DE102015207310A1 - Elektronikmodul und Verfahren zum Umkapseln desselben - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Elektronikmodul eines Steuergerätes eines Fahrzeuges mit zumindest einem Schaltungsträger (1) mit elektronischen Bauelementen (2) als Steuereinheit und zumindest einer Elektronikkomponente (3, 3A) vorgeschlagen, die mit dem Schaltungsträger (1) über einen Verbindungsbereich (4, 4A) elektrisch verbunden ist, wobei die Bauelemente (2) des Schaltungsträgers (1) und jeder Verbindungsbereich (4, 4A) zwischen dem Schaltungsträger (1) und jeder zugeordneten Elektronikkomponente (3, 3A) mit Umkapselungsmaterial (6) umspritzt sind. Ferner wird ein Verfahren zum Umkapseln eines Elektronikmoduls vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul eines Steuergerätes eines Fahrzeuges und ein Verfahren zum Umkapseln des Elektronikmoduls.
  • Beispielsweise aus der Druckschrift WO 2013/178380 A1 ist ein Elektronikmodul und ein Verfahren zum Herstellen des Elektronikmoduls bekannt. Das Elektronikmodul ist zur Verwendung bei einem elektronischen Steuergerät vorgesehen. Das Elektronikmodul umfasst eine Leiterplatte, die sich in einem Moldgehäuse befindet. Auf der Leiterplatte sind elektronische Bauelemente vorgesehen. Die Leiterplatte mit den Bauelementen ist von einem Moldgehäuse umgeben. Aus dem Moldgehäuse treten elektrische Anschlusselemente hervor, mit denen weitere Leiterplatten verbunden werden, welche schließlich mit der Verteilerebene des Steuergerätes verbunden werden müssen. Die vorgesehenen Anschlüsse und zusätzliche Verbindungsbereiche sind außerhalb des Moldgehäuses angeordnet und somit nicht vor den äußeren Einflüssen geschützt und können folglich durch Späne oder andere Medien beschädigt werden.
  • Bei bekannten Elektronikmodulen ist ein zusätzliches Gehäuse erforderlich, welches aufwändig mittels Formdichtung abgedichtet ist, um den Innenraum vor Medieneinflüssen zu schützen. Die Verbindungsbereiche der Elektronik zur Signalverteilung werden aufwändig durch mechanische Trennungen vor Öl- bzw. Spaneinfluss geschützt. Hierzu sind zusätzliche Bauteile und zusätzliche Verfahrensschritte bei der Herstellung erforderlich, welches die Herstellungskosten erhöht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Elektronikmodul und ein Verfahren zum Umkapseln desselben vorzuschlagen, welches besonders kostengünstig ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 7 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
  • Somit wird ein Elektronikmodul eines Steuergerätes eines Fahrzeuges mit zumindest einem Schaltungsträger mit elektronischen Bauelementen als Steuereinheit und zumindest einer Elektronikkomponente vorgeschlagen, die jeweils mit dem Schaltungsträger elektrisch bzw. signaltechnisch verbunden ist. Die vor äußeren Einflüssen zu schützenden Bauelemente des Schaltungsträgers sowie der jeweilige Verbindungsbereich zwischen dem Schaltungsträger und der zugeordneten Elektronikkomponente sind mit Umkapselungsmaterial umspritzt.
  • Auf diese Weise wird ein kostenoptimales Aufbaukonzept einer integrierten Elektroniksteuerung mit Elektronik- und Verbindungsumkapselung zum Schutz vor äußeren Einflüssen realisiert. Infolgedessen wird nicht nur die Elektronik, sondern auch die elektrischen Verbindungsbereiche des Schaltungsträgers vor Medien und Spänen geschützt. Als Umkapselungsmaterial wird ein Kunststoff, bevorzugt Duroplast EP-Material, wie zum Beispiel Epoxidharz gegebenenfalls mit Füllstoffen eingesetzt. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass Duroplast zum Schutz der Elektronik als auch für die Kontaktierung bzw. Bondung in einem Prozess aufgetragen werden kann. Als Umhüllungs- bzw. Umkapselungsprozess ist zum Beispiel ein Spritzgieß-, Transfer- oder Kompressionsmoldprozess einsetzbar.
  • Der Schaltungsträger kann im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung mit zumindest einem elektronischen Bauteil bzw. Bauelement vorzugsweise einseitig bestückt werden, wobei die andere Seite zur thermischen Anbindung an einen Kühlkörper eingesetzt werden kann. Somit kann der Kühlkörper zur mechanischen und thermischen Anbindung an eine Wärmesenke eingesetzt werden und übernimmt in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion.
  • Als Elektronikkomponente können sogenannte Verteiler-PCB mit einer Leiterplatte bzw. einer Flexfolie eingesetzt werden, auf denen die elektronischen Bauelemente angeordnet sind. Als Leiterplatten können ein- oder mehrlagige Ausführungen eingesetzt werden. Vorzugsweise kann die Verteiler-PCB biegsam ausgeführt werden, um zum Beispiel als Bauelemente Sensordome auszubilden. Es ist auch denkbar, dass als Elektronikkomponente ein Stanzgitter mit den daran befestigten elektronischen Bauelementen vorgesehen ist. Unabhängig von der jeweiligen Ausführung kann die Elektronikkomponente, insbesondere wenn diese als Leistungseinheit ausgeführt ist, zum Beispiel zum Ansteuern von Pumpen oder dergleichen, mit einem Kühlkörper versehen sein. Hierzu kann der zum Beispiel als Alukörper ausgeführte Kühlkörper beispielsweise mittels Wärmeleitkleber an das Stanzgitter oder auch an die Leiterplatte angeklebt werden. Vorzugsweise kann eine Verbindung mit dem Kühlkörper des Schaltungsträgers erfolgen, sodass eine gemeinsame thermische Anbindung erreicht wird.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Elektronikkomponente mit Umkapselungsmaterial umspritzt ist.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der Schaltungsträger mit den Elektronikkomponenten als Getriebesteuergerät in einem Getriebegehäuse angeordnet und befestigt ist. Auf diese Weise kann ein kostenoptimales Aufbaukonzept einer integrierten Getriebesteuerung mit der Duroplastumspritzung in einem Getriebegehäuse realisiert werden, wobei zum Beispiel eine Wärmesenke an einer Wand des Getriebegehäuses zum mechanischen und thermischen Anbinden des Schaltungsträger z. B. über den Kühlkörper verwendet wird.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Umkapseln eines Elektronikmoduls gelöst, bei dem in einem einzigen Verfahrensschritt elektronische Bauelemente des Schaltungsträgers und der Elektronikkomponente sowie der Verbindungsbereich zwischen Schaltungsträger und der jeweiligen Elektronikkomponente des Elektronikmoduls umspritzt wird. Dadurch ergibt sich ein Schutz für die Bauelemente und auch für die Verbindungsbereich durch das Umspritzen, Molden oder durch einen Verguss.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls; und
  • 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Elektronikmoduls.
  • In den 1 und 2 sind unterschiedliche Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls als Steuergerät, bevorzugt als Getriebesteuergerät eines Fahrzeuges exemplarisch dargestellt.
  • Das Elektronikmodul umfasst einen Schaltungsträger 1, zum Beispiel als LTCC oder HDI-PCB, der eine Steuereinheit mit mehreren elektronischen Bauelementen 2 bildet. Ferner umfasst das Elektronikmodul zumindest eine Elektronikkomponente 3, 3A, die mit dem Schaltungsträger 1 über einen elektrischen oder signaltechnischen Verbindungsbereich 4 verbunden ist bzw. sind. Als Verbindungsbereich können zum Beispiel Kabel, Litzen oder auch Aluminium-Dickdrahtbonden verwendet werden. Sowohl die Elektronik bzw. die Bauelemente 2 von dem Schaltungsträger 1 und von der Elektronikkomponente 3, 3A als auch die jeweiligen Verbindungsbereiche 4, 4A zwischen dem Schaltungsträger 1 und der jeweiligen Elektronikkomponente 3, 3A sind mit Umkapselungsmaterial 6 umspritzt. Auf diese Weise ergibt sich ein vor äußeren Einflüssen geschütztes Elektronikmodul, bei dem in einem gemeinsamen Prozessschritt die vorgenannten Bereiche umspritzt bzw. umgossen werden.
  • Unabhängig von den dargestellten Ausführungsvarianten ist der Schaltungsträger 1 einseitig mit Bauelementen 2 bestückt und weist an der den Bauelementen 2 abgewandten Seite des Schaltungsträgers 1 einen Kühlkörper 7 zur thermischen Anbindung auf. Auf diese Weise kann bei dem vorgeschlagenen Elektronikmodul über den Kühlkörper 7 des Schaltungsträgers 1 sowohl die mechanische als auch die thermische Anbindung realisiert werden. Zum Beispiel kann der Kühlkörper 7 mit einer Wärmesenke an einer Wand in einem Getriebegehäuse verbunden werden. Hierzu kann der zum Beispiel aus Aluminium gefertigte Kühlkörper 7 mit einem Wärmeleitkleber auf den Schaltungsträger geklebt werden. Der Kühlkörper 7 bildet somit quasi einen Tragkörper, der die mechanische Festigkeit und zugleich die thermische Anbindung realisiert.
  • In 1 ist das vorgeschlagene Elektronikmodul dargestellt, wobei der Schaltungsträger 1 über einen ersten Verbindungsbereich 4 mit einer Elektronikkomponente 3 beispielsweise als Leistungseinheit oder Entstörmodul verbunden ist. Die Leistungseinheit kann beispielsweise zur Pumpenansteuerung eingesetzt werden. Die andere Elektronikkomponente 3A kann beispielsweise zum Aufnehmen von Sensoren oder auch von Anschlusssteckern vorgesehen sein.
  • Wie aus 1 zu erkennen ist, sind die elektronischen Bauelemente 2 von Schaltungsträger 1 und Elektronikkomponenten 3, 3A mit Umkapselungsmaterial 6 umspritzt. Ferner sind die Verbindungsbereich 4, 4A sowohl zur ersten Elektronikkomponente 3 als auch zur zweiten Elektronikkomponente 3A ebenfalls mit Umkapselungsmaterial 6 umspritzt.
  • Da die als Leistungseinheit ausgebildete Elektronikkomponente 3 eine hohe Abwärme erzeugt, ist auch die der Bauelemente 2 abgewandte Seite der Leiterplatte 8 der Elektronikkomponente 3 mit einem Kühlkörper 7A versehen.
  • In 2 ist eine alternative Ausführung dargestellt, bei der im Unterschied zur ersten Ausführungsvarianten die Elektronikkomponente 3, 3A mit einem umspritzten Stanzgitter 5, 5A anstelle einer Verteiler-PCB ausgestattet ist. Das Stanzgitter 5, 5A ist beispielsweise mit dem Kühlkörper 7 des Schaltungsträgers 1 verbunden.
  • Unabhängig von den beiden dargestellten Ausführungsvarianten ergibt sich ein die zu schützenden Oberflächen umkapseltes Elektronikmodul, welches als Getriebesteuergerät beispielsweise über die Kühlkörper 7 bzw. 7A an einer Wand in einem Getriebegehäuse auf einfachste Weise befestigbar ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaltungsträger
    2
    Bauelement
    3, 3A
    elektronische Elektronikkomponente
    4, 4A
    elektrischer Verbindungsbereich
    5, 5A
    Stanzgitter
    6
    Umkapselungsmaterial bzw. Umspritzmaterial
    7, 7A
    Kühlkörper
    8, 8A
    Leiterplatte
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2013/178380 A1 [0002]

Claims (9)

  1. Elektronikmodul eines Steuergerätes eines Fahrzeuges, mit zumindest einem Schaltungsträger (1) mit elektronischen Bauelementen (2) als Steuereinheit und zumindest einer Elektronikkomponente (3, 3A), die mit dem Schaltungsträger (1) über einen Verbindungsbereich (4, 4A) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (2) des Schaltungsträgers (1) und jeder Verbindungsbereich (4, 4A) zwischen dem Schaltungsträger (1) und jeder zugeordneten Elektronikkomponente (3, 3A) mit Umkapselungsmaterial (6) umspritzt sind.
  2. Elektronikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (1) einseitig mit umspritzten Bauelementen (2) bestückt ist und die der Bauelemente (2) abgewandte Seite des Schaltungsträgers (1) mit einem Kühlkörper (7) zur thermischen und mechanischen Anbindung verbunden ist.
  3. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der umspritzte Schaltungsträger (1) mit zumindest einer umspritzten Elektronikkomponente (3, 3A) als Getriebesteuergerät in einem Getriebegehäuse angeordnet ist.
  4. Elektronikmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (1) über einen Kühlkörper (7, 7A) zur mechanischen und thermischen Anbindung mit einer Wand des Getriebegehäuses als Wärmesenke verbunden ist.
  5. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikkomponente (3, 3A) eine Leiterplatte (8, 8A) mit umspritzten Bauelementen (2) oder ein Stanzgitter (5, 5A) mit umspritzten Bauelementen (2) umfasst, die über die umspritzten Verbindungsbereiche (4, 4A) mit dem Schaltungsträger (1) verbunden sind.
  6. Elektronikmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Elektronikkomponente (3, 3A) als Leistungseinheit die Leiterplatte (8, 8A) oder das Stanzgitter (5, 5A) mit einem Kühlkörper (7A) verbunden ist, der mit dem Kühlkörper (7) des Schaltungsträgers (1) verbindbar ist.
  7. Elektronikmodul nach einem der der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikkomponente (3, 3A) mit Umkapselungsmaterial (6) umspritzt ist.
  8. Verfahren zum Umkapseln eines Elektronikmoduls, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt elektronische Bauelemente (2) eines Schaltungsträgers (1) und zumindest einer Elektronikkomponente (3, 3A) sowie der Verbindungsbereich (4, 4A) zwischen dem Schaltungsträger (1) und jeder zugeordneten Elektronikkomponente (3, 3A) des Elektronikmoduls umspritzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Umkapselungsmaterial (6) ein Duroplast verwendet wird.
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