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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen zumindest eines Schaltungsträgers in einem Gehäuse sowie auf ein Steuergerät.
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Steuergeräte für Fahrzeuge können einen Schaltungsträger mit einer elektronischen Steuerung aufweisen. Der Schaltungsträger kann in einem an eine Größe des Schaltungsträgers angepassten Gehäuse eingebaut sein.
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier beschriebenen Ansatz ein Verfahren zum Befestigen zumindest eines Schaltungsträgers in einem Gehäuse sowie ein Steuergerät gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft ein Verfahren zum Befestigen zumindest eines Schaltungsträgers in einem Gehäuse, das eine Gehäuseausnehmung und zumindest ein in der Gehäuseausnehmung anordbares Kontaktierungselement zum elektrischen Kontaktieren des Schaltungsträgers aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Anordnen des Schaltungsträgers in der Gehäuseausnehmung, wobei ein Gegenkontaktierungselement des Schaltungsträgers an dem Kontaktierungselement anliegt; und
Einfüllen einer Vergussmasse in die Gehäuseausnehmung, um den Schaltungsträger mit dem Gehäuse zu vergießen.
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Ein Schaltungsträger kann eine Leiterplatte sein, auch printed circuit board oder kurz PCB genannt. Der Schaltungsträger kann mit einer elektronischen Schaltung, etwa einer Steuerschaltung zum Steuern einer Funktion eines Kraftfahrzeugs, bestückt sein. Das Gehäuse, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, kann dazu dienen, den Schaltungsträger vor mechanischen Belastungen und Umwelteinflüssen zu schützen. Unter einer Gehäuseausnehmung kann ein durch eine Öffnung des Gehäuses zugänglicher Hohlraum in dem Gehäuse verstanden werden. Beispielsweise kann ein Boden des Gehäuses mit einem Rahmen umgeben ein, um dem Gehäuse die Form einer Wanne oder Schale zu verleihen. Ein Kontaktierungselement kann beispielsweise ein Kontaktierungsstift, eine Kontaktierungsfläche oder eine Kontaktierungsbuchse sein. Beispielsweise kann das Kontaktierungselement an einer Boden- oder Wandfläche der Gehäuseausnehmung angeordnet sein. Eine Vergussmasse, auch als Moldmasse bezeichnet, kann ein Kunstharz sein, das in einem flüssigen Aggregatszustand in die Gehäuseausnehmung eingefüllt werden kann. Beim Einfüllen der Vergussmasse können sowohl eine Boden- oder Wandinnenfläche der Gehäuseausnehmung als auch der Schaltungsträger zumindest teilweise mit der Vergussmasse bedeckt werden. Der Vergussmasse kann ein Härter hinzugemischt sein, der mithilfe von Wärme, Ultraviolettstrahlung oder Feuchtigkeit bewirken kann, dass die Vergussmasse nach dem Einfüllen erstarrt. Dadurch kann der Schaltungsträger fest mit dem Gehäuse verbunden werden.
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Der vorgeschlagene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass eine Leiterplatte sehr einfach in einem Gehäuse befestigt werden kann, indem die Leiterplatte mit dem Gehäuse vergossen wird. Dadurch kann die Leiterplatte form-, stoff- oder kraftschlüssig und damit vibrationsfest mit dem Gehäuse verbunden werden. Vorteilhafterweise kann das Gehäuse wannen- oder schalenartig ausgeformt sein, um gleichzeitig als Gießform zu dienen.
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Somit ist es möglich, für unterschiedliche Leiterplattengrößen je den gleichen Gehäusetyp zu verwenden, was insbesondere für die Herstellung von Steuergeräten in kleinen Stückzahlen von beispielsweise 500 bis 2 Millionen Exemplaren pro Jahr einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil darstellt. Um die Herstellungskosten möglichst niedrig zu halten, können die Leiterplatten je nach Bestückung nur so groß wie nötig realisiert werden.
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Dadurch, dass die Vergussmasse kein vollständiges Gehäuse ausbildet, sondern lediglich zur Fixierung der Leiterplatte dient, kann zur Dosierung der Vergussmasse ein einfacher Dosierer verwendet werden, d.h., das Vergießen erfolgt ohne zusätzlichen Druck.
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Indem die Innenwandflächen des Gehäuses als Vergusswanne fungieren, kann zudem auf zusätzliches Werkzeug zum Vergießen verzichtet werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn im Schritt des Anordnens das Gegenkontaktierungselement und das Kontaktierungselement ineinander gesteckt werden. Dazu können das Gegenkontaktierungselement und das Kontaktierungselement beispielsweise als Steckverbinder oder Federkontakte ausgeführt sein. Um eine stabile elektrische Kontaktierung zu gewährleisten, können das Gegenkontaktierungselement und das Kontaktierungselement alternativ oder zusätzlich ineinander gepresst werden. Durch diese Ausführungsform kann der Schaltungsträger in einem Schritt elektrisch kontaktiert und in der Gehäuseausnehmung fixiert werden.
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Ferner ist es günstig, wenn im Schritt des Einfüllens die Vergussmasse in einen von dem Schaltungsträger abgedeckten Bereich eines Bodens der Gehäuseausnehmung und einen von dem Schaltungsträger nicht abgedeckten Bereich des Bodens eingefüllt wird. Dadurch kann ein Schaltungsträger mit einer kleineren Fläche als eine Fläche des Bodens stabil in dem Gehäuse befestigt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Anordnens ein Kühlelement zum Kühlen des Schaltungsträgers in der Gehäuseausnehmung angeordnet werden. Dabei kann der Schaltungsträger auf dem Kühlelement angeordnet werden. Im Schritt des Einfüllens kann der Schaltungsträger mit dem Kühlelement vergossen werden. Ein Kühlelement kann beispielsweise eine Platte aus einem besonders wärmeleitfähigen Material sein. Optional kann dabei das Kontaktierungselement zumindest teilweise durch das Kühlelement verlaufen und aus dem Kühlelement herausragen. Mithilfe des Kühlelements lässt sich mit geringem Herstellungsaufwand eine effiziente Kühlung des Schaltungsträgers realisieren. Das Kühlelement kann beispielsweise in einer Einheitsgröße gefertigt sein. Indem nun der Schaltungsträger auf dem Kühlelement angeordnet und mit dem Kühlelement vergossen wird, können unterschiedlichste Formen und Größen von Schaltungsträgern mit dem Kühlelement kombiniert werden, ohne dass für jeden Schaltungsträgertyp ein eigener Kühlkörper mit speziell angepassten Befestigungspunkten erforderlich ist. Dadurch können die Herstellungskosten erheblich reduziert werden.
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Zusätzlich kann im Schritt des Anordnens eine thermisch leitfähige Zwischenschicht auf das Kühlelement aufgebracht werden und der Schaltungsträger auf der Zwischenschicht angeordnet werden. Anschließend können im Schritt des Einfüllens der Schaltungsträger und die Zwischenschicht mit dem Gehäuse vergossen werden. Die Zwischenschicht, auch Interface genannt, kann beispielsweise eine Wärmeleitpaste, ein Gapfiller oder ein Gappad sein. Durch die Zwischenschicht kann verhindert werden, dass sich thermisch isolierende Luftspalte zwischen dem Kühlelement und bilden. Dadurch kann eine Wärmeabfuhr erheblich verbessert werden.
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Optional kann der Schaltungsträger zumindest eine Durchgangsöffnung aufweisen. Dabei kann im Schritt des Einfüllens die Durchgangsöffnung zumindest teilweise mit der Vergussmasse ausgefüllt werden. Die Durchgangsöffnung kann beispielsweise eine durchgehende Bohrung in dem Schaltungsträger sein. Dadurch, dass die Vergussmasse beim Einfüllen zumindest teilweise in die Durchgangsöffnung eindringt und sich formschlüssig mit dieser verbindet, kann der Schaltungsträger besonders stabil in dem Gehäuse befestigt werden.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn eine Wandinnenfläche der Gehäuseausnehmung zumindest eine Wandausnehmung aufweist und im Schritt des Einfüllens die Wandausnehmung mit der Vergussmasse vergossen wird, um die Vergussmasse formschlüssig mit der Wandinnenfläche zu verbinden. Unter einer Wandausnehmung kann eine beispielsweise rillenartige Einbuchtung, Einkerbung oder Einfräsung verstanden werden. Auch durch diese Ausführungsform ist eine besonders zuverlässige Befestigung des Schaltungsträgers in dem Gehäuse gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Einfüllens eine Vergussmasse eingefüllt werden, deren Wärmeausdehnungskoeffizient innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Schaltungsträgers entspricht. Der Toleranzbereich kann einer Abweichung von beispielsweise 0,01 Prozent, 0,1 Prozent oder 1 Prozent entsprechen. Dadurch kann erreicht werden, dass sich der Schaltungsträger und die ausgehärtete Vergussmasse bei Temperaturveränderungen im Wesentlichen gleichförmig ausdehnen bzw. zusammenziehen. Somit kann verhindert werden, dass sich die Vergussmasse bei Temperaturveränderungen stellenweise von dem Schaltungsträger löst und Vibrationen auftreten, die den Schaltungsträger beschädigen können. Indem die Wärmeausdehnungskoeffizienten im Wesentlichen identisch sind, liegt die Vergussmasse auch bei einer Wärmausdehnung an dem Schaltungsträger an. Damit ist eine dauerhafte Fixierung und Stabilisierung des Schaltungsträgers gewährleistet.
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Der Schaltungsträger kann zumindest ein elektronisches Bauelement aufweisen. Vorteilhafterweise kann nun im Schritt des Einfüllens das elektronische Bauelement mit der Vergussmasse vergossen werden, um das elektronische Bauelement abzudichten. Durch das Vergießen des elektronischen Bauelements mit der Vergussmasse kann das elektronische Bauelement dauerhaft vor Feuchtigkeit oder Staubpartikeln geschützt werden. Dadurch, dass die Vergussmasse in einem Schritt zur Befestigung des Schaltungsträgers und zur Versiegelung des elektronischen Bauelements verwendet wird, können Herstellungskosten eingespart werden.
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Optional kann im Schritt des Einfüllens zumindest ein Hauptvolumen der Gehäuseausnehmung mit der Vergussmasse ausgefüllt werden. Unter einem Hauptvolumen kann im Allgemeinen ein Volumen verstanden werden, das größer als ein halbes Gesamtvolumen der Gehäuseausnehmung ist. Durch das Ausfüllen des Hauptvolumens mit der Vergussmasse lässt sich die Stabilität des Gehäuses erhöhen. Beispielsweise kann die Gehäuseausnehmung so weit mit der Vergussmasse aufgefüllt werden, dass die Vergussmasse die Gehäuseausnehmung vollständig verschließt. Somit kann auf die zusätzliche Montage eines Deckels verzichtet werden.
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Das Verfahren kann ferner mit einem Schritt des Verschließens der Gehäuseausnehmung mit einem Deckel vorgesehen sein. Durch den Deckel kann verhindert werden, dass Feuchtigkeit, Schmutz oder sonstige schädliche Elemente in das Gehäuse eindringen.
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Der vorgeschlagene Ansatz schafft zudem eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise eine Dosiereinrichtung umfassen, die ausgebildet ist, um eine vorbestimmte Menge der Vergussmasse in die Gehäuseausnehmung einzufüllen. Die Vorrichtung kann ferner eine Transporteinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um das als Vergusswanne fungierende Gehäuse zur Dosiereinrichtung zu transportieren oder von dort weiterzutransportieren. Ferner kann die Vorrichtung geeignete Greifeinrichtungen zum Anordnen des Schaltungsträgers in dem Gehäuse oder sonstige zur Befestigung des Schaltungsträgers erforderliche Montageeinrichtungen umfassen.
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Schließlich schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Steuergerät mit folgenden Merkmalen:
einem Gehäuse, das eine Gehäuseausnehmung und zumindest ein in der Gehäuseausnehmung angeordnetes Kontaktierungselement zum elektrischen Kontaktieren eines Schaltungsträgers aufweist; und
zumindest einem in der Gehäuseausnehmung angeordneten Schaltungsträger mit einem Gegenkontaktierungselement, das an dem Kontaktierungselement anliegt, wobei der Schaltungsträger durch eine in die Gehäuseausnehmung eingefüllte Vergussmasse mit dem Gehäuse vergossen ist.
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Es ist von Vorteil, wenn das Kontaktierungselement als ein aus einem Boden und, alternativ oder zusätzlich, einer Seitenwand der Gehäuseausnehmung herausragender Pin und das Gegenkontaktierungselement als eine auf den Pin aufsteckbare Pinaufnahme ausgeformt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Pinaufnahme ausgeformt sein, um auf den Pin aufgepresst zu werden. Der Pin kann beispielsweise ein entsprechend geformter Endabschnitt des Kontaktierungselements sein, wobei das Kontaktierungselement aus einem Stück Draht gebogen sein kann. Die Pinaufnahme kann beispielsweise als Buchse oder elektrisch kontaktierte Bohrung realisiert sein. Alternativ können umgekehrt das Gegenkontaktierungselement als Pin und das Kontaktierungselement als Pinaufnahme realisiert sein. Durch eine derartige Steckverbindung ist eine stabile elektrische Kontaktierung des Schaltungsträgers sichergestellt.
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Gemäß dem beschriebenen Ansatz ist es nicht erforderlich, eine Leiterplatte mit dem Gehäuse zu verschrauben. Dadurch kann ein durch das Einschrauben verursachter relativ kostenintensiver Fertigungsschritt entfallen. Dadurch werden auch Metallspäne oder sonstige Mikrospäne vermieden, die ansonsten beim Schrauben anfallen und sich frei im Gehäuse bewegen und sich auf die Leiterplatte legen könnten. Der Fertigungsschritt des Einschraubens kann nun durch die Verwendung einer elektrisch isolierenden Vergussmasse als Befestigungsmittel ersetzt werden. Dadurch kann auch das Auftreten von Kurzschlüssen verhindert werden. Vorteilhafterweise ist die Verwendung der Vergussmasse mit geringem Kostenaufwand realisierbar.
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Somit kann auch auf Bohrlöcher im Gehäuse oder in der Leiterplatte verzichtet werden bzw. der Einbau der Leiterplatte kann unabhängig von einer Position eventuell vorhandener Bohrlöcher erfolgen, wodurch sich je nach Anwendung unterschiedlichste Formen und Größen von Leiterplatten ohne weitere Modifikationen in ein vorgegebenes Gehäuse einbauen lassen.
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Mithilfe der Vergussmasse können ferner fertigungsbedingte Toleranzen zwischen Leiterplatte und Gehäuse ausgeglichen werden. Dadurch ist eine spannungsfreie Montage der Leiterplatte gewährleistet. Zudem kann die Vergussmasse dämpfend wirken.
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Optional kann die Leiterplatte mit einer Kühlplatte verbunden sein. Die Vergussmasse kann nun, beispielsweise im Zusammenwirken mit einem optionalen Gapfiller als Zwischenschicht, toleranzbedingte Lücken wie Erhebungen und Vertiefungen zwischen der Leiterplatte und der Kühlplatte verfüllen und ausgleichen.
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Vorteilhafterweise kann die Vergussmasse zusätzlich dazu verwendet werden, um auf der Leiterplatte befindliche Bauteile oder offene Kontaktstellen auf der Leiterplatte vor Umwelteinflüssen oder mechanischen Belastungen zu schützen.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Befestigen eines Schaltungsträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Befestigen eines Schaltungsträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät 100 umfasst ein Gehäuse 102 mit einer Gehäuseausnehmung 104. Durch die Gehäuseausnehmung 104 ist das Gehäuse 102 schalenartig ausgeformt. Auf einer Bodenfläche der Gehäuseausnehmung 104 ist ein Schaltungsträger 106 angeordnet. Der Schaltungsträger 106 weist eine kleinere Fläche als die Bodenfläche auf, sodass lediglich ein Teilbereich der Bodenfläche von dem Schaltungsträger 106 abgedeckt ist. Die Gehäuseausnehmung 104 weist ein Kontaktierungselement 108 auf, das beispielhaft angrenzend an die Bodenfläche und an eine Seitenwand der Gehäuseausnehmung 104 angeordnet ist. Der Schaltungsträger 106 ist mit einem Gegenkontaktierungselement 110 ausgeführt, das dem Kontaktierungselement 108 gegenüberliegend angeordnet ist und dieses berührt. Somit ist der Schaltungsträger 106 über das Gegenkontaktierungselement 110 elektrisch leitfähig mit dem Kontaktierungselement 108 verbunden.
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In die Gehäuseausnehmung 104 ist eine Vergussmasse 112 eingefüllt. In 1 überdeckt die Vergussmasse 112 sowohl den Schaltungsträger 106 als auch einen von dem Schaltungsträger 106 nicht abgedeckten Bereich der Bodenfläche. Durch die Vergussmasse 112 ist der Schaltungsträger 106 vibrationsfest in der Gehäuseausnehmung 112 fixiert.
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Der Schaltungsträger 106 kann eine elektrische Schaltung tragen, wie sie beispielsweise in 2 dargestellt ist.
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Alternativ kann der Schaltungsträger 106 die Bodenfläche des Schaltungsträgers 106 vollständig bedecken.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 1 ist das Steuergerät 100 in 2 mit einem optionalen Kühlelement 200, hier einer Kühlplatte, ausgeführt. Das Kühlelement 200 ist auf der Bodenfläche angeordnet. Beispielhaft erstreckt sich das Kühlelement 200 hier im Wesentlichen über eine gesamte Breite der Bodenfläche. Das Kühlelement 200 kann jedoch auch nur einen Teil der Bodenfläche bedecken. Beispielsweise kann das Kühlelement 200 die gleichen Abmessungen wie der Schaltungsträger 106 aufweisen.
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Eine von der Bodenfläche abgewandte Oberfläche des Kühlelements 200 ist mit einer thermisch leitfähigen Zwischenschicht 202, auch Interface oder Interfaceschicht genannt, bedeckt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die gesamte Oberfläche des Kühlelements 200 mit der Zwischenschicht 202 überzogen. Der Schaltungsträger 106 ist auf der Zwischenschicht 202 angeordnet. Alternativ kann auch nur derjenige Bereich des Kühlelements 200 mit der Zwischenschicht beschichtet sein, auf dem der Schaltungsträger 106 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 202 ist ausgebildet, um den Schaltungsträger 106 thermisch mit dem Kühlelement 200 zu koppeln. Mittels des Kühlelements 200 kann der Schaltungsträger 106 vor Überhitzung geschützt werden.
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Durch die Vergussmasse 112, die sowohl auf den Schaltungsträger 106 als auch auf einen von dem Schaltungsträger 106 nicht abgedeckten Bereich der Zwischenschicht 102 aufgebracht ist, ist der Schaltungsträger fest mit der Zwischenschicht 102 verbunden.
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Ferner ist der Schaltungsträger 106 beispielhaft mit vier Bohrungen als Durchgangsöffnungen 204 ausgeführt. Die Durchgangsöffnungen 204 sind teils mit einem Material der Zwischenschicht 202, teils mit der Vergussmasse 112 befüllt. Durch die Durchgangsöffnungen 204 ist der Schaltungsträger 106 mit der Zwischenschicht 202 und der Vergussmasse 112 formschlüssig verbunden.
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Der Schaltungsträger 106 ist in 2 mit mehreren elektronischen Bauelementen 206 bestückt. Die elektronischen Bauelemente 206 können beispielsweise Komponenten einer Steuerschaltung zum Steuern einer Funktion eines Kraftfahrzeugs sein. Einige der elektronischen Bauelemente 206 sind vollständig von der Vergussmasse 112 umgeben und dadurch vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit oder Staub geschützt.
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Optional ist das Gehäuse 102 aus einem Gehäuseboden 208 und einem mit dem Gehäuseboden 208 verbundenen Rahmen 210 zusammengesetzt, die je die Gehäuseausnehmung 104 begrenzen. Alternativ kann das Gehäuse 102 einteilig ausgeführt sein.
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Eine durch den Rahmen gebildete Wandinnenfläche der Gehäuseausnehmung 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit zwei übereinander angeordneten Wandausnehmungen 212 realisiert. Die zwei Wandausnehmungen 212 können Nuten sein, die durchgehend oder mit Unterbrechungen entlang der Wandinnenfläche um die Gehäuseausnehmung 104 herum verlaufen. Dabei können die beiden Wandausnehmungen 212 parallel zueinander verlaufen.
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Ein vertikaler Abstand zwischen den Wandausnehmungen 212 und der Bodenfläche der Gehäuseausnehmung 104 kann an eine vorgegebene Füllhöhe der Vergussmasse 112 in der Gehäuseausnehmung 104 angepasst sein. Zudem kann der vertikale Abstand je nach Position des Schaltungsträgers 106 in der Gehäuseausnehmung 104 variieren. So verlaufen die Wandausnehmungen 212 in 2 in dem von dem Schaltungsträger 106 abgedeckten Bereich der Bodenfläche angrenzend an eine Oberfläche des Schaltungsträgers 106, während sie in dem von dem Schaltungsträger 106 nicht abgedeckten Bereich der Bodenfläche angrenzend an eine Oberfläche der Zwischenschicht 202 verlaufen.
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Die Wandausnehmungen 212 sind mit der Vergussmasse 112 vergossen. Dadurch ist die Wandinnenfläche formschlüssig mit der Vergussmasse 112 verbunden.
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Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft das Kontaktierungselement 108 teils durch das Kühlelement 200, teils durch die Zwischenschicht 202, wobei ein Endabschnitt des Kontaktierungselements 108 über die Zwischenschicht 102 hinausragt. Das Kontaktierungselement 108 kann beispielsweise aus einem Stück Draht gebogen sein und in den Rahmen 210 oder den Gehäuseboden 208 eingegossen sein. Der Endabschnitt kann als Einpresspin 213 ausgeformt sein. Das Gegenkontaktierungselement 110, hier beispielhaft als Buchse dargestellt, ist auf den Einpresspin 213 aufgepresst. Durch das Einpressen des Einpresspins 213 in die Buchse ist der Schaltungsträger 106 nicht nur elektrisch kontaktiert, sondern auch mechanisch in der Gehäuseausnehmung 104 fixiert.
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Ein weiterer Endabschnitt des Kontaktierungselements 108 ist optional als Steckerpin 214 ausgeformt. Dabei ragt der Steckerpin 214 in einem Austrittsbereich 216 aus einer von der Gehäuseausnehmung 104 abgewandten Seite des Rahmens 210 heraus und ermöglicht so eine elektrische Kontaktierung des Schaltungsträgers 106 durch den Rahmen 210. Wie in 2 zu sehen, kann der Austrittsbereich 216 als ein mit einer geeigneten Steckerkupplung verbindbarer Stecker ausgeformt sein.
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Zusätzlich ist die Gehäuseausnehmung 104 mit einem optionalen Deckel 218 fluiddicht abgedeckt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse 102 ein Einheitsgehäuse sein, das mit seinen Seitenwänden eine Wanne 104 ausbildet. In der Wanne 104 kann eine optionale Kühlplatte 200 angeordnet sein, auf die eine Interfaceschicht 202 aufgebracht ist. Auf der Interfaceschicht 202 ist eine bestückte Leiterplatte 106 angeordnet, die auf Einpresspins 213 aufgepresst ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Leiterplatte 106 in Steckpins eingesteckt sein. Damit ist ein einer Seitenwand zugewandter Bereich der Leiterplatte 106 bereits fixiert. Um die Leiterplatte 106 gegen Vibrationen zu stabilisieren, ist ein Epoxidharz als Vergussmasse 112 in die Wanne 104 eingegossen. Die Wanne 104 dient somit als Vergusswanne. Die Leiterplatte 106 kann von dem ausgehärteten Epoxidharz umschlossen sein. Dadurch wird die Leiterplatte 106 in ihrer Position vibrationsfest fixiert.
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Zur besseren Haftung des Epoxidharzes kann die Leiterplatte 106 optionale Bohrungen 204 aufweisen. Die Bohrungen 204 können mit überflüssigem Interfacematerial und dem Epoxidharz gefüllt sein. Dadurch wird die Leiterplatte 106 zusätzlich gehalten.
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Das Elektronikgehäuse 102 ist beispielsweise aus Kunststoff oder Metall gefertigt. Der Rahmen 210 kann mit einem optionalen Gehäusestecker 216 ausgeformt sein. Beispielsweise kann der Gehäusestecker 216 durch Anspritzen an den Rahmen 210 angeformt sein.
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Der Rahmen 210 kann beispielsweise mit einer Metallplatte als Kühlkörper 200 bestückt sein. Der Kühlkörper 200 kann optionale Vertiefungen zur Aufnahme höherer Bauteile aufweisen. Dadurch kann auch eine doppelseitig bestückte Leiterplatte mit dem Kühlkörper 200 kombiniert werden. Je nach Ausführungsform kann die Kühlplatte 200 auch entfallen, beispielsweise wenn die elektrischen Bauteile 206 auf der Leiterplatte 106 keine zusätzliche Entwärmung benötigen.
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Wie bereits beschrieben, kann auf die Kühlplatte 200 ein Interface 202 aufgetragen sein. Das Interface 202 kann aus einem thermischen Material wie beispielsweise einem Gapfiller oder einem Gappad mit geeigneten thermischen Wärmeleitwerten gebildet sein, um die Leiterplatte 106 an die Kühlplatte 200 thermisch anzubinden. Das Interface 202 kann leicht klebend sein. Ferner kann das Interface 202 zum Ausgleich von Toleranzen zwischen Leiterplatte 106 und Kühlkörper 200 dienen.
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Auf dem Interface 202 ist die Leiterplatte 106 angeordnet. Die Leiterplatte 106 kann in Kontaktierungspins 213 eingepresst sein, weiter oben auch als Einpresspins bezeichnet. Beim Verbinden der Leiterplatte 106 mit dem Interface 202 kann überschüssiges Interfacematerial über die Seiten der Leiterplatte 106 sowie in die Bohrungen 204 verdrängt werden. Eine jeweilige Größe der Bohrungen 204 kann derart gewählt sein, dass sie beim Anpressen der Leiterplatte 106 nicht vollständig mit dem überschüssigen Interfacematerial verschlossen werden. Somit kann die Vergussmasse 112 von einer von dem Interface 202 abgewandten Seite der Leiterplatte 106, hier von oben, in einen nicht mit dem Interfacematerial verfüllten Bereich einer Bohrung 204 einfließen und darin aushärten.
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Durch die Kontaktierung der Pins 213 und die leichte Klebewirkung des Interface 202 ist die Leiterplatte 106 mit den darauf befindlichen elektrischen Baukomponenten 206 vorläufig fixiert. Um nun die Fixierung zu verstärken und die Leiterplatte 106 dauerhaft gegen beispielsweise im Fahrzeugbetrieb auftretende Vibrationen zu schützen, ist die Leiterplatte 106 zusätzlich mit der Vergussmasse 112 vergossen. Vorteilhafterweise kann ein entsprechender Vergussprozess ohne spezielle Werkzeuge durchgeführt werden, indem eine vordefinierte Menge an Vergussmasse 112 mittels eines Dosierers in das Gehäuse 102 gegossen wird. Wie bereits erwähnt, dienen die Wände des Gehäuses 102 dabei als Vergusswanne. Das Gehäuse 102 ersetzt damit die zur Durchführung des Vergussprozesses normalerweise erforderlichen zusätzlichen Werkzeuge.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Befestigen eines Schaltungsträgers in einem Gehäuse, das eine Gehäuseausnehmung und zumindest ein in der Gehäuseausnehmung angeordnetes Kontaktierungselement zum elektrischen Kontaktieren des Schaltungsträgers aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 302, in dem der Schaltungsträger in der Gehäuseausnehmung angeordnet wird, wobei ein Gegenkontaktierungselement des Schaltungsträgers an dem Kontaktierungselement anliegt. Anschließend wird in einem Schritt 304 eine Vergussmasse in die Gehäuseausnehmung eingefüllt, um den Schaltungsträger mit dem Gehäuse zu vergießen.
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Mittels des Verfahrens 300 kann ein Steuergerät 100, wie es anhand von 2 beschrieben ist, relativ einfach hergestellt werden, da schwer handelbare Prozessschritte wie beispielsweise das Einbringen zusätzlicher Halteelemente oder Verschrauben entfallen.
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Dazu wird im Schritt 302 zunächst der Kühlkörper 200 in das Gehäuse 102 eingelegt. Der Kühlkörper 200 kann beispielsweise durch Kleben an dem Gehäuse 102 befestigt werden. Anschließend wird das Interface 202 auf den Kühlkörper 200 aufgebracht. Schließlich wird die bereits bestückte Leiterplatte 106 in die Einpresspins 213 eingepresst.
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Im Schritt 304 wird die Vergussmasse 112 eingegossen. Dabei kann die Vergussmasse 112 nach einer vorher berechneten Menge dosiert werden. Je nach Menge der Vergussmasse 112 kann in einem optionalen Schritt 306 ein Deckel 218 auf das Gehäuse 102 aufgesetzt werden.
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Durch die Vergussmasse 112 wird zunächst ein oberer Teil der Durchgangsöffnungen 204 in der Leiterplatte 106 aufgefüllt. Dadurch wird die Leiterplatte 106 mit der Vergussmasse 112 verbunden. Durch die Vergussmasse 112 können etwaige Toleranzen zwischen der Leiterplatte 106 und dem Kühlelement 200, beispielsweise in Form von Einbuchtungen 220, unterlaufen werden und somit ebenfalls gegen Vibrationen gesichert werden.
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Im weiteren Verlauf des Vergießens läuft die Vergussmasse 112 an die Wände des Gehäuses 102 und verstemmt sich. Um den Halt der Vergussmasse 112 an den Wänden zu verbessern, können die Wände optionale Einkerbungen oder Einbuchtungen 212 aufweisen, in die die Vergussmasse 112 eindringen kann. Somit kann die Vergussmasse 112 formschlüssig mit den Einkerbungen oder Einbuchtungen 212 verbunden werden.
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Als Vergussmasse 112 kann ein Epoxidharz verwendet werden, das im Wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Leiterplatte 106 aufweist, d.h., beim Erwärmen der elektronischen Bauteile 206 kann sich die Leiterplatte 106 zusammen mit dem Epoxidharz gleichmäßig ausdehnen. Dadurch ist gewährleistet, dass sich die Leiterplatte 106 beim Erwärmen nicht von der Vergussmasse 112 löst.
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Die Menge der Vergussmasse 112 kann so gewählt sein, dass sie die Einkerbungen 212 in den Seitenwänden füllt und zumindest eine Oberfläche der Leiterplatte 106 bedeckt.
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Optional kann die Leiterplatte 106 mediendicht versiegelt werden, indem die Vergussmasse 112 im Schritt 304 so weit aufgefüllt wird, dass auch die auf der Leiterplatte 106 befindlichen elektronischen Bauelemente 206 komplett mit der Vergussmasse 112 vergossen werden.
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Alternativ kann das Gehäuse 102 im Schritt 304 komplett mit der Vergussmasse 112 aufgefüllt werden. Die Vergussmasse 112 erfüllt somit die Funktion eines Gehäusedeckels, sodass auf einen separaten Deckel verzichtet werden kann. Wird hingegen eine geringere Menge an Vergussmasse 112 zum Vergießen der Leiterplatte 106 verwendet, so kann im optionalen Schritt 306 ein zusätzlicher Deckel 218 aus Kunststoff oder Metall auf das Gehäuse 102 aufgesetzt werden, um das Gehäuse 102 fluiddicht zu verschließen.
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Dadurch, dass die Leiterplatte 106 nur an einer Stelle in dem Einheitsgehäuse 102 befestigt wird, können unterschiedlich große Leiterplatten in dem Einheitsgehäuse 102 eingebaut werden, ohne dass das Einheitsgehäuse 102 an die Leiterplatten angepasst werden muss. Demnach können alle Leiterplatten beliebiger Form, deren Fläche kleiner als eine Bodenfläche des Gehäuses 102 ist, im Steuergerät 100 untergebracht werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 400 zum Durchführen eines Verfahrens zum Befestigen eines Schaltungsträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 400 eignet sich beispielsweise zur Durchführung eines Verfahrens 300, wie es anhand von 3 beschrieben ist. Dazu umfasst die Vorrichtung 400 eine Greifeinrichtung 402, eine Dosiereinrichtung 404, eine optionale weitere Greifeinrichtung 406 sowie eine Transporteinrichtung 408. Die Greifeinrichtung 402, hier ein Robotorarm, ist ausgebildet, um den Schaltungsträger 106 im Schritt 302 in dem wannenförmigen Gehäuse 102 anzuordnen. Die Transporteinrichtung 408, hier ein Förderband, ist ausgebildet, um das mit dem Schaltungsträger 106 bestückte Gehäuse 102 unter die Dosiereinrichtung 404 zu bewegen, die ausgebildet ist, um im Schritt 304 die Vergussmasse 112 in das Gehäuse 102 einzufüllen und dadurch den Schaltungsträger 106 vibrationsfest mit dem Gehäuse 102 zu verbinden.
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Mittels der Transporteinrichtung 408 gelangt das derart gefertigte Steuergerät 100 zur hier ebenfalls als Robotorarm dargestellten weiteren Greifeinrichtung 406. Diese ist ausgebildet, um im optionalen Schritt 306 den Deckel 218 auf das Gehäuse 102 aufzusetzen und damit das Gehäuse 102 fluiddicht zu verschließen.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Steuergerät
- 102
- Gehäuse
- 104
- Gehäuseausnehmung
- 106
- Schaltungsträger
- 108
- Kontaktierungselement
- 110
- Gegenkontaktierungselement
- 112
- Vergussmasse
- 200
- Kühlelement
- 202
- Zwischenschicht
- 204
- Durchgangsöffnung
- 206
- elektronisches Bauelement
- 208
- Gehäuseboden
- 210
- Rahmen
- 212
- Wandausnehmung
- 213
- Einpresspin
- 214
- Steckerpin
- 216
- Stecker
- 218
- Deckel
- 220
- Einbuchtung
- 300
- Verfahren zum Befestigen eines Schaltungsträgers
- 302
- Schritt des Anordnens
- 304
- Schritt des Einfüllens
- 306
- Schritt des Verschließens
- 400
- Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Befestigen eines Schaltungsträgers
- 402
- Greifeinrichtung
- 404
- Dosiereinrichtung
- 406
- weitere Greifeinrichtung
- 408
- Transporteinrichtung
