-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektrischen Verbinden eines Schaltungsträgers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
-
Im Kraftfahrzeugbau ist es seit längerer Zeit üblich, Steuergeräte für Motor oder Getriebe an oder in der zu steuernden Kraftfahrzeugbaugruppe, also Motor oder Getriebe, anzuordnen. Insbesondere die Getriebesteuergeräte bilden als Vorortsteuergerät eine äußerst kompakte Einheit. Im Vergleich zur konventionellen Verwendung externer Steuergeräte hat diese Anordnung enorme Vorteile im Bezug auf Kosten, Gewicht, Funktionalität und Qualität. Insbesondere resultiert daraus eine erhebliche Verringerung an Steckverbindungen und Leitungen.
-
Die Integration des Steuergerätes in das Getriebe stellt hohe Anforderungen an seine thermische und mechanische Belastbarkeit. Die Funktionalität muss sowohl über einen breiten Temperaturbereich (etwa -40°C bis 150°C) als auch bei starken mechanischen Vibrationen (bis zu etwa 40g) gewährleistet sein. Da das Steuergerät von Getriebeöl umgeben ist, muss es zudem öldicht ausgeführt sein.
-
Ein derartiges Steuergerät ist aus der
DE 199 07 949 Al bekannt. Ein Gehäusedeckel und eine Bodenplatte, auf der ein flächiger flexibler Folienleiter aufgebracht ist, umschließen einen Hohlraum. In diesem Hohlraum ist auf der Bodenplatte eine elektronische Schaltung so angeordnet, dass sie allseitig von der flexiblen Leiterplatte umgeben ist. Dabei sind Leiterbahnen der flexiblen Leiterpatte über Bonddrähte mit entsprechenden Kontaktpads auf dem Schaltungsträger verbunden. Der Gehäusedeckel ist über eine umlaufende Ringdichtung öldicht auf die Bodenplatte montiert. Die flexible Leiterplatte ist zwischen der Ringdichtung und der Bodenplatte aus dem Hohlraum des Steuergerätegehäuses heraus geführt. Die flexible Leiterplatte stellt die Verbindung zwischen der elektronischen Schaltung im Hohlraum des Steuergerätegehäuses zu Elektrobauteilen wie Sensoren oder Aktoren außerhalb des Hohlraums her.
-
Die flexible Leiterpatte ist aus einem Stück. Bei komplexen Anordnungen des Steuergerätes und der umgebenden Bauteile führt dies, rechnet man nur die Aussparung für die elektronische Schaltung in der Mitte der flexiblen Leiterpatte, zu einem großen Verschnitt an Leiterplattenmaterial und ist deshalb unwirtschaftlich. Darüber hinaus ist mit der Form dieser flexiblen Leiterpatte die Position der Elektrobauteile beispielsweise außerhalb des Hohlraums festgelegt und erfordert bei der Änderung der Lage nur eines Bauteiles die Änderung der Form der gesamten flexiblen Leiterpatte.
-
Die
WO 2004/091270 A1 beschreibt eine Anordnung zum elektrischen Verbinden zumindest einer elektrischen Baugruppe auf einer elektrischen Einheit, die auf einer Bodenplatte im Inneren eines Gehäuses angeordnet ist, mit wenigstens einem außerhalb des Gehäuses vorgesehenen elektrischen Bauteil mittels eines separaten flexiblen Folienleiters, wobei die Verbindung durch einen Durchbruch in der Bodenplatte hindurch hergestellt wird. Dabei ist der separate Folienleiter auf der der elektrischen Einheit gegenüber liegenden Seite der Bodenplatte zwischen der Bodenplatte und einer separaten Trägerplatte angeordnet.
-
Weitere Anordnungen zum elektrischen Verbinden eines Schaltungsträgers aus dem Stand der Technik sind beispielsweise aus
DE 10 2006 049 592 A1 ,
DE 199 07 949 A1 und WO 2004/ 091 270 Al bekannt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Anordnung zum elektrischen Verbinden eines eine elektrische Baugruppe umfassenden Schaltungsträgers innerhalb eines abgedichteten Gehäuses mit außerhalb des Gehäuses liegenden elektrischen Bauteilen in Bezug auf Zuverlässigkeit und Prozesssicherheit zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, nämlich dadurch, dass die Trägerplatte vorteilhafterweise einen Grundteil und einen Ausgleichsteil umfasst, wobei der Grundteil den Durchbruch in der Bodenplatte vollkommen überdeckt und der Ausgleichsteil in den Durchbruch ragt. Die Dicke des Ausgleichsteils ist insbesondere so gewählt, dass sich die in das Innere des Gehäuse ragende Oberseite des Ausgleichsteils im wesentlichen auf derselben Höhe wie die Oberseite des Schaltungsträgers befindet. Dies hat entscheidende Vorteile für die Prozesssicherheit bei der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Baugruppe auf dem Schaltungsträger bzw. dem Schaltungsträger selbst und dem separaten zugehörigen flexiblen Folienleiter. Diese elektrische Verbindung wird zum Beispiel über einen Bonddraht hergestellt, wobei ein Bondmeißel den Bonddraht vom Schaltungsträger auf den Folienleiter führt oder umgekehrt. Bei der bisherigen Anordnung musste dabei der Bondmeißel in den Durchbruch in der Bodenplatte bis zum Folienleiter auf der Trägerplatte eintauchen, wobei je nach Abmessung des Durchbruchs und je nach Höhenunterschied zwischen Oberseite des Schaltungsträgers und Oberseite der Trägerplatte auf Grund der Enge des zu Verfügung stehenden Raums immer wieder Fehler auftreten können. Dadurch, dass dieser Höhenunterschied erfindungsgemäß im wesentlichen egalisiert ist, ist dieser Fehler nahezu ausgeschlossen.
-
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Gesamtlänge des elektrischen Verbindungselements, insbesondere des Bonddrahtes zumindest um den nicht mehr vorhandenen Höhenunterschied reduziert ist. Dadurch ist die Anfälligkeit des Verbindungselements gegen mechanische Beschädigungen insbesondere bei Vibrationsbelastungen vermindert. Über die Lebensdauer betrachtet wird dadurch vor allem die Zuverlässigkeit der Anordnung verbessert.
-
Bei komplizierteren Formen der Trägerplatte kann der Grundteil und der Ausgleichsteil separat hergestellt sein und dann anschließend zur erfindungsgemäßen Verwendung stoff- oder formschlüssig, insbesondere mittels Kleben, Löten, Laminieren oder Vernieten miteinander verbunden werden. Bei einfacheren Geometrien der Trägerplatte kann diese aus einem Stück hergestellt sein, insbesondere durch Tiefenziehen oder Fräsen.
-
Insbesondere ist der Folienleiter an seinem einen Ende mit der Trägerplatte durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie beispielsweise Kleben oder Laminieren, verbunden. Wenn im Bereich des anderen Endes des Folienleiters noch vor dem Anbringen der Trägerplatte an die Bodenplatte die außenliegenden elektrischen Bauteile elektrisch leitend angeordnet werden, entsteht dadurch ein fertiges Module aus außenliegenden Bauteilen, Folienleiter und Trägerplatte, das durch den jeweiligen Durchbruch im Bereich der betreffenden Baugruppe auf dem Schaltungsträger insbesondere öldicht an die Bodenplatte angeschlossen werden kann.
-
Um die Dichtheit zwischen dem Modul aus Folienleiter und Trägerplatte einerseits und der Bodenplatte andererseits zu erhöhen, ist vorteilhafterweise zwischen dem Folienleiter und der Bodenplatte eine Dichtung so angeordnet, dass sie auf der dem Schaltungsträger gegenüber liegenden Seite der Bodenplatte dem Rand des Durchbruchs folgt. Die Dichtung kann angespritzt sein oder als separates Teil vorliegen. Vorteilhafterweise verläuft dabei die Dichtung mit ihrem gesamten Umfang auf der Folie.
-
Für den Fall, dass die Dichtung als separates Teil, zum Beispiel als eine Einlegedichtung, ausgeführt ist, ist es für das Handling beim Herstellen der erfindungsgemäßen Anordnung von Vorteil, wenn auf der dem Schaltungsträger gegenüber liegenden Seite der Bodenplatte an dem Rand des Durchbruchs eine Nut zur Aufnahme der Dichtung vorgesehen ist. Es wäre auch denkbar, dass in die Nut eine Flüssigdichtung eingespritzt wird.
-
Insbesondere weist die Bodenplatte im Bereich des Durchbruchs eine stufenförmige, den Durchbruch umlaufend umgebende Vertiefung zur Aufnahme der Trägerplatte auf. Für den Fall, dass die Außenseite des Grundteils der Trägerplatte mit der Außenseite der Bodenplatte bündig abschließt, wird die Kompaktheit der erfindungsgemäßen Anordnung und somit des Gehäuses erhöht.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung zum elektrischen Verbinden eines zumindest eine elektrische Baugruppe umfassenden Schaltungsträgers innerhalb des Steuergerätgehäuses mit außerhalb des Gehäuses liegenden elektrischen Bauteilen zu schaffen, das in Bezug auf Zuverlässigkeit und Prozesssicherheit gegenüber bekannten Steuergeräten eine Verbesserung darstellt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
-
Ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug umfasst im wesentlichen ein Gehäuse mit einer Bodenplatte und einer Steuereinheit mit wenigstens einer elektrischen Baugruppe auf einem Schaltungsträger. Die elektrische Verbindung des Schaltungsträgers, der mit seiner Unterseite auf der Bodenplatte im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, mit wenigstens einem außerhalb des Gehäuses vorgesehenen elektrischen Bauteils ist so beschaffen, dass eine elektrische Baugruppe auf dem Schaltungsträger jeweils über einen separaten Folienleiter durch einen Durchbruch in der Bodenplatte hindurch mit einem Bauteil außerhalb des Gehäuses verbunden ist, wobei der separate Folienleiter auf der dem Schaltungsträger gegenüber liegenden Seite der Bodenplatte zwischen der Bodenplatte und einer Trägerplatte mediendicht angeordnet ist.
-
Der Kern der Erfindung ist, dass die Trägerplatte einen Grundteil und einen Ausgleichsteil umfasst, wobei insbesondere der Grundteil den Durchbruch in der Bodenplatte vollkommen überdeckt und der Ausgleichsteil in den Durchbruch ragt, wobei die Dicke des Ausgleichsteils so bestimmt ist, dass sich die in das Innere des Gehäuses ragende Oberseite des Ausgleichsteils im wesentlichen auf derselben Höhe wie die Oberseite des Schaltungsträgers befindet.
-
Dies hat dies hat entscheidende Vorteile für die Prozesssicherheit bei der Herstellung des Steuergerätgehäuses, insbesondere bei der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Baugruppe auf dem Schaltungsträger bzw. dem Schaltungsträger selbst und dem separaten zugehörigen flexiblen Folienleiter. Diese elektrische Verbindung wird zum Beispiel über einen Bonddraht hergestellt, wobei ein Bondmeißel den Bonddraht vom Schaltungsträger auf den Folienleiter führt, oder umgekehrt. Bei bekannten Verfahren muss dabei der Bondmeißel in den Durchbruch in der Bodenplatte bis zum Folienleiter eintauchen, wobei je nach Abmessung des Durchbruchs und je nach Höhenunterschied zwischen Oberseite des Schaltungsträgers und Oberseite der Trägerplatte eine gewisse Fehlerquote nicht auszuschließen ist. Dadurch, dass dieser Höhenunterschied erfindungsgemäß im wesentlichen egalisiert ist, kann dieser Fehler nahezu vermieden werden.
-
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Gesamtlänge des elektrischen Verbindungselements, insbesondere des Bonddrahtes zumindest um den nicht mehr vorhandenen Höhenunterschied reduziert ist. Dadurch ist die Anfälligkeit eines Verbindungselements gegen mechanische Beschädigungen insbesondere bei Vibrationsbelastungen erheblich reduziert. Über die Lebensdauer betrachtet wird dadurch vor allem die Zuverlässigkeit der Anordnung im Steuergerät verbessert.
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine Anordnung zum elektrischen Verbinden gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine Anordnung zum elektrischen Verbinden mit einer zweiteiligen Trägerplatte,
- 3 eine Anordnung wie 2, wobei in einer Nut in der Bodenplatte eine Dichtung angeordnet ist,
- 4 eine Anordnung wie 2, wobei die Trägerplatte bündig in der Bodenplatte versenkt ist, und
- 5 eine Draufsicht auf die Bodenplattenaußenseite der 3.
-
1 zeigt eine Anordnung zum elektrischen Verbinden gemäß dem Stand der Technik. Auf der Bodenplatte 2, die Teil eines nicht gezeigten Gehäuses ist, ist ein Schaltungsträger 1 mit einer elektrischen Baugruppe 3 angeordnet. Der Schaltungsträger 1 kann zum Beispiel eine herkömmliche Leiterplatte aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Keramik sein. Bei der elektrischen Baugruppe 3 kann es sich beispielsweise um einen integrierten Schaltkreis oder ein aktives oder passives elektrisches Bauteil handeln. In unmittelbarer Umgebung des Schaltungsträgers 1 befindet sich in der Bodenplatte 2 ein Durchbruch 5. Dieser Durchbruch 5 wird auf der dem Schaltungsträger 1 gegenüber liegenden Seite der Bodenplatte 2 durch eine Trägerplatte 6 vollkommen überdeckt. Zwischen der Bodenplatte 2 und der Trägerplatte 6 ist ein flexibler Folienleiter 4, beispielsweise aus Polyimid, dichtend angeordnet. Im Bereich des Durchbruchs 5 befindet sich auf dem Folienleiter 4 ein elektrischer Kontaktbereich 11. Der Schaltungsträger 1 ist mit dem Kontaktbereich 11 des Folienleiters 4 mittels eines Verbindungselements 10 elektrisch verbunden. Es wäre aber auch denkbar, dass die elektrische Baugruppe 3 mittels des Verbindungselements 10 direkt mit dem Folienleiter 4 verbunden ist. Das Verbindungselement 10 kann insbesondere ein Bonddraht sein. Am anderen Ende des Folienleiters 4 ist in nicht gezeigter Weise außerhalb des Gehäuses ein elektrisches Bauteil elektrisch leitend mit dem Folienleiter 4 verbunden.
-
Beim Anbringen des Bonddrahts 10 muss die Höhendifferenz c zwischen der Oberseite des Schaltungsträgers 2 und dem Kontaktbereich 11 überwunden werden. Je nach Dicke der Bodenplatte 2, des Schaltungsträgers 1 und den Abmessungen des Durchbruchs 5 kann es bei der Herstellung der Verbindung des Bonddrahtes 10 mit dem Folienleiter 4 platzbedingt zu Schwierigkeiten kommen.
-
2 zeigt, ähnlich wie 1, eine Anordnung zum elektrischen Verbindung eines Schaltungsträgers 2 mit Bauteilen außerhalb des Gehäuses, hier ebenfalls nicht gezeigt, mittels eines Folienleiters 4, der zwischen Bodenplatte 2 und Trägerplatte 2 angeordnet ist. Die Trägerplatte 6 umfasst einen Grund- teil 7 und einen Ausgleichsteil 8. Bei einfacheren Geometrien der Trägerplatte 6 kann diese aus einem Stück hergestellt sein, insbesondere durch Tiefenziehen oder Fräsen. Bei komplizierteren Formen der Trägerplatte 6 kann der Grundteil 7 und der Ausgleichsteil 8 separat hergestellt sein und dann anschließend zur erfindungsgemäßen Verwendung stoff- oder formschlüssig, insbesondere mittels Kleben, Löten, Laminieren oder Vernieten miteinander verbunden werden. Die Verbindung 9 zwischen Grundteil 7 und Ausgleichsteil 8 in 2 kann beispielsweise eine Klebung sein.
-
Der Grundteil 7 überdeckt vollkommen den Durchbruch 5 in der Bodenplatte 2. Der Ausgleichsteil 8 ragt in den Durchbruch 5 hinein, wobei die Dicke d des Ausgleichsteils 8 so bestimmt ist, dass sich die in das Innere des Gehäuses ragende Oberseite des Ausgleichsteils 8 im wesentlichen auf derselben Höhe wie die Oberseite des Schaltungsträgers 2 befindet.
-
Der Folienleiter 4 wird, bevor die Trägerplatte 6 im Durchbruch 5 der Bodenplatte 2 angeordnet wird, mit der Trägerplatte 6 stoffschlüssig verbunden. Dies kann beispielsweise durch Kleben oder Laminieren geschehen. Die Dicke des Folienleiters 4 und des sich darauf befindenden Kontaktbereiches 11 ist im Vergleich zu den Abmessungen des Ausgleichsteils 8, der Bodenplatte 2 oder des Schaltungsträgers 1 vernachlässigbar klein, so dass die Höhendifferenz d dadurch nicht wesentlich beeinflusst wird.
-
Dadurch, dass sich die Oberseite des Ausgleichsteils 8 und damit der Folienleiter 4 mit dem Kontaktbereich 11 im wesentlichen auf derselben Höhe befindet wie der Schaltungsträger 1, stellt sich bei der Herstellung des Bonddrahtes 10 das Platzproblem nicht mehr in dem Maße wie bei bekannten Anordnungen mit entsprechenden Höhenunterschieden. Zudem ist die Länge des Bonddrahtes 10 verringert, was zu einer reduzierten Anfälligkeit gegenüber mechanischen Schwingungen führt.
-
3 zeigt eine Anordnung zum elektrischen Verbinden, wobei an der Unterseite der Bodenplatte 2 in einer den Durchbruch 5 umlaufendem Nut 12 eine Dichtung 15 angeordnet ist. Diese Dichtung 15 kann als Einlegedichtung oder auch als Flüssigdichtung ausgeführt sein. Durch diese Dichtung 15 wird die Dichtheit zwischen dem Folienleiter 4 auf der Trägerplatte 6 und der Bodenplatte 2 weiter erhöht.
-
4 zeigt eine Anordnung zum elektrischen Verbinden, wobei die Bodenplatte 2 an ihrer Außenseite im Bereich des Durchbruchs 5 eine stufenförmige, den Durchbruch 5 umlaufend umgebende Vertiefung 13 aufweist. Diese Vertiefung 13 nimmt hier den Grundteil 7 der Trägerplatte 6. bündig mit der Bodenplatte 2 abschließend, auf. Hier ist die Trägerplatte 6 zweiteilig ausgeführt, wobei der Grundteil 7 und der Ausgleichsteil 8 insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Optional könnte auch in diesem Ausführungsbeispiel eine Dichtung zwischen dem Folienleiter 4 und der Bodenplatte 2 angeordnet sein.
-
5 zeigt eine Draufsicht auf die Bodenplattenaußenseite der 3. Der Schaltungsträger 1 ist in etwa mittig auf der Bodenplatte 2 angeordnet. Auf der Bodenplatte 2 befinden sich in der Nähe des Schaltungsträgers 1 vier Durchbrüche 5. In jedem Durchbruch 5 ist ein Modul, bestehend aus einer Trägerplatte 6, einem streifenförmigen Folienleiter 4 und einem elektrischen Bauteil 14 angeordnet. Das elektrische Kontaktierungselement 11 des Folienleiters 4 ist für die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Folienleiter 4 und Schaltungsträger 1 im Durchbruch 5 frei zugänglich für ein entsprechendes Werkzeug angeordnet. Die Dichtung 15 umgibt den Durchbruch 5 umlaufend und ist mit seinem gesamten Umfang auf dem Folienleiter 4 angeordnet. Die Trägerplatte 6 deckt mit seinen Grundteil 7 sowohl das eine Ende des Folienleiters 4 als auch den Durchbruch 5 vollkommen ab.
