DE102017222014A1 - Electronic unit with circuit board - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronische Einheit (1) mit einer Leiterplatte (2) mit einem auf einer Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) angeordneten ersten Bauelement (3) und mit einem Hüllelement (5), welches das erste Bauelement (3) einbettet, wobei das Hüllelement (5) auf einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet ist.

Figure DE102017222014A1_0000
The invention relates to an electronic unit (1) having a printed circuit board (2) with a first component (3) arranged on a main surface of the printed circuit board (2) and with an enveloping element (5) embedding the first component (3), wherein the Hüllelement (5) on a first main surface of the printed circuit board (2) is at least partially meander-shaped.
Figure DE102017222014A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Einheit mit einer Leiterplatte gemäß dem Hauptanspruch.The present invention relates to an electronic unit with a printed circuit board according to the main claim.

In aktuellen Serienanwendungen für mechatronische Steuergeräte werden eine gekapselte Elektronik (z.B. ein Metallgehäuse mit Glasdurchführungen) und eine Verteilung von Signalen und Strömen über Stanzgitter, Litzen oder Flex-Leiterplatten eingesetzt. Elektronische Steuergeräte unterliegen dabei dauerhaft dem Trend, bei gleichbleibendem oder steigendem Funktionsumfang im Preis immer günstiger zu werden. Dies erfordert eine Weiterentwicklung bestehender Lösungen oder den Einsatz neuartiger Konzepte. Dabei ist insbesondere die Verbindungstechnik zwischen einzelnen Komponenten von erhöhtem Interesse, da mit zunehmender Miniaturisierung der elektronischen Komponenten auch die Anfälligkeit gegenüber Schmutz und Vibrationen zunimmt. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik, in dem elektronischen Komponenten mit einer hohen Zuverlässigkeit auch unter widrigsten Einsatzbedingungen fehlerfrei funktionieren müssen.In current series applications for mechatronic control devices, encapsulated electronics (e.g., a metal housing with glass feedthroughs) and distribution of signals and currents across punched bars, strands, or flex boards are used. Electronic control units are permanently subject to the trend of becoming cheaper and cheaper with constant or increasing functionality. This requires a further development of existing solutions or the use of novel concepts. In particular, the connection technology between individual components of increased interest, since with increasing miniaturization of the electronic components and the susceptibility to dirt and vibration increases. This applies in particular in the field of vehicle technology, in which electronic components with a high degree of reliability must function flawlessly even under the most adverse operating conditions.

Aus 005539 ist eine elektronische Einheit mit einer Leiterplatte bekannt, bei welcher die auf einer Hauptoberfläche der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelementen mittels eines Hüllelements aus einem Umspritzmaterial umgeben sind. Nachteilig bei dieser Anordnung sind die durch das Umspritzen der elektronischen Bauelemente in der Leiterplatte auftretenden Biegespannungen. Beim Aufbringen des Hüllelements kann es aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen Hüllelement und Leiterplatte zu unterschiedlichen Ausdehnungseffekten im Hüllelement bzw. in der Leiterplatte kommen. Hierdurch kommt es durch zwischen Hüllelement und Leiterplatte wirkenden Kräften zu einer Durchbiegung der Leiterplatte.From 005539 an electronic unit with a printed circuit board is known in which the electronic components arranged on a main surface of the printed circuit board are surrounded by an encapsulation material by means of an enveloping element. A disadvantage of this arrangement are the bending stresses occurring due to the encapsulation of the electronic components in the printed circuit board. When the cladding element is applied, different expansion effects in the cladding element or in the printed circuit board may occur due to temperature differences between the cladding element and the printed circuit board. This results in a deflection of the printed circuit board by forces acting between the enveloping element and the printed circuit board.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Einheit anzugeben, bei welcher die in der Leiterplatte auftretenden Biegespannungen verringert werden.The object of the invention is to provide an electronic unit in which the bending stresses occurring in the circuit board are reduced.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des geltenden Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved with the subject of the current claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims.

Vorliegend wird ein Mechatronik Konzept mit einer Leiterplatte vorgeschlagen, wobei auf einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte ein Bauelement angeordnet ist. Dabei ist das Bauelement von einem Hüllelement eingebettet. Erfindungsgemäß ist das Hüllelement auf einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet.In the present case, a mechatronic concept with a printed circuit board is proposed, wherein a component is arranged on a first main surface of the printed circuit board. In this case, the component is embedded by an enveloping element. According to the invention, the enveloping element is formed at least in sections meandering on a first main surface of the printed circuit board.

Durch die mäanderförmige Ausbildung des Hüllelements wird bei der Aufbringung des Hüllelements auf die Leiterplatte die Ausbildung von Spannungen, insbesondere Biegespannungen, in der Leiterplatte verhindert. Durch den vorgegebenen mäanderförmigen Verlauf des Hüllelements bleiben Teilbereiche der Leiterplatte frei, d.h. an diesen Stellen befindet sich kein Hüllelement auf der Leiterplatte. Diese freien Bereiche dienen als Toleranzausgleich in Längs- und Querausrichtung der Leiterplatte. Etwaig entstandene Kräfte zwischen Hüllelement und Leiterplatte können somit in diese freien Bereiche geleitet werden, wodurch eine Durchbiegung der Leiterplatte verhindert wird.Due to the meandering design of the enveloping element, the formation of stresses, in particular bending stresses, in the printed circuit board is prevented during the application of the enveloping element to the printed circuit board. Due to the predetermined meandering course of the enveloping element parts of the circuit board remain free, i. there is no envelope element on the printed circuit board at these points. These free areas serve as tolerance compensation in longitudinal and transverse alignment of the circuit board. Any resulting forces between Hüllelement and circuit board can thus be passed into these free areas, whereby a deflection of the circuit board is prevented.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Hüllelement einen Abschnitt aufweisen, in welchem das Hüllelement einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Es ist aber auch möglich, dass ein einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Hüllelement einen zackenförmigen Verlauf aufweisen kann. Schließlich kann das Hüllelement in einer weiteren Ausführungsform einen Abschnitt mit einem unregelmäßigen wellenförmigen Verlauf aufweisen. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Hüllelement mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Verläufen aufweisen kann. Damit ist es möglich, die in einem vorgegebenen Bereich der Leiterplatte auftretenden Kräfte optimal innerhalb der Leiterplatte zu verteilen, so dass keine Durchbiegung der Leiterplatte auftritt.In one embodiment of the invention, the enveloping element may have a section in which the enveloping element has a sinusoidal profile. But it is also possible that a further embodiment of the invention, the enveloping element may have a jagged shape. Finally, in a further embodiment, the enveloping element may have a section with an irregular wavy course. Of course, it is possible that the enveloping element may have a plurality of sections with different courses. This makes it possible to optimally distribute the forces occurring in a given area of the printed circuit board within the printed circuit board so that no bending of the printed circuit board occurs.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auf der Hauptoberfläche der Leiterplatte ein zweites Bauelement angeordnet sein. Ferner können das erste Bauelement ein oder mehrere elektronische Bauelemente und das zweite Bauelement ein oder mehrere nicht-elektronische Bauelemente sein, wobei das Hüllelement das erste Bauelement einbettet. Dadurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass alle wärmeerzeugenden elektronischen Bauteile von dem Hüllelement umgeben bzw. in das Hüllelement eingebettet sind.In a further embodiment of the invention, a second component can be arranged on the main surface of the printed circuit board. Furthermore, the first component may be one or more electronic components and the second component may be one or more non-electronic components, wherein the enveloping element embeds the first component. As a result, it can be ensured, for example, that all heat-generating electronic components are surrounded by the enveloping element or embedded in the enveloping element.

Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit in Schnittdarstellung,
  • 2 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß der Erfindung in Draufsicht,
The invention will be explained in more detail with reference to drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of an electronic unit in a sectional view,
  • 2 a schematic representation of an electronic unit according to the invention in plan view,

1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß der Erfindung in Schnittdarstellung. Auf einer Leiterplatte 2 sind auf einer Hauptoberfläche mehrere erste und zweite Bauelemente 3, 4 angeordnet. Ferner ist auf der Hauptoberfläche 2a auch ein Hüllelement 5 angeordnet, welches die ersten Bauelemente 3 einbettet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hüllelement 5 nur auf einer Hauptoberfläche 2a der Leiterplatte 2 angeordnet. 1 shows a schematic representation of an electronic unit according to the invention in a sectional view. On a circuit board 2 For example, on a main surface are a plurality of first and second components 3 . 4 arranged. Further, on the main surface 2a also an envelope element 5 arranged, which is the first components 3 embeds. In the illustrated embodiment, the enveloping element 5 only on one main surface 2a the circuit board 2 arranged.

Bei den ersten Bauelementen 3 handelt es sich um elektronische Bauelemente, z.B. Sensoren oder integrierte Schaltungen. Bei den zweiten Bauelementen 4 handelt es sich um nicht-elektronische Bauelemente, z.B. Stecker. Die ersten Bauelemente 3 sind vollständig von dem Hüllelement 5 umschlossen, so dass eine vollständige Abdichtung der ersten Bauelemente 3 von einer Umgebung gewährleistet ist. Zwischen dem Hüllelement 5 und der Leiterplatte 2 können zusätzlich weitere Dichtmittel, z.B. Dichtringe vorhanden sein (nicht dargestellt), welche die ersten Bauelemente 3 umschließen. Dadurch kann die Abdichtung der ersten Bauelemente 3 gegenüber der Umgebung 7 weiter verbessert werden.With the first components 3 these are electronic components, eg sensors or integrated circuits. For the second components 4 are non-electronic components, eg plugs. The first components 3 are completely from the wrapping element 5 enclosed, allowing a complete seal of the first components 3 guaranteed by an environment. Between the envelope element 5 and the circuit board 2 In addition, additional sealing means, such as sealing rings may be present (not shown), which are the first components 3 enclose. This allows the sealing of the first components 3 opposite the environment 7 be further improved.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß der Erfindung in Draufsicht. Auf einer Leiterplatte 2 sind mehrere erste Bauelemente 3 angeordnet. An sich gegenüberliegenden Enden der Leiterplatte 2 sind beispielhaft zwei zweite Bauelemente 4 angeordnet. Auf der Leiterplatte 3 ist ein Hüllelement 5 angeordnet, welches die ersten Bauelemente 3 überdeckt (dies ist durch die gestrichelte Darstellung kenntlich gemacht) und dabei vollständig einbettet. Der Bereich um die zweiten Bauelemente 4 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht mit einem Hüllelement 5 bedeckt. 2 shows a schematic representation of an electronic unit according to the invention in plan view. On a circuit board 2 are several first components 3 arranged. At opposite ends of the circuit board 2 are exemplary two second components 4 arranged. On the circuit board 3 is an envelope element 5 arranged, which is the first components 3 covered (this is indicated by the dashed line) and thereby fully embeds. The area around the second components 4 is not in the illustrated embodiment with an enveloping element 5 covered.

Das Hüllelement 5, welches die ersten Bauelemente 3 bedeckt, weist eine mäanderförmige Form auf. Im vorliegenden Beispiel weist das Hüllelement 5 eine unregelmäßige mäanderförmige Form auf, d.h. das Hüllelement 5 weist bezogen auf eine Mittelachse M in x-Richtung unterschiedliche Auslenkungen auf.The wrapping element 5 , which are the first components 3 covered, has a meandering shape. In the present example, the enveloping element 5 an irregular meandering shape, that is, the enveloping element 5 points relative to a central axis M in x Direction different deflections.

Auf der Leiterplatte 2 sind somit erste Bereiche 8 vorhanden, welche von dem Hüllelement 5 bedeckt sind. Ferner sind zweite Bereiche 9 vorhanden, welche zwischen den ersten Bereichen 8 liegen und von dem Hüllelement 5 nicht bedeckt sind. Diese zweiten Bereiche 9 dienen dabei als Toleranzausgleichsgebiete. Aufgrund von Temperaturveränderungen während des Betriebs können diese zweiten Bereiche 9 Zug- oder Schubspannungen aufnehmen, so dass eine Verbiegung oder Durchbiegung der Leiterplatte 2 verhindert wird. Außerdem kann bereits bei der Fertigung der elektronischen Einheit 1, insbesondere beim Aufbringen des Hüllelements 5 auf die Leiterplatte 2 verhindert werden, dass durch Abkühlungseffekte des Hüllelements 5 Zug- und Schubspannungen in die Leiterplatte 2 derart eingebracht werden, dass dadurch eine Durchbiegung der Leiterplatte 2 resultiert.On the circuit board 2 are thus first areas 8th present, which of the enveloping element 5 are covered. Further, there are second areas 9 present, which is between the first areas 8th lie and of the envelope element 5 are not covered. These second areas 9 serve as tolerance compensation areas. Due to temperature changes during operation, these second areas may 9 Absorb tensile or shear stresses, so that a bending or deflection of the circuit board 2 is prevented. In addition, already in the production of the electronic unit 1 , in particular during application of the enveloping element 5 on the circuit board 2 be prevented by cooling effects of the Hüllelements 5 Tensile and shear stresses in the printed circuit board 2 be introduced in such a way that thereby a deflection of the circuit board 2 results.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
elektronische Einheitelectronic unit
22
Leiterplattecircuit board
33
erste Bauelementefirst components
44
zweite Bauelementesecond components
55
Hüllelementsheath member
66
Abschnittsection
77
Außenumgebungexternal environment
88th
erste Bereichefirst areas
99
zweite Bereichesecond areas
MM
Mittelachsecentral axis

Claims (6)

Elektronische Einheit (1) mit einer Leiterplatte (2) mit einem auf einer Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) angeordneten ersten Bauelement (3) und mit einem Hüllelement (5), welches das erste Bauelement (3) einbettet, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (5) auf einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet ist.Electronic unit (1) having a printed circuit board (2) with a first component (3) arranged on a main surface of the printed circuit board (2) and with an enveloping element (5) embedding the first component (3), characterized in that the enveloping element (5) is formed at least partially meandering on a first main surface of the printed circuit board (2). Elektronische Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (5) einen Abschnitt (6) mit einem sinusförmigen Verlauf aufweist.Electronic unit after Claim 1 , characterized in that the enveloping element (5) has a portion (6) with a sinusoidal shape. Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (5) einen Abschnitt (6) mit einem zackenförmigen Verlauf aufweist.Electronic unit according to one of the preceding Claims 1 - 2 , characterized in that the enveloping element (5) has a portion (6) with a serrated profile. Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (5) einen Abschnitt (6) mit einem unregelmäßigen wellenförmigen Verlauf aufweist.Electronic unit according to one of the preceding Claims 1 - 3 , characterized in that the enveloping element (5) has a portion (6) with an irregular wavy course. Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) ein zweites Bauelement (4) angeordnet ist und dass das erste Bauelement (3) ein oder mehrere elektronische Bauelemente und das zweite Bauelement (4) ein oder mehrere nicht-elektronische Bauelemente sind und dass das Hüllelement (5) das erste Bauelement (3) einbettet.Electronic unit according to one of the preceding Claims 1 to 4 , characterized in that on the main surface of the printed circuit board (2) a second component (4) is arranged and that the first component (3) one or more electronic components and the second component (4) one or more non-electronic components and in that the enveloping element (5) embeds the first structural element (3). Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (3) durch das Hüllelement (5) von einer Außenumgebung (7) fluiddicht gekapselt ist.Electronic unit according to one of the preceding Claims 1 to 5 , characterized in that the first component (3) through the Envelope element (5) from an external environment (7) is encapsulated fluid-tight.
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