DE19739011A1 - Elektronische Baugruppe mit optimiertem Bauelementeträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Elektronische Baugruppen, insbesondere Antiblockiersysteme werden auf Trägern, wie z. B. Leiterplatten, Hybriden bzw. Folien angebracht. Diese Träger verbinden die einzelnen Bauelemente der Baugruppe sowohl elektrisch als auch mechanisch. Für viele Anwendungen ist es von großer Bedeutung, daß die gesamte Baugruppe möglichst klein ist und im Endgerät nur wenig Platz einnimmt. Aus diesem Grund werden bereits die einzelnen Bauteile, die für die Baugruppe benötigt werden, so klein als möglich konstruiert und hergestellt. Speziell im Falle von integrierten Schaltungen werden verschiedenste Funktionen auf kleinstem Raum realisiert und mit anderen Bauteilen, die z. B. in der kleinen raumsparenden SMD (Surface Mount Device) Technik hergestellt sind, verbunden. Der Aufbau derartiger miniaturisierter Bauteile ist in der Regel sehr komplex. Eine elektronische Baugruppe beinhaltet in der Regel gleichfalls einfache Bauteile die bauart- oder funktionsbedingt sehr großflächig sind. Hierbei sind als Beispiel Steckerelemente bzw. Spulen zu nennen. Für die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Bauteilen untereinander ist die Baugruppe auf einen Träger montiert. Wegen der Miniaturisierung der Bauteile wird auch bei der Verdrahtung auf dem Träger darauf geachtet, daß die Verdrahtungsdichte möglichst groß und damit der Träger möglichst klein ist. Aus diesem Grund werden Multilayerplatten oder Hybride mit höherer Lagenzahl verwendet. Auf diese Leiterplatten werden auch die oben genannten periphere großflächige, einfachen Bauelemente, wie Stecker Spulen usw., aufgebracht.

Nachteilig bei diesem Aufbau ist jedoch, daß der Platz auf einer teueren Multilayerplatte bzw. auf einem Hybrid dazu verschwendet wird einen Stecker, eine Spule oder ein anderes einfaches, großflächiges Bauteil anzubringen. Dadurch verteuert sich die Baugruppe. Der mehrlagige Aufbau des teueren Trägers wird im Stecker- bzw. Spulenbereich nicht genutzt. Auch muß beim Anschluß derartiger peripherer Elemente der Platz um diese Elemente wegen des Lötprozesses großflächig frei gehalten werden. Weiterhin kann die Notwendigkeit bestehen derartige einfache Bauelemente weit entfernt von der eigentlichen Schaltung aufzubauen um z. B. eine Abführen der Verlustleistung zu gewährleisten und um eine zu starke Erwärmung der benachbarten Bauteile auszuschließen. Ein weiterer Nachteil stellt sich beim Hybridaufbau ein, da z. B. ein Stecker nur sehr schwer direkt auf einen Hybridträger angebracht werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Baugruppe aufzuzeigen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Hierbei werden nur die komplexeren Bauteile einer Baugruppe, bei denen tatsächlich die Montage auf einen Träger mit hoher Verdrahtungsdichte sinnvoll ist auf einen solchen montiert. Die einfacheren Bauelemente, bei denen die Montage auf einen derart hochwertigen Träger keine Vorteile bringt werden dagegen auf einem einfachen oder zumindest geringer wertigen und damit kostengünstigen Träger montiert, bei dem z. B. die Verdrahtungsdichte geringer ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, daß gleichzeitig neben den einen meist hochwertigen Trägern für einfache bzw. periphere Bauelemente wie Stecker, Spulen usw. auch andere Träger, die für die jeweilige Anwendung am geeignetsten sind in der günstigsten Ausführung verwendet werden können. Bei derartig aufgebauten elektronischen Baugruppen lassen sich die Vorteile des einen Trägers, wie z. B. hohe Verdrahtungsdichte, gute Wärmeabfuhr usw. mit den Vorteilen des anderen Trägers, wie z. B. günstiger Preis, Flexibilität, kombinieren. Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, bei denen die Träger auf unterschiedlichste Art miteinander verbunden sind. Hierbei kann der eine bestückte Träger auf den anderen bestückten Träger montiert werden. Weitere Vorteile ergeben sich bei unterschiedlichen Baugruppen, die sich nur durch unterschiedliche einfache Bauelemente unterscheiden oder bei denen diese Bauteile an einem anderen Ort montiert werden müssen und die das gleiche Kernstück beinhalten, welches aus den komplexen Bauteilen besteht, die auf einem hochwertigem Träger montiert sind. Hier muß zum Aufbau der unterschiedlichen Baugruppen nur das Kernstück auf einen anderen Träger montiert und kontaktiert werden. Der andere einfache Träger beinhaltet dann nur einen anderen Stecker oder andere Spulen. Wird das andere Kernstück darauf montiert entsteht eine andere Baugruppe. Dadurch können Material-, Entwicklungs-, Konstruktions- und Qualitätskosten gesenkt werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen dargestellt und erläutert werden.

Fig. 1 Elektronische Baugruppe mit optimiertem Bauelementeträger,

Fig. 2 Schnitt durch eine Ventilsteuerung für ABS- oder ASR-System mit optimiertem Bauelementeträgern,

Fig. 3 Draufsicht auf eine Ventilsteuerung für ABS- oder ASR-System mit optimiertem Bauelementeträgern.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer elektronischen Baugruppe mit optimierten Bauelementeträgern. Hierbei werden komplexe Bauelemente 3, die entweder viele Funktionen auf kleinstem Raum vereinigen oder die miniaturisiert sind auf eine Multilayerplatte oder einen Hybrid 1 montiert und durch entsprechende Leiterbahnen 9, die z. B. auch vertikal verlaufen können, miteinander verbunden. Dieser Teil der Baugruppe zeichnet sich dadurch aus, daß er pro Flächen- oder Volumeneinheit sehr kostenintensiv ist, weil z. B. viele Funktionen auf kleinstem Raum oder andere nur aufwendig zu realisierende Merkmale hierauf integriert wurden. Auf der Unterseite dieses Teils befinden sich Anschlußflächen 5 mit denen der erste Träger 1 mit einem zweiten Träger 2, der auf der Oberfläche gleichfalls Anschlußflächen 6 aufweist, elektrisch und mechanisch verbunden wird. Der zweite Träger 2, bei dem es sich beispielsweise um eine flexible Trägerfolie handelt, beinhaltet Bauelemente 4 wie Stecker, Spulen usw., die in Relation zu ihrer Funktion einen großen Raum beanspruchen. Auf der gegenüberliegenden Seite dieser Trägerfolie 2 ist hierbei an einer Isolierschicht 7 eine Aluminiumplatte 8 angebracht, die für die Wärmeableitung und für die Stabilität des Aufbaus verantwortlich ist. Entscheidend beim zweiten Träger 2 ist es, daß er an die Anforderungen wie beispielsweise geringe Kosten, Flexibilität, geringe Verdrahtungsdichte der auf ihm montierten Bauteile oder Baugruppenteile angepaßt ist. Dieser Aufbau gestattet es, die optimale Trägerkombination für eine Baugruppe auszuwählen. Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus besteht darin, daß die Baugruppe in mehrere Teile aufgeteilt ist und einzelne Teile in anderen Baugruppen Verwendung finden, so daß Lager- und Montagekosten gesenkt werden. Als Beispiel kann die ABS-Elektronik genannt werden. Bei allen ABS- Ansteuerungen wird die gleiche Schaltung also die gleiche Anordnung der miniaturisierten Bauteile auf einer Multilayerplatte oder einem Hybrid benötigt. Jedoch werden je nach Kraftfahrzeugtyp unterschiedliche Stecker bzw. Anbringungsorte der Stecker oder Spulen benötigt. Bei dem bisherigem Aufbau wurde für jede Anwendung ein anderer teuerer Träger benötigt, da alle Bauteile der Baugruppe auf diesem Träger montiert wurden. Bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch kann für verschiedene Anwendungen die gleiche Funktionseinheit bestehend aus den komplexen Bauteilen 3, die auf der mehrlagigen Leiterplatte 1 montiert sind, verwendet werden. Diese Funktionseinheit muß für eine andere Anwendung dann nur noch auf einen anderen Träger 2 montiert werden, der die Anforderungen der anderen Anwendung erfüllt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Ventilsteuerung für ein ABS- oder ein ASR-System, bestehend aus einem Regler 12 mit den optimierten Bauelementeträgern und einem Ventilblock 11. Hierbei sind auf der Oberseite des ersten Trägers 1 die komplexen Bauteile 3 wie IC's oder miniaturisierten Bauelemente montiert. Hierbei kann es sich um eine mehrlagige Multilayerplatte oder einen Hybrid handeln, die eine große Verdrahtungsdichte aufweisen. Diese Funktionseinheit wird dann elektrisch und mechanisch über die Anschlußflächen 5, 6 mit einem zweiten Träger 2 verbunden. Dieser Träger 2 kann eine elektrisch leitende Trägerfolie oder eine einfache Leiterplatte sein, die eine geringe Verdrahtungsdichte aufweisen, um den Flächenpreis möglichst gering zu halten. Unterhalb der zweiten Leiterplatte 2 wird über eine Isolierschicht 7 eine Aluminiumplatte angebracht. Diese dient zur Abführung der Verlustleistung. Auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Träger 2 oder mittels Durchführung durch den Träger 2 wird ein Stecker 4 und die Spulen über den Spulenanschlußdraht 10 an den entsprechenden Lötstellen 15 angebracht. Diese Spulen sind verantwortlich für die Bewegung der Ventile sind. Hierfür sind im Gehäuse und in der Aluplatte Spulendurchbrüche 16 vorgesehen. Stecker und Spulen, die von ihrer Funktion her einfachen Bauteile sind, werden wegen ihres großen Platzbedarfs auf den günstigen Träger 2 montiert. Zur Wärmeabfuhr wird ebenfalls auf diesem Träger 2 eine Aluminiumplatte 8 angebracht, die gleichzeitig bei einem flexiblen Träger für die Stabilität der Verbindung zwischen den Baugruppenteilen verantwortlich ist. Die durch die Aluminiumplatte 8 abgeführte Verlustleistung kann sowohl von Bauteilen 3 stammen, die auf dem ersten Träger 1 montiert sind aber auch von den Bauteilen 4, die auf dem zweiten Träger 2 montiert sind. Der weitere Aufbau von Regler 12 und Ventilblock 11 kann hierbei beibehalten werden.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Ventilsteuerung für ein ABS- oder ein ASR-System mit optimiertem Bauelementeträgern. Über dem Gehäuseboden 13 befindet sich der zweite Träger 2, auf dem die großflächigen und in der Regel einfachen Bauteile 4 angebracht sind. Weiterhin wird in dieser Figur der Durchbruch für die Spulendrähte 16 mit den entsprechenden Lötstellen 15 für diese Spulen auf der zweiten einfachen Leiterplatte 2 dargestellt. Weiterhin ist auf diesem kostengünstigen Träger 2 mit geringer Verdrahtungsdichte der aufwendige Träger 1 montiert, der die eigentliche Schaltung mit den komplexen Bauelementen 3 beinhaltet. Hierbei werden die Größenverhältnisse deutlich. Die eigentliche Schaltung mit den komplexen Bauelementen 3, die auf der Multilayerplatte 1 montiert ist benötigt einen kleineren Raum wie die zweite Leiterplatte 2. Auf der zweiten Leiterplatte 2 sind zusätzlich Zuleitungen z. B. in Form von Leiterbahnen 14, Stecker 4 und Spulen angebracht. Diese Funktionen werden auf der kostengünstigen zweiten Leiterplatte 2 oder Folie angebracht.

Derartige elektronische Baugruppen mit optimierten Bauelementeträgern werden nicht nur für KFZ-Baugruppen wie ABS- oder ASR-Steuerungen benötigt, sondern können auch in anderen Bereichen wie Unterhaltungs- und Haushaltselektronik sowie der Kommunikations- und Computertechnik eingesetzt werden. Auch können die verschiedensten Gründe für den Einsatz unterschiedlicher Trägermaterialien bei der Kombination ausschlaggebend sein. Hierbei können dann andere Materialeigenschaften wie gute Wärmeableitung, hohe Qualität, Festigkeit, Gewicht usw. ebenfalls von Bedeutung sein.

Claims (4)

1. Elektronische Baugruppe bestehend aus einer ersten Gattung von Bauelementen (3) und einer zweiten Gattung von Bauelementen (4) und mindestens zwei verschiedenen Bauelementeträgern (1, 2) dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Bauelement der ersten Gattung (3) auf einem ersten Bauelementeträger (1) angebracht ist und zumindest ein Bauelement der zweiten Gattung (4) auf einem zweiten Bauelementeträger (2) montiert ist und der erste Bauelementeträger (1) auf dem zweiten Bauelementeträger (2) zumindest überlappend montiert und elektrisch verbunden ist.

2. Elektronische Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Bauelementeträger (1, 2) durch Löt-, Kleb- oder Rastverbindungen miteinander verbunden sind.

3. Elektronische Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente der ersten Gattung (3) Bauelemente sind die eine oder mehrere Funktionen auf kleinstem Raum erfüllen, insbesondere integrierte Schaltkreise und oberflächen­ montierbare Bauelemente und die Bauelemente der zweiten Gattung (4) Bauelemente sind, die einen verglichen mit ihre Funktion großen Platz beanspruchen, insbesondere Stecker und Spulen.

4. Elektronische Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bauelementeträger (1) eine hohe Verdrahtungsdichte aufweist, wie es insbesondere bei Multilayerplatten oder Hybriden der Fall ist, und der zweite Bauelementeträger (2) eine geringere Verdrahtungsdichte besitzt, wie es bei Standardleiterplatten oder flexiblen Leiterplatten gegeben ist.