DE102014201032A1 - Electric control unit, transmission with an electric control unit and method for producing an electrical control unit - Google Patents
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- H05K3/284—Applying non-metallic protective coatings for encapsulating mounted components
Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steuergerät und ein Getriebe mit einem elektrischen Steuergerät umfassend einen Schaltungsträger (4) mit einer ersten Oberfläche (4a) und einer der ersten Oberfläche (4a) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (4b), wobei an mindestens einer Oberfläche (4a, 4b) zumindest ein elektrisches Bauelement (7, 8) angeordnet ist, wobei der Schaltungsträger (4) in einem Moldgehäuse (3) aus einer Moldmasse angeordnet ist und wobei wenigstens einem elektrischen Bauelement (7) ein Wärmeleiter (6) zugeordnet ist zum Abtransport von Wärme von dem wenigstens einen elektrischen Bauelement (7) an die Umgebung und wobei der Wärmeleiter (6) von einer dem Schaltungsträger (4) abgewandten Oberfläche (7a) des elektrischen Bauelements (7) durch das Moldgehäuse (3) nach außerhalb des Moldgehäuses (3) geführt ist sowie ein Herstellungsverfahren für ein elektrisches Steuergerät. The invention relates to an electrical control unit and a transmission with an electrical control device comprising a circuit carrier (4) having a first surface (4a) and a second surface (4b) opposite the first surface (4a), at least one surface (4a, 4b ), at least one electrical component (7, 8) is arranged, wherein the circuit carrier (4) in a mold housing (3) is arranged from a molding compound and wherein at least one electrical component (7) is associated with a heat conductor (6) for the removal of heat from the at least one electrical component (7) to the environment and wherein the heat conductor (6) from a circuit carrier (4) facing away from the surface (7a) of the electrical component (7) through the mold housing (3) to the outside of the mold housing (3) is guided and a manufacturing method for an electrical control unit.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Steuergerät, insbesondere auf ein elektrisches Steuergerät mit einer gerichteten Wärmeableitung von wärmeerzeugenden elektrischen Bauelementen sowie auf ein Getriebe mit einem solchen Steuergerät und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Steuergeräts. The present invention relates to an electrical control device, in particular to an electrical control device with a directed heat dissipation of heat-generating electrical components and to a transmission with such a control device and to a method for producing such a control device.
Elektrische Steuergeräte finden in verschiedensten Bereichen ihre Anwendung. Ein Anwendungsgebiet für Steuergeräte findet sich z.B. in Kraftfahrzeuge als Getriebesteuergeräte wieder. Diese Steuergeräte unterliegen in ihrem Betrieb häufig thermische und/oder mechanische Belastungen. Zum Schutz der Steuergeräteelektronik vor der Umgebung, insbesondere vor elektrisch leitfähigen und aggressiven Medien befinden sich die Schaltungselemente in einem Gehäuse. Electrical control units are used in a wide variety of applications. One area of application for controllers is found e.g. in motor vehicles as transmission control units again. These controllers are often subject in their operation thermal and / or mechanical loads. To protect the ECU electronics from the environment, especially against electrically conductive and aggressive media, the circuit elements are in a housing.
Aus der
Die
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik zur verbesserten Ableitung von Wärme von einem Bauelement bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines elektronischen Steuergeräts und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder. The invention has for its object to provide a technique for the improved dissipation of heat from a device. The invention achieves this object by means of an electronic control device and a method having the features of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Steuergerät umfasst einen Schaltungsträger mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, wobei an mindestens einer Oberfläche zumindest ein elektrisches Bauelement angeordnet ist und wobei der Schaltungsträger in einem Moldgehäuse aus einer Moldmasse angeordnet ist. Ferner umfasst es einen, wenigstens einem elektrischen Bauelement zugeordneten Wärmeleiter zum Abtransport von Wärme von dem wenigstens einen elektrischen Bauelement an die Umgebung. Der Wärmeleiter ist dabei derart ausgeführt, dass er von einer dem Schaltungsträger abgewandten Oberfläche des elektrischen Bauelements durch das Moldgehäuse nach außerhalb des Moldgehäuses geführt ist. An electrical control device according to the invention comprises a circuit carrier having a first surface and a second surface opposite the first surface, wherein at least one electrical component is arranged on at least one surface and wherein the circuit carrier is arranged in a mold housing of a molding compound. Furthermore, it comprises a heat conductor assigned to at least one electrical component for removing heat from the at least one electrical component to the environment. The heat conductor is designed such that it is guided by a circuit carrier remote from the surface of the electrical component through the mold housing to the outside of the mold housing.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann bei einem geschlossenen Moldgehäuse die Wärme der elektronischen Bauelemente innerhalb des Moldgehäuses nach außen abgeführt werden. Durch die schnelle Wärmeableitung in den Wärmeleitern wird verhindert, dass das Moldgehäuse die abgegebene Wärme der elektronischen Bauelemente aufnimmt und es aufgrund der geringen Wärmeleitung des Moldgehäuses zu dessen Beschädigung führen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, dass die Wärme homogen verteilt wird und es dadurch nicht zu unterschiedlichen Erwärmungen und Ausdehnungen der Leiterplatte und/oder des Moldgehäuses kommen kann. Beschädigung des Gehäuses z.B. Haarrissbildung, werden dadurch vermieden. Folglich ist gewährleistet, dass das Moldgehäuse mediendicht ist und vermieden, dass Öl zu den elektrischen Bauteilen kriechen könnte. With the arrangement according to the invention, in the case of a closed mold housing, the heat of the electronic components within the mold housing can be dissipated to the outside. Due to the rapid heat dissipation in the heat conductors prevents the mold housing absorbs the heat emitted by the electronic components and cause it due to the low heat conduction of the mold housing to its damage. With the arrangement according to the invention it is achieved that the heat is distributed homogeneously and thereby it can not lead to different heating and expansion of the circuit board and / or the mold housing. Damage to the housing e.g. Crazing, are avoided. Consequently, it is ensured that the mold housing is media-tight and avoided that oil could creep to the electrical components.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, dass die Wärme der elektronischen Bauelemente nicht von der Leiterplatte aufgenommen oder über die Leiterplatte an eine Wärmesenke geleitet wird, sondern dass die Wärme direkt über einen Wärmeleiter nach Außen, also an eine Wärmesenke außerhalb des Moldgehäuses geführt wird. Dadurch wird verhindert, dass sich die Leiterplatte durch die thermische Belastung möglicherweise ungewollt und zur Moldmasse unverhältnismäßig ausdehnt. With the arrangement according to the invention it is achieved that the heat of the electronic components is not absorbed by the circuit board or passed through the circuit board to a heat sink, but that the heat is passed directly through a heat conductor to the outside, ie to a heat sink outside the mold housing. This prevents the circuit board from being inadvertently expanded by the thermal stress and disproportionately from the molding compound.
Ein Wärmeleiter zeichnet sich dadurch aus, dass er Wärme von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort transportiert, wobei die Wärme entsprechend dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik stets in Richtung der geringeren Temperatur fließt. Ein guter Wärmeleiter ist hierbei z.B. ein Metall. Das Material und die Abmessung eines Wärmeleiters können hierbei auf den zu erwartenden Wärmefluss angepasst sein. A heat conductor is characterized in that it transports heat from a first location to a second location, the heat always flowing in the direction of the lower temperature according to the second law of thermodynamics. A good conductor of heat is in this case e.g. a metal. The material and the dimension of a heat conductor can be adapted to the expected heat flow.
Ein Moldgehäuse bezeichnet ein Gehäuse welches durch einen Umspritzprozeß bzw. durch einen Vergußprozess hergestellt wurde. Insbesondere werden Moldgehäuse durch die Umspritzung oder Vergießung einer Leiterplatte mittels eines Duroplasten oder eines Thermoplasten gebildet. Moldgehäuse bezeichnen aber auch Gehäuse für z.B. eine Leiterplatte, welche sich dadurch auszeichnen, dass eine Leiterplatte primär eine Duroplastumspritzung aufweist, welche von einer sekundären Thermoplastumspritzung umgeben ist. A mold housing refers to a housing which has been produced by an encapsulation process or by a potting process. Moldings are in particular by the encapsulation or Vergießung a circuit board by means of a Thermosets or a thermoplastic formed. However, mold housings also designate housings for, for example, a printed circuit board, which are characterized in that a printed circuit board primarily has a thermoset coating which is surrounded by a secondary thermoplastic encapsulation.
Die Umgebung bezeichnet hierbei den Bereich außerhalb des elektrischen Steuergeräts. The environment here refers to the area outside of the electrical control unit.
In einer Ausführungsform der Erfindung steht der Wärmeleiter in thermischen Kontakt mit dem elektrischen Bauelement und liegt an der Oberfläche des elektrischen Bauelements an. Dadurch wird ein optimaler Wärmeübergang zwischen der Oberfläche des elektrischen Bauelements und dem Wärmeleiter gewährleistet. In one embodiment of the invention, the heat conductor is in thermal contact with the electrical component and abuts against the surface of the electrical component. As a result, an optimal heat transfer between the surface of the electrical component and the heat conductor is ensured.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeleiter von der Oberfläche des elektrischen Bauelements beabstandet und steht über ein, in dem Bereich zwischen dem elektrischen Bauelement und dem Wärmeleiter vorhandenen Wärmeleitmedium mit dem elektrischen Bauelement in thermischen Kontakt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Wärmeleiter keine Kraft auf das elektrische Bauelement ausübt, wodurch zu eventuellen Beschädigungen des Bauteils kommen könnte. Andererseits wird durch das Wärmeleitmedium, welches idealerweise elastische Eigenschaften aufweist sichergestellt, dass ein optimaler Wärmeübertrag zwischen der Oberfläche des elektrischen Bauelements und dem Wärmeleiter vorhanden ist. In a further embodiment of the invention, the heat conductor is at a distance from the surface of the electrical component and is in thermal contact with the electrical component via a heat-conducting medium present in the region between the electrical component and the heat conductor. This ensures that the heat conductor exerts no force on the electrical component, which could lead to possible damage to the component. On the other hand, the heat-conducting medium, which ideally has elastic properties, ensures that optimum heat transfer is present between the surface of the electrical component and the heat conductor.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeleiter mit einer Wärmesenke zur Abgabe von Wärme an die Umgebung verbunden und die Wärmesenke ist von dem Moldgehäuse beabstandet oder liegt zumindest teilweise an dem Moldgehäuse an. Hierdurch wird die Fläche, mit der Wärme von den elektrischen Bauelementen an die Umgebung abgegeben vergrößert, wodurch der Wärmetransport nach außerhalb des Moldgehäuses vergrößert werden kann. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass die Wärmesenke keine Wärme an das Moldgehäuse abgibt, wodurch dieses unnötig aufgeheizt wird. In a further embodiment of the invention, the heat conductor is connected to a heat sink for emitting heat to the environment and the heat sink is spaced from the mold housing or at least partially against the mold housing. As a result, the area is increased with the heat emitted by the electrical components to the environment, whereby the heat transfer to the outside of the mold housing can be increased. At the same time it is ensured that the heat sink does not give off heat to the mold housing, whereby it is unnecessarily heated.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeleiter mit einer Wärmesenke zur Abgabe von Wärme an die Umgebung verbunden und die Wärmesenke ist zumindest teilweise von dem Moldgehäuse umgeben. Dadurch wird erreicht, dass die Bauhöhe des elektrischen Steuergeräts verringert wird. In a further embodiment of the invention, the heat conductor is connected to a heat sink for emitting heat to the environment and the heat sink is at least partially surrounded by the mold housing. This ensures that the overall height of the electrical control unit is reduced.
Eine Wärmesenke ist ein räumlich begrenzter Bereich oder Körper, der in ihm gespeicherte oder zugeführte thermische Energie an ein angrenzendes Medium außerhalb des elektrischen Steuergeräts abgibt. Angrenzende Medien können feste Gegenstände, Flüssigkeiten, z.B. Öl oder Gase, z.B. Umgebungsluft sein. Die Wärmesenke kann insbesondere eine Metallplatte sein. A heat sink is a spatially limited area or body that delivers stored or supplied thermal energy to an adjacent medium outside of the electrical controller. Adjacent media may be solid objects, liquids, e.g. Oil or gases, e.g. Be ambient air. The heat sink may in particular be a metal plate.
Zweckmäßig sind der Wärmeleiter und die Wärmesenke einstückig ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die Wärmeleiter in Form von Wärmepins an die Wärmesenke angeschraubt oder einsetzt sind. Suitably, the heat conductor and the heat sink are integrally formed. But it is also possible that the heat conductors are screwed or used in the form of heat pins to the heat sink.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Wärmeleiter im Bereich des Moldgehäuses an seinem Umfang ausgeführte Erhebungen und/oder Einschnitte auf. Dadurch wird eine optimale Verbindung zwischen Wärmeleiter und Moldmasse erreicht. Durch die Erhebungen und/oder Einschnitte in dem Wärmeleiter ergibt sich eine gute Stabilität des Wärmeleiters in der Moldmasse. Zweckmäßig können die Erhebungen und/oder Einschnitte in dem Wärmeleiter durch ein Aufrauen der Oberfläche des Wärmeleiters erreicht werden. In a further embodiment of the invention, the heat conductor in the region of the mold housing on its circumference executed surveys and / or cuts. As a result, an optimal connection between the heat conductor and molding compound is achieved. The elevations and / or cuts in the heat conductor results in a good stability of the heat conductor in the molding compound. Suitably, the elevations and / or cuts in the heat conductor can be achieved by roughening the surface of the heat conductor.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind Abstandshalter vorhanden, welche von einer Oberfläche des Schaltungsträgers zur Wärmesenke geführt sind. Diese Abstandshalter können hierbei an der Wärmesenke angebracht sein und auf der Oberfläche des Schaltungsträgers aufliegen oder die Abstandshalter sind an dem Schaltungsträger befestigt und dienen als Auflage für die Wärmesenke. Die Abstandshalter sind zweckmäßig derart ausgeführt, dass sie länger sind als die Wärmeleiter, welche zwischen Wärmesenke und den elektrischen Bauelementen auf dem Schaltungsträger vorhanden sind. Dies dient im Wesentlichen dazu, dass beim Vergießen des Schaltungsträgers der Anpressdruck des Spritzwerkzeugs auf die Wärmesenke nicht über die Wärmeleiter auf die elektrischen Bauelementen geleitet wird. In a further embodiment of the invention, spacers are provided which are guided from a surface of the circuit carrier to the heat sink. These spacers may in this case be attached to the heat sink and rest on the surface of the circuit carrier or the spacers are fastened to the circuit carrier and serve as a support for the heat sink. The spacers are expediently designed such that they are longer than the heat conductors which are present between the heat sink and the electrical components on the circuit carrier. This essentially serves to ensure that the contact pressure of the injection molding tool on the heat sink is not conducted via the heat conductors to the electrical components when casting the circuit carrier.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind Wärmeleiter nur den elektrischen Bauelementen zugeordnet, welche eine Betriebstemperatur oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes, z.B. 60°C aufweisen. Dadurch wird der Fertigungsaufwand reduziert, da nur solchen elektrischen Bauelementen ein Wärmeleiter zugeordnet wird, welche eine kritische Betriebstemperatur aufweisen, welche zu thermischen Spannungen innerhalb des Moldgehäuses oder der Leiterplatte führen kann. In another embodiment of the invention, heat conductors are associated only with electrical components having an operating temperature above a predetermined threshold, e.g. 60 ° C have. As a result, the production cost is reduced, since only such electrical components, a heat conductor is assigned, which have a critical operating temperature, which can lead to thermal stresses within the mold housing or the circuit board.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steuergeräts umfasst folgende Verfahrensschritte:
- – Bereitstellen eines Schaltungsträgers mit einer ersten und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche,
- – Anordnen mindestens eines elektrischen Bauelements an mindestens eine Oberfläche,
- – Positionieren von Wärmeleitern über wenigstens einem elektrischen Bauelement,
- – Vergießen des Schaltungsträgers mit einer Moldmasse, wobei die erste und zweite Oberfläche des Schaltungsträgers sowie ein Abschnitt des Wärmeleiters in direktem thermischem Kontakt mit der Moldmasse sind.
- Providing a circuit carrier with a first surface and a second surface opposite the first surface,
- Arranging at least one electrical component on at least one surface,
- Positioning heat conductors over at least one electrical component,
- - Potting the circuit substrate with a molding compound, wherein the first and second surfaces of the circuit substrate and a portion of the heat conductor are in direct thermal contact with the molding compound.
Zweckmäßig werden die Längen der einzelnen Wärmeleiter an die Höhe der einzelnen elektrischen Bauelemente angepasst, so dass nach dem Vergießen des Schaltungsträgers das elektrische Steuergerät eine möglichst geringe Höhe aufweist. Suitably, the lengths of the individual heat conductors are adapted to the height of the individual electrical components, so that after the casting of the circuit substrate, the electrical control unit has the lowest possible height.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen The invention will be explained in more detail with reference to figures. Show it
Die Hauptabwärme wird also direkt über die zweckmäßig metallisch ausgeführten Wärmeleiter
Die Wärmeleiter
Die Moldmasse
An der Leiterplatte
An der Wärmeleitplatte
Zur Befestigung des elektrischen Steuergeräts
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- elektrisches Steuergerät electrical control unit
- 2 2
- Befestigungsvorrichtung fastening device
- 3 3
- Moldgehäuse/Moldmasse Molded housing / molding compound
- 4 4
- Schaltungsträger circuit support
- 4a 4a
- erste Oberfläche first surface
- 4b 4b
- zweite Oberfläche second surface
- 5 5
- Wärmeleitplatte heat conduction
- 6 6
- Wärmeleiter heat conductor
- 7 7
- elektrisches Bauelement electrical component
- 7a 7a
- Oberfläche des elektrischen Bauelements Surface of the electrical component
- 8 8th
- elektrisches Bauelement electrical component
- 9 9
- Kühlrippen cooling fins
- 10 10
- elektrische Anbindung electrical connection
- 11 11
- Abstandshalter spacer
- 12 12
- Abstand zwischen elektrischem Bauelement und Wärmeleiter Distance between electrical component and heat conductor
- 13 13
- Wärmeleitmedium heat transfer medium
- 14 14
- Oberfläche des Wärmeleiters Surface of the heat conductor
- 15 15
- Hydraulikplatte hydraulic plate
- 15a 15a
- Vertiefung deepening
- 16 16
- Abstand zwischen Moldgehäuse und Wärmeplatte Distance between mold housing and heating plate
- 17 17
-
Schritt 1
Step 1 - 18 18
-
Schritt 2
step 2 - 19 19
-
Schritt 3
step 3 - 20 20
-
Schritt 4
Step 4
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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