DE19807718A1 - Elektronikbaugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe mit einem Schaltungsträger mit elektronischen, elektrischen Bauelementen und/oder Sensoren, die elek­ trisch entsprechend den Schaltungsfunktionen miteinander verbunden sind, und Anschlüssen zum Kontaktieren der Elektronikbaugruppe mit zu steuern­ den oder zu regelnden Geräten und/oder anderen Elektronikbaugruppen.

Elektrische Antriebe mit drehzahlgeregelten Motoren benötigen grundsätz­ lich Elektronikbaugruppen zur Ansteuerung. Werden solche Antriebe in Bewegungstransformationseinrichtungen, wie z. B. ein Getriebe für eine Schiebe-Hebedach-Vorrichtung für Automobile, eingesetzt, bei denen die Bewegung jederzeit und in den Endpositionen stoppbar sein soll, so sind auch hierfür gesonderte Steuerschaltungen erforderlich, um die Motoren, gleich ob es sich um drehzahlgeregelte oder -ungeregelte Motoren handelt, ein- oder abschalten sowie regeln zu können. Die Elektronikschaltungs­ platten sind entweder in dem Gehäuse des Motors beabstandet zu einer Gehäusewand montiert oder in gesonderten Gehäusen untergebracht und mit den zu steuernden Motoren über Leitungen kontaktiert. Solche elektro­ nischen Steuerschaltungen können ferner mit Sensoren zur Ermittlung von Drehzahlen oder mit Endabschaltern usw. gekoppelt sein, um hierüber Bewegungsabläufe steuern zu können. Für die Erfassung der Drehzahl eines Motors ist es notwendig, auf der Motorwelle ein Magnetrad oder eine Lochscheibe vorzusehen, das bzw. die mit einem magnetischen oder optischen Sensor zusammenwirkt.

Je nach Leistungsaufnahme der zu steuernden Geräte sind die Elektronik­ schaltungsplatten mit Leistungselektronikbauelementen bestückt, die eine relativ hohe Verlustleistung erzeugen, die durch aufgebrachte Kühlkörper abgeführt werden muß. Diese Kühlkörper vergrößern die Dimension solcher Schaltungsanordnungen wesentlich. Darüber hinaus ist in der Regel eine Luftzirkulation durch Schlitze im Gehäuse unerläßlich, um eine ausreichen­ de Kühlung sicherzustellen.

Das Basismaterial der Schaltungsträger, z. B. Phenolharzpapier (FR-2) oder Epoxidharzglasgewebe (FR-4), ist ein schlechter Wärmeleiter und nicht geeignet, die Verlustwärme aufzunehmen oder abzustrahlen, die von den darauf montierten Bauelementen ausgeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronikbaugruppe-so zu konzipieren, daß die von den Leistungsbauteilen der Elektronikschaltung erzeugte Wärme ohne Kühlkörper abgeführt wird, daß eine einfache Monta­ ge möglich ist, und daß das Gehäuse hermetisch abgeschlossen werden kann, um so das Eindringen von Staub und Schmutz zu verhindern, ohne daß die Funktion der Schaltung beeinträchtigt wird. Ein weiteres Ziel ist es, die Schaltung gegen elektromagnetische Störwellen zu schützen.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch Ausgestaltung der Elektronikbaugruppe und deren Befestigung gemäß der Lehre des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der Keramikträger auf der Innenseite einer Gehäusewand aus Metall aufgebracht bzw. aufgezogen ist, und daß somit zum einen eine Isolation zu den elektrischen Bauelementen und den Verbindungsebenen bzw. den Leiterbahnen auf der Oberfläche sichergestellt ist und zum anderen die erzeugte Wärme der Bauelemente an die Trägerwand abgegeben wird, die den Kühlkörper bildet. Dieser weist eine große Masse auf, die durch die Dimensionierung vorgegeben ist. Der Keramikträger kann dabei ein einzelner Träger beispielsweise aus Alumi­ niumoxid oder aber auch ein mehrschichtiger Träger, eine Multilayer- Anordnung aus mehreren keramischen Folien oder auch ein einzelner Folienträger sein. In jedem Fall darf die Kontaktierungsseite nicht mit Leiter­ bahnen oder mit bedruckten oder SMD-Bauelementen versehen sein. Sie muß als unmittelbare Isolier- und Wärmeübertragungsfläche an die Gehäu­ sewand anlegbar sein. Zur Fixierung und auch zur besseren Wärmeabgabe an die Metallwand kann auch eine Wärmekontaktpaste zwischengefügt sein. Der Andruck des Keramikträgers an die Kontaktfläche erfolgt durch den aufgreifenden Niederhalter, der zweckmäßigerweise rahmenförmig ausge­ bildet ist und den Keramikträger mindestens in den Eckenbereichen fixiert und gegen die Trägerwand drückt. Der Niederhalter kann aber auch umlau­ fend mit einer Kante auf den Keramikträger aufgreifen und auch quer verlau­ fende, z. B. wabenförmig angeordnete Rippen aufweisen, die dann auf den Keramikträger drücken und diesen über die Fläche verteilt gegen die Träger­ wand pressen. Der Druck wird dabei durch Schraub- oder Rastverbindungen zwischen Niederhalter und Trägerwand hergestellt. Hierzu können bekannte Schraubverbindungen oder Rastverbindungen vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, zur einfachen Montage und auch zur einfachen Demontage auf der gegenüberliegenden Gehäusewand an der Innenseite Ansätze vor­ zusehen, die auf bestimmte Punkte des Niederhalters beim Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile aufsetzen und den Anpreßdruck erzeugen, um den Niederhalter in Richtung zur Trägerwand zu drücken.

Es empfiehlt sich darüber hinaus, das Gehäuse insgesamt aus Metall zu fer­ tigen, z. B. aus Metallblech oder auch Metalldruckguß, wie z. B. Aluminium-, Magnesium- oder Zinkdruckguß, so daß zugleich auch eine Abschirmung der Elektronikbaugruppe gegen elektromagnetische Störwellen sichergestellt ist. Darüber hinaus kann selbstverständlich das Gehäuse auch Bestandteil bei­ spielsweise eines Motorengehäuses sein oder eines Getriebegehäuses, das an das Motorgehäuse angeflanscht ist oder hiermit eine Einheit bildet, und zwar in Form einer angesetzten Kammer mit einem abnehmbaren Deckel oder einer zweiten Gehäusehälfte. In diesem Fall ist die Steuerelektronik also gewissermaßen mit in das Gehäuse integriert.

Im Falle der Anordnung in einem Getriebe- oder Motorgehäuse ist es zu­ gleich möglich, auf dem Bauelementeträger gleich einen Magnetsensor oder einen optischen Sensor vorzusehen, der in Wirkverbindung mit einem Mag­ netrad oder einer Lochscheibe steht, die von der Welle des Motors angetrie­ ben wird oder auf dieser befestigt ist, um so die Drehzahl des Motors oder das Drehmoment erfassen zu können oder aber auch die Winkelstellung, um beispielsweise bei Transformation der Rotationsbewegung in eine lineare den entsprechenden Antrieb nach Zurücklegen eines bestimmten Weges des Schiebers stoppen zu können. Solche Ausführungsformen sind z. B. bei Fensterhebern für Kraftfahrzeuge oder Dachfensterkonstruktionen für Kraft­ fahrzeuge notwendig, um ein Abschalten des Motors sowohl in der geöffne­ ten als auch in der geschlossenen Position des Seitenfensters oder des Dachfensters sicherzustellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels ergänzend erläutert.

In der einzigen Zeichnung ist schematisch eine Gehäusekammer dargestellt, die aus einer Trägerwand 1, Seitenwänden 13 und einem Deckel 12 mit Ver­ schlußprofil 14 am Rand, der auf den Rand der umlaufenden Gehäusewand 13 im geschlossenen Zustand aufgreift, besteht.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß an der glatten Innenfläche der aus Metall bestehenden Trägerwand 1 ein Schaltungsträger 3 anliegt. Im einge­ zeichneten Fall ist eine Wärmeleitpastenschicht 4 zwischengefügt, die für einen verbesserten Wärmeübergang sorgt. Dieser Schaltungsträger 3 ist ein keramischer Träger, z. B. eine aus Aluminiumoxyd gefertigte Keramikplatine, auf der in Dickschichttechnologie Leiterbahnen und Bauelemente aufge­ druckt sowie andere konventionelle Bauelemente auf der Beschichtungs­ seite in SMD-Technik aufgebracht sind. Die Bauelementeschicht ist mit 7 bezeichnet. Die kommerziellen Halbleiter-Leistungselemente 18 sind eben­ falls aufgebracht. Die Kontaktierung der Anschlüsse der Bauelemente unter­ einander ist entweder über Kupferleiterbahnen oder über gedruckte Leiter­ verbindungen oder Verbindungsleitungen 19 sichergestellt. Die Leistungs­ bauelemente sind mittels symbolisch eingezeichneter Verbindungsleitungen 19 sowohl mit den Bauelementen 7 als auch mit einem Anschlußpin 6, der nach außen geführt ist, verbunden. Der Schaltungsträger 3 kann auch ein Folienträger sein, wie vorher schon angegeben. Der Schaltungsträger 3 wird nun mit der Rückseite gegen die Innenseite 2 der Trägerwand 1 mittels eines Niederhalters 5 gedrückt, der als Rahmenniederhalter aus Kunststoff gefer­ tigt ist und mit einem umlaufenden Rahmen auf den Schaltungsträger 3 so­ wie mittels einer quer verlaufenden Stützrippe auf die Bauelemente aufgreift. Weitere Fixiermittel werden nicht benötigt. Die Befestigung dieses rahmen­ förmigen Niederhalters kann nun an der Trägerwand 1 durch Schraubver­ bindungen oder mittels ebenfalls nicht dargestellter Rastverbindungen erfol­ gen. Solche Verbindungen sind allgemein bekannt. Es ist aber auch mög­ lich, wie aus der Darstellung ersichtlich, z. B. mittels eines Aufdrückansatzes 11 den Niederhalter 5 gegen die Innenseite 2 der Trägerwand 1 zu drücken. Im Ausführungsbeispiel hat dies zudem den Vorteil, daß im Bereich des Nie­ derhalters, in welchem der Ansatz 11 aufdrückt, ein runder oder länglicher Ansatz 16 vorgesehen sein kann, der durch eine konturenangepaßte Öff­ nung in der Trägerwand hinduchgesteckt ist. Begrenzt wird das Durchstec­ ken durch den Flansch 15, der mindestens an einer Seite des Anschlußan­ satzes vorgesehen ist. In diesen so gebildeten Ansatz 16 ist der Anschlußpin 6 mit Anschlußdraht eingegossen. Lediglich das vordere und hintere Ende stehen aus der Masse hervor. Im Ausführungsbeispiel ist der Ansatz 16 so lang ausgebildet, daß er aus der Trägerwand hervorsteht. Vorderseitig ist er als Buchsensteckverbinder ausgebildet, so daß ein Gegenstück hiermit kop­ pelbar ist, das im wesentlichen aus einem Steckerteil besteht, der in die U- förmige Ausnehmung hineinsteckbar ist, wobei gleichzeitig eine Kontaktie­ rung zwischen dem vorstehenden Stift 6 und einer Buchse hergestellt wird.

Wird der Gehäusedeckel 12 abgenommen, so ist ersichtlich, daß der Nie­ derhalter 5 leicht entfernt werden kann, so daß der Schaltungsträger freiliegt und abgespachtelt werden kann.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse eine Kammer eines Getriebegehäuses, in der sich die Elektronik befindet. Weiterhin ist auf dem Schaltungsträger 3 ein Hallelement 9 aufgebracht, das die Magnetanordnun­ gen auf einem Magnetrad 10 detektiert, wenn dieses sich dreht. Dieses Mag­ netrad 10 ist beispielsweise auf der Welle 17 eines Motors aufgesetzt, so daß die tatsächliche Drehzahl und bei lamelliertem Magnetrad auch die tat­ sächliche Winkelstellung des Magnetrad es und damit des Motors erfaßt wer­ den können. Diese Werte können z. B. für eine Transformation der Rotation in eine Linearbewegung ausgewertet werden.

Damit nun alle Bauelemente zusätzlich geschützt sind, ist in weiterer Ausge­ staltung vorgesehen, daß diese eingegossen werden, beispielsweise mit einer Vergußmasse 8. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Befestigung stellt sicher, daß die Wärme, die an den Anschlußpunkten der Bauelemente und in den Bauelementen selbst erzeugt wird, unmittelbar und großflächig auf die relativ dicke Trägerwand 1 aus Metall übertragen wird. Zusätzliche Kühlelemente für die einzelnen Leistungselemente auf dem Schaltungs­ träger sind dabei nicht erforderlich. Darüber hinaus ist sichergestellt, daß keine Schmutzpartikel an die Elektronik oder zwischen Rad und Hallelement gelangen können. Weiterhin ist eine einfache Kontaktierung von außen mög­ lich. All dieses bietet erhebliche fertigungstechnische Vorteile und eine hohe Zuverlässigkeit der verwendeten Schaltungen und Anordnungen.

Claims (13)

1. Elektronikbaugruppe mit

• - einem Schaltungsträger (3) mit elektronischen, elektrischen Bauelementen (7) und/oder Sensoren (9), die elektrisch entsprechend den Schaltungs­ funktionen verbunden sind,
• - Anschlüssen (6) zum Kontaktieren der Elektronikbaugruppe mit zu steuern­ den oder zu regelnden Geräten und/oder anderen Elektronikbaugruppen,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Elektronikbaugruppe ein Gehäuse (1, 13, 12, 14) aufweist, das Bestandteil eines Gerätegehäuses oder isoliert hiervon vorgesehen ist,
• - daß der Schaltungsträger (3) mindestens an einer Innenseite einer Gehäusewand (1) aus Metall mit glatter Anlagefläche (2) anliegt,
• - daß der Schaltungsträger (3) ein keramischer Schaltungsträger ist, der mit der unbestückten Rückseite an der Gehäusewand (1) (Trägerwand) anliegt,
• - daß auf den Schaltungsträger (3) ein Niederhalter (5) faßt und den Schaltungsträger (3) gegen die Gehäusewand (1) drückt,
• - daß der Niederhalter (5) an der Gehäusewand (1), an der der Schaltungsträger (3) anliegt und/oder durch aufgreifende Ansätze (11) an der Innenseite einer gegenüberliegenden Wand (12) eines Gehäuseteils befestigt ist, die in Richtung der Trägerwand weisen und beim Verbinden des Gehäuseteils mit den übrigen Teilen des Gehäuses auf den Schaltungsträger drücken, und daß die Bauelemente (7) in SMD-Technik und/oder Schaltungs-Drucktechnik auf den Schaltungsträger (3) aufge­ bracht sind.

2. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (5) rahmenförmig ausgebildet ist und mindestens einen Ansatz (16) aufweist, in dem mindestens ein elektrischer Anschlußkontakt (6) gelagert ist, und der in eine Durchgangsöffnung der Trägerwand (1) eingesetzt ist, wobei der im Gehäuse endende Anschlußkontakt (6) mit den Leiterbahnen oder einem Bauelementeanschluß eines Bauelementes auf dem Schaltungsträger (3) verbunden ist.

3. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abdeckende Gehäuseteil (12,11,14) aus Kunststoff oder ebenfalls aus Metall besteht und an beiden zu verbindenden Gehäuseteilen Spann-, Rast- oder Schraubverbindungselemente vorgesehen sind.

4. Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 13, 14, 11, 12) Bestandteil eines Motor- oder Getriebegehäuses ist.

5. Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schaltungsträger ein Sensor (9) zur Erfassung von Drehzahlen eines abtastenden, synchron mit dem Motor sich drehenden Rades (10) vorgesehen ist.

6. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9) ein Hallelement ist und das Rad (10) ein Segment aus magneti­ schem Material aufweist, das auf einer Umfangsbahn angeordnet ist, die kongruent dem Hallelement ist.

7. Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente und die Oberfläche des Keramikträgers mit Vergußmasse (8) oder mit Schutzlack versehen sind.

8. Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkontakt (6) in einer Anschluß­ buchse des Ansatzes (16) angeordnet ist, in die ein Stecker mit Buchsen einsteckbar ist.

9. Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Zink-, Aluminium- oder Magnesium-Druckguß besteht.

10. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 1, 3 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Gehäusehälften zusammengeschraubt, verrastet oder verklebt sind.

11. Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger (3) eine Keramikplatte ist.

12. Elektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger eine aluminiumoxiddotierte Silikonfolie ist.

13. Elektronikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaltungsträger (3) und der Trägerwand (1) eine Wärmeleitpaste (4) zwischengefügt ist.