DE102017212855A1 - Electronic unit with printed circuit board and manufacturing process - Google Patents

Electronic unit with printed circuit board and manufacturing process Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Steuergerät umfassend eine Leiterplatte (1) mit auf mindestens einer Leiterplattenoberfläche angeordneten elektronischen Bauelementen (2), ein Kühlelement (3) sowie ein Umspritzmaterial (5), welches die elektronischen Bauelemente (2) vollständig und das Kühlelement (5) zumindest teilweise umgibt, wobei zwischen dem Kühlelement (3) und dem Umspritzmaterial (5) zumindest abschnittsweise eine umspritzmaterialabweisendes Material (4) vorhanden ist, welche geeignet ist eine Anhaftung des Umspritzmaterials (5) an dem Kühlelement (3) zu verhindern.The invention relates to an electronic control device comprising a printed circuit board (1) with electronic components (2) arranged on at least one printed circuit board surface, a cooling element (3) and an encapsulation material (5) which completely encloses the electronic components (2) and the cooling element (5). at least partially surrounds, wherein between the cooling element (3) and the encapsulation material (5) at least partially a Umspritzmaterialabweisendes material (4) is present, which is suitable to prevent adhesion of the encapsulation material (5) on the cooling element (3).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Steuergerät und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.The present invention relates to an electronic control device and a method according to the independent claims.

Elektronische Steuergeräte, z.B. Getriebesteuergeräte werden häufig im Inneren des Getriebes platziert, wo sie von Getriebeöl umgeben sind. Dort haben die elektronischen Bauelemente der Steuergeräte hohe Temperaturanforderungen auszuhalten. Gleichzeitig müssen die elektronischen Bauelemente hohe elektrische Lasten schalten, weswegen üblicherweise Kühlelemente eingesetzt werden. Die elektronischen Steuergeräte sind dabei derart aufgebaut, dass die auf einer Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelemente gegen das Getriebeöl mit einem Kunststoff, z.B. einem Duroplast umspritzt werden. Zur Entwärmung der elektronischen Bauelemente wird üblicherweise in Kühlelement, z.B. ein Aluminiumteil zumindest teilweise umspritzt. Als Kühlelement kommt üblicherweise ein Element zum Einsatz, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als das Umspritzmaterial. Zur Verbesserung der Entwärmung der elektronischen Bauelemente haftet das Umspritzmaterial am Kühlkörper an. Durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der elektronischen Bauelemente und des Kühlkörpers bzw. des Umspritzmaterials kann es zu mechanischen Spannungen innerhalb des Umspritzmaterials kommen, die zu einem Abreißen und damit einer Zerstörung der elektronischen Bauelemente führen.Electronic control devices, e.g. Transmission control units are often placed inside the transmission where they are surrounded by transmission oil. There, the electronic components of the control units have to withstand high temperature requirements. At the same time, the electronic components must switch high electrical loads, which is why cooling elements are usually used. The electronic control devices are constructed such that the arranged on a printed circuit board electronic components against the transmission oil with a plastic, e.g. To be encapsulated in a thermoset. For cooling the electronic components is usually in cooling element, e.g. an aluminum part at least partially encapsulated. As a cooling element is usually an element is used, which has a higher thermal conductivity than the overmolding material. To improve the cooling of the electronic components, the overmolding material adheres to the heat sink. By different thermal expansions of the electronic components and the heat sink or the Umspritzmaterials there may be mechanical stresses within the Umspritzmaterials that lead to tearing and thus destruction of the electronic components.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Steuergerät anzugeben, bei welchem trotz unterschiedlicher Wärmeausdehnungen von elektronischen Bauelementen und Kühlkörper und/oder Umspritzmaterial, keine oder nur geringe mechanischen Spannungen auftreten, welche die elektronischen Bauelemente nicht zerstören.The object of the invention is to provide an electronic control unit, in which, despite different thermal expansions of electronic components and heat sink and / or Umspritzmaterial, little or no mechanical stresses occur which do not destroy the electronic components.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved with the features of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of dependent claims.

Das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät umfasst eine Leiterplatte mit auf mindestens einer Leiterplattenoberfläche angeordneten elektronischen Bauelementen, ein Kühlelement sowie ein Umspritzmaterial, welches die elektronischen Bauelemente vollständig und das Kühlelement zumindest teilweise umgibt. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Kühlelement und dem Umspritzmaterial zumindest abschnittsweise eine umspritzmaterialabweisendes Material vorhanden, welche geeignet ist eine Anhaftung des Umspritzmaterials an dem Kühlelement zu verhindern.The electronic control unit according to the invention comprises a printed circuit board with electronic components arranged on at least one printed circuit board surface, a cooling element and an encapsulation material which completely surrounds the electronic components and at least partially surrounds the cooling element. According to the invention, at least in sections, an overmold material-repellent material is present between the cooling element and the encapsulation material, which material is suitable for preventing an adhesion of the encapsulation material to the cooling element.

Dadurch wird sichergestellt, dass das Umspritzmaterial nicht an dem Kühlelement anhaftet. Aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen von Umspritzmaterial und Kühlelement treten keine mechanischen Spannungen mehr zwischen Umspritzmaterial und Kühlelement auf. Auftretende Wärmeausdehnungen werden durch das umspritzmaterialabweisende Material, welches in einer Ausführungsform der Erfindung ein Öl, insbesondere ein Getriebeöl sein kann, aufgenommen und neutralisiert, so dass keine Spannungen zwischen Umspritzmaterial und Kühlelement übertragen werden können. Das umspritzmaterialabweisende Material dient dabei als Wärmeleiter zwischen dem Umspritzmaterial und dem Kühlelement. Somit werden Wärmebrücken vermieden und die von den elektronischen Bauelementen erzeugte Wärme kann effektiv über das Umspritzmaterial und das umspritzmaterialabweisende Material an das Kühlelement geleitet werden.
Darüber hinaus können aufwändige Reinigungsprozesse für die Oberfläche des Kühlelements eingespart werden, z.B. um eine Anhaftung des Umspritzmaterials an das Kühlelement zu verbessern.This ensures that the overmolding material does not adhere to the cooling element. Due to different thermal expansions of extrusion material and cooling element, no mechanical stresses occur between the encapsulation material and the cooling element. Occurring thermal expansions are absorbed and neutralized by the extrusion material, which in one embodiment of the invention may be an oil, in particular a transmission oil, so that no stresses can be transmitted between the encapsulation material and the cooling element. The overmold material repellent material serves as a heat conductor between the encapsulation material and the cooling element. Thus, thermal bridges are avoided and the heat generated by the electronic components can be effectively passed to the cooling element via the overmolding material and the overmold material.
In addition, elaborate cleaning processes for the surface of the cooling element can be saved, for example in order to improve the adhesion of the extrusion coating material to the cooling element.

In einer Ausführungsform kann das Umspritzmaterial ein Duroplast sein.In one embodiment, the overmold material may be a duroplastic.

In einer weiteren Ausführungsform kann zwischen dem Kühlelement und dem Umspritzmaterial zumindest abschnittsweise ein Spalt vorhanden sein, welcher in direktem Kontakt mit der Umgebung steht. Dadurch ist es möglich, dass das umspritzmaterialabweisende Material zwischen das Kühlelement und das Umspritzmaterial fließen kann. Zweckmäßig ist das umspritzmaterialabweisende Material hierbei diejenige Flüssigkeit bzw. dasjenige Medium, in welchem sich das elektronische Steuergerät befindet.In a further embodiment, a gap may be present at least in sections between the cooling element and the extrusion material, which gap is in direct contact with the environment. As a result, it is possible that the extrusion material-repellent material can flow between the cooling element and the extrusion material. The overmold material is expediently the liquid or the medium in which the electronic control unit is located.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Steuergeräts. In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Leiterplatte mit auf zumindest einer Oberfläche der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelementen bereitgestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Kühlelement bereitgestellt. Anschließend wird ein Material mit umspritzmaterialabweisenden Eigenschaften auf das Kühlelement aufgebracht. Anschließend wird das Kühlelement auf der Leiterplatte aufgebracht. Abschließend werden die elektronischen Bauelemente und zumindest abschnittsweise das Kühlelement umspritzt.Another aspect of the invention is a method of manufacturing an electronic controller. In a first method step, a printed circuit board is provided with electronic components arranged on at least one surface of the printed circuit board. In a further method step, a cooling element is provided. Subsequently, a material with Umspritzmaterialabweisenden properties is applied to the cooling element. Subsequently, the cooling element is applied to the circuit board. Finally, the electronic components and at least partially the cooling element are encapsulated.

Die Erfindung sowie weitere Vorteile der Erfindung werden im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines elektronisches Steuergeräts in Schnittdarstellung in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine schematische Darstellung eines elektronisches Steuergeräts in Schnittdarstellung in einer weiteren Ausführungsform,
  • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
The invention and further advantages of the invention will be explained in more detail with reference to figures. Show it:
  • 1 a schematic representation of an electronic control device in a sectional view in a first embodiment,
  • 2 a schematic representation of an electronic control device in a sectional view in a further embodiment,
  • 3 a schematic representation of a process sequence according to the invention.

1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines elektronischen Steuergeräts in einer Schnittdarstellung in einer ersten Ausführungsform. Das elektronische Steuergerät S weist eine Leiterplatte 1 mit elektronischen Bauelementen 2 auf, wobei die elektronischen Bauelemente 2 auf der Leiterplatte 1 angeordnet sind. Auf der Leiterplatte 1 ist ein Kühlelement 3 angeordnet. Dieses Kühlelement 3 dient z.B. der Abführung der von den elektronischen Bauelementen 2 verursachten Wärme an eine nicht näher dargestellte Wärmesenke. Die elektronischen Bauelemente 2 sind von einem Umspritzmaterial 5 umgeben. Dieses Umspritzmaterial 5 befindet sich im Wesentlichen zwischen der Leiterplatte 1 und dem Kühlelement 3 bzw. zwischen den elektronischen Bauelementen 2 und dem Kühlelement 3. Das Umspritzmaterial 5 dient z.B. dazu, die elektronischen Bauelemente 2 von Medien aus der Umgebung 7 abzuschließen. Da das elektronische Steuergerät 1 vorzugsweise in einem Getriebe und somit in einer Umgebung 7 von Getriebeöl angeordnet ist, schützt das Umspritzmaterial 5 die elektronischen Bauelemente 2 einerseits vor dem Getriebeöl und andererseits vor Ablagerungen im Getriebeöl, welche in den elektronischen Bauelemente 2 Kurzschlüsse verursachen könnten. 1 shows by way of example a schematic representation of an electronic control device in a sectional view in a first embodiment. The electronic control unit S has a circuit board 1 with electronic components 2 on, with the electronic components 2 on the circuit board 1 are arranged. On the circuit board 1 is a cooling element 3 arranged. This cooling element 3 For example, serves the removal of the electronic components 2 caused heat to a heat sink, not shown. The electronic components 2 are from an overmolding material 5 surround. This overmolding material 5 is located essentially between the circuit board 1 and the cooling element 3 or between the electronic components 2 and the cooling element 3 , The overmolding material 5 serves as an example, the electronic components 2 of media from the environment 7 complete. Because the electronic control unit 1 preferably in a transmission and thus in an environment 7 is arranged by transmission oil, protects the overmolding material 5 the electronic components 2 on the one hand before the gear oil and on the other hand from deposits in the gear oil, which in the electronic components 2 Could cause short circuits.

An einer den elektronischen Bauelementen 2 zugewandten Seite des Kühlelements 3 ist ein umspritzmaterialabweisendes Material 4 angeordnet. Dieses Material 4 kann mit dem Kühlelement 3 fest verbunden ein, z.B. als eine auf dem Kühlelement 3 aufgetragene Schicht oder das Material 4 kann an dem Kühlelement 3 befestigt sein, z.B. in Form einer Folie.At one of the electronic components 2 facing side of the cooling element 3 is a Umspritzmaterialabweisendes material 4 arranged. This material 4 can with the cooling element 3 firmly connected, for example, as one on the cooling element 3 applied layer or the material 4 can on the cooling element 3 be attached, for example in the form of a film.

Im Übergangsbereich 8 zwischen Leiterplatte 1 und Kühlelement 3 ist an der Außenseite des Kühlelements 3, d.h. an der den elektronischen Bauelementen 2 abgewandten Seite des Kühlelements 3 ein Bereich mit Umspritzmaterial 5 vorgesehen. Ebenfalls ist auf der den elektronischen Bauelementen 2 abgewandten Seite der Leiterplatte 1 Umspritzmaterial 5 vorgesehen. Damit wird gewährleistet, dass Medium aus der Umgebung 7 in einen Bereich zwischen Kühlelement 3 und Leiterplatte 1 bzw. zwischen Leiterplatte 1 und elektronische Bauelemente 2 gelangt.In the transition area 8th between circuit board 1 and cooling element 3 is on the outside of the cooling element 3 ie on the electronic components 2 opposite side of the cooling element 3 an area with overmolding material 5 intended. Also on the electronic components 2 opposite side of the circuit board 1 overmold 5 intended. This will ensure that medium from the environment 7 in an area between the cooling element 3 and circuit board 1 or between circuit board 1 and electronic components 2 arrives.

2 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines elektronischen Steuergeräts in einer Schnittdarstellung in einer zweiten Ausführungsform. Der Aufbau dieser Ausführungsform entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der Ausführungsform in 1, womit auf die Ausführungen in 1 verwiesen wird. Zusätzlich zu 1 ist in 2 ein Spalt 4S zwischen der den elektronischen Bauelementen 2 und zugewandten Seite des Kühlelements 3 und dem Umspritzmaterial 5 gezeigt. Dieser Spalt 4S ist mit dem umspritzmaterialabweisendes Material 4 gefüllt. Weiterhin ist eine Durchbrechung 6 vorhanden, welche die Umgebung 7 mit dem Spalt 4S verbindet. Durch diesen Spalt 4S ist es möglich, dass das Medium aus der Umgebung 7, z.B. Getriebe, in den Bereich zwischen Umspritzmaterial 5 und Kühlelement 7 eindringen kann. 2 shows by way of example a schematic representation of an electronic control device in a sectional view in a second embodiment. The structure of this embodiment substantially corresponds to the structure of the embodiment in FIG 1 , referring to the remarks in 1 is referenced. In addition to 1 is in 2 A gap 4S between the electronic components 2 and facing side of the cooling element 3 and the overmolding material 5 shown. This gap 4S is with the Umspritzmaterialabweisendes material 4 filled. Furthermore, an opening 6 available, which the environment 7 with the gap 4S combines. Through this gap 4S is it possible that the medium is from the environment 7 , eg gear, in the area between encapsulation material 5 and cooling element 7 can penetrate.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs. In einem ersten Schritt 100 wird eine Leiterplatte 1 mit elektronischen Bauelementen 2 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt 101 wird ein Kühlelement 3 bereitgestellt. In einem dritten Schritt 102 wird ein Material 4 mit umspritzmaterialabweisenden Eigenschaften auf das Kühlelement 3 aufgebracht. Anschließend wird in einem vierten Schritt 103 das Kühlelement 3 auf der Leiterplatte 1 aufgebracht. In einem weiteren Schritt 104 werden die elektronischen Bauelemente 2 und zumindest abschnittsweise das Kühlelement 3 umspritzt. 3 shows a schematic representation of a process sequence according to the invention. In a first step 100 becomes a circuit board 1 with electronic components 2 provided. In a second step 101 becomes a cooling element 3 provided. In a third step 102 becomes a material 4 with Umspritzmaterialabweisenden properties on the cooling element 3 applied. Subsequently, in a fourth step 103 the cooling element 3 on the circuit board 1 applied. In a further step 104 become the electronic components 2 and at least partially the cooling element 3 molded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Leiterplattecircuit board
22
elektronische BauelementeElectronic Components
33
Kühlelementcooling element
44
umspritzmaterialabweisendes Materialovermold material
4S4S
Spaltgap
55
Umspritzmaterialovermold
66
Durchbrechungperforation
77
UmgebungSurroundings
SS
Steuergerätcontrol unit
100100
erster Schrittfirst step
101101
zweiter Schrittsecond step
102102
dritter SchrittThird step
103103
vierter Schrittfourth step
104104
fünfter Schrittfifth step

Claims (5)

Elektronisches Steuergerät umfassend eine Leiterplatte (1) mit auf mindestens einer Leiterplattenoberfläche angeordneten elektronischen Bauelementen (2), ein Kühlelement (3) sowie ein Umspritzmaterial (5), welches die elektronischen Bauelemente (2) vollständig und das Kühlelement (5) zumindest teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kühlelement (3) und dem Umspritzmaterial (5) zumindest abschnittsweise eine umspritzmaterialabweisendes Material (4) vorhanden ist, welche geeignet ist eine Anhaftung des Umspritzmaterials (5) an dem Kühlelement (3) zu verhindern.Electronic control unit comprising a printed circuit board (1) with electronic components (2) arranged on at least one printed circuit board surface, a cooling element (3) and an encapsulation material (5) which enclose the electronic components Components (2) completely and the cooling element (5) at least partially surrounds, characterized in that between the cooling element (3) and the encapsulation (5) at least partially a Umspritzmaterialabweisendes material (4) is present, which is suitable adhesion of the encapsulation material ( 5) on the cooling element (3) to prevent. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umspritzmaterial (5) ein Duroplast ist.Control unit after Claim 1 , characterized in that the encapsulation material (5) is a thermosetting plastic. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kühlelement (3) und dem Umspritzmaterial (5) zumindest abschnittsweise ein Spalt (4S) vorhanden ist, welcher in direktem Kontakt mit der Umgebung (7) steht.Control unit after Claim 1 or 2 , characterized in that between the cooling element (3) and the extrusion material (5) at least in sections, a gap (4S) is present, which is in direct contact with the environment (7). Steuergerät nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das umspritzmaterialabweisende Material (4) zwischen Kühlelement (3) und Umspritzmaterial (5) ein Öl ist.Control unit according to one of the preceding Claims 1 to 3 , characterized in that the overmold material repellent material (4) between the cooling element (3) and encapsulation material (5) is an oil. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Steuergeräts, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellen (100) einer Leiterplatte (1) mit auf zumindest einer Oberfläche der Leiterplatte (1) angeordneten elektronischen Bauelementen (2), b) Bereitstellen (101) eines Kühlelements (3), c) Aufbringen (102) eines Materials (4) mit umspritzmaterialabweisenden Eigenschaften auf das Kühlelement (3), d) Anordnen (103) des Kühlelements (3) auf der Leiterplatte (1), e) Umspritzen (104) der elektronischen Bauelemente (2) und zumindest abschnittsweise Umspritzen des Kühlelements (3).Method for producing an electronic control unit, comprising the following method steps: a) providing (100) a printed circuit board (1) with electronic components (2) arranged on at least one surface of the printed circuit board (1), b) providing (101) a cooling element (3), c) applying (102) a material (4) with coating material repellent properties to the cooling element (3), d) arranging (103) the cooling element (3) on the printed circuit board (1), e) encapsulation (104) of the electronic components (2) and at least partially encapsulation of the cooling element (3).
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