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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung insbesondere zur Positionierung in einer Getriebeanordnung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Anordnung, welche zu entwärmende elektrische Bauelemente enthält und in Kontakt mit schmiermittelhaltigen, aggressiven Substanzen geraten kann.
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Stand der Technik
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Elektrische Anordnungen, wie beispielsweise Steuergeräte für automobile Anwendungen, sind häufig an Orten positioniert, an welchen sie durch die Betriebsbedingungen und Umwelteinflüsse erheblich strapaziert werden. Da die elektrischen Steuergeräte im Fahrzeug meist in der Nähe oder gar am jeweiligen Aggregat des Fahrzeugs angeordnet sind, kommen zu den Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit und aggressive Substanzen, zusätzlich Vibrationen und hohe Temperaturen sowie hohe Temperaturwechselbereiche. Zudem produzieren die elektrischen Anordnungen oftmals selbst ein erhebliches Maß an elektrischer Abwärme. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse sind im Stand der Technik daher verschiedene Möglichkeiten bekannt, elektrische Bauelemente gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Die
DE 20 2005 009 039 U1 zeigt ein in einem Gehäuse angeordnetes, elektrisches Steuergerät für eine Getriebesteuerung. Zum Schutz gegen Elektronikwärme ist zudem eine Elektronikwärmeschutzbarriere im Gehäuse vorgesehen.
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Den vorgenannten Lösungen ist gemeinsam, dass die Maßnahmen zum Schutz des elektronischen Steuergerätes einen erheblichen konstruktiven sowie fertigungsbedingten und materiellen Aufwand mit sich bringen. Insbesondere für die im Automobilbau im Allgemeinen zum Einsatz kommende Massenproduktion ist eine solche Anordnung nachteilig und wirtschaftlich nicht erstrebenswert. Zudem ist ein separates Gehäuse mit entsprechendem Platzbedarf, sowohl im Fahrzeug selbst als auch in der Lagerhaftung, verbunden. Überdies sind bisherige Schutzlacke, ebenso wie Gehäuse für die Entwärmung, oftmals nachteilig gewesen. In Anbetracht der Tatsache, dass bei einem Defekt eines elektronischen Steuergerätes das Gerät nur in den seltensten Fällen repariert, sondern viel häufiger komplett getauscht wird, ist auch für die Wartung und Instandsetzung in Werkstätten ein kostengünstiger Aufbau und einfache Zugänglichkeit der elektrischen Steuergeräte vorteilhaft.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Konzepten zur Kapselung einer elektrischen Anordnung gegen aggressive Substanzen und andere Umwelteinflüsse den Vorteil auf, dass auf ein Gehäuse gänzlich verzichtet werden kann. Dennoch ist ein zuverlässiger Schutz der elektrischen Anordnung gegen aggressive Substanzen, wie z. B. Schwefel, gegeben, welche einerseits zu einer Korrosion, also einem Abtragen, beispielsweise von Leiterbahnen auf einem Träger, andererseits zur Ablagerung metallischer Substanzen zwischen den elektrischen Leiterbahnen auf einem Träger führen und somit Kurzschlüsse bilden könnten. Insbesondere in Getrieben können zudem durch Abrieb erzeugte Metallspäne für die Funktion der im Getriebeöl befindlichen elektrischen Komponenten gefährlich sein. Auch hier schafft die erfindungsgemäße Beschichtung wirksam Abhilfe. Sofern die elektrische Anordnung zu entwärmende Bauelemente aufweist, sorgt die Beschichtung der erfindungsgemäßen Anordnung überdies dafür, dass eine hinreichende Wärmeabfuhr an die Umgebung gewährleistet ist. Der Träger der erfindungsgemäßen elektrischen Anordnung kann beispielsweise ein organischer Schaltungsträger, eine Leiterplatte oder eine Platine sein, auf welcher als elektrische Bauelemente Widerstände, Transistoren, Kondensatoren und integrierte Schaltkreise sowie ganze Prozessoren und Speicherbausteine angeordnet sein können. Die ausgehärtete Komponente der Beschichtung kann beispielsweise ein Harz oder ein Lack, insbesondere ein Leiterplatten-Schutzlack sein. Erfindungsgemäß umfasst die Beschichtung dabei Keramikpartikel, welche beispielsweise MgO, Al2O3, BN, AlN umfassen können. Als ölabweisende funktionale Gruppen in den Nanopartikeln kommen zudem beispielsweise typischerweise Fluorgruppen in Frage. Eine so definierte Beschichtung weist gegenüber vorbekannten Beschichtungen den Vorteil auf, dass einerseits ein Angriff durch die Anordnung umgebende chemisch aggressive Substanzen aufgrund der ölabweisenden Partikel wirksam abgewehrt wird, andererseits die Entwärmung über eine Beimischung von Keramikpartikeln weiterhin gewährleistet ist.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise kann die Beschichtung sowohl auf dem Träger als auch auf den elektrischen Bauelementen vorgesehen sein. Um sowohl die Oberflächen der elektrischen Bauelemente als auch die Oberfläche des Trägers zumindest annähernd vollständig mit der Beschichtung zu benetzen, kann die Beschichtung vorzugsweise in einem Tauchverfahren und/oder in einem Sprühverfahren auf die elektrische Anordnung aufgebracht werden. Die Oberflächenstruktur der Keramikpartikel bewirkt dabei eine ölabweisende Außenfläche der Beschichtung. Zudem ist es möglich, thermisch leitfähige Partikel, insbesondere Keramikpartikel, in der Beschichtung bereits vor dem Auftragen auf die elektrische Anordnung vorzusehen, wodurch die Beschichtung von diesen thermisch leitfähigen Partikeln durchsetzt ist, um eine hohe thermische Leitfähigkeit der Beschichtung zu erzielen. Zudem kann es insbesondere vorteilhaft sein, diejenigen Partikel, welche für die ölabweisende Funktion vorgesehen sind (z. B. Keramikpartikel und/oder Nanopartikel mit Fluorgruppen), lediglich auf der Außenseite der Beschichtung vorzusehen, um ein Eindringen von Öl bzw. aggressiven Substanzen zu verhindern. Insbesondere kann daher der ölabweisende Charakter der Beschichtung durch ein nachträgliches Auftragen entsprechender Nanopartikel auf die aufgetragene Beschichtung, beispielsweise während des Aushärtens der Beschichtung und/oder durch ein nachträgliches Aufdampfen nach dem Aushärten der Beschichtung, vorgesehen werden.
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Bevorzugt kann die Beschichtung Keramikpartikel und/oder Nanopartikel zur Entwärmung der elektrischen Anordnung enthalten. Alternativ können zweite Keramikpartikel und/oder Nanopartikel zur Entwärmung der elektrischen Anordnung enthalten sein. Insbesondere die in Prozessoren entstehende elektrische Wärme wird somit effektiv über die Beschichtung aus der elektrischen Anordnung abgeführt. Besonders bevorzugt erfolgt die Entwärmung ausschließlich durch die Keramikpartikel.
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Weiter bevorzugt umfassen die Keramikpartikel MgO und/oder Al2O3 und/oder BN und/oder AlN. Während die vorgenannten Substanzen sich als vorteilhaft für die erfindungsgemäße Funktion herausgestellt haben, sind die für eine ölabweisende und wärmeabführende Funktion geeigneten Partikel nicht auf diese Substanzen beschränkt. Als Nanopartikel mit ölabweisender Funktion werden bevorzugt Fullerene und/oder Fluorkohlenwasserstoffe verwendet.
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Vorteilhaft haben die Keramikpartikel einen Anteil von 10 bis 50 Vol.-%, bevorzugt 25 bis 35 Vol.-% an der ausgehärteten Beschichtung. Die vorgenannten Anteile der Keramikpartikel an der ausgehärteten Beschichtung, wobei auch weitere zweite Keramikpartikel umfasst sind, haben sich als besonders vorteilhaft zur Erfüllung der ölabweisenden sowie wärmeabführenden Funktion der Beschichtung herausgestellt.
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Vorzugsweise haben die Nanopartikel in der Beschichtung einen Anteil von 10 bis 50 Vol.-%, bevorzugt von 25 bis 35 Vol.-%, an der ausgehärteten Beschichtung, wobei auch weitere zweite Nanopartikel hier umfasst sind. Die vorgenannten Prozentsätze haben sich als besonders vorteilhaft bei der Herstellung einer ölabweisenden Oberfläche der Beschichtung herausgestellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Getriebeanordnung zur Verfügung gestellt, welche ein Getriebe, ein Schmiermittel und wenigstens eine elektrische Anordnung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, umfasst. Das Getriebe kann beispielsweise ein Antriebsgetriebe für ein Automobil sein. An dem Getriebe kann ein Getriebesteuergerät als elektrische Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sein. Da die elektrische Anordnung gegen die korrosiven Substanzen im Schmiermittel sowie die am Getriebe herrschenden hohen Temperaturen und Temperaturwechsel über werte Bereich geschützt ist, kann die elektrische Anordnung sogar im Schmiermittel des Getriebes oder zumindest in einem von der Ölwanne abgeschlossenen Bereich angeordnet werden, wo sie gegen mechanische Einwirkungen wie beispielsweise Schläge und Vibrationen besonders gut geschützt ist. Da die erfindungsgemäße elektrische Anordnung kein separates Gehäuse aufweist, ist ihr Volumen besonders gering und die Freiheitsgrade für eine Positionierung sowie das sogenannte „Package” sind besonders groß.
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Weiter bevorzugt umfasst die Getriebeanordnung eine Ölwanne, wobei die elektrische Anordnung ohne ein Schutzgehäuse im von der Ölwanne abgeschlossenen Volumen der Getriebeanordnung angeordnet ist. Der elektrischen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung können weder die chemisch aggressiven Substanzen noch die hohen Temperaturen und die Temperaturwechsel etwas anhaben, so dass es im von der Ölwanne abgeschlossenen Volumen besonders gut vor weiteren Umwelteinflüssen und insbesondere vor mechanischen Stößen und Vibrationen geschützt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Anordnung, wie sie oben beschrieben worden ist, zur Verfügung gestellt. Gemäß diesem Aspekt umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: Bestücken eines Trägers, insbesondere einer Leiterplatte, mit elektrischen Bauelementen. Als Träger kommt dabei insbesondere auch eine Platine mit freiliegenden Leiterbahnen, beispielsweise aus Kupfer, in Frage. Zur elektrischen Isolation kann die Leiterplatte beispielsweise nach dem Bestücken zunächst mit einem herkömmlichen Lack als Grundierung zur elektrischen Isolation und Haftvermittlung beschichtet werden. Anschließend wird eine Beschichtungsmasse aus einer aushärtbaren Substanz durch Beimischen von Keramikpartikeln und/oder Nanopartikeln mit ölabweisenden, funktionalen Gruppen, insbesondere Fluorgruppen, hergestellt. Die aushärtbare Substanz kann dabei beispielsweise einen Harz, eine Lackart sowie ein Leiterplattenschutzlack, umfassen. Insbesondere werden in diesem Schritt diejenigen Bestandteile bzw. Partikel beigemischt, welche für eine hohe thermische Leitfähigkeit der Beschichtung sorgen. Als letzten Schritt wird die Beschichtungsmasse auf den bestückten Träger, insbesondere durch Tauchen und/oder Sprühen, aufgebracht. Optional kann zusätzlich eine geeignete Konzentration von Nanopartikeln auf die Oberfläche der aufgebrachten Beschichtung appliziert werden. Somit erhält die Beschichtung einerseits eine hohe thermische Leitfähigkeit durch Durchdringung mit thermisch leitfähigen Partikeln, andererseits auf der Außenseite eine stark ölabweisende Wirkung.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren die Schritte: Bestücken eines Trägers, insbesondere einer Leiterplatte, mit elektrischen Bauelementen, Aufbringen einer aushärtbaren Substanz auf den bestückten Träger, insbesondere durch Tauchen und/oder Sprühen, sowie anschließendes Aufbringen von Keramikpartikeln und/oder Nanopartikeln mit ölabweisenden, funktionalen Gruppen, insbesondere Fluorgruppen, auf die noch nicht ausgehärtete Substanz auf dem bestückten Träger. Das vorbeschriebene Verfahren bietet den Vorteil, dass eine besonders homogene Schicht die elektrische Anordnung umhüllt und somit gegen Öl und aggressive Substanzen schützt. Die ölabweisende Oberfläche erhält die Beschichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens erst im Anschluss an den Vorgang des Auftragens der aushärtbaren Substanz. Noch während die Beschichtung auf dem Träger bzw. den elektrischen Bauelementen aushärtet werden die Keramikpartikel und/oder Nanoartikel aufgebracht, wodurch sie lediglich in äußere Bereiche der Beschichtung eindringen. Mit zunehmendem Abstand vom Träger bzw. den elektrischen Bauelementen ergibt sich somit eine zunehmende Konzentration an Partikeln durch die Beschichtung in Richtung der Oberfläche.
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Zeichnungen
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße elektrische Anordnung;
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2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Getriebe-Anordnung; und
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3a–c Schritte des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens für eine erfindungsgemäße elektrische Anordnung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf 1 die wesentlichen Merkmale einer elektrischen Anordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. In 1 trägt eine Leiterplatte als Träger 2 sowohl auf ihrer Unterseite als auch auf ihrer Oberseite elektrische Bauelemente 3. Diese elektrischen Bauelemente 3 sind lediglich schematisch dargestellt und können beispielsweise Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, integrierte Schaltkreise sowie Speicherbausteine und Prozessoren beinhalten. Zwei der elektrischen Bauelemente 3 sind als zu entwärmende Bauelemente 3a auf der Oberseite der Leiterplatte angeordnet. Eine Beschichtung 4 umhüllt die elektrischen Bauelemente 3 bzw. 3a sowie den Träger 2. Innerhalb der Beschichtung 4 sind Keramikpartikel als Partikel 4a vorgesehen und als Punkte illustriert.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung 6. Im unteren Bereich der Getriebeanordnung 6 befindet sich eine Ölwanne 7 in welcher sich Getriebeöl 5 befindet. Im von der Ölwanne 7 abgeschlossenen Volumen befindet sich eine elektrische Anordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In Verbindung mit den 3a bis 3c wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Anordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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In 3a wird eine Leiterplatte als Träger 2 mit einem elektrischen Bauelement 3 sowie einem zu entwärmenden elektrischen Bauelement 3a bestückt.
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In 3b wird die bestückte Leiterplatte mit einem Leiterplattenschutzlack als aushärtbare Substanz zum Ausbilden einer Beschichtung 4 versehen. Der Leiterplattenschutzlack wird beispielsweise durch ein Tauchverfahren oder ein Sprühverfahren auf den Träger 2 sowie die elektrischen Bauelemente 3 und 3a aufgebracht. Der Lack kann lediglich aus der aushärtbaren Substanz selbst bestehen, oder bereits Keramik- und/oder Nanopartikel als Partikel 4a enthalten.
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3c zeigt die vollständig vom Leiterplattenschutzlack umhüllte elektrische Anordnung 1. Um die Außenfläche der Beschichtung 4 besonders ölabweisend zu gestalten, werden Nanopartikel als Partikel 4a auf die Oberfläche der Beschichtung 4 aufgebracht. Dies kann beispielsweise in einem Streu- oder Aufdampfvorgang geschehen. Hierbei verbleiben ein Großteil der Nanopartikel auf der Oberfläche der Beschichtung 4 oder dringen zumindest nur wenig in die Beschichtung 4 ein.
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Die vorgenannten Ausführungsbeispiele illustrieren lediglich einzelne Aspekte der vorliegenden Erfindung und beschränken nicht den Schutzbereich, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Anordnung, enthaltend einen Träger sowie mindestens ein elektrisches Bauelement, zu schaffen, welche an einem aggressive Substanzen sowie hohe Temperaturen und Temperaturwechsel aufweisenden Ort angeordnet werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Anordnung mit einer Beschichtung versehen, welche aus einer aushärtenden Komponente sowie Keramikpartikeln und/oder Nanopartikeln mit ölabweisenden funktionalen Gruppen und gegebenenfalls weiteren Bestandteilen besteht. Hierdurch wird der Benetzungswinkel der Beschichtung erhöht und somit einem Angriff durch im Schmiermittel enthaltene Substanzen wirksam abgewehrt. Es wird somit eine elektrische Anordnung bereitgestellt, welche ohne ein Schutzgehäuse beispielsweise in einer Getriebeanordnung für ein automobiles Antriebsgetriebe angeordnet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005009039 U1 [0002]
