DE102010062761A1 - Elektronisches Schaltungsmodul - Google Patents
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Abstract
Elektronisches Schaltungsmodul (1), insbesondere ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, wobei das Schaltungsmodul (1) eine Leiterplatte (2) aufweist, wobei die Leiterplatte (2) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (3) bestückt ist, insbesondere beidseitig mit jeweils wenigstens einem Bauelement (3), wobei die Leiterplatte (2) und das wenigstens eine Bauelement (3) mit einem Umspritzmaterial (4) stoffschlüssig umspritzt sind.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltungsmodul gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Im Stand der Technik ist es – insbesondere zur Bildung eines Kraftfahrzeug-Steuergerätes – bekannt, eine bestückte Leiterplatte mit einem oder mehreren Gehäuseelementen zu versehen, welche die Bauelemente auf einer oder beiden Seiten der Leiterplatte umgeben. Ein derartiges Gehäuseelement ist z. B. aus Aluminium, Kunststoff oder ähnlichem geeigneten Material gebildet und dient dem Schutz der Bauelemente vor Verunreinigungen und äußeren Einflüssen. Auch ist es im Stand der Technik bekannt, innerhalb eines Gehäuses Vergussmaterialien einzusetzen, um Bauelemente vor Vibrationen zu schützen oder eine bessere Wärmeanbindung an ein Gehäuseelement zu erhalten.
- Die im Stand der Technik bekannten Anordnungen sind insoweit nachteilig, als ein hoher Kosten- und Fertigungsaufwand aus den separat zu fertigenden Gehäuseelementen resultiert, z. B. jeweils je Gehäuseteil eine separate Dichtung angebracht werden muss. Wird ein Vibrationsschutz benötigt, muss zusätzlich zum Gehäuse noch eine Vergussmasse verwendet werden. Bei hoher Wärmeentwicklung von Bauteilen muss eine zusätzliche separate Wärmeanbindung vorgesehen werden, welche meist ebenfalls sehr teuer ist.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Modul bereitzustellen, welches mittels einer Leiterplatte und daran aufgenommenen Bauelementen gebildet ist, und welches auf einfache Weise kostengünstig herzustellen ist, wobei die an der Leiterplatte aufgenommenen Bauelemente sicher vor äußeren Einflüssen geschützt sind.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
- Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein elektronisches Schaltungsmodul, insbesondere ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, wobei das Schaltungsmodul eine Leiterplatte aufweist, wobei die Leiterplatte mit wenigstens einem elektronischen Bauelement bestückt ist, insbesondere beidseitig mit jeweils wenigstens einem Bauelement, wobei die Leiterplatte und das wenigstens eine Bauelement mit einem Umspritzmaterial stoffschlüssig umspritzt sind.
- Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Schaltungsmoduls ist ein Ankontaktierelement zur elektrischen Ankontaktierung des elektronischen Schaltungsmoduls aus dem Umspritzmaterial an der Leiterplatte herausgeführt, insbesondere ein Stanzgitter.
- Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Schaltungsmoduls ragt die Leiterplatte wenigstens teilweise aus dem Umspritzmaterial heraus.
- Bei noch einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Schaltungsmoduls ist ein Kühlelement benachbart zu dem wenigstens einen Bauelement von dem Umspritzmaterial umspritzt angeordnet, insbesondere das Bauelement thermisch leitfähig kontaktierend.
- Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Schaltungsmoduls liegt eine Außenoberfläche des von dem Umspritzmaterial umspritzten Kühlelements am elektronischen Schaltungsmodul frei, insbesondere an einer durch das Umspritzmaterial gebildeten Außenoberfläche des elektronischen Schaltungsmoduls.
- Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Schaltungsmoduls ist das wenigstens eine Bauelement mittels des Umspritzmaterials insbesondere mediendicht an der Leiterplatte gekapselt.
- Gemäß noch einem Aspekt des erfindungsgemäßen Schaltungsmoduls ist die Leiterplatte mittels des Umspritzmaterials insbesondere mediendicht gekapselt.
- Vorgeschlagen wird auch ein Schaltungsmodul, wobei wenigstens ein an der Leiterplatte gebildeter Prüfanschluss von dem Umspritzmaterial an der Leiterplatte umspritzt, insbesondere gekapselt, ist.
- Es besteht die Möglichkeit die Leiterplatte vollständig zu kapseln bzw. zu umspritzen, somit alle Seiten der Leiterplatte einzuschließen, dabei aber das Kühlelement frei zu lassen. Das Stanzgitter durchdringt hierbei die Umspritzung.
- Es besteht aber auch die Möglichkeit nur einen Teil der Leiterplatte zu umspritzen bzw. zu kapseln. Hierbei geht die Kapselung bzw. Umspritzung nicht bis zu den Begrenzungsseiten der Leiterplatte, sondern umspritzt nur die elektronischen Bauelemente.
- Ebenso besteht die Möglichkeit zwei gegenüberliegende Seiten der Leiterplatte nicht zu umspritzen, die verbleibende Leiterplatte aber vollständig zu umspritzen. Hierbei können die nicht umspritzten Seiten rechtwinklig zum austretenden Stanzgitter angeordnet sein, wodurch das Stanzgitter frei bleibt, oder die Seite mit dem Stanzgitter wird umspritzt, wodurch die rechtwinklig zum Stanzgitter angeordnete Seite frei bleibt und nicht umspritzt wird.
- Vorgeschlagen wird weiterhin ein Schaltungsmodul, wobei das Umspritzmaterial im Bereich des Prüfanschlusses gegenüber einem den Prüfanschluss umgebenden Bereich materialreduziert ausgebildet ist.
- Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltungsmoduls ist die Leiterplatte als mehrlagige Leiterplatte oder als HDI-Leiterplatte gebildet, insbesondere als FR4-Leiterplatte.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
- Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 exemplarisch in einer Schnittansicht ein elektronisches Schaltungsmodul gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 exemplarisch in einer Schnittansicht ein elektronisches Schaltungsmodul gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und -
3 exemplarisch ein elektronisches Schaltungsmodul gemäß noch einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung. - In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt exemplarisch ein erfindungsgemäßes elektronisches Schaltungsmodul1 . Das elektronische Schaltungsmodul1 ist insbesondere ein elektronisches Steuergerät, weiterhin insbesondere für ein Kraftfahrzeug, z. B. ein Getriebesteuergerät, welches z. B. in einer rauhen Umgebung eingesetzt ist, z. B. in einem Getriebeölsumpf. Alternativ ist das elektronische Schaltungsmodul1 z. B. eine elektronische Baugruppe in z. B. Form eines Motorsteuergeräts, eines Hybridsteuergeräts, etc. - Das elektronische Schaltungsmodul
1 weist eine Leiterplatte2 auf, welche als einlagige oder insbesondere als mehrlagige Leiterplatte gebildet ist. Die Leiterplatte2 ist insbesondere aus einem relativ starren Leiterplattenträgermaterial gebildet, insbesondere aus FR4. Hierbei kann die Leiterplatte2 z. B. eine HDI-Leiterplatte sein, welche eine gegenüber herkömmlichen Leiterplatten2 sehr hohe Integrationsdichte von Bauelementen3 ermöglicht. Allgemein kann das Leiterplattenträgermaterial ein Epoxidharz-basiertes Leiterplattenmaterial sein oder z. B. auch eine Keramik. An dem Leiterplattenträgermaterial sind zur Bildung der Leiterplatte2 z. B. Leiterbahnen, Leiterflächen, Durchkontaktierungen, Ankontaktierungen, thermische Kontaktierungen, etc. auf an sich bekannte Weise vorgesehen. - Erfindungsgemäß ist die Leiterplatte
2 mit wenigstens einem elektronischen Bauelement3 bestückt, insbesondere beidseitig mit jeweils wenigstens einem elektronischen Bauelement3 bestückt, weiterhin insbesondere jeweils mit einer Vielzahl elektronischer Bauelemente3 . Ein erfindungsgemäßes elektronisches Bauelement3 ist z. B. ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule, z. B. ein IC, ein Transistor, z. B. ein Leistungsbauelement, z. B. ein Leistungshalbleiter, oder ein anderes elektronisches Bauelement, insbesondere ein gehäustes oder ungehäustes Bauelement. Das wenigstens eine Bauelement3 ist z. B. mittels herkömmlicher Bestückungsverfahren an der Leiterplatte2 angeordnet bzw. darauf bestückt, z. B. mit einer Löttechnik, einer Klebetechnik, einer Drucktechnik, weiteren bekannten Verfahren oder z. B. Kombinationen daraus. - Es sind das wenigstens eine an der Leiterplatte
2 bestückte Bauelement3 und die Leiterplatte mit einem Umspritzmaterial4 stoffschlüssig umspritzt. Das das Bauelement3 und die Leiterplatte2 umgebende Umspritzmaterial4 bildet insofern einen zusammenhängenden, einstückigen Bereich, insbesondere derart, dass eine Einhäusung bzw. Kapselung des wenigstens einen Bauelements3 an der Leiterplatte2 ermöglicht ist. Hierdurch können sowohl die Leiterplatte2 als auch das daran bestückte Bauelement3 kostengünstig und zuverlässig gegen Umwelteinflüsse geschützt werden, wobei zudem die Gefahr von Fehlfunktionen des elektronischen Schaltungsmoduls1 durch Vibration minimiert wird. - Das an der Leiterplatte
2 angeordnete bzw. daran bestückte und mit der Leiterplatte2 zusammen stoffschlüssig umspritzte Bauelement3 wird z. B. mit einer bekannten Umspritzgießtechnik (Insert-Molding) umspritzt, derart, dass sowohl die Leiterplatte2 als auch das Bauelement3 in das Umspritzmaterial4 eingebettet werden. Das Umspritzmaterial4 ist z. B. ein Duroplast oder ein anderer geeigneter Werkstoff, insbesondere Kunststoff. - Ein Umspritzen ist erfindungsgemäß derart vorgesehen, dass das Umspritzmaterial
4 jeweils um das an der Leiterplatte2 angeordnete Bauelement3 und die Leiterplatte2 herum aufgebracht ist, wobei z. B. eine zumindest teilweise oder vollständige Kapselung des Bauelements3 , der Leiterplatte2 oder der Kombination aus Bauelement3 und Leiterplatte2 ermöglicht ist, insbesondere jeweils eine mediendichte. Dabei können Teile des Bauelements3 oder der Leiterplatte2 von der Umspritzung ausgespart sein, i. e. hier ist kein Umspritzmaterial4 vorgesehen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, nur eine partielle Kapselung des Bauelements auf der Leiterplatte auszuführen. - Erfindungsgemäß wird die Leiterplatte
2 mitsamt des daran bestückten Bauelements3 derart umspritzt, dass die Leiterplatte2 komplett oder in einer Umfangsrichtung, welche insbesondere über die großflächigen Leiterplattenseiten2a ,2b führt, von Umspritzmaterial4 umgeben ist, insbesondere z. B. in beiden derartigen Umfangsrichtungen. - Durch die derart gebildete vollumfängliche Umspritzung – d. h., sowohl die Oberseite
2a , als auch die Unterseite2b , als auch zumindest zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen2c der Leiterplatte2 sind umspritzt – kann eine stabile Verbindung des Umspritzmaterials4 bzw. eines durch das Umspritzmaterial4 gebildeten Gehäuses5 mit der Leiterplatte2 sowie der daran angeordneten Bauelemente3 mit der Leiterplatte2 gewährleistet werden, ohne dass weitere Befestigungsmittel oder z. B. Dichtelemente vorgesehen werden müssen. Die Kapselung mittels des Umspritzmaterials4 dient ferner der hermetischen Abdichtung der Bauelemente3 gegenüber äußeren Einflüssen, z. B. Getriebeöl, und verhindert gleichzeitig, dass die Anschlüsse der Bauelemente3 aufgrund von starken Vibrationen von der Leiterplatte3 unbeabsichtigt getrennt werden. - Das die Leiterplatte
2 und das Bauelement3 umgebende, ausgehärtete Umspritzmaterial4 kann erfindungsgemäß jeweils bedarfsgerecht geformt sein, z. B. eine Form bilden, welche mit einer Gehäuseform korrespondiert, z. B. Quaderform annehmen, wobei die Form bereits im Zuge des Umspritzens gebildet werden kann. -
1 zeigt beispielhaft, dass eine Verbindung des elektronischen Moduls1 zur Vernetzung desselben mit weiteren Komponenten z. B. mittels eines Ankontaktierelements6 , insbesondere z. B. einem Stanzgitter, vorgesehen sein kann, welches z. B. nicht von dem Umspritzmaterial4 umspritzt ist. Bei der gezeigten Variante ragt die Leiterplatte2 aus dem Umspritzmaterial4 zumindest abschnittsweise hervor, so dass z. B. ein Zugang zur Leiterplattenoberfläche, z. B. zu weiteren Ankontaktierelementen6 an derselben, möglich ist, wobei weitere Ankontaktierelemente z. B. als Flachstecker, Pins oder anderweitig ausgebildet sein können. -
2 zeigt beispielhaft eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsmoduls1 , wobei das Ankontaktierelement6 von Umspritzmaterial4 umspritzt ist, jedoch zur Ankontaktierung zumindest teilweise freiliegt. Bei dieser insbesondere bevorzugten Ausführungsform kann zusätzlich sichergestellt werden, dass die Verbindung des Ankontaktierelements6 zur Leiterplatte2 ebenfalls vor Umwelteinflüssen geschützt ist, z. B. vor eindringendem Öl oder metallischen Spänen. Bei der gezeigten Lösung wird das Ankontaktierelement6 , z. B. ein Stanzgitter, z. B. mit Duroplast oder einem anderen geeigneten Umspritzmaterial4 überspritzt, so dass ein insbesondere mediendichter Übergang zwischen Umspritzmaterial4 und Ankontaktierelement6 erzielt werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird das Ankontaktierelement6 z. B. durch die Umspritzung zusätzlich versteift. - Gemäß
1 und2 weist das erfindungsgemäße elektronische Modul1 insbesondere ein Kühlelement7 , welches z. B. in Form einer Kühlvorrichtung, einer Kühlplatte, oder eines Kühlkörpers gebildet ist, auf. Hierbei ist das Kühlelement7 innerhalb des Umspritzmaterials4 angeordnet, welches stoffschlüssig das Bauelement3 und die Leiterplatte2 umgibt, i. e. von diesem umspritzt. Das Kühlelement7 ist hierbei mit dem durch das Umspritzmaterial4 umspritzten Bauelement3 sowie der Leiterplatte2 in insbesondere einem einzigen Umspritzvorgang umspritzt. - Das Kühlelement
7 ist insbesondere benachbart zu einem mit dem Umspritzmaterial4 umspritzten Bauelement3 angeordnet, i. e. benachbart zu einer zu kühlenden Oberfläche3a desselben, insbesondere gegen dieses gedrängt und weiterhin insbesondere dieses thermisch leitfähig kontaktierend. Ein solches zu entwärmendes Bauelement3 ist zum Beispiel ein μ-Controller oder z. B. ein Leistungsschalter. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kühlelement7 mit einer der Leiterplatte2 abgewandten Außenoberfläche7a , z. B. an der durch das Umspritzmaterial4 gebildeten Außenoberfläche4a oder benachbart dazu freiliegt. Derart können an der durch das Kühlelement7 gebildeten Außenoberfläche7a z. B. weitere Wärmeableitmaßnahmen auf einfache Weise greifen. -
3 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes elektronisches Modul1 , wobei das Umspritzmaterial4 an der gezeigten Leiterplattenseite2a zur besseren Darstellung der zu umspritzenden Elemente weggelassen ist. Vorgesehen ist hierbei, dass wenigstens ein Prüfanschluss8 des elektronischen Moduls1 mit dem das wenigstens eine Bauelement3 und die Leiterplatte2 stoffschlüssig umgebenden Umspritzmaterial4 umspritzt ist, insbesondere in einem einzigen Umspritzvorgang. Der wenigstens eine Prüfanschluss8 ist hierbei insbesondere von dem Umspritzmaterial4 vollständig eingekapselt und somit geschützt. Der Prüfanschluss8 ist z. B. als Steckvorrichtung ausgebildet, z. B. als Pin. - Für den Fall, dass eine Fehlersuche oder eine Analyse an dem elektronischen Modul
1 erforderlich ist, kann der den Prüfanschluss8 umgebende Teil des Umspritzmaterials4 einfach entfernt werden. Ein solcher wird zur Bereitstellung einer einfachen Zugangsmöglichkeit zu dem Prüfanschluss8 z. B. bereits während eines Umspritzens dünner bzw. gegenüber benachbarten Bereichen materialreduziert ausgebildet. Mittels einer Mehrzahl umspritzter Prüfanschlüsse8 ist z. B. ein Prüffeld gebildet. - Für einen einfachen Zugang zum Prüfanschluss
8 kann das Umspritzmaterial4 z. B. weggeätzt oder anderweitig entfernt werden. Alternativ kann z. B. ein Sollbruch-Bereich in das Umspritzmaterial4 eingearbeitet sein, z. B. während der Umspritzung, welcher am Ort des Prüfanschlusses8 eine einfache Entfernung des Umspritzmaterials4 erlaubt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- elektronisches Schaltungsmodul
- 2
- Leiterplatte
- 2a
- Oberseite Leiterplatte
- 2b
- Unterseite Leiterplatte
- 2c
- Seite Leiterplatte
- 3
- elektronisches Bauelement
- 3a
- Oberfläche Bauelement
- 4
- Umspritzmaterial
- 4a
- Außenoberfläche
- 5
- Gehäuse
- 6
- Ankontaktierelement
- 7
- Kühlelement
- 7a
- Außenoberfläche
- 8
- Prüfanschluss
Claims (10)
- Elektronisches Schaltungsmodul (
1 ), insbesondere ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, wobei das Schaltungsmodul (1 ) eine Leiterplatte (2 ) aufweist, wobei die Leiterplatte (2 ) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (3 ) bestückt ist, insbesondere beidseitig mit jeweils wenigstens einem Bauelement (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2 ) und das wenigstens eine Bauelement (3 ) mit einem Umspritzmaterial (4 ) stoffschlüssig umspritzt sind. - Schaltungsmodul (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ankontaktierelement (7 ) zur Ankontaktierung des elektronischen Schaltungsmoduls (1 ) aus dem Umspritzmaterial (4 ) an der Leiterplatte (2 ) herausgeführt ist, insbesondere ein Stanzgitter. - Schaltungsmodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2 ) wenigstens teilweise aus dem Umspritzmaterial (4 ) heraus ragt. - Schaltungsmodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlelement (7 ) benachbart zu dem wenigstens einen Bauelement (3 ) von dem Umspritzmaterial (4 ) umspritzt angeordnet ist, insbesondere das elektronische Bauelement (3 ) thermisch leitfähig kontaktierend. - Schaltungsmodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenoberfläche (7a ) des von dem Umspritzmaterial (4 ) umspritzten Kühlelements (7 ) am elektronischen Schaltungsmodul (1 ) frei liegt, insbesondere an einer durch das Umspritzmaterial (4 ) gebildeten Außenoberfläche (4a ) des elektronischen Schaltungsmoduls (1 ). - Schaltungsmodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bauelement (3 ) mittels des Umspritzmaterials (4 ) insbesondere mediendicht an der Leiterplatte (2 ) gekapselt ist. - Schaltungsmodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2 ) mittels des Umspritzmaterials (4 ) insbesondere mediendicht gekapselt ist. - Schaltungsmodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein an der Leiterplatte (2 ) gebildeter Prüfanschluss (8 ) von dem Umspritzmaterial (4 ) an der Leiterplatte (2 ) umspritzt, insbesondere gekapselt, ist. - Schaltungsmodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umspritzmaterial (4 ) im Bereich des Prüfanschlusses (8 ) gegenüber einem den Prüfanschluss (8 ) umgebenden Bereich materialreduziert ausgebildet ist. - Schaltungsmodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2 ) als mehrlagige Leiterplatte oder als HDI-Leiterplatte gebildet ist, insbesondere als FR4-Leiterplatte.
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