DE102011085170A1

DE102011085170A1 - Steuermodul mit verklebter Trägerplatte

Info

Publication number: DE102011085170A1
Application number: DE102011085170A
Authority: DE
Inventors: Uwe Liskow; Martin Gerhaeusser; Peter Schubert-Heidt; Martin Kowatsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Ein Steuermodul 10 für ein Fahrzeug umfasst eine Trägerplatte 12, eine Leiterplatte 14 und einen Elektronikbaustein 16. Der Elektronikbaustein 16, die Leiterplatte 14 und die Trägerplatte 12 sind dabei mechanisch miteinander verbunden. Der Elektronikbaustein 16 steht mit der Trägerplatte 12 in thermischen Kontakt. Ein starrer Abschnitt der Leiterplatte 14 ist mit der Trägerplatte 12 verklebt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Steuermodul, vorzugsweise für eine Getriebesteuerung eines Automatikgetriebes.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Steuermodule für Getriebesteuerungen können unter anderem Steuerelektronik, Leistungselektronik, diskrete Bauteile wie Sensoren und mindestens eine Steckverbindung zum Anschluss an den Fahrzeugkabelbaum umfassen. Die Steuermodule werden teilweise unter Getriebeöl verbaut und können den hohen Temperaturen im Getriebe ausgesetzt sein. Um die empfindliche Elektronik vor dem aggressiven Getriebeöl (ATF, „automatic transmission fluid“) zu schützen wird die Elektronik in der Regel in einem dichten Elektronikbaustein untergebracht.
Dabei kann beispielsweise eine Steuerelektronik in einem hermetisch dichten Steuergerätegehäuse untergebracht sein. Die Kontaktierung zu peripheren Komponenten kann dann über ein Stanzgitter und mit Kabelverbindungen erfolgen. Der Elektronikbaustein kann in diesem Fall mittels Laserschweißen am Stanzgitter befestigt sein. Auch kann die Kontaktierung über eine Flexfolie, d.h. über eine flexible Leiterplatte erfolgen, die auf eine Trägerplatte befestigt ist, die zum Ableiten der im Elektronikbaustein entstehenden Wärme dienen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung ein kosten- und montagegünstiges Steuermodul bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuermodul bzw. Steuergerät für ein Fahrzeug.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Steuermodul eine Trägerplatte, eine Leiterplatte bzw. PCB und einen Elektronikbaustein. Der Elektronikbaustein, die Leiterplatte und die Trägerplatte sind derart mechanisch miteinander verbunden sind, dass der Elektronikbaustein mit der Trägerplatte in thermischen Kontakt steht. Weiter ist ein starrer Abschnitt der Leiterplatte mit der Trägerplatte verklebt. Auf diese Weise kann auf einfache Art und Weise eine stabile und vibrationsfeste Verbindung zwischen Trägerplatte und Leiterplatte geschaffen werden, ohne dass Bohrungen oder Löcher für Nieten oder Schrauben in der Trägerplatte und/oder der Leiterplatte notwendig sind. Auch lässt sich auf diese Weise die Montage des Steuermoduls vereinfachen.
Die Leiterplatte kann eine vollständig starre Leiterplatte sein, die mit der Trägerplatte verklebt ist. Die Leiterplatte kann also auf die Trägerplatte aufgeklebt sein. Bei Verwendung einer starren Leiterplatte fallen keine oder nur geringe Werkzeugkosten im Vergleich zu einem Stanzgitter an. Zudem kann die Mustererstellzeit deutlich reduziert werden, da Leiterplatten sehr schnell in Serienqualität verfügbar sind. Änderungen sind sehr schnell umsetzbar, da keine aufwändigen Stanz- und/oder Umspritzungswerkzeuge geändert werden müssen. Dadurch ergibt sich eine Reduzierung der Entwicklungskosten und Entwicklungszeit. Durch die Verwendung einer starren Leiterplatte anstatt einer Flexfolie kann sich auch ein Kostenvorteil ergeben.
Der Elektronikbaustein bzw. ein Elektronikgehäuse kann ein quaderförmiger Körper sein, beispielsweise ein Kunststoffkörper, in den elektronische Bauteile vergossen sind. Beispielsweise kann der Elektronikbaustein eine iTCU (integr. Transmission Control Unit), d.h. eine integrierte Getriebesteuereinheit umfassen.
Der Elektronikbaustein kann beispielsweise eine Steuerungselektronik, einen Speicher und/oder eine Leistungselektronik umfassen.
Die Leiterplatte kann Öffnungen (Lötaugen) aufweisen, durch die Kontaktelemente (Pins) des Elektronikbausteins gesteckt und mit der Leiterplatte verlötet werden können. Bauelemente des Steuermoduls, wie etwa der Elektronikbaustein, ein Sensor mit Pins, ein Steckerkontakt, Wire-Clips, Messerleisten/Stanzgitter können mittels Durchsteckpins und durch Löten auf der Leiterplatte befestigt werden. Zusätzlich können die Kontaktelemente auch mit der Leiterplatte verklebt werden.
Die elektrische Kontaktierung der Leiterplatte mit dem Elektronikbaustein kann mit einem Lötprozess erfolgen.
Da der Elektronikbaustein vor dem Verkleben der Leiterplatte mit der Trägerplatte an der Leiterplatte angelötet werden kann, kann der Lötprozess vereinfacht werden. Die Montage des Elektronikbausteins auf der Leiterplatte kann in einer Standard-Lötanlage erfolgen, da nur die Leiterplatte mit anzulötenden Bauteilen und keine weiteren Modulteile wie die Trägerplatte in die Lötanlage eingebracht werden müssen. Beim Tiegellöten wird keine Wärme durch umliegende Metallteile „abgesaugt“, was die Qualität der Lötung deutlich erhöhen und die Lötwerkzeuge stark vereinfachen kann.
In das Getriebesteuermodul können außerdem ein Sensor und ein Steckerkontakt integriert sein, die beispielsweise auch an der Trägerplatte und/oder der Leiterplatte befestigt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Steuermodul eine beidseitig klebende Klebefolie zum Verkleben der Leiterplatte und der Trägerplatte. Für die Klebeverbindung wird beispielsweise vorgeschlagen, den Klebstoff mit einer Klebefolie zu applizieren. Dabei kann es sich beispielsweise um eine beidseitig klebende Acrylkleberfolie handeln.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Leiterplatte einen starren und einen flexiblen Abschnitt. Die Leiterplatte kann auch mit dem flexiblen Abschnitt mit der Trägerplatte verklebt sein. Auf diese Weise kann der flexible Abschnitt, der zum Angleichen der Leiterplatte an die Trägerplatte dienen kann, an der Trägerplatte fixiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Leiterplatte eine durchgehende Öffnung, in der der Elektronikbaustein angeordnet ist, so dass der Elektronikbaustein in direktem thermischen Kontakt mit der Trägerplatte steht. Die Wärme aus dem Elektronikbaustein kann somit direkt in die Trägerplatte abgeleitet werden. Dies eröffnet auch die Möglichkeit den Elektronikbaustein mit einem thermisch gut leitenden Klebstoff an der Trägerplatte direkt anzukleben.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Trägerplatte ein thermisch gut leitendes Material und ist dazu ausgeführt, Wärme aus dem Elektronikbaustein abzuleiten. Die ganze Trägerplatte kann aus einem thermisch gut leitenden Material, beispielsweise einem Metall wie Aluminium, bestehen. Die Trägerplatte kann ein Blech oder ein Verbund von Kunststoff und Blech sein. Die (Aluminium-)Trägerplatte kann für den Elektronikbaustein einen Kühlkörper darstellen. Dadurch kann die Verlustleistung des Elektronikbausteins erhöht werden und günstigere Bauelemente im Elektronikbaustein eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Trägerplatte eine Vertiefung, in der der Elektronikbaustein angeordnet ist. Die Vertiefung kann beispielsweise durch Stanzen oder Verformen eines Blechs hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Elektronikbaustein zwischen der Trägerplatte und der Leiterplatte aufgenommen und dadurch von beiden Seiten geschützt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Elektronikbaustein mit der Trägerplatte verklebt ist, beispielsweise mit einem besonders gut wärmeleitenden Klebstoff. Eine zusätzliche mechanische Fixierung kann entfallen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Elektronikbaustein mit einer Feder gegen die Trägerplatte gedrückt. Auch auf diese Weise kann eine gute thermische Verbindung zwischen Elektronikbaustein und Trägerplatte hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Trägerplatte eine durchgehende Öffnung (beispielsweise eine Bohrung oder eine Ausnehmung) zur Aufnahme wenigstens eines von der Leiterplatte abstehenden elektrischen Kontakts auf. Durch diese Aussparung in der Trägerplatte, die zum Löten des elektrischen Kontakts an die Leiterplatte verwendet werden kann, kann auf der dem Elektronikbaustein gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte eine Vertiefung entstehen. Diese Vertiefung kann zum Schutz vor Spänen aus dem Getriebe mittels einer einfachen Abdeckung oder eines Vergusses verschlossen werden. Damit entfallen komplexe Bauteile und es ergeben sich Kostenvorteile und eine Qualitätsverbesserung. Die durchgehende Öffnung in der Leiterplatte kann mit einer Abdeckung oder mit einem Vergussmaterial verschlossen sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Trägerplatte eine Vertiefung (eine Sicke bzw. einen verformten oder eingebeulten Abschnitt) zur Aufnahme wenigstens einer von der Leiterplatte abstehenden elektrischen Kontaktstelle auf. Die Kontaktstelle kann den elektrischen Kontakt und Lot zum Verbinden des elektrischen Kontakts mit der Leiterplatte umfassen.
Die Vertiefung kann zum Schutz der direkten Lötstelle vor Metallspänen als Schwebstoffe im Getriebeöl dienen. Ein separates Bauteil, wie ein Spanschutzdeckel ist nicht nötig. Mit einem Spanschutz kann verhindert werden, dass durch Metallspäne kein Kurzschluss an den Kontaktelementen (Pins) und den Lötstellen im Steuermodul erzeugt wird.
Da die Trägerplatte mit den Vertiefungen keine Durchbrüche aufweisen muss, kann die Wärmeableitung aus dem Elektronikbaustein in der Trägerplatte vollflächig erfolgen. Die Abwärme aus dem Elektronikbaustein kann über den vollen Querschnitt der Metallplatte zum kühlenden Ölstrom hin oder zu Anschraubpunkten oder zu Kühlflächen im Getriebe erfolgen. Die Trägerplatte kann zur Wärmeverteilung, als Wärmepuffer und als Kühlfläche für das Steuermodul dienen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine elektrische Kontaktstelle zum Verbinden des Elektronikbausteins mit der Leiterplatte einen elektrischen Kontakt (beispielsweise einen Pin), der durch eine Öffnung in der Leiterplatte geführt ist und der die Leiterplatte U-förmig umgreift. Dies erleichtert das Fixieren des Elektronikbausteins an der Leiterplatte vor dem Löten. Darüber hinaus steht der elektrische Kontakt nicht so weit von der Leiterplatte ab wie nicht umgebogener Pin.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind elektrische Kontaktstellen zum Verbinden des Elektronikbausteins mit der Leiterplatte zwischen der Leiterplatte und dem Elektronikbaustein mit einem Spanschutz abgedeckt. Auch dies kann zum Schutz vor Kurzschlüssen zwischen den Kontaktstellen durch Metallspäne aus dem Getriebe dienen. Der Spanschutz kann eine Spanschutzfolie, einen Deckel und/oder ein Vergussmaterial umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Leiterplatte mit einer ersten Klebeverbindung mit der Trägerplatte verbunden und der Elektronikbaustein mit einer zweiten Klebeverbindung mit der Trägerplatte verbunden. Beide Komponenten können mit zwei unterschiedlichen Arten von Klebstoff bzw. Klebefolie miteinander verklebt werden. Die zweite Klebeverbindung kann eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als die erste Klebeverbindung. Damit kann einerseits eine gute Wärmeableitung aus dem Elektronikbaustein in die Trägerplatte ausgeführt werden und andererseits die Lötstellen besonders gut abgedichtet werden, da verschiedene Klebstoffe, die besonders gut für die jeweilige Aufgabe optimiert sind, eingesetzt werden können.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
2 zeigt ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
3 zeigt ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
4 zeigt ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
5 zeigt einen Verbund aus einer Leiterplatte und einem Elektronikbaustein für ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
6 zeigt eine Trägerplatte für ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
7 zeigt eine Trägerplatte für ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
8 zeigt ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
9 zeigt ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
10 zeigt eine Trägerplatte für ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch in Draufsicht.
11 zeigt eine Trägerplatte für ein Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch in Draufsicht.
12 zeigt einen Ausschnitt aus einem Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
13 zeigt einen Ausschnitt aus einem Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
14 zeigt einen Ausschnitt aus einem Steuermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch im Querschnitt.
Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die 1 zeigt ein Steuermodul 10 für die Getriebesteuerung eines Fahrzeugs, das eine flache Trägerplatte 12, eine flache Leiterplatte 14 und einen quaderförmigen Elektronikbaustein 16 umfasst. Das Steuermodul 10 kann in einem Automatikgetriebe eines Straßenfahrzeugs, etwa einem PKW oder LKW, angeordnet sein und dort mit dem im Getriebe befindliche Getriebeöl in Kontakt stehen.
Basis des Moduls ist die ein- oder mehrteiliger Trägerplatte 12. Auf der Trägerplatte ist die Leiterplatte 14 als Leitungsträger mit einem Klebstoff 18 aufgeklebt. Die Leiterplatte 14 kann eine vollständig starre Leiterplatte sein, kann aber auch flexible Elemente umfassen. Bei dem Klebstoff 18 zur Befestigung der Leiterplatte 14 kann es sich um eine beidseitig klebende Folie 18 handeln. Alternativ kann es sich bei dem Klebstoff 18 um ein flüssiges System handeln, was über Dispensen oder Drucken aufgebracht wird.
Die Trägerplatte 12 und die Leiterplatte 14 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Leiterplatte 14 weist eine Öffnung 20 zur Aufnahme des Elektronikbausteins 16 auf. Der Elektronikbaustein 16 befindet sich mit seiner der Trägerplatte 12 zugewandten Seite im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Seite der Leiterplatte 14, die mit der Trägerplatte 12 verklebt ist.
Mit dem gleichen Klebstoff 18 oder der gleichen Klebefolie 18 kann auch der Elektronikbaustein 16 auf die Trägerplatte 12 geklebt sein. Innerhalb des Elektronikbausteins 16, der ein gegossener Kunststoffkörper sein kein, können sich Elektronikbauteile 22 auf einem Schaltungsträger 24 zur Steuerung und / oder Regelung von Motor- oder Getriebezustände befinden. Die elektrischen Signale und Ströme aus dem Elektronikbaustein 16 werden über eine Bondverbindung 26 auf elektrische Kontakte 28, beispielsweise ein Stanzgitter oder Kontaktpins, nach außen gegeben. Die elektrischen Kontakte 28 sind mit der Leiterplatte 14 elektrisch verbunden, beispielsweise über eine Lötverbindung 30 mit Lötaugen 31.
Zum Schutz des Schaltungsträgers 24 kann der Elektronikbaustein 16 mediendicht ausgelegt sein. Dabei kann der Elektronikbaustein 16 aus Kunststoff ausgeführt sein. Es ist aber auch ein Metallgehäuse 16 zur Verpackung bzw. Umhüllung der Komponenten 22, 24, 26 möglich.
Auf der Trägerplatte 12 können außer dem Elektronikbaustein 16 und der Leiterplatte 14 weitere Komponenten befestigt sein. Hierbei kann es sich zum Beispiel um ein Steckergehäuse 32 und ein Sensorgehäuse 34 handeln. Das Steckergehäuse 32 kann einen Steckerkopf 36 mit Kontakten umfassen, die über einen elektrischen Kontakt 38 analog den elektrischen Kontakten 28 an die Leiterplatte 14 gelötet sind. Das Sensorgehäuse 34, das über eine integrierte Steckverbindung 40 mit der Trägerplatte 12 verbunden sein kann, kann einen Sensor 42 und einen elektrischen Kontakt 44 umfassen, der analog den elektrischen Kontakten 28 mit der Leiterplatte 14 verbunden ist.
Die elektrische Kontaktierung 28, 38, 44 der Modulkomponenten 16, 32, 34 kann durch einen Löt- oder Schweißprozess erfolgen. Hierzu kann die Trägerplatte 12 an den Kontaktstellen 48 für den Kontaktierprozess ausgespart werden, d.h. durchgehende Öffnungen 46, beispielsweise Ausstanzungen 46, umfassen. Um die Kontaktstellen 48 vor metallischen Spänen und somit vor Kurzschlüssen zu schützen kann der Kontaktbereich 46 bzw. die Öffnung 46 durch einen Deckel 50 abgedeckt werden. Alternativ oder zusätzlich zu diesem Deckel 50 kann hier auch eine Vergussmasse 52 als Spanschutz eingesetzt werden.
Die 2 zeigt ein Steuermodul 10a, bei dem der Elektronikbaustein 16 alternativ zu dem Klebstoff 18 mit einer Feder 54 auf die Trägerplatte 12 gedrückt wird, um einen guten thermischen Übergang vom Elektronikbaustein 16 zur Trägerplatte 12 zu erhalten. Die Trägerplatte 12 und die Leiterplatte 14 sind dabei weiterhin mit dem Klebstoff 18 verklebt. Die Feder 54 ist eine Blattfeder 54, die durch Öffnungen 56 in der Leiterplatte 14 zwischen die Leiterplatte 14 und die Trägerplatte 12 eingreift. Die Blattfeder 54 kann den Elektronikbaustein 16 überdecken.
Die 3 zeigt ein Steuermodul 10b, das eine Trägerplatte 12 mit einer Vertiefung 58 zur Aufnahme des Elektronikbausteins 16 aufweist. Die Vertiefung 58 kann spanend oder über einen Umformprozess hergestellt werden. Auch bei dieser Variante kann der Elektronikbaustein 16 mit einer Feder 54 gegen die Trägerplatte 12 gedrückt werden. Die Feder 54, die beispielsweise eine Schraubenfeder ist, kann dabei durch eine Öffnung 60 in der Leiterplatte 14 in die Vertiefung 58 führen. Beim Steuermodul 10b können die Kontaktstellen 48 der Trägerplatte 12 gegenüberliegend angeordnet sein. Hier kann die Klebverbindung 18 außerhalb der elektrischen Kontakte 28 erfolgen.
Die 4 zeigt ein Steuermodul 10c analog dem Steuermodul 10b, bei dem der Elektronikbaustein 16 an die Innenseite der Vertiefung 58 mit Klebstoff 18 geklebt ist.
Die 5 zeigt einen Verbund aus einer Leiterplatte 14 und einem Elektronikbaustein 16. Der Elektronikbaustein 16 (beispielsweise in Mold-Technik) ist dabei mit seinen Kontaktelementen 28 bzw. Pins 28 in die Lötaugen 31 der Leiterplatte 14 gesteckt. Die Leiterplatte 14 kann eine ein- oder mehrlagige Leiterplatte oder HDI-Leiterplatte sein. Die Pins 28 können wie bei Steckerleisten bekannt über einen Kunststoffrahmen ausgerichtet und zentriert und gegeneinander durch Wände gekammert werden.
Die Pins 28 können Abschnitte 62 parallel zur Leiterplatte 14 aufweisen. Die Abschnitte 62 können auf der Leiterplatte 14 anliegen oder entfernt von dieser verlaufen. Die Leiterplatte 14 ist unterhalb der Elektronikbaustein 16 ausgeschnitten und weist eine Öffnung 20 zum direkten Kontakt des Elektronikbausteins 16 zur Trägerplatte 12 auf.
An der Berührungsstelle der Abschnitte 62 zur Oberfläche der Leiterplatte 14 kann Klebstoff 18 aufgebracht sein, um die Leiterplatte 14 und den Elektronikbaustein 16 für die nachfolgenden Arbeitsgänge (weitere Bestückung, Löten) miteinander zu fixieren. Diese Fixierung kann auch dadurch erfolgen, dass beide Teile vor dem Löten durch den Werkstückträger bzw. den Lötrahmen zueinander fixiert werden.
Beide Komponenten 14, 16 (und gegebenfalls weitere bestückte Teile) können durch Selektivlöten (Tiegel, Miniwelle, Wellenlöten) oder durch Through-Hole-Reflow-Löten miteinander velötet werden. Beim Through-Hole-Reflow-Löten wird Lot 30 per Paste aufgedruckt und die Löcher 31 in der Leiterplatte 14 dadurch bedeckt. Die Pins 28 stechen dann beim Fügen durch diese Pastenschicht hindurch. Im Reflow-Ofen wird dann gelötet. Beim Selektivlöten wird Lot 30 über einen Tiegel oder eine Welle an die Lötstelle gebracht und benetzt dort Pin 28 und Lötauge 31.
Die 6 zeigt eine Trägerplatte 12 aus Blech, beispielsweise einem Alu-Blech, das Sicken 64 bzw. Vertiefungen 64 zur Aufnahme der Kontaktstellen 48 aufweist. Die Trägerplatte 12 der 6 ist im Bereich der Löt- bzw. Kontaktstelle 48 geschlossen, aber durch eine Prägung (Sicke) 64 mit Abstand von den metallischen Lötpunkten ausgebildet. Als zusätzlicher Schutz kann die Metallplatte 12 im Sickenbereich eine Lackschicht 66 erhalten, die elektrisch isoliert.
Die 7 zeigt eine Trägerplatte 12 mit einem Blechbereich 68 und einem Kunststoffbereich 70. Die Trägerplatte 12 kann beispielsweise eine Kunststoffplatte 70 mit einer im Bereich des Elektronikbausteins 16 eingelegter/eingespritzter Metallplatte 68 sein, die zur Wärmeaufnahme und -weiterleitung dient.
Die 8 zeigt ein Steuermodul 10d, das aus einem Verbund aus einer Leiterplatte 14 und einem Elektronikbaustein 16 analog der 5 und einer Trägerplatte 12 analog den 6 und 7 zusammengesetzt ist. Ein Absatz 68 des Elektronikbausteins 16 liegt auf der Leiterplatte 14 auf. An der Berührungsstelle des Gehäuseabsatzes 68 zur Oberfläche der Leiterplatte 14 kann Klebstoff 18 aufgebracht sein.
Nach dem Selektivlöten des Verbunds aus dem Elektronikbaustein 16 und der Leiterplatte 14, wird der Verbund auf die Trägerplatte 12 geklebt. Dabei kann sich eine erste Klebeverbindung 18a außerhalb der Vertiefungen 64 und eine zweite Klebeverbindung 18b zwischen den Vertiefungen 64 befinden. Die Klebeverbindung 18b kann eine wärmeleitfähige Klebeverbindung zwischen Elektronikbaustein 16 und Trägerplatte 12 sein. Als Klebeverbindung 18a, 18b kann ein beidseitiges Klebeband verwendet werden oder ein aufgetragener Klebstoff. Wenn die Klebeverbindung 18a von Leiterplatte 14 zu Trägerplatte 12 die gleiche Stärke hat wie die Klebeverbindung 18b zwischen Elektronikbaustein 16 und Trägerplatte 12, können der Elektronikbaustein 16 und die Leiterplatte 14 auf ihrer der Trägerplatte zugewandten Seite bündig eben sein. Ansonsten kann ein entsprechender Vor- oder Rückstand des Elektronikbausteins 16 in der Montagevorrichtung vorgesehen werden.
Außerhalb der Sicken 64 (von dem Elektronikbaustein 16 aus betrachtet) kann eine umlaufende Klebeverbindung 18a liegen, die möglichst breit sein kann, um eine sichere Dichtheit zu erreichen. Der Boden des Elektronikbausteins kann auf der Trägerplatte 12 vollflächig verklebt sein. Die Lötstellen 48 können ebenfalls dicht (bezüglich der Oberseite und Unterseite der Leiterplatte 14) ausgeführt sein, so dass die Lötstellen 48 hermetisch gekapselt sein können.
Wenn keine öldichte Klebeverbindung 18a erreicht wird, könnte sich Öl in der einer Sicke 64 sammeln. Für diesen Fall kann eine Sicke 64 an einer oder mehreren Stellen bewusst gelocht sein, um einen Ölaustausch zu ermöglichen. Das entsprechende Loch 70 kann dabei so klein gewählt werden, dass keine Späne in die Sicke 64 eindringen können.
Die Trägerplatte/Blechplatte 12 kann dort wo keine Lötaugen 31 auf der Unterseite der Leiterplatte 14 liegen eine Austanzung 72 zur Gewichtsreduzierung aufweisen.
Die Pins 28 auf der der Trägerplatte 12 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 14 können ebenfalls gegen Späne geschützt werden. Hierzu kann auf diesen Bereich ein Deckel 74 aufgesetzt werden, der den kompletten Elektronikbaustein 16 mit seinen Pins 28 abdeckt, oder einzelne Deckel 74, die eine Mehrzahl von Pins 28 abdecken. Dieser Bereich kann auch durch aufgeklebte Spanschutzfolien überklebt und damit geschützt sein. Auch kann eine viskose Masse 76 auf den Pinbereich 28 aufgebracht werden, die aushärtet.
Die 9 zeigt ein weiteres Steuermodul 10e mit weiteren Möglichkeiten zum Verkleben der Komponenten 12, 14, 16.
Mit einer durchgehenden Klebeverbindung 18c können der Elektronikbaustein 16 und die Leiterplatte 14 gleichzeitig mit der Trägerplatte 12 verklebt werden.
Die Klebeverbindung 18a, 18c zwischen Leiterplatte 14 und Trägerplatte 12 kann Getriebeöl- und/oder temperaturfest sein. Die besonders gut wärmeleitfähigen Kleberverbindung 18b kann in diesem Fall nicht Getriebeöl-beständig sein.
Auch eine zusätzliche Kleberverbindung 18d zum Verbinden des Elektronikbausteins 16 mit der Leiterplatte 14 außerhalb der besonders gut wärmeleitfähigen Kleberverbindung 18b aber innerhalb der Sicken 64 ist möglich.
Die Klebeverbindung 18b des Elektronikbausteins gewährleistet vorzugsweise eine sehr gute Wärmeleitung vom Boden des Elektronikbausteins 16 zur Trägerplatte 12. Da gängige temperaturfeste Wärmeleitkleber/-folien nicht Getriebeöl-beständig sind und Getriebeöl-beständige Klebstoffe in der Regel. eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, kann in einer Kaskade geklebt werden: Der Großteil des Bodens des Elektronikbausteins 16 (und/oder die Gegenfläche auf der Trägerplatte 12) wird vollflächig mit Wärmeleitkleber 18b oder einer beidseitigen Klebefolie 18b versehen. Um diese Fläche herum wird eine Klebstoffraupe 18c, 18d geschlossen herum gelegt, die Getriebeöl-beständig ist (ggf. auch ein beidseitiger Klebebandring 18c, 18d). Damit ist der Wärmeleitkleber 18b von außen gegen Getriebeöl geschützt.
Wenn weitere Stellen auf der Leiterplatte 14 auf der Unterseite sich erwärmen können, kann auch hier punktuell Wärmeleitkleber 18b umgeben von Getriebeöl-beständigem Klebstoff 18a, 18c, 18d verwendet werden.
Die 10 zeigt eine Trägerplatte 12 mit Öffnungen 46 in Draufsicht. In den Öffnungen 46 sind auch vergossene Lötstellen dargestellt, d.h. die Vergussmasse 52 sowie Pins 28.
Die Trägerplatte 12 ist unter den Pins 28 des Elektronikbausteins 16 ausgestanzt, damit hier die Löt-Tiegel durchtauchen und die Leiterplatte 14 benetzen können. Dadurch verbleiben Stege 78 in der Trägerplatte 12 zwischen den Öffnungen 46, über die die Wärme weiter radial verteilt werden kann. Der Wärmefluss über die Stege 78 von der heißen Stelle in der Mitte der Trägerplatte 12 zum Rand ist in der 10 durch Pfeile dargestellt.
Bei sehr schmalen Stegen kann es zum Wärmestau bzw. zu schlechter Wärmeableitung kommen. Es wird nicht der volle Querschnitt der Trägerplatte 12 genutzt. In diesem Fall können Wärmebrücken in Form eines Deckels 50 oder als Vergussmasse 52 auf oder in die Öffnungen 46 aufgebracht werden (wärmeleitend und dicht). D.h. die Vergussmasse 52 oder der Deckel 50 kann wärmeleitend ausgeführt sein.
Die 11 zeigt eine Trägerplatte 12 mit Vertiefungen 64 bzw. Sicken 64 in Draufsicht. Die Sicken 64 können die Lötstelle von dem Raum auf der anderen Seite der Trägerplatte 12 komplett abschließen.
Je Anschlussreihe des Elektronikbaustein 16 ist entweder eine eigene Sicke 64 angebracht oder alle Kontaktreihen werden in einer umlaufenden Sicke 64 (um den Elektronikbaustein 16 herum) zusammengefasst. Wenn die Sicken 64 ineinander übergehen, weist die Trägerplatte eine umgehende Sicke 64 auf.
Die Wärmeableitung bei der Trägerplatte 12 mit den Sicken 64 kann von der heißen Stelle in der Mitte über den ganzen Bereich um den Elektronikbaustein 16 herum durch das Material der Trägerplatte 12 erfolgen, wie in der 11 durch Pfeile angedeutet ist.
Da das Löten vor dem Aufkleben der Trägerplatte 12 stattfinden kann, entstehen keine Wärmesenke beim Löten. Außerdem ergeben sich keine Engstellen (Stege) in Bezug auf die Wärmeleitung. Weiter bieten die Sicken 64 einen voller Spanschutz.
Alternativ zum Selektivlöten kann auch ein Reflow-Löten oder ein Thermodenlöten, Heißluftlöten usw. mit Surface-Mount-Technik erfolgen.
Die 12 zeigt einen Ausschnitt aus einem Steuermodul 10f vor dem Löten. Die 13 zeigt den Ausschnitt aus der 12 nach dem Löten.
Die Pins 28 werden in Lötaugen 31 (Löcher) gesteckt und die waagerechten Abschnitte 62 der Pins liegen auf der mit Lotpaste 80 versehenen Leiterplatte 14 auf (typisch surface mount Technik). Die Lotpaste 80 kann auf beiden Seiten der Lötaugen 31 auf der Leiterplatte 14 aufgebracht sein. Im Lötauge 31 kann eine Löthülse 82 angeordnet sein. Die Lötpaste 80 kann ein Pad 84 oder Land 84 neben dem Lötauge 31 auf der Leiterplatte 14 bedecken.
Die Pins 28 werden im waagerechten Bereich 62 voll auf die Leiterplatte 14 gepresst. Dazu kann der Abschnitt 62 einen leicht federnden Bereich umfassen. Auf der anderen Seite der Leiterplatte 14 werden die Pins nach zur Leiterplatte 14 hin umgebogen. Die Pins 28 umgreifen die Leiterplatte dann U-förmig.
Damit ist vor dem Löten sichergestellt, dass die Pins 28 sicher in der Lotpaste 80 liegen, bevor das Aufschmelzen durch eine Thermode, Heißluft, Laserstrahl oder im Reflow-Ofen erfolgt. Da der Elektronikbaustein 16 bis zu 150 Pins 28 haben kann, können diese aufgrund der großen Elektronikbaustein-Außenabmessung und den steifen Pins 28 in der Regel nicht sicher durch Thermoden oder andere Niederhalter vollflächig auf die Leiterplatte 14 gedrückt werden.
Die Themode fährt wieder hoch, bevor das Lot erstarrt, d.h. der Pin 28 kann von der Leiterplatte wegfedern und die Lötstelle 48 kann damit defekt sein. Die umgebogenen Pins 28 stellen sicheres Löten sicher.
Das Lotpastendepot 80 auf der anderen Seite (Austrittseite des Pins 28) kann so ausgelegt sein, dass sich das Lötauge 31 bzw. die Hülse 82 per Kapillarwirkung vollständig mit Lot 30 füllen kann, um eine dichte Lötstelle 48 zu erhalten und eine wegen Lebensdauer notwendig mit Lot gefüllte Hülse 82. Der Pin 28 kann über das Lot 30 im und um das Lötauge 31 bzw. die Hülse 82 mit der Leiterplatte 14 mechanisch verbunden sein und über die Lötverbindung des Abschnitts 62 mit dem Land 84 elektrisch mit der Leiterplatte 14 verbunden sein.
Die 14 zeigt einen weiteren Ausschnitt aus einem Steuermodul 10g. Es kann auch eine Starr-Flex-PCB als Leiterplatte 14 verwendet werden, um einen Leiterplatte-Ebensprung zu ermöglichen.
Die Trägerplatte 12 weist unterschiedliche Niveaus auf, die durch den flexiblen Abschnitt 86 der Leiterplatte 14 ausgeglichen werden können. Die Trägerplatte 12 und die Leiterplatte 14 können im Bereich starrer Abschnitte 88 der Leiterplatte 14 und im Bereich flexibler Abschnitte 86 der Leiterplatte 14 verklebt sein bzw. Verklebungen 18 aufweisen.
Durch ein Verkleben der Leiterplatte 14 mit der Trägerplatte 12 wird die abgefräste Oberfläche 90 (die zur Trägerplatte 12 hin orientiert ist) gegen Getriebeöl-Angriff geschützt und stellt somit keine Schwachstelle dar.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Steuermodul (10) für ein Fahrzeug, das Steuermodul umfassend: eine Trägerplatte (12), eine Leiterplatte (14), einen Elektronikbaustein (16), wobei der Elektronikbaustein (16), die Leiterplatte (14) und die Trägerplatte (12) mechanisch miteinander verbunden sind, wobei der Elektronikbaustein (16) mit der Trägerplatte (12) in thermischen Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein starrer Abschnitt der Leiterplatte (14) mit der Trägerplatte (12) verklebt ist.
Steuermodul (10) nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine beidseitig klebende Klebefolie (18) zum Verkleben der Leiterplatte (14) und der Trägerplatte (12).
Steuermodul (10g) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leiterplatte (14) einen starren Abschnitt (88) und einen flexiblen Abschnitt (86) umfasst; wobei die Leiterplatte (14) mit dem flexiblen Abschnitt (86) mit der Trägerplatte (12) verklebt ist.
Steuermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (14) eine Öffnung (20) umfasst, in der der Elektronikbaustein (16) angeordnet ist, so dass der Elektronikbaustein (16) in direktem thermischen Kontakt mit der Trägerplatte (12) steht
Steuermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (12) ein thermisch gut leitendes Material umfasst und dazu ausgeführt ist, Wärme aus dem Elektronikbaustein abzuleiten.
Steuermodul (10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (12) eine Vertiefung (58) umfasst, in der der Elektronikbaustein (16) angeordnet ist; und/oder wobei der Elektronikbaustein (16) zwischen der Trägerplatte (12) und der Leiterplatte (16) aufgenommen ist.
Steuermodul (10b, 10c)) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektronikbaustein (16) mit der Trägerplatte (12) verklebt ist und/oder wobei der Elektronikbaustein (16) mit einer Feder (54) gegen die Trägerplatte (12) gedrückt wird.
Steuermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (12) eine durchgehende Öffnung (46) zur Aufnahme wenigstens eines von der Leiterplatte (14) abstehenden elektrischen Kontaktstelle (48) aufweist; wobei die durchgehende Öffnung (46) mit einer Abdeckung (50) und/oder mit einem Vergussmaterial (52) verschlossen ist.
Steuermodul (10d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (12) eine Vertiefung (64) zur Aufnahme wenigstens einer von der Leiterplatte (14) abstehenden elektrischen Kontaktstelle (48) aufweist
Steuermodul (10f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektrische Kontaktstelle (48) zum Verbinden des Elektronikbausteins (16) mit der Leiterplatte (48) einen elektrischen Kontakt (28) umfasst, der durch eine Öffnung (31) in der Leiterplatte (14) geführt ist und der die Leiterplatte (14) U-förmig umgreift.
Steuermodul (10d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Kontaktstellen (48) zum Verbinden des Elektronikbausteins (16) mit der Leiterplatte (14) zwischen der Leiterplatte (14) und dem Elektronikbaustein (16) mit einem Spanschutz (74, 76) abgedeckt sind; wobei der Spanschutz eine Spanschutzfolie, einen Deckel (74) und/oder ein Vergussmaterial (76) umfasst.
Steuermodul (10e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (14) mit einer ersten Klebeverbindung (18a) mit der Trägerplatte (12) verbunden ist und der Elektronikbaustein (16) mit einer zweiten Klebeverbindung (18b) mit der Trägerplatte (12) verbunden ist; wobei die zweite Klebeverbindung (18b) eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die erste Klebeverbindung (18a).