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Die Erfindung betrifft eine elektronische Einheit mit Kurzschlussschutz, ein Steuergerät und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektronischen Einheit gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
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In der Kraftfahrzeugtechnik werden Komponenten wie Getriebe-, Motoren- oder Bremssysteme zunehmend vornehmlich elektronisch gesteuert. Hierbei gibt es eine Entwicklung hin zu mechatronischen Steuerungen, also zur Integration von Steuerelektronik und den zugehörigen elektronischen Komponenten, wie Sensoren oder Ventile in das Getriebe, den Motor, das Bremssystem oder Ähnlichem. Die Steuergeräte weisen im Allgemeinen eine Vielzahl an elektronischen Komponenten auf, welche in Verbindung mit anderen Komponenten außerhalb des Steuergerätes stehen. Dabei ist insbesondere die Verbindungstechnik zwischen einzelnen Komponenten von erhöhtem Interesse, da mit zunehmender Miniaturisierung der elektronischen Komponenten auch die Anfälligkeit gegenüber Schmutz und Vibrationen zunimmt.
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Um modulare Konzepte darzustellen, ist es sinnvoll, steckbare Module zu generieren, die wahlweise verbaut werden können. Des Weiteren wird für Steuergeräte gefordert, eine schnelle Kommunikationsschnittstelle für Mess- und Applikationszwecke während der Entwicklungsphase und zur Geräteanalyse bei Rückwaren bereitzustellen. Hierzu ist es zweckmäßig, Direktsteckverbinder einzusetzen, dessen Kontakte z.B. direkt in Löcher der Leiterplatte gesteckt werden. Alternativ sind auch offene Kontaktstellen auf der Leiterplatte möglich, auf die die Kontaktfedern des Steckers angedrückt werden. Wenn das Modul und der zugehörige Stecker nicht genutzt wird, sind die Kontaktstellen auf der Leiterplatte offen und müssen gegen Kurzschluss geschützt werden.
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Die nicht vorveröffentlichen
DE 10 2013 223 542.9 und
DE 10 2013 215 368.6 offenbaren jeweils eine elektronische Einheit mit einer Leiterplatte und darauf angeordneten Bauelementen bekannt, wobei die Bauelemente oder Stecker in ein Hüllelement eingebettet sind und die Leiterplatte abschnittsweise mit dem Hüllelement bedeckt ist.
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Aus
DE 10 2006 053 407 A1 ist eine Anordnung mit einer dichten Abdeckung von offenen Leiterbahnstrukturen als Spanschutz und Schutz weiterer Kontamination der Kontaktflächen durch Umwelteinflüsse bekannt. Bei dieser Anordnung decken Kontaktpartner zu anderen peripheren Komponenten die offenen Leiterbahnbereiche vollständig ab.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Einheit zu schaffen, mit der es möglich ist, Kontaktbereiche, welche auf einer Leiterplatte der elektronischen Einheit nicht genutzt werden, gegen Umwelteinflüsse und Kurzschluss zu schützen. Weitere Aufgaben bestehen in der Angabe eines Steuergeräts und der Angabe eines Verfahrens zur Bereitstellung einer solchen elektronischen Einheit.
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Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße elektronische Einheit umfasst eine Leiterplatte, welche üblicherweise mit elektronischen Bauteilen bestückt ist. Auf der Leiterplatte befinden sich freiliegende metallisierte Kontaktierungsbereiche, welche mit ein oder mehreren Abdeckungen vollständig abgedeckt sind. Gemäß der Erfindung ist ein Hüllelement vorhanden, das die Leiterplatte zumindest abschnittsweise umgibt. Weiterhin sind gemäß der Erfindung die Abdeckungen vollständig aus einem isolierenden Material gefertigt und das Hüllelement bettet die Abdeckungen zumindest teilweise ein.
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Unter dem Begriff Kontaktierungsbereich wird im Folgenden ein Bereich auf der Leiterplatte verstanden, an den eine Kontaktierung einer Komponente erfolgen kann. Der Kontaktierungsbereich kann sich z.B. dadurch auszeichnen, dass metallisierte Löcher oder metallisierte Durchbrechungen in der Leiterplatte vorhanden sind. In diese Durchbrechungen oder Löcher können z.B. Stecker zur Verbindung mit einer Komponente eingebracht werden. Es ist aber auch möglich, dass in die Durchbrechungen oder Löcher direkt weitere Leiterplatten mit entsprechenden Steckeranordnungen eingesteckt werden können. Der Kontaktierungsbereich kann sich aber auch durch offene Leiterbahnstrukturen oder Kontaktstellen auf einer Ober- oder Unterseite der Leiterplatte auszeichnen. An diesen Leiterbahnstrukturen oder Kontaktstellen können z.B. Litzen angelötet oder geschweißt werden.
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Mit anderen Worten, der Kontaktierungsbereich kennzeichnet einen Bereich an der Ober- und/oder Unterseite der Leiterplatte, von welchem aus eine Kontaktierung zu einer mit der Leiterplatte verbindbaren Komponente hergestellt werden kann.
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Die aus einem isolierenden Material gefertigten Abdeckungen bedecken den Kontaktierungsbereich vollständig. Damit ist sichergestellt, dass einerseits Feuchtigkeit von außen nicht an den Kontaktierungsbereich dringen kann, wodurch ein Kurzschluss verursacht werden kann. Andererseits ist sichergestellt, dass durch Fehlfunktionen innerhalb der Abdeckung ein Kurzschluss im Kontaktierungsbereich verursacht werden kann.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind ein oder mehrere Abdeckungen mit den freiliegenden metallisierten Kontaktierungsbereichen und/oder einem Abschnitt einer Oberfläche der Leiterplatte verbunden, insbesondere verklebt, verschraubt, vernietet oder verschweißt. Die Abdeckungen können somit in einer Variante direkt auf die Kontaktierungsbereichen aufgebracht und mit diesen verbunden sein. In einer zweiten Variante können die Abdeckungen derart ausgeführt sein, dass sie die Kontaktierungsbereiche überdecken und mit der Leiterplatte verbunden sind. Je nach zur Verfügung stehendem Platz auf der Leiterplatte ist so sichergestellt, dass eine optimale Bedeckung und Verbindung der Abdeckung mit dem Kontaktierungsbereich gewährleistet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die freiliegenden metallisierten Kontaktierungsbereichen ein oder mehrere zwischen einer Unterseite und einer Oberseite der Leiterplatte durchkontaktierte Bohrungen und die Abdeckungen Pins auf, welche in die Bohrungen eingreifen. Dadurch wird eine optimale Positionierung der Abdeckung gewährleistet. Die Abdeckung dient in diesem Fall als Blindstecker für die durchkontaktierten Bohrungen in der Leiterplatte. Gemäß der Erfindung ist der Blindstecker vollständig aus einem isolierenden Material gefertigt. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfüllt dieser Stecker somit keinerlei weitere Funktion als den Kontaktierungsbereich abzudecken und vor Umwelteinflüssen zu schützen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Leiterplatte Aussparungen oder Durchbrechungen auf und die ein oder mehreren Abdeckungen weisen Befestigungsmittel auf, welche in die Aussparung oder Durchbrechungen in der Leiterplatte eingreifen und die Abdeckungen mit der Leiterplatte lösbar verbinden. Damit ist gewährleistet, dass die Abdeckungen sicher und schnell angebracht und auch wieder gelöst werden können. Die Befestigungsmittel können z.B., derart ausgeführt sein, dass sie in den Aussparungen oder Durchbrechungen in der Leiterplatte verrasten. Hierzu sind an den Befestigungsmittel entsprechende Vorsprünge vorgesehen, mit denen eine Verrastung der Abdeckung mit der Leiterplatte erreicht werden kann.
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Gemäß der Erfindung bettet das Hüllelement, welches zweckmäßig eine Umspritzmasse oder Vergussmasse ist, die Abdeckung zumindest teilweise. In einer besonderen Ausführungsform umgibt das Hüllelement die Abdeckung vollständig. Damit ist sichergestellt, dass die elektronische Einheit auch in kritischen Umgebungen, z.B. im Getriebe mit Getriebeöl, eingesetzt werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Steuergerät für Getriebe- oder Motorsteuerung für ein Fahrzeug umfasst eine elektronische Einheit gemäß der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen freiliegenden metallisierten Kontaktierungsbereichen auf einer Leiterplatte einer erfindungsgemäßen elektronischen Einheit. Das Verfahren umfasst dabei folgende folgende Schritte:
- – Bereitstellen einer Leiterplatte mit Kontaktierungsbereichen,
- – Abdecken einzelner Kontaktierungsbereiche,
- – Umspritzen der Leiterplatte und der Abdeckungen mit einem Hüllelement.
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Für den Fall, z.B., im Wartungsfall, dass die mit den Abdeckungen bedeckten Kontaktierungsbereiche zugänglich gemacht werden müssen, werden die Abdeckungen in weiteren Verfahrensschritten entfernt. Hierzu wird gegebenenfalls das Hüllelement in dem betreffenden Bereich entfernt, z.B., durch Fräsen. Anschließend wird die Abdeckung von der Leiterplatte bzw. dem unter der Abdeckung befindlich Kontaktierungsbereich entfernt, so dass der Kontaktierungsbereich zugänglich ist und Mess-, Applikations- und/oder Analysegeräte angeschlossen werden können.
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß einer ersten Ausbildungsform der Erfindung in Schnittdarstellung,
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2 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung in Schnittdarstellung,
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3 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung in Schnittdarstellung,
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit 1 in einer ersten Ausführungsform mit einer Leiterplatte 2, welche eine erste Hauptoberfläche 3, eine zweite Hauptoberfläche 4 und eine Seitenfläche 5 aufweist. Die Leiterplatte 2 ist von einem Hüllelement 12 vollständig umgeben, insbesondere sind die beiden Hauptoberflächen 3, 4 und sowie sämtliche Seitenflächen 5 der Leiterplatte 2 mit dem Hüllelement 12 bedeckt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass an der ersten 3 oder zweiten Hauptoberfläche 4 oder an der Seitenfläche 5 ein Abschnitt nicht von dem Hüllelement 12 bedeckt ist. Auf der Leiterplatte 2 sind auf den Hauptoberflächen 3, 4 Bauelemente 6 angeordnet, wobei die Bauelemente 6 von dem Hüllelement 12 umschlossen sind. Zweckmäßig ist auf beiden Hauptoberflächen 3, 4 der Leiterplatte 2, d.h. aus der Oberseite 3 und der Unterseite 4 der Leiterplatte 2 jeweils ein elektronisches Bauelement 6 angeordnet. Durch die beidseitige Bestückung der Leiterplatte ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Packungsdichte der elektronischen Einheit.
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Auf der Ober- und Unterseite 3, 4 der Leiterplatte 2 ist ein Kontaktierungsbereich 7 ausgebildet. 1 zeigt eine Darstellung, bei welcher im Kontaktierungsbereich 7 eine Durchbrechung 9, zweckmäßig eine Bohrung 9 durch die Leiterplatte 2 ausgeführt ist. Diese Bohrung 9 ist metallisiert 8, wobei metallisierte Bereiche 8 auf den Hauptoberflächen 3, 4 miteinander verbunden sind.
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Der Kontaktierungsbereich 7 ist mit einer Abdeckung 10 auf der Oberseite 3 und der Unterseite 4 der Leiterplatte 2 vollständig abgedeckt. Zusätzlich zeigt 1, dass das Hüllelement 12 die Abdeckung 10 vollständig umgibt.
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2 zeigt in einer weiteren Ausbildungsform der elektronischen Einheit 1 eine Abdeckung 10 mit beispielhaft einem einzelnen Pin 11, welcher in die Bohrung 9 in der Leiterplatte 2 eingreift. Selbstverständlich kann die Abdeckung 10 auch mehrere Pins 9 umfassen, so dass die Abdeckung 10 einen Kontaktierungsbereich 7 mit mehreren Bohrungen 9 abdecken kann.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 und 2 keine Befestigungsmittel für die Abdeckung an der Leiterplatte gezeigt.
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3 zeigt den Abschnitt A in 1, wobei der Kontaktierungsbereich 7 der Leiterplatte 2 eine metallisierte Leiterbahnstruktur 8 umfasst. Im Unterschied zu 1 ist in dieser Ausführungsform im Kontaktierungsbereich 7 keine Bohrung in oder durch die Leiterplatte vorhanden. Der dargestellt Kontaktierungsbereich 7 dient der Direktkontaktierung von z.B. Litzen, wohingegen der Kontaktierungsbereich 7 in 1 der Direktkontaktierung von Steckern dient.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronische Einheit
- 2
- Leiterplatte
- 3
- Hauptoberfläche
- 4
- Hauptoberfläche
- 5
- Seitenfläche
- 6
- Bauelement
- 7
- Kontaktierungsbereich
- 8
- Metallisierung
- 9
- Bohrung
- 10
- Abdeckung
- 11
- Pin
- 12
- Hüllelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013223542 [0004]
- DE 102013215368 [0004]
- DE 102006053407 A1 [0005]
