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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektronikmodul für eine Getriebesteuereinheit eines Kraftfahrzeugs sowie auf eine Getriebesteuereinheit mit einem derartigen Elektronikmodul.
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Elektronische Steuergeräte unterliegen 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 elektronische Komponenten mit einer hohen Zuverlässigkeit auch unter widrigsten Einsatzbedingungen fehlerfrei funktionieren müssen.
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Um die elektronische Schaltungen und/oder die Elektronikmodule der integrierten Getriebesteuereinheiten z.B. gegen dieses zumindest teilweise umspülendes Getriebefluid zu schützen, werden die elektronischen Schaltungen und/oder die Elektronikmodule durch eine Schutzmasse bzw. Moldmasse geschützt.
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Aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2017 205 216.3 ist ein Elektronikmodul bekannt, bei welchem ein Schutzlack verwendet ist, um die elektronischen Schaltungen gegen ein solches Getriebefluid zu schützen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektronikmodul für eine Getriebesteuereinheit sowie eine Getriebesteuereinheit mit einem Elektronikmodul anzugeben, welches kompakt und bauraumsparend aufgebaut ist und eine ausreichende Kühlung für die im Elektronikmodul verbauten elektronischen Bauelemente bei gleichzeitiger Erfüllung der Anforderungen an den Betrieb innerhalb eines umspülenden Getriebefluids gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird mit dem Elektronikmodul gemäß Anspruch 1 sowie mit der Getriebesteuereinheit gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein zuverlässiges, fluiddichtes und kostengünstig produzierbares Elektronikmodul für eine Getriebesteuereinheit eines Kraftfahrzeugs sowie eine Getriebesteuereinheit mit einem derartigen Elektronikmodul bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Elektronikmodul für eine Getriebesteuereinheit für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Elektronikmodul weist eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen auf. Diese Bauelemente sind einer Oberseite und/oder Unterseite der Leiterplatte befestigt und mit dieser elektrisch verbunden ist. Eine mediendichte Schutzschicht ist vorhanden, welche ein oder mehrere elektronische Bauelemente sowie Verbindungspunkte zwischen den ein oder mehreren elektronischen Bauelementen und der Leiterplatte bedeckt.
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Das Elektronikmodul weist ferner ein Kühlelement zur Kühlung der elektronischen Bauelemente auf einer Seite der Leiterplatte auf. Das Kühlelement ist mit der Leiterplatte verbunden und haust die zu kühlenden elektronischen Bauelemente ein. Die mediendichte Schutzschicht bedeckt dabei einen Übergangsbereich zwischen Leiterplatte und Kühlelement entlang des gesamten Umfangs des Kühlelements. Dadurch wird sichergestellt, dass kein Getriebefluid an der Verbindungsstelle von Kühlelement und Leiterplatte in das von dem Kühlelement umschlossenen Raum, in welchem sich die zu schützenden und zu entwärmenden elektronischen Bauelemente befinden, eindringt.
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Unter einem elektronischen Bauelement werden im Weiteren einer oder mehrere im Verbund angeordnete Halbleiterchips verstanden, welche mittels eines Gehäuses, z.B. eines Kunststoffgehäuses hermetisch gekapselt sind, wobei Anschlusselemente, z.B. Leiterbahnen aus dem Gehäuse ragen. Bei den elektronischen Bauelementen kann es sich insbesondere um Halbleiterbauelemente mit einer THT-Bauform (Through Hole Technology) oder einer SMD-Bauform (Surface Mounted Device) handeln. Als elektronische Bauelemente werden aber auch Sensoren verstanden.
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Das Kühlelement ist hierbei als ein Art Gehäuse zu verstehen, welches die zu kühlenden elektronischen Bauelemente einhaust und dabei thermisch kontaktiert, so dass ein Wärmeabfluss von den elektronischen Bauelementen zu dem Kühlelement erfolgen kann.
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Die Schutzschicht, welche z.B. als Lackschicht ausgebildet sein kann, bedeckt hierbei vollständig den Übergangsbereich zwischen der Leiterplatte und dem Kühlelement. Als Übergangsbereich ist hierbei der Bereich zu verstehen, an welchem das Kühlelement auf der Leiterplatte aufliegt. Mit anderen Worten, der Übergangsbereich zwischen Leiterplatte und Kühlelement weist üblicherweise einen Spalt auf. Dieser Spalt ist mit der Schutzschicht überdeckt bzw. gefüllt, wobei die Schutzschicht dabei zumindest jeweils einen Abschnitt des Kühlelements als auch der Leiterplatte bedeckt.
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In einer Ausführungsform kann das Kühlelement einen zumindest teilweise entlang seines Umfangs verlaufenden Kragen umfassen, welcher auf der Leiterplatte aufliegt. Dadurch wird die Auflagefläche zwischen Kühlelement und Leiterplatte vergrößert, wodurch die Dichtheit zwischen einem mit Getriebefluid gefüllten Außenraum und einem vom Kühlelement umschlossenen Raum verbessert wird. Die Schutzschicht kann hierbei zwischen der Leiterplatte und dem Kragen der Leiterplatte angeordnet sein.
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Mit der Erfindung ist es möglich, dass ein Elektronikmodul bezüglich Aufbau und Formgebung optimiert ausgelegt werden kann. Darüber hinaus wird eine Einsparung von Teilen sowie Montage- und Fertigungsprozessen erzielt, wodurch eine schnellere Fertigung ermöglicht wird. Durch die Verwendung einer Lackschicht wird eine signifikante Materialeinsparung gegenüber der im Stand der Technik verwendeten Umspritz- bzw. Vergussmasse erreicht.
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Mit der Erfindung ist ferner eine einfache Analysemöglichkeit durch partielles Entfernen der Lackschicht möglich. Darüber hinaus ist eine einfache Anbindung von elektrischen Bauelementen, Sensorelementen oder Aktuatoren an die Leiterplatte möglich. Weitere Vorteile ergeben sich hinsichtlich einer verbesserten thermischen Anbindung zur Entwärmung der elektrischen Bauelemente und der Leiterplatte.
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Mit der Erfindung ist darüber hinaus eine ausreichende Kühlung von temperaturkritischen elektronischen Bauteile sichergestellt.
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Die Lackschicht kann lichthärtend und/oder wärmehärtend sein. Nach dem Auftragen der Lackschicht wird diese mit einer geeigneten Aushärtevorrichtung z.B. mit UV-Licht, mit Infrarotstrahlung und/oder in einem Wärmeofen zumindest teilweise ausgehärtet.
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Die Lackschicht kann durch Dispensen, Aufsprühen und/oder Aufgießen aufgetragen werden. Ferner ist es möglich, die Lackschicht mittels Eintauchen der Leiterplatte in den Lack aufzubringen. Ferner können beim Auftragen Schablonen oder Masken vorgesehen sein, um vorgegebene Abschnitte der Leiterplatte von der Lackschicht auszunehmen. Diese Schablonen oder Masken können vor dem Auftragen der Lackschicht auf der Leiterplatte fixiert werden und nach dem Auftragen wieder entfernt werden.
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Das Kühlelement kann auf die Leiterplatte geklebt oder gelötet sein. Es ist auch möglich, dass das Kühlelement mittels einer Niet-, Schraub-, Rast- oder Clipverbindung auf die Leiterplatte aufgebracht ist. Insbesondere ist die Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Kühlelement elektrisch leitfähig ausgeführt. Damit ist sichergestellt, dass es zu keinen elektrostatischen Entladungen zwischen der Leiterplatte und dem Kühlelement kommen kann.
mittels eines Wärmeleitklebers, einer Wärmeleitpaste, einer Wärmeleitfolie oder einem wärmeleitfähigen Verbindungsmittel mit der Leiterplatte verbunden sein. Das Kühlelement kann dabei aus Aluminium, Kupfer oder einer wärmeleitenden Metalllegierung gefertigt sein.
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Die thermische Anbindung der elektronischen Bauelemente an das Kühlelement kann mittels eines Wärmeleitklebers, einer Wärmeleitpaste, einer Wärmeleitfolie oder einem wärmeleitfähigen Verbindungsmittel erfolgen. Dadurch ist ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem elektronischen Bauelement und dem Kühlelement sichergestellt.
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Die Leiterplatte kann abschnittsweise aus starren und abschnittsweise aus flexiblen Leiterplattenelementen bestehen. Insbesondere kann die Leiterplatte eine Mehrlagenleiterplatte sein. Die flexiblen Leiterplattenelemente können zweckmäßig aus Flexfolie bestehen oder durch tiefengefräste Bereiche ausgeführt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Getriebesteuereinheit mit einem Elektronikmodul für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Getriebesteuereinheit weist ein Elektronikmodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und eine Trägerplatte auf, wobei die Leiterplatte des Elektronikmoduls auf der Trägerplatte angeordnet ist und wobei die Getriebesteuereinheit dazu ausgeführt ist, von einem Getriebefluid umspült zu werden.
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Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erste beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls,
- 2 eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls,
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls. Das Elektronikmodul 1 weist eine Leiterplatte 2 auf. Die Leiterplatte 2 weist auf einer Oberseite 2a und einer Unterseite 2b mehrere elektronische Bauelemente 5 auf. Diese elektronischen Bauelemente 5 sind mit Anschlusselementen (nicht dargestellt) versehen. Diese Anschlusselemente sind mit Kontaktflächen (nicht dargestellt) auf der Oberseite 2a bzw. Unterseite 2b der Leiterplatte 2 verbunden.
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Auf der Oberseite 2a der Leiterplatte 2 ist abschnittsweise eine Lackschicht 6 aufgebracht. Diese Lackschicht 6 bedeckt die elektronischen Bauelemente 5 vollständig. Insbesondere ist der Übergang 8a zwischen elektronischen Bauelement 5 und der Leiterplatte 2 mit der Lackschicht 6 bedeckt. Somit ist sichergestellt, dass ein das Elektronikmodul 1 umgebende Getriebefluid die Kontaktflächen (nicht dargestellt) als auch das Gehäuse der Bauelemente 5 nicht benetzt, wodurch es gegebenenfalls zu Beschädigungen kommen kann.
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Beispielhaft auf der Unterseite 2b der Leiterplatte 2 ist ein Kühlelement 12 angeordnet. Selbstverständlich kann das Kühlelement 12 auch auf der Oberseite 2a oder es können mehrere Kühlelemente auf einer oder beiden Seiten 2a, 2b der Leiterplatte angeordnet sein. Die Verbindung 7 zwischen Kühlelement 12 und Leiterplatte 2 ist beispielhaft als formschlüssige Verbindung ausgeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Verbindung 7 eine Niet-, Schraub-, Rast- oder Clipverbindung oder Kombination hieraus ist. Insbesondere ist die Verbindung 7 elektrisch leitfähig ausgeführt. Damit ist eine sichere ESD-Anbindung gewährleistet, da die Ausbildung von elektrischen Potentialunterschieden zwischen Leiterplatte 2 und Kühlelement 12 verhindert wird.
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Der Übergangsbereich 8 zwischen Kühlelement 12 und Leiterplatte 2 ist mit der Schutzschicht 6 bedeckt. Unter dem Übergangsbereich 8 ist hierbei der sich bei der Verbindung zwischen Kühlelement 12 und Leiterplatte 2 ergebende Spalt zwischen Kühlelement 12 und Leiterplatte 2 zu verstehen. Die Schutzschicht 6 ist dabei entlang des gesamten Umfangs des Kühlelements 12, d.h. entlang des gesamten Spalts zwischen Kühlelement 12 und Leiterplatte 2 ausgeführt. Damit ist sichergestellt, dass kein Getriebefluid aus dem Außenraum A in den von dem Kühlelement 12 umschlossenen Innenraum I, in welchem die Bauelemente 5 angeordnet sind, eindringen kann.
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In 1 bildet das Kühlelement 12 ein Gehäuse für die auf der Unterseite 2b der Leiterplatte 2 angeordneten elektronischen Bauelemente 5. Diese Bauelemente 5 sind hierbei an das Kühlelement 12 thermisch angebunden, so dass ein optimaler Wärmeübertrag von den Bauelementen 5 auf das Kühlelement 12 stattfinden kann. Diese thermische Verbindung (7a) zwischen Kühlelement 12 und Leiterplatte 2 kann dabei mittels eines Wärmeleitklebers, einer Wärmeleitpaste, einer Wärmeleitfolie oder eines wärmeleitfähigen Verbindungsmittels erfolgen.
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Die Leiterplatte 2 ist als Mehrlagenleiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte 2 kann starre Leiterplattenabschnitte 3a und flexible Leiterplattenabschnitte 3b aufweisen. Beispielhaft ist an dem flexiblen Leiterplattenabschnitt 3b ein Sensorelement 10 angeordnet sein. An dem starren Leiterplattenabschnitt 3a Selbstverständlich kann ein solches Sensorelement 8 auch an einem starren Abschnitt der Leiterplatte 2 angeordnet sein.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls. Um Wiederholungen zu vermeiden sind in 2 gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 gekennzeichnet. Die Ausführungsform in 2 unterscheidet sich von derjenigen in 1 dadurch, dass das Kühlelement 12 einen Kragen 12a aufweist. Dieser Kragen 12a verläuft entlang des Umfangs des Kühlelements 12. Dieser Kragen 12a bietet eine vergrößerte Auflagefläche auf der Unterseite 3b der Leiterplatte 2. Zwischen dem Kragen 12a des Kühlelements 12 und der Leiterplatte 2 ist ein Abschnitt der Schutzschicht 6 ausgebildet. Ferner ist zwischen dem Kragen 12a und der Leiterplatte 2 ein Verbindungselement 7 ausgeführt, welches das Kühlelement 12 auf der Leiterplatte 2 befestigt.
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Die Schutzschicht 6 ist insbesondere entlang der gesamten Auflagefläche des Kühlelements 12 auf der Unterseite 3b der Leiterplatte 2 ausgebildet. Die Schutzschicht 6 erstreckt sich dabei zusätzlich auf an die Auflagefläche des Kühlelements 12 angrenzende Flächen des Kühlelements 12. Dadurch wird eine erhöhte Dichtigkeit und Robustheit der Schutzschicht 6 gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronikmodul
- 2
- Leiterplatte
- 2a
- Oberseite der Leiterplatte
- 2b
- Unterseite der Leiterplatte
- 5
- elektronische Bauelemente
- 6
- Lackschicht
- 7
- Verbindungselement Kühlelement und Leiterplatte
- 7a
- Verbindungselement Kühlelement und elektronisches Bauelement
- 8
- Übergangsbereich Kühlelement und Leiterplatte
- 9
- Stecker
- 10
- Sensor
- 12
- Kühlelement
- 12a
- Kragen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015205051 A1 [0004]
- DE 102017205216 [0005]
