DE102013215367A1

DE102013215367A1 - Elektronisches Schaltungsmodul

Info

Publication number: DE102013215367A1
Application number: DE201310215367
Authority: DE
Inventors: Hermann Josef Robin; Josef Loibl; Thomas Maier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltungsmodul (1) mit einem Gehäuse (5), insbesondere ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, wobei das Schaltungsmodul (1) einen Schaltungsträger (2) mit einer Ober- und einer Unterseite (3, 4) aufweist, wobei der Schaltungsträger (2) auf der Ober- und/oder Unterseite (3, 4) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (7) bestückt ist, wobei der Schaltungsträger (2) und das wenigstens eine elektronische Bauelement (7) mit einen Umspritzmaterial (5a) stoffschlüssig umspritzt ist, so dass das Umspritzmaterial (5a) das Gehäuse (5) bildet, wobei auf der Ober- und/oder Unterseite (3, 4) des Schaltungsträgers (2) mehrere gestapelte Abstandsplatten (6) angeordnet sind, wobei wenigstens eine Abstandplatte (6) thermisch an ein elektronisches Bauelement (7) angebunden ist

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltungsmodul mit einem Gehäuse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Im Stand der Technik ist insbesondere zur Bildung eines Kraftfahrzeug-Steuergerät bekannt, eine bestückte Leiterplatte mit einem oder mehreren Gehäuseelementen zu versehen, welche die Bauelemente auf einer der 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 des Gehäuses Vergussmaterialien einzusetzen, um Bauelementen vor Vibrationen zu schützen oder eine bessere Wärmeanbindung an ein Gehäuseelement zu erhalten.
Von einem Gehäuse für eine elektronische Schaltung wird u.a. gefordert, dass es die elektronische Schaltung vor mechanischen und klimatischen Einflüssen schützt. Darüber hinaus soll die elektronische Schaltung im Gehäuse vor Staub, Fremdkörpern und Flüssigkeiten geschützt werden. Eine weitere Anforderung ist, dass über das Gehäuse eine thermische Ableitung der Verlustleistung der elektronischen Bauelemente erfolgt. Außerdem soll ein Gehäuse eine mechanische Befestigungsmöglichkeit der elektronischen Schaltungen bereitstellen.
Aus DE 10 2010 062 761 A1 ist ein elektronisches Schaltungsmodul gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt. DE 10 2011 076 570 A1 beschreibt darüber hinausgehend die Integration von Kühlmitteln, z.B. Kühlkörper in das Gehäuse, wobei der Kühlkörper direkt auf einem elektronischen Bauelement befestigt ist und einen direkten Zugang zum Bereich außerhalb des Gehäuses aufweist, so genannte Exposed Pads. Als nachteilig erweist sich die zeit- und kostenintensive Herstellung eines solchen Schaltungsmoduls, da die Höhe des jeweils verwendeten Kühlkörpers auf den jeweiligen Einsatzort abgestimmt werden muss. Außerdem wird die Wärme über den Kühlkörper senkrecht über die elektronischen Bauelemente abgeführt ungeachtet dessen, ob eine entsprechende Wärmeabführung am Gehäuse an dieser Stelle sinnvoll anbringbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Schaltungsmodul mit einem Gehäuse anzugeben, welches einfach aufgebaut ist und mit welchem die Höhe des Gehäuses individuell angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des geltenden Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein elektronisches Schaltungsmodul mit einem Gehäuse, insbesondere ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, wobei das Schaltungsmodul einen Schaltungsträger mit einer Ober- und einer Unterseite aufweist, wobei der Schaltungsträger auf der Ober- und/oder Unterseite mit wenigstens einem elektronischen Bauelement bestückt ist, wobei der Schaltungsträger und das wenigstens eine elektronische Bauelement mit einen Umspritzmaterial stoffschlüssig umspritzt ist, so dass das Umspritzmaterial das Gehäuse bildet, wobei auf der Ober- und/oder Unterseite des Schaltungsträgers mehrere gestapelte Abstandsplatten angeordnet sind, wobei wenigstens eine Abstandplatte thermisch an ein elektronisches Bauelement angebunden ist. Das thermisch angebundene elektronische Bauelement kann auf der Ober- und/oder Unterseite des Schaltungsträgers angebracht sein. Zweckmäßig befindet sich das thermisch anzubindende elektronische Bauelement auf derselben Seite wie der Stapel der Abstandsplatten.
Die Abstandsplatten können hierbei entweder lose übereinander gelegt und/oder mechanisch, z.B. geschweißt vorfixiert sein. Dadurch lässt sich eine individuelle Gestaltung des Gehäuses erreichen. Die Dicke der einzelnen Abstandsplatten können entweder gleich oder aber auch unterschiedlich sein. Hierdurch lässt sich in geeigneter Weise die Höhe des späteren Gehäuses einstellen.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Schaltungsmoduls sind die Abstandsplatten aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Schaltungsmoduls ist zwischen den Abstandsplatten und/oder zwischen der thermisch an das elektronische Bauelement angebundenen Abstandsplatte ein wärmeleitfähiges Material ausgebildet.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ragt der Schaltungsträger wenigstens teilweise aus dem Umspritzmaterial heraus. Die herausragenden Abschnitte des Schaltungsträgers können z. B. verwendet werden, um den Schaltungsträger an eine Trägerplatte zu befestigen. Hierzu sind an dem Schaltungsträger entsprechende Befestigungsmittel angebracht.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Schaltungsträger Anschlussflächen zur Ankontaktierung von Steckern und/oder Stanzgitterkontakten auf. Ein Stanzgitterkontakt kann z.B. auf einem herausragenden Abschnitt des Schaltungsträgers befestigt sein oder Stanzgitterkontakt ist von dem Vergussmaterial umschlossen. Das Stanzgitter kann entweder steif oder aufgrund der Geometrie federnd ausgeführt sein. Zweckmäßig ist die Anschlussfläche des Stanzgitters an dem Schaltungsträger umspritzt. Die Stecker und/oder Stanzgitterkontakten können auf dem Schaltungsträger aufgelötet oder gepresst sein.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Schaltungsträger eine mehrlagige Leiterplatte oder eine HDI-Leiterplatte, insbesondere eine FR4-Leiterplatte.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltungsmoduls ist, dass das Gehäuse in individueller Höhe in wenigen Prozessschritten herstellbar ist. Ferner kann das erfindungsgemäße Schaltungsmodul kompakt bei reduzierter Schaltungsträgergröße aufgebaut werden.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Weiteren anhand einer einzigen Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes elektronisches Schaltungsmodul 1 in einem schematischen Aufbau. Das Schaltungsmodul 1 weist eine Leiterplatte 2 mit einer Oberseite 3 und eine Unterseite 4 auf. Ferner weist das Schaltungsmodul 1 ein Gehäuse 5 auf. Das Gehäuse 5 wird hierbei durch ein Vergussmaterial 5a gebildet, welches den Raum zwischen den elektronischen Bauelementen 7, den Abstandshaltern 6 und der Leiterplatte 2 ausfüllt.
Beispielhaft sind auf der Oberseite 3 der Leiterplatte 2 ein elektronisches Bauelement 7 und auf der Unterseite 4 zwei elektronische Bauelemente 7 angebracht. An der Unterseite 4 der Leiterplatte 2 ist beispielhaft ein 4-lagiger Stapel von Abstandshalten 6 angeordnet. Der Abstandshalter 6 der von der Unterseite 4 der Leiterplatte 2 aus gezählten zweiten Lage ist derart ausgeführt, dass er mit einem elektronischen Bauelement 7 auf der Unterseite 4 im thermischen Kontakt steht.
Zwischen dem Abstandshalter 6 und dem elektronischen Bauelement 7 ist ein wärmeleitfähiges Material 8 angebracht, so dass die Wärme des elektronischen Bauelements 7 optimal in den wärmeleitenden Abstandhalter 6 geführt werden kann.
Die einzelnen Abstandshalter 6 können gleiche Dicken aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Abstandshalter 6 unterschiedliche Dicken aufweisen. Dadurch ist es möglich, dass die Höhe des Gehäuses 5 bzw. die Höhe des Vergussmaterials 5a.
Das wenigstens eine an der Leiterplatte 2 bestückte Bauelement 7 und die Leiterplatte 2 ist mit dem Umspritzmaterial 5a stoffschlüssig umspritzt. Dass das elektronische Bauelemente 7 und die Leiterplatte 2 umgebende Umspritzmaterial 5a bildet insofern einen zusammenhängenden, einstückigen Bereich, insbesondere derart, dass einer Einhäusung bzw. Kapselungen des wenigstens einen Bauelement 7 an der Leiterplatte 2 ermöglicht ist. Hierdurch können sowohl die Leiterplatte 2 als auch das daran bestückte Bauelement 7 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 7 wird z.B. mit einer bekannten Umspritztechnik (Insert-Molding) umspritzt, derart, dass sowohl die Leiterplatte 2 als auch das Bauelement 7 in das Umspritzmaterial 5a eingebettet werden. Das Umspritzmaterial 5a ist z.B. eine Duroplast oder ein anderer geeigneter Werkstoff, insbesondere Kunststoff.
Ein Umspritzen ist z.B. derart vorgesehen, dass das Umspritzmaterial 5a jeweils um das an der Leiterplatte 2 angeordnete Bauelement 7 und die Leiterplatte 2 herum aufgebracht ist, wobei z.B. eine zumindest teilweise oder vollständige Kapselung des Bauelements 7, der Leiterplatte 2 oder der Kombination aus Bauelement 7 und Leiterplatte 2 ermöglicht ist, insbesondere jeweils eine mediendichte Kapselung. Dabei können Teile des Bauelements 7 oder der Leiterplatte 2 von der Umspritzung ausgespart sein, d.h. hier ist kein Umspritzmaterial 5a vorgesehen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, nur eine partielle Kapselung des Bauelements 7 auf der Leiterplatte 2 auszuführen.
Die vierte Lage der Abstandshalter 6 ist beispielhaft derart ausgeführt, dass sie sich einerseits über die gesamte Länge der Leiterplatte 2 erstreckt und andererseits an ihrer Unterseite 4 aus dem Gehäuse 5 herausragt. So kann die Wärme optimal abgeführt werden.
Dass die Leiterplatte 2 und das Bauelement 7 umgebende, ausgehärtete Umspritzmaterial 5a 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.
Die Leiterplatte 2 weist auf der Oberseite 3 Anschlussflächen 9 auf, an denen Stanzgitterkontakte 10 angebracht sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass an den Anschlussflächen 9 Stecker 10 angebracht sind. Die Anschlussflächen 9 können hierbei innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet sein. Sind die Anschlussflächen 9 außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet, so können die Anschlussflächen 9 einzeln umspritzt sein.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungsmodul
2: Leiterplatte
3: Oberseite
4: Unterseite
5: Gehäuse
5a: Umspritzmaterial
6: Abstandsplatte
6a: Stapel
7: elektronisches Bauelement
8: wärmeleitfähiges Material
9: Anschlussfläche
10: Stecker/Stanzgitterkontakt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010062761 A1 [0004]
DE 102011076570 A1 [0004]

Claims

Elektronisches Schaltungsmodul (1) mit einem Gehäuse (5), insbesondere ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, wobei das Schaltungsmodul (1) einen Schaltungsträger (2) mit einer Ober- und einer Unterseite (3, 4) aufweist, wobei der Schaltungsträger (2) auf der Ober- und/oder Unterseite (3, 4) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (7) bestückt ist, wobei der Schaltungsträger (2) und das wenigstens eine elektronische Bauelement (7) mit einen Umspritzmaterial (5a) stoffschlüssig umspritzt ist, so dass das Umspritzmaterial (5a) das Gehäuse (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ober- und/oder Unterseite (3, 4) des Schaltungsträgers (2) mehrere gestapelte Abstandsplatten (6) angeordnet sind, wobei wenigstens eine Abstandplatte (6) thermisch an ein elektronisches Bauelement (7) angebunden ist.
Elektronisches Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsplatten (6) aus einem wärmeleitfähigen Material (8) gebildet sind.
Elektronisches Schaltungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Abstandsplatten (6) und/oder zwischen der thermisch an das elektronische Bauelement (7) angebundenen Abstandsplatte (6) ein wärmeleitfähiges Material (8) ausgebildet ist.
Elektronisches Schaltungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (2) wenigstens teilweise aus dem Umspritzmaterial (5a) herausragt.
Elektronisches Schaltungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (2) Anschlussflächen (9) zur Ankontaktierung von Steckern und/oder Stanzgitterkontakten (10) aufweist.
Elektronisches Schaltungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (2) eine mehrlagige Leiterplatte oder eine HDI-Leiterplatte, insbesondere eine FR4-Leiterplatte ist.