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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind Elektronikmodule bekannt, welche mit elektrischen Bauelementen bestückte Leiterplatten umfassen. Einige elektrische Bauelemente weisen ein Gehäuse und elektrische Kontaktelemente auf, die an einer Seite des Gehäuses von dem Bauelement abstehen. Es kann notwendig sein, dass die den Kontaktelementen gegenüberliegende Seite des elektrischen Bauelementes am Elektronikmodul zumindest teilweise zugänglich ist, so dass diese nicht vollständig mit einer Vergussmasse oder einem auf die Leiterplatte aufgebrachten Gehäusedeckel abgedeckt werden kann. Beispiele für solche elektrischen Bauelemente sind Sensorelemente, insbesondere Drucksensorelemente, Stecker oder Aktuatoren. Um eine Zugänglichkeit des elektrischen Bauelementes von zwei gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte aus zu gewährleisten, ist es bekannt, das elektrische Bauelement in einem Durchbruch der Leiterplatte zu montieren. So ist beispielsweise aus der
WO 2019/007573 A1 eine Elektronikmodul für ein Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, welches eine Leiterplatte mit einem Durchbruch aufweist, in den ein Drucksensorelement eingesetzt ist. Das Drucksensorelement weist ein Gehäuse auf, welches mit einem von dem Gehäuse abstehenden umlaufenden Kragen am Rand des Durchbruchs auf einer ersten Seite der Leiterplatte aufliegt. Ein als Haltekörper dienendes, flexibles elektrisches Verbindungsmittel hält das Drucksensorelement an der Leiterplatte, bis die erste Seite der Leiterplatte mit einer fließfähigen und aushärtbaren Vergussmasse abgedeckt wird, welche in der
WO 2019/007573 A1 im sogenannten Dam-Fill-Verfahren aufgebracht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, insbesondere Steuermodul oder Sensormodul, umfassend eine Leiterplatte mit einer ersten Seite und einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite, einen die erste Seite mit der zweiten Seite verbindenden Durchbruch, ein in den Durchbruch eingreifendes mit einem Gehäuse versehenes elektrisches Bauelement, insbesondere Drucksensorelement, welches mit einem von dem Gehäuse seitlichen abstehenden umlaufenden Kragen an der ersten Seite der Leiterplatte anliegt, und mit einem Haltekörper, welcher das elektrische Bauelement gegen die erste Seite der Leiterplatte andrückt. Erfindungsgemäß ist die Leiterplatte im Bereich des Durchbruchs mit zum elektrischen Bauelement hin vorspringenden Laschen versehen, an denen sich der Kragen des Gehäuses abstützt.
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Vorteile der Erfindung
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Um das elektrische Bauelement bei der Aufbringung einer Vergussmasse zuverlässig am Ort zu halten, können größere Anpresskräfte erforderlich sein, welche der Haltekörper auf das elektrische Bauelement ausübt. Dies ist nicht ausschließlich jedoch insbesondere dann der Fall, wenn die Vergussmasse beispielsweise in einem DIM-Verfahren (direct injection molding) auf die Leiterplatte aufgebracht wird, bei dem die Leiterplatte in einem Spritzwerkzeug gehalten werden muss. Die Vergussmasse dient der Abdichtung des Elektronikmoduls, welches beispielsweise für den Einsatz in einem Getriebefluid bestimmt ist. Daher kann eine Abdichtung bestimmter Bereiche des elektrischen Bauelementes gegenüber der Vergussmasse während des DIM-Verfahrens ebenso wie eine spätere Dichtheit des gesamten Elektronikmoduls gegenüber einem Getriebefluid erforderlich sein. Um beides zu gewährleisten, kann es erforderlich sein, das elektrische Bauelement mit dem Haltekörper zuverlässig gegen die erste Seite der Leiterplatte anzudrücken. Der Randbereich eines kreisförmigen Durchbruchs der Leiterplatte, an welchem bei den bekannten Lösungen der Kragen eines Gehäuses des elektrischen Bauelementes anliegt, ist jedoch relativ steif, so dass bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen nahezu sämtliche erforderliche Toleranzen und Spannkräfte von dem Haltekörper aufzubringen sind, was den Fertigungsaufwand erhöht. Insbesondere kann es schwierig sein, den Haltekörper über dem Bauelemente durch eine Rastverbindung an der Leiterplatte festzulegen. Dadurch, dass die Leiterplatte erfindungsgemäß im Bereich des Durchbruchs mit zum elektrischen Bauelement hin vorspringenden Laschen versehen ist, an denen sich der Kragen des Gehäuses abstützt, wird vorteilhaft erreicht, dass die Laschen eine Spannkraft aufbringen können, welche der Druckkraft des Haltekörpers entgegenwirkt. Dadurch muss die gesamte Spannkraft nicht mehr nahezu vom Haltekörper allein aufgewandt werden. Die Laschen können recht einfach beispielsweise durch Fräsen in der Innenwandung des Durchbruchs hergestellt werden. Da sich der Kragen nun nicht mehr an dem gesamten Rand des Durchbruchs umlaufend abstützt, sondern nur an den Laschen, können diese elastische ausgelenkt werden und bringen eine Spannkraft auf, welche das elektrische Bauelement gegen den Haltekörper andrücken. Die gesamte Presskraft, welche das elektrische Bauelemente fixiert, wird daher vorteilhaft sowohl durch den Haltekörper als auch durch die Laschen erzeugt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ermöglichen die in den abhängigen Ansprüchen enthaltenen Merkmale.
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Der Haltekörper kann vorteilhaft mit einem Auflagebereich an einer von der Leiterplatte abweisenden Seite des Gehäuses anliegen und mittels Rastmitteln an der Leiterplatte verrastet werden, so dass das Gehäuse des Bauelements zwischen dem Auflagebereich des Haltekörpers und den Laschen eingespannt gehalten ist. Beim Einrasten des Halteköpers werden die Laschen leicht ausgelenkt und das Bauelement sicher eingespannt.
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Vorteilhaft kann der Durchbruch in einer Richtung senkrecht zur ersten Seite der Leiterplatte gesehen eine kreisförmige Grundkontur aufweisen und die Laschen von der kreisförmigen Grundkontur radial nach Innen vorstehen. In einer vorteilhaften Ausführungsform stehen beispielsweise drei um 120° versetzt zueinander angeordnete Laschen von der Grundkontur nach Innen ab. Um die Stabilität der Laschen zu erhöhen, kann es vorteilhaft sein, wenn jede Lasche von zwei in die kreisförmige Grundkontur eingelassenen Einbuchtungen flankiert ist, wobei der Übergang der Flanken einer Lasche zu der Einbuchtung stetig und stufenfrei ausgebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft die Biegsamkeit und Bruchstabilität der Laschen insbesondere im Biegebereich erhöht.
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Obwohl es möglich ist, die Rastmittel des Haltekörper in eigenen Befestigungsöffnungen der Leiterplatte zu verankern, ist es besonders vorteilhaft, dass die Rastmittel des Haltekörpers Rastnasen aufweisen, welche die zweite Seite der Leiterplatte am Rand des Durchbruchs hintergreifen. Dadurch sind keine zusätzlichen Durchbrüche in der Leiterplatte erforderlich. Der Haltekörper greift vorteilhaft mit den Rastmitteln in den Durchbruch ein und verrastet sich an der kreisförmigen Grundkontur. Auch hier können beispielswiese drei um 120° versetzte Rastmittel vorgesehen sein. Die ebenfalls von der Grundkontur abstehenden Laschen der Leiterplatte können dann beispielsweise jeweils zwischen zwei Rastmitteln hindurch zum Bauelement hin abstehen.
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Die Rastmittel können weiterhin Klemmbacken aufweisen, welche an einer Umfangsfläche des Kragens des Gehäuses des Bauelementes anliegen. Beispielsweise können die Rastmittel an der den Rastnasen gegenüberliegenden Innenseite je eine Klemmbacke aufweisen. Durch die Klemmbacken wird der Kragen des Bauelementes und damit die Lage des Bauelementes relativ zum Haltekörper vorteilhaft zentriert.
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Der Auflagebereich des Haltekörpers kann vorteilhaft eine umlaufende Dichtkante bildet, welche an einer von der ersten Seite der Leiterplatte abweisenden Seite des Gehäuses dichtend anliegt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das elektrische Bauelement ein Drucksensorelement ist, das einen Druckkanal aufweist, der von einer Umspritzung mit Vergussmasse ausgenommen werden muss. Der Auflagebereich kann die Zugangsöffnung des Druckkanals am Gehäuse des Drucksensorelemente umgeben und ein kreisförmige Dichtfläche ausbilden. Im späteren Betrieb kann die Dichtfläche das Vordringen beispielsweise von Getriebefluid in Richtung der Leiterplatte verhindern.
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Die von der Leiterplatte abweisende Seite des Haltekörpers ist vorzugsweise eben ausgebildet ist und schließt mit einer zumindest auf die erste Seite der Leiterplatte aufgebrachten Vergussmasse bündig ab. Bei der Herstellung des Elektronikmoduls dient die eben ausgestaltete Seite des Haltekörpers als Auflagefläche an einem Spritzwerkzeug und daher vorteilhaft als weitere Dichtfläche während eines Spritzvorgangs mit der Vergussmasse.
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Zur Sicherung der Winkellage und um ein Verdrehen des Haltekörpers relativ zu der Leiterplatte zu vermeiden kann der Haltekörper vorteilhaft einen radial nach Außen abstehenden Vorsprung aufweisen, welcher in eine Ausnehmung eingreift, die im Bereich des Durchbruchs in die Leiterplatte eingelassen ist.
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Um ein Verdrehen des elektrischen Bauelementes relativ zu dem Haltekörper zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Kragen des elektrischen Bauelementes eine radial nach Außen abstehende Nase aufweist, die als Verdrehschutz des Gehäuses in eine Aufnahmeöffnung des Haltkörpers eingreift.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls,
- 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Ausschnitt auf ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul 1. Dieses weist als Träger der Aufbau- und Verbindungstechnik eine Leiterplatte 2 mit einer ersten Seite 21 und eine davon abgewandten zweiten Seite 22 auf. Ein solches Elektronikmodul kann beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik zur Ansteuerung eines Getriebes am oder im Getriebe verbaut werden. Das Elektronikmodul kann beispielsweise als Getriebesteuermodul ausgelegt sein und außer einer auf einer Leiterplatte angeordneten Steuerschaltung beispielsweise zusätzlich noch Steckerteile, Sensoren und Kontaktierungsschnittstellen zu Aktuatoren aufweisen. Zum Schutz der empfindlichen elektronischen Komponenten kann die Leiterplatte auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einer nur in 2 dargestellten Vergussmasse 50 abgedeckt sein. Bei der Vergussmasse kann es sich um ein Epoxidharz, insbesondere ein Duroplast handeln, welches beispielsweise in einem DIM-Verfahren (direkt-injection-mold) auf die Leiterplatte aufgebracht wurde.
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In 1 und 2 ist zu erkennen, dass die Leiterplatte 2 einen Durchbruch 23 aufweist, welche die erste Seite 21 mit der zweiten Seite 22 der Leiterplatte 2 verbindet. In den Durchbruch 23 ist ein elektrisches Bauelement 3 eingesetzt, bei dem es sich beispielsweise um ein Drucksensorelement handelt.
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Das elektrische Bauelement 3 weist ein Gehäuse 30 mit einer ersten Seite 35 und eine davon abgewandte zweiten Seite 36 auf. An der zweiten Seite 36 stehen drei elektrische Kontaktelemente 33 zur elektrischen Kontaktierung des Drucksensorelementes von dem Gehäuse 30 ab. Auf einer der zweiten Seite gegenüberliegenden ersten Seite 35 ist ein Druckkanal 32 angeordnet, über den ein in dem Gehäuse 30 angeordneter Drucksensorchip mit Druck beaufschlagbar ist. Das Gehäuse 30 weist also einen in etwa zylindrischen Grundkörper mit Kreisflächen an der ersten Seite 35 und der zweiten Seite 36 auf. In Richtung der Achse des Grundkörpers gesehen steht auf halber Höhe ein umlaufender Kragen 31 von dem Grundkörper ab, wie am besten in 2 zu erkennen ist. Der umlaufende Kragen 31 dient zur Auflage an der ersten Seite 21 der Leiterplatte 2.
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Wie am besten in 1 zu erkennen ist, weist der Durchbruch 23 in einer Richtung senkrecht zur ersten Seite 21 der Leiterplatte 2 (Figurenebene der 1) eine im Wesentlichen kreisförmige Grundkontur 23a auf. Vom Innenrand der kreisförmigen Grundkontur 23a stehen drei Laschen 24 radial nach Innen vor. Von der Leiterplatte 2 nach Innen abstehenden Enden der drei Laschen 24 können wie dargestellt auf einer gemeinsamen Kreislinie liegen, deren Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Kragens 31 ist. Jede der drei Laschen 24 wird von jeweils zwei in die kreisförmige Grundkontur 23a eingelassenen Einbuchtungen 25 in Form einer etwa C-förmigen Ausnehmung der kreisförmigen Grundkontur 23a flankiert, wobei der Übergang der Flanken einer Lasche 24 zu der Einbuchtung 25 stetig und stufenfrei ausgebildet ist. Die Laschen 24 sind als Federelemente vorgesehen.
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Der Haltekörper 4 ist vorzugsweise aus Kunststoff gebildet und weist einen in der Darstellung von 1 kreisförmigen Querschnitt auf. Auf der in 2 unteren Seite 48 des Haltekörpers 4 ist dieser eben ausgebildet. Die Außenfläche des Haltekörpers 4 auf der von der Leiterplatte 2 abweisenden Seite 48 ist als ebene Kreisscheibe ausgestaltet. Öffnungen 84a zur Druckzuführung können sich von dieser Seite 48 aus ins Innere des Haltkörpers 4 bis zu dem Druckkanal 32 des Bauelementes 3 erstrecken. Auf der von der ersten Seite 48 abgewandten Seite weist der Haltekörper 4 einen Auflagebereich 49 auf, welcher an der von der Leiterplatte 2 abweisenden ersten Seite 35 des Gehäuses 30 anliegt. Der Auflagebereich kann eine den Druckkanal 32 umlaufende Dichtkante ausbilden, welche auf der ersten Seite 35 des Gehäuses 30 dichtend anliegt.
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Weiterhin weist der Haltekörper 4 auf seiner von der ersten Seite 48 abweisenden Seite in diesem Ausführungsbeispiel drei Rastmittel 43 auf, wie am besten in 1 zu erkennen ist. Die Rastmittel 43 können insbesondere als Rasthaken ausgebildet sein, welche senkrecht zur Leiterplatte 2 hin von dem Haltekörper 4 abstehen. Jedes der Rastmittel 43 kann eine Rastnase 44 aufweisen, welche die zweite Seite 22 der Leiterplatte 2 am Rand des Durchbruchs 23 hintergreift. Außerdem weist jedes Rastmittel 43 je eine Klemmbacke 45 auf, welche an der Umfangsfläche des Kragens 31 anliegt.
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Wie weiterhin in 1 zu erkennen ist, kann der Haltekörper 4 optional einen radial nach Außen abstehenden Vorsprung 46 aufweisen, welcher als Verdrehschutz des Haltekörpers 4 in eine Ausnehmung 26 eingreift, die im Bereich des Durchbruchs 23 in die Leiterplatte 2 eingelassen ist. Der Kragen 31 des Bauelementes 3 kann eine radial nach Außen abstehende Nase 34 aufweisen, die als Verdrehschutz des Gehäuses 30 in eine Aufnahmeöffnung 47 des Haltkörpers 4 eingreift.
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Bei der Montage des Elektronikmoduls 1 kann so verfahren werden, dass der Haltekörper 4 zunächst mit den Rastmitteln 43 über das elektrische Bauelement 3 gezogen wird, bis der Auflagebereich 49 an dem Gehäuse 30 des Bauelementes 3 anliegt und die Klemmbacken 45 den Kragen 31 umfassen und einspannen, so dass das Gehäuse 30 an dem Haltekörper 4 festgelegt ist. Die Nase 34 auf greift dabei in die Aufnahmeöffnung 47 des Haltkörpers 4 ein.
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Anschließend wird der Haltekörper 4 auf die erste Seite 21 der Leiterplatte 2 aufgesetzt, wobei der Vorsprung 46 in die Ausnehmung 26 eingeführt wird. Der Haltekörper 4 wird in Richtung der Leiterplatte 2 gedrückt, bis der Kragen 31 die Laschen 24 berührt, so dass diese mit einer Kraft beaufschlagt werden und sich leicht biegen. Da der Außendurchmesser des Kragens 31 größer ist als der Innendurchmesser einer gedachten Kreislinie, an welcher die drei Laschen 24 enden, entsteht ein Überlappbereich d, an dem der Kragen 31 auf den Laschen 24 aufliegt.
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Die Kontaktelemente 33 werden dabei vollständig durch den Durchbruch 23 hindurchgeführt und stehen auf der zweiten Seite 22 der Leiterplatte 2 von dieser ab. Schließlich hintergreifen die Rasthaken 43 mit den Rastnasen 44 die zweite Seite 22 der Leiterplatte 2, so dass das Bauelement 3 und der Haltekörper 4 an der Leiterplatte 2 befestigt sind. Die Länge der Rastmittel 43 des Haltekörpers 4 ist so ausgelegt, dass die Laschen 24 dabei mit einer Presskraft beaufschlagt werden und federelastisch ausgelenkt werden.
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Der gesamte Verbund kann nun in ein Spritzwerkzeug eingesetzt werden, wobei der Haltekörper 48 mit seiner ebenen Seite flach auf die Innenseite des Werkzeugs aufgelegt wird. Durch Einspritzen von Vergussmasse 50, insbesondere in einem DIM-Verfahren, kann nun die Vergussmasse 50 auf die erste Seite 21 der Leiterplatte 2 und gegebenenfalls auch auf die zweite Seite 22 aufgebracht werden. Die Vergussmasse 50 schließt auf der ersten Seite 21 der Leiterplatte 2 bündig mit der flachen Seite 48 des Haltekörpers 4 ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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