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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radarsensor mit einer Leiterplatte, einem elektronischen Bauteil, das auf der Leiterplatte angeordnet ist, und einem Wärmeleitblech zur Abführung der Wärme aus dem Radarsensor.
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Stand der Technik
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Radarsensoren werden heutzutage an vielen Stellen, beispielsweise im Automobilbereich eingesetzt, um den Abstand, den Winkel und/oder die Relativgeschwindigkeit eines Ziels zum Sensor zu messen. Die Radarsensoren weisen typischerweise eine Leiterplatte mit darauf bestückten elektronischen Bauteilen, wie z. B. MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), auf.
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Bei Radarsensoren spielt zum einen die Abführung von Wärme eine große Rolle. Hierfür sind Wärmeleitbleche bekannt, welche über ein Wärmeleitmaterial mit der Leiterplatte thermisch gekoppelt sind und die Wärme von dem elektronischen Bauteil ableiten. Das Wärmeleitmaterial wird auch als Wärmeleitmedium bezeichnet und ist typischerweise eine Wärmeleitpaste.
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Zum anderen soll das elektronische Bauteil abgeschirmt werden, um einerseits andere Komponenten vor parasitärer Strahlung des elektronischen Bauteils zu schützen, und andererseits, um das elektronische Bauteil selbst vor der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zu schützen. Dadurch wird die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sichergestellt.
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Typischerweise wird die Abschirmung über dem elektronischen Bauteil angeordnet und ist mit der Leiterplatte verbunden. Das Wärmeleitblech ist auf der dem Bauteil abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnet und über ein Wärmeleitmaterial mit der Leiterplatte verbunden.
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Alternativ sind Abschirmungen bekannt, die über einen Rahmen mit der Leiterplatte verbunden sind. Eine solche Anordnung zur Bereitstellung einer Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Interferenz (EMI-Abschirmung) und zum Ableiten von Wärme der elektrischen Bauteile geht aus der
DE 11 2016 005 793 T5 hervor. Die EMI-Abschirmung weist eine Oberseite, die mit Löchern versehen ist, und Seitenwände, über die die EMI-Abschirmung mit dem Rahmen verbunden werden, auf. Eine Wärmeleitpaste wird auf die EMI-Abschirmung aufgetragen und füllt die Löcher, sodass die Wärmeleitpaste in direkten Kontakt mit dem elektronischen Bauteil kommt. Schließlich wird eine Wärmeableitvorrichtung auf die EMI-Abdeckung gesetzt und in direkten Kontakt mit der Wärmeleitpaste gebracht. Der Wärmetransport vom elektronischen Bauteil zur Wärmeableitvorrichtung erfolgt hier über die Wärmeleitpaste und nicht über die EMI-Abschirmung.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei einem Radarsensor mit einer Leiterplatte und einem elektronischen Bauteil, das auf der Leiterplatte angeordnet ist, und bei dem zur Abführung der Wärme aus dem Radarsensor ein Wärmeleitblech vorgesehen ist, ist ein wannenförmiges Abschirmblech vorgesehen. Das Abschirmblech weist eine Bodenfläche und Seitenflächen auf, die sich von allen Seiten der Bodenfläche in dieselbe Richtung erstecken. Hier sind die Seitenflächen von der Bodenfläche in Richtung der Leiterplatte abgewinkelt. Vorzugsweise ist das Wärmeleitblech auf der gleichen Seite der Leiterplatte wie das elektronische Bauteil angeordnet. Dies vereinfacht die nachfolgend beschriebene Kopplung. Das Abschirmblech ist um das elektronische Bauteil herum angeordnet. Dabei liegt das elektronische Bauteil zwischen den abgewinkelten Seitenflächen und ist zudem von der Bodenfläche abgedeckt. Wie unten beschrieben, wird das wannenförmige Abschirmblech über die Seitenflächen mit der Leiterplatte elektrisch kontaktiert. Die Leiterplatte weist Kupferstrukturen auf, die innerhalb der Leiterplatte mit der Masse verknüpft sind. Das Abschirmblech und die Leiterplatte bilden zusammen einen engen Abschirmkäfig, mit dem das elektrische Bauteil nach außen hin abgeschirmt ist, sodass weder parasitäre Strahlung von dem elektronischen Bauteil nach außen dringt noch elektromagnetische Strahlung, insbesondere nicht die vom Radarsensor ausgesendete und/oder reflektierte Strahlung, auf das elektrische Bauteil trifft.
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Das Abschirmblech ist über seine Bodenfläche direkt und formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Wärmeleitblech verbunden. Es besteht also eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Abschirmblech und dem Wärmeleitblech, über die ein Wärmetransport erfolgt. Dies führt zu einer Reduzierung des thermischen Widerstands. Unterschiedliche Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung werden weiter unten beschrieben. Durch die direkte Kopplung zwischen dem Abschirmblech und dem Wärmeleitblech wird der Wärmetransport erreicht, ohne zwischen diesen ein Wärmeleitmaterial, wie z. B. eine Wärmeleitpaste vorzusehen. Die thermische Verbindung zwischen dem Abschirmblech und dem Wärmeleitblech ist frei von Luftspalten, welche den Wärmeabtransport stören könnten.
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Das Abschirmblech ist an seinen Seitenflächen umlaufend geschlitzt. Vorzugsweise verlaufen die Schlitze jeweils von der Außenkante zum Zentrum. Insbesondere ist das Abschirmblech an den Seitenflächen mehrfach geschlitzt. Aufgrund der Schlitze bilden sich in den Seitenflächen Federkontakte. Die Seitenflächen sind über die Federkontakte sowohl mechanisch als auch elektrisch mit der Leiterplatte verbunden. Dabei wird der Kontakt durch die Federkraft, welche nach dem Einpressen der Leiterplatte in den Federkontakten entsteht, aufrechterhalten. Zudem wird durch die Federkontakte selbst ein Toleranzausgleich erreicht. Auf der Leiterplatte sind Kontaktstellen vorgesehen, mit denen die Federkontakte verbunden werden. Die Kontaktierung erfolgt durch die obengenannten Kupferstrukturen, die innerhalb der Leiterplatte zu den Kontaktstellen verlaufen.
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Ein solches Abschirmblech kann in einfacher und kostengünstiger Weise realisiert werden. Dies wird durch die Kombination aus Abschirmung und Wärmeleitfunktion zusammen mit der Aufbau- und Verbindungstechnik erreicht.
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Zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Abschirmblech kann ein Wärmeleitmaterial angeordnet sein, über das der Wärmetransport vom elektronischen Bauteil zum Abschirmblech erfolgt. Als Wärmeleitmaterial kann beispielsweise eine Wärmeleitpaste verwendet werden. Das Wärmeleitmaterial wird auf das Abschirmblech aufgetragen und beim Einpressen der Leiterplatte auf das Abschirmblech wird das Wärmeleitmaterial komprimiert und teilweise verdrängt. Somit wird eine thermische Verbindung ohne Luftspalte zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Abschirmblech realisiert. Der Toleranzausgleich erfolgt durch das Wärmeleitmaterial selbst. Da das Abschirmblech, wie oben beschrieben, direkt mit dem Wärmeleitblech verbunden ist, sind in der gesamten Entwärmungskette vom elektronischen Bauteil bis zum Wärmeleitblech keine Luftspalte vorhanden.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Abschirmblechs für einen Radarsensor offenbart. Ein Blech wird in Form einer Wanne ausgebildet. Hierfür wird das Blech gestanzt, gebogen, tiefgezogen oder geprägt oder es wird eine Kombination dieser Prozesse ausgeführt. Dabei werden die Seitenflächen von der Bodenfläche in die gleiche Richtung abgewinkelt. Zudem werden Schlitze in die Seitenflächen eingebracht. Dies kann beispielsweise durch Schneiden oder sonstige Trennverfahren erfolgen. Die beiden Schritte können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. So kann zuerst das Blech durch Stanzen, Biegen, Tiefziehen oder Prägen in die Form einer Wanne gebracht werden und anschließend die Schlitze in die Seitenflächen eingebracht werden, um die Federkontakte zu bilden. Alternativ können die Schlitze bereits beim Stanzen eingebracht werden, sodass sich die Federkontakte bilden, und danach das Blech mit den Federkontakten zu einer Wanne geformt werden. Schließlich wird das Abschirmblech über seine Bodenfläche mit einem Wärmeleitblech verbunden.
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Zur Herstellung werden demnach Standardfertigungsprozesse verwendet, mit denen eine massentaugliche Produktion erreicht werden kann. Dadurch kann das Abschirmblech mit geringen Kosten hergestellt werden und somit eine kostengünstige Abschirmung und Wärmeableitung realisiert werden.
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Um das Abschirmblech mit dem Wärmeleitblech zu verbinden, können verschiedene Verfahren verwendet werden. Vorzugsweise wird hierfür ein Clinchverfahren verwendet. Dabei wird das Abschirmblech in das Wärmeleitblech gedrückt und die beiden miteinander verpresst, sodass sich ein Hinterschnitt bildet und eine formschlüssige Verbindung entsteht. Das Clinchverfahren kann im Prozess (inline), beispielsweise in einem Stanz-Biege-Tiefziehprozess durchgeführt werden.
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Alternativ kann ein Nietverfahren verwendet werden, um das Abschirmblech mit dem Wärmeleitblech zu verbinden. Das Abschirmblech weist eine Aussparung auf, durch welche der Nietkopf gefügt wird. Anschließend wird der Nietkopf umgeformt, sodass eine formschlüssige Verbindung entsteht. Das Nietverfahren kann ebenfalls im Prozess (inline), beispielsweise in einem Stanz-Biege-Tiefziehprozess durchgeführt werden.
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Es kann auch ein nachgelagerter, externer Prozessschritt vorgesehen sein, bei dem das Abschirmblech mit Hilfe eines Lasers mit dem Wärmeleitblech verschweißt wird. Alternativ kann ein Ultraschallschweißen durchgeführt werden, um das Abschirmblech mit dem Wärmeleitblech zu verbinden. In beiden Fällen entsteht eine stoffschlüssige Verbindung.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine isometrische Darstellung eines wannenförmigen Abschirmblechs gemäß der Erfindung.
- 2a zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Radarsensors
- 2b zeigt einen Ausschnitt aus 2a.
- 3 zeigt eine isometrische Darstellung das Abschirmblech aus 1 in Verbindung mit einem Wärmeleitblech gemäß der Erfindung.
- 4 zeigt einen Prozessschritt eines Clinchverfahrens gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
- 5 a und b zeigen Prozessschritte eines Nietverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
- 6 zeigt einen Prozessschritt eines Laserschweißverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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1 zeigt ein wannenförmiges Abschirmblech 1, welches eine Bodenfläche 10 und Seitenflächen 11, die von der Bodenfläche 10 in eine Richtung abgewinkelt sind, aufweist. Das Abschirmblech 1 besteht aus Metall und weist gute Abschirmeigenschaften gegen elektromagnetische Wellen auf. Außerdem weist das Abschirmblech 1 einen hohen Wärmeleitkoeffizienten auf. In den Seitenflächen 11 sind eine Mehrzahl von Schlitzen 12 gebildet, die sich von den Kanten der Seitenflächen 11 in Richtung des Zentrums des Abschirmblechs 1 bis zur Bodenfläche 10 erstrecken. Zwischen den Schlitzen 12 entstehen folglich Federkontakte 13. Das Abschirmblech 1 wird über einen Befestigungspunkt 14 mit einem Wärmeleitblech 4 verbunden (siehe unten).
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2a zeigt einen Querschnitt eines Radarsensors gemäß der Erfindung und 2b zeigt einen Ausschnitt aus 2a. Der Radarsensor weist eine Leiterplatte 2 und ein elektronisches Bauteil 3, das auf der Leiterplatte 2 angeordnet ist und mit dieser elektrisch kontaktiert ist, auf. Das elektronische Bauteil 3 ist beispielsweise ein MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit). Das oben beschriebene wannenförmige Abschirmblech 1 ist über die an den Seitenflächen 11 entstehenden Federkontakte 13 mit der Leiterplatte 2 mechanisch und elektrisch verbunden. Hierfür sind auf der Leiterplatte 2 an den Kontaktstellen entsprechende Kupferstrukturen aufgebracht, die hier nicht gezeigt sind. Die Kupferstrukturen sind innerhalb der Leiterplatte 2 mit der Masse verknüpft. Der Kontakt wird dabei durch die Federkraft, welche nach dem Einpressen der Leiterplatte 2 entsteht, aufrechterhalten. Das Abschirmblech 1 und die Leiterplatte 2 bilden folglich einen Abschirmkäfig für das elektronische Bauteil 3, der elektromagnetische Wellen abschirmt.
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Das Abschirmblech 1 ist auf der dem elektronischen Bauteil 3 gegenüberliegenden Außenseite der Bodenseite 10 mit einem Wärmeleitblech 4 formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Dadurch ist eine thermische Verbindung zwischen dem Abschirmblech 1 und dem Wärmeleitblech 4 gegeben. Auf der Innenseite des Abschirmblechs 1 ist eine Wärmeleitpaste 5 appliziert. Beim Einpressen der Leiterplatte 2 kommt das elektronische Bauteil 3 in thermischen Kontakt mit der Wärmeleitpaste 5. Dabei wird die Wärmeleitpaste 5 komprimiert und teilweise verdrängt, sodass eine thermische Verbindung zwischen dem elektronischen Bauteil 3 und dem Abschirmblech 1 und über dieses auch mit dem Wärmeleitblech 4 vorliegt. Das Wärmeleitblech 4 führt die erzeugte Wärme dann aus einem Gehäuse 6 des Radarsensors ab.
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3 zeigt die Verbindung zwischen dem wannenförmigen Abschirmblech 1 und dem Wärmeleitblech 4. Das Wärmeleitblech 4 weist einen Sockel 41 auf, der bereits in 2 erkennbar ist. Auf diesem Sockel 41 ist das Abschirmblech 1 angeordnet und über einen Befestigungspunkt 14 direkt und formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Wärmeleitblech 4 verbunden.
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Im Folgenden werden Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung zwischen dem wannenförmigen Abschirmblech 1 und dem Wärmeleitblech 4 gemäß der Erfindung beschrieben.
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In 4 ist ein Clinchverfahren gezeigt. Das Abschirmblech 1 und das Wärmeleitblech 4 sind übereinander angeordnet. Dann wird beispielsweise mittels eines Stempels eine Vertiefung 100 in das Abschirmblech 1 gepresst und das Wärmeleitblech 4 entsprechend verdrängt. In das verdrängte Volumen des Wärmeleitblechs 4 dringt das Abschirmblech 1 ein, sodass ein Hinterschnitt 101 entsteht, der das Abschirmblech 1 und das Wärmeleitblech 4 zusammenhält, wobei eine formschlüssige Verbindung entsteht. Alternativ ist auch die umgekehrte Anordnung des Abschirmblechs 1 und des Wärmeleitblechs 4 möglich, bei der die Vertiefung 100 in das Wärmeleitblech 4 gepresst wird. Das Clinchverfahren wird während eines Stanz-Biege-Tiefziehprozesses für das Abschirmblech 1 durchgeführt. Alternativ zum Clinchverfahren können auch ein Fließpressen, ein Druckfügen oder ein Durchsetzfügen durchgeführt werden.
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In den 5a und b ist ein Nietverfahren gezeigt. Das Abschirmblech 1 weist am Befestigungspunkt eine Aussparung 200 auf. In dem darunterliegenden Wärmeleitblech 4 wird in einem Stanz- bzw. Tiefziehprozess eine Niete 201 geformt, die durch die Aussparung 200 des Abschirmblechs 1 geführt wird ( 5a). Anschließend wird der Nietkopf 202 umgeformt (5b), sodass eine formschlüssige Verbindung entsteht.
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In 6 ist ein Laserschweißverfahren gezeigt. Hierbei wird nach dem Ausformen des Abschirmblechs 1 mit Hilfe eines Lasers 300 das Abschirmblech 1 durch Laserschweißen stoffschlüssig mit dem Wärmeleitblech 4 verbunden. Der Laser 300 wird hierfür ringförmig um das Zentrum des Abschirmblech 1 herum geführt, sodass in diesem Fall nicht nur ein Befestigungspunkt 14 wie in den oberen Beispielen entsteht. In weiteren, nicht gezeigten Ausführungsformen kann auch Ultraschallschweißen verwendet werden, um das Abschirmblech 1 stoffschlüssig mit dem Wärmeleitblech 4 zu verbinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112016005793 T5 [0006]
