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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, wie es insbesondere für ein Getriebesteuergerät in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann.
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Stand der Technik
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Elektronikmodule dienen allgemein dazu, elektrische Schaltkreise auszubilden, mit Hilfe derer unterschiedliche Funktionalitäten implementiert werden können. Die elektrischen Schaltkreise können dabei beispielsweise Teil eines Steuergeräts sein. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau werden Elektronikmodule dazu eingesetzt, um Fahrzeugsteuergeräte bereitzustellen. In einem Elektronikmodul sind dabei typischerweise an einem Leiterplattenelement, auch als Platine oder PCB (Printed Circuit Board) bezeichenbar, eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen vorgesehen, welche mithilfe von Leiterbahnen geeignet miteinander elektrisch verbunden sind.
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Insbesondere für Getriebesteuergeräte in einem Kraftfahrzeug kann es vorteilhaft sein, ein entsprechendes Elektronikmodul in einem Bereich anzuordnen, in dem es aggressiven Medien ausgesetzt ist. Ein Elektronikmodul eines Getriebesteuergeräts kann beispielsweise im Innern eines Kraftfahrzeuggetriebes angeordnet werden, wo insbesondere chemisch aggressives Getriebeöl, Schmutz oder Späne in Kontakt mit dem Elektronikmodul treten können. Da zumindest Teile der an dem Elektronikmodul vorgesehenen Bauelemente, Leiterbahnen, etc. empfindlich gegenüber solchen aggressiven Medien oder Partikeln sein können, kann es nötig sein, diese durch ein hermetisch dichtes Gehäuse zu schützen.
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In der
DE 10 2012 213 917 A1 wurde vorgeschlagen, bei einem für ein Getriebesteuergerät zu verwendenden Elektronikmodul zumindest für einen Teil eines solchen Gehäuses ein Leiterplattenelement einzusetzen, bei dem die für die Ausbildung elektrischer Schaltkreise notwendigen elektronischen Bauteile und Leiterbahnen an einer hin zu einem Aufnahmeraum gerichteten Oberfläche des Leiterplattenelements angeordnet sind und der Aufnahmeraum mithilfe eines Mantel- oder Rahmenelements sowie gegebenenfalls mithilfe eines Deckelelements hermetisch gegen zum Beispiel aggressive Medien abgedichtet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Elektronikmodul vorgeschlagen, welches insbesondere das einleitend beschriebene Elektronikmodul in vorteilhafter Weise weiterentwickelt. Insbesondere kann ein Bauraum eines Elektronikmoduls verringert werden und/oder eine Lebensdauer eines solchen Elektronikmoduls verlängert werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektronikmodul vorgeschlagen, welches ein erstes Leiterplattenelement mit zumindest einem darauf angeordneten ersten elektronischen Bauelement, ein Rahmenelement sowie ein Deckelelement aufweist. Das erste Leiterplattenelement, das Rahmenelement und das Deckelelement umschließen dabei zusammen einen Aufnahmeraum hermetisch dichtend. Das erste elektronische Bauelement ist in diesem Aufnahmeraum aufgenommen. Das Elektronikmodul zeichnet sich dadurch aus, dass es ein zweites Leiterplattenelement mit zumindest einem darauf angeordneten zweiten elektronischen Bauelement aufweist, wobei das zweite Leiterplattenelement zumindest in Teilbereichen von dem ersten Leiterplattenelement beabstandet ist und mit dem ersten Leiterplattenelement elektrisch verbunden ist und wobei ferner das zweite elektrische Bauelement in dem Aufnahmeraum angeordnet ist.
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Ideen zu Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Elektronikmoduls können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden:
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Es wurde erkannt, dass für Elektronikmodule, die komplexe Schaltkreise beinhalten, ein erheblicher Bauraum notwendig sein kann. Bei solchen Elektronikmodulen kann es notwendig sein, eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen auf einem Leiterplattenelement anzuordnen und diese beispielsweise mithilfe von Leiterbahnen untereinander zu verschalten. Herkömmlich waren dabei alle elektronischen Bauelemente an einer Oberfläche eines einzigen Leiterplattenelements angeordnet, so dass dieses Leiterplattenelement eine ausreichend große Fläche aufweisen musste.
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Es wird nun vorgeschlagen, in einem Elektronikmodul wenigstens zwei Leiterplattenelemente vorzusehen, die beide elektronische Bauelemente tragen können. Diese beiden Leiterplattenelemente können beabstandet zueinander, das heißt in verschiedenen Ebenen übereinander, angeordnet sein. Ein erstes dieser Leiterplattenelemente soll dabei zusammen mit dem Rahmenelement und dem Deckelelement einen Aufnahmeraum hermetisch dichtend umschließen, so dass in dem Aufnahmeraum die an diesem Leiterplattenelement angeordneten elektronischen Bauelemente geschützt aufgenommen werden können. Mit anderen Worten kann dieses erste Leiterplattenelement einen Teil eines Gehäuses bilden, wobei das restliche Gehäuse unter anderem von dem Rahmenelement und dem Deckelelement gebildet wird und das Gehäuse insgesamt den Aufnahmeraum hermetisch dicht umschließt. Zusätzlich zu diesem ersten Leiterplattenelement ist für das Elektronikmodul ein zweites Leiterplattenelement vorgesehen, an dem ebenfalls elektronische Bauelemente angeordnet sind, die auch in dem Aufnahmeraum angeordnet und somit aufgrund dessen hermetischer Dichtheit gegenüber einem Einfluss beispielsweise aggressiver Medien aus der Umgebung geschützt sind.
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Insgesamt kann ein Bauraum, den ein solches Elektronikmodul einnimmt, erheblich geringer sein als bei herkömmlichen Elektronikmodulen, da die darin vorgesehenen elektronischen Bauelemente nicht mehr alle in einer einzelnen Ebene an dem ersten Leiterplattenelement angeordnet sein brauchen, sondern stattdessen an verschiedenen Ebenen entlang beider Leiterplattenelemente angeordnet sein können. Anders ausgedrückt können die elektronischen Bauelemente nicht nur innerhalb einer Fläche, sondern räumlich verteilt angeordnet werden.
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Ergänzend zu dem Vorteil des reduzierten Bauraums kann auch erreicht werden, dass das erste Leiterplattenelement im Vergleich zu herkömmlichen Elektronikmodulen eine geringere Grundfläche aufweisen kann und somit beispielsweise durch thermische Ausdehnung bedingte mechanische Spannungen, die grundsätzlich mit der Größe von betroffenen Bauteilen korreliert, kleiner ausfallen können als bei herkömmlichen Elektronikmodulen. Beispielsweise können das Leiterplattenelement, das Rahmenelement und das Deckelelement aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die sich bei Temperaturänderungen unterschiedlich verhalten. Aufgrund der im Vergleich zu herkömmlichen Elektronikmodulen kleineren Abmessungen des hierin vorgeschlagenen Elektronikmoduls bezüglich der Fläche des ersten Leiterplattenelements können hierdurch bedingt auftretende thermische Spannungen gering gehalten werden.
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Außerdem lässt sich dadurch, dass das gesamte Elektronikmodul aus mehreren Leiterplattenelementen zusammengesetzt ist, welche in verschiedenen Ebenen gestapelt sein können, ein einfacher modularer Aufbau erreichen, bei dem einzelne Leiterplattenelemente modular hinzugefügt oder ausgetauscht werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite Leiterplattenelement zumindest an Teilbereichen seines Randes an dem Rahmenelement abgestützt. Das Rahmenelement kann somit zwei Funktionen erfüllen, das heißt, einerseits als Teil des den Aufnahmeraum umschließenden Gehäuses wirken und andererseits das zweite Leiterplattenelement derart halten, dass die an dessen Oberfläche vorgesehenen zweiten elektronischen Bauelemente innerhalb des Aufnahmeraums aufgenommen sind und somit nach außen hin hermetisch dicht geschützt sind. Das zweite Leiterplattenelement kann dabei mit Teilbereichen seines Randes oder mit seinem gesamten Rand direkt an korrespondierenden Bereichen des Rahmenelements anliegen oder indirekt, das heißt zum Beispiel über weitere Bauteile hinweg, mit dem Rahmenelement derart verbunden sein, dass es in Position gehalten wird.
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Das zweite Leiterplattenelement kann parallel zu dem ersten Leiterplattenelement angeordnet sein, beispielsweise mit einem Abstand von wenigen Millimetern, beispielsweise zwischen 0,5 mm und 20 mm. Alternativ kann das zweite Leiterplattenelement schräg zu dem ersten Leiterplattenelement angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Teilbereich eines Randes des zweiten Leiterplattenelements beabstandet zu dem ersten Leiterplattenelement gehalten sein, beispielsweise durch Abstützung an dem Rahmenelement, und ein anderer Teilbereich des Randes kann direkt an dem ersten Leiterplattenelement anliegen oder diesem zumindest näher sein als der andere Teilbereich. Auf diese Weise kann unter anderem eine elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenelement vereinfacht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Leiterplattenelement mit einem duroplastischen Material ausgebildet sein und in dem ersten Leiterplattenelement an einer Grenzfläche, an der das erste Leiterplattenelement an das Rahmenelement grenzt, eine Mikrostrukturierung ausgebildet sein.
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Leiterplattenelemente können einfach auf Basis eines Substrats aus duroplastischem Material gefertigt werden, wobei Leiterbahnen auf diesem Substrat an seiner Oberfläche oder in zwischenliegenden Schichten ausgebildet werden können. Bei solchen herkömmlichen Leiterplatten wurde jedoch beobachtet, dass es schwierig sein kann, das duroplastische Material der Leiterplatte beispielsweise mit einem thermoplastischen Material eines Deckels oder eines Rahmenelementes zuverlässig hermetisch dicht zu verbinden. Es wurde jedoch erkannt, dass eine solche hermetisch dichte Verbindung erzielt werden kann, wenn in dem duroplastischen Leiterplattenelement eine Mikrostrukturierung ausgebildet wird, in die beispielsweise thermoplastisches Material eines Rahmens in einem durch Erhitzen viskosen Zustand einfließen und somit nach dem Erstarren eingreifen kann. Die Mikrostrukturierung kann kleinste Unebenheiten im Mikrometerbereich oder gar Nanometerbereich umfassen und Kavitäten oder Poren an der Oberfläche des Leiterplattenelements beinhalten. Eine solche Mikrostrukturierung kann beispielsweise durch lokales Bestrahlen mit einem energieintensiven Laser erzeugt werden. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten denkbar, eine Mikrostrukturierung zu erzeugen, beispielsweise durch mechanisches Bearbeiten oder Ätzen.
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Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich das erste Leiterplattenelement und das zweite Leiterplattenelement hinsichtlich ihrer Substrattypen. Beispielsweise kann ein Leiterplattenelement ein Grobstruktur-Substrat aufweisen, wohingegen das zweite Leiterplattenelement ein Substrat mit einer feineren Struktur, beispielsweise in Form eines Fineline-HDI (High Density Interconnect), aufweisen kann. Alternativ kann ein Leiterplattenelement mit einem Substrat zur Implementierung einer Logik ausgebildet sein, wohingegen das andere Leiterplattenelement zur Implementierung einer Leistungselektronik vorgesehen sein kann. Somit kann beispielsweise die gesamte Funktionalität eines Elektronikmoduls für ein Steuergerät mithilfe der verschiedenen Leiterplattenelemente geclustert werden und beispielsweise in dem Aufnahmeraum eines einzigen Elektronikmoduls kombiniert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können das erste Leiterplattenelement, das zweite Leiterplattenelement oder auch beide Leiterplattenelemente plan sein. Mit anderen Worten können die beiden Leiterplattenelemente als herkömmliche Platinen oder PCBs ausgestaltet sein. Zumindest das erste Leiterplattenelement, gegebenenfalls aber auch das zweite Leiterplattenelement, kann dabei einen Teil eines den Aufnahmeraum umschließenden Gehäuses bilden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das zweite Leiterplattenelement nicht nur von dem ersten Leiterplattenelement, sondern zumindest in Teilbereichen auch von dem Deckelelement beabstandet angeordnet sein. Mit anderen Worten kann das zweite Leiterplattenelement zwar in dem Aufnahmeraum angeordnet sein, jedoch nicht flächig direkt an das Deckelelement angrenzen. Stattdessen kann das zweite Leiterplattenelement zum Beispiel wenige Millimeter, beispielsweise zwischen 0,5 und 10 mm, von dem Deckelelement beabstandet sein, zu diesem planparallel angeordnet sein oder auch schräg zu diesem angeordnet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das zweite Leiterplattenelement zumindest an Teilbereichen seines Randes zwischen dem Rahmenelement und dem Deckelelement klemmend gehalten sein. Mit anderen Worten kann die Geometrie des zweiten Leiterplattenelements und die Geometrie des Rahmenelements geeignet so angepasst werden, dass das zweite Leiterplattenelement beispielsweise an einer Stufe an dem Rahmenelement anliegt und an einer gegenüberliegenden Oberfläche das Deckelelement an dem zweiten Leiterplattenelement anliegt, so dass im zusammengebauten Zustand des Elektronikmoduls das zweite Leiterplattenelement zwischen dem Rahmenelement und dem Deckelelement gehalten ist. Bei einer solchen Art der Fixierung kann gegebenenfalls auf ein anderweitiges Befestigen des zweiten Leiterplattenelements, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen, verzichtet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das zweite Leiterplattenelement zumindest einen Teil des Deckelelements bilden. Mit anderen Worten kann bei dieser Ausführungsform das zweite Leiterplattenelement nicht als separates Bauteil zusätzlich zu dem Deckelelement vorgesehen sein, sondern das Deckelelement teilweise oder gar vollständig bilden. Das zweite Leiterplattenelement kann somit selbst Teil des den Aufnahmeraum hermetisch dicht umschließenden Gehäuses sein, wobei die an dem zweiten Leiterplattenelement vorzusehenden zweiten elektronischen Bauelemente an einer Oberfläche des zweiten Leiterplattenelements derart angeordnet sind, dass sie in den Aufnahmeraum hineinragen. Das Deckelelement kann dabei vollständig durch das zweite Leiterplattenelement gebildet werden, wobei in einer solchen Ausgestaltung das zweite Leiterplattenelement ähnlich wie das erste Leiterplattenelement hermetisch dicht an dem Rahmenelement befestigt werden sollte. In einer solchen Ausgestaltung können zum Beispiel beide Leiterplattenelemente mithilfe einer darin vorgesehenen Mikrostrukturierung an dem Rahmenelement hermetisch dicht angebracht werden, insbesondere wenn beide Leiterplattenelemente aus einem duroplastischen Material bestehen. Alternativ kann das zweite Leiterplattenelement nicht alleine das Deckelelement bilden, sondern beispielsweise ein zusätzliches Deckelrahmenelement vorgesehen sein, welches einerseits mit dem zweiten Leiterplattenelement und andererseits mit dem Rahmenelement verbunden werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Elektronikmodul ferner ein drittes Leiterplattenelement aufweisen, welches quer zu dem ersten und/oder dem zweiten Leiterplattenelement angeordnet ist. Während beispielsweise das erste und das zweite Leiterplattenelement planparallel zueinander angeordnet sein können und insbesondere Teile des den Aufnahmeraum umschließenden Gehäuses bilden können, kann das dritte Leiterplattenelement quer, das heißt beispielsweise vertikal, zu diesen als horizontal verlaufend anzunehmenden Leiterplattenelementen angeordnet sein. An dem dritten Leiterplattenelement können weitere dritte elektronische Bauelemente vorgesehen sein. Somit kann der Aufnahmeraum noch effektiver für die Anordnung von Bauelementen genutzt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann an dem ersten und/oder dem zweiten Leiterplattenelement in einem Randbereich ein elektronisches Bauelement angeordnet sein, welches an dem Rahmenelement fixiert ist. Ein solches Fixieren von elektronischen Bauelementen an dem Rahmenelement kann insbesondere für Bauelemente vorteilhaft sein, welche ansonsten auf dem Leiterplattenelement in anderer Weise stabilisiert werden sollten, beispielsweise weil sie weit von dem Leiterplattenelement abragend positioniert werden müssen oder schwer sind. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, Drahtbauelemente wie zum Beispiel Kondensatoren an einem der Leiterplattenelemente vorzusehen und zusätzlich an dem Rahmenelement abzustützen bzw. zu fixieren. Das elektronische Bauelement kann dabei beispielsweise durch einen Eingriff in einen geeignet komplementär ausgebildeten Bereich des Rahmens fixiert sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Leiterplattenelement mit dem zweiten Leiterplattenelement durch eine Bondverbindung, ein Kabel und/oder eine mit einer Leiterbahn versehene flexible Folie (FPC – Flexible Printed Circuit) verbunden sein. Solche elektrischen Verbindungen können beim Zusammenbau des Elektronikmoduls einfach ausgebildet werden. Beispielsweise können Drähte, Kabel oder mit Leiterbahnen versehene flexible Folien an geeigneten Anschlussstellen an dem ersten und dem zweiten Leiterplattenelement angebracht werden, beispielsweise durch Anbonden, Anlöten, Anschweißen, Ankleben, etc. Die elektrischen Verbindungen können dabei beispielsweise von einer Oberfläche eines der Leiterplattenelemente zu einer anderen Oberfläche der Leiterplattenelemente verlegt werden. Dabei können die elektrischen Verbindungen vollständig innerhalb des Aufnahmeraums verlaufen. In diesem Fall sollte vorteilhafterweise das zweite Leiterplattenelement das erste Leiterplattenelement innerhalb des Aufnahmeraums nicht vollständig überdecken, so dass freie Bereiche verbleiben, in denen die elektrische Verbindung zwischen den beiden Leiterplattenelementen verlaufen kann. Beispielsweise kann das zweite Leiterplattenelement kleiner sein als die Grundfläche des ersten Leiterplattenelements innerhalb des Rahmenelements, so dass Teilflächen verbleiben, die nicht von dem zweiten Leiterplattenelement überdeckt werden und an denen eine elektrische Verbindung an dem ersten Leiterplattenelement angebracht werden kann. Alternativ können beispielsweise in dem zweiten Leiterplattenelement geeignete Ausnehmungen vorgesehen sein, durch die elektrische Verbindungen hindurch verlegt werden können.
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Alternativ oder ergänzend können in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das erste und das zweite Leiterplattenelement durch ein oder mehrere zur Blindmontage geeignete Kontaktierelemente elektrisch leitfähig verbunden sein. Solche zur Blindmontage geeigneten Kontaktierelemente sind zum Beispiel federnde Kontaktstifte, die an einem der Leiterplattenelemente angebracht sind und an einem federnden Ende an einem Gegenstück an dem anderen Leiterplattenelement anliegen. Andere Beispiele für zur Blindmontage geeignete Kontaktierelemente sind Board-to-Board-Verbinder oder Einpresspins. Mithilfe solcher für eine Blindmontage geeigneter Kontaktierelemente kann das Elektronikmodul in einfacher Weise zusammengebaut werden, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenelement in Bereichen ausgebildet wird, die beim Montieren von außen nicht oder schwer zugänglich sind.
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Ausführungsformen des wie vorgeschlagen ausgebildeten Elektronikmoduls eignen sich besonders zur Bereitstellung eines Getriebesteuergeräts, wie es beispielsweise im Inneren eines mit Getriebeöl befüllten Kfz-Getriebes angeordnet werden kann. Die eine Getriebefunktion implementierenden elektronischen Bauelemente können dabei im Inneren des Aufnahmeraums angeordnet sein und somit hermetisch dicht umschlossen und gegen einen Angriff von aggressivem Getriebeöl geschützt sein. Aufgrund der Anordnung von mehreren Leiterplattenelementen in verschiedenen Ebenen kann sich dabei eine geringe Baugröße für das Getriebesteuergerät erreichen lassen, so dass dieses auch in beengten Getriebegehäusen aufgenommen werden kann.
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Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert bzw. ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul mit innerhalb des Aufnahmeraums separat abgestütztem zweitem Leiterplattenelement.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul mit beidseits an einem Rahmenelement abgestütztem zweitem Leiterplattenelement.
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3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Elektronikmodul mit beidseits an einem Rahmenelement abgestütztem zweitem Leiterplattenelement sowie verschiedene Beispiele für Blindkontaktierelemente.
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul mit schräg zueinander angeordnetem erstem und zweitem Leiterplattenelement.
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5 zeigt ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul mit separat in dem Aufnahmeraum abgestütztem zweitem Leiterplattenelement.
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6 zeigt ein erfindungsgemäßes Leiterplattenelement mit zwischen dem Deckelelement und dem Rahmenelement klemmend gehaltenem zweitem Leiterplattenelement.
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7 zeigt ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul mit in ein Deckelelement integrierter passiver Kühlung.
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8 zeigt ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul, bei dem das zweite Leiterplattenelement einen Teil des Deckelelements bildet.
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9 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Elektronikmodul, bei dem das zweite Leiterplattenelement einen Teil des Deckelelements bildet.
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10 zeigt ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul mit einem dritten vertikal angeordneten Leiterplattenelement.
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11 zeigt eine Draufsicht in den Aufnahmeraum eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit an dem Rahmenelement fixiertem elektronischem Bauelement.
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12 zeigt eine Seitenansicht eines an dem Rahmenelement fixierten Bauelements.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche bzw. gleich wirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Elektronikmoduls 1 mit einem ersten Leiterplattenelement 3, einem Rahmenelement 5 und einem Deckelelement 7. Auf dem ersten Leiterplattenelement 3 sind mehrere erste elektronische Bauelemente 9 angeordnet.
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Das erste Leiterplattenelement 3, das Rahmenelement 5 und das Deckelelement 7 umschließen zusammen einen Aufnahmeraum 11 in hermetisch abdichtender Weise. Hierzu ist an dem aus einem duroplastischen Material bestehenden ersten Leiterplattenelement 3 in einem Bereich angrenzend an das Rahmenelement 5 mithilfe eines Lasers eine Mikrostrukturierung 21 eingebracht, welche sich entlang des gesamten Umfangs des in Draufsicht ringförmigen Rahmenelements 5 erstreckt. Thermoplastisches Material des Rahmenelements 5 wird bei der Montage des Elektronikmoduls 1 temporär erhitzt und kann im viskosen Zustand in Kavitäten dieser Mikrostrukturierung 21 eindringen, so dass es nach einem Aushärten zu einer festen mechanischen und hermetisch dichten Verbindung zwischen dem Rahmenelement 5 und dem ersten Leiterplattenelement 3 kommt. Das beispielsweise ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehende Deckelelement 7 kann mit dem Rahmenelement 5 entlang eines Umfangs durch eine Kunststoffverschweißung 23 hermetisch dicht verbunden werden.
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Das Elektronikmodul 1 umfasst ferner ein zweites Leiterplattenelement 13. An beiden gegenüberliegenden Oberflächen des zweiten Leiterplattenelements 13 sind zweite elektronische Bauelemente 15 angeordnet. Das zweite Leiterplattenelement 13 ist bei dieser Ausführungsform sowohl von dem ersten Leiterplattenelement 3 als auch von dem Deckelelement 7 beabstandet und parallel zu diesen angeordnet und befindet sich zwischen diesen beiden innerhalb des Aufnahmeraums 11.
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Sowohl an dem ersten Leiterplattenelement 3 als auch Oberflächen des zweiten Leiterplattenelements 13 sind Leiterbahnen vorgesehen, mithilfe derer die verschiedenen ersten und zweiten elektronischen Bauelemente 9, 15 miteinander verschaltet sind. Im dargestellten Beispiel sind Leiterbahnen des ersten Leiterplattenelements 3 mit Leiterbahnen des zweiten Leiterplattenelements 13 über eine Bondverbindung 17 elektrisch verbunden.
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Mechanisch ist das zweite Leiterplattenelement 13 an einem in 1 links dargestellten Teilbereich seines Randes an einem zum Aufnahmeraum 11 gerichteten Absatz 19 des Rahmenelements 5 abgestützt. Ein anderer in der Figur rechts dargestellter Teilbereich des Randes des zweiten Leiterplattenelements ist an einer partiellen Stützstruktur 25, die Teil des Rahmenelements 5 sein kann, abgestützt. Das zweite Leiterplattenelement 13 ist dabei beispielsweise mithilfe einer Warmverstemmung oder eines Rastbolzens 27 sowohl an dem Rahmenelement 5 als auch an der Stützstruktur 25 befestigt.
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Da das zweite Leiterplattenelement 13 eine kleinere Grundfläche hat als das erste Leiterplattenelement 3 innerhalb des Rahmenelements 5 und somit das erste Leiterplattenelement dort nicht vollständig überdeckt, kann die elektrische Bondverbindung 17 zwischen dem zweiten Leiterplattenelement 13 und dem ersten Leiterplattenelement 3 durch einen angrenzenden Teilbereich des Aufnahmeraums 11 verlaufen.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das zweite Leiterplattenelement 13 an beiden gegenüberliegenden Rändern an Absätzen 19, die von dem Rahmenelement 5 hin zum Aufnahmeraum 11 abragen, abgestützt und wiederum durch eine Warmverstemmung oder Verrastung 27 fixiert. Eine zusätzliche partielle Stützstruktur ist nicht vorgesehen. Eine elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenelement 3, 13 erfolgt in diesem Fall durch eine Aussparung 29 in dem zweiten Leiterplattenelement 13 hindurch. Als elektrisches Verbindungselement kann hierbei zum Beispiel ein Kabel oder eine elektrisch leitfähige flexible Folie (FPC) zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenelement 3, 13 vorgesehen sein.
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Bei der in 3(a) dargestellten Ausführungsform ist das zweite Leiterplattenelement an einem umlaufenden nach innen abragenden Absatz 19 des Rahmenelements 5 abgestützt und befestigt. Eine zusätzliche partielle Stützstruktur ist wiederum nicht erforderlich. Die elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenelement 13 kann parallel zur Montage des zweiten Leiterplattenelements 13 auf dem Absatz 19 des Rahmenelements 5 erfolgen. Für die notwendige elektrische Verbindung zwischen den beiden Leiterplattenelementen 3, 13 können hierbei zur Blindmontage geeignete Kontaktierelemente 31 beispielsweise in Form des in 3(a) dargestellten federnden Kontaktstifts 33 eingesetzt werden. Alternativ können auch, wie in 3(b) dargestellt, Board-to-Board-Verbinder 35 oder, wie in 3(c) dargestellt, Einpresspins 37 als zur Blindmontage geeignete Kontaktierelemente 31 verwendet werden.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist das zweite Leiterplattenelement 13 nicht parallel, sondern schräg zu dem ersten Leiterplattenelement 3 angeordnet. Dabei berührt das zweite Leiterplattenelement 13 entlang eines Teilbereichs seines Randes das erste Leiterplattenelement 3 und ist an einem gegenüberliegenden Teilbereich des Randes wiederum beabstandet zu dem ersten Leiterplattenelement 3 an dem Rahmenelement 5 fixiert. Eine elektrische Kontaktierung zwischen den beiden Leiterplattenelementen 3, 13 kann zum Beispiel über eine Lötverbindung 39 erfolgen. Eine Miniwelle kann hierbei von außen über einen Via 41 in dem ersten Leiterplattenelement benetzen, wobei das Lot durch den Via 41 aufsteigen und daraufhin ein Kontaktpad an dem zweiten Leiterplattenelement 13 benetzen/kontaktieren kann. Nach einem Erstarren des zunächst flüssigen Lots sind die beiden Leiterplattenelemente 3, 13 elektrisch miteinander verbunden und der Via 41 in dem ersten Leiterplattenelement 3 dicht verschlossen. Das zweite Leiterplattenelement 13 kann zum Beispiel durch eine Warmverstemmung oder Schnapphaken an der Innenseite des Rahmenelements 5 befestigt sein und zusätzliche Auflagepunkte können ergänzend für einen sicheren Halt sorgen. Alternativ zu einer elektrischen Verbindung mithilfe von durch einen Via 41 eingeführtem Lot kann das zweite Leiterplattenelement 13 auch beispielsweise mithilfe von Lötverbindern, einer Lotbrücke oder Bondverbindungen innerhalb des Aufnahmeraums 11 direkt mit Leiterbahnen auf dem ersten Leiterplattenelement 3 verbunden werden.
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5 zeigt eine Ausführungsform eines Elektronikmoduls 1, bei der im Innern des Rahmenelements 5 (dessen Höhe wegen besserer Bondbarkeit niedrig gehalten ist) innerhalb des Aufnahmeraums ein zweites, kleineres Rahmenelement 45 vorgesehen ist, an dem das zweite Leiterplattenelement 13 fixiert ist. Das zweite Rahmenelement 45 kann dabei eine offene oder eine geschlossene Kontur bilden. Das zweite Rahmenelement 45 kann gegebenenfalls ähnlich wie das erste Rahmenelement 5 über eine Mikrostrukturierung 46 an dem ersten Leiterplattenelement 3 befestigt sein. Eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenelement 3, 13 kann wie dargestellt durch Bondverbindungen 17 realisiert werden. Gegebenenfalls kann bei dieser Ausführungsform ebenso wie bei allen anderen Ausführungsformen der Aufnahmeraum 11 und insbesondere der Innenraum 47 des zweiten Rahmenelements 45 teilweise oder ganz mit einem Gel befüllt werden, um zum Beispiel Abwärme der darin aufgenommenen Bauelemente 9, 15 verteilen oder besser abführen zu können.
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Die in 6 dargestellte Ausführungsform eines Elektronikmoduls 1 unterscheidet sich von den vorangehend beschriebenen insbesondere dadurch, dass das zweite Leiterplattenelement 13 direkt an dem Deckelelement 7 anliegt. Beispielsweise kann das zweite Leiterplattenelement 13 mit dem zum Beispiel aus Kunststoff gebildeten Deckelelement 7 mittels einer Heißverstemmung 49 fest verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann das zweite Leiterplattenelement 13 zwischen einem Absatz 19 des Rahmenelements 5 und dem Deckelelement 7 klemmend gehalten sein. Eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenelement 3, 13 kann beispielsweise über einen teilflexiblen PCB-Streifen, der aus der Ebene des zweiten Leiterplattenelements 13 herausgeklappt wird und durch federnde Zungen mit Pads an dem ersten Leiterplattenelement 3 in Verbindung gebracht wird, erfolgen. Als Kontaktierelemente eignen sich auch verschiedenste andere Elemente, die zum Beispiel blind gefügt werden können.
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Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine Variante eines Elektronikmoduls 1, bei der über ein teilweise aus Metall bestehendes Deckelelement 7 gut Wärme von dem daran angebrachten zweiten Leiterplattenelement 13 abgeführt werden kann. Eine solche Ausführungsform eignet sich somit insbesondere gut für die Anordnung von Leistungsbauelementen mit höherer Verlustwärme. Das Deckelelement 7 umfasst dabei eine Metallplatte 51, die eben sein kann oder zur weiteren Verbesserung einer Kühlfähigkeit noch mit einer Kühlstruktur, beispielsweise in Form von Kühlrippen 53, versehen sein kann. Die Metallplatte 51 kann beispielsweise ähnlich wie das erste Leiterplattenelement 3 über eine an einer Seite umlaufend ausgebildete, partielle Mikrostrukturierung 55 mit einem in einem anschließenden Arbeitsgang hierauf umlaufend aufzuspritzenden Teildeckelelement 57 verbunden werden, so dass es zu einer fest haftenden und dichten Verbindung zwischen der Metallplatte 51 und dem Teildeckelelement 57 kommt. An der Innenseite eines solchen Bauteils kann anschließend zum Beispiel mithilfe eines Wärmeleitklebstoffs ein fertig mit elektrischen Bauelementen 15 bestücktes Leiterplattenelement 13 angeklebt werden.
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In 8 ist eine Ausführungsform eines Elektronikmoduls 1 dargestellt, bei dem das zweite Leiterplattenelement 13 zumindest einen Teil des Deckelelements 7 bildet. Dazu ist das zweite Leiterplattenelement 13 umlaufend partiell mikrostrukturiert. Auf die Mikrostruktur 61 wird umlaufend ein Teilrahmenelement 57 aus thermoplastischem Kunststoff aufgespritzt. Dieses kann einseitig (wie in 8 links dargestellt) oder umgreifend (wie in 8 rechts dargestellt) ausgeführt sein. Nach diesem Arbeitsschritt kann das zweite Leiterplattenelement 13 bestückt und geprüft werden. Parallel hierzu kann das erste Leiterplattenelement 3 ebenfalls mit dem zugehörigen Rahmenelement 5 vorbereitet und im Anschluss bestückt werden. Im Anschluss kann eine Gesamtmontage erfolgen, bei der die beiden Leiterplattenelemente 3, 13 zum Beispiel über eine flexible Verbindung 63 miteinander elektrisch kontaktiert, gefügt und abschließend beispielsweise durch eine Kunststofflaserschweißung miteinander dicht verbunden werden. Um unter anderem die Stabilität des Deckelelements 7 zu erhöhen, kann das zweite Leiterplattenelement 13 zum Beispiel aus einer dickeren PCB gefertigt werden oder eine Abstützung 65, welche beispielsweise innen auf das zweite Leiterplattenelement 13 aufgelötet sein kann, vorgesehen werden.
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Bei dem in 8 dargestellten Elektronikmodul 1 sind an dem zweiten Leiterplattenelement 13 sowohl an einer Innenoberfläche hin zu dem Aufnahmeraum 11 als auch an einer Außenoberfläche Sensierelemente 67, 69 vorgesehen. Mithilfe dieser Sensierelemente können zum Beispiel variierende magnetische Felder detektiert werden. Solche variierenden magnetischen Felder können beispielsweise mithilfe von mit Magneten bestückten Geberrädern 71 in einem Kraftfahrzeuggetriebe erzeugt werden, so dass das Elektronikmodul 1 vorteilhaft als Getriebesteuergerät ausgebildet sein kann, bei dem unter anderem Drehzahlen von Getriebekomponenten erfasst werden können.
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In 9 ist eine Ausführungsform eines Elektronikmoduls 1 dargestellt, bei der eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Leiterplattenelement 3 und dem zweiten Leiterplattenelement 13 nicht innerhalb des Aufnahmeraums 11 erfolgt, sondern die beiden Leiterplattenelemente 3, 13 an einer Außenseite miteinander elektrisch kontaktiert werden. Dies kann zum Beispiel über eine flexible, in sich geschützte FPC 75 erfolgen. Es sollten hierbei lediglich offen liegende Kontaktstellen an beiden Leiterplattenelementen beispielsweise noch vor schädlichen Einflüssen von aggressiven Medien in einem Kraftfahrzeuggetriebe oder vor Schmutz geschützt werden, beispielsweise durch Aufbringen einer Lackschicht 73.
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Bei der in 10 dargestellten Ausführungsform ist eine gesamte Schaltung eines Elektronikmoduls 1 auf drei Leiterplattenelemente 3, 13, 77 aufgeteilt. Ein drittes Leiterplattenelement 77 ist dabei quer, insbesondere senkrecht, zu den anderen beiden Leiterplattenelementen 3, 13 angeordnet und stützt sich im dargestellten Beispiel an einer Innenfläche des Rahmenelements 5 ab. Es ist dabei über einen teilflexiblen Bereich 79 und eine Lötverbindung 81 mit dem ersten Leiterplattenelement 3 verbunden. Alternativ oder ergänzend können zum Beispiel das erste und das dritte Leiterplattenelement 3, 77 über einen Via 83, durch den eine Miniwelle von Lot eingebracht werden kann, elektrisch miteinander verbunden werden.
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In den 11 und 12 sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Teilbereichs innerhalb eines Aufnahmeraums 11 eines Elektronikmoduls dargestellt. In diesem Fall ist ein vergleichsweise schweres elektronisches Bauelement 85, beispielsweise ein Drahtbauelement wie zum Beispiel ein Kondensator, an dem ersten Leiterplattenelement 3 angebracht. Um dieses schwere elektronische Bauelement 85 abstützen zu können, ist an dem Rahmenelement 5 eine hierzu komplementär ausgebildete Aufnahmestruktur 87 ausgebildet, in die das Bauelement 85 beispielsweise formschlüssig eingepasst werden und somit gehalten sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012213917 A1 [0004]
