DE102021211523A1

DE102021211523A1 - Elektronisches Steuermodul für ein Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung des elektronischen Steuermoduls

Info

Publication number: DE102021211523A1
Application number: DE102021211523.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Röß; Jürgen Sauerbier; Markus Sperling
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Elektronisches Steuermodul (1) für ein Fahrzeug, umfassend eine Leiterplatte (2), mindestens ein auf der Leiterplatte (2) in einem Abstand (h1) über der Leiterplatte (2) angeordnetes elektronisches Bauteil (9) mit einem Bauteilgehäuse (10, 10.1, 10.2), wobei der Abstand (h1) durch einen ersten Distanzhalter (4, 8) unter dem elektronischen Bauteil (9) und/ oder durch mindestens einen zweiten Distanzhalter (5, 6.2) unter dem Bauteilgehäuse (10) gegeben ist, und eine Moldumhüllung (13, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4), die das elektronische Bauteil (9) mit dem Bauteilgehäuse (10) vollständig umgibt, wobei die Höhe (h4) der Moldumhüllung (13) im Bereich des Bauteilgehäuses (10), von der Leiterplatte (2) bis zur ersten Oberseite (13.3) der Moldumhüllung (13), größer ist als die Höhe (h3) der Moldumhüllung (13) außerhalb des Bereichs des Bauteilgehäuses (10), von der Leiterplatte (2) bis zur zweiten Oberseite (, 13.4) der Moldumhüllung (13), wobei die Differenz zwischen der Höhe (h3) und der Höhe (h4) jeweils als Stufe (13.1, 13.2) ausgebildet ist, und dass der Abstand (h2) zwischen der ersten Oberseite (13.3) der Moldumhüllung (13) und der Oberseite (10.1) des Bauteilgehäuses (10) in der Größenordnung des Abstands (h1) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Steuermodul für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung des elektronischen Steuermoduls nach Anspruch 12.
Steuermodule für Fahrzeuge, insbesondere Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, werden oftmals derart im Getriebe eingebaut, dass sie ganz oder teilweise im Getriebeöl angeordnet sind. Diese Steuermodule enthalten eine Elektronik, welche in einem öldichten Gehäuse angeordnet werden muss, damit das zum Teil aggressive Getriebeöl die Elektronik nicht beschädigt. Diese Dichtheit muss innerhalb der Betriebstemperatur des Automatikgetriebes, in der Regel in einem Temperaturbereich von minus 40 Grad Celsius bis plus 150 Grad Celsius sichergestellt sein.
Für die öldichte Anordnung der Elektronik gibt es verschiedene Lösungen. Beispielsweise können hermetisch dichte Stahlgehäuse zum Einsatz kommen. Auch können Gehäuse verwendet werden, die durch einen sogenannten Moldprozess hergestellt werden.
Die DE 10 2012 112 738 A1 beschreibt ein solches Elektronikmodul zur Verwendung als Steuergerät in einem Kraftfahrzeug, wobei die elektronische Schaltung mit einem Kunststoff umhüllt ist.
Die Elektronik wird bei einem Moldprozess stoffschlüssig, beispielsweise mit einem thermisch aushärtenden Kunststoff wie Duroplast in einem Spritzgussverfahren umhüllt oder ummoldet.
Für die Umsetzung der Umhüllung ist das Kunststoffmaterial so ausgewählt, dass es nach dem Aushärten mit der Leiterplatte der Elektronik ein bei Raumtemperatur ebenes Modul bildet. Insbesondere müssen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Komponenten so gewählt werden, dass die an den Kontaktflächen zur Umhüllung noch bestehenden Spannungen nach dem Moldprozess so gering wie möglich sind.
Durch den Overmoldprozess selbst wird durch das Kunststoffmaterial ein enormer Druck, in der Regel zwischen 20 und 50 bar, auf die Bauteile der Elektronik aufgebracht, wobei sowohl elektronische Bauteile ohne Gehäuse, sogenannte Bare Dies, als auch gehäuste Bauteile verwendet werden können. Bei den elektronischen Bauteilen kann es sich zum Beispiel um Mikrokontroller, Kondensatoren oder auch induktive Bauteile handeln.
Insbesondere bei der Verwendung von gehäusten Bauteilen hat sich gezeigt, dass Mikrospalte im Bereich kleiner 150µm unter den Bauteilen, zwischen der Bauteilunterseite und Leiterplatte, nicht immer zuverlässig mit Moldmasse unterfüllt werden können. Dies führt schlimmstenfalls dazu, dass die Kunststoffumhüllung das Gehäuse des Bauteils verbiegt und damit eine Kraftauswirkung auf das Bauteil selbst aufbringt. Dies kann zu Cracks in den Bauteilen oder gar zu Brüchen des Bauteils führen. Dieser Fehler ist insbesondere bei Mikrokontrollern schwerwiegend. Des Weiteren kann es zu Delaminationen zwischen den verschiedenen Komponenten im Aufbau der Elektronik führen. Beide Fehler können zum Ausfall des gesamten Elektronikmoduls führen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektronisches Steuermodul mit mindestens einem elektronischen Bauteil auf einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte mit einer Moldumhüllung umgeben ist, zu schaffen,
das sich durch eine verbesserte thermomechanische Robustheit und durch eine verbesserte Ausfallsicherheit im Betrieb auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektronisches Steuermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Steuermodul umfasst eine Leiterplatte und mindestens ein auf der Leiterplatte in einem Abstand über der Leiterplatte angeordnetes elektronisches Bauteil mit einem Bauteilgehäuse. Dabei ist dieser Abstand insbesondere durch einen ersten Distanzhalter unter dem elektronischen Bauteil und/ oder durch mindestens einen zweiten Distanzhalter unter dem Bauteilgehäuse gegeben. Eine Moldumhüllung, beispielsweise aus einem thermisch aushärtenden Kunststoff wie beispielsweise Duroplast, umgibt das elektronische Bauteil mit dem Bauteilgehäuse auf der Leiterplatte vollständig.
Vorteilhafterweise ist die Höhe der Moldumhüllung im Bereich des Bauteilgehäuses, gemessen von der Leiterplatte bis zur ersten Oberseite der Moldumhüllung im Bereich des Bauteilgehäuses, größer ist als die Höhe der Moldumhüllung außerhalb des Bereichs des Bauteilgehäuses, gemessen von der Leiterplatte bis zur zweiten Oberseite der Moldumhüllung außerhalb des Bereichs des Bauteilgehäuses, wobei durch die Differenz zwischen den beiden Höhen auf jeder Seite des Bauteilgehäuses jeweils als eine Stufe ausgebildet ist. Dabei ist insbesondere der Abstand zwischen der ersten Oberseite der Moldumhüllung im Bereich des Bauteilgehäuses und der Oberseite des Bauteilgehäuses in der Größenordnung des Abstands zwischen der Leiterplatte und dem elektronischen Bauteil mit dem Bauteilgehäuse.
Vorteilhafterweise kann durch diesen Verbindungsaufbau einem Verbiegen des Bauteilgehäuses entgegengewirkt werden oder gar ein Bruch des elektronischen Bauteils vermieden werden. Ferner kann durch diesen Verbindungsaufbau eine Delaminationen zwischen den verschiedenen Komponenten im Aufbau des elektronischen Steuermoduls verhindert werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Steuermoduls liegt in seiner Kostenneutralität, da bei der Herstellung keine zusätzlichen Komponenten und Prozesse verwendet werden müssen.
In einer Ausführungsform umgibt das Bauteilgehäuse das elektronische Bauteil derart, dass nur die der Leiterplatte zugewandte Seite des elektronischen Bauteils freiliegt. Dabei liegen die Unterseite des elektronischen Bauteils und die Unterseite des Bauteilgehäuses in einer Ebene.
In einer weiteren Ausführungsform ist auf einer Angussseite des Steuermoduls der Abstand zwischen der Stufe und dem Bauteilgehäuse in der Größenordnung des Abstands zwischen der Leiterplatte und dem elektronischen Bauteil. Auf einer, der Angussseite gegenüber liegenden Abflussseite liegt der Abstand zwischen dieser Stufe und dem Bauteilgehäuse in der Größenordnung des doppelten Abstands zwischen der Leiterplatte und dem elektronischen Bauteil. Dabei verläuft eine Moldrichtung bei der Herstellung der Moldumhüllung von der Angussseite zur Abflussseite.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erste Distanzhalter unter dem elektronischen Bauteil insbesondere eine zweite elektrisch leitfähige Leiterstruktur und ein drittes Verbindungsmaterial und der zweite Distanzhalter unter dem Bauteilgehäuse umfasst eine dritte Leiterstruktur und ein zweites Verbindungsmaterial.
In einer weiteren Ausführungsform ist das elektronische Bauteil mittels mindestens einem elektrischen Verbinder mit einer ersten elektrisch leitfähigen Leiterstruktur auf der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden, wobei ein elektrischer Verbinder mindestens teilweise im Bauteilgehäuse verläuft und die elektrisch leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Verbinder und der ersten Leiterstruktur mittels eines ersten Verbindungsmaterials, zum Beispiel mittels eines Lots hergestellt ist. Insbesondere kann der elektrische Verbinder aus einem L-förmigen Stanzgitter gebildet sein, wobei der horizontale Teil des Stanzgitters zumindest teilweise im Bauteilgehäuse verläuft und der vertikale oder nahezu vertikale Teil des Stanzgitters die elektrisch leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Verbinder und der ersten Leiterstruktur herstellt. Insbesondere kann der elektrische Verbinder im Bauteilgehäuse mittels eines zusätzlichen Bonddrahtes mit dem elektronischen Bauteil, beispielsweise einem Mikrokontroller elektrisch leitend verbunden sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Leiterstruktur als Lötpad oder als Kontaktierungspad auf der Leiterplatte ausgeführt. Die zweite Leiterstruktur kann insbesondere als elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Verbindungslage ausgestaltet sein. Und vorteilhafterweise ist die dritte Leiterstruktur als elektrisch oder thermisch leitfähige Verbindungslage ausgeführt ist. Dadurch können die Leiterstrukturen durch eine geeignete Wahl der Ausführungsform und des Materials je nach Anwendung verschiedenen Anforderungen entsprechen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Verbindungsmaterials zum Verbinden eines elektrischen Verbinders mit einer ersten Leiterstruktur auf der Leiterplatte als Lot oder als elektrisch leitfähige Paste ausgeführt. Das zweite Verbindungsmaterials zwischen dem Bauteilgehäuse und der dritten Leiterstruktur auf der Leiterplatte kann insbesondere als Lot, als elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Paste oder als elektrisch und/ oder thermisch leitfähiger Klebstoff dargestellt sein. Und vorteilhafterweise ist das dritte Verbindungsmaterial zwischen dem elektronischen Bauteil und der zweiten Leiterstruktur auf der Leiterplatte als Lot oder elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Paste ausgeführt. Auch hier gilt, dass durch eine geeignete Wahl der Ausführungsform und des Materials des Verbindungsmaterials je nach Anwendung verschiedenen Anforderungen entsprochen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Verbindungsmaterials als Bestandteil des zweiten Distanzhalters unter dem Bauteilgehäuse insbesondere von einem Auslaufschutz auf der dritten Leiterstruktur umgeben. Dabei kann der Einfachheit halber als Material für den Auslaufschutz ein Lötstopplack verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind für den Fall, dass mehr als ein zweiter Distanzhalter unter dem Bauteilgehäuse verwendet wird, die zweiten Distanzhalter gleichmäßig auf der Leiterplatte unter dem Bauteilgehäuse, insbesondere um den ersten Distanzhalter, verteilt.
In einer weiteren Ausführungsform weicht die Länge der vom Bauteilgehäuse abgewandten, quer zur Moldrichtung verlaufenden Kante der entsprechenden Stufe der Moldumhüllung auf der Abflussseite von der Länge der entsprechenden Kante der Stufe der Moldumhüllung auf der Angussseite ab.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Steuermoduls mit mindestens einem elektronischen Bauteil auf einer Leiterplatte mit einer Moldumhüllung zu schaffen, das unter Vermeidung von Lufteinschlüssen zu einem Steuermodul mit einer verbesserten thermomechanische Robustheit und einer verbesserten Ausfallsicherheit im Betrieb führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

a. Bereitstellen einer Leiterplatte,
b. Aufbringen der ersten, zweiten und dritten Leiterstruktur auf der Leiterplatte,
c. Aufbringen des Auslaufschutz auf der dritten Leiterstruktur,
d. Aufbringen des dritten Verbindungsmaterials auf der zweiten Leiterstruktur unter Ausbildung des ersten Distanzhalters,
e. Aufbringen des zweiten Verbindungsmaterials auf der dritten Leiterstruktur unter Ausbildung des zweiten Distanzhalters,
f. Aufbringen eines ersten Verbindungsmaterials auf einer ersten Leiterstruktur,
g. Aufsetzen der elektrischen Verbinder des elektronischen Bauteils auf einer ersten Leiterstruktur mit einem ersten Verbindungsmaterial der Leiterplatte derart, dass das dritte Verbindungsmaterial des ersten Distanzhalter den Zwischenraum zwischen der Unterseite des Bauteils und der zweiten Leiterstruktur der Leiterplatte in vertikaler Richtung vollständig ausfüllt und dass das zweite Verbindungsmaterial des zweiten Distanzhalters den Zwischenraum zwischen der Unterseite des Bauteilgehäuses und der dritten Leiterstruktur der Leiterplatte in vertikaler Richtung vollständig ausfüllt,
h. Aushärten des ersten, zweiten und dritten Verbindungsmaterials,
i. Einlegen der Leiterplatte mit dem elektronischen Bauelement in ein Moldwerkzeug,
j. Einbringen eines Moldmaterials in das Werkzeug unter Ausbildung der Moldumhüllung,
k. Aushärten der Moldumhüllung im Moldwerkzeug,
1. I. Entnahme des Steuermoduls aus dem Moldwerkzeug.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere einem Verbiegen des Bauteilgehäuses entgegengewirkt werden oder gar ein Bruch des elektronischen Bauteils vermieden werden. Ferner kann durch dieses Verfahren auch eine Delaminationen zwischen den verschiedenen Komponenten im Aufbau des elektronischen Steuermoduls sowohl bei der Herstellung als auch im späteren Betrieb vermieden werden
In einer weiteren Ausführungsform wird das erste, zweite und dritte Verbindungsmaterial mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht.
In einer weiteren Ausführungsform wird das dritte Verbindungsmaterial auf der zweiten Leiterstruktur unter Ausbildung des ersten Distanzhalters unter dem elektronischen Bauteil in Form eines Schachbrettmusters aufgebracht.
Somit besteht dieser Teil des ersten Distanzhalters aus einzelnen Segmenten mit dazwischen liegenden Kanälen, durch die das Moldmaterial beim Herstellungsprozess unter Vermeidung von schädlichen Lufteinschlüssen fließen kann.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht eines Steuermoduls,
2 einen Querschnitt eines Steuermoduls,
3 eine Untersicht eines Steuermoduls in der Ebene A - A,
4 eine weitere Untersicht eines Steuermoduls in der Ebene A - A.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektronischen Steuermoduls für ein Fahrzeug, mit einer Leiterplatte 2 und mindestens einem auf der Leiterplatte 2 in einem Abstand h1 über der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauteil 9 mit einem Bauteilgehäuse 10. Die Leiterplatte 2 kann beispielsweise als Printed Circuit Board (PCB), als High-Density-Interconnect-Leiterplatte (HDI), Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) oder als Dickschichtkeramik ausgeführt sein.
Der Abstand h1 ist durch einen ersten Distanzhalter 4, 8 unter dem elektronischen Bauteil 9 und durch mindestens einen zweiten Distanzhalter 5, 6.2 unter dem Bauteilgehäuse 10 gegeben. In dieser Schnittansicht werden zwei zweite Distanzhalter 5, 6.2 gezeigt. Das elektronische Bauteil 9 und das Bauteilgehäuse 10 sind vollständig von einer Moldumhüllung 13, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4 aus einem thermisch aushärtbaren Moldmaterial, beispielsweise einem Duroplast umgeben. Das elektronische Bauteil kann ein Mikrokontroller, ein Kondensator oder auch ein induktives Bauteil sein. In 1 umgibt das Bauteilgehäuse 10 das elektronische Bauteil 9 derart, dass nur die der Leiterplatte 2 zugewandte Seite des elektronischen Bauteils 9 freiliegt.
Die Höhe h4 der Moldumhüllung 13 im Bereich des Bauteilgehäuses 10, gemessen von der Leiterplatte 2 bis einer ersten Oberseite 13.3 der Moldumhüllung 13, ist hier größer ist als die Höhe h3 der Moldumhüllung 13 außerhalb des Bereichs des Bauteilgehäuses 10, gemessen von der Leiterplatte 2 bis zur zweiten Oberseite 13.4 der Moldumhüllung 13. Dabei ist die Differenz zwischen der Höhe h3 außerhalb des Bereichs des Bauteilgehäuses 10 und der Höhe h4 auf beiden Seiten des Bauteilgehäuses 10 jeweils als Stufe 13.1 respektive als Stufe 13.2 mit der Höhe h3 ausgebildet. Weiterhin liegt der Abstand h2 zwischen der ersten Oberseite 13.3 der Moldumhüllung 13 und der Oberseite 10.1 des Bauteilgehäuses 10 in der Größenordnung des Abstands h1, dem Spalt zwischen der Leiterplatte 2 und dem elektronischen Bauteil 9 beziehungsweise dem Bauteilgehäuse 10.
Dadurch, dass die Abstände h1 und h2 annähernd gleich gewählt sind, ist während des Moldverfahrens bei der Herstellung der Moldumhüllung 13 über und unter dem elektronischen Bauteil 9 und seinem Gehäuse 10 ein nahezu identischer Massenstrom des Moldmaterials gewährleistet.
Bei der Herstellung der Moldumhüllung 13 verläuft das Moldmaterials von einer sogenannten Angussseite 14.1 zu einer sogenannten Abflussseite 14.2. In 1 ist auf der Angussseite 14.1 des Steuermoduls 1 der Abstand a1 zwischen der Stufe 13.1 und dem Bauteilgehäuse 10 in der Größenordnung des Abstands h1, also dem Spalt zwischen der Leiterplatte 2 und dem elektronischen Bauteil 9 beziehungsweise dem Bauteilgehäuse 10. Auf der der Angussseite 14.1 gegenüber liegenden Abflussseite 14.2 liegt der Abstand a2 zwischen der Stufe 13.2 und dem Bauteilgehäuse 10 in der Größenordnung des doppelten Abstands h1. Dies führt zu einem besseren Schluss zwischen dem im Moldverfahren oberhalb und unterhalb des elektronischen Bauteils 9, beziehungsweise dem Bauteilgehäuse 10 laufenden Moldmaterial der Moldumhüllung 13.
Das Größenverhältnis der Abstände a1 und a2 ist auch in 2 verdeutlicht, wobei
2 einen Querschnitt des Steuermoduls 1 in einer Ebene des Bauteilgehäuses 10 zeigt.
Auf der Angussseite 14.1 des Steuermoduls 1 ist die Stufe 13.1 von dem Bauteilgehäuse 10 mit dem Abstand a1 beabstandet. Auf der der Angussseite 14.1 gegenüber liegenden Abflussseite 14.2 ist die Stufe 13.2 von dem Bauteilgehäuse 10 mit dem Abstand a2 beabstandet. Der Abstand a2 ist dabei in etwa doppelt so groß wie der Abstand a1.
Ferner ist in 2 die Länge der vom Bauteilgehäuse 10 abgewandten, quer zur Moldrichtung 14 verlaufenden Kante 13.6 der Stufe 13.2 der Moldumhüllung 13 auf der Abflussseite 14.2 kleiner als die Länge der entsprechenden Kante 13.5 der Stufe 13.1 der Moldumhüllung 13 auf der Angussseite 13.1. Die Länge der Kante 13.6 könnte aber auch gleich der Länge der Kante 13.5 oder auch größer sein. Die Form der Kante 13.6 ist hier geradlinig. Die Kante 13.6 könnte aber auch beispielsweise eine konvexe oder konkave Form haben. Durch die Lage und die Form der Kante 13.6 auf der Angussseite 13.1 der Moldumhüllung 13 kann das Strömungsverhalten des Materials der Moldumhüllung 13 beim Moldprozess beeinflusst werden, insbesondere, um eine homogene Kapselung des elektronischen Bauteils 9 mit Gehäuse 10 ohne Lufteinschlüsse zu erhalten.
Die Variation der Form der Kante 13.6 kann unter Umständen auch dazu führen, dass das Volumen der Moldumhüllung 13 in Abflussrichtung 14.2 insgesamt kleiner ist als das Volumen der Moldumhüllung 13 in Angussrichtung 14.1.
Nachfolgend wird auf die Leiterstrukturen und die Verbindungsmaterialien in 1 näher eingegangen.
Das elektronische Bauteil 9 ist mittels mindestens eines elektrischen Verbinders 11, 11.1, 11.2, 12 mit einer ersten elektrisch leitfähigen Leiterstruktur 3, hier als Leiterbahn ausgebildet, auf der Leiterplatte 2 elektrisch leitend verbunden.
Hier ist der elektrische Verbinder aus einem L-förmigen Stanzgitter gebildet, wobei der horizontale Teil 11.1 des Stanzgitters 11 teilweise im Bauteilgehäuse 10 verläuft und der vertikale oder nahezu vertikale Teil 11.2 des Stanzgitters 11 die elektrisch leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Verbinder 11 und der ersten Leiterstruktur 3 herstellt. Insbesondere ist hier der elektrische Verbinder 11 im Bauteilgehäuse 10 mittels eines zusätzlichen Bonddrahtes 12 mit dem elektronischen Bauteil 9, beispielsweise einem Mikrokontroller elektrisch leitend verbunden.
Der erste Distanzhalter 4, 8 unter dem elektronischen Bauteil 9 umfasst eine zweite elektrisch leitfähige Leiterstruktur 4 und ein drittes Verbindungsmaterial 8 und der zweite Distanzhalter 5, 6.2 unter dem Bauteilgehäuse 10 umfasst eine dritte Leiterstruktur 5 und ein zweites Verbindungsmaterial 6.2.
Die erste Leiterstruktur 3 kann als Lötpad oder als Kontaktierungspad auf der Leiterplatte 2, die zweite Leiterstruktur 4 als Teil des ersten Distanzhalters 4, 8 kann als elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Verbindungslage, und die dritte Leiterstruktur 5, als Teil des zweiten Distanzhalters 5, 6.2 , kann als elektrisch oder thermisch leitfähige Verbindungslage ausgeführt sein.
Das erste Verbindungsmaterials 6.1 zum Verbinden eines elektrischen Verbinders 11.2 mit einer ersten Leiterstruktur 3 auf der Leiterplatte 2 kann als Lot oder elektrisch leitfähige Paste ausgeführt sein.
Das zweite Verbindungsmaterials 6.2 zwischen dem Bauteilgehäuse 10 und der dritten Leiterstruktur 5 auf der Leiterplatte 2 kann als Lot, als elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Paste oder als elektrisch und/ oder thermisch leitfähiger Klebstoff ausgeführt sein.
Das dritte Verbindungsmaterial 8 zwischen dem elektronischen Bauteil 9 und der zweiten Leiterstruktur 4 auf der Leiterplatte 2 kann als Lot oder elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Paste ausgeführt sein.
In 1 ist das zweite Verbindungsmaterials 6.2 als Bestandteil des zweiten Distanzhalters 5, 6.2 von einem Auslaufschutz 7 auf der dritten Leiterstruktur 5 auf der Leiterplatte 2 umgeben. Dabei kann der Einfachheit halber als Material für den Auslaufschutz 7 ein Lötstopplack verwendet werden.
Alternativ kann die Fläche der dritten Leiterstruktur 5 des zweiten Distanzhalters 5, 6.2 über die Geometrie des Auslaufschutzes 7 hinausragen, um einen Lotfänger zu realisieren. Ebenfalls kann die Geometrie des Auslaufschutzes 7 über die dritte Leiterstruktur 5 zur Entwärmung und mechanischen Stabilisierung 5 insbesondere in Moldrichtung 14 hinausragen und in direkter Verbindung zu der Leiterplatte 2 stehen.
3 zeigt eine Untersicht eines Steuermoduls 1 in der Ebene A - A, wobei der Umriss des Bauteilgehäuses 10 gestrichelt dargestellt ist, da es nicht in der Ebene A - A liegt.
Die ersten Leiterstrukturen 3 sind als Zeilen von Kontaktierungspads um das Bauteilgehäuse 10 angeordnet. Um den ersten Distanzhalter 4, 8 sind hier acht zweite kreisförmige Distanzhalter 5, 6.2 gleichmäßig angeordnet. Jeder zweite Distanzhalter 5, 6.2 ist von einem Auslaufschutz 7 umgeben.
Je nach Anforderung, insbesondere für den Moldprozess, können die zweiten Distanzhalter 5, 6.2 auch ungleichmäßig um den ersten Distanzhalter 4, 8 verteilt sein. Auch können die Querschnitte eines zweiten Distanzhalters 5, 6.2 oder der Bestandteile des zweiten Distanzhalters 5, 6.2 nicht rund, sondern oval, rechteckig, trapezförmig oder auch polygon sein.
4 entspricht 3, mit dem Unterschied, dass das dritte Verbindungsmaterial 8 und/ oder die zweite Leiterstruktur 4 des ersten Distanzhalters 4, 8 nicht vollflächig, sondern in Form eines Schachbrettmusters aufgebracht ist.
Damit besteht der erste Distanzhalter 4, 8, zum Teil oder gesamt, aus einzelnen Segmenten mit dazwischen liegenden Kanälen k, durch die das Moldmaterial der Moldumhüllung 13 beim Moldprozess unter Vermeidung von schädlichen Lufteinschlüssen fließen kann.
Damit dienen die Distanzhalter 5, 6.2 , 4, 8 nicht nur zur Wärmeableitung und mechanischen Stabilisierung des Verbindungsaufbaus des Steuermoduls 1 sondern können auch durch eine geeignete Wahl ihrer Form und Anordnung den Massenstrom des Materials der Moldumhüllung 13 über und unter dem elektronischen Bauteil 9, 12 günstig beeinflussen.
Bezugszeichenliste

1: Steuermodul
2: Leiterplatte
3: Erste Leiterstruktur
4: Zweite Leiterstruktur
5: Dritte Leiterstruktur
6.1: Erstes Verbindungsmaterial
6.2: Zweites Verbindungsmaterial
7: Auslaufschutz
8: Drittes Verbindungsmaterial
9: Elektronisches Bauteil
10: Bauteilgehäuse
11: Erster elektrischer Verbinder, Stanzgitter
12: Zweiter elektrischer Verbinder
13: Moldumhüllung
13.1: Stufe auf der Angussseite
13.2: Stufe auf der Abflussseite
13.3: Erste Oberseite der Moldumhüllung
13.4: Zweite Oberseite der Moldumhüllung
14: Moldflowrichtung
a1: Abstand auf Angussseite
a2: Abstand auf Abflussseite
h1: Abstand Leiterplatte elektronisches Bauteil
h2: Abstand Moldumhüllung und Bauteilgehäuse
k: Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012112738 A1 [0004]

Claims

Elektronisches Steuermodul (1) für ein Fahrzeug, umfassend: eine Leiterplatte (2), mindestens ein auf der Leiterplatte (2) in einem Abstand (h1) über der Leiterplatte (2) angeordnetes elektronisches Bauteil (9) mit einem Bauteilgehäuse (10, 10.1, 10.2), wobei der Abstand (h1) durch einen ersten Distanzhalter (4, 8) unter dem elektronischen Bauteil (9) und/ oder durch mindestens einen zweiten Distanzhalter (5, 6.2) unter dem Bauteilgehäuse (10) gegeben ist, und eine Moldumhüllung (13, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4), die das elektronische Bauteil (9) mit dem Bauteilgehäuse (10) vollständig umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h4) der Moldumhüllung (13) im Bereich des Bauteilgehäuses (10), von der Leiterplatte (2) bis zur ersten Oberseite (13.3) der Moldumhüllung (13), größer ist als die Höhe (h3) der Moldumhüllung (13) außerhalb des Bereichs des Bauteilgehäuses (10), von der Leiterplatte (2) bis zur zweiten Oberseite (, 13.4) der Moldumhüllung (13), wobei die Differenz zwischen der Höhe (h3) und der Höhe (h4) jeweils als Stufe (13.1, 13.2) ausgebildet ist, und dass der Abstand (h2) zwischen der ersten Oberseite (13.3) der Moldumhüllung (13) und der Oberseite (10.1) des Bauteilgehäuses (10) in der Größenordnung des Abstands (h1) liegt.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteilgehäuse (10) das elektronische Bauteil (9) derart umgibt, dass nur die der Leiterplatte (2) zugewandte Seite des elektronischen Bauteils (9) freiliegt.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Angussseite (14.1) des Steuermoduls (1) der Abstand (a1) zwischen der Stufe (13.1) und dem Bauteilgehäuse (10) in der Größenordnung des Abstands (h1) liegt, und dass auf einer, der Angussseite (14.1) gegenüber liegenden Abflussseite (14.2) der Abstand (a2) zwischen der Stufe (13.2) und dem Bauteilgehäuse (10) in der Größenordnung des doppelten Abstands (h1) liegt, wobei eine Moldrichtung (14) von der Angussseite (14.1) zur Abflussseite (14.2) verläuft .
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Distanzhalter (4, 8) eine zweite elektrisch leitfähige Leiterstruktur (4) und ein drittes Verbindungsmaterial (8) und der zweite Distanzhalter (5, 6.2) eine dritte Leiterstruktur (5) und ein zweites Verbindungsmaterial (6.2) umfasst.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil (9) mittels mindestens einem elektrischen Verbinder (11, 11.1, 11.2, 12) mit einer ersten elektrisch leitfähigen Leiterstruktur (3) auf der Leiterplatte (2) elektrisch leitend verbunden ist, wobei ein elektrischer Verbinder (11, 1.1, 11.2, 12) mindestens teilweise im Bauteilgehäuse (10) verläuft und die elektrisch leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Verbinder (11, 11.2) und der ersten Leiterstruktur (3) mittels eines ersten Verbindungsmaterials (6.1 ) hergestellt ist.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterstruktur (3) als Lötpad oder als Kontaktierungspad auf der Leiterplatte (2), die zweite Leiterstruktur (4) als elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Verbindungslage, und die dritte Leiterstruktur (5) als elektrisch oder thermisch leitfähige Verbindungslage ausgeführt ist.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmaterials (6.1) zum Verbinden eines elektrischen Verbinders (11, 1.1, 11.2, 12) mit einer ersten Leiterstruktur (3) auf der Leiterplatte (2) als Lot oder elektrisch leitfähige Paste, das zweite Verbindungsmaterials (6.2) zwischen dem Bauteilgehäuse (10) und der dritten Leiterstruktur (5) auf der Leiterplatte (2) als Lot, als elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Paste oder als elektrisch und/ oder thermisch leitfähiger Klebstoff, und das dritte Verbindungsmaterial (8) zwischen dem elektronischen Bauteil (9) und der zweiten Leiterstruktur (4) auf der Leiterplatte (2) als Lot oder elektrisch und/ oder thermisch leitfähige Paste ausgeführt ist.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungsmaterials (6.2) als Bestandteil des zweiten Distanzhalters (5, 6.2) von einem Auslaufschutz (7) auf der dritten Leiterstruktur (5) umgeben ist.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von mehr als einem zweiten Distanzhalter (5, 6.2) die zweiten Distanzhalter (5, 6.2) unter dem Bauteilgehäuse (10) gleichmäßig auf der Leiterplatte (2) verteilt sind.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines zweiten Distanzhalters (5, 6.2) parallel zur Ebene der Leiterplatte (2) rund, oval, rechteckig, trapezförmig oder polygon ist.
Elektronisches Steuermodul (1) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der vom Bauteilgehäuse (10) abgewandten, quer zur Moldrichtung (14) verlaufenden Kante (13.6) der Stufe (13.2) der Moldumhüllung (13) auf der Abflussseite (14.2) von der Länge der entsprechenden Kante (13.5) der Stufe (13.1) der Moldumhüllung (13) auf der Angussseite (13.1) abweicht.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Steuermoduls (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Schritte: a. Bereitstellen einer Leiterplatte (2), b. Aufbringen der ersten, zweiten und dritten Leiterstruktur (3, 4, 5) auf der Leiterplatte (2), c. Aufbringen des Auslaufschutz (7) auf der dritten Leiterstruktur (5), d. Aufbringen des dritten Verbindungsmaterials (8) auf der zweiten Leiterstruktur (4) unter Ausbildung des ersten Distanzhalters (4,8), e. Aufbringen des zweiten Verbindungsmaterials (6.2) auf der dritten Leiterstruktur (5) unter Ausbildung des zweiten Distanzhalters (5, 6.2), f. Aufbringen eines ersten Verbindungsmaterials (6.1) auf einer ersten Leiterstruktur (3), g. Aufsetzen der elektrischen Verbinder (11, 11.2) des elektronischen Bauteils (9, 10) auf einer ersten Leiterstruktur (3) mit einem ersten Verbindungsmaterial (6.1) der Leiterplatte (2) derart, dass das dritte Verbindungsmaterial (8) des ersten Distanzhalter (4, 8) den Zwischenraum zwischen der Unterseite des Bauteils (9) und der zweiten Leiterstruktur (4) der Leiterplatte (2) in vertikaler Richtung vollständig ausfüllt und dass das zweite Verbindungsmaterial (6.2) des zweiten Distanzhalters (5, 6.2) den Zwischenraum zwischen der Unterseite (10.2) des Bauteilgehäuses (10) und der dritten Leiterstruktur (5) der Leiterplatte (2) in vertikaler Richtung vollständig ausfüllt, h. Aushärten des ersten, zweiten und dritten Verbindungsmaterials (6.1, 6.2,8), i. Einlegen der Leiterplatte (2) mit dem elektronischen Bauelement (9, 10) in ein Moldwerkzeug, j. Einbringen eines Moldmaterials in das Werkzeug unter Ausbildung der Moldumhüllung (13), k. Aushärten der Moldumhüllung (13) im Moldwerkzeug, I. Entnahme des Steuermoduls (1) aus dem Moldwerkzeug.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Steuermoduls (1) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, zweite und dritte Verbindungsmaterial (6.1, 6.2, 8) mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Steuermoduls (1) gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Verbindungsmaterial (8) auf der zweiten Leiterstruktur (4) Ausbildung des ersten Distanzhalters (4, 8) in Form eines Schachbrettmusters aufgebracht wird.