auf der den Bauelementen abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnet. Diese Seite der Leiterplatte ist regelmäßig frei von Bauelementen, so dass sich eine Sperrlage mit besonders geringem Aufwand auf dieser Seite der Leiterplatte anordnen lässt.
In einer anderen Ausgestaltung lässt sich die Sperrlage bereits bei der Herstellung der Leiterplatte vorsehen, wenn die Sperrlage als eine Schicht in der Leiterplatte angeordnet ist. Zur Erhöhung der Sperrwirkung trägt es bei, in der Leiterplatte mehrere Sperrlagen, vorzugsweise zwei bis drei Sperrlagen, anzuordnen, wobei die einzelnen Sperrlagen voneinander beabstandet sind. Das bedeutet, die Sperrlagen sind voneinander durch das isolierende Material der Leiterplatte getrennt. Die in der Leiterplatte angeordneten Sperrlagen können sowohl die Abmessungen der außen an der Leiterplatte angeordneten Sperrlage aufweisen, als auch davon abweichende Abmessungen besitzen.
Beide Ausgestaltungen haben zudem den Vorteil, dass die Sperrlage bereits mit der Herstellung einer Leiterplatte angeordnet werden können, noch bevor die Leiterplatte auf die gewünschten Abmaße vereinzelt, beziehungsweise bestückt wird. Die Anordnung der Sperrlage lässt sich dadurch besonders wirtschaftlich ausführen.
In Abhängigkeit der Anforderungen an die Sperrwirkung, kann die Sperrlage aus einer einzelnen Schicht oder aus mehreren Einzelschichten bestehen. Insbesondere bei höheren Anforderungen können entsprechend gestaltete Schichtsysteme zum Einsatz kommen.
Eine gute Sperrwirkung bei gleichzeitig einfacher Herstellung wird mit einer Sperrlage aus Kupfer, Nickel, Gold, Aluminium oder einer Metalllegierung erreicht. Diese Materialien haben den Vorteil, dass sie auch als Material für die Leiterbahnen verwendet werden. Für das Anordnen der Sperrlage können daher Verfahren und Vorrichtungen zum Aufbringen der Leiterbahnen zum Einsatz kommen. Dadurch lassen sich die Aufwendungen für die Sperrlage gering halten.
Es wurde gefunden, dass die Dicke der Sperrlage, in Abhängigkeit von den Anforderungen, einen Einfluss auf die Sperrwirkung hat. Eine ausreichende Sperrwirkung wird mit Sperrlagen erreicht, deren Dicke zwischen 1 μm und 300 μm, vorzugsweise zwischen 17,5 μm und 150 μm beträgt.
Für eine ausreichend gute Sperrwirkung besitzt die Sperrlage im Wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die äußeren Abmessungen der metallischen Bahn.
Die metallische Bahn zum Aufbringen des Deckels lässt sich besonders einfach herstellen, wenn sie aus dem Material der Leiterbahnen, vorzugsweise aus Kupfer oder Gold, besteht. Als weiterer Vorteil können die Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen der Leiterbahnen für das Aufbringen der metallischen Bahn genutzt werden.
Zur Erhöhung der Sperrwirkung trägt es bei, wenn die Breite der geschlossenen Bahn größer als der Bereich des Deckels ist, der über die Lötverbindung mit der Leiterplatte verbunden ist. Die Breite der metallischen Bahn ist ein Maß für die Sperrwirkung, da die metallische Bahn wie auch die Sperrlage als Diffusionssperre wirken. Insofern verlängert sich mit zunehmender Breite der metallischen Bahn der Diffusionsweg im Isolationsmaterial der Leiterplatte, wodurch sich die Schutzwirkung erhöht.
Das Gehäuse lässt sich besonders kostengünstig fertigen, wenn die Sperrlage und die geschlossene Bahn aus demselben Material bestehen.
Eine verbesserte Sperrwirkung wird mit einer Sperrlage erreicht, die einen größeren Bereich als der Deckel auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte überdeckt.
Um die Sperrwirkung der Sperrlage nicht zu beeinträchtigen, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, die Kontaktierung der Schaltung und deren Bauelemente mit von außen herangeführten elektrischen Leitungen durch in die Leiterplatte eingebettete Anschlussleitungen vorzunehmen. Hierzu sind auf der Leiterplatte angeordnete Kontakte vorgesehen, welche mit den in der Leiterplatte eingebetteten Anschlussleitungen verbunden sind. Damit wird vermieden, dass die Sperrlage oder der Deckel für die Kontaktierung unterbrochen wird, was eine Reduzierung der Sperrwirkung zur Folge hätte. Die Anschlussleitungen können als eine oder mehrere Leiterebenen ausgebildet sein, welche voneinander isoliert, übereinander in der Leiterplatte angeordnet sind.
Eine Beeinträchtigung der Sperrwirkung durch die Anschlussleitungen wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch vermieden, dass die Kontakte außerhalb der metallischen Bahn und/oder außerhalb der auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordneten Sperrlage auf der Leiterplatte angeordnet sind. Zu diesem Zweck ist es auch denkbar, die Leiterplatte partiell vergrößert auszubilden.
Die aufgrund der Kontaktanordnung ungeschützten Bereiche der Leiterplatte lassen sich reduzieren, wenn die Kontakte innerhalb der metallischen Bahn und/oder innerhalb der auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordneten Sperrlage angeordnet sind, wobei die metallische Bahn und/oder die Sperrlage die Kontakte mit einem als Ringspalt ausgebildeten Abstand umgeben.
Die Diffusion von Kraftstoff über den äußeren Rand, welcher den Umfang der Leiterplatte bildet, wird mit einer weiteren Sperrlage verhindert, wobei diese weitere Sperrlage derart am Umfang der Leiterplatte angeordnet ist, dass die metallische Bahn und die auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordneten Sperrlage miteinander verbunden werden.
An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen in
1: die Leiterplatte eines erfindungsgemäßen Gehäuses,
2: eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses aus 1,
3: eine zweite Ausführungsform der Leiterplatte nach 1 und
4, 5: weitere Ausführungsformen des Gehäuses nach 2.
1 zeigt eine Leiterplatte 1 in einer Draufsicht, wobei zur besseren Darstellung kein Deckel gezeichnet ist. Auf der Leiterplatte 1 sind elektronische Bauelemente 2 einer elektronischen Schaltung angeordnet, welche über Leiterbahnen 3 miteinander verschaltet sind. Im Randbereich der Leiterplatte ist eine in sich geschlossene metallische Bahn 4 angeordnet, welche die elektronische Schaltung umgibt. Die in sich geschlossene metallische Bahn 4 besteht wie die Leiterbahnen 3 aus Kupfer. Die Leiterplatte 1 besteht aus einem Kunstharz auf Epoxidbasis. An einer Seite weist die Leiterplatte 1 außerhalb der in sich geschlossenen metallischen Bahn 4 mehrere Durchbrüche 9 auf, die mit Kupfer ausgekleidet sind. Die Durchbrüche 9 bilden Kontakte 10 zum Anschluss der elektronischen Schaltung an entsprechende elektrische Anschlussleitungen, die hier nicht dargestellt sind.
In 2 zeigt die Leiterplatte 1 im Schnitt mit den Bauelementen 2. Auf der Oberseite der Leiterplatte 1 sind die Bauelemente 2 und die in sich geschlossene metallische Bahn 4 angeordnet. Auf der metallischen Bahn 4 ist ein Deckel 5 aus Metall aufgelötet, der die elektronische Schaltung mit den Bauelementen 2 vollständig abdeckt. Der Rand 6 des Deckels 5 ist flanschartig nach außen gerichtet, um eine gute Auflagefläche für die Verbindung mit der Leiterplatte 1 zu erhalten. Leiterplatte 1 und Deckel 5 bilden damit das Gehäuse 7.
Auf der Unterseite der Leiterplatte 1 ist großflächig eine Sperrlage 8 aus Kupfer angeordnet, die in ihren äußeren Abmessungen in etwa die Abmessungen der metallischen Bahn 4 aufweist. Der Deckel 5 schützt die elektronische Schaltung direkt vor dem Kontakt mit Kraftstoff, während die Sperrlage 8 verhindert, dass Kraftstoff durch die Leiterplatte 1 von unten hindurch diffundiert. Lediglich der ungeschützte umlaufende Rand der Leiterplatte 1 ist jetzt noch dem Kontakt mit Kraftstoff oder Kraftstoffdämpfen ausgesetzt. Damit kann Kraftstoff nur noch zwischen metallischer Bahn 4 und der Sperrlage 8 durch das Leiterplattenmaterial in den vom Deckel 5 abgedeckten Raum gelangen. Die Breite der metallischen Bahn 4 bestimmt somit die Länge des Leiterplattenmaterials, durch das der Kraftstoff diffundieren muss, bis die Bauelemente 2 erreicht sind. Daher kann mit einer Verbreiterung der metallischen Bahn 4 die Sperrwirkung noch weiter verbessert werden.
In der Leiterplatte 1 ist eine als Anschlussleitung wirkende Leiterebene 11 angeordnet, welche die Bauelemente 2 der elektronischen Schaltung mit den jeweiligen Kontakten 10 verbindet.
Die in den 3 und 4 dargestellte Leiterplatte 1 zeichnet sich durch eine veränderte metallische Bahn 4 und Sperrlage 8 aus. Auf der Seite der Leiterplatte 1 auf der die Kontakte 10 angeordnet sind, ist die Breite der metallischen Bahn 4 und der Sperrlage 8 soweit verbreitet, dass sie die Kontakte 10 vollständig umschließen. Lediglich ein schmaler Ringspalt 12 um jeden Kontakt 10 gewährleistet die elektrische Trennung von Kontakt 10 und metallischer Bahn 4 oder Sperrlage 8. Mit dieser Ausgestaltung wird ein noch weiter verbesserter Schutz erreicht. Darüber hinaus besitzt die Leiterplatte 1 eine weitere Sperrlage 8a, die innerhalb der Leiterplatte 1 angeordnet ist. Die zweite Sperrlage 8a erzeugt eine zusätzliche Sperrwirkung, unter anderem dadurch, dass der Abstand zwischen Sperrlage und Deckel 5 verkürzt wird. Die Sperrlage 8b weist geringfügig andere Abmessungen als die außen an der Leiterplatte 1 angeordnete Sperrlage 8 auf. Insbesondere im Bereich der Kontakte 10 ist die Sperrlage näher an den Kontakten 10 angeordnet als es die Sperrlage 8 aufgrund des notwendigen Ringspaltes 12 ist. Durch diese Überlappung der einzelnen Sperrlagen 8, 8a wird ein zusätzlicher Schutz im Bereich der Kontakte 10 erreicht.
Bei der Leiterplatte 1 in 5 ist der bisher freiliegende umlaufende Rand mit einer weiteren Sperrlage 8b in Form einer Kupferschicht versehen, wobei die Sperrlage 8b die Sperrlage 8 mit der metallischen Bahn 4 verbindet, so dass die Oberfläche der Leiterplatte 1 lediglich im Bereich der Ringspalte 12 frei liegt.

Claims

Gehäuse einer elektronische Schaltung für eine Kraftstoffpumpe, bestehend aus einem Boden und einem mit dem Boden verbundenen Deckel, einer Leiterplatte und auf einer Seite der Leiterplatte angeordnete elektrische und/oder elektronische Bauelemente, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite der Leiterplatte (1), auf der die Bauelemente (2) angeordnet sind, eine in sich geschlossene metallische Bahn (4) angeordnet ist, dass die Bauelemente (2) in dem von der Bahn (4) umschlossenen Bereich angeordnet sind, dass ein Deckel (5) mittels Lötverbindung mit der geschlossenen Bahn (4) derart verbunden ist, dass die Leiterplatte (1) als Boden und der Deckel (5) ein Gehäuse (7) bilden, und dass die Leiterplatte (1) mindestens eine Sperrlage (8) aufweist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlage (8) auf der den Bauelementen (2) abgewandten Seite der Leiterplatte (1) angeordnet ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlage als mindestens eine Schicht (8a) in der Leiterplatte (1) angeordnet ist.
Gehäuse nach Anspruch zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlage (8, 8a) aus mehreren Einzelschichten besteht.
Gehäuse nach Anspruch zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlage (8, 8a, 8b) aus Kupfer, Nickel, Gold, Aluminium oder einer Metalllegierung besteht.
Gehäuse nach Anspruch zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Sperrlage (8, 8a, 8b) zwischen 1 μm und 300 μm, vorzugsweise zwischen 17,5 μm und 150 μm beträgt.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Bahn (4) aus dem Material der Leiterbahnen, vorzugsweise aus Kupfer oder Gold, besteht.
Gehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der metallischen Bahn (4) größer als der Bereich des Deckels (5) ist, der über die Lötverbindung mit der Leiterplatte (1) verbunden ist.
Gehäuse nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlage (8) und die metallische Bahn (4) aus demselben Material bestehen.
Gehäuse nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrlage (8, 8a, 8b) einen größeren Bereich als der Deckel (5) auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (1) überdeckt.
Gehäuse nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) Kontakte (10) aufweist, welche mit zumindest jeweils einem Bauelement (2) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Verbindung der Bauelemente (2) mit den Kontakten (10) durch in die Leiterplatte (1) eingebettete Anschlussleitungen (11) erfolgt.
Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (9) außerhalb der metallischen Bahn (4) und/oder der auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (1) angeordneten Sperrlage (8) auf der Leiterplatte (1) angeordnet sind.
Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (10) innerhalb der metallischen Bahn (4) und/oder der auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (1) angeordneten Sperrlage (8) angeordnet sind, wobei die metallische Bahn (4) und/oder die Sperrlage (8) die Kontakte (9) mit einem als Ringspalt (12) ausgebildeten Abstand umgeben.
Gehäuse nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang der Leiterplatte (1) eine weitere Sperrlage (8b) derart angeordnet ist, dass sie die metallische Bahn (4) und die auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (1) angeordneten Sperrlage (8) miteinander verbindet.