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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Steuergerätes mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs.
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Bekannte Automatikgetriebe für Fahrzeuge weisen neben herkömmlichen mechanischen Komponenten oftmals auch Sensorik und Aktuatorik auf, um einerseits einen bestimmten Getriebezustand detektieren und andererseits die Arbeitsweise des Getriebes beeinflussen zu können. Entsprechende Sensorik und Aktuatorik ist an Steuergeräte, insbesondere an Getriebesteuergeräte, angeschlossen und hierbei insbesondere an Elektronikmodule in Steuergeräten beziehungsweise in Getriebesteuergeräten.
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Solche Steuergeräte und die darin angeordneten Elektronikmodule können hierbei auch direkt im Getriebe vorgesehen sein. Dadurch sind diese Steuergeräte direktem Kontakt mit dem Getriebeöl und anderen aggressiven Getriebeflüssigkeiten sowie hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Um die empfindliche Elektronik der Elektronikmodule dauerhaft und sicher vor einer Zerstörung durch eindringendes Getriebeöl oder aggressive Getriebeflüssigkeit zu schützen, sind die Steuergeräte für einen Einsatz im Getriebe in der Regel speziell ausgebildet. Insbesondere werden derartige Steuergeräte so konstruiert, dass das Eindringen von Getriebeöl beziehungsweise der Getriebeflüssigkeit dauerhaft und sicher in allen Betriebszuständen möglichst komplett unterbunden wird.
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Aus der
DE 10 2010 062 653 A1 ist ein gattungsgemäßes Steuergerät bekannt. Das Steuergerät umfass ein Trägersubstrat für ein Elektronikmodul und einen auf dem Trägersubstrat festgelegten Deckel, wobei das Trägersubstrat und der Deckel einen Elektronikraum umschließen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Herstellungsverfahren für ein Steuergerät und ein Steuergerät so weiterzuentwickeln, dass ein Elektronikmodul in dem Steuergerät zuverlässiger gegen Flüssigkeitsfilme und insbesondere gegen Ölfilme geschützt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Steuergerätes mit den Merkmalen den nebengeordneten Verfahrensanspruchs 10 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, welches folgende Komponenten umfasst: Ein Trägersubstrat für ein Elektronikmodul und einen auf dem Trägersubstrat festgelegten Deckel, wobei das Trägersubstrat und der Deckel einen Elektronikraum umschließen, wobei das Trägersubstrat im Elektronikraum einen Montagebereich für das Elektronikmodul und einen den Montagebereich umlaufenden Randbereich aufweist, wobei der Randbereich eine dem Elektronikraum zugewandte erste Oberfläche aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei auf der ersten Oberfläche des Randbereichs wenigstens ein vollständig im Elektronikraum angeordneter Schutzwall angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Schutzwall den Montagebereich zu einem Viertel oder mehr umläuft, wobei der wenigstens eine Schutzwall derart ausgestaltet ist, dass der wenigstens eine Schutzwall eine Flüssigkeitsbarriere bildet, welche dem Vordringen eines Flüssigkeitsfilms vom Randbereich in Richtung des Elektronikmoduls entgegenwirkt.
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Gegenüber dem Stand der Technik weist das erfindungsgemäße Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs den Vorteil auf, dass das Elektronikmodul besonders zuverlässig und sicher gegen Flüssigkeitsfilme, insbesondere gegen Ölfilme, insbesondere gegen im Temperaturbereich von -40°C bis +160°C im flüssigen Aggregatzustand vorliegende Medien, geschützt ist. Bei derartigen Steuergeräten, insbesondere für eine Getriebesteuerung, können Flüssigkeitsfilme durch eine Kapillarwirkung oder durch Diffusion in geringen Mengen die Dichtstellen zwischen Deckel und Trägersubstrat unterwandern. Sie können dann als Flüssigkeitsfilm auf der ersten Oberfläche des Trägersubstrats in Richtung des Elektronikmoduls, insbesondere kriechend, vordringen. Besonders vorteilhaft wird durch die Erfindung eine besonders kostengünstig und einfach herzustellende Flüssigkeitsbarriere realisiert, welche dauerhaft die Funktionalität des Elektronikmoduls sicherstellt. Der Schutzwall wirkt dabei in mehrerer Hinsicht als Flüssigkeitsbarriere. Zum einen verlängert er vorteilhaft die Kriechstrecke für den Flüssigkeitsfilm. Dies bewirkt auch, dass sich das Flüssigkeitsvolumen über eine größere Fläche verteilt und der Flüssigkeitsfilm sich dadurch in seiner Stärke verdünnt. Zum anderen muss der Flüssigkeitsfilm zur Überwindung des Schutzwalls seine Kriech-Richtung mehrmals ändern und muss dabei Kanten überwinden. Dies bewirkt vorteilhaft, dass der Flüssigkeitsfilm im Streben nach einem Energieminimum in seiner Vorwärtsbewegung in Richtung des Elektronikmoduls gehemmt wird und seine Ausbreitungsrichtung bevorzugt derart ändert, dass er zunächst auf der ersten Oberfläche entlang des Schutzwalls weiterkriecht. Dadurch wird vorteilhaft das Vordringen des Flüssigkeitsfilms hin zu dem Elektronikmodul unterbunden. Dadurch, dass der Schutzwall den Montagebereich zu wenigstens einem Viertel umgibt, also von der Mitte des Montagebereichs aus betrachtet ein Winkelsegment in der Ebene der ersten Oberfläche von wenigstens 90° abdeckt, wird vorteilhaft bewirkt, dass der Schutzwall gezielt wenigstens eine Seite des Elektronikmoduls vor einem eindringenden Flüssigkeitsfilm schützt. Bevorzugt ist der Schutzwall dabei an den Stellen angeordnet, an denen ein Flüssigkeitsfilm aufgrund konstruktiver Gegebenheiten am ehesten zu erwarten ist und/oder an denen das Elektronikmodul die größte Empfindlichkeit gegen einen Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm aufweist.
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Gegenüber dem Stand der Technik weist das Verfahren zur Herstellung eines Steuergerätes, insbesondere für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs den Vorteil auf, dass das Erstellen eines vollständig im Elektronikraum geborgenen Schutzwalls auf eine besonders einfache und kostengünstige Art und Weise beim Herstellen bzw. Strukturieren des Trägersubstrats erfolgen kann und dass dadurch ein sicherer und zuverlässiger Schutz des Elektronikmoduls vor einem Flüssigkeitsfilm erzielt wird. Insbesondere ist die Funktionalität des Schutzwalls als Flüssigkeitsbarriere vorteilhaft nicht an, z.B. nachgelagerte, Montageschritte gebunden.
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Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen ermöglicht.
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Dadurch, dass der wenigstens eine Schutzwall eine dem Elektronikmodul zugewandte Innenwand, eine von dem Elektronikmodul abgewandte Außenwand und eine zur ersten Oberfläche des Randbereichs im Wesentlichen parallele Endfläche umfasst wird vorteilhaft bewirkt, dass sich die Kriechstrecke für den Flüssigkeitsfilm um wenigstens die Höhe der Außenwand und die Höhe der Innenwand verlängert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an dem wenigstens einen Schutzwall wenigstens eine scharfe Kante ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine scharfe Kante durch die Schnittlinie der Endfläche mit einer dazu im Wesentlichen senkrechten zweiten Oberfläche gebildet wird. Die scharfe Kante bewirkt gegenüber dem Flüssigkeitsfilm vorteilhaft den physikalischen Effekt der sogenannten Kantenflucht, wodurch dem Vordringen des Flüssigkeitsfilms in Richtung des Elektronikmoduls zusätzlich zur Verlängerung der Kriechstrecke entgegengewirkt wird.
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Dadurch, dass das Kantenmaß der wenigstens einen scharfen Kante 50 Mikrometer oder weniger, insbesondere 20 Mikrometer oder weniger, beträgt, wird ein Flüssigkeitsfilm, insbesondere ein Ölfilm, insbesondere im Temperaturbereich von -40°C bis +160°C, besonders zuverlässig an der scharfen Kante zurückgehalten und am Vordringen in Richtung des Elektronikmoduls gehindert. Eine derartig ausgebildete scharfe Kante bewirkt eine besonders hohe Ausprägung des physikalischen Effekts der Kantenflucht, welcher dazu führt, dass der Flüssigkeitsfilm an dieser Kante eine gekrümmte Oberfläche erfährt und somit am Rand der Kante zunächst gestoppt wird und damit die Kante nicht überfließt.
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Dadurch, dass die Kantenschärfe der wenigstens einen scharfen Kante derart ausgebildet ist, dass sich die Oberflächenenergie der ersten Oberfläche an der wenigstens einen scharfen Kante derart abrupt verändert, dass ein Flüssigkeitsfilm, insbesondere ein Ölfilm, an der wenigstens einen scharfen Kante entnetzendes Verhalten zeigt, wird vorteilhaft bewirkt, dass der Flüssigkeitsfilm zuverlässig am Rand der Kante aufgehalten wird und sich nicht weiter in Richtung des Elektronikmoduls ausbreiten kann.
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Durch die abrupte Änderung der Oberflächenenergie der ersten Oberfläche an der wenigstens einen scharfen Kante, wobei sich die Oberflächenenergie der ersten Oberfläche an der wenigstens einen scharfen Kante bevorzugt abrupt stark verringert, wird durch den thermodynamischen Effekt, dass die Oberflächenenergie des Flüssigkeitsfilms einem Minimum zustrebt, bewirkt, dass der Flüssigkeitsfilm an der scharfen Kante mit der dort einsetzenden abrupten Verringerung der Oberflächenenergie ein entnetzendes Verhalten aufweist.
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Entnetzendes Verhalten bedeutet dabei, dass sich die Flüssigkeit des Flüssigkeitsfilms auf der ersten Oberfläche im Bereich der scharfen Kante wölbt, bevorzugt stark wölbt, wobei der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms und der ersten Oberfläche im Bereich von 90° liegt und bevorzugt größer als 90° wird. Dieses Phänomen, dass sich im Bereich der scharfen Kante eine gekrümmte Oberfläche des Flüssigkeitsfilms ausbildet, wird als Kantenflucht bezeichnet. Dabei bewirkt die Oberflächenspannung des Flüssigkeitsfilms eine Minimierung der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms und führt dazu, dass die Flüssigkeit in Richtung der ebenen Fläche der ersten Oberfläche verdrängt wird. Im Bereich der Kante erhöht sich die Schichtdicke bis zu einer Wulstbildung.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine scharfe Kante durch eine Schnittlinie zwischen der Endfläche und der Außenwand gebildet, wobei die Außenwand als die zweite Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zur Endfläche verläuft und/oder ist die wenigstens eine scharfe Kante durch eine Schnittlinie zwischen der Endfläche und der Innenwand gebildet, wobei die Innenwand als die zweite Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zur Endfläche verläuft. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass der Schutzwall an seiner Endfläche den Flüssigkeitsfilm besonders wirksam an einer Weiterausbreitung hindern kann.
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Die in dieser Anmeldung verwendeten Begriffe „Kante“, „scharfe Kante“ und „Kantenmaß“ sind analog der ISO-Norm „ISO 13715: 2000“ (Ausgabe Dezember 2000) definiert.
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Unter dem Begriff „Kante“ wird somit im Sinne dieser Anmeldung die Schnittlinie zweier Oberflächen verstanden. Die in dieser Anmeldung beschriebenen zweiten Oberflächen der Innenwand und der Außenwand sind als im Wesentlichen planare Oberflächen ausgebildet und sie verlaufen beide im Wesentlichen senkrecht zur Endfläche des Schutzwalls. Sie bilden mit der planaren Endfläche des Schutzwalls also jeweils eine Kante entlang ihrer Schnittlinie mit der Endfläche des Schutzwalls.
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Dabei bestehen im Schnittbereich der zwei sich schneidenden Oberflächen grundsätzlich unvermeidbare Abweichungen von der ideal-geometrischen planaren Oberfläche, wodurch an der von den beiden Oberflächen gebildeten Kante beispielsweise kleine Grate oder Abtragungen in Form von Verrundungen oder Fasen auch dann auftreten können, wenn die durch die sich schneidenden Oberflächen gebildete Kante als scharfe Kante anzusehen ist.
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Unter einer „scharfen Kante“ im Sinne dieser Anmeldung wird bezugnehmend auf die ISO 13715:2000 folgende Ausbildung einer Kante zwischen zwei sich schneidende Oberflächen verstanden: Die Endfläche des Schutzwalls weist im Bereich der Kante eine erste planare Fläche auf, welche eine erste Ebene aufspannt. Die zweite Oberfläche weist im Bereich der Kante eine planare zweite Fläche auf, welche eine zweite Ebene aufspannt. Die erste Ebene und die zweite Ebene schneiden sich entlang einer geometrischen Schnittlinie. In einer Querschnittsebene senkrecht durch die sich schneidende erste und zweite Ebene und daher auch senkrecht zu der geometrischen Schnittlinie weist die Kontur der Kante ein erstes Längenmaß (a1) und ein zweites Längenmaß (a2) auf, welche zusammen ein „Kantenmaß“ definieren. Das erste Längenmaß (a1) wird definiert durch die Länge eines von einem idealen rechtwinkligen Verlauf abweichenden Verlaufs der Kontur der Kante von ihrem Abweichungspunkt aus der ersten Ebene bis zur geometrischen Schnittlinie. Das zweite Längenmaß (a2) wird definiert durch die Länge eines von einem idealen rechtwinkligen Verlauf abweichenden Verlaufs der Kontur der Kante von ihrem Abweichungspunkt aus der zweiten Ebene bis zur geometrischen Schnittlinie. Das erste Längenmaß (a1) und das zweite Längenmaß (a2) (und damit auch das Kantenmaß) betragen für eine im Sinne der Anmeldung „scharfe Kante“ jeweils 50 Mikrometer oder weniger und insbesondere 20 Mikrometer oder weniger.
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Dadurch, dass die Endfläche des Schutzwalls von der ersten Oberfläche des Randbereichs 15 Mikrometer oder mehr, insbesondere 35 Mikrometer oder mehr, beabstandet ist, also in einer Höhe d über der ersten Oberfläche liegt, wird vorteilhaft bewirkt, dass der Schutzwall eine sichere und zuverlässige Barriere gegen den Flüssigkeitsfilm darstellt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Trägersubstrat eine Leiterplatte ist, wobei die Leiterplatte auf der ersten Oberfläche wenigstens bereichsweise eine Metallisierung, insbesondere aus Kupfer, aufweist, wobei der wenigstens eine Schutzwall aus der Metallisierung gebildet ist. Dadurch ist vorteilhaft eine besonders günstige und einfache Herstellung des Schutzwalls möglich. Zusätzlich wird dadurch vorteilhaft bewirkt, dass der Schutzwall besonders sicher leckfrei mit der ersten Oberfläche verbunden ist, da die Leiterplatte bereits mit der Metallisierung gefertigt ist. Zudem lässt sich besonders einfach an einer Metallisierung eine scharfe Kante anbringen, wodurch die Schutzwirkung des Schutzwalls gegen einen Flüssigkeitsfilm besonders vorteilhaft erhöht wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Trägersubstrat eine Leiterplatte ist, wobei wenigstens eine Leiterbahn auf einer inneren Lage der Leiterplatte vorgesehen ist, welche über eine Durchkontaktierung mit einem Kontaktier-Element auf der ersten Oberfläche elektrisch verbunden ist, wobei das Kontaktier-Element auf der ersten Oberfläche zwischen dem wenigstens einen Schutzwall und dem Montagebereich für das Elektronikmodul angeordnet ist. Durch diese Weiterbildung wird vorteilhaft bewirkt, dass ein Vordringen des Flüssigkeitsfilms bevorzugt gestoppt wird, bevor der Flüssigkeitsfilm das Kontaktier-Element auf der ersten Oberfläche des als Leiterplatte ausgebildeten Trägersubstrats erreicht. Dadurch wird das Kontaktier-Element besonders zuverlässig vor Korrosion in Folge von Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm, insbesondere einem Ölfilm oder einer aggressiven Getriebeflüssigkeit, bewahrt.
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Als eine Leiterplatte im Kontext der vorliegenden Erfindung ist eine Signal- und/oder Stromverteilungskomponente zu verstehen. Hierunter fallen insbesondere konventionelle Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB) auf zum Beispiel Epoxidharz-Basis (FR4) mit beispielsweise Kupferleiterbahnen auf inneren und/oder äußeren Lagen der Leiterplatte und mit elektrischen Durchkontaktierungen, welche Leiterbahnen in verschiedenen Lagen elektrisch miteinander verbinden.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Steuergeräts für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs sieht vor, dass als Trägersubstrat eine Leiterplatte bereitgestellt wird, wobei die Leiterplatte auf einer Außenseite eine Metallisierung, insbesondere aus Kupfer, aufweist, wobei zum Erstellen des wenigstens einen auf der ersten Oberfläche angeordneten Schutzwalls die auf der Außenseite der Leiterplatte angeordnete Metallisierung insbesondere durch einen Ätzprozess strukturiert wird. Dadurch lässt sich der Schutzwall vorteilhaft in besonders einfacher, schneller und kostengünstiger Weise herstellen. In der Regel wird eine Leiterplatte ohnehin einem Ätzschritt zur Herausbildung von Leiterbahnstrukturen unterzogen, so dass sich im selben Schritt auch der Schutzwall herstellen lässt. Dadurch werden kosten- und zeitintensive Prozesse zur Erstellung des Schutzwalls entbehrlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung
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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuergerät,
- 2 ein vergrößertes Detail eines Schutzwalls des Querschnitts aus 1,
- 3a eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform der Erfindung,
- 3b eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Steuergerät 100 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät 100 umfasst ein Trägersubstrat 200 für ein Elektronikmodul 400 und einen auf dem Trägersubstrat 200 festgelegten Deckel 300, wobei das Trägersubstrat 200 und der Deckel 300 einen Elektronikraum 302 umschließen. Das Trägersubstrat 200 weist im Elektronikraum 302 einen Montagebereich 215 für das Elektronikmodul 400 und einen den Montagebereich 215 umlaufenden Randbereich 230 auf. Der Randbereich 215 weist eine dem Elektronikraum 302 zugewandte erste Oberfläche 204 auf.
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Das Trägersubstrat 200 ist auf eine Trägerplatte 110 montiert, welche bevorzugt aus Aluminium mit einer Blechstärke von 3 bis 4 mm ausgebildet ist.
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Auf dem Trägersubstrat 200 ist der Deckel 300 mittels einer bevorzugt umlaufenden Dichtung 310, beispielsweise in Form einer Kleberaupe oder eines O-Rings dicht festgelegt. Die Befestigung des Deckels 300 am Trägersubstrat 200 erfolgt bevorzugt durch wenigstens ein Befestigungselement 120, welches den Deckel 300, das Trägersubstrat 200 und die Trägerplatte 110 beispielsweise durchgreift und zusammenpresst. Das wenigstens eine Befestigungselement 120 ist dabei besonders bevorzugt als Niete oder Schraube ausgebildet.
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Das Elektroniksubstrat 200 ist bevorzugt als eine Leiterplatte beziehungsweise ein Printed Circuit Board (PCB) ausgebildet. Auf dem Elektronikmodul 400 sind elektrische oder elektronische Bauelemente 410 (beispielsweise anwenderspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC)), passive Bauelemente 420, beispielsweise Widerstände, Kondensatoren oder Spulen, und Elektronikmodul-Kontaktelemente 440 angeordnet. Das Elektronikmodul 400 ist im Montagebereich 215 des Trägersubstrats 200 montiert und bevorzugt mittels eines Klebemittels 402 aufgeklebt. Das Klebemittel 402 kann ein elektrisch leitfähiger Klebstoff oder ein elektrisch nicht leitfähiger Klebstoff sein. Das Klebemittel 402 kann in einer Ausführungsform auf den Montagebereich 215 dispenst werden. In einer anderen Ausführungsform ist das Klebemittel 402 als doppelseitiges Klebeband ausgebildet.
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Das als Leiterplatte ausgebildete Trägersubstrat 200 weist in seinem Randbereich 230 einen auf der ersten Oberfläche 204 angeordneten Schutzwall 220 auf. Der Schutzwall umläuft bevorzugt das in der Aussparung 210 angeordnete Elektronikmodul 400 wenigstens zu einem Viertel, besonders bevorzugt umläuft der Schutzwall 220 das Elektronikmodul 400 vollständig und ist ringartig geschlossen. Der Schutzwall 220 weist einen bevorzugt rechteckigen Querschnitt auf mit einer dem Elektronikmodul 400 zugewandten Innenwand 222, einer vom Elektronikmodul 400 abgewandten Außenwand 224 und einer Endfläche 225, wobei die Endfläche 225 bevorzugt parallel zur ersten Oberfläche 204 ausgebildet ist. Die Innenwand 222 und die Außenwand 224 sind als im Wesentlichen senkrecht zur ersten Oberfläche 204 ausgebildete Oberflächen ausgebildet und damit bevorzugt auch senkrecht zur Endfläche 225.
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Die Außenwand 224 ist als eine zweite Oberfläche 206 anzusehen, welche mit der Endfläche 225 des Schutzwalls 220 eine Schnittlinie bildet, wobei die Schnittlinie als Außenwandkante 226 ausgebildet ist und bevorzugt eine scharfe Kante 208 bildet. Die Innenwand 222 ist bevorzugt als eine weitere zweite Oberfläche 206 ausgebildet, welche mit der Endfläche 225 des Schutzwalls 220 eine weitere Schnittlinie bildet, wobei diese weitere Schnittlinie eine Innenwandkante 228 bildet, die bevorzugt ebenfalls als eine scharfe Kante 208 ausgebildet ist.
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Die Höhe d der Innenwand 222 und der Außenwand 224, beträgt bevorzugt mehr als 15 Mikrometer, besonders bevorzugt mehr als 35 Mikrometer. Es ist aber je nach Dicke des verwendeten Trägersubstrats 200 auch möglich, dass die Höhe d der Innenwand 222 und der Außenwand 224 mehr als 100 Mikrometer oder sogar mehr als 400 Mikrometer beträgt. Begrenzt wird die Höhe d der Innenwand 222 und der Außenwand 224 im Wesentlichen nur von der Höhe des Elektronikraums und durch den Herstellprozess des Schutzwalls 220.
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Die laterale Erstreckung des Schutzwalls 220, also seine Breite und somit insbesondere der Abstand der Innenwand 222 von der Außenwand 224, beträgt bevorzugt mehr als 200 Mikrometer, besonders bevorzugt zwischen 400 Mikrometer und 1200 Mikrometer. Je nachdem, über welche Fläche sich das Trägersubstrat 200 erstreckt und wie viel Platz im Randbereich 230 zur Verfügung steht, kann die Breite des Schutzwalls auch mehr als 1200 Mikrometer betragen, beispielsweise 1 cm.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind entlang der Erstreckungsrichtung vom Deckel 300 zum Elektronikmodul 400 mehrere Schutzwälle 220 hintereinander, in einer Aufsicht also ineinander geschachtelt, angeordnet. Insbesondere sind zwei, drei oder vier Schutzwälle 220 hintereinander angeordnet. Die Breite der Schutzwälle 220 und die Höhe d ihrer Innenwände 222 und Außenwände 224 kann dabei für alle Schutzwälle 220 gleich sein, es können jedoch auch Schutzwälle 220 mit verschiedenen Breiten und verschiedenen Höhen d der Innenwände 222 und Außenwände 224 vorgesehen sein. Dadurch wird die Kriechstrecke für Flüssigkeitsfilme erheblich vergrößert und - in Zusammenwirken mit möglichen weiteren scharfen Kanten an den Schutzwällen 220 - der Schutz des Elektronikmoduls 400 vor einem Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm besonders stark erhöht.
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Weiterhin umfasst das als Leiterplatte ausgebildete Trägersubstrat 200 bevorzugt zwischen dem Schutzwall 220 und dem Montagebereich 215 angeordnete Kontaktier-Elemente 240, welche jeweils über eine Durchkontaktierung 242 mit einer Leiterbahn 260 des Trägersubstrats 200 verbunden sind, wobei die Leiterbahn 260 in einer inneren Lage des Trägersubstrats ausgebildet ist. Das Elektronikmodul 400 ist mittels eines elektrischen Verbindungselements 450 mit dem Trägersubstrat 200 verbunden, wobei das elektrische Verbindungselement 450 beispielsweise als Bonddraht Verbindung zwischen dem Kontaktier-Element 240 und dem Elektronikmodul-Kontaktelement 440 ausgebildet ist.
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Im Deckel 300 kann sich bevorzugt eine Deckelöffnung 320 befinden, welche mit einem Verschlusselement 322 verschließbar ist. Das Verschlusselement 322 kann bevorzugt in Form einer verlötbaren Kugel ausgebildet sein. Durch die Deckelöffnung 320 kann nach der Montage des Deckels 300 auf das Trägersubstrat 200 beispielsweise die Dichtheit des Elektronikraums 302 geprüft werden oder es können Stoffe, wie z.B. ein Gel, in den Elektronikraum 302 eingefüllt werden, wobei die Stoffe bevorzugt eine das Elektronikmodul 400 schützende Wirkung, insbesondere gegen einen Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm, aufweisen. Besonders bevorzugt ist das Elektronikmodul 400 von einem schützenden Stoff, insbesondere einem Gel, vollständig umhüllt. Ebenso sind bevorzugt die Kontaktier-Elemente 240 vollständig von einem schützenden Stoff, insbesondere einem Gel, umhüllt.
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Durch Diffusionsprozesse oder den Kapillareffekt kann es vorkommen, dass geringe Mengen des außerhalb des Steuergeräts 100 anliegenden Mediums, insbesondere eine Flüssigkeit, z.B. Getriebeöl, Getriebeflüssigkeit oder ähnliches, unter der Dichtung 310 hindurch in den Elektronikraum 302 gelangt. Die Eindringrichtung dieser als Flüssigkeitsfilm vorliegenden Flüssigkeit entlang der ersten Oberfläche 204 ist durch die vom Deckel 300 nach innen gerichteten Pfeile angedeutet. Bei dem Flüssigkeitsfilm handelt es sich dabei insbesondere um einen dünnen Ölfilm oder einen Film aus Getriebeflüssigkeit, die bei den üblichen Betriebstemperaturen des Steuergeräts 100, die von -40°C bis +160°C reichen, bevorzugt die Eigenschaften einer Flüssigkeit aufweisen. Das Vordringen eines derartigen Flüssigkeitsfilms wird durch die als scharfe Kante 208 ausgebildete Außenwandkante 226 gestoppt beziehungsweise behindert. Liegt zu viel Flüssigkeit an der Außenwandkante 226 an und fließt somit der Flüssigkeitsfilm über die Kante hinweg, so stellt die Innenwandkante 228, welche ebenfalls bevorzugt als scharfe Kante 208 ausgebildet ist, eine weitere Flüssigkeitsbarriere dar, die das Vordringen des Flüssigkeitsfilms in Richtung auf das Elektronikmodul 400 hin hemmt. Durch den Schutzwall 220 und seine bevorzugt als scharfe Kanten 208 ausgebildete Innenwandkante 228 und Außenwandkante 226 ist bevorzugt auch das Kontaktier-Element 240 vor einem Kontakt mit der Flüssigkeit und eine dadurch induzierte Korrosion geschützt. Durch diese konstruktiven Maßnahmen wird auf eine besonders einfache und kostengünstige Art und Weise ein besonders hoher und zuverlässiger Schutz des Elektronikmoduls 400 vor einem Flüssigkeitsfilm gewährleistet, welcher sonst ungehindert auf der ersten Oberfläche 204 vom Deckel 300 her zum Elektronikmodul 400 hin vordringen könnte.
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In 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Schutzwalls 220 aus dem Ausführungsbeispiel von 1 dargestellt. 2 zeigt, dass die Innenwand 222 bevorzugt einen rechten Winkel 280 mit der ersten Oberfläche 204 und auch mit der Endfläche 225 bildet. Ebenso bildet die Außenwand 224 bevorzugt einen rechten Winkel 280 mit der ersten Oberfläche 204 und mit der Endfläche 225. Die Innenwand 222 und die Außenwand 224 sind als zweite Oberflächen 206 anzusehen.
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Im Schnittbereich zwischen der Außenwand 224 und der Endfläche 225 bildet die Schnittkante eine Kontur aus, die hier als eine verrundete Außenwandkante 226 ausgebildet ist, die als scharfe Kante 208 wirkt. Die Außenwandkante 226 weist das erste Längenmaß (a1) und das zweite Längenmaß (a2) auf, welche zusammen das Kantenmaß definieren. Damit die Außenwandkante 226 als scharfe Kante 208 wirken kann, ist das Kantenmaß, d.h. das erste Längenmaß (a1) und das zweite Längenmaß (a2) jeweils kleiner als 50 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 20 Mikrometer, ausgestaltet.
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Im Schnittbereich zwischen der Innenwand 222 und der Endfläche 225 bildet die Schnittkante eine Kontur aus, die in diesem Fall einen Grat darstellt. Dieser Grat zeigt das zweite Längenmaß (a2), während das erste Längenmaß (a1) für den Grat nicht bestimmt ist. Damit ist das Kantenmaß durch das zweite Längenmaß (a2) bestimmt. Damit die Innenwandkante 228 als scharfe Kante 208 wirken kann, ist das Kantenmaß, d.h. in diesem Fall allein das zweite Längenmaß (a2) kleiner als 50 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 20 Mikrometer, ausgestaltet.
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In anderen Ausführungsformen des Schutzwalls 220 kann die Innenwandkante 222 ebenfalls als verrundete Innenwandkante 226 ausgebildet sein, für die das Kantenmaß so gering ist, dass die Innenwandkante 222 als scharfe Kante 208 wirkt. Ebenso kann die Außenwandkante 224 derart als Grat ausgebildet sein, dass die Außenwandkante 224 als scharfe Kante 208 wirkt.
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Die Herstellung des Schutzwalls 220 kann durch verschiedene Prozesse bewirkt werden. Besonders bevorzugt ist das Trägersubstrat 200 als Leiterplatte ausgebildet, welche vor der Herstellung des Schutzwalls 220 eine Metallisierung, besonders bevorzugt aus Kupfer, aufweist. Zur Herstellung des Schutzwalls 220 wird der Schutzwall 220 bevorzugt in einem einzigen Strukturierungsprozess zusammen mit den Leiterbahnen der Leiterplatte aus der Metallisierung mittels eines Ätzschrittes herausgebildet. Dazu wird die Leiterplatte zunächst mit einem ätzresistiven Photolack beschichtet. Anschließend werden auf die Leiterplatte die Strukturen belichtet und der Photolack wird in den belichteten oder unbelichteten Bereichen entfernt. Schließlich wird die Metallisierung der Leiterplatte in einem Ätzschritt in den Bereichen entfernt, in denen sich kein Photolack mehr auf der Metallisierung befindet. Durch diese Herstellungsmethode ist die Höhe d des Schutzwalls 220 zunächst auf die Dicke der Metallisierung beschränkt. Durch Abscheideprozesse, wie z.B. Galvanisierung, oder gezielte Deposition von Material kann jedoch die Höhe d des Schutzwalls 220 nach dem Ätzschritt noch erhöht werden.
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Zur Herstellung des Schutzwalls 220 ist auch die Strukturierung der Metallisierung mittels Laserschneideprozessen denkbar.
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Die Herstellung des Schutzwalls 220 kann jedoch auch durch gezielte Abscheideprozesse erfolgen, wodurch sich eine besonders hohe Flexibilität in der lateralen Formgebung und in der Bemessung der (lokalen) Schichtdicke des Schutzwalls 220 ergibt.
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Zur Konturierung der Außenwandkante 226 und/oder der Innenwandkante 228, insbesondere, um jeweils eine scharfe Kante 208 zu erzeugen, ist auch die Anwendung von Konturierungsschritten denkbar, die nach dem Aufbringen des Schutzwalls 220 auf die erste Oberfläche 204 oder nach dem Herausätzen des Schutzwalls 220 aus der Metallisierung, zur Anwendung kommen. Insbesondere ist eine Verkleinerung des Kantenmaßes durch den Einsatz von Laserschneiden, Fräsen, Ritzen oder Wasserstrahl-Schneiden möglich. Dadurch lassen sich das erste Längenmaß (a1) und das zweite Längenmaß (a2) auf Werte kleiner als 50 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 20 Mikrometer, verringern.
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In den 3a und 3b sind zwei Ausführungsformen für Schutzwälle 220 auf einem Trägersubstrat 200 in Aufsicht dargestellt. In 3a umgeben zwei ineinander geschachtelte Schutzwälle 220 das Elektronikmodul 400 im Montagebereich 215 vollständig und sind jeweils ringartig geschlossen. Dadurch ergibt sich ein besonders zuverlässiger und sicherer Schutz des Elektronikmoduls gegen einen vom Randbereich 215 her zum Elektronikmodul 400 hin vordringenden Flüssigkeitsfilm.
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In der Ausführungsform gemäß 3b umgibt der Schutzwall 220 das Elektronikmodul 400 dagegen in einem Winkelsegment von etwas mehr als 90°, angedeutet durch den rechten Winkel 280, also etwas mehr als ein Viertel. Das Winkelsegment wird dabei folgendermaßen bestimmt. Vom geometrischen Mittelpunkt 404 des Elektronikmoduls 400 ausgehend wird in der Ebene der ersten Oberfläche eine gedachte Linie zum Beginn und eine weitere gedachte Linie zum Ende des Schutzwalls 220 gezogen. Der von den beiden gedachten Linien in der Ebene der ersten Oberfläche 204 eingeschlossene Winkel bestimmt das Winkelsegment, welches vom Schutzwall 220 abgedeckt wird.
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Für die Funktion des Schutzwalls 220 ist es von besonderer Bedeutung, dass der Schutzwall 220 an seiner Basis, d.h. an der ersten Oberfläche 204, lückenlos leckfrei ist. Das heißt, dass es für Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsfilm an keiner Stelle im Bereich des Schutzwalls 220 möglich sein darf, den Schutzwall zu untertunneln oder zu durchtunneln. Die einzige Möglichkeit, den Schutzwall 220 zu überwinden, muss darin bestehen, den Schutzwall mit seiner Höhe d über seine Endfläche 225 zu überschreiten bzw. zu übergehen.
