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Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, wie es insbesondere zur Implementierung eines Steuergeräts wie beispielsweise eines Getriebesteuergeräts in einem Kraftfahrzeug einsetzbar ist, und ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls.
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Stand der Technik
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Elektronikmodule werden dazu eingesetzt, Schaltkreise aufzubauen, bei denen verschiedene elektrische und/oder elektronische Bauelemente miteinander verschaltet sind. Mithilfe derart verschalteter Bauelemente kann das Elektronikmodul bestimmte Funktionalitäten bereitstellen.
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Beispielsweise werden Elektronikmodule in Form von Getriebesteuermodulen dazu eingesetzt, Funktionen eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug zu steuern. Neben einfachen Bauelementen wie zum Beispiel Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten etc. oder auch komplexeren Bauelementen wie zum Beispiel integrierten Schaltungen (IC - Integrated Circuit) oder anwendungsspezifischen ICs (ASIC - application-specific integrated circuit) kann ein Elektronikmodul dabei auch Sensoren aufweisen, um beispielsweise Zustände innerhalb des zu steuernden Getriebes oder in einer Umgebung zu messen, und/oder Stecker aufweisen, um beispielsweise das Elektronikmodul oder Teile desselben mit externen Schaltkreisen elektrisch verbinden zu können. Die Bauelemente können dabei auf einer Leiterplatte angeordnet sein.
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Empfindliche Bauelemente eines Elektronikmoduls sollten gegen Schädigungen durch mechanische Belastungen sowie Schädigungen durch einen Angriff chemisch aggressiver Substanzen geschützt werden. Hierzu können die Bauelemente beispielsweise in einer Schutzmasse, welche eine Oberfläche der die Bauelemente tragenden Leiterplatte bedeckt, verkapselt sein. Die Schutzmasse kann aus Kunststoff, beispielsweise einem Duroplast, insbesondere einem Polymer, z.B. Epoxidharz, bestehen.
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Um die Leiterplatte elektrisch kontaktieren zu können, beispielsweise um weitere Bauelemente und/oder Gegenstecker an der Leiterplatte elektrisch anschließen zu können, können an der Leiterplatte Kontaktstifte vorgesehen sein, die durch eine die Leiterplatte bedeckende Schutzschicht aus Schutzmasse hindurch ragen.
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DE 10 2015 214 311 A1 beschreibt ein Elektronikmodul mit einem über ein Sockelelement flexibel platzierbaren Bauelement und ein Verfahren zum Fertigen desselben.
DE 10 2016 209 488 A1 beschreibt ein weiteres Elektronikmodul mit einer Klemmverbindung für ein Getriebesteuergerät.
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Aus der
DE 10 2017 210 176 A1 ist ein Elektronikmodul bekannt, welches eine eine Leiterplatte aufweist. Ein erstes Bauelement ist an einer Bestückungsseite der Leiterplatte angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert. Weiterhin ist wenigstens ein Kontaktkörper vorgesehen, der mit einem leiterplattenseitigen Ende an der Bestückungsseite der Leiterplatte angeordnet ist. Eine elektrisch isolierende Schutzmasse, welche flüssig zu verarbeiten und dann aushärtbar ist bedeckt die Bestückungsseite der Leiterplatte derart, dass das erste Bauelement in die Schutzmasse eingekapselt ist und der Kontaktkörper seitlich von der Schutzmasse umgeben ist und ein leiterplattenfernes Ende des Kontaktkörpers aus der Schutzmasse herausragt. Ein zweites Bauelement ist mit einem Kunststoffkörper versehen, der wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in der ein metallisches Einlegeteil angeordnet ist.
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Das Einlegeteil wird in der
DE 10 2017 210 176 A1 mit dem Kontaktkörper verschweißt, wobei die Schweißverbindung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem zweiten Bauelement bestimmt ist. Zu diesem Zweck ist der Kontaktkörper über Leiterbahnen der Leiterplatte an eine auf der Leiterplatte vorgesehene elektronische Schaltung und das metallische Einlegeteil an einen elektrischen Funktionsteil des zweiten Bauelementes elektrisch angebunden. Durch die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktkörper und dem Einlegeteil wird der Funktionsteil des zweiten Bauelementes mit der elektronischen Schaltung auf der Leiterplatte elektrisch verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schlägt vor, bei einem Elektronikmodul der eingangs beschriebenen gattungsbestimmenden Art einen Kontaktkörper und ein metallisches Einlegeteil ausschließlich zur mechanischen Befestigung des zweiten Bauelementes an der Leiterplatte vorzusehen, wobei sowohl der Kontaktkörper als auch das Einlegeteil keine elektrische Anbindung an eine auf der Leiterplatte vorgesehene elektronische Schaltung und einen elektrischen Funktionsteil des zweiten Bauelementes aufweisen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektronikmoduls.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass zur Herstellung eines Elektronikmoduls der gattungsbestimmenden Art eine Leiterplatte mit einer darauf angeordneten elektronischen Schaltung und das zweite Bauelement, bei dem es sich beispielsweise um einen Sensor, einen Stecker oder ein elektronisches Submodul zur Ansteuerung einer elektrischen Komponente handeln kann, in separaten Fertigungsverfahren hergestellt und anschließend miteinander verbunden werden müssen. Für die elektrische Kontaktierung zwischen dem zweiten Bauelement und der Leiterplatte ist es vorteilhaft, bewährte und erprobte Verfahren wie Löten und Schweißen einzusetzen, wobei Signalunterbrechungen und Änderungen des elektrischen Widerstandes im Bereich der elektrischen Kontaktierung im Betrieb des Elektronikmoduls grundsätzlich vermieden werden müssen. Dies kann durch eine separate mechanische Befestigung erreicht werden, die unabhängig von der elektrischen Anbindung der Komponenten ausgeführt ist.
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Eine in Vorversuchen untersuchte Möglichkeit besteht beispielsweise in der Anordnung einer Halteleiste aus Kunststoff auf der Leiterplatte, wobei die Halteleiste mittels einer Kunststoffvernietung mit dem Kunststoffkörper des zweiten Bauelements verbunden wird. Hierzu ist jedoch ein zusätzlicher Prozess erforderlich, da die Kunststoffvernietung nicht im gleichen Prozess wie die Herstellung der elektrischen Löt- oder Schweißverbindung zwischen dem zweiten Bauelement und der Leiterplatte hergestellt werden kann.
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Dadurch, dass sowohl ein Kontaktkörper als auch ein metallisches Einlegeteil ausschließlich zur mechanischen Befestigung des zweiten Bauelementes an der Leiterplatte vorgesehen sind, wird vorteilhaft erreicht, dass die mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Bauelement und der Leiterplatte in einem preisgünstigen Schweißverfahren hergestellt werden kann. Die elektrische Kontaktierung kann an anderer Stelle mittels anderer oder gleichartiger Mittel erfolgen. Dies kann beispielsweise auch eine weitere Schweißverbindung zwischen elektrischen Kontaktstiften der Leiterplatte und weiteren elektrischen Einlegeteilen des zweiten Bauelementes umfassen. Die zur mechanischen Befestigung verwandten Kontaktkörper und metallischen Einlegeteile weisen keine elektrische Anbindung an eine auf der Leiterplatte vorgesehene elektronische Schaltung und einen elektrischen Funktionsteil des zweiten Bauelementes auf. Sie können daher in Hinblick auf die mechanische Festigkeit optimiert ausgelegt werden.
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Vorteilhaft kann die mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Bauelement und der Leiterplatte kostengünstig durch ein Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweißverfahren hergestellt werden, da eine Schweißverbindung eine höhere Festigkeit als eine Kunststoffnietverbindung aufweist.
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Insbesondere ist es möglich, eine Vielzahl von Kontaktkörpern auf der Leiterplatte vorzusehen, denen eine Vielzahl von metallischen Einlegeteilen zugeordnet ist. Es können mehrere zweite Bauelemente mit mehreren metallischen Einlegeteilen vorgesehen sein, denen jeweils ein Kontaktkörper auf der Leiterplatte zugeordnet ist. Vorteilhafte Ausführungsformen weisen beispielsweise zwei metallische Einlegeteile an einem zweiten Bauelement auf, die an zwei Kontaktkörpern auf der Leiterplatte befestigt sind. Weiterhin kann jedes zweite Bauelement auch eine Vielzahl von elektrischen Anschlussleitern aufweisen. Jedem elektrischen Anschlussleiter kann jeweils ein elektrischer Kontaktstift auf der Leiterplatte zugeordnet sein.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterführungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein elektrischer Kontaktstift vorgesehen ist, der mit einem leiterplattenseitigen Ende die Bestückungsseite der Leiterplatte elektrisch kontaktiert, wobei der wenigstens eine Kontaktstifte seitlich von der Schutzmasse umgeben ist und ein leiterplattenfernes Ende des Kontaktstiftes aus der Schutzmasse herausragt. Das zweite Bauelement kann einen dem wenigstens einen Kontaktstift zugeordneten in den Kunststoffkörper eingebetteten elektrischen Anschlussleiter aufweisen, wobei der Kunststoffkörper eine Aussparung aufweist, an welcher der elektrische Anschlussleiter freiliegt, und wobei der in der Aussparung freiliegende Anschlussleiter mit einem leiterplattenfernen Ende des elektrischen Kontaktstiftes verschweißt ist. Durch diese Ausgestaltung kann vorteilhaft erreicht werden, dass die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Bauelement und der Leiterplatte in der gleichen Technologie, wie die mechanische Anbindung des zweiten Bauelementes an die Leiterplatte erfolgen kann. Dadurch kann das Elektronikmodul besonders kostengünstig hergestellt werden.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn der elektrische Anschlussleiter einen elastisch auslenkbaren Bereich aufweist. Da die mechanische Befestigung zwischen dem Kontaktkörper und dem metallischen Einlegeteil sehr stabil ist, kann bei einer Temperaturwechselbelastung die unterschiedliche Ausdehnung des zweiten Bauelementes und der Leiterplatte thermische Spannungen hervorrufen, welche auf die elektrischen Verbindungsstellen wirkt. Daher ist es vorteilhaft, den wenigsten einen elektrischen Anschlussleiter mit einem elastisch auslenkbaren Bereich zu versehen, welcher verhindert, dass die thermischen Spannungen auf die elektrische Anbindungsstelle übertragen werden.
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Alternativ oder ergänzend kann das metallische Einlegeteil mittels eines elastisch auslenkbaren Anbindungsbereichs an dem Kunststoffkörper angeordnet sein. Der elastisch auslenkbare Anbindungsbereich weist seine Elastizität vorzugsweise in einer Richtung parallel zur Bestückungsseite der Leiterplatte auf, während auch Ausführungsformen möglich sind, die beispielsweise in einer Richtung senkrecht zur Bestückungsseite keine Elastizität aufweisen.
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Die Leiterplatte kann einschließlich der darauf bestückten Bauelemente mithilfe einer darüber verkapselnd abgeschiedenen Schutzmasse vor einer Schädigung durch chemisch aggressive Medien und/oder vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützt werden. Die Kontaktkörper und Kontaktstifte können dabei von der Bestückungsseite der Leiterplatte her durch die Schutzmasse hindurchreichen, sodass sie von außen her kontaktierbar sind.
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Die Kontaktkörper und Kontaktstifte können vor dem Aufbringen der Schutzmasse an die Bestückungsseite der Leiterplatte angebracht werden. Eventuell haben die Kontaktstifte hierfür einen verbreiterten Fuß, der flächig an Kontaktflächen an der Bestückungsseite angelötet werden kann.
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Anschließend kann die Schutzmasse aufgebracht werden, sodass diese die zu schützenden ersten Bauelemente, welche eine elektronische Schaltung bilden können, überdeckt und seitlich an die Kontaktkörper und Kontaktstifte angrenzt bzw. diese umgibt, wobei ein leiterplattenfernes Ende der Kontaktkörper und Kontaktstifte jeweils über die Schutzmasse hinaus nach außen abragt und somit frei zugänglich ist. Die Schutzmasse kann die Kontaktkörper und Kontaktstifte derart umgeben, dass sie die Kontaktkörper und Kontaktstifte seitlich direkt kontaktiert oder auch dazu seitlich durch einen Spalt beabstandet ist. So können beispielsweise die Kontaktstifte, falls eine Halteleiste vorgesehen ist, nicht direkt von der Schutzmasse kontaktiert werden, da die Schutzmasse in diesem Fall durch die Halteleiste von den Kontaktstiften getrennt wird. Jedoch werden auch in diesem Fall die Kontaktstifte von der Schutzmasse seitlich umgeben. Jedoch ist es auch möglich, dass die Schutzmasse in die Halteleiste eindringt und seitlich in direktem Kontakt zu den Kontaktstiften steht.
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Die Schutzmasse kann dann ausgehärtet werden. Hierzu wird die Leiterplatte mitsamt der Schutzmasse meist in einen Ofen, beispielsweise einen Durchlaufofen, eingebracht, um die Schutzmasse bei erhöhter Temperatur aushärten zu können. Die Leiterplatte einschließlich der Schutzmasse kann dabei eine geringe Bauhöhe aufweisen, sodass der eingesetzte Ofen möglichst platzsparend ausgelegt sein kann. Insbesondere kann ein Volumen, in dem die Leiterplatten zum Heizen in dem Ofen aufgenommen werden soll, flach sein. Die Schutzmasse kann als sogenanntes HCD (Hard Cover Dispense) nach dem Dam-Fill-Verfahren aufgebracht werden. Dabei wird ein umlaufender Damm aus einem hochviskosen Material auf die Bestückungsseite aufgetragen und anschließend ein fließfähige Füllmaterial in den von dem Damm umlaufenden Bereich eingefüllt. Danach erfolgt die Aushärtung im Ofen. Nach dem Aushärten der Schutzmasse können an den freiliegenden leiterplattenfernen Enden der Kontaktkörper und Kontaktstifte zweite Bauelemente angebracht werden. Deren elektrische Anschlussleiter können dabei mit den Enden der Kontaktstifte elektrisch verbunden werden, beispielsweise durch Verlöten, Anklemmen oder vorzugsweise Verschweißen.
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Das zweite Bauelement kann beispielsweise ein Sensor sein, welcher von der Leiterplatte abragt, um lokal physikalische Parameter messen zu können. Alternativ kann das zweite Bauelement beispielsweise ein Stecker sein, der von außen her kontaktiert werden kann, um beispielsweise eine elektrische Verbindung mit externen Sensoren oder weiteren Schaltkreisen herstellen zu können. Das zweite Bauelement kann dabei eine ähnliche oder größere Bauhöhe aufweisen wie die Leiterplatte mit der darauf aufgebrachten Schutzmasse. Das zweite Bauelement kann nachträglich, d.h. nachdem die Leiterplatte mit der Schutzmasse versehen und die Schutzmasse ausgehärtet wurde, mit den leiterplattenfernen Enden der Kontaktkörper und Kontaktstifte verbunden werden.
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Das zweite Bauelement weist einen Kunststoffkörper auf, der mechanisch mit einer auf der Leiterplatte angeordneten Halteleiste zusammenwirken kann, um das zweite Bauelement an der Halteleiste zu fixieren.
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Das Elektronikmodul kann ferner einen Spanschutzdeckel aufweisen, welcher leiterplattenferne Bereiche der Kontaktstifte abdeckt. Der Spanschutzdeckel kann hierbei insbesondere Bereiche der Kontaktstifte abdecken, welche ohne den Spanschutzdeckel freiliegenden würden und an welchen beispielsweise elektrisch leitfähige Metallspäne in Kontakt mit den Kontaktstiften gelangen und diese untereinander kurzschließen könnten.
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Figurenliste
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Es zeigen
- 1 zeigt eine perspektivische Querschnittansicht durch ein Elektronikmodul, die der Erläuterung dient,
- 2 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul,
- 2a zeigt den Teilquerschnitt aus 2 bei abgenommenem Spanschutzdeckel während der Herstellung des Elektronikmoduls,
- 3a und 3b Ausführungsformen des zweiten Bauelements,
- 4a eine weitere Ausführungsform des zweiten Bauelements,
- 4b einen Teilschnitt durch 4a entlang der Linie A-A,
- 5 ein weitere Ausführungsform des zweiten Bauelements.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Querschnittansicht durch ein Elektronikmodul 1. Das Elektronikmodul 1 kann beispielweise ein Steuergerät mit elektrischen Bauteilen für eine Signalverarbeitung, eine Leistungselektronik sowie diskrete Bauteile wie Sensoren zur Erfassung von Position und Drehzahlen, elektrische Schnittstellen beispielsweise in Form von Steckverbindungen, sowie mindestens eine Steckverbindung zum Anschluss an den Fahrzeugkabelbaum aufweisen. Das Elektronikmodul 1 kann im Getriebeöl verbaut werden und dort hohen Temperaturen (z.B. -40 ... +150°C) ausgesetzt sein. Deswegen sollte ein Design von Steuermodulen verschiedenen Ansprüchen genügen, wie zum Beispiel einen chemischen Angriff durch aggressives Öl vermeiden helfen sowie eine gute Temperatur- und Vibrationsbeständigkeit und einen Schutz vor Kurzschlüssen durch metallische Späne bewirken. Die Position diskreter Bauteile wird dabei meist durch eine Konstruktion des Getriebes vorgegeben. In der Regel liegt diese Position außerhalb einer Ebene des Steuergerätes. Für die elektrische Verbindung zum Steuergerät wird ein elektrischer Leiter benötigt. Dies kann z.B. ein Kabel, ein Stanzgitter oder eine Flexfolie sein. Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch in anderen Elektronikmodulen, insbesondere anderen Steuergeräten, zum Einsatz kommen.
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Das Elektronikmodul 1 umfasst eine Leiterplatte 3, an deren Bestückungsseite 7 ein oder vorzugsweise mehrere elektronische erste Bauelemente 5 angeordnet sind. Die Bauelemente 5 können mit elektrisch leitfähigen Strukturen (nicht explizit dargestellt) wie beispielsweise Leiterbahnen auf der Leiterplatte 3 elektrisch verbunden sein und eine elektronische Schaltung 50 bilden. Diese Leiterbahnen der Leiterplatte 3 können wiederum mit elektrischen Kontaktstiften 9 elektrisch leitend verbunden sein. Mittels der elektrischen Kontaktstifte 9 ist eine elektrische Kontaktierung eines zweiten Bauelementes 19 möglich.
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Die Kontaktstifte 9 können beispielsweise in einer Halteleiste 17 angeordnet sein, welche die Kontaktstifte 9 mechanisch hält und relativ zueinander eng benachbart positioniert. Die Kontaktstifte 9 können deutlich länger sein als ihr Durchmesser als und der Abstand zwischen nächstbenachbarten Kontaktstiften 9. Vorzugsweise können die Kontaktstifte 9 parallel zueinander ausgerichtet in der Halteleiste 17 aufgenommen sein. Die Halteleiste 17 kann ein einfaches Kunststoffbauteil sein. Beispielsweise können mehrere Kontaktstifte 9 durch Spritzguss mit elektrisch isolierendem Kunststoff umspritzt werden.
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Beim Zusammenbau des Elektronikmoduls 1 können mehrere Kontaktstifte 9 in der Halteleiste 17 aufgenommen gemeinsam montiert werden, indem die Halteleiste 17 an der Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 angeordnet wird und dann leiterplattenseitige Enden 13 der Kontaktstifte 9 mit zugehörigen Kontaktflächen an der Leiterplatte 3 elektrisch verbunden, beispielsweise verlötet, werden.
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Um die ersten Bauelemente 5 insbesondere vor einem Angriff durch chemisch aggressive Medien wie Getriebeöl zu schützen, wird beim Fertigen des Elektronikmoduls 1 die Bestückungsseite 7, nachdem dort die Bauelemente 5 und die Halteleiste 17 mit den Kontaktstiften 9 angeordnet wurden, mit einer polymeren Schutzmasse 11 bedeckt. Die Schutzmasse 11 überdeckt dabei die ersten Bauelemente 5 und kapselt diese somit ein. Im Vergleich zu den ersten Bauelementen 5 weist die Halteleiste 17 jedoch eine größere Höhe auf, die insbesondere größer ist als die Dicke der durch die Schutzmasse 11 gebildeten Schutzschicht, sodass die Schutzmasse 11 zwar an einen leiterplattenseitigen Bereich der Halteleiste 17 angrenzt, ein leiterplattenferner Bereich der Halteleiste 17 jedoch nach oben aus der Schutzmasse 11 herausragt und somit freiliegt. Die Halteleiste 17 ist aber nicht zwingend erforderlich. Die Schutzmasse 11 kann insbesondere ein Epoxidharz aufweisen.
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Die Schutzmasse 11 kann im sogenannten Dam-Fill-Verfahren auf die Bestücktungsseite 7 aufgetragen sein. Dabei wird, wie in 2 angedeutet ist, zunächst ein das wenigstens eine erste Bauelement 5 und/oder die elektronische Schaltung 50 umlaufender Damm 60 aus einem hochviskosen Material auf die Bestückungsseite 7 aufgebracht. Anschließend wird die Schutzmasse 11 aus einem fließfähigen und aushärtbaren Material, beispielsweise einem niederviskosen Epoxidharz in den von dem Damm 60 umlaufenden Bereich eingefüllt, bis das erste Bauelement 5 und/oder die elektronische Schaltung 50 vollständig mit der Schutzmasse 11 bedeckt ist.
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2 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls, bei dem die Leiterplatte 3 mit einem zweiten Bauelement 19 verbunden ist. Das zweite Bauelement kann beispielsweise ein Sensor, ein Stecker oder ein Submodul sein. Das zweite Bauelement 19 kann einen in 3a angedeuteten elektrischen Funktionsteil 51 aufweisen. Bei dem elektrischen Funktionsteil 51 kann es sich beispielsweise um ein Sensorelement, einen zur Aufnahme eines Gegensteckers ausgebildete Steckaufnahme eines Steckerteils oder ein elektronisches Schaltungsteil oder ein anderes Funktionsteil handeln. Das zweite Bauelement 19 weist einen Kunststoffkörper 21 auf, in dem wenigstens ein metallisches Einlegeteil 42 angeordnet ist. Das metallische Einlegeteil 42 ist nicht mit dem Fuktionsteil 51 elektrische verbunden. Das metallische Einlegeteil 42 kann beispielsweise als Stanzgitterteil ausgebildet sein, dass mit dem Kunststoff des Kunststoffkörpers 21 in einem Spritzgussverfahren umspritzt wurde. Der Kunststoffkörper 21 weist eine Ausnehmung 43 auf, in der das metallische Einlegeteil 42 freiliegt. Die Ausnehmung 43 kann beispielsweise als Durchgangsausnehmung oder Randaussparung ausgebildet sein. Die Leiterplatte 3 ist mit einem Kontaktkörper 41 versehen, der mit seinem leiterplattenseitigen Ende 44 auf der Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 angeordnet ist, beispielsweise dadurch, dass der Kontaktkörper 41 auf eine Anschlussfläche 47 der Leiterplatte 3 aufgelötet ist. Der Kontaktkörper 41 kann aus Metall bestehen und beispielsweise einen zylindrischen Außenmantel aufweisen. Die Anschlussfläche 47 ist nicht mit der elektronischen Schaltung 50 der Leiterplatte 3 elektrisch kontaktiert.
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Zur mechanischen Befestigung des zweiten Bauelementes 19 an der Leiterplatte 3 ist das metallische Einlegeteil 42 mit dem leiterplattenfernen Ende 45 des Kontaktkörpers 41 verschweißt. Wie zu erkennen ist, weisen der Kontaktkörper 41 und das metallische Einlegeteil 42 keine elektrische Anbindung an die auf der Leiterplatte 3 vorgesehene elektronische Schaltung 50 oder den elektrischen Funktionsteil 51 des zweiten Bauelementes 19 auf und sind ausschließlich zur mechanischen Befestigung des zweiten Bauelementes 19 an der Leiterplatte 3 vorgesehen.
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Die elektrische Kontaktierung zwischen dem zweiten Bauelement 19 und der Leiterplatte 3 kann in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform wird im Folgenden vorgestellt.
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Hierzu kann die Leiterplatte 3 mit wenigstens einem elektrischen Kontaktstift 9 versehen sein, der wie in 1 bereits vorgestellt, mit seinem leiterplattenseitigen Ende 13 auf eine Kontaktfläche 48 der Leiterplatte 3 aufgelötet ist. Der Kontaktstift 9 steht mit seinem leiterplattenfernen Ende 15 aus der Schutzmasse 11 hervor. Wenigstens eine Anschlussleiter 25, der mit dem Funktionsteil 51 elektrisch verbunden ist, ragt in einer Aussparung 46 aus dem Kunststoffkörper 21 hervor. Dieser freiliegende Abschnitt des Anschlussleiters 25 ist mit dem leiterplattenfernen Ende 15 des Kontaktstiftes 9 verschweißt.
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Um zu vermeiden, dass beispielsweise in Getriebeöl schwimmende Metallspäne zu den Kontaktstiften 9 oder den freiliegenden Enden der Anschlussleiter 25 gelangen und diese elektrisch kurzschließen können, ist nahe einer Verbindungsstelle zwischen der Halteleiste 17 und der Gegenleiste 21 ein Spanschutzdeckel 23 vorgesehen. Dieser Spanschutzdeckel 23 kann leiterplattenferne Bereiche der Kontaktstifte 9 in der Nähe ihrer leiterplattenfernen Enden 15 abdecken, sodass keine Metallspäne dorthin gelangen können. In ähnlicher Weise kann der Spanschutzdeckel 23 auch die Kontaktanschlüsse 25 abdecken. Der Spanschutzdeckel 23 kann aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial bestehen und beispielsweise ein einfaches Spritzguss-Bauteil sein.
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Zusätzlich kann eine Halteleiste 17 auf der Leiterplatte montiert sein. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Die Kontaktstifte 9 können beispielsweise ähnlich wie in 1 in der Halteleiste 17 angeordnet sein. Die Halteleiste 17 kann ein einfaches Kunststoffbauteil sein und mit Öffnungen 31 ausgestaltet sein, durch die hindurch die Kontaktstiften 9 mit einem gewissen seitlichen Spiel verlaufen. Die Kontaktstifte 9 sind dabei lediglich über einen Steg 33 am Rest der Halteleiste 17 gehalten. Hierdurch sind die Kontaktstifte 9 zwar in der Halteleiste 17 grob positioniert, können aber beim Montieren der Halteleiste 17 noch geringfügig seitlich verlagert werden, bevor sie dann mit ihrem leiterplattenseitigen Ende 13 beispielsweise mit einer Kontaktfläche 35 an der Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 angelötet werden. Der Kunststoffkörper 21 des zweiten Bauelementes 21 kann, wie in 2 dargestellt ist, auf der Halteleiste 17 flach aufliegen.
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Der Spanschutzdeckel 23, die Halteleiste 17 und der Kunststoffkörper können geometrisch derart ausgebildet sein, dass sich an einem Übergang zwischen diesen Komponenten eine Labyrinthdichtung ausbildet. Entlang dieser Labyrinthdichtung ist ein Weg ins Innere des von dem Spanschutzdeckel 23 überdeckten Volumens derart labyrinthartig geschwungen, dass keine länglichen Metallspäne hindurch gelangen können. Fluide wie insbesondere das Getriebeöl können eventuell jedoch dennoch durch diese Labyrinthdichtung hindurch gelangen.
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3a und 3b zeigen Ausführungsformen des zweiten Bauelements in einer Draufsicht. Wie in 3a zu erkennen ist, kann das zweite Bauelement 19 beispielsweise vier Anschlussleiter 25 aufweisen, die parallel zueinander verlaufen. Das metallische Einlegeteil 42 ist in der Mitte des Kunststoffkörpers 21 angeordnet. Darunter befindet sich der metallische Kontaktkörper 41. 3b zeigt eine ähnliche Ausführungsform mit 12 Anschlussleitern 25. Jedem Anschlussleiter 25 ist jeweils ein elektrischer Kontaktstift 9 zugeordnet.
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4a eine weitere Ausführungsform des zweiten Bauelements 19. 4b zeigt einen Teilschnitt durch 4a entlang der Linie A-A. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die elektrischen Anschlussleiter 25 einen elastisch auslenkbaren Bereich 25a auf. Dieser kann beispielsweise als c-förmige oder u-förmige Biegung ausgebildet sein. Der federelastische Bereich 25a ermöglicht einen Ausgleich bei thermischen Spannungen zwischen dem zweiten Bauelement 19 und der Leiterplatte 3. Zwei metallische Einlegeteile 41 ragen in Ausnehmungen des Kunststoffs an den Rändern des Kunststoffkörpers 21 hervor.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform des zweiten Bauelements 19. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zahlreiche Anschlussleiter 25 vorgesehen, die in Kammern angeordnet sind und parallel zueinander verlaufen. Zwei metallische Einlegeteile 42 sind mittels eines elastisch auslenkbaren Anbindungsbereichs 49 an dem Kunststoffkörper 21 angeordnet. Der elastisch auslenkbare Anbindungsbereich 49 kann beispielsweise einen Kunststoffrahmen oder eine Kunststoffgabel umfassen. Der elastisch auslenkbare Anbindungsbereich 49 weist die Ausnehmung 43 auf, in der jeweils ein Einlegeteil 42 angeordnet ist. Das an dem Anbindungsbereich 49 festgelegt ist. Der elastisch auslenkbare Anbindungsbereich 49 erlaubt eine elastische Auslenkung des Einlegeteils 42 relativ zum Kunststoffkörper 21 in der Ebene der 5, also parallel zur Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3.
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Selbstverständlich können die Ausführungsformen aus 4 und 5 auch kombiniert werden, um einen noch besseren Ausgleich gegenüber thermischen Wechselbelastungen zu realisieren.
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Anhand von 2a soll ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls beschrieben werden.
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Hierzu wird eine Leiterplatte 3 bereitgestellt, welche das erste Bauelement 5 aufweist, das an einer Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert ist. Der wenigstens eine Kontaktkörper 41 ist mit einem leiterplattenseitigen Ende 44 bereits an der Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 angeordnet. Die elektrisch isolierende Schutzmasse 11 bedeckt die Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 derart, dass das erste Bauelement 5 in die Schutzmasse 11 eingekapselt ist und der Kontaktkörper 41 seitlich von der Schutzmasse 11 umgeben ist und ein leiterplattenfernes Ende 45 des Kontaktkörpers 41 aus der Schutzmasse 11 herausragt. Weiterhin kann die Leiterplatte 3 beispielsweise wenigstens einen elektrischen Kontaktstift 9 aufweisen, der jeweils mit einem leiterplattenseitigen Ende 13 die Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 elektrisch kontaktiert, wobei der wenigstens eine Kontaktstifte 9 seitlich von der Schutzmasse 11 umgeben ist und ein leiterplattenfernes Ende 15 des Kontaktstiftes 9 aus der Schutzmasse 11 herausragt.
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Außerdem wird das zweite Bauelement 19 bereitgestellt. Das zweite Bauelement 19 weist einen Kunststoffkörper 21 auf, der wenigstens eine Ausnehmung 43 aufweist, in der ein metallisches Einlegeteil 42 angeordnet ist. Das zweite Bauelement 19 kann wenigstens einen in den Kunststoffkörper 21 eingebetteten elektrischen Anschlussleiter 25 aufweisen, wobei der Kunststoffgrundkörper 21 eine Aussparung 46 aufweist, an welcher der elektrische Anschlussleiter 25 freiliegt.
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Das zweite Bauelement 19 wird derart an der Leiterplatte 3 angeordnet, dass der Kontaktkörper 41 in die Ausnehmung 43 eindringt bis das metallische Einlegeteil 42 auf dem leiterplattenfernen Ende 45 des Kontaktkörpers 41 aufliegt und der Anschlussleiter 25 auf dem leiterplattenfernen Ende 15 des Kontaktstifts 9 aufliegt. Anschließend kann in einer Schweißvorrichtung in demselben Verfahrensschritt beispielweise mittels eines Laserstrahleintrags 102 das Einlegeteil 42 mit dem Kontaktkörper 41 und mittels eines Laserstrahleintrags 101 der Anschlussleiter 25 mit dem Kontaktstift 9 verschweißt werden. Zuletzt kann der Spanschutzdeckel 23 montiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015214311 A1 [0006]
- DE 102016209488 A1 [0006]
- DE 102017210176 A1 [0007, 0008]
