DE102016215411A1

DE102016215411A1 - Rahmen für eine elektronische Schaltungsbaugruppe und elektronische Schaltungsbaugruppe

Info

Publication number: DE102016215411A1
Application number: DE102016215411.7A
Authority: DE
Inventors: Turhan Büyükbas; Andreas Albert; Andreas Plach; Joachim Buhl; Thomas Schwerin
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2018-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rahmen (1) zum Aufbau einer Einhausung an einer elektronischen Schaltungsbaugruppe (2) sowie die elektronische Schaltungsbaugruppe (2) selbst. Der Rahmen (1) umfasst ein einen Durchbruch ringförmig geschlossen umrandenden, aus laserstrahltransparentem Kunststoff gebildetes Rahmenfußteil (4), das zur Befestigung an einem Trägerbauteil (16) der elektronischen Schaltungsbaugruppe (2) eingerichtet ist. Der Rahmen (1) umfasst des Weiteren ein ringförmiges, aus laserstrahlabsorbierendem Kunststoff gebildetes Rahmenoberteil (6). Das Rahmenfußteil (4) und das Rahmenoberteil (6) sind dabei an komplementär ausgebildeten Fügeflächen mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen um den Durchbruch des Rahmenfußteils (4) umlaufend miteinander mediendicht verbunden. Das Rahmenfußteil (4) ist außerdem mittels eines Laserstrahlfügeverfahrens an dem Trägerbauteil (16) umlaufend mediendicht befestigt. Der von dem Rahmenfußteil (4) und dem Rahmenoberteil (6) umrandete Innenraum (8) ist ferner auf einer von dem Rahmenfußteil (4) abgewandten Seite von einem aus laserstrahltransparentem Kunststoff gebildeten Deckelement (60, 76) mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen mediendicht eingehaust.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rahmen für eine elektronische Schaltungsbaugruppe, wobei der Rahmen insbesondere zum Aufbau einer Einhausung wenigstens eines Teils der elektronischen Schaltungsbaugruppe dient. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektronische Schaltungsbaugruppe, insbesondere mit einem solchen Rahmen.
Unter dem Begriff „Schaltungsbaugruppe“ wird hier und im Folgenden eine Baugruppe verstanden, die eine Anzahl von elektrischen, insbesondere elektronischen Komponenten umfasst. Diese elektrischen Komponenten sind beispielsweise durch Widerstände, Transistoren, integrierte Schaltungen, Mikroprozessoren und dergleichen gebildete. Üblicherweise sind die elektrischen Komponenten auf einem oder mehreren Schaltungsträgern, beispielsweise einer (ggf. flexiblen und/oder dreidimensional geformten) Leiterplatte angeordnet und zum Schutz vor Umwelteinflüssen von einem Gehäuse umgeben. Beim Einsatz einer solchen Schaltungsbaugruppe in einem Kraftfahrzeug dient diese insbesondere als Steuereinheit (auch als Steuergerät bezeichnet) für beispielsweise einen Motor, ggf. den Antriebsmotor (insbesondere den Verbrennungsmotor) oder einen Elektromotor zur Ansteuerung eines beweglichen Fahrzeugteils, oder eines insbesondere dem Motor nachgelagerten Getriebes.
Insbesondere in dem vorstehend beschriebenen Einsatz als Steuergerät für den Motor und/oder das Getriebe eines Kraftfahrzeugs ist eine solche Schaltungsbaugruppe häufig im Motorraum bzw. im oder am Getriebe angeordnet. Deshalb kommt der Mediendichtheit des Gehäuses dieser Schaltungsbaugruppe eine besondere Bedeutung zu, insbesondere da in diesen Einsatzbereichen vergleichsweise aggressive Medien, wie beispielsweise Öldämpfe, Gase und/oder Flüssigkeiten auftreten können, die die elektronischen Bauteile und/oder deren Kontaktstellen zur Leiterplatte schädigen können. Zudem weist dabei das Gehäuse häufig auch Unterbrechungen, bspw. Bohrungen oder Durchbrüche auf, durch die hindurch elektrische Komponenten, bspw. Sensoren aus dem Gehäuse herausgeführt sind, oder in die bspw. Wärmeaustragselemente eingesetzt sind.
Außerdem variieren insbesondere aufgrund unterschiedlicher Ausstattungsvarianten eines Kraftfahrzeugmodells die von dem jeweiligen Steuergerät umfassten Komponenten oder deren Positionierung in dem Gehäuse, so dass für jede Ausstattungsvariante ein separates Gehäuse vorgehalten werden müsste.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und flexible und dennoch mediendichte Einhausung einer elektrischen Komponente oder einer dieser zugeordneten Kontaktstelle einer elektronischen Schaltungsbaugruppe zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Rahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Schaltungsbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Der erfindungsgemäße Rahmen dient zum Aufbau einer Einhausung an einer elektronischen Schaltungsbaugruppe. Der Rahmen umfasst dazu ein einen Durchbruch ringförmig geschlossen umrandendes, aus laserstrahltransparentem und vorzugsweise thermoplastischem Kunststoff gebildetes Rahmenfußteil. Das Rahmenfußteil ist dabei zur Befestigung an einem Trägerbauteil der elektronischen Schaltungsbaugruppe eingerichtet und vorgesehen. Der Rahmen umfasst des Weiteren ein ringförmiges (d.h. ein ringförmig geschlossenes Profil aufweisendes), aus laserstrahlabsorbierendem und vorzugsweise thermoplastischem Kunststoff gebildetes Rahmenoberteil. Erfindungsgemäß sind das Rahmenfußteil und das Rahmenoberteil an jeweils zugeordneten, komplementär ausgebildeten, um den Durchbruch ringförmig umlaufenden Fügeflächen mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen umlaufend – d. h. ringförmig geschlossen – miteinander mediendicht verbunden.
Das Rahmenfußteil und das Rahmenoberteil bilden dabei vorzugsweise eine Gehäusewand, die um einen zum Teil durch den Durchbruch des Rahmenfußteils gebildeten Innenraum umläuft. Beispielsweise ist auch das Rahmenfußteil ringförmig ausgebildet und bildet dabei das Rahmenfußteil eine Art „Befestigungs-Schnittstelle“, die flexibel an dem Trägerbauteil der elektronischen Schaltungsbaugruppe positionierbar ist. Zweckmäßigerweise ist das Rahmenfußteil in diesem Fall als Standardteil ausgebildet, wohingegen das Rahmenoberteil je nach Bedarf (d. h. bspw. je nach Art der einzuhausenden Kontaktstelle oder elektrischen Komponente) in Höhe und Bauform (unter der Vorgabe, dass die Fügefläche des Rahmenoberteils komplementär zur Fügefläche des Rahmenfußteils ausgebildet ist) variieren kann. Vorteilhafterweise kann der Rahmen somit flexibel an den benötigten Bauraumbedarf, d. h. an die benötigte Größe des Innenraums angepasst werden. Für den Fall, dass das Rahmenfußteil als Standardteil ausgebildet ist, können vorteilhafterweise Lagerhaltungskosten für eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile entfallen oder eingespart werden. Vorteilhafterweise kann auch das Trägerbauteil der Schaltungsbaugruppe standardisiert sein, da eine Erweiterung des an diesem bereitzustellenden (Elektronik-)Bauraums mittels des erfindungsgemäßen Rahmens erfolgt.
Die Begriffe „laserstrahltransparenter Kunststoff“ und „laserstrahlabsorbierender Kunststoff“ werden hier und im Folgenden derart verstanden, dass der jeweilige Kunststoff auch geeignet ist, insbesondere unter Wirkung von Laserstrahlung verschweißt zu werden. Vorzugsweise sind dabei die jeweils miteinander mittels (Laserstrahl-)Schweißen zu verbindenden Bauteile aus untereinander kompatiblen (d. h. miteinander verschweißbaren) Kunststoffen gebildet.
In einer zweckmäßigen Ausführung umfasst das Rahmenfußteil einen insbesondere zu einer Außenseite des Durchbruchs (bzw. des Innenraums) weisenden Flansch, an dem eine Befestigungsfläche für eine Befestigung des Rahmenfußteils an dem Trägerbauteil mittels eines Laserstrahl-Fügeverfahrens ausgebildet ist. In diesem Fall stellt das Rahmenfußteil konkret eine „Schweiß-Schnittstelle“ dar, mittels derer das aus laserstrahlabsorbierendem (und vorzugsweise laserstrahlschweißbarem) Kunststoff gebildete Rahmenoberteil mittels eines Laserstrahl-Fügeverfahrens an einem nicht-laserstrahltransparenten Trägerbauteil befestigt werden kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, da vor allem bei kraftfahrzeugtechnischen Anwendungen (insbesondere im Motor- oder Getrieberaum) Gehäuse- und/oder Trägerbauteile der elektronischen Schaltungsbaugruppe ohnehin meist aus nicht-laserstahltransparenten Materialien, wie beispielsweise dunkel eingefärbten Kunststoffen gebildet sind. Somit sind die Trägerbauteile meist nicht zur laserstrahl-fügetechnischen Verbindung mit laserstrahlabsorbierenden Kunststoffen geeignet.
Um eine möglichst präzise Positionierung des Rahmenoberteils an dem Rahmenfußteil zu ermöglichen, weist das Rahmenfußteil in einer zweckmäßigen Ausführung eine (Ring-)Nut auf, in der, insbesondere an deren „Nutgrund“, die Fügefläche des Rahmenfußteils angeordnet ist. Die Nut dient dabei insbesondere zur Zentrierung des Rahmenoberteils zu dem Durchbruch des Rahmenfußteils. Das Rahmenoberteil weist dazu zweckmäßigerweise einen komplementär zu der Nut ausgeformten (Ring-)Steg auf, an dessen Freiende die entsprechende Fügefläche des Rahmenoberteils angeordnet ist. Zusätzlich zu der Zentrierwirkung der Nut (sowie des vorzugsweise vorhandenen komplementären Stegs des Rahmenoberteils) wird durch die Nut – insbesondere für den Fall, dass der vorzugsweise vorhandene Steg des Rahmenoberteils mit möglichst geringem Spiel in der Nut angeordnet ist – eine (vorzugsweise zusätzliche) Dichtwirkung nach Art einer Labyrinthdichtung ermöglicht.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Rahmenoberteil insbesondere zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Fügefläche eine im Folgenden als „Schweißfläche“ bezeichnete Anbindungsfläche auf, an der im bestimmungsgemäßen Montagezustand des Rahmens in der elektronischen Schaltungsbaugruppe ein insbesondere aus laserstrahltransparentem Kunststoff gebildetes Element mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen (mediendicht) befestigt ist. In einer zweckmäßigen Variante handelt es sich bei diesem Element insbesondere um einen Deckel, mittels dessen der von dem Rahmenfußteil und dem Rahmenoberteil umrandete Innenraum im bestimmungsgemäßen Montagezustand mediendicht verschlossen ist. Alternativ handelt es sich bei diesem Element insbesondere um einen (ringförmigen) Adapter, mittels dessen beispielsweise ein weiteres Rahmenoberteil zur Vergrößerung des Innenraums oder ein anderes Anbauteil an dem Rahmen angebunden werden kann.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst das Rahmenoberteil zusätzlich zu der (ersten) Fügefläche, sowie insbesondere zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Schweißfläche eine zweite „Fügefläche“ oder Anbindungsfläche, die zur Halterung eines Schaltungsträgers innerhalb des von dem Rahmenfußteil und dem Rahmenoberteil umrandeten Innenraums dient. Dieser Schaltungsträger stellt im bestimmungsgemäßen (End-)Montagezustand der Schaltungsbaugruppe eine Art „Zwischendecke“ in dem Innenraum dar, so dass eine in Bezug auf die („erste“) Ebene des Trägerbauteils „zweite Ebene“ zur Aufnahme von elektrischen Komponenten gebildet ist.
In einer (insbesondere zu der unmittelbar vorstehend beschriebenen Ausführung alternativen) zweckmäßigen Ausführung umfasst das Rahmenoberteil eine sich in den (von dem Rahmenfußteil und dem Rahmenoberteil umrandeten) Innenraum erstreckende Querwand. Auf dieser Querwand sind dabei vorzugsweise Leiterbahnen aufstrukturiert. Unter „Aufstrukturieren“ wird hier und im Folgenden die Anwendung einer MID-Technologie zum Aufbringen von metallischen Strukturen auf einen insbesondere thermoplastischen Träger (bspw. Aufdrucken, Heißprägen, Laser-Direkt-Strukturieren oder dergleichen) verstanden. Das die Querwand aufweisende Rahmenoberteil bildet somit integral einen Schaltungsträger, auf dem im bestimmungsgemäßen Montagezustand (analog zu vorstehender Ausführung in „zweiter Ebene“) elektrische Komponenten positioniert und kontaktiert sein können.
Insbesondere für den Fall, dass das Rahmenoberteil die Querwand aufweist oder zur Halterung eines Schaltungsträgers eingerichtet ist, ist in einer weiteren zweckmäßigen Ausführung in das Rahmenfußteil und/oder in das Rahmenoberteil wenigstens ein Leitungselement integriert. Dieses Leitungselement dient im bestimmungsgemäßen Montagezustand des Rahmens in der elektronischen Schaltungsbaugruppe zur elektrischen Kontaktierung einer im Bereich des Rahmenoberteils (d. h. in „zweiter Ebene“ insbesondere an dem am Rahmenoberteil gehalterten Schaltungsträger oder an der Querwand) angeordneten elektrischen Komponente mit einer weiteren, insbesondere in der ersten Ebene angeordneten elektrischen Komponente. Das heißt, dass das wenigstens eine integrierte Leitungselement eine Kontaktierung von der im Bereich der Unterseite des Rahmens angeordneten ersten Ebene zur zweiten oder „oberen“ Ebene des Rahmens ermöglicht. Ein separat zwischen den beiden Ebenen zu verlegendes Kontaktelement, z. B. ein Kabel oder dergleichen, kann somit entfallen. Das wenigstens eine Leitungselement ist dabei vorzugsweise mit dem Kunststoff des Rahmenfußteils bzw. des Rahmenoberteils umspritzt. Alternativ ist das wenigstens eine Leitungselement in das Rahmenfußteil bzw. in das Rahmenoberteil eingepresst (beispielsweise in einen hierzu ausgesparten „Kanal“) oder mittels Ultraschall eingebettet. Bei dem Leitungselement handelt es sich beispielsweise um einen Metalldraht oder -stift, der an seinen beiden Enden jeweils einen Pressfit-Kontakt, d. h. eine Art Dorn, der in das zu kontaktierende Element eingepresst wird, einen Bond-Kontakt, einen Lötkontakt oder dergleichen aufweist.
Die erfindungsgemäße elektronische Schaltungsbaugruppe umfasst das vorstehend genannte Trägerbauteil, sowie wenigstens eine an diesem Trägerbauteil angeordnete elektrische Komponente. Des Weiteren umfasst die elektronische Schaltungsbaugruppe den vorstehend beschriebenen Rahmen. Das Rahmenfußteil ist dabei mittels eines Laserstrahl-Fügeverfahrens an dem Trägerbauteil umlaufend mediendicht befestigt. Der von dem Rahmen, konkret von dem Rahmenfußteil und dem Rahmenoberteil umrandete Innenraum ist dabei auf einer von dem Rahmenfußteil (d. h. von dem Trägerbauteil) abgewandten Seite (auch als „Oberseite“ bezeichnet) von einem aus laserstrahltransparentem Kunststoff gebildeten Deckelement (insbesondere dem vorstehend beschriebenen Deckel) mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen mediendicht eingehaust (d. h. abgeschlossen).
Vorzugsweise ist das Deckelement dabei an dem unmittelbar an dem Rahmenfußteil befestigten Rahmenoberteil mediendicht „angeschweißt“. Alternativ, insbesondere für den Fall, dass an dem Rahmenoberteil mittels des vorstehend beschriebenen Adapters ein weiteres Rahmenoberteil befestigt ist, ist das Deckelement zweckmäßigerweise an diesem „zweiten“ oder weiteren Rahmenoberteil mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen stoffschlüssig und mediendicht befestigt.
Durch das Laserstrahl-Fügeverfahren ist vorteilhafterweise eine mediendichte Verbindung zwischen dem Rahmenfußteil und dem Trägerbauteil ausgebildet. Das Laserstrahl-Fügeverfahren zur Befestigung des Rahmens an dem Trägerbauteil (sowie zur Befestigung der Rahmenbauteile untereinander) ermöglicht dabei eine einfache und insbesondere schnelle, d. h. Zeit sparende, Ausbildung der jeweiligen Verbindung. Insbesondere sind dabei keine Härtezeiten für Kleber, Bohrungen für Schraubverbindungen oder zusätzliche Dichtungselemente nötig.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist das Trägerbauteil aus einem laserstrahl-absorbierenden, insbesondere thermoplastischen Kunststoff gebildet. In diesem Fall handelt es sich bei dem Laserstrahl-Fügeverfahren um Kunststoff-Laserstrahlschweißen. Das Rahmenfußteil ist somit an dem Trägerbauteil angeschweißt.
In einer alternativen Ausführung ist das Trägerbauteil aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium gebildet. In diesem Fall handelt es sich bei dem Laserstrahl-Fügeverfahren, mittels dessen das Rahmenfußteil an dem Trägerbauteil befestigt ist, um ein im Folgenden als Metall-Kunststoff-Laserfügeverfahren bezeichnetes Verfahren. Dabei wird zunächst die Oberfläche, konkret der Oberflächenbereich des Trägerbauteils, auf dem das Rahmenfußteil nachfolgend aufgesetzt wird, vorzugsweise mittels eines Laserstrahls mikrostrukturiert. Anschließend wird das Rahmenfußteil insbesondere mit seinem Flansch auf diesen mikrostrukturierten Bereich aufgesetzt und mittels eines Laserstrahls durchstrahlt. Dabei wird das Metall des Trägerbauteils lokal erwärmt, wodurch sich aufgrund von Wärmeleitung der Kunststoff des Rahmenfußteils ebenfalls erwärmt. Bei Erreichen der Schmelztemperatur des Kunststoffs fließt dieser – unter Wirkung eines auf das Rahmenfußteil und das Trägerbauteil aufgebrachten Fügedrucks – in die Mikrostrukturen des Trägerbauteils ein und bildet dabei eine formschlüssige Verkrallung sowie insbesondere zusätzlich nach Art einer Schmelzklebeverbindung eine stoffschlüssige und somit mediendichte Verbindung aus. Die Ausbildung des Trägerbauteils aus Metall ist insbesondere vorteilhaft, da das Trägerbauteil somit zusätzlich zu seiner Tragfunktion auch zur Wärmeableitung der im Betrieb der Schaltungsbaugruppe an deren elektrischen Komponenten anfallenden Wärme dienen kann. Vorzugsweise ist der thermoplastische Kunststoff des Rahmenfußteils derart gewählt, dass dieser gute Hafteigenschaften zu dem Metall des Trägerbauteils aufweist (d. h. eine „feste“ Klebeverbindung mit diesem eingeht).
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, insbesondere für den Fall, dass das Rahmenoberteil die sich in den Innenraum erstreckende Querwand aufweist, auf der Leiterbahnen aufstrukturiert sind, ist an dieser Querwand wenigstens eine elektrische Komponente angeordnet, die mit den Leiterbahnen der Querwand kontaktiert ist. Vorzugsweise ist diese elektrische Komponente auch mittels des gegebenenfalls vorhandenen und in das Rahmenfußteil bzw. das Rahmenoberteil integrierten Leitungselements mit einer weiteren elektrischen Komponente kontaktiert.
In einer alternativen Ausführung umfasst die elektronische Schaltungsbaugruppe einen Schaltungsträger, auf dem wenigstens eine elektrische Komponente angeordnet ist. Dieser Schaltungsträger ist dabei an dem Rahmenoberteil insbesondere an dessen vorstehend beschriebenen „zweiten“ Fügefläche gehaltert. Auch in diesem Fall ist vorzugsweise die elektrische Komponente mit dem gegebenenfalls vorhandenen, integrierten Leitungselement kontaktiert.
In einer weiteren alternativen oder optional zusätzlichen Ausführung ist an dem Deckelement, das den Innenraum zur Oberseite des Rahmens hin abschließt, zweckmäßigerweise eine elektrische Komponente angeordnet. In diesem Fall ist das Deckelement vorzugsweise mit aufstrukturierten Leiterbahnen versehen und optional mit dem in das Rahmenunterteil bzw. das Rahmenoberteil integrierte Leitungselement kontaktiert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einem schematischen Querschnitt einen Rahmen zum Aufbau einer Einhausung an einer elektronischen Schaltungsbaugruppe,
2 bis 8 in Ansicht gemäß 1 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rahmens,
9 in Ansicht gemäß 1 einen Ausschnitt einer elektronischen Schaltungsbaugruppe in einem teilmontierten Zustand,
10 und 11 in Ansicht gemäß 1 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Deckelements zur Montage an dem Rahmen,
12 in Ansicht gemäß 9 die elektronische Schaltungsbaugruppe, und
13 bis 16 in Ansicht gemäß 9 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektronischen Schaltungsbaugruppe in einem bestimmungsgemäßen Endmontagezustand.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Rahmen 1 dargestellt, der zum Aufbau einer Einhausung für eine elektrische Kontaktstelle und/oder eine elektrische Komponente einer elektronischen Baugruppe 2 (vgl. 12) dient. Der Rahmen umfasst dazu ein Rahmenfußteil 4 und ein Rahmenoberteil 6. Das Rahmenfußteil 4 ist dabei aus einem thermoplastischen, laserstrahltransparenten und laserstrahlschweißbaren Kunststoff gebildet. Das Rahmenoberteil 6 ist aus einem thermoplastischen, laserstrahlabsorbierenden und laserstrahlschweißbaren Kunststoff gebildet. Das Rahmenfußteil 4 und das Rahmenoberteil 6 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel ringförmig geschlossen ausgebildet, sodass sie im aneinander montierten Zustand einen wenigstens zum Teil durch einen Durchbruch des Rahmenfußteils 4 gebildeten Innenraum 8 umlaufend umranden. Das Rahmenfußteil 4 und das Rahmenoberteil 6 bilden mithin eine Gehäusewand, die ringförmig geschlossen um den Innenraum 8 umläuft.
Zur Zentrierung des Rahmenoberteils 6 zu dem Rahmenfußteil 4 (konkret zu dessen Druchbruch) weist das Rahmenfußteil 4 eine Ringnut 10 auf, in die das Rahmenoberteil 6 mit einem komplementär ausgebildeten Ringsteg 12 eingeschoben ist. Am Nutgrund der Ringnut 10 ist mittels eines Kunststoff-Laserstrahl-Schweißverfahrens eine entlang der Ringnut 10 umlaufende Schweißnaht 14 ausgebildet. Dadurch ist das Rahmenoberteil 6 stoffschlüssig und mediendicht mit dem Rahmenfußteil 4 verbunden.
Zur Montage an einem Trägerbauteil 16 der Schaltungsbaugruppe 2 (vgl. 9 und 12) umfasst das Rahmenfußteil 4 einen zur Außenseite des Innenraums 8 vorstehenden Flansch 18. An diesem Flansch 18 ist eine Fügefläche 20 angeordnet, die zur Auflage und Verbindung an bzw. mit dem Trägerbauteil 16 dient.
Zur mediendichten Anbindung eines weiteren Anbauteils weist das Rahmenoberteil 6 auf der dem Ringsteg 12 entgegengesetzten Seite einen weiteren Ringsteg 22 auf, an dem eine Schweißfläche 24 ausgebildet ist. Diese Schweißfläche 24 dient zur Verbindung mit dem Anbauteil, das in diesem Fall gleichermaßen wie das Rahmenfußteil 4 aus einem laserstrahltransparenten, thermoplastischen Kunststoff gebildet ist.
In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiels des Rahmens 1 dargestellt. In diesem Fall weist das Rahmenoberteil 6 innenseitig, d.h. in den Innenraum 8 weisend, eine Haltestruktur auf, die zur Halterung eines Schaltungsträgers dient. Die Haltestruktur ist in diesem Fall durch einen weiteren Ringsteg 26 gebildet, an dem eine weitere Fügefläche 28 ausgebildet ist. An dieser Fügefläche 28 kann der Schaltungsträger beispielsweise durch Kunststoff-Laserschweißen, Kleben oder dergleichen befestigt werden.
In 3 und 4 sind jeweils unterschiedliche Ausführungsbeispiele des zur Halterung des Schaltungsträgers dienenden Ringstegs 26 des Rahmenoberteils 6 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist das Rahmenoberteil 6 dabei zwei dieser Ringstege 26 mit an deren jeweiligem Ende ausgebildeten Fügeflächen 28 auf.
In 5 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des Rahmens 1 dargestellt. Der Rahmen 1 dient in diesem Fall zur Einhausung zweier Innenräume 8, die voneinander getrennt mittels zweier Rahmenoberteile 6 umrandet sind. Das Rahmenfußteil 4 weist in diesem Fall zwei Durchbrüche auf, die jeweils einen Teil des entsprechenden Innenraums 8 bilden. Des Weiteren weist das Rahmenfußteil 4 zwei Ringnuten 10 der vorstehend beschriebenen Art auf. Bildlich gesprochen ist das Rahmenfußteil 4 dieses Ausführungsbeispiels also durch zwei einstückig miteinander verbundene Rahmenfußteile der im Rahmen der vorstehenden Ausführungsbeispiele beschriebenen Art gebildet.
In 6 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des Rahmens 1 dargestellt. Das Rahmenoberteil 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine sich quer durch den Innenraum 8 erstreckende Querwand 30 auf, auf der Leiterbahnen 32 aufstrukturiert sind. Diese Querwand 30 stellt dabei einen integral mit dem Rahmenoberteil 6 ausgebildeten Schaltungsträger dar.
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rahmens 1, dessen Rahmenoberteil 6 die Querwand 30 aufweist, dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind in das Rahmenunterteil 4 Leitungselemente 34 integriert, die in 7 unterhalb der Abbildung des Rahmens 1 separat im Einzelnen dargestellt sind. Die Leitungselemente 34 dienen dabei zur Kontaktierung von auf der Querwand 30 angeordneten und mit den Leiterbahnen 32 kontaktierten elektrischen Komponenten mit in einem unteren Bereich des Innenraums 8 oder unterhalb des Rahmenfußteils 4 angeordneten weiteren elektrischen Komponenten. Die Leitungselemente 34 umfassen dabei an ihren jeweiligen Kontaktenden 36 wahlweise Lötkontakte 38, Pressfit-Kontakte 40, Bond-Kontaktflächen 42 zur Anbindung von Bonddrähten 44, oder „Fügepads“ 46, an denen flexible Leiterfolien schweißtechnisch (beispielsweise mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen) angebunden und dabei mit dem jeweiligen Leitungselement 34 elektrisch kontaktiert werden können.
In einem in 8 dargestellten, weiteren Ausführungsbeispiel des Rahmens 1 sind die vorstehend beschriebenen Leitungselemente 34 in das Rahmenoberteil 6, konkret in an der Querwand 30 angeordnete Vorsprünge 48 integriert.
In 9 ist die elektronische Schaltungsbaugruppe 2 in einem teilmontierten Zustand dargestellt. Der Rahmen 1 ist dabei an dem Trägerbauteil 16 mittels einer Kunststoff-Laserschweißnaht 50 ringförmig geschlossen mediendicht befestigt. In diesem Fall ist das Trägerbauteil 16 mithin aus einem laserstrahlabsorbierenden, thermoplastischen (und laserstrahlschweißbaren) Kunststoff gebildet. Das Trägerbauteil 16 weist dabei zwei Fenster 52 auf, die dazu dienen, in dem Innenraum 8 angeordnete elektrische Komponenten von einer Unterseite 54 des Trägerbauteils 16 her zu kontaktieren.
In einem alternativen, ebenfalls anhand von 9 erläuterten Ausführungsbeispiel ist das Trägerbauteil 16 aus Metall gebildet. In diesem Fall ist zwischen dem Flansch 18 und der korrespondierenden Oberfläche des Trägerbauteils 16 anstelle der Kunststoff-Laserschweißnaht 50 eine Metall-Kunststoff-Laserfügenaht ausgebildet, die entlang des Flansches 18 ringförmig geschlossen den Innenraum 8 umrandet. Auch in diesem Fall ist der Rahmen 1, konkret das Rahmenfußteil 4, mediendicht an dem Trägerbauteil 16 gehaltert.
In 10 ist ein Deckelement 60 zur Abdeckung und zum mediendichten Verschluss des Innenraums 8 an dem Rahmenoberteil 6 dargestellt. Das Deckelement 60 umfasst dabei einen aus laserstrahltransparentem, thermoplastischem Kunststoff gebildeten „Deckel“ 62. Dieser Deckel 62 weist einen Zentrierabsatz 64 auf, der im bestimmungsgemäßen Montagezustand (vgl. 12) in den Innenraum 8 vorsteht. Des Weiteren ist an dem Deckel 62 eine Schweißfläche 66 ausgebildet, mit der der Deckel 62 bei der Montage der Schaltungsbaugruppe 2 auf der Schweißfläche 24 des Rahmenoberteils 6 aufliegt. Das Deckelement 60 umfasst des Weiteren einen Schaltungsträger (hier gebildet durch eine Leiterplatte 68), der auf einer Unterseite des Deckels 62 fixiert ist. An der Leiterplatte 68 sind dabei nicht näher dargestellte Leiterbahnen sowie zwei „Bondpads“ 70 angeordnet. Die Bondpads 70 dienen dazu, mit wenigstens einem Bonddraht 44 verbunden und kontaktiert zu werden.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel, dargestellt in 11, weist das Deckelement 60 direkt auf den Deckel 62 aufstrukturierte Leiterbahnen 32 sowie mit diesen Leiterbahnen 32 kontaktierte Bondpads 70 und als elektrische Komponenten zwei integrierte Schaltkreise 72 auf. Somit entfällt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 die Leiterplatte 68 an dem Deckel 62.
In 12 ist der bestimmungsgemäße Montagezustand des Deckelements 60 an dem Rahmen 1 dargestellt. Das Deckelement 60 ist dabei mittels einer weiteren Kunststoff-Laserschweißnaht 74 an dem Rahmenoberteil 6 stoffschlüssig und mediendicht (analog zur Befestigung des Rahmenoberteils 6 an dem Rahmenfußteil 4) befestigt. An der Unterseite 54 des Trägerbauteils 16 sind dabei weitere Leiterplatten 68 angeordnet. Diese sind mittels jeweiliger Bonddrähte 44 durch die Fenster 52 des Trägerbauteils 16 hindurch mit den Bondpads 70 der Leiterplatte 68 des Deckelements 60 kontaktiert. Dadurch können die beiden unterseitig zu dem Trägerbauteil 16 angeordneten Leiterplatten 68, konkret auf diesen angeordnete (nicht näher dargestellte) elektrische Komponenten unter Nutzung einer zusätzlichen („zweiten“) Ebene der Schaltungsbaugruppe 2 (im Hinblick auf die unterhalb des Trägerbauteils 16 liegende „erste Ebene“) miteinander kontaktiert werden, ohne dass auf der Unterseite 54 des Trägerbauteils 16 hierfür Leitungen verlegt werden müssten. Somit kann die Kontaktierung von insbesondere auf der Unterseite 54 des Trägerbauteils 16 räumlich getrennt voneinander angeordneten Schaltungseinheiten (d. h. Gruppen von funktionstechnisch zusammengefassten elektrischen Komponenten) untereinander vereinfacht und insbesondere sich kreuzende Leitungen vermieden werden.
In 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltungsbaugruppe 2 im bestimmungsgemäßen (End-)Montagezustand dargestellt. Der Innenraum 8 des Rahmens 1 ist in diesem Fall ebenfalls mittels des Deckelements 60 (das in diesem Fall alternativ zu dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ausgeführt ist) mittels der Kunststoff-Laserschweißnaht 74 stoffschlüssig und mediendicht verschlossen. Die an dem Deckel 62 angeordnete Leiterplatte 68 ist in diesem Fall außerdem mit einem Sensorelement 76 mittels der vorstehend beschriebenen Pressfit-Kontakte 40 signalübertragungstechnisch verbunden. Das Sensorelement 76 weist dabei ein laserstrahltransparentes, aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildetes Sensorgehäuse auf, das mit dem Trägerbauteil 16 – analog zu dem Rahmenfußteil 4 – mittels einer Kunststoff-Laserschweißnaht 50 verbunden ist. Die Pressfit-Kontakte 40 ragen dabei durch eines der Fenster 52 des Trägerbauteils von dessen Unterseite 54 her in den Innenraum 8 vor. Die Kunststoff-Laserschweißnaht 50 zwischen dem Sensorelement 7 und dem Trägerbauteil 16 ermöglicht dabei eine weitestgehende Entkopplung der Pressfit-Kontakte 40 von Vibrationen etc.
Des Weiteren umfasst die Schaltungsbaugruppe 2 einen Elektronikdeckel 78, der auf der Unterseite 54 des Trägerbauteils 16 angeordnet ist. Der Elektronikdeckel 78 umhaust die ebenfalls auf der Unterseite 54 an dem Trägerbauteil 16 angeordnete Leiterplatte 68, die auf dieser angeordneten elektrischen Komponenten (bspw. den integrierten Schaltkreis 72), und die Kontaktstellen des Bonddrahts 44 zu dieser Leiterplatte 68 sowie zu den Bondpads 70 der an dem Deckel 62 angeordneten Leiterplatte 68 mediendicht. Dazu ist der Elektronikdeckel 78 mittels einer weiteren Kunststoff-Laserschweißnaht 50 an dem Trägerbauteil 16 befestigt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 sowie in allen anderen Ausführungsbeispielen ist die jeweilige Kunststoff-Laserschweißnaht 50 zwischen dem Rahmenfußteil 4 bzw. dem Sensorelement 76 bzw. dem Elektronikdeckel 78 und dem Trägerbauteil 16 für den Fall, dass das Trägerbauteil 16 aus einem Metall gebildet ist, durch eine Metall-Kunststoff-Laserfügenaht ersetzt.
In 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltungsbaugruppe 2 dargestellt. In diesem Fall bildet das Rahmenfußteil 4 einen Deckel über mehrere an der Oberseite des Trägerbauteils 16 angeordnete Leiterplatten 68. An dem Rahmenfußteil 4 sind dabei mehrere Rahmenoberteile 6 angeordnet, die jeweils zusammen mit dem Rahmenfußteil 4 einen Durchbruch des Rahmenfußteils 4 und somit jeweils einen zugeordneten Innenraum 8 umranden. An dem jeweiligen Rahmenoberteil 6 sind dabei zum Verschluss des jeweiligen Innenraums 8 ein Sensorelement 76 mit seinem Sensorgehäuse oder – in den drei anderen Fällen – jeweils als ebene Platte ausgebildete Deckel 62 mittels der Kunststoff-Laserschweißnaht 74 mediendicht angebunden. Das Rahmenfußteil 4 ist mit seinem Flansch 18 mittels der Kunststoff-Laserschweißnaht 50 an dem Trägerbauteil 16 umlaufend um alle Leiterplatten 68 mediendicht an dem Trägerbauteil 16 fixiert. In dem jeweiligen Innenraum 8 sind beispielsweise Lötkontakte 38 oder ein Bonddraht 44 mit seinen jeweiligen Kontaktstellen zu den nebeneinander angeordneten Leierplatten 68 mediendicht eingehaust. Des Weiteren ist – im rechten Teil der 14 – in einem der Innenräume 8 eine als Chipmodul 80 bezeichnete elektrische Komponente, konkret ein Schaltungsträger mit darauf angeordneten weiteren elektronischen Komponenten (einzelnen „Chips“), angeordnet und mittels Bonddrähten 44 mit den benachbarten Leiterplatten 68 kontaktiert. Das Chipmodul 80, die Bonddrähte 44 sowie deren Kontaktstellen sind dabei in dem entsprechenden Innenraum 8 mediendicht eingehaust. Auf der Unterseite 54 des Trägerbauteils 16 ist ein zusätzliches Sensorelement 76 angeordnet, mittels dessen Sensorgehäuse zwei benachbarte Fenster 52 des Trägerbauteils 16 durch eine zugeordnete Kunststoff-Laserschweißnaht 50 mediendicht verschlossen sind.
In 15 ist ein zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 14 vergleichbares Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Lötanschlüsse 38 durch Pressfit-Kontakte 40 ersetzt sind. Des Weiteren ist das Trägerbauteil 16 aus einem tiefgezogenen Stahlblech ausgebildet. In diesem Fall sind die Kunststoff-Laserschweißnähte 50 durch die vorstehend beschriebenen Metall-Kunststoff-Laserfügenähte ersetzt.
In 16 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltungsbaugruppe 2 dargestellt. In diesem Fall umfasst die Schaltungsbaugruppe 2 zwei Trägerbauteile 16, zwischen die mittels jeweiliger Laminatschichten 82 mehrere Leiterplatten 68 einlaminiert sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Rahmenfußteil 4 einerseits die integrierten Leitungselemente 34 sowie andererseits eine in den Innenraum 8 eingezogene Querwand 84, an der eine weitere Leiterplatte 68 mit darauf angeordneten elektrischen Komponenten (bspw. einem integrierten Schaltkreis 72) angeordnet ist. Diese elektrischen Komponenten sind mittels jeweiliger Bonddrähte 44 über die Leitungselemente 34 mit den zwischen den Trägerbauteilen 16 einlaminierten Leiterplatten 68 kontaktiert. Unterhalb der Querwand 84 ist in dem Innenraum 8 außerdem ein Chipmodul 80 der vorstehend beschriebenen Art angeordnet. Somit wird der durch den Innenraum 8 gebildete Elektronikraum „mehrstöckig“ genutzt. Dies ist beispielsweise von Vorteil, wenn zum Betrieb des Chipmoduls 80 und der auf der Querwand 84 angeordneten elektrischen Komponenten unterschiedliche Spannungswerte und/oder Stromstärken erforderlich sind.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Rahmen
2: Baugruppe
4: Rahmenfußteil
6: Rahmenoberteil
8: Innenraum
10: Ringnut
12: Ringsteg
14: Schweißnaht
16: Trägerbauteil
18: Flansch
20: Fügefläche
22: Ringsteg
24: Schweißfläche
26: Ringsteg
28: Fügefläche
30: Querwand
32: Leiterbahn
34: Leitungselement
36: Kontaktende
38: Lötkontakt
40: Pressfit-Lötkontakt
42: Bond-Kontaktfläche
44: Bonddraht
46: Fügepad
48: Vorsprung
50: Kunststoff-Laserschweißnaht
52: Fenster
54: Unterseite
60: Deckelement
62: Deckel
64: Zentrierabsatz
66: Schweißfläche
68: Leiterplatte
70: Bondpad
72: integrierter Schaltkreis
74: Kunststoff-Laserschweißnaht
76: Sensorelement
78: Elektronikdeckel
80: Chipmodul
82: Laminatschicht
84: Querwand

Claims

Rahmen (1) zum Aufbau einer Einhausung an einer elektronischen Schaltungsbaugruppe (2), – mit einem einen Durchbruch ringförmig geschlossen umrandenden, aus laserstrahltransparentem Kunststoff gebildeten Rahmenfußteil (4), wobei das Rahmenfußteil (4) zur Befestigung an einem Trägerbauteil (16) der elektronischen Schaltungsbaugruppe (2) eingerichtet ist, und – mit einem ringförmigen, aus laserstrahlabsorbierendem Kunststoff gebildeten Rahmenoberteil (6), wobei das Rahmenfußteil (4) und das Rahmenoberteil (6) an komplementär ausgebildeten Fügeflächen mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen um den Durchbruch des Rahmenfußteils (4) umlaufend miteinander mediendicht verbunden sind.
Rahmen (1) nach Anspruch 1, wobei das Rahmenfußteil (4) einen Flansch (18) aufweist, an dem eine Befestigungsfläche (20) für eine Befestigung an dem Trägerbauteil (16) mittels eines Laserstrahlfügeverfahrens ausgebildet ist.
Rahmen (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rahmenfußteil (4) eine Nut (10) zur Zentrierung des Rahmenoberteils (6) aufweist.
Rahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Rahmenoberteil (6) eine Schweißfläche (24) aufweist, an der im bestimmungsgemäßen Montagezustand des Rahmens (1) in der elektronischen Schaltungsbaugruppe (2) ein aus laserstrahltransparentem Kunststoff gebildetes Element (60, 76) mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen angebunden ist.
Rahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Rahmenoberteil (6) eine Fügefläche (28) zur Halterung eines Schaltungsträgers (68) innerhalb eines von dem Rahmenfußteil (4) und dem Rahmenoberteil (6) umrandeten Innenraums (8) aufweist.
Rahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Rahmenoberteil (6) eine sich zu dem von dem Rahmenfußteil (4) und dem Rahmenoberteil (6) umrandeten Innenraum (8) erstreckende Querwand (30) aufweist, auf der Leiterbahnen (32) aufstrukturiert sind.
Rahmen (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei in das Rahmenfußteil (4) und/oder in das Rahmenoberteil (6) wenigstens ein Leitungselement (34) integriert ist, das im bestimmungsgemäßen Montagezustand des Rahmens (1) in der elektronischen Schaltungsbaugruppe (2) zur elektrischen Kontaktierung einer im Bereich des Rahmenoberteils (6) angeordneten elektrischen Komponente (72, 80) mit einer weiteren im Bereich des Rahmenfußteils (4) angeordneten elektrischen Komponente (72, 80) dient.
Elektronische Schaltungsbaugruppe (2), – mit einem Trägerbauteil (16), – mit wenigstens einer mittelbar oder unmittelbar an dem Trägerbauteil (16) angeordneten elektrischen Komponente (72, 80), und – mit dem Rahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Rahmenfußteil (4) mittels eines Laserstrahlfügeverfahrens an dem Trägerbauteil (16) umlaufend mediendicht befestigt ist, und wobei der von dem Rahmenfußteil (4) und dem Rahmenoberteil (6) umrandete Innenraum (8) auf einer von dem Rahmenfußteil (4) abgewandten Seite von einem aus laserstrahltransparentem Kunststoff gebildeten Deckelement (60, 76) mittels Kunststoff-Laserstrahlschweißen mediendicht eingehaust ist.
Elektronische Schaltungsbaugruppe (2) nach Anspruch 8, wobei das Trägerbauteil (16) aus laserstrahlabsorbierendem Kunststoff oder aus Metall gebildet ist.
Elektronische Schaltungsbaugruppe (2) nach Anspruch 8 oder 9, wobei an dem Deckelement (60) wenigstens eine elektrische Komponente (72, 80) angeordnet ist.
Elektronische Schaltungsbaugruppe (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Rahmenoberteil (6) die sich in den Innenraum (8) erstreckende Querwand (30) aufweist, auf der Leiterbahnen (32) aufstrukturiert sind, und wobei die Querwand (30) wenigstens eine elektrische Komponente (72, 80) trägt, die mit den Leiterbahnen (32) kontaktiert ist.