DE102021211327A1 - Process for manufacturing an electronic unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit (2) für einen Elektromotor, bei welchem ein integrierter Schaltkreis (6) mit einem Schaltungsträgers (8) in einem Elektronikgehäuse (4) montiert wird, wobei der Schaltungsträger (8) zumindest einen biegestarren Teil (10) und zumindest einen biegeflexiblen Teil (12) aufweist, wobei der Schaltkreis (6) mechanisch und elektrisch mit dem biegeflexiblen Teil (12) des Schaltungsträgers (8) verbunden wird, wobei der Schaltkreis (6) und der Schaltungsträger (8) in das Elektronik-gehäuse (4) eingesetzt werden, wobei mittels des biegeflexiblen Teils (12) ein Toleranzausgleich zwischen dem Schaltkreis (6) und dem Schaltungsträger (8) im Elektronik-gehäuse (4) durchgeführt wird, und wobei der Schaltkreis (6) und der Schaltungsträger (8) mechanisch im Elektronikgehäuse (4) befestigt werden.The invention relates to a method for producing an electronics unit (2) for an electric motor, in which an integrated circuit (6) with a circuit carrier (8) is mounted in an electronics housing (4), the circuit carrier (8) having at least one rigid part ( 10) and has at least one flexible part (12), the circuit (6) being mechanically and electrically connected to the flexible part (12) of the circuit carrier (8), the circuit (6) and the circuit carrier (8) being inserted into the Electronics housing (4) are used, wherein by means of the flexible part (12) a tolerance compensation between the circuit (6) and the circuit board (8) in the electronics housing (4) is carried out, and wherein the circuit (6) and the Circuit carrier (8) are mechanically fixed in the electronics housing (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit für einen Elektromotor, bei welchem ein integrierter Schaltkreis mit einem Schaltungsträgers in einem Elektronikgehäuse montiert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Elektronikeinheit sowie einen Elektromotor mit einer solchen Elektronikeinheit.The invention relates to a method for producing an electronics unit for an electric motor, in which an integrated circuit with a circuit carrier is mounted in an electronics housing. The invention also relates to an electronics unit and an electric motor with such an electronics unit.
Elektromotorisch betriebene Verstellsysteme als Kraftfahrzeugkomponenten, wie beispielsweise Fensterheber, Sitzverstellungen, Tür- und Schiebedachantriebe, Kühlerlüfterantriebe oder elektrisch betriebene Kältemittelantriebe (Kältemittelverdichter) weisen typischerweise eine als elektrischen Antrieb ausgeführte elektrische Maschine mit einem gesteuerten Elektromotor auf. Zum Beispiel sind hierfür bürstenlose Elektromotoren bekannt, bei denen ein gegenüber einem Stator drehbar gelagerter Rotor durch ein magnetisches Drehfeld angetrieben wird.Motorized adjustment systems as motor vehicle components, such as window regulators, seat adjusters, door and sunroof drives, radiator fan drives or electrically operated refrigerant drives (refrigerant compressors) typically have an electric drive designed as an electric machine with a controlled electric motor. For example, brushless electric motors are known for this purpose, in which a rotor that is rotatably mounted relative to a stator is driven by a rotating magnetic field.
Bei einem bürstenlosen Elektromotor wird der zur Speisung der Statorwicklung vorgesehene Wechselstrom üblicherweise von einer Elektronikeinheit erzeugt. Die Elektronikeinheit weist hierbei einen Umrichter (Wechselrichter) auf, welcher zusammen mit einer zugeordneten Steuerelektronik in einem Elektronikgehäuse aufgenommen ist. Bei kleineren Elektromotoren kann das Elektronikgehäuse hierbei als ein Elektronikfach in das Motorgehäuse integriert sein.In the case of a brushless electric motor, the alternating current provided for feeding the stator winding is usually generated by an electronic unit. In this case, the electronics unit has a converter (inverter), which is accommodated in an electronics housing together with associated control electronics. In the case of smaller electric motors, the electronics housing can be integrated into the motor housing as an electronics compartment.
Die Elektronikeinheit weist in der Regel eine Leiterplatte als Schaltungsträger auf, auf welchem insbesondere die elektronischen Logikbauteile der Steuerelektronik angeordnet sind. Die Umrichter- oder Wechselrichterschaltung weist hierbei beispielsweise einen integrierten Schaltkreis, zum Beispiel ein Brücken- oder Leistungsmodul, auf. Bei einer hohen Leistungsanforderung sind die mittels dem Schaltkreis geschalteten elektrischen Ströme und elektrischen Spannungen vergleichsweise groß, wodurch vergleichsweise hohe Schaltverluste auftreten. Daher tritt eine vergleichsweise starke Erwärmung des Schaltkreis im Motorbetrieb auf.The electronics unit generally has a printed circuit board as the circuit carrier, on which the electronic logic components of the electronic control system in particular are arranged. In this case, the converter or inverter circuit has, for example, an integrated circuit, for example a bridge or power module. When there is a high power requirement, the electric currents and electric voltages switched by means of the switching circuit are comparatively large, as a result of which comparatively high switching losses occur. The circuit therefore heats up comparatively strongly during motor operation.
Zur Kühlung oder Entwärmung werden solche Schaltkreise mit einer Wärmesenke wärmeleittechnisch gekoppelt. Insbesondere werden integrierte Schaltkreise zur Entwärmung und mechanischen Fixierung regelmäßig an das Elektronikgehäuse beziehungsweise an eine Gehäusewand als Wärmesenke angebunden. Zum Ausgleich mechanischer Toleranzen, die durch die Herstellung und Bearbeitung des Elektronikgehäuses und/oder dem integrierten Schaltkreis vorgegeben sind, wird die Montagereihenfolge üblicherweise so gewählt, dass der integrierte Schaltkreis zunächst mechanisch, zum Beispiel mittels einer Schraubbefestigung, in das Gehäuse befestigt wird, und anschließend die elektrische Verbindung, zum Beispiel mittels Löten in Durchstecktechnik (Durchsteckmontage, engl.: Through-Hole Technology, THT), an dem Schaltungsträger erfolgt.For cooling or heat dissipation, such circuits are thermally conductively coupled to a heat sink. In particular, integrated circuits for cooling and mechanical fixation are regularly connected to the electronics housing or to a housing wall as a heat sink. To compensate for mechanical tolerances that are predetermined by the manufacture and processing of the electronics housing and/or the integrated circuit, the assembly sequence is usually selected such that the integrated circuit is first mechanically fastened in the housing, for example by means of a screw fastening, and then the electrical connection, for example by means of soldering using through-hole technology (Through-Hole Technology, THT) is carried out on the circuit carrier.
Der Toleranzausgleich erfolgt hierbei typischerweise in der Art, dass die Durchsteckkontakte, je nach Toleranzlage weiter oder weniger weit durch die Löcher im Schaltungsträger ragen. Diese Montagereihenfolge bedingt, dass in einer Motor-Montagelinie, welche auf rein mechanische Fertigungsschritte ausgelegt ist, auch ein Lötprozess eingeführt werden müsste. Dadurch wären zusätzliche Investitionen in geeignete Lötprozesse nötig. Des Weiteren wird der Lötprozess in dieser Montagereihenfolge an einem Bauteil mit bereits hohem Fertigstellungsgrad durchgeführt, so dass im Fehlerfall hohen Schrottkosten entstehen.In this case, the tolerance compensation typically takes place in such a way that the push-through contacts protrude further or less far through the holes in the circuit carrier, depending on the tolerance situation. This assembly sequence means that a soldering process would also have to be introduced in an engine assembly line that is designed for purely mechanical production steps. This would require additional investments in suitable soldering processes. In addition, the soldering process in this assembly sequence is carried out on a component that is already at a high level of completion, so that high scrap costs arise in the event of a fault.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit anzugeben. Insbesondere soll ein zuverlässiger Ausgleich von mechanischen Toleranzen mit einem möglichst hohen Vorfertigungsgrad realisiert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Elektronikeinheit sowie einen besonders geeigneten Elektromotor mit einer solchen Elektronikeinheit anzugeben.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable method for producing an electronic unit. In particular, a reliable compensation of mechanical tolerances should be realized with the highest possible degree of prefabrication. The invention is also based on the object of specifying a particularly suitable electronic unit and a particularly suitable electric motor with such an electronic unit.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Elektronikeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.With regard to the method, the object is achieved according to the invention with the features of claim 1 and with regard to the electronics unit with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung einer Elektronikeinheit für einen Elektromotor vorgesehen, sowie dafür geeignet und ausgestaltet. Im Zuge des Herstellungsverfahrens wird ein integrierter Schaltkreis mit einem Schaltungsträger in einem Elektronikgehäuse montiert, wobei der Schaltungsträger zumindest einen biegestarren Teil und zumindest einen biegeflexiblen Teil (biegeflexible Zone) aufweist. Der biegeflexible Teil weist hierbei eine höhere Biegeflexibilität als der biegestarre Teil auf.The method according to the invention is intended for the production of an electronic unit for an electric motor and is suitable and designed for this. In the course of the manufacturing process, an integrated circuit with a circuit carrier is mounted in an electronics housing, the circuit carrier having at least one rigid part and at least one flexible part (flexible zone). The flexurally flexible part has a higher flexural flexibility than the rigid part.
Unter „starr“ oder „biegestarr“ ist hier und im Folgenden insbesondere steif oder nicht beweglich zu verstehen. Mit anderen Worten findet keine dauerhafte (plastische) Verformung durch Kräfte statt, welche während der Montage oder des (Motor-)Betriebs auftreten. Als „starr“ in diesem Sinne wären beispielsweise Bereiche oder Teile des Schaltungsträgers anzusehen, welche sich nicht mehr als 0,1 mm (Millimeter) während der Montage oder des Betriebs bewegen. Beispielsweise wäre ein massiver Leiter aus einer Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung (CuNiSi) mit einem E-Modul von etwa 130 GPa (Giga-Pascal) mit einer Dicke von 0,8 mm biegestarr im Sinne der Erfindung.Here and in the following, “rigid” or “rigid” is to be understood as meaning in particular rigid or immovable. In other words, there is no permanent (plastic) deformation due to forces occurring during assembly or (engine) operation. "Rigid" in this sense would be, for example, areas or parts of the circuit board that do not differ by more than 0.1 mm (mm) during assembly or operation. For example, a solid conductor made of a copper-nickel-silicon alloy (CuNiSi) with a modulus of elasticity of about 130 GPa (giga-pascals) and a thickness of 0.8 mm would be rigid within the meaning of the invention.
Unter „flexibel“ oder „biegeflexibel“ ist hier und im Folgenden insbesondere leicht biegsam, gelenkig, nachgebend, oder anpassungsfähig zu verstehen. Mit anderen Worten bewegen sich die biegeflexiblen Teile des Schaltungsträgers durch die Kräfte bei der Montage oder im Betrieb. Der biegeflexible Teil kann hierbei insbesondere auch biegeschlaff ausgeführt sein, dies bedeutet, dass die Krafteinwirkung aufgrund des Eigengewichts bereits zu einer gewissen (elastischen) Verformung führt. Beispielsweise wäre eine Folie aus Reinkupfer mit einer Dicke von 80 µm (Mikrometer) ein biegeflexibles Teil im Sinne der Erfindung.Here and in the following, “flexible” or “bendingly flexible” is to be understood in particular as slightly flexible, articulated, yielding, or adaptable. In other words, the flexible parts of the circuit carrier move due to the forces during assembly or during operation. The flexurally flexible part can in particular also be designed to be pliable, which means that the application of force due to its own weight already leads to a certain (elastic) deformation. For example, a foil made of pure copper with a thickness of 80 μm (microns) would be a flexible part within the meaning of the invention.
Der biegestarre Teil des Schaltungsträgers ist beispielsweise als eine Leiterplatte (Platine, engl.: Printed Circuit Board, PCB) ausgeführt, auf welcher elektrische oder elektronische Bauteile beziehungsweise Komponenten angeordnet sind. Die Leiterplatte weist zweckmäßigerweise Leiterbahnen zur Kontaktierung und Verschaltung der elektronischen Bauteile auf, welche beispielsweise aus einem Kupfer erstellt sind, insbesondere mittels Ätzen. Die Leiterplatte ist beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz gefertigt, an dem die Leiterbahnen außenseitig befestigt und/oder in das diese eingebettet sind.The rigid part of the circuit carrier is configured, for example, as a printed circuit board (PCB), on which electrical or electronic parts or components are arranged. The printed circuit board expediently has conductor tracks for contacting and interconnecting the electronic components, which are made of copper, for example, in particular by means of etching. The printed circuit board is made, for example, from a glass fiber reinforced epoxy resin, to which the conductor tracks are attached on the outside and/or in which they are embedded.
Unter einem (biege-)flexiblen Teil des Schaltungsträgers ist ein Teil, ein Abschnitt, ein Bereich, oder eine Zone des Schaltungsträgers zu verstehen, welche eine höhere Biegsamkeit oder Biegeflexibilität als der starre Teil aufweist. Auf dem biegeflexiblen Teil des Schaltungsträgers sind vorzugsweise keine elektrischen oder elektronischen Bauteile angeordnet. Der biegeflexible Teil des Schaltungsträgers ist beispielsweise als eine Folie aus einem leitfähigen Material, insbesondere aus einem Metall, vorzugsweise aus Kupfer, ausgeführt. Die (Kupfer-)Folie kann hierbei auch auf einem Trägermaterial, welches beispielsweise aus einem Kunststoff oder Polymer hergestellt ist, aufgebracht sein. Beispielsweise ist der biegeflexible Teil als ein Geflecht, insbesondere als ein Kupfergeflecht, ausgeführt. Der biegeflexible Teil kann alternativ beispielsweise auch aus Aluminium hergestellt sein.A (bendingly) flexible part of the circuit carrier is to be understood as meaning a part, a section, an area or a zone of the circuit carrier which has greater pliability or flexural flexibility than the rigid part. No electrical or electronic components are preferably arranged on the flexible part of the circuit carrier. The flexible part of the circuit carrier is designed, for example, as a foil made of a conductive material, in particular made of a metal, preferably made of copper. In this case, the (copper) foil can also be applied to a carrier material which is produced, for example, from a plastic or polymer. For example, the flexible part is designed as a mesh, in particular as a copper mesh. Alternatively, the flexible part can also be made of aluminum, for example.
Der biegestarre Teil und der biegeflexible Teil sind stoffschlüssig miteinander gefügt, beispielsweise mittels Löten oder Schweißen, insbesondere mittels Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen.The flexurally rigid part and the flexurally flexible part are joined to one another in a cohesive manner, for example by means of soldering or welding, in particular by means of ultrasonic welding or resistance welding.
Unter einem „Stoffschluss“ oder einer „stoffschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile an Ihren Kontaktflächen durch stoffliche Vereinigung oder Vernetzung (beispielsweise aufgrund von atomaren oder molekularen Bindungskräften) gegebenenfalls unter Wirkung eines Zusatzstoffs zusammengehalten werden.A "material connection" or a "material connection" between at least two parts connected to one another is understood here and in the following in particular to mean that the parts connected to one another are possibly under the effect of their contact surfaces through material union or crosslinking (e.g. due to atomic or molecular bonding forces). an additive are held together.
Unter einem integrierten Schaltkreis (engl.: Integrated Circuit, IC) ist hierbei insbesondere eine auf einem Plättchen (Chip) aufgebrachte elektronische Schaltung zu verstehen, welche insbesondere eine Kombination von zahlreichen miteinander elektrisch verbundenen elektronischen Halbleiterbauelementen wie Transistoren, Dioden und/oder weiteren aktiven und passiven Bauelementen aufweist. Bei dem integrierten Schaltkreis handelt es sich vorzugsweise um ein Leistungsmodul oder ein Brückenmodul einer Wechselrichterschaltung.An integrated circuit (IC) is to be understood here in particular as an electronic circuit applied to a small plate (chip), which in particular is a combination of numerous electronic semiconductor components electrically connected to one another, such as transistors, diodes and/or other active and has passive components. The integrated circuit is preferably a power module or a bridge module of an inverter circuit.
Verfahrensgemäß wird zuerst der Schalkreis mechanisch und elektrisch mit dem biegeflexiblen Teil des Schaltungsträgers verbunden. Anschließend werden der Schaltkreis und der Schaltungsträger gemeinsam in das Elektronikgehäuse eingesetzt. Hierbei wird mittels des biegeflexiblen Teils ein Toleranzausgleich zwischen dem Schaltkreis und dem Schaltungsträger durchgeführt, und der Schaltkreis und der Schaltungsträger mechanisch im Elektronikgehäuse befestigt. Im Montagezustand sind der Schaltkreis und der Schaltungsträger insbesondere in unterschiedlichen Ebenen angeordnet, insbesondere liegt der Schaltkreis an einer Gehäusewand, beispielsweise einem Gehäuseboden an, wobei der Schaltungsträger beabstandet und parallel zu der Gehäusewand/dem Gehäuseboden angeordnet ist. Dadurch weisen der Schaltkreis und der Schaltungsträger einen Höhenversatz auf, welcher mittels des (biege-)flexiblen Teils ausgeglichen wird. Während des Toleranzausgleichs können der Schaltungsträger und/oder der Schaltkreis bereits am Elektronikgehäuse befestigt sein. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit realisiert.According to the method, the circuit is first mechanically and electrically connected to the flexible part of the circuit carrier. Then the circuit and the circuit carrier are used together in the electronics housing. In this case, the flexible part is used to compensate for tolerances between the circuit and the circuit carrier, and the circuit and the circuit carrier are mechanically fastened in the electronics housing. In the assembled state, the circuit and the circuit carrier are arranged in different planes, in particular the circuit rests against a housing wall, for example a housing base, with the circuit carrier being spaced apart and arranged parallel to the housing wall/the housing base. As a result, the circuit and the circuit carrier have a height offset, which is compensated for by means of the (bending) flexible part. The circuit carrier and/or the circuit can already be attached to the electronics housing during the tolerance compensation. A particularly suitable method for producing an electronic unit is thereby implemented.
Erfindungsgemäß wird der integrierte Schaltkreis somit bereits vor dem Fügen in das Elektronikgehäuse mit dem Schaltungsträger in geeigneter Weise verbunden. Der Schaltungsträger besitzt flexible Zonen oder Teile, welche vorteilhaft angeordnet sind. Unter „vorteilhaft angeordnet“ wird hierbei insbesondere verstanden, dass Höhenunterschiede zwischen dem biegestarren Teil und einer damit mittels des biegeflexiblen Teils verbindbaren oder anzuschließenden Schaltkreis ausgeglichen werden. Mittels der biegeflexiblen Teile ist es möglich bei der Montage im Elektronikgehäuse insbesondere Höhenunterschiede, welche sich aus den Toleranzlagen der Montagefläche des Elektronikgehäuses und der elektrischen/mechanischen Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und dem Schaltkreis ergeben können, auszugleichen. Die flexiblen Zonen reduzieren durch eine gezielte Verformung die Biegebelastung in den Bereichen des Schaltungsträgers ohne flexible Zonen. Diese Biegebelastungen würden sonst zu mechanischen Spannungen führen, die elektronische Bauelemente und den Schaltungsträger schädigen könnten.According to the invention, the integrated circuit is thus already connected in a suitable manner to the circuit carrier before it is fitted into the electronics housing. The circuit carrier has flexible zones or parts which are advantageously arranged. “Advantageously arranged” is understood here in particular to mean that height differences between the rigid part and a circuit that can be connected or is to be connected to it by means of the flexible part are compensated. Using the flexible parts, it is possible during assembly in the electronics housing, in particular, height differences, which result from the tolerance positions of the mounting surface of the electronics housing and the electrical/mechanical connection between the circuit carrier and the circuit. The flexible zones reduce the bending stress in the areas of the circuit carrier without flexible zones through targeted deformation. Otherwise, these bending loads would lead to mechanical stresses that could damage electronic components and the circuit carrier.
In einer bevorzugten Weiterbildung werden der Schaltkreis und der Schaltungsträger als vorgefertigte Baueinheit oder Elektronikbaugruppe in das Elektronikgehäuse eingesetzt. Dies bedeutet, dass die Verbindung des Schaltkreis und des Schaltungsträgers, sowie die Montage in dem Elektronikgehäuse in getrennten oder separaten Montageschritten erfolgt. Mit anderen Worten kann der Verfahrensschritt, bei welchem der Schaltkreis und der Schaltungsträger elektrisch und mechanisch miteinander gefügt werden, zeitlich und räumlich getrennt von der Montage im Elektronikgehäuse erfolgen. Dadurch ist ein hoher Vorfertigungsgrad ermöglicht, wodurch der Verdrahtungs- oder Kontaktierungsaufwand bei der Montage der Elektronikeinheit vorteilhaft reduziert wird.In a preferred development, the circuit and the circuit carrier are inserted into the electronics housing as a prefabricated structural unit or electronic assembly. This means that the circuit and the circuit carrier are connected, and the assembly in the electronics housing takes place in separate assembly steps. In other words, the method step in which the circuit and the circuit carrier are joined together electrically and mechanically can take place separately in time and space from the assembly in the electronics housing. This enables a high degree of prefabrication, which advantageously reduces the outlay on wiring or contacting when assembling the electronics unit.
Insbesondere ist es möglich, die Verbindung des integrierten Schaltkreis mit dem Schaltungsträger außerhalb einer Motorenfertigung bei spezialisierten Herstellern von Elektronikbaugruppen durchzuführen, welche in der Regel eine hohe Kompetenz in der Herstellung und Prüfung von Elektronikbaugruppen aufweisen. Dadurch entfällt eine Umrüstung oder Nachrüstung bei einer Montagelinie für einen Elektromotor. Die Schrottkosten für eine einzelne Elektronikbaugruppen sind weiterhin geringer als für ein Komplettsystem aus Elektronikeinheit und Elektromotor.In particular, it is possible to connect the integrated circuit to the circuit carrier outside of engine production by specialized manufacturers of electronic assemblies, who generally have a high level of expertise in the production and testing of electronic assemblies. This eliminates the need for conversion or retrofitting on an assembly line for an electric motor. The scrap costs for a single electronic assembly are still lower than for a complete system consisting of an electronic unit and an electric motor.
In einer vorteilhaften Ausführung wird der Schaltkreis mittels Löten in Durchstecktechnik mechanisch und elektrisch mit dem biegeflexiblen Teil des Schaltungsträgers verbunden. Hierbei weist beispielsweise der Schaltkreis einen emporstehenden Durchsteckkontakt auf, welcher in eine Aufnahme oder (Durchführ-)Öffnung des flexiblen Teils einsteckbar ist, wobei der durch die Öffnung ragende Abschnitt des Durchsteckkontakts anschließend mit dem biegeflexiblen Teil lötkontaktiert, und somit mechanisch und elektrisch verbunden, wird.In an advantageous embodiment, the circuit is mechanically and electrically connected to the flexible part of the circuit carrier by means of soldering using push-through technology. In this case, for example, the circuit has an upstanding through-hole contact, which can be inserted into a receptacle or (feed-through) opening in the flexible part, with the section of the through-hole contact protruding through the opening then being solder-contacted to the flexible part and thus mechanically and electrically connected .
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der Schaltkreis bei der Befestigung wärmeleittechnisch mit dem Elektronikgehäuse gekoppelt. Dadurch ist der integrierte Schaltkreis im Betrieb zuverlässig an das Elektronikgehäuse als Wärmesenke entwärmt. Vorzugsweise erfolgt die mechanische Befestigung und die thermische Kopplung über eine metallische Befestigungsschraube, welche in eine Gewindeöffnung des Elektronikgehäuse eingedreht wird, und dabei den Schaltkreis fixiert. Zusätzlich oder alternativ kann ein Wärmeleitmedium zwischen dem Schaltkreis und dem Elektronikgehäuse, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, angeordnet sein.In an expedient embodiment, the circuit is thermally conductively coupled to the electronics housing during attachment. As a result, the integrated circuit is reliably cooled to the electronics housing as a heat sink during operation. The mechanical fastening and the thermal coupling preferably take place via a metal fastening screw, which is screwed into a threaded opening in the electronics housing and thereby fixes the circuit. Additionally or alternatively, a thermally conductive medium can be arranged between the circuit and the electronics housing, for example a thermally conductive paste.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der biegeflexible Teil im Zuge des Toleranzausgleichs elastisch oder plastisch verformt wird. Der biegeflexible Teil ist also elastisch oder plastisch verformbar ausgeführt. Mit anderen Worten können die flexiblen Zonen im Schaltungsträger weich-elastisch oder plastisch ausgeführt sein. Bei einer plastisch ausgeführten Zone wird der Höhenausgleich während der Montage einmalig durch eine irreversible Verformung der Zone hergestellt. Bei einer (weich-)elastischen Verformbarkeit ist ein Mehrfaches, insbesondere reversibles, Bewegen der flexiblen Zone möglich, wodurch beispielsweise Nacharbeits-, Wartungs- und Reparaturarbeiten vereinfacht werden. Unter „weichelastisch“ ist hierbei insbesondere zu verstehen, dass ein mehrfaches Bewegen des biegeflexiblen Teils möglich ist, ohne dass der biegeflexible Teil geschädigt wird. Denkbar sind hierbei beispielsweise Folien aus Reinkupfer mit einer Dicke von 80 µm mit oder ohne Trägermaterial.An additional or further aspect of the invention provides that the flexible part is elastically or plastically deformed in the course of tolerance compensation. The flexible part is therefore designed to be elastic or plastically deformable. In other words, the flexible zones in the circuit carrier can be soft-elastic or plastic. In the case of a plastically executed zone, the height adjustment is made once during assembly by means of an irreversible deformation of the zone. In the case of (soft) elastic deformability, multiple, in particular reversible, movement of the flexible zone is possible, as a result of which, for example, reworking, maintenance and repair work is simplified. “Softly elastic” is to be understood here in particular as meaning that the flexible part can be moved multiple times without the flexible part being damaged. For example, foils made of pure copper with a thickness of 80 μm are conceivable here, with or without a carrier material.
Die erfindungsgemäße Elektronikeinheit ist für einen Elektromotor vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die Elektronikeinheit weist hierbei ein beispielsweise topfförmiges Elektronikgehäuse auf, welches mit einem Gehäusedeckel verschließbar ist. In dem Elektronikgehäuse ist ein integrierter Schaltkreis und ein Schaltungsträger montiert. Der Schaltungsträger weist zumindest einen biegestarren Teil und zumindest einen biegeflexiblen Teil auf, wobei der Schaltungsträger mittels des biegeflexiblen Teils elektrisch und mechanisch mit dem Schaltkreis verbunden ist. Der Schaltkreis und der Schaltungsträger sind mechanisch im Elektronikgehäuse befestigt, wobei der biegeflexible Teil zum Zwecke eines Toleranzausgleichs, insbesondere eines Höhenausgleichs, zumindest abschnittsweise verformt ist. Dadurch ist eine besonders geeignete Elektronikeinheit realisiert. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Elektronikeinheit übertragbar und umgekehrt.The electronics unit according to the invention is provided for an electric motor and is suitable and set up for it. In this case, the electronics unit has, for example, a pot-shaped electronics housing which can be closed with a housing cover. An integrated circuit and a circuit carrier are mounted in the electronics housing. The circuit carrier has at least one rigid part and at least one flexible part, the circuit carrier being electrically and mechanically connected to the circuit by means of the flexible part. The circuit and the circuit carrier are mechanically fastened in the electronics housing, with the flexible part being deformed at least in sections for the purpose of tolerance compensation, in particular height compensation. A particularly suitable electronic unit is thereby realized. The advantages and configurations given with regard to the method can also be transferred to the electronic unit and vice versa.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist der Schaltkreis mittels Löten in Durchstecktechnik mechanisch und elektrisch mit dem biegeflexiblen Teil des Schaltungsträgers verbunden. Vorzugsweise weist der Schaltkreis hierbei einen emporstehenden Durchsteckkontakt auf, welcher in eine entsprechende (Steck-)Öffnung des biegeflexiblen Teils eingesteckt und lötkontaktiert ist. Dadurch ist eine aufwandreduzierte und kostengünstige sowie zuverlässige und mechanisch stabile Befestigung und Kontaktierung realisiert.In an expedient embodiment, the circuit is connected mechanically and electrically to the flexible part of the circuit carrier by means of soldering using push-through technology. In this case, the circuit preferably has an upstanding push-through contact, which is inserted into a corresponding (insertion) opening in the flexible part and is solder-contacted. This is one reduced effort and cost-effective as well as reliable and mechanically stable fastening and contacting.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der integrierte Schaltkreis wärmeleittechnisch mit dem Elektronikgehäuse gekoppelt. Insbesondere ist der Schaltkreis oder ein Kühlkörper des Schaltkreises mittels einer Wärmeleitpaste oder einem Wärmeleitpad an das Elektronikgehäuse wärmeleittechnisch angebunden. Dadurch ist eine zuverlässige Entwärmung oder Temperierung des Schaltkreises gewährleistet.In a preferred embodiment, the integrated circuit is thermally conductively coupled to the electronics housing. In particular, the circuit or a heat sink of the circuit is thermally conductively connected to the electronics housing by means of a thermally conductive paste or a thermally conductive pad. This ensures reliable heat dissipation or temperature control of the circuit.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der biegeflexible Teil elastisch oder plastisch verformt oder verformbar. Dadurch ist ein einfacher und zuverlässiger Toleranz- oder Höhenausgleich im Zuge der Montage gewährleistet. Vorzugsweise ist der biegeflexible Teil hierbei elastisch, insbesondere weich-elastisch, also reversibel mit geringem Kraftaufwand, verformbar.In an advantageous development, the flexible part is elastically or plastically deformed or deformable. This ensures simple and reliable tolerance or height compensation during assembly. The flexible part is preferably elastic, in particular soft-elastic, ie reversibly deformable with little effort.
Der erfindungsgemäße Elektromotor ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Der Elektromotor weist hierbei eine vorstehend beschriebene Elektronikeinheit auf. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Elektronikeinheit und/oder dem Verfahren sinngemäß auch für den Elektromotor und umgekehrt.The electric motor according to the invention is intended for a motor vehicle and is suitable and set up for it. In this case, the electric motor has an electronics unit as described above. The explanations in connection with the electronics unit and/or the method also apply to the electric motor and vice versa.
Das Elektronikgehäuse der Elektronikeinheit ist hierbei als Elektronikfach eines Motorgehäuses ausgeführt. Mit anderen Worten ist die Elektronikeinheit in das Gehäuse des Elektromotors integriert. Das Motorgehäuse weist also ein Elektronikfach als Aufnahme für elektronische Bauteile auf, welche vorzugsweise eine Motorsteuerung (oder Steuerelektronik, engl.: electronic control unit, ECU) des Elektromotors bildet. Das Elektronikfach ist hierbei mit einem elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Gehäusedeckel verschlossen.The electronics housing of the electronics unit is designed as the electronics compartment of a motor housing. In other words, the electronics unit is integrated into the housing of the electric motor. The motor housing thus has an electronics compartment as a receptacle for electronic components, which preferably forms a motor controller (or electronic control unit, ECU) of the electric motor. The electronics compartment is closed with an electrically conductive, in particular metallic, housing cover.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
-
1 ausschnittsweise einen integrierten Schaltkreis und einen damit verbundenen Schaltungsträger, und -
2 ausschnittsweise eine Elektronikeinheit mit dem Schaltkreis und dem Schaltungsträger.
-
1 a detail of an integrated circuit and a circuit carrier connected thereto, and -
2 A detail of an electronic unit with the circuit and the circuit board.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.
Nachfolgend ist anhand der
Im Montagezustand (
Der Schaltkreis 6 liegt hierbei an dem Elektronikgehäuse 4 beziehungsweise an dem Gehäuseboden zur Entwärmung an, wobei der Schaltungsträger 8 parallel beabstandet zu dem Gehäuseboden angeordnet ist. Der Schaltkreis 6 und der Schaltungsträger 8 sind im Montagezustand mechanisch mit dem Elektronikgehäuse 4, insbesondere mittels Schraubverbindungen, gefügt. Die Schraubverbindungen sind in den Figuren nicht gezeigt.The
Der Schaltungsträger 8 weist einen (biege-)starren Teil 10 und einen (biege-)flexiblen Teil 12 auf. Der biegestarre Teil 10 des Schaltungsträgers 8 ist hierbei als eine mit Elektronikbauteilen 14 bestückte Leiterplatte ausgeführt. Der biegeflexible Teil 12 des Schaltungsträgers 8 ist hierbei insbesondere als eine metallische Folie mit oder ohne Trägermaterial, oder als ein metallisches Geflecht ausgeführt, wobei keine Elektronikbauteile 14 im biegeflexiblen Teil 12 angeordnet sind. Der biegeflexible Teil ist hierbei vorzugsweise aus einem Kupfer- oder Aluminiummaterial hergestellt. Der biegeflexible Teil 12 ist hierbei vorzugsweise weichelastisch ausgeführt, so dass er reversibel und ohne hohen Kraftaufwand verformbar beziehungsweise biegbar ist.The
Der integrierte Schaltkreis ist beispielsweise als ein Leistungsmodul mit einem emporstehenden Durchsteckkontakt 16 ausgeführt. Der Durchsteckkontakt 16 ist hierbei etwa senkrecht zum Gehäuseboden des Elektronikgehäuses 4 orientiert.The integrated circuit is designed, for example, as a power module with a push-through
Verfahrensgemäß wird der integrierte Schaltkreis 6 bereits vor dem Fügen in das Elektronikgehäuse 4 mit dem Schaltungsträger 8, insbesondere mit dem flexiblen Teil 12 des Schaltungsträgers 8, zu einer vormontierten Elektronikbaugruppe 18 (
Durch den flexiblen Teil 12 sind im Zuge der Montage oder Befestigung des Schaltkreises 6 und des Schaltungsträgers 8 im Elektronikgehäuse 4 Toleranzen, insbesondere toleranzbedingte Höhenunterschiede, welche sich aus den Toleranzlagen einer Anschraubfläche und der Durchstecktiefe der elektrischen Verbindungen ergeben können, ausgleichbar. Der flexible Teil 12 reduziert durch eine gezielte Verformung die Biegebelastung in den Bereichen des Schaltungsträgers 8 ohne flexible Zonen, also im starren Teil 10. Diese Biegebelastungen würden sonst zu mechanischen Spannungen führen, die Elektronikbauteile 14 und den Schaltungsträger 8 schädigen können.Due to the
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.
Bezugszeichenlistereference list
- 22
- Elektronikeinheitelectronics unit
- 44
- Elektronikgehäuseelectronics housing
- 66
- Schaltkreiscircuit
- 88th
- Schaltungsträgercircuit carrier
- 1010
- biegestarrer Teilrigid part
- 1212
- biegeflexibler Teilflexible part
- 1414
- Elektronikbauteilelectronic component
- 1616
- Durchsteckkontaktthrough hole contact
- 1818
- Elektronikbaugruppeelectronics assembly
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021211327.3A DE102021211327A1 (en) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Process for manufacturing an electronic unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021211327.3A DE102021211327A1 (en) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Process for manufacturing an electronic unit |
Publications (1)
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|---|---|
| DE102021211327A1 true DE102021211327A1 (en) | 2023-04-13 |
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ID=85705646
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| DE102021211327.3A Withdrawn DE102021211327A1 (en) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Process for manufacturing an electronic unit |
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| Country | Link |
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Citations (5)
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-
2021
- 2021-10-07 DE DE102021211327.3A patent/DE102021211327A1/en not_active Withdrawn
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