DE102021209332A1

DE102021209332A1 - Electronic device for a vehicle

Info

Publication number: DE102021209332A1
Application number: DE102021209332.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bock; Horst Kiese; Tilo Liebl; Stefan Mehlhase; Hubert Trageser
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2023-03-02
Also published as: KR20240035592A; WO2023025847A1; CN117898028A

Abstract

Elektronisches Gerät (1) für ein Fahrzeug, insbesondere ein Steuergerät für ein Fahrzeug, aufweisend:
eine Leiterplatte (10),
eine auf der Leiterplatte (10) angeordnete elektronische Schaltung (11),
ein Messelement (13), und
eine Ummantelung (12) der Leiterplatte (10), welche die elektronische Schaltung (11) zumindest teilweise einschließt, wobei
das Messelement (13) eingerichtet ist, eine mechanische Spannung in der Leiterplatte (10), welche in einem Bereich der elektronischen Schaltung (11) auftritt, zu messen/erfassen.

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control device for a vehicle, having:
a circuit board (10),
an electronic circuit (11) arranged on the circuit board (10),
a measuring element (13), and
a casing (12) of the printed circuit board (10) which at least partially encloses the electronic circuit (11), wherein
the measuring element (13) is set up to measure/detect a mechanical stress in the printed circuit board (10) which occurs in an area of the electronic circuit (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät für ein Fahrzeug, insbesondere ein Steuergerät für ein Fahrzeug, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren und ein entsprechendes Werkzeug zur Herstellung.The invention relates to an electronic device for a vehicle, in particular a control device for a vehicle, and a corresponding manufacturing method and a corresponding tool for manufacturing.

Aus dem Stand der Technik sind Steuergeräte für Fahrzeuge bekannt, welche ein Gehäuse aufweisen, wobei innerhalb des Gehäuses eine Leiterplatte angeordnet ist. Das Gehäuse schützt die darin enthaltene Leiterplatte vor äußeren Einflüssen. Im Zuge von Gewichtseinsparungen und zur Reduktion von Bauteilabmessungen werden Steuergeräte bzw. die entsprechenden Leiterplatten neuerdings im sogenannten Overmoldprozess mit einem Kunststoff ein- bzw. zweiseitig ummantelt und somit mediendicht ausgebildet. Auf diese Weise kann auf ein Gehäuse verzichtet werden.Control units for vehicles are known from the prior art, which have a housing, a printed circuit board being arranged inside the housing. The housing protects the printed circuit board it contains from external influences. In the course of weight savings and to reduce component dimensions, control units and the corresponding printed circuit boards have recently been encased with a plastic on one or two sides in the so-called overmold process and are thus designed to be media-tight. In this way, a housing can be dispensed with.

Prozessbedingt können während des Ummantelns der Leiterplatte mechanische Spannungen in der Leiterplatte auftreten. Folge dieser mechanischen Spannungen können Schäden an Kontaktierungsstellen von auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauteilen sein, die Fehlfunktionen bzw. Ausfälle des Steuergerätes in der Produktion oder im Feld nach sich ziehen.Due to the process, mechanical stresses can occur in the circuit board during the encapsulation of the circuit board. This mechanical stress can result in damage to the contact points of electronic components arranged on the printed circuit board, which can result in malfunctions or failures of the control unit in production or in the field.

Eine Möglichkeit der Messung entsprechender mechanischer Spannungen ist nach bisherigem Stand der Technik nur in einem der Produktion nachgelagerten Schritt und mit hohem Aufwand möglich.According to the current state of the art, one way of measuring corresponding mechanical stresses is only possible in a step downstream of production and with great effort.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Gerät für ein Fahrzeug, insbesondere ein Steuergerät für ein Fahrzeug, zu schaffen, welches ein Auftreten mechanischer Spannungen in der Leiterplatte infolge der Ummantelung effizienter und zuverlässig erkennbar macht.Against this background, it is the object of the present invention to create an electronic device for a vehicle, in particular a control device for a vehicle, which makes it possible to detect the occurrence of mechanical stresses in the printed circuit board as a result of the sheathing more efficiently and reliably.

Diese Aufgabe wird mit einem elektronischen Gerät gemäß Patentanspruch 1, einem Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Geräts gemäß Patentanspruch 14 und einem Werkzeug zur Herstellung eines entsprechenden Geräts gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with an electronic device according to patent claim 1, a method for manufacturing a corresponding device according to patent claim 14 and a tool for manufacturing a corresponding device according to patent claim 15. Preferred embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße elektronische Gerät für ein Fahrzeug, insbesondere das Steuergerät für ein Fahrzeug, beinhaltet Folgendes:

eine Leiterplatte,
eine auf der Leiterplatte angeordnete elektronische Schaltung,
ein, bevorzugt auf der Leiterplatte angeordnetes, Messelement, und
eine Ummantelung der Leiterplatte, welche die elektronische Schaltung zumindest teilweise einschließt, wobei
das Messelement eingerichtet ist, eine mechanische Spannung in der Leiterplatte, welche in einem Bereich der elektronischen Schaltung auftritt, zu messen/erfassen.

The electronic device according to the invention for a vehicle, in particular the control unit for a vehicle, includes the following:

a circuit board,
an electronic circuit arranged on the printed circuit board,
a measuring element, preferably arranged on the printed circuit board, and
an enclosure of the circuit board at least partially enclosing the electronic circuitry, wherein
the measuring element is set up to measure/detect a mechanical stress in the printed circuit board which occurs in an area of the electronic circuit.

Das elektrische Gerät ist bevorzugt eine electronic control unit (ECU) oder eine transmission control unit (TCU) und wird bevorzugt zur Steuerung von Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise einem Getriebe, in einem Fahrzeug eingesetzt. Weiterhin kann das elektronische Gerät bevorzugt ein elektronisches Gerät mit einer Sicherheitsabschalteinrichtung sein.The electrical device is preferably an electronic control unit (ECU) or a transmission control unit (TCU) and is preferably used to control vehicle components, such as a transmission, in a vehicle. Furthermore, the electronic device can preferably be an electronic device with a safety shutdown device.

Das elektronische Gerät ist bevorzugt gehäusefrei ausgebildet und durch die Ummantelung, auch „Overmold“ genannt, gegenüber äußeren Medien geschützt. Beispiele für die äußeren Medien sind Wasser, Öle, Salz oder Sand, welche eine korrosive und in der Folge beschädigende Wirkung auf die Leiterplatte haben können. Als Material für die Ummantelung (Mantelmaterial) wird bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, ein duroplastischer Kunststoff oder ein Kunstharz, insbesondere ein Epoxidharz, eingesetzt.The electronic device is preferably designed without a housing and is protected from external media by the casing, also known as “overmold”. Examples of the external media are water, oils, salt or sand, which can have a corrosive and subsequently damaging effect on the printed circuit board. A thermoplastic plastic, a duroplastic plastic or a synthetic resin, in particular an epoxy resin, is preferably used as the material for the sheathing (jacket material).

Bevorzugt sind die Ummantelung, die Leiterplatte und gegebenenfalls eine Grundplatte stoffschlüssig verbunden. Die Ummantelung kann die Leiterplatte bevorzugt einseitig, beidseitig oder vollständig umschließen. Bei Ausbilden der Ummantelung der Leiterplatte können Kontaktierungen der elektronischen Schaltung infolge mechanischer Spannungen in der Leiterplatte, die insbesondere zu Verformungen der Leiterplatte führen, beschädigt werden. Bevorzugt ermöglicht das Messelement, auftretende mechanische Spannungen in der Leiterplatte im Bereich der elektronischen Schaltung während des Produktionsprozesses und/oder im Betrieb des Fahrzeuges zu erfassen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.The casing, the printed circuit board and optionally a base plate are preferably bonded to one another. The casing can enclose the printed circuit board, preferably on one side, on both sides, or completely. When the casing of the printed circuit board is formed, contacts of the electronic circuit can be damaged as a result of mechanical stresses in the printed circuit board, which lead in particular to deformation of the printed circuit board. The measuring element preferably makes it possible to detect mechanical stresses that occur in the printed circuit board in the area of the electronic circuit during the production process and/or when the vehicle is in operation and to take appropriate measures.

Bevorzugt kann auf Grundlage der durch das Messelement erfassten Messdaten/-signale das elektrische Verhalten der elektronischen Schaltung optimiert werden. So können mechanische Spannungen in der Leiterplatte, die insbesondere während des Overmoldprozesses eingebracht werden und die elektronische Schaltung beschädigen können, durch Anpassung von Prozessparametern reduziert oder eliminiert werden. Dies ist insbesondere in der Entwicklungsphase des Steuergerätes vorteilhaft, in welcher die Prozessparameter für die spätere serielle Herstellung ermittelt werden. Bevorzugt kann auf diese Weise ein vollfunktionsfähiges Steuergerät bereitgestellt werden und eine Lebensdauer des Steuergerätes erhöht werden. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Ausführung des Steuergerätes eine Kostenreduzierung erzielt werden, da beispielsweise produktionsbedingte Fehlteile reduziert werden können. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Messverfahren bevorzugt zerstörungsfrei und prozessbegleitend anwendbar.The electrical behavior of the electronic circuit can preferably be optimized on the basis of the measurement data/signals recorded by the measurement element. In this way, mechanical stresses in the printed circuit board, which are introduced in particular during the overmolding process and can damage the electronic circuit, can be reduced or eliminated by adjusting the process parameters. This is particularly advantageous in the development phase of the control unit, in which the process parameters for later serial production are determined. Before In this way, a fully functional control device can be provided and the service life of the control device can be increased. Furthermore, the design of the control device according to the invention allows a cost reduction to be achieved since, for example, production-related missing parts can be reduced. Furthermore, the measuring method according to the invention can preferably be used non-destructively and during the process.

Das elektronische Gerät für ein Fahrzeug umfasst bevorzugt weiter:

zumindest ein elektronisches Bauteil, und
zumindest eine Leiterbahn, welche bevorzugt auf der Leiterplatte angeordnet ist und bevorzugt elektrisch leitend mit dem zumindest einen elektrischen Bauteil verbunden ist, wobei das Messelement bevorzugt eingerichtet ist, die mechanische Spannung in der Leiterplatte, welche in einem Bereich, insbesondere in einem Kontaktierungsbereich, des zumindest einen elektronischen Bauteils auftritt, zu messen/erfassen.

The electronic device for a vehicle preferably further comprises:

at least one electronic component, and
at least one conductor track, which is preferably arranged on the circuit board and is preferably electrically conductively connected to the at least one electrical component, with the measuring element preferably being set up to measure the mechanical stress in the circuit board, which is present in an area, in particular in a contacting area, of the at least an electronic component occurs to measure/detect.

Die elektronischen Bauteile sind bevorzugt µ-Controller oder Sensoren zur Erfassung und/oder Verarbeitung relevanter Betriebsdaten, oder elektronische Schaltungselemente, wie Kondensatoren oder Spulen. Die Leiterbahn ist bevorzugt aus Kupfer, Messing, Silber und/oder einer Silberlegierung gebildet und integral in der Leiterplatte vorgesehen.The electronic components are preferably μ-controllers or sensors for acquiring and/or processing relevant operating data, or electronic circuit elements such as capacitors or coils. The conductor track is preferably formed from copper, brass, silver and/or a silver alloy and is provided integrally in the printed circuit board.

Bevorzugt ist eine Vielzahl an Messelementen verteilt auf der Leiterplatte angeordnet, wobei die Messelemente bevorzugt eingerichtet sind, die mechanische Spannung in der Leiterplatte an verschiedenen Bereichen der elektronischen Schaltung zu messen/erfassen.A large number of measuring elements are preferably distributed on the printed circuit board, with the measuring elements preferably being set up to measure/detect the mechanical stress in the printed circuit board in different areas of the electronic circuit.

Verschiedene Bereiche der elektronischen Schaltung sind bevorzugt Positionen, welche kritisch in Bezug auf den Overmoldprozess sind. Eine kritische Position kann beispielsweise im Bereich eines µ-Controllers, eines Sensors oder eines elektronischen Schaltungselements (Kondensatoren, Spulen) sein. Das Auftreten der mechanischen Spannung, insbesondere einer Verformung, in einem solchen Bereich kann eine Beschädigung von Kontaktierungen zwischen dem/den Bauteil(en) und der/den Leiterbahn(en) zur Folge haben und die Funktionalität des elektronischen Geräts negativ beeinflussen.Various areas of the electronic circuit are preferably positions which are critical with regard to the overmolding process. A critical position can be, for example, in the area of a µ-controller, a sensor or an electronic circuit element (capacitors, coils). The occurrence of mechanical stress, in particular deformation, in such an area can result in damage to contacts between the component(s) and the conductor track(s) and negatively affect the functionality of the electronic device.

Bevorzugt ist die Vielzahl der Messelemente in einem vorgegebenen Muster, z.B. in Form einer Matrixstruktur, auf der Leiterplatte derart angeordnet, dass die mechanische Spannung in der Leiterplatte an den jeweiligen Bereichen des Musters gemessen wird.The multiplicity of measuring elements are preferably arranged in a predetermined pattern, e.g. in the form of a matrix structure, on the printed circuit board in such a way that the mechanical stress in the printed circuit board is measured at the respective areas of the pattern.

Bevorzugt können auftretende mechanische Spannungen in der Leiterplatte an den kritischen Positionen durch Abfrage eines oder mehrerer der in dem Muster angeordneten Messelemente, welche/s an oder in dem Bereich/ den Bereichen der kritischen Positionen angeordnet ist/ sind, ermittelt werden.Mechanical stresses that occur in the printed circuit board at the critical positions can preferably be determined by querying one or more of the measuring elements arranged in the pattern, which is/are arranged at or in the area/areas of the critical positions.

Bevorzugt ist/sind das Messelement oder die Messelemente jeweils eine Leiterschleife, welche auf der Leiterplatte angeordnet ist/sind.The measuring element or the measuring elements is/are preferably a conductor loop, which is/are arranged on the printed circuit board.

Das Messprinzip des Messelements beruht hierbei insbesondere auf einer Widerstandsänderung, d.h. darauf, dass die Leiterschleife ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der mechanischen Spannung ändert. Die Leiterschleife ist bevorzugt aus Kupfer, Messing, Silber und/oder einer Silberlegierung gebildet und integral in der Leiterplatte vorgesehen. Die Herstellung der Leiterplatte erfolgt bevorzugt in einem lithographischen/reduzierenden Prozess. Das Vorsehen einer zusätzlichen Leiterschleife ist lediglich bei der Erstellung des Leiterplattenkonzepts ein zusätzlicher, jedoch sehr geringer Aufwand, und für die Herstellung der Leiterplatte bevorzugt kostenneutral anzusehen. Bevorzugt kann die Leiterschleife durch die Anpassung von Parametern, wie Kupferdicke oder Leiterlänge, optimiert werden.The measuring principle of the measuring element is based in particular on a change in resistance, i.e. on the fact that the conductor loop changes its electrical resistance as a function of the mechanical stress. The conductor loop is preferably formed from copper, brass, silver and/or a silver alloy and is provided integrally in the printed circuit board. The printed circuit board is preferably produced in a lithographic/reducing process. The provision of an additional conductor loop is only an additional but very small outlay when creating the printed circuit board concept and is preferably considered to be cost-neutral for the production of the printed circuit board. The conductor loop can preferably be optimized by adjusting parameters such as copper thickness or conductor length.

Bevorzugt ist die das Messelement bildende Leiterschleife mäanderförmig ausgeführt.The conductor loop forming the measuring element is preferably designed in a meandering manner.

Bevorzugt weist die mäanderförmige Leiterschleife eine Vielzahl an Windungen/Schleifen auf, die dicht aufeinanderfolgend verlaufen. Bevorzugt können stauchende und/oder dehnende Verformungen hochauflösend gemessen werden. Die Windungen/Schleifen sind bevorzugt rechtwinklig/orthogonal ausgeführt.The meandering conductor loop preferably has a large number of windings/loops which run in close succession. Compression and/or expansion deformations can preferably be measured with high resolution. The turns/loops are preferably rectangular/orthogonal.

Bevorzugt sind die Leiterbahn und die das Messelement bildende Leiterschleife elektrisch leitend verbunden.The conductor track and the conductor loop forming the measuring element are preferably connected in an electrically conductive manner.

Bevorzugt ist die Leiterschleife in die elektronische Schaltung des elektronischen Geräts integriert. Das heißt die Leiterschleife ist bevorzugt ein Teil der Leiterbahn der elektronischen Schaltung des elektronischen Gerätes.The conductor loop is preferably integrated into the electronic circuit of the electronic device. This means that the conductor loop is preferably part of the conductor track of the electronic circuit of the electronic device.

Bevorzugt weist die Leiterplatte zumindest einen Anschluss zur Kontaktierung der elektronischen Schaltung auf, welcher bevorzugt elektrisch leitend mit der Leiterbahn und der das Messelement bildenden Leiterschleife derart verbunden ist, dass bevorzugt ein die mechanische Spannung in der Leiterplatte angebendes Messsignal und/oder ein entsprechender Messwert über den Anschluss ausgebbar ist.The printed circuit board preferably has at least one connection for contacting the electronic circuit, which is preferably electrically conductively connected to the conductor track and the conductor loop forming the measuring element in such a way that a measurement signal indicating the mechanical stress in the printed circuit board and/or a corresponding measured value via the Connection can be issued.

Bevorzugt ist der Anschluss zur Kontaktierung der elektronischen Schaltung ein BUS-Anschluss zur Kommunikation mit weiteren Fahrzeugkomponenten. Bevorzugt kann der Anschluss während des Overmoldprozesses genutzt werden, um Messdaten/-signale des Messelements/ der Leiterschleife abzufragen. Auf Grundlage dieser Messdaten/-signale können bevorzugt Rückschlüsse auf die auftretenden mechanischen Spannungen und damit hinsichtlich der Qualität und der Reproduzierbarkeit des Prozesses gezogen werden.The connection for contacting the electronic circuit is preferably a BUS connection for communication with other vehicle components. The connection can preferably be used during the overmolding process in order to query measurement data/signals of the measurement element/the conductor loop. On the basis of these measurement data/signals, conclusions can preferably be drawn about the mechanical stresses that occur and thus with regard to the quality and reproducibility of the process.

Weiterhin kann durch die Anbindung/Integration des Messelements in die elektronische Schaltung die mechanische Spannung über den Anschluss in der Leiterplatte bevorzugt auch im Feld gemessen/erfasst werden. So kann in einem Fall in dem ein zu hoher Spannungswert ausgegeben wird bevorzugt eine Fehlermeldung ausgegeben werden. Im Zuge der Fehlermeldung wird der Fahrer bevorzugt aufgefordert eine Werkstatt aufzusuchen.Furthermore, by connecting/integrating the measuring element into the electronic circuit, the mechanical stress can preferably also be measured/detected in the field via the connection in the printed circuit board. Thus, in a case in which a voltage value that is output is too high, an error message can preferably be output. In the course of the error message, the driver is preferably asked to visit a workshop.

Bevorzugt ist die Leiterbahn und die das Messelement bildende Leiterschleife nicht elektrisch leitend verbunden, wobei die das Messelement bildende Leiterschleife zur Ausgabe eines die mechanische Spannung wiederspiegelnden Messsignals und/oder eines gemessenen Wertes bevorzugt gesondert kontaktierbar ist.The conductor track and the conductor loop forming the measuring element are preferably not electrically conductively connected, with the conductor loop forming the measuring element preferably being able to be contacted separately to output a measuring signal reflecting the mechanical stress and/or a measured value.

Bevorzugt ist die Leiterschleife hierbei autark auf der Leiterplatte vorgesehen.In this case, the conductor loop is preferably provided independently on the printed circuit board.

Bevorzugt ist die Leiterschleife als geöffnete Leiterschleife ausgeführt und weißt Kontaktpunkte für die Widerstandsmessung auf.The conductor loop is preferably designed as an open conductor loop and has contact points for measuring the resistance.

Die Kontaktierung kann bevorzugt mittels Messspitzen erfolgen. Entsprechende Messspitzen können bevorzugt in einem im Folgenden noch erläuterten Werkzeug, in welchem der Overmoldprozess erfolgt, vorgesehen sein.The contact can preferably be made by means of measuring tips. Corresponding measuring tips can preferably be provided in a tool, which will be explained below, in which the overmolding process takes place.

Bevorzugt ist die Leiterschleife, wie erwähnt, autark ausgebildet, das heißt die Leiterschleife ist elektrisch von der Leiterbahn der elektronischen Schaltung isoliert/getrennt. Dadurch hat das Messelement keinerlei elektrischen Einfluss auf die elektronische Schaltung, wie beispielsweise negative induktive/kapazitive/ohmsche Effekte, und kann bei Design der elektronischen Schaltung unberücksichtigt bleiben.As mentioned, the conductor loop is preferably designed to be self-sufficient, ie the conductor loop is electrically insulated/separated from the conductor track of the electronic circuit. As a result, the measuring element has no electrical influence whatsoever on the electronic circuit, such as negative inductive/capacitive/ohmic effects, and can be disregarded when designing the electronic circuit.

Die Kontaktpunkte für die Messspitzen sind nach dem Ummanteln aufgrund der aufliegenden Messspitzen nicht durch das Mantelmaterial versiegelt. Diese unversiegelten Kontaktpunkte können im fertiggestellten und betriebsbereiten elektronischen Gerät aufgrund ihrer geringen Größe freiliegend bleiben oder in einem gesonderten und nachgelagerten Prozessschritt versiegelt werden.After the sheathing, the contact points for the measuring tips are not sealed by the sheathing material due to the contacting measuring tips. Due to their small size, these unsealed contact points can remain exposed in the finished and operational electronic device or they can be sealed in a separate and downstream process step.

Bevorzugt ist die das Messelement bildende Leiterschleife geöffnet und bevorzugt für eine Vierpunkt-Widerstandsmessung derart ausgebildet, dass über zwei Kontaktpunkte ein Strom zuführbar ist und über zwei weitere Kontaktpunkte ein entsprechender Spannungsabfall messbar ist.The conductor loop forming the measuring element is preferably open and preferably designed for a four-point resistance measurement in such a way that a current can be supplied via two contact points and a corresponding voltage drop can be measured via two further contact points.

Bevorzugt ist die Leiterschleife als geöffnete Leiterschleife ausgeführt und weist vier Kontaktpunkte für die Vierpunkt-Widerstandsmessung auf. Bevorzugt wird über zwei der Kontaktpunkte ein Strom zugeführt und an zwei weiteren Kontaktpunkten ein Spannungsabfall erfasst. Dieses Messverfahren ermöglicht bevorzugt eine Stauchung bzw. eine Dehnung der Leiterplatte im Bereich des Messelements zu erfassen.The conductor loop is preferably designed as an open conductor loop and has four contact points for the four-point resistance measurement. A current is preferably supplied via two of the contact points and a voltage drop is recorded at two further contact points. This measurement method preferably enables compression or expansion of the printed circuit board in the area of the measurement element to be detected.

Bevorzugt weist die Leiterplatte einen Schichtaufbau mit einer Vielzahl von Schichten auf, wobei die Leiterbahn der elektronischen Schaltung bevorzugt in zumindest einer der Schichten verläuft und das Messelement bevorzugt auf derselben oder einer anderen der Schichten angeordnet ist.The printed circuit board preferably has a layered structure with a large number of layers, with the conductor track of the electronic circuit preferably running in at least one of the layers and the measuring element preferably being arranged on the same or on another of the layers.

Die Leiterplatte ist bevorzugt eine den Schichtaufbau bildende Mehrlagenplatine, insbesondere für den Fall, dass die Anzahl leitender Schichten größer gleich 1 ist. Die Schichten sind bevorzugt über Durch(gangs)kontaktierungen zugänglich. Bevorzugt kann die zumindest das Messelement bildende Leiterschleife in einer ausschließlich für die Messung der mechanischen Spannung vorgesehenen Schicht vorgesehen sein. Bevorzugt ist die Leiterplatte eine sechslagige Platine.The printed circuit board is preferably a multi-layer printed circuit board forming the layer structure, in particular if the number of conductive layers is greater than or equal to 1. The layers are preferably accessible via through (through) contacts. The conductor loop that forms at least the measuring element can preferably be provided in a layer provided exclusively for measuring the mechanical stress. The circuit board is preferably a six-layer circuit board.

Weiterhin kann bevorzugt auch eine Vielzahl aufeinandergestapelter Leiterplatten, welche beispielsweise über eine Press-Fit Verbindung miteinander verbunden sind, verwendet werden.Furthermore, a large number of printed circuit boards stacked on top of one another, which are connected to one another, for example via a press-fit connection, can also preferably be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines der im Vorhergehenden erläuterten elektronischen Geräte/Steuergeräte, umfasst die Schritte:

Bereitstellen einer Leiterplatte mit einer darauf angeordneten elektronischen Schaltung und mit einem Messelement,
Einbringen der Leiterplatte mit der darauf angeordneten elektronischen Schaltung und mit dem Messelement in ein Werkzeug,
Einschließen zumindest eines Teils der elektronischen Schaltung in einer Ummantelung, indem ein fließfähiges Mantelmaterial in das Werkzeug eingebracht und ausgehärtet wird, wobei über das Messelement eine mechanische Spannung in der Leiterplatte, welche in einem Bereich der elektronischen Schaltung auftritt, gemessen wird.

The method according to the invention for producing an electronic device for a vehicle, in particular for producing one of the electronic devices/control devices explained above, comprises the steps:

Providing a printed circuit board with an electronic circuit arranged thereon and with a measuring element,
Insertion of the printed circuit board with the electronic circuit arranged on it and with the measuring element in a tool,
Enclosing at least part of the electronic circuit in a casing by introducing a flowable casing material into the tool and curing it, with a mechanical over the measuring element Voltage in the printed circuit board, which occurs in an area of the electronic circuit, is measured.

Die Ummantelung wird bevorzugt im „Overmoldverfahren“ auf die bereits mit der elektronischen Schaltung und dem Messelement bestückten Leiterplatte aufgebracht. Dazu wird die bestückte Leiterplatte bevorzugt in das Werkzeug eingebracht und gegebenenfalls erhitzt. Anschließend wird bevorzugt das fließfähige Mantelmaterial dem Werkzeug unter Druckbeaufschlagung zugeführt und entsprechend die Ummantelung gebildet.The sheathing is preferably applied to the printed circuit board, which is already equipped with the electronic circuit and the measuring element, using the "overmold process". For this purpose, the assembled printed circuit board is preferably introduced into the tool and, if necessary, heated. The free-flowing jacket material is then preferably fed to the tool under pressure and the jacket is formed accordingly.

Bevorzugt wird die mechanische Spannung in der Leiterplatte während des Zuführens des fließfähigen Mantelmaterials unter Druckbeaufschlagung und/oder während der Aushärtung des fließfähigen Mantelmaterials gemessen.The mechanical stress in the printed circuit board is preferably measured during the supply of the flowable cladding material under pressure and/or during the curing of the flowable cladding material.

Während der Zuführung des fließfähigen Mantelmaterials unter Druckbeaufschlagung entsteht eine Fließfront, welche die Kontaktierungen der elektronischen Schaltung beschädigen kann. Beim anschließenden Aushärtevorgang können darüber hinaus beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Leiterplattenmaterials und des Ummantelungsmaterials mechanische Spannungen auftreten. Dadurch können die Kontaktierungen der elektronischen Schaltung beschädigt werden.During the feeding of the free-flowing jacket material under pressure, a flow front is created, which can damage the contacts of the electronic circuit. During the subsequent curing process, mechanical stresses can also occur, for example due to different thermal expansion coefficients of the printed circuit board material and the encasing material. This can damage the contacts of the electronic circuit.

Das Messelement ermöglicht es, auftretende mechanische Spannungen im Bereich der elektronischen Schaltung während des Produktionsprozesses (serienbegleitend) und/oder im Betrieb zu erfassen. Anhand entsprechender Messdaten/-signale des Messelementes kann der Prozess bevorzugt gesteuert und/oder überwacht werden. Die Prozessparameter können bevorzugt auf Grundlage der Messdaten/-signale angepasst werden. So können die Qualität und die Reproduzierbarkeit der hergestellten elektronischen Geräte bevorzugt optimiert und gehalten werden. Das vorgenannte Verfahren ermöglicht eine kosteneffiziente Lösung zur Erfassung mechanischer Spannungen/Verformungen in der Leiterplatte, welche in bekannten, dem Ummanteln nachgelagerten Messverfahren mit hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden wären.The measuring element makes it possible to record mechanical stresses that occur in the area of the electronic circuit during the production process (during series production) and/or during operation. The process can preferably be controlled and/or monitored using corresponding measurement data/signals from the measurement element. The process parameters can preferably be adjusted on the basis of the measurement data/signals. In this way, the quality and reproducibility of the electronic devices produced can preferably be optimized and maintained. The aforementioned method enables a cost-efficient solution for detecting mechanical stresses/deformations in the printed circuit board, which would be associated with a high expenditure of time and money in known measuring methods downstream of the encapsulation.

Bevorzugt wird in einem Fall, in dem das Messelement eine mechanische Spannung erfasst, welche größer ist, als ein vorgegebener Grenzwert, ein Warnsignal ausgegeben.A warning signal is preferably output in a case in which the measuring element detects a mechanical stress which is greater than a predetermined limit value.

Überschreitet der auf Basis des Messsignals des Messelementes gemessene Wert den vorgegebenen Grenzwert, wird bevorzugt das Warnsignal ausgegeben. Die Ausgabe des Warnsignals signalisiert eine (ungewollte) Änderung der Prozessparameter und kann auf eine Beschädigung der elektronischen Schaltung hindeuten. Eine entsprechende Leiterplatte wird bevorzugt aus dem Werkzeug entnommen und als Fehlteil nicht weiter im Produktionsprozess berücksichtigt. Bevorzugt kann anschließend eine Anpassung der Prozessparameter erfolgen, bevor der Produktionsprozess weiterer Leiterplatten fortgesetzt wird.If the value measured on the basis of the measurement signal from the measurement element exceeds the specified limit value, the warning signal is preferably output. The output of the warning signal signals an (unwanted) change in the process parameters and can indicate damage to the electronic circuit. A corresponding printed circuit board is preferably removed from the tool and is not considered further in the production process as a missing part. The process parameters can then preferably be adjusted before the production process of further printed circuit boards is continued.

Das erfindungsgemäße Werkzeug zur Herstellung eines elektronischen Gerätes für ein Fahrzeug, insbesondere zur Herstellung eines der im Vorhergehenden erläuterten elektronischen Geräte/Steuergeräte, weist Folgendes auf:

eine erste Werkzeugform, in welche eine Leiterplatte mit einer darauf angeordneten elektronischen Schaltung und mit einem Messelement eingebracht wird,
zumindest eine zweite Werkzeugform, welche derart auf die erste Werkzeugform aufgebracht wird, dass eine Kavität um die Leiterplatte mit der darauf angeordneten elektronischen Schaltung und mit dem Messelement gebildet ist,
zumindest eine Öffnung in der ersten und/oder der zweiten Werkzeugform, durch welche ein fließfähiges Mantelmaterial in die Kavität eingebracht und ausgehärtet wird, so dass zumindest ein Teil der elektronischen Schaltung in einer Ummantelung eingeschlossen wird, wobei
ein Kontaktierungsmechanismus, welcher an der ersten und oder der zweiten Werkzeugform angeordnet ist, eingerichtet ist, das Messelement zu kontaktieren.

The tool according to the invention for producing an electronic device for a vehicle, in particular for producing one of the electronic devices/control devices explained above, has the following:

a first mold into which a printed circuit board with an electronic circuit arranged on it and with a measuring element is introduced,
at least one second tool mold, which is applied to the first tool mold in such a way that a cavity is formed around the printed circuit board with the electronic circuit arranged thereon and with the measuring element,
at least one opening in the first and/or the second tool mold, through which a flowable cladding material is introduced into the cavity and cured, so that at least part of the electronic circuit is enclosed in a cladding, wherein
a contacting mechanism, which is arranged on the first and/or the second mold, is set up to contact the measuring element.

Das Werkzeug kann bevorzugt Messspitzen umfassen, insbesondere wenn das Messelement nicht elektrisch leitenden mit der elektronischen Schaltung verbunden ist, welche an Kontaktierungsstellen des Messelements eine Kontaktierung des Messelements ermöglichen.The tool can preferably include measuring tips, in particular if the measuring element is not connected to the electronic circuit in an electrically conductive manner, which enable the measuring element to be contacted at contact points of the measuring element.

Das Werkzeug kann alternativ bevorzugt eine Schnittstelle aufweisen, welche über einen an dem elektronischen Gerät vorgesehenen Anschluss eine Kommunikation mit der elektronischen Schaltung ermöglicht. Der vorgesehene Anschluss ist bevorzugt elektrisch leitend mit der elektronischen Schaltung und/oder dem Messelement verbunden, so dass eine Kommunikation zwischen einer Prozesssteuerung und dem Messelement erfolgen kann.Alternatively, the tool can preferably have an interface which enables communication with the electronic circuit via a connection provided on the electronic device. The connection provided is preferably electrically conductively connected to the electronic circuit and/or the measuring element, so that communication can take place between a process controller and the measuring element.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Geräts für ein Fahrzeug, insbesondere ein Steuergerät für ein Fahrzeug, unter Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Geräts gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt einen Längsschnitt entlang einer Linie A-A von 1 des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes gemäß der ersten Ausführungsform.
3 zeigt einen Längsschnitt entlang einer Linie A-A von 1 des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes gemäß der ersten Ausführungsform bei Wirkung einer zu einer Verformung führenden mechanischen Spannung, die infolge der Ummantelung auftritt.
4 zeigt das elektronische Gerät gemäß der ersten Ausführungsform von unten.
5 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
6 zeigt das elektronische Gerät gemäß einer dritten Ausführungsform von unten.
7 a) bis c) zeigen Längsschnitte erfindungsgemäßer elektronischer Geräte gemäß weiteren Ausführungsformen.
8 a) bis c) zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren, mit dem bevorzugt die in 1 bis 7 gezeigten elektronischen Gerät hergestellt werden.

A preferred embodiment of the electronic device according to the invention for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle, is explained below with reference to the attached figures.

1 12 is a perspective view of an electronic device according to a first embodiment.
2 shows a longitudinal section along a line AA of FIG 1 of the inventive electronic device according to the first embodiment.
3 shows a longitudinal section along a line AA of FIG 1 of the electronic device according to the present invention according to the first embodiment under the action of a stress leading to deformation occurring as a result of the casing.
4 12 shows the electronic device according to the first embodiment from below.
5 shows a longitudinal section of an electronic device according to the invention according to a second preferred embodiment.
6 shows the electronic device according to a third embodiment from below.
7 a) until c ) show longitudinal sections of electronic devices according to the invention according to further embodiments.
8 a) until c ) show a method according to the invention, with the preferred in 1 until 7 electronic device shown are manufactured.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes elektronisches Gerät 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Das elektronische Gerät 1 ist beispielsweise ein Steuergerät 1 für ein Kraftfahrzeug und umfasst eine Leiterplatte 10, auf welcher eine elektronische Schaltung 11 angeordnet ist. 1 shows an inventive electronic device 1 according to a first embodiment of the invention in a perspective view. The electronic device 1 is, for example, a control unit 1 for a motor vehicle and includes a printed circuit board 10 on which an electronic circuit 11 is arranged.

In der gezeigten Ausführungsform ist die elektrische Schaltung 11 auf einer Oberseite der Leiterplatte 10 angeordnet.In the embodiment shown, the electrical circuit 11 is arranged on a top side of the printed circuit board 10 .

Die elektronische Schaltung 11 umfasst zumindest ein elektronisches Bauteil 112 und eine Leiterbahn 111, welche auf der Leiterplatte 10 verläuft und elektrisch leitend mit dem zumindest einen elektronischen Bauteil 112 verbunden ist. Das Bauteil ist beispielsweise ein IC, der bestimmte Funktionen des elektronischen Gerätes übernimmt.The electronic circuit 11 comprises at least one electronic component 112 and a conductor track 111, which runs on the printed circuit board 10 and is electrically conductively connected to the at least one electronic component 112. The component is, for example, an IC that takes over certain functions of the electronic device.

Das elektronische Gerät 1 kann darüber hinaus einen Anschluss umfassen, welcher elektrisch leitend mit der elektronischen Schaltung 11 verbunden ist. Ein entsprechender Anschluss ist in der abstrahierten 1 nicht gezeigt. Der Anschluss ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass das elektronische Gerät Daten empfangen und ausgeben kann. Beispielsweise ist der Anschluss für den Anschluss des elektronischen Gerätes an einen Bus ausgestaltet.The electronic device 1 can also include a connection which is electrically conductively connected to the electronic circuit 11 . A corresponding connection is in the abstracted 1 Not shown. The connection is preferably designed in such a way that the electronic device can receive and output data. For example, the connection for connecting the electronic device to a bus is designed.

Weiterhin umfasst das elektronische Gerät 1 erfindungsgemäß ein Messelement 13, welches eingerichtet ist, eine in einem Bereich der elektronischen Schaltung 11, insbesondere im Bereich des Bauteils 112, auftretende mechanische Spannung in der Leiterplatte 10 zu erfassen. In der gezeigten Ausführungsform ist das Messelement bevorzugt an einer Unterseite der Leiterplatte 10 im Bereich der elektronischen Schaltung 11, insbesondere im Bereich des Bauteils 112 angeordnet.Furthermore, the electronic device 1 according to the invention comprises a measuring element 13 which is set up to detect mechanical stress occurring in the printed circuit board 10 in an area of the electronic circuit 11 , in particular in the area of the component 112 . In the embodiment shown, the measuring element is preferably arranged on an underside of the printed circuit board 10 in the area of the electronic circuit 11 , in particular in the area of the component 112 .

Eine Ummantelung 12, auch „Overmold“ genannt, schützt die elektronische Schaltung 11 gegenüber äußeren Medien, welche die Leiterplatte 10 bzw. die elektronische Schaltung 11 schädigen könnten. Beispiele für äußere Medien sind Wasser, Öle, Salz oder Sand, welche eine korrosive und in der Folge beschädigende Wirkung auf die Leiterplatte 10 haben können.A casing 12, also called “overmold”, protects the electronic circuit 11 from external media that could damage the printed circuit board 10 or the electronic circuit 11. Examples of external media are water, oils, salt or sand, which can have a corrosive and subsequently damaging effect on circuit board 10 .

Als Mantelmaterial für die Ummantelung 12 wird beispielsweise ein Kunststoff (thermoplastisch oder duroplastisch) oder ein Kunstharz, insbesondere ein Epoxidharz, eingesetzt.A plastic (thermoplastic or duroplastic) or a synthetic resin, in particular an epoxy resin, is used as the cladding material for the cladding 12 .

2 zeigt einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen elektronischen Geräts 1 aus 1 entlang einer in 1 gezeigten Linie A-A. 2 shows a longitudinal section of the electronic device 1 according to the invention 1 along an in 1 shown line AA.

In dieser Ausführungsform umschließt die Ummantelung 12 die elektronische Schaltung 11 vollständig, allerdings die Leiterplatte 10 nur teilweise. Die Ausführungsform ist hierauf nicht beschränkt. Die Ummantelung 12 kann die gesamte Leiterplatte 10 inklusive des genannten aber nicht gezeigten Anschlusses derart vollständig einschließen, dass lediglich ein Kontaktierungsbereich des Anschlusses freiliegend verbleibt. Die Ummantelung 12 wird im sogenannten „Overmold-Verfahren“ auf die bereits mit der elektronischen Schaltung 11 und dem Messelement 13 bestückten Leiterplatte 10 aufgebracht.In this embodiment, the casing 12 completely encloses the electronic circuit 11, but only partially encloses the printed circuit board 10. The embodiment is not limited to this. The casing 12 can completely enclose the entire printed circuit board 10, including the connection which has been mentioned but is not shown, in such a way that only a contacting area of the connection remains exposed. The casing 12 is applied to the printed circuit board 10 already equipped with the electronic circuit 11 and the measuring element 13 in the so-called “overmold process”.

Dazu wird die bestückte Leiterplatte 10 in ein Werkzeug eingebracht und gegebenenfalls erhitzt. Anschließend wird ein fließfähiges Mantelmaterial dem Werkzeug unter Druckbeaufschlagung zugeführt und entsprechend die Ummantelung 12 gebildet. Während der Zuführung des fließfähigen Mantelmaterials entsteht eine Fließfront, welche durch die Druckbeaufschlagung mechanische Spannungen in der Leiterplatte 10, die beispielsweise zu einer Verwölbung der Leiterplatte führen, hervorrufen kann und in der Folge Kontaktierungen der elektronischen Schaltung 11, insbesondere Kontaktierungen zwischen dem elektronischen Bauteil 112 und der Leiterbahn 111, beschädigen kann.For this purpose, the assembled printed circuit board 10 is introduced into a tool and optionally heated. A free-flowing jacket material is then fed to the tool under pressure and the jacket 12 is formed accordingly. During the feeding of the free-flowing jacket material, a flow front occurs which, due to the application of pressure, can cause mechanical stresses in the circuit board 10, which can lead to warping of the circuit board, for example, and as a result contacts of the electronic circuit 11, in particular contacts between the electronic component 112 and the conductor track 111, can damage.

Beim anschließenden Aushärtevorgang können darüber hinaus beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Leiterplattenmaterials und des Ummantelungsmaterials ebenfalls mechanische Spannungen auftreten und zu einer Verformung führen.During the subsequent curing process, mechanical stresses can also occur and lead to deformation, for example due to different thermal expansion coefficients of the circuit board material and the encasing material.

3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie A-A von 1 des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes 1 gemäß der ersten Ausführungsform bei Wirkung der zu der Verformung führenden mechanischen Spannung, die infolge der Ummantelung 12 auftritt. Die gezeigte Verformung der Leiterplatte 10 kann die Kontaktierungen, insbesondere Kontaktierungen zwischen dem elektronischen Bauteil 112 und der Leiterbahn 111, der elektronischen Schaltung 11 beschädigen. Insbesondere die Kontaktierungen, internen IC-Schaltungsstrukturen und Passivierungen des elektronischen Bauteils 112 der elektronischen Schaltung 11, welches zum Beispiel einen µ-Controller oder einen Sensor darstellen kann, können aufgrund einer hohen Sprödigkeit (Si-Einkristalle) bereits bei einer geringen mechanischen Spannung in der Leiterplatte 10 beschädigt werden. 3 shows a longitudinal section along line AA of FIG 1 of the electronic device 1 according to the invention according to the first embodiment under the action of the mechanical stress leading to the deformation, which occurs as a result of the casing 12. The deformation of the printed circuit board 10 shown can damage the contacts, in particular contacts between the electronic component 112 and the conductor track 111, of the electronic circuit 11. In particular, the contacts, internal IC circuit structures and passivation of the electronic component 112 of the electronic circuit 11, which can represent a μ-controller or a sensor, for example, can be due to high brittleness (Si monocrystals) even at low mechanical stress in the Circuit board 10 are damaged.

Das Messelement 13 bietet eine erfindungsgemäße Möglichkeit, die mechanische Spannung in der Leiterplatte 10 im Bereich der elektronischen Schaltung 11/ des elektronischen Bauteils 112 während des Produktionsprozesses und/oder im Betrieb zu erfassen.The measuring element 13 offers a possibility according to the invention of detecting the mechanical stress in the printed circuit board 10 in the area of the electronic circuit 11/the electronic component 112 during the production process and/or during operation.

4 zeigt das erfindungsgemäße elektronische Gerät 1 gemäß der ersten Ausführungsform in einer Ansicht von unten. In der gezeigten ersten Ausführungsform ist das Messelement 13 auf der Unterseite der Leiterplatte 10 angeordnet. Das Messelement 13 ist eine mäanderförmige Leiterschleife, welche integral in der Leiterplatte 10 vorgesehen ist. Das heißt, die Leiterschleife wird beispielsweise bereits bei der lithographischen Herstellung der Leiterplatte 10 aufgebracht. 4 shows the electronic device 1 according to the invention according to the first embodiment in a view from below. In the first embodiment shown, the measuring element 13 is arranged on the underside of the printed circuit board 10 . The measuring element 13 is a meandering conductor loop which is provided integrally in the printed circuit board 10 . This means that the conductor loop is already applied during the lithographic production of the circuit board 10, for example.

Die Leiterschleife weist eine Vielzahl von Windungen Schleifen auf, die dicht aufeinanderfolgend verlaufen. In der gezeigten ersten Ausführungsform sind die Windungen/Schleifen rechtwinklig/orthogonal ausgeführt. Die Leiterschleife ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. So können die Windungen/Schleifen beispielsweise auch radial verlaufen. Die Leiterschleife ermöglicht, mechanische Spannungen, insbesondere stauchende und/oder dehnende Verformungen, hochauflösend messen/erfassen zu können. Messprinzip basiert auf einer mit Auftreten/Änderung der mechanischen Spannung auftretenden Widerstandsänderung der Leiterschleife. Die Leiterschleife ist in Bezug auf das Funktionsprinzip mit einem konventionellen Dehnungsmessstreifen vergleichbar. Die Messauflösung liegt bevorzugt im mΩ-Bereich.The conductor loop has a large number of turns loops which run closely one after the other. In the first embodiment shown, the windings/loops are rectangular/orthogonal. However, the conductor loop is not limited to the embodiment shown. For example, the windings/loops can also run radially. The conductor loop makes it possible to measure/detect mechanical stresses, in particular compression and/or expansion deformations, with high resolution. The measuring principle is based on a change in the resistance of the conductor loop that occurs when the mechanical stress occurs. In terms of its functional principle, the conductor loop is comparable to a conventional strain gauge. The measurement resolution is preferably in the mΩ range.

In der gezeigten ersten Ausführungsform ist die Leiterschleife 10 als geöffnete und autarke Leiterschleife 10 ausgebildet und weißt vier Kontaktpunkte 131-134 für eine Vierpunkt-Widerstandsmessung auf. Die Vierpunkt-Widerstandsmessung ist ein bekanntes Messverfahren, bei welchem über zwei Kontaktpunkte ein Strom zugeführt wird und an zwei anderen Kontaktpunkten ein entsprechender Spannungsabfall erfasst wird.In the first embodiment shown, the conductor loop 10 is designed as an open and self-sufficient conductor loop 10 and has four contact points 131-134 for a four-point resistance measurement. The four-point resistance measurement is a well-known measurement method in which a current is supplied via two contact points and a corresponding voltage drop is recorded at two other contact points.

Entsprechend kann ein Widerstandswert ermittelt werden. Eine Stauchung äußert sich dabei in einer Verringerung des gemessenen Widerstandes, eine Dehnung hingegen in einer Erhöhung des gemessenen Widerstandes.A resistance value can be determined accordingly. A compression manifests itself in a reduction in the measured resistance, while an elongation in an increase in the measured resistance.

In der gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Leiterschleife 10, wie erwähnt, autark ausgebildet. Das heißt die Leiterschleife ist elektrisch von der Leiterbahn 111 getrennt/isoliert. Dadurch hat das Messelement 13 keinerlei elektrischen Einfluss, wie beispielsweise negative induktive/kapazitive/ohmsche Effekte, und kann bei Design der elektronischen Schaltung 11 unberücksichtigt bleiben.In the first embodiment of the invention shown, the conductor loop 10 is, as mentioned, self-sufficient. This means that the conductor loop is electrically separated/insulated from the conductor track 111 . As a result, the measuring element 13 has no electrical influence whatsoever, such as negative inductive/capacitive/ohmic effects, and can be ignored when designing the electronic circuit 11 .

Die Kontaktpunkte 131-134 können in der gezeigten ersten Ausführungsform, beispielsweise mit Messspitzen, welche in einem für den Overmoldprozess verwendeten Werkzeug vorgesehen sind, kontaktiert werden. In der gezeigten ersten Ausführungsform ist das Messelement 13/die Leiterschleife auf der Unterseite der Leiterplatte 10 angeordnet, welche nicht durch die Ummantelung 12 versiegelt wird. Entsprechend sind die Kontaktpunkte 131-134 nach dem Ummanteln nicht versiegelt und nicht gegenüber äußeren Medien geschützt.In the first embodiment shown, the contact points 131-134 can be contacted, for example with measuring tips which are provided in a tool used for the overmolding process. In the first embodiment shown, the measuring element 13/the conductor loop is arranged on the underside of the printed circuit board 10, which is not sealed by the casing 12. Correspondingly, the contact points 131-134 are not sealed after the encapsulation and are not protected from external media.

5 zeigt ein erfindungsgemäßes elektronisches Geräte 1 in einer zweiten Ausführungsform in einem Längsschnitt vergleichbar zu dem in 2 gezeigten Schnitt entlang der Linie A-A von 1. 5 shows an electronic device 1 according to the invention in a second embodiment in a longitudinal section comparable to that in FIG 2 shown section along the line AA of 1 .

In der gezeigten zweiten Ausführungsform umfasst die Leiterplatte 10 eine Vielzahl von Schichten, die in einer Richtung senkrecht zur Oberseite, auf welcher sich das elektronische Bauteil 112 befindet, angeordnet sind. Die gezeigte Leiterplatte 10 umfasst drei leitfähige Schichten. Die leitfähigen Schichten sind beispielsweise aus Kupfer, Messing, Silber und/oder einer Silberlegierung ausgebildet. Die das Messelement 13 bildende Leiterschleife liegt in der gezeigten zweiten Ausführungsform in der Mittleren der drei Schichten. Das heißt, die das Messelement 13 bildende Leiterschleife kann auch innerhalb der Leiterplatte 10 vorgesehen sein.In the second embodiment shown, the circuit board 10 includes a plurality of layers arranged in a direction perpendicular to the top surface on which the electronic component 112 is located. The circuit board 10 shown includes three conductive layers. The conductive layers are formed from copper, brass, silver and/or a silver alloy, for example. In the second embodiment shown, the conductor loop forming the measuring element 13 is in the middle of the three layers. This means that the conductor loop forming the measuring element 13 can also be provided inside the printed circuit board 10 .

Die Leiterbahnen 111 der elektrischen Schaltung 11 verlaufen in diesem Beispiel hingegen in den beiden anderen gezeigten Schichten. Die einzelnen Schichten können bevorzugt über eine Durch(gangs)kontaktierung verbunden sein, welche in der vereinfachten Figur jedoch nicht gezeigt ist. Die das Messelement 13 bildende Leiterschleife und die Leiterbahn 111 der elektrischen Schaltung 11 kann auch in derselben Schicht verlaufen/liegen. Bevorzugt handelt es sich bei der Leiterplatte 10 um eine sechslagige Leiterplatte 10.In contrast, the conductor tracks 111 of the electrical circuit 11 in this example run in the two other layers shown. The single ones Layers can preferably be connected via a through (through) contact, which is not shown in the simplified figure. The conductor loop forming the measuring element 13 and the conductor track 111 of the electrical circuit 11 can also run/lie in the same layer. The circuit board 10 is preferably a six-layer circuit board 10.

6 zeigt das erfindungsgemäße Gerät 1 in einer dritten Ausführungsform in einer Ansicht von unten. 6 shows the device 1 according to the invention in a third embodiment in a view from below.

In der gezeigten dritten Ausführungsform sind eine Vielzahl von Messelementen 13, im gezeigten Fall vier, verteilt auf der Leiterplatte 10 angeordnet. Jedes der Messelemente 13 ist in einem anderen Bereich der elektronischen Schaltung 11 (in gestrichelten Linien angedeutet) bzw. eines jeweiligen elektronischen Bauteils 112 angeordnet.In the third embodiment shown, a multiplicity of measuring elements 13 , four in the case shown, are distributed on the printed circuit board 10 . Each of the measuring elements 13 is arranged in a different area of the electronic circuit 11 (indicated by dashed lines) or a respective electronic component 112 .

Die Anordnung eines Messelements 13 kann an jeder anderen Position auf der Leiterplatte 10 insbesondere an einer Position, welche kritisch in Bezug auf den Overmoldprozess ist, vorgesehen sein. Eine kritische Position kann beispielsweise im Bereich der elektronischen Schaltung 11, insbesondere im Bereich eines Sensors oder eines µ-Controllers sein.The arrangement of a measuring element 13 can be provided at any other position on the printed circuit board 10, in particular at a position which is critical in relation to the overmolding process. A critical position can be, for example, in the area of the electronic circuit 11, in particular in the area of a sensor or a μ-controller.

Die Messelemente 13 können auch in einem vorgegebenen Muster auf und/oder in der Leiterplatte 10 vorgesehen sein. Ein Beispiel für ein entsprechendes Muster ist eine Matrixstruktur. Die mechanische Spannung in der Leiterplatte 10 kann entsprechend an kritischen Positionen des vorgegebenen Musters abgefragt werden. Die Anordnung von Messelementen 13 ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So können sich die Messelemente 13 beispielsweise auch über verschiedene Schichten einer mehrlagigen Leiterplatte 10 verteilen.The measuring elements 13 can also be provided in a predetermined pattern on and/or in the circuit board 10 . An example of a corresponding pattern is a matrix structure. The mechanical stress in the printed circuit board 10 can be queried accordingly at critical positions of the specified pattern. The arrangement of measuring elements 13 is not limited to the described embodiments. For example, the measuring elements 13 can also be distributed over different layers of a multi-layer printed circuit board 10 .

7 a) bis c) zeigen das erfindungsgemäße elektronische Geräte 1 in weiteren Ausführungsformen in einem Längsschnitt vergleichbar zum in 2 gezeigten Schnitt entlang der Linie A-A von 1. 7 a) until c ) show the electronic device 1 according to the invention in further embodiments in a longitudinal section comparable to FIG 2 shown section along the line AA of 1 .

In 7 a) ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der die elektronische Schaltung 11 auf der Oberseite und das Messelement 13 auf der Unterseite der Leiterplatte 10 angeordnet sind . Weiterhin weist die Leiterplatte 10 sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite die Ummantelung 12 auf, die im Overmoldprozess aufgebracht wurde.In 7 a) a fourth embodiment of the invention is shown, in which the electronic circuit 11 is arranged on the upper side and the measuring element 13 on the underside of the printed circuit board 10 . Furthermore, the printed circuit board 10 has the casing 12 on both the upper side and the underside, which was applied in the overmolding process.

Entsprechend ist die gezeigte Leiterplatte 10 beidseitig ummantelt. Der Overmoldprozess hat eine Verformung/Verwölbung in der Leiterplatte 10 hervorgerufen, welche über das Messelement 13 erfasst werden kann. Für den Fall, dass die das Messelement 13 bildende Leiterschleife autark ausgeführt ist und während des Overmoldprozesses über Messspitzen kontaktiert wird, welche auf den Kontaktpunkten 131-134 der Leiterschleife aufliegen, werden die Kontaktpunkte 131-134 nicht versiegelt. Diese unversiegelten Kontaktpunkte können im fertiggestellten und betriebsbereiten elektronischen Gerät 1 aufgrund ihrer geringen Größe freiliegend bleiben oder in einem gesonderten und nachgelagerten Prozessschritt versiegelt werden.Accordingly, the printed circuit board 10 shown is encased on both sides. The overmolding process has caused a deformation/warping in the printed circuit board 10 which can be detected via the measuring element 13 . In the event that the conductor loop forming the measuring element 13 is self-sufficient and is contacted during the overmolding process via measuring tips which rest on the contact points 131-134 of the conductor loop, the contact points 131-134 are not sealed. Due to their small size, these unsealed contact points can remain exposed in the finished and operational electronic device 1 or can be sealed in a separate and subsequent process step.

In 7 b) umfasst eine fünfte Ausführungsform der Erfindung eine Grundplatte 14. Bei der Grundplatte 14 kann es sich beispielsweise um eine Aluminiumgrundplatte handeln. Die Leiterplatte 10 ist mit Verbindungselementen 15 auf der Grundplatte 14 gelagert. Dadurch kann eine Vielzahl an Leiterplatten 10 in gestapelter Weise vorgesehen werden.In 7 b) A fifth embodiment of the invention comprises a base plate 14. The base plate 14 can be an aluminum base plate, for example. The printed circuit board 10 is mounted on the base plate 14 with connecting elements 15 . Thereby, a plurality of circuit boards 10 can be provided in a stacked manner.

Die Ummantelung 12 schließt die Leiterplatte 10 sowie die auf der Oberseite der Leiterplatte 10 angeordnete elektronische Schaltung 11 und das auf der Unterseite angeordnete Messelement 13 ein. In der gezeigten Ausführungsform hat der Overmoldprozess ebenfalls eine Verformung/Verwölbung in der Leiterplatte 10 hervorgerufen, welche über das Messelement 13 erfasst werden kann.The casing 12 encloses the printed circuit board 10 and the electronic circuit 11 arranged on the upper side of the printed circuit board 10 and the measuring element 13 arranged on the underside. In the embodiment shown, the overmolding process has also caused a deformation/warping in the printed circuit board 10 which can be detected via the measuring element 13 .

7 c) zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung. Die Leiterplatte 10 ist an der Unterseite über eine Verbundlage 16 mit der Grundplatte 14 verbunden. Die Ummantelung 12 schließt die Leiterplatte 10 zusammen mit der Grundplatte 14 ein. Die elektronische Schaltung 11 und das Messelement 13 sind an der Oberseite der Leiterplatte 10 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform hat der Overmoldprozess ebenfalls eine Verformung/Verwöibung in der Leiterplatte 10 hervorgerufen, welche über das Messelement 13 erfasst werden kann. 7c) shows a sixth embodiment of the invention. The printed circuit board 10 is connected to the base plate 14 on the underside via a composite layer 16 . The shroud 12 encloses the circuit board 10 along with the base plate 14 . The electronic circuit 11 and the measuring element 13 are arranged on the upper side of the circuit board 10 . In the embodiment shown, the overmolding process has also caused a deformation/warping in the printed circuit board 10 which can be detected via the measuring element 13 .

Ein erfindungsgemäßes elektronisches Gerät 1 ist nicht auf die zuvor erläuterten Ausführungsformen beschränkt. So kann die Leiterplatte 10 oder eine Mehrzahl von Leiterplatten 10 auch vollständig von der Ummantelung 12 umschlossen werden. Bevorzugt ist in einer entsprechenden Ummantelung 12 jedoch eine Aussparung vorgesehen, so dass der kontaktierbare Anschluss, welcher in den vorstehenden Ausführungsformen des Steuergeräts 1 nicht gezeigt ist, zur Kontaktierung freiliegt.An electronic device 1 according to the invention is not limited to the previously explained embodiments. In this way, the circuit board 10 or a plurality of circuit boards 10 can also be completely surrounded by the casing 12 . However, a recess is preferably provided in a corresponding casing 12, so that the contactable connection, which is not shown in the above embodiments of the control unit 1, is exposed for contacting.

Die das Messelement 13 bildende Leiterschleife kann, alternativ zur autarken Ausbildung, direkt und/oder über die elektronische Schaltung 11 elektrisch leitend mit diesem Anschluss verbunden sein. Ein entsprechender Anschluss kann ein BUS-Anschluss sein. Bevorzugt können so zum einen Messdaten/-signale des Messelements 13 während des Overmoldprozesses über den Anschluss abgefragt werden. Zum anderen können durch die Anbindung des Messelements 13 an den Anschluss die Messdaten/-signale auch im Feld gemessen/erfasst werden.The conductor loop forming the measuring element 13 can, as an alternative to the self-sufficient design, be electrically conductively connected to this connection directly and/or via the electronic circuit 11 . A corresponding connection can be a BUS connection. Preference can be so on the one hand Measurement data / signals of the measuring element 13 are queried during the overmold process via the connection. On the other hand, by connecting the measuring element 13 to the connection, the measurement data/signals can also be measured/recorded in the field.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Geräts 1 wird im Folgenden unter Bezug auf die 8 a) bis 8 c) erläutert.A method for producing an electronic device 1 according to the invention is described below with reference to FIG 8 a) until 8 c) explained.

Schritt 1 (Figur 8 a))Step 1 (Figure 8 a))

Die Leiterplatte 10 wird zunächst bereitgestellt. Die Leiterplatte 10 ist in den 8a) bis 8c) vereinfacht dargestellt und lediglich mit dem darauf angeordneten Messelement 13 und ohne elektrische Schaltung 11 gezeigt. Die Leiterplatte 10 wird in ein Werkzeug eingelegt und gegebenenfalls fixiert. Das Werkzeug kann zumindest zweiteilig ausgeführt sein. Im Anschluss wird das Werkzeug geschlossen.The circuit board 10 is first provided. The circuit board 10 is in the 8a) until 8c ) is shown in simplified form and shown only with the measuring element 13 arranged thereon and without an electrical circuit 11. The printed circuit board 10 is placed in a tool and optionally fixed. The tool can be designed in at least two parts. The tool is then closed.

Schritt 2 (Figur 8 b))Step 2 (Figure 8 b))

Die Teile des Werkzeugs können bevorzugt kraftgesteuert zusammengefahren/geschlossen werden und auf eine vordefinierte Temperatur erhitzt werden.The parts of the tool can preferably be moved/closed together under force control and heated to a predefined temperature.

Im Anschluss wird das fließfähige Mantelmaterial über eine vorgesehene Öffnung im Werkzeug unter Druckbeaufschlagung in das Werkzeug eingebracht. Zwischen zumindest einer Werkzeughälfte und der Leiterplatte 10 ist eine Kavität vorgesehen, in welche das fließfähige Mantelmaterial fließt.The free-flowing jacket material is then introduced into the tool via an opening provided in the tool under pressure. A cavity is provided between at least one tool half and the printed circuit board 10, into which the free-flowing jacket material flows.

Während des Einbringens wird das Auftreten der mechanischen Spannungen in dem Bereich, in welchem das Messelement 13 auf der Leiterplatte 10 angeordnet ist, gemessen. Überschreitet der gemessene Wert einen vorgegebenen Grenzwert, wird bevorzugt ein Warnsignal ausgegeben. Die Ausgabe des Warnsignals deutet auf eine ungewollte Änderung von Prozessparametern und bspw. eine Beschädigung der elektronischen Schaltung 11 hin, welche infolge der Zuführung des fließfähigen Mantelmaterials, aufgetreten ist. Eine entsprechende Leiterplatte 10 wird aus dem Werkzeug entnommen und als Fehlteil nicht weiter im Produktionsprozess berücksichtigt. Bevorzugt kann eine Anpassung der Prozessparameter erfolgen, bevor der Produktionsprozess weiterer Leiterplatten 10 fortgesetzt wird.During the introduction, the occurrence of the mechanical stresses in the area in which the measuring element 13 is arranged on the printed circuit board 10 is measured. If the measured value exceeds a predetermined limit value, a warning signal is preferably output. The output of the warning signal indicates an unwanted change in process parameters and, for example, damage to the electronic circuit 11, which has occurred as a result of the flowable jacket material being supplied. A corresponding printed circuit board 10 is removed from the tool and no longer considered in the production process as a missing part. The process parameters can preferably be adjusted before the production process of further printed circuit boards 10 is continued.

Schritt 3 (8 c))Step 3 (8c))

In einem nächsten Schritt wird die ummantelte Leiterplatte 10 abgekühlt. In Folge der gewählten Prozessparameter, insbesondere der Abkühlgeschwindigkeit, und oder der Materialeigenschaften der Leiterplatte 10 oder des Mantelmaterial, insbesondere des Wärmeausdehnungskoeffizienten, können während des Abkühlens mechanische Spannungen auftreten. Dies ist in 8 c) durch eine Verformung/Verwölbung der Leiterplatte 10 angedeutet.In a next step, the encased circuit board 10 is cooled. As a result of the selected process parameters, in particular the cooling rate, and/or the material properties of the printed circuit board 10 or the jacket material, in particular the coefficient of thermal expansion, mechanical stresses can occur during cooling. this is in 8 c) indicated by a deformation / warping of the circuit board 10.

Während des Abkühlens wird das Auftreten der mechanischen Spannungen in dem Bereich, in welchem das Messelement 13 auf der Leiterplatte 10 angeordnet ist, gemessen. Überschreitet der gemessene Wert einen vorgegebenen Grenzwert, wird bevorzugt wiederum ein Warnsignal ausgegeben. Die Ausgabe des Warnsignals deutet auf eine Beschädigung der elektronischen Schaltung 11 hin, welche infolge der Abkühlung der ummantelten Leiterplatte 10 aufgetreten ist. Eine entsprechende Leiterplatte 10 wird aus dem Werkzeug entnommen und als Fehlteil nicht weiter im Produktionsprozess berücksichtigt. Bevorzugt kann eine Anpassung der Prozessparameter erfolgen, bevor der Produktionsprozess weiterer Leiterplatten 10 fortgesetzt wird.During cooling, the occurrence of the mechanical stresses in the area in which the measuring element 13 is arranged on the printed circuit board 10 is measured. If the measured value exceeds a predetermined limit value, a warning signal is preferably output again. The output of the warning signal indicates damage to the electronic circuit 11, which has occurred as a result of the covered circuit board 10 cooling down. A corresponding printed circuit board 10 is removed from the tool and no longer considered in the production process as a missing part. The process parameters can preferably be adjusted before the production process of further printed circuit boards 10 is continued.

BezugszeichenlisteReference List

11: elektronisches Gerätelectronic device
1010: Leiterplattecircuit board
1111: elektronische Schaltungelectronic switch
1212: Ummantelungsheathing
1313: Messelementmeasuring element
1414: Grundplattebase plate
1515: Verbindungselementfastener
1616: Verbundlagecomposite layer
111111: Leiterbahntrace
112112: elektronisches Bauteilelectronic component
131-134131-134: Kontaktpunktcontact point

Claims

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 1 , wherein the electronic circuit (11) comprises: at least one electronic component (112), and at least one conductor track (111), which is arranged on the printed circuit board (10) and is electrically conductively connected to the at least one electrical component (112), wherein the measuring element (13) is set up to measure/detect the mechanical stress in the printed circuit board (10) which occurs in an area, in particular in a contacting area, of the at least one electronic component (112).

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 1 wherein a plurality of measuring elements (13) is arranged distributed on the printed circuit board (10), the measuring elements (13) being set up to measure/detect the mechanical stress in the printed circuit board (10) in different areas of the electronic circuit (11). .

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 3 , the plurality of measuring elements (13) being arranged in a predetermined pattern, for example in the form of a matrix structure, on the printed circuit board (10) such that the mechanical stress in the printed circuit board (10) can be measured in the respective areas of the pattern.

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle, according to one of Claims 1 until 4 , The measuring element (13) or the measuring elements (13) each being a conductor loop which is/are arranged on the printed circuit board (10).

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 5 , wherein the conductor loop forming the measuring element (13) has a meandering design.

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 5 or 6 , wherein the conductor track (111) and the conductor loop forming the measuring element (13) are connected in an electrically conductive manner.

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 7 , wherein the printed circuit board has at least one connection for contacting the electronic circuit (11), which is electrically conductively connected to the conductor track (111) and the conductor loop forming the measuring element (13) in such a way that the mechanical stress in the printed circuit board (10) specified measurement signal and/or a corresponding measured value can be output via the connection.

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 5 or 6 , wherein the conductor track (111) and the conductor loop forming the measuring element (13) are not electrically conductively connected, the conductor loop forming the measuring element (13) being used to output the measuring signal reflecting the mechanical stress and/or a measured value in the conductor loop (10 ) can be contacted separately.

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 9 , wherein the conductor loop forming the measuring element (13) is open and is designed for a four-point resistance measurement in such a way that a current can be supplied via two contact points and a corresponding voltage drop can be measured via two further contact points.

Electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle, according to one of claims 2 until 10 , wherein the printed circuit board (10) has a layered structure with a plurality of layers, the conductor track (111) of the electronic circuit running in at least one of the layers and the measuring element (13) being arranged on the same or another of the layers.

Method for producing an electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle, comprising the steps: Providing a circuit board (10) with an electronic circuit (11) arranged thereon and with a measuring element (13), Insertion of the printed circuit board (10) with the electronic circuit (11) arranged thereon and with the measuring element (13) in a tool, Enclosing at least a part of the electronic circuit (11) in a casing (12) by introducing a flowable casing material into the tool and curing it, mechanical stress in the printed circuit board (10) being exerted in a region via the measuring element (13). the electronic circuit (11) occurs, is measured.

Method for producing an electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 12 , wherein the mechanical stress in the printed circuit board (10) is measured during the supply of the flowable cladding material under pressure and/or during the curing of the flowable cladding material.

Method for producing an electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle claim 12 , In a case in which the measuring element (13) detects a mechanical stress which is greater than a predetermined limit value, a warning signal is output.

Tool for producing an electronic device (1) for a vehicle, in particular a control unit for a vehicle, having: a first mold into which a printed circuit board (10) with an electronic circuit (11) arranged on it and with a measuring element (13) are introduced, at least one second tool mold, which is applied to the first tool mold in such a way that a cavity is formed around the printed circuit board (10) with the electronic circuit (11) arranged thereon and with the measuring element (11), at least one opening in the first and/or the second tool mold, through which a flowable cladding material is introduced into the cavity and cured, so that at least part of the electronic circuit (11) is enclosed in a cladding (12), wherein a contacting mechanism, which is arranged on the first and/or the second mold, is set up to contact the measuring element (13).