DE102010062761B4 - 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), dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) und das wenigstens eine Bauelement (3) mit einem Umspritzmaterial (4) stoffschlüssig umspritzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein an der Leiterplatte (2) gebildeter Prüfanschluss (8) von dem Umspritzmaterial (4) an der Leiterplatte (2) umspritzt ist und ein Sollbruch-Bereich in das Umspritzmaterial (4) eingearbeitet ist, welcher am Ort des Prüfanschlusses (8) eine einfache Entfernung des Umspritzmaterials (4) erlaubt.
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.
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US 2007 / 0 096 288 A1 lehrt eine doppelseitige Leiterplatte und Multichip-Aufbau mit einer solchen Leiterplatte und Verfahren zu dessen Herstellung, wobei die Leiterplatte zumindest abschnittsweise umspritzt wird. -
US 2008 / 0 074 829 A1 beschreibt ein elektronisches Steuergerät, das eine Leitplatte mit einem darauf angeordneten Element umfasst, wobei die Leiterplatte zumindest abschnittsweise von einem Versiegelungsharz umgeben wird, derart, dass auf der Leiterplatte angeordnete Elemente freiliegen. -
US 5 239 198 A lehrt eine umgespritzte Halbleiteranordnung mit Lötkugel- und Randleitungsverbindungsstruktur. - 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.
- Erfindungsgemäß ist ein Schaltungsmodul vorgesehen, 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:
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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.
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1 zeigt exemplarisch ein erfindungsgemäßes elektronisches Schaltungsmodul 1. Das elektronische Schaltungsmodul 1 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 Schaltungsmodul 1 z.B. eine elektronische Baugruppe in z.B. Form eines Motorsteuergeräts, eines Hybridsteuergeräts, etc. - Das elektronische Schaltungsmodul 1 weist eine Leiterplatte 2 auf, welche als einlagige oder insbesondere als mehrlagige Leiterplatte gebildet ist. Die Leiterplatte 2 ist insbesondere aus einem relativ starren Leiterplattenträgermaterial gebildet, insbesondere aus FR4. Hierbei kann die Leiterplatte 2 z.B. eine HDI-Leiterplatte sein, welche eine gegenüber herkömmlichen Leiterplatten 2 sehr hohe Integrationsdichte von Bauelementen 3 ermöglicht. Allgemein kann das Leiterplattenträgermaterial ein Epoxidharz-basiertes Leiterplattenmaterial sein oder z.B. auch eine Keramik. An dem Leiterplattenträgermaterial sind zur Bildung der Leiterplatte 2 z.B. Leiterbahnen, Leiterflächen, Durchkontaktierungen, Ankontaktierungen, thermische Kontaktierungen, etc. auf an sich bekannte Weise vorgesehen.
- Erfindungsgemäß ist die Leiterplatte 2 mit wenigstens einem elektronischen Bauelement 3 bestückt, insbesondere beidseitig mit jeweils wenigstens einem elektronischen Bauelement 3 bestückt, weiterhin insbesondere jeweils mit einer Vielzahl elektronischer Bauelemente 3. Ein erfindungsgemäßes elektronisches Bauelement 3 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 Bauelement 3 ist z.B. mittels herkömmlicher Bestückungsverfahren an der Leiterplatte 2 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 Bauelement 3 und die Leiterplatte mit einem Umspritzmaterial 4 stoffschlüssig umspritzt. Das das Bauelement 3 und die Leiterplatte 2 umgebende Umspritzmaterial 4 bildet insofern einen zusammenhängenden, einstückigen Bereich, insbesondere derart, dass eine Einhäusung bzw. Kapselung des wenigstens einen Bauelements 3 an der Leiterplatte 2 ermöglicht ist. Hierdurch können sowohl die Leiterplatte 2 als auch das daran bestückte Bauelement 3 kostengünstig und zuverlässig gegen Umwelteinflüsse geschützt werden, wobei zudem die Gefahr von Fehlfunktionen des elektronischen Schaltungsmoduls 1 durch Vibration minimiert wird.
- Das an der Leiterplatte 2 angeordnete bzw. daran bestückte und mit der Leiterplatte 2 zusammen stoffschlüssig umspritzte Bauelement 3 wird z.B. mit einer bekannten Umspritzgießtechnik (Insert-Molding) umspritzt, derart, dass sowohl die Leiterplatte 2 als auch das Bauelement 3 in das Umspritzmaterial 4 eingebettet werden. Das Umspritzmaterial 4 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 Leiterplatte 2 angeordnete Bauelement 3 und die Leiterplatte 2 herum aufgebracht ist, wobei z.B. eine zumindest teilweise oder vollständige Kapselung des Bauelements 3, der Leiterplatte 2 oder der Kombination aus Bauelement 3 und Leiterplatte 2 ermöglicht ist, insbesondere jeweils eine mediendichte. Dabei können Teile des Bauelements 3 oder der Leiterplatte 2 von der Umspritzung ausgespart sein, i.e. hier ist kein Umspritzmaterial 4 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 Bauelements 3 derart umspritzt, dass die Leiterplatte 2 komplett oder in einer Umfangsrichtung, welche insbesondere über die großflächigen Leiterplattenseiten 2a, 2b führt, von Umspritzmaterial 4 umgeben ist, insbesondere z.B. in beiden derartigen Umfangsrichtungen.
- Durch die derart gebildete vollumfängliche Umspritzung - d.h., sowohl die Oberseite 2a, als auch die Unterseite 2b, als auch zumindest zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen 2c der Leiterplatte 2 sind umspritzt - kann eine stabile Verbindung des Umspritzmaterials 4 bzw. eines durch das Umspritzmaterial 4 gebildeten Gehäuses 5 mit der Leiterplatte 2 sowie der daran angeordneten Bauelemente 3 mit der Leiterplatte 2 gewährleistet werden, ohne dass weitere Befestigungsmittel oder z.B. Dichtelemente vorgesehen werden müssen. Die Kapselung mittels des Umspritzmaterials 4 dient ferner der hermetischen Abdichtung der Bauelemente 3 gegenüber äußeren Einflüssen, z.B. Getriebeöl, und verhindert gleichzeitig, dass die Anschlüsse der Bauelemente 3 aufgrund von starken Vibrationen von der Leiterplatte 3 unbeabsichtigt getrennt werden.
- Das die Leiterplatte 2 und das Bauelement 3 umgebende, ausgehärtete Umspritzmaterial 4 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.
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1 zeigt beispielhaft, dass eine Verbindung des elektronischen Moduls 1 zur Vernetzung desselben mit weiteren Komponenten z.B. mittels eines Ankontaktierelements 6, insbesondere z.B. einem Stanzgitter, vorgesehen sein kann, welches z.B. nicht von dem Umspritzmaterial 4 umspritzt ist. Bei der gezeigten Variante ragt die Leiterplatte 2 aus dem Umspritzmaterial 4 zumindest abschnittsweise hervor, so dass z.B. ein Zugang zur Leiterplattenoberfläche, z.B. zu weiteren Ankontaktierelementen 6 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 Schaltungsmoduls 1, wobei das Ankontaktierelement 6 von Umspritzmaterial 4 umspritzt ist, jedoch zur Ankontaktierung zumindest teilweise freiliegt. Bei dieser insbesondere bevorzugten Ausführungsform kann zusätzlich sichergestellt werden, dass die Verbindung des Ankontaktierelements 6 zur Leiterplatte 2 ebenfalls vor Umwelteinflüssen geschützt ist, z.B. vor eindringendem Öl oder metallischen Spänen. Bei der gezeigten Lösung wird das Ankontaktierelement 6, z.B. ein Stanzgitter, z.B. mit Duroplast oder einem anderen geeigneten Umspritzmaterial 4 überspritzt, so dass ein insbesondere mediendichter Übergang zwischen Umspritzmaterial 4 und Ankontaktierelement 6 erzielt werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird das Ankontaktierelement 6 z.B. durch die Umspritzung zusätzlich versteift. - Gemäß
1 und2 weist das erfindungsgemäße elektronische Modul 1 insbesondere ein Kühlelement 7, welches z.B. in Form einer Kühlvorrichtung, einer Kühlplatte, oder eines Kühlkörpers gebildet ist, auf. Hierbei ist das Kühlelement 7 innerhalb des Umspritzmaterials 4 angeordnet, welches stoffschlüssig das Bauelement 3 und die Leiterplatte 2 umgibt, i.e. von diesem umspritzt. Das Kühlelement 7 ist hierbei mit dem durch das Umspritzmaterial 4 umspritzten Bauelement 3 sowie der Leiterplatte 2 in insbesondere einem einzigen Umspritzvorgang umspritzt. - Das Kühlelement 7 ist insbesondere benachbart zu einem mit dem Umspritzmaterial 4 umspritzten Bauelement 3 angeordnet, i.e. benachbart zu einer zu kühlenden Oberfläche 3a desselben, insbesondere gegen dieses gedrängt und weiterhin insbesondere dieses thermisch leitfähig kontaktierend. Ein solches zu entwärmendes Bauelement 3 ist zum Beispiel ein µ-Controller oder z.B. ein Leistungsschalter. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kühlelement 7 mit einer der Leiterplatte 2 abgewandten Außenoberfläche 7a, z.B. an der durch das Umspritzmaterial 4 gebildeten Außenoberfläche 4a oder benachbart dazu freiliegt. Derart können an der durch das Kühlelement 7 gebildeten Außenoberfläche 7a z.B. weitere Wärmeableitmaßnahmen auf einfache Weise greifen.
-
3 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes elektronisches Modul 1, wobei das Umspritzmaterial 4 an der gezeigten Leiterplattenseite 2a zur besseren Darstellung der zu umspritzenden Elemente weggelassen ist. Vorgesehen ist hierbei, dass wenigstens ein Prüfanschluss 8 des elektronischen Moduls 1 mit dem das wenigstens eine Bauelement 3 und die Leiterplatte 2 stoffschlüssig umgebenden Umspritzmaterial 4 umspritzt ist, insbesondere in einem einzigen Umspritzvorgang. Der wenigstens eine Prüfanschluss 8 ist hierbei insbesondere von dem Umspritzmaterial 4 vollständig eingekapselt und somit geschützt. Der Prüfanschluss 8 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 Prüfanschluss 8 umgebende Teil des Umspritzmaterials 4 einfach entfernt werden. Ein solcher wird zur Bereitstellung einer einfachen Zugangsmöglichkeit zu dem Prüfanschluss 8 z.B. bereits während eines Umspritzens dünner bzw. gegenüber benachbarten Bereichen materialreduziert ausgebildet. Mittels einer Mehrzahl umspritzter Prüfanschlüsse 8 ist z.B. ein Prüffeld gebildet.
- Für einen einfachen Zugang zum Prüfanschluss 8 kann das Umspritzmaterial 4 z.B. weggeätzt oder anderweitig entfernt werden. Erfindungsgemäß ist ein Sollbruch-Bereich in das Umspritzmaterial 4 eingearbeitet, z.B. während der Umspritzung, welcher am Ort des Prüfanschlusses 8 eine einfache Entfernung des Umspritzmaterials 4 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, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein an der Leiterplatte (2) gebildeter Prüfanschluss (8) von dem Umspritzmaterial (4) an der Leiterplatte (2) umspritzt ist und ein Sollbruch-Bereich in das Umspritzmaterial (4) eingearbeitet ist, welcher am Ort des Prüfanschlusses (8) eine einfache Entfernung des Umspritzmaterials (4) erlaubt.
- Schaltungsmodul (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Ankontaktierelement (6) 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
Anspruch 4 , 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) 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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