DE19807718A1 - Elektronikbaugruppe - Google Patents
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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.
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Owner name: LEAR AUTOMOTIVE ELECTRONICS GMBH, 96317 KRONACH, D |
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