DE102015208529B3 - Elektronische Komponente und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Komponente (E), umfassend: – ein Trägerelement (1), – einen Schaltungsträger (3) mit einer Anzahl elektronischer Bauteile (4), – eine Leiterplatte (6), die elektrisch leitend mit dem Schaltungsträger (3) verbunden ist, und – ein Abdeckelement (2) zur Abdeckung des Schaltungsträgers (3), wobei das Abdeckelement (2) auf einer Flachseite der Leiterplatte (6) angeordnet ist und das Trägerelement (1) auf einer gegenüberliegenden Flachseite der Leiterplatte (6) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leiterplatte (6) jeweils mit dem Trägerelement (1) und dem Abdeckelement (2) verschweißt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektronischen Komponente (E).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektronische Komponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektronischen Komponente.
  • Konventionelle elektronische Komponenten, z. B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs zur Anordnung in einem Motorraum, wie beispielsweise ein Getriebesteuergerät, werden üblicherweise als hermetisch dichte Module ausgeführt. Diese weisen zur Abdichtung ein Metallgehäuse auf, durch welches Kontaktstifte nach außen geführt werden. Die Kontaktstifte werden mittels sogenannter Einglasungen abgedichtet. Dadurch entsteht eine Verbindung zwischen einem Außenraum und einem Innenraum der elektronischen Komponente.
  • Die Kontaktstifte können beispielsweise mit einer flexiblen Leiterplatte oder einem Stanzgitter elektrisch leitend verbunden und somit zu weiteren Funktionselementen geführt werden.
  • Eine weitere Bauform einer bekannten elektronischen Komponente, welche ebenfalls hermetisch dicht ausgebildet ist, umfasst ein Trägerelement, welches beispielsweise als Metallplatte ausgeführt ist und auf welchem eine elektrische Schaltung adhäsiv fixiert ist, z. B. mittels eines Wärmeleitklebstoffs. Die elektronische Komponente umfasst weiterhin ein Leiterplattenelement und ein Abdeckelement. Das Leiterplattenelement ist zwischen dem Trägerelement und dem Abdeckelement angeordnet, wobei eine Verbindung zwischen dem Abdeckelement und dem Leiterplattenelement mittels einer öldichten Verklebung, z. B. ein flüssiges Klebemittel oder ein Klebeband, ausgeführt ist.
  • Eine weitere Bauform einer elektronischen Komponente ist aus der DE 10 2012 213 916 A1 bekannt. Hierbei weist ein Elektronikmodul für ein Fahrzeug ein Abdeckelement, ein Bauteilträger-Leiterplattenelement, ein Trägerelement mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, ein Leiterplattenelement und zumindest ein Kontaktierungselement auf, welches dazu eingerichtet ist, eine leitfähige Kontaktierung zwischen Bauteilträger-Leiterplattenelement und Leiterplattenelement bereitzustellen, wobei das Abdeckelement und das Bauteilträger-Leiterplattenelement auf der ersten Seite des Trägerelementes angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass das Leiterplattenelement auf der zweiten Seite des Trägerelementes angeordnet ist und dass das Trägerelement zumindest eine Öffnung aufweist, durch welche das Kontaktierungselement geführt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektronische Komponente mit einem verbesserten Schutz vor äußeren Einflüssen wie Getriebeöl oder Metallspäne, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektronischen Komponente anzugeben.
  • Hinsichtlich der elektronischen Komponente wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine elektronische Komponente umfasst ein Trägerelement, einen Schaltungsträger mit einer Anzahl elektronischer Bauteile, eine Leiterplatte, die elektrisch leitend mit dem Schaltungsträger verbunden ist, und ein Abdeckelement zur Abdeckung des Schaltungsträgers. Das Abdeckelement ist dabei auf einer Flachseite der Leiterplatte angeordnet, wobei das Trägerelement auf einer gegenüberliegenden Flachseite der Leiterplatte angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leiterplatte jeweils mit dem Trägerelement und dem Abdeckelement verschweißt ist.
  • Die derart ausgebildete elektronische Komponente ist zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug, z. B. als Getriebesteuergerät, geeignet. Mittels der Schweißverbindung zwischen der Leiterplatte und dem Abdeckelement ist ein insbesondere mediendichter, beispielsweise fluiddichter, Innenraum hergestellt, in welchem sich der Schaltungsträger mit den elektronischen Bauteilen befindet. Die Schweißverbindungen zwischen der Leiterplatte und dem Abdeckelement sowie dem Trägerelement sind gegenüber Klebeverbindungen mechanisch besonders stabil ausgebildet, so dass eine Abdichtung des Schaltungsträgers dauerhaft sichergestellt ist.
  • Vorzugsweise ist die Leiterplatte für jeweils eine Schweißverbindung mit einer schweißbaren Schicht versehen. Beispielsweise ist die schweißbare Schicht als eine thermoplastische Schicht ausgebildet und wird beispielsweise mittels Laminieren auf die Leiterplatte aufgebracht. Alternativ kann die schweißbare Schicht auch als eine metallische Schicht ausgebildet sein. Die metallische Schicht kann beispielsweise mittels Siebdruck oder einem sogenannten Ink-Jet-Verfahren auf die Leiterplatte aufgebracht werden.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schaltungsträger thermisch an das Trägerelement gekoppelt ist. Dazu ist der Schaltungsträger beispielsweise mittels eines Wärmeleitklebstoffs adhäsiv mit dem Trägerelement verbunden. Eine Abwärme vom Schaltungsträger kann somit direkt über das Trägerelement abgeführt werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterplatte mittels mindestens eines elektrischen Verbindungselements elektrisch leitend mit dem Schaltungsträger verbunden ist. Beispielsweise ist das mindestens eine elektrische Verbindungselement als Bonddraht ausgebildet.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung der beschriebenen elektronischen Komponente wird die Leiterplatte jeweils mit dem Trägerelement und dem Abdeckelement verschweißt.
  • Das Verfahren ermöglicht auf einfache Art und Weise die Herstellung einer elektronischen Komponente mit einem insbesondere medien-, fluiddichten Innenraum, so dass der Schaltungsträger mit den elektronischen Bauteilen vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Getriebeöl oder Metallspäne, geschützt ist.
  • Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht dabei vor, dass die Leiterplatte jeweils mit dem Trägerelement und dem Abdeckelement mittels Reibrührschweißen und/oder Laserschweißen verschweißt wird. Damit ist eine mechanische besonders stabile Schweißverbindung herstellbar.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine Schnittdarstellung einer elektronischen Komponente gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 schematisch eine Schnittdarstellung einer weiteren elektronischen Komponente gemäß dem Stand der Technik und
  • 3 schematisch eine Schnittdarstellung einer elektronischen Komponente in einer erfindungsgemäßen Ausführung.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine in der eingangs erwähnten DE 10 2012 213 916 A1 gezeigte elektronische Komponente E in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt.
  • Die elektronische Komponente E ist beispielsweise ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, z. B. ein Getriebesteuergerät, und umfasst ein Trägerelement 1 und ein Abdeckelement 2.
  • Zwischen dem Trägerelement 1 und dem Abdeckelement 2 ist in einem Innenraum I der elektronischen Komponente E ein Schaltungsträger 3 angeordnet, welcher eine Anzahl elektronischer Bauteile 4 aufnimmt, die zu einer elektrischen Schaltung zusammengeführt sind. Der Schaltungsträger 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels zwei elektrischen Verbindungselementen 5 mit einer Leiterplatte 6 elektrisch leitend verbunden.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel der bekannten elektronischen Komponente E ergibt sich somit ein Schichtaufbau in Richtung einer Hochachse z mit dem Trägerelement 1, darauf aufsetzend die Leiterplatte 6 und der Schaltungsträger 3, wobei der Schaltungsträger 3 und ein Abschnitt der Leiterplatte 6 mit dem Abdeckelement 2 verschlossen werden.
  • Im Folgenden werden die Bestandteile der gezeigten elektronischen Komponente E näher erläutert.
  • Das Trägerelement 1 ist beispielsweise eine metallische Grundplatte, z. B. eine Aluminiumplatte, welche den Schaltungsträger 3 und die Leiterplatte 6 auf einer Flachseite aufnimmt.
  • Der Schaltungsträger 3 ist beispielsweise als eine Niedertemperatur-Einbrand-Keramik oder Mikroleiterplatte ausgebildet und ist mit dem Trägerelement 1 stoffschlüssig mittels eines Klebstoffs K, z. B. mittels eines Wärmeleitklebers, verbunden. Der Schaltungsträger 3 ist vollständig im Innenraum I der elektronischen Komponente E angeordnet und umfasst als elektronische Bauteile 4 beispielsweise Kondensatoren, Widerstände, gehäuste und/oder ungehäuste Halbleiterkomponente usw., die mit dem Schaltungsträger 3 beispielsweise verklebt und/oder verlötet sind.
  • Die weiterhin auf dem Trägerelement 1 angeordnete Leiterplatte 6 ist aus einem elektrisch isolierenden Substrat, z. B. Epoxidharz, gebildet und weist mindestens eine Lage elektrisch leitender Leiterbahnen 6.1 auf, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Leiterbahn 6.1 beispielhaft gezeigt ist. Alternativ kann die Leiterplatte 6 auch mechanisch flexibel ausgebildet sein.
  • Die Leiterplatte 6 ist sowohl im Innenraum I als auch in einem Außenraum der elektronischen Komponente E angeordnet und analog zum Schaltungsträger 3 stoffschlüssig mittels eines weiteren Klebstoffs K, z. B. ein flüssiges Klebemittel oder ein Klebeband, öldicht mit dem Trägerelement 1 verbunden.
  • Die Leiterplatte 6 bildet eine Verbindung zwischen dem Außenraum und dem Innenraum I. Im Bereich des Schaltungsträgers 3 weist die Leiterplatte 6 eine Aussparung auf, innerhalb welcher der Schaltungsträger 3 angeordnet ist.
  • Zur elektrischen Verbindung des Schaltungsträgers 3 mit der Leiterplatte 6 sind die elektrischen Verbindungselemente 5 vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils als Bonddraht ausgeführt sind.
  • Zum Schutz der elektronischen Bauteile 4 auf dem Schaltungsträger 3 sowie der elektrischen Verbindungselemente 5 vor äußeren Einflüssen, wie z. B. Getriebeöl, Metallspäne usw., und anderen leitenden Ablagerungen, ist das Abdeckelement 2 vorgesehen, welches mittels eines weiteren Klebstoffs K stoffschlüssig und dichtend mit der Leiterplatte 6 verbunden wird.
  • Wie bereits in der DE 10 2012 213 916 A1 beschrieben, erfolgt aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungskoeffizienten der Leiterplatte 6, des Abdeckelements 2 und der Klebstoffe K eine mechanische Beanspruchung der Klebeverbindung zwischen dem Abdeckelement 2 und der Leiterplatte 6. Beispielsweise wird die Klebeverbindung auf Scherung beansprucht, was zum Versagen der Klebeverbindung führen kann. Hierdurch besteht die Möglichkeit der Entstehung von Undichtheiten, so dass insbesondere die hermetische Abdichtung des Innenraums I nicht mehr sichergestellt werden kann.
  • Eine weitere, ebenfalls aus der DE 10 2012 213 916 A1 bekannte elektronische Komponente E ist in 2 dargestellt.
  • 2 zeigt dazu eine weitere elektronische Komponente E in Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt.
  • Hierbei ist der Schichtaufbau gegenüber der in 1 gezeigten elektronischen Komponente E dahingehend verändert, dass das Abdeckelement 2 mit dem Trägerelement 1 verbunden wird. Das Trägerelement 1 liegt somit auf der Leiterplatte 6 auf, die wiederum durchgehend ohne Aussparung ausgebildet ist und den Schaltungsträger 3 aufnimmt. Mit anderen Worten: In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem Abdeckelement 2 die Reihenfolge von Trägerelement 1 und Leiterplatte 6 vertauscht.
  • Da die Leiterplatte 6 weiterhin die Funktion der Verbindung der im Innenraum I angeordneten elektronischen Bauteile 4 in den Außenraum bereitstellen soll, ist eine Anbindung des Schaltungsträgers 3 im Innenraum I zur Leiterplatte 6 erforderlich. Hierzu wird in das Trägerelement 1 eine Öffnung eingebracht, welche eine elektrische Verbindung der elektronischen Bauteile 4 mit der Leiterplatte 6 ermöglicht. Die elektrischen Verbindungselemente 5 werden dabei durch die Öffnung hindurch zur Leiterplatte 6 geführt.
  • Die Leiterplatte 6 ist mit dem Trägerelement 1 mittels eines Klebstoffs K, z. B. ein flüssiges Klebemittel oder Klebeband, öldicht und breitflächig verklebt. Alternativ können das Abdeckelement 2 und das Trägerelement 1 auch miteinander verschweißt oder mittels einer Klebemasse oder einer Vergussmasse miteinander verbunden sein.
  • Dadurch, dass die Reihenfolge hierbei zwischen dem Trägerelement 1 und der Leiterplatte 6 vertauscht ist, ist die stoffschlüssige Anbindung des Abdeckelements 2 mechanisch stabiler ausgeführt als im Ausführungsbeispiel gemäß 1.
  • Für eine weiter verbesserte Abdichtung des Innenraums I sowie eine verbesserte Temperierung der elektronischen Komponente E gegenüber den in 1 und 2 beschriebenen bekannten elektronischen Komponenten E schlägt die Erfindung eine elektronische Komponente E vor, wie in 3 näher gezeigt und beschrieben ist.
  • 3 zeigt dazu ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Komponente E in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt.
  • Die elektronische Komponente E umfasst analog zum Stand der Technik ein Trägerelement 1, ein Abdeckelement 2, einen Schaltungsträger 3 mit einer Anzahl elektronischer Bauteile 4 und eine Leiterplatte 6, die mittels elektrischer Verbindungselemente 5 elektrisch leitend mit dem Schaltungsträger 3 verbunden ist.
  • Der Aufbau der elektronischen Komponente E ist analog zum in 1 gezeigten Aufbau, wobei auf dem Trägerelement 1 die Leiterplatte 6 und der Schaltungsträger 3 angeordnet sind und wobei der Schaltungsträger 3 und ein Abschnitt der Leiterplatte 6 mit dem Abdeckelement 2 verschlossen werden.
  • Das Trägerelement 1 weist eine gegenüber dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel geringere Materialdicke (in Richtung der Hochachse z verlaufend) auf.
  • Der wesentliche Unterschied besteht hierbei darin, dass das Abdeckelement 2 mit der Leiterplatte 6 nicht verklebt, sondern verschweißt ist. Weiterhin ist die Leiterplatte 6 mit dem Trägerelement 1 verschweißt. Dazu weist die Leiterplatte 6 eine gegenüber dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel größere Materialdicke (in Richtung der Hochachse z verlaufend) auf. In den jeweiligen Bereichen der Schweißverbindung weist die Leiterplatte 6 eine schweißbare Schicht 6.2 auf. Als Schweißverfahren eignen sich Reibrührschweißen oder Laserschweißen.
  • Die schweißbaren Schichten 6.2 sind beispielsweise als metallische Schichten ausgebildet und können mittels Siebdruck auf die Leiterplatte 6 aufgebracht werden. Dazu wird eine lötbare Paste auf eine Leiterplattenoberfläche aufgebracht. Die lötbare Paste kann beispielsweise Silber, eine Silberlegierung, Kupfer oder eine Kupferlegierung umfassen. Alternativ können die schweißbaren Schichten 6.2 auch jeweils als thermoplastische Schicht ausgebildet sein und beispielsweise mittels Laminieren auf die Leiterplatte 6 aufgebracht werden oder auch in der Leiterplatte 6 bereits eingearbeitet sein.
  • Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Komponente E sind das Abdeckelement 2 und das Trägerelement 1 fluiddicht und temperaturbeständig mit der Leiterplatte 6 verbunden. Die Schweißverbindung ist dabei auch gegenüber mechanischer Beanspruchung sehr stabil. Dadurch ist der Innenraum I gegenüber äußeren Einflüssen optimal geschützt.
  • Weiterhin ist der Schaltungsträger 3 adhäsiv mit dem Trägerelement 1 verbunden, so dass eine Abwärme direkt über das Trägerelement 1 abgeführt werden kann. Zur adhäsiven Verbindung wird als Klebstoff K vorzugsweise ein Wärmeleitklebstoff verwendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Trägerelement
    2
    Abdeckelement
    3
    Schaltungsträger
    4
    elektronisches Bauteil
    5
    elektrisches Verbindungselement
    6
    Leiterplatte
    6.1
    Leiterbahn
    6.2
    schweißbare Schicht
    E
    elektronische Komponente
    I
    Innenraum
    K
    Klebstoff
    z
    Hochachse

Claims (9)

  1. Elektronische Komponente (E), aufweisend: – ein Trägerelement (1), – einen Schaltungsträger (3) mit einer Anzahl elektronischer Bauteile (4), – eine Leiterplatte (6), die elektrisch leitend mit dem Schaltungsträger (3) verbunden ist, und – ein Abdeckelement (2) zur Abdeckung des Schaltungsträgers (3), wobei das Abdeckelement (2) auf einer Flachseite der Leiterplatte (6) angeordnet ist und das Trägerelement (1) auf einer gegenüberliegenden Flachseite der Leiterplatte (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) jeweils mit dem Trägerelement (1) und dem Abdeckelement (2) verschweißt ist.
  2. Elektronische Komponente (E) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) für jeweils eine der Schweißverbindungen mit einer schweißbaren Schicht (6.2) versehen ist.
  3. Elektronische Komponente (E) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schweißbare Schicht (6.2) als eine thermoplastische Schicht ausgebildet ist.
  4. Elektronische Komponente (E) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schweißbare Schicht (6.2) als eine metallische Schicht ausgebildet ist.
  5. Elektronische Komponente (E) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (3) thermisch an das Trägerelement (1) gekoppelt ist, wobei der Schaltungsträger (3) mittels eines Wärmeleitklebstoffs adhäsiv mit dem Trägerelement (1) verbunden ist.
  6. Elektronische Komponente (E) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) mittels mindestens eines elektrischen Verbindungselements (5) elektrisch leitend mit dem Schaltungsträger (3) verbunden ist.
  7. Elektronische Komponente (E) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Verbindungselement (5) als Bonddraht ausgebildet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente (E) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (6) jeweils mit dem Trägerelement (1) und dem Abdeckelement (2) verschweißt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) jeweils mit dem Trägerelement (1) und dem Abdeckelement (2) mittels Reibrührschweißen und/oder Laserschweißen verschweißt wird.
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