DE19832062A1 - Mounting for control circuit chip in motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Steuergeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The invention relates to a control device for a motor vehicle according to the preamble of claim 1. Furthermore, the Invention a method for producing such Control device according to the preamble of claim 11.
Es ist bereits bekannt, Motor- und Getriebesteuergeräte in die zu steuernde Kraftfahrzeug-Baugruppe (d. h. Motor oder Ge triebe) zu integrieren. Derartige integrierte Steuergeräte müssen öldicht sein, über einen breiten Temperaturbereich (etwa -40°C bis 140°C) funktionsfähig bleiben und ein hohes Maß an Vibrationsfestigkeit (bis zu etwa 40 g) aufweisen.It is already known in engine and transmission control units the motor vehicle assembly to be controlled (i.e. engine or Ge drives) to integrate. Such integrated control devices must be oil-tight over a wide temperature range (about -40 ° C to 140 ° C) remain functional and high Have level of vibration resistance (up to about 40 g).
Bei einem bekannten Getriebesteuergerät werden durch in einen Kunststoff-Dichtrahmen eingepreßte Metallstifte öldichte Lei tungsdurchführungen durch die Gehäusewand geschaffen. Die elektrische Kontaktierung der in dem Gehäuse untergebrachten Steuerschaltung erfolgt durch Bonden. Die Einpreßdurchfüh rungen und die Bondverbindungen erfüllen die eingangs genann ten Anforderungen in bezug auf Öldichtigkeit und Vibrations beständigkeit. Nachteilig ist jedoch, daß sowohl die Gehäu sedurchführungen mittels Einpreßstiften als auch die interne elektrische Kontaktierung mittels Bondverbindungen konstruk tiv wie auch fertigungstechnisch ausgesprochen kostenintensi ve Maßnahmen sind, wobei die Kosten proportional zu der An zahl der Einpreßstifte/Bondverbindungen zunehmen.In a known transmission control unit are in a Plastic sealing frame, pressed-in metal pins, oil-tight lei created through the housing wall. The electrical contacting of the housed in the housing Control switching is done by bonding. The press-in stations and the bond connections fulfill the above requirements regarding oil tightness and vibrations resistance. The disadvantage, however, is that both the housings S bushings using press-in pins as well as internal electrical contacting by means of bond connections construct extremely cost-intensive both in terms of production and manufacturing technology ve measures, the cost being proportional to the an number of press-in pins / bond connections increase.
In der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentan meldung DE 197 13 657.5 ist ein Kraftfahrzeug-Steuergerät be schrieben, bei dem eine flexible Leiterbahnfolie im Bereich einer Dichtung zwischen einer Gehäusebodenplatte und einem Gehäusedeckel hindurch geführt ist. Zur elektrischen Kontak tierung weisen der auf der Basis eines LTCC-Substrats (Low Temperature Cofired Ceramics) aufgebaute Schaltungsträger und der Leiterbahnträger einen Bereich auf, in dem sie überlappen und in dem der Schaltungsträger mittels eines elektrisch lei tenden Klebers mit dem Leiterbahnträger elektrisch verbunden ist. Dieses Steuergerät zeichnet sich durch niedrige Her stellungskosten aus. Nachteilig ist jedoch, daß die elektri sche Kontaktierung des Schaltungsträgers mittels Kontaktkle bens nicht immer ein ausreichendes Maß an mechanischer Fe stigkeit und Vibrationsbeständigkeit gewährleistet.In the older, unpublished German patent application Message DE 197 13 657.5 is a motor vehicle control unit wrote, in which a flexible conductor foil in the area a seal between a housing base plate and a Housing cover is passed through. For electrical contact tation based on an LTCC substrate (Low Temperature Cofired Ceramics) assembled circuit carriers and the conductor carrier has an area in which they overlap and in which the circuit carrier by means of an electrically lei tendency adhesive electrically connected to the conductor track carrier is. This control unit is characterized by low Her positioning costs. The disadvantage, however, is that the electri Contacting the circuit carrier by means of contact adhesive not always a sufficient level of mechanical Fe stability and vibration resistance guaranteed.
In der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentan meldung 197 12 842.4 ist ein Getriebesteuergerät beschrieben, dessen Gehäuse einen als Tragkörper dienenden Gehäusedeckel aus Kunststoff umfaßt. In den Gehäusedeckel sind elektrische Leiter eingehüllt. Enden dieser Leiter stehen aus dem Gehäu sedeckel hervor und sind zur Kontaktierung der flexiblen Lei terbahnfolie in bodenplattenseitig vorgesehenen Isolierberei chen mit Leiterbahnlaschen verpreßt.In the older, unpublished German patent application message 197 12 842.4 a transmission control unit is described, the housing of which serves as a supporting body housing cover made of plastic. In the housing cover are electrical Head encased. The ends of these conductors protrude from the housing sedeckel and are for contacting the flexible Lei sheet in the insulation area provided on the floor plate side Chen pressed with conductor tabs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuergerät zu schaffen, bei dem eine mechanisch stabile und elektrisch si chere elektrische Kontaktierung eines in einem Gehäuse des Steuergeräts untergebrachten Schaltungsträgers, insbesondere LTCC-Substrat auf kostengünstige Weise realisiert ist. Fer ner zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Herstel lung eines derartigen Steuergeräts anzugeben, das das Erfor dernis einer mechanisch stabilen und sicheren elektrischen Kontaktierung des Schaltungsträgers auf kostengünstige Weise realisiert.The object of the present invention is to provide a control unit create in which a mechanically stable and electrically si Chere electrical contacting in a housing of the Control unit housed circuit carrier, in particular LTCC substrate is realized in a cost-effective manner. Fer ner aims the invention, a method of manufacture To specify such a control unit, the Erfor a mechanically stable and safe electrical Contacting the circuit carrier in a cost-effective manner realized.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 11 vorgesehen.To solve this problem, the characteristic features of claims 1 and 11 provided.
Die erfindungsgemäß durch Laserlöten oder Laserschweißen her gestellten elektrischen Verbindungen zwischen dem Schaltungs träger und dem flexiblen Leiterbahnträger erfüllen die Anfor derungen im Hinblick auf mechanische Festigkeit und elektri sche Leitfähigkeit in vollem Umfang. Gleichzeitig sind die erfindungsgemäß vorgesehenen Schweiß- oder Lötverbindungs stellen fertigungstechnisch einfacher und damit kostengünsti ger herzustellen als die bisher verwendeten Bondverbindungen. Insbesondere werden keine vergoldeten Kontaktoberflächen der Leiterbahnen des Leiterbahnträgers, wie sie beim Bonden er forderlich sind, benötigt. Im Vergleich zum eingangs be schriebenen Kontaktkleben werden geringere elektrische Über gangswiderstände und höhere Vibrationsfestigkeiten erzielt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß anders als beim Kontaktkleben, bei dem zur Aushärtung der Klebever bindung über eine längere Zeitspanne eine erhöhte Temperatur benötigt wird, beim Laserschweißen oder -löten die zur Kon taktbildung benötigte erhöhte Temperatur punktuell und kurz zeitig appliziert wird, wodurch die Gefahr einer thermischen Schädigung von Schaltungs- oder Kunststoffteilen minimiert und darüber hinaus ein schneller und damit kostensparender Fertigungsablauf ermöglicht wird.According to the invention by laser soldering or laser welding placed electrical connections between the circuit carriers and the flexible conductor track carrier meet the requirements changes in terms of mechanical strength and electri full conductivity. At the same time they are Weld or solder connection provided according to the invention make production technology simpler and therefore more economical to produce more than the previously used bond connections. In particular, no gold-plated contact surfaces of the Conductor tracks of the conductor track carrier as they are when bonding are required. Compared to the beginning written contact adhesive will lower electrical over gearing resistance and higher vibration resistance achieved. Another advantage of the invention is that it is different than with contact gluing, where the adhesive is used to harden binding over an extended period of time an elevated temperature is required for laser welding or soldering to the con clock formation required increased temperature selectively and briefly is applied early, which creates the risk of thermal Damage to circuit or plastic parts minimized and also a faster and therefore more cost-effective Manufacturing process is made possible.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Bodenplatte von einem umlaufenden Rah menelement umgeben ist, daß in dem Rahmenelement elektrische Leiter geführt sind, die im Bereich des Innenumfangs des Rah mens freiliegende Kontaktabschnitte aufweisen, daß der Lei terbahnträger einen die freiliegenden Kontaktabschnitte über lagernden zweiten Kontaktierungsabschnitt aufweist, und daß in den zweiten Kontaktierungsabschnitt geführte Leiterbahnen über zweite Laserschweiß- oder Laserlötstellen mit den frei liegenden Kontaktabschnitten der elektrischen Leiter elek trisch leitend verbunden sind. Da in diesem Fall die elek trische Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und dem fle xiblen Leiterbahnträger einerseits sowie dem flexiblen Lei terbahnträger und den im Rahmenelement geführten elektrischen Leitern andererseits durch dasselbe Kontaktierungsverfahren (Laserschweißen oder Laserlöten) erfolgt, reduziert sich der Aufwand für die Herstellung der flexiblen Leiterbahnfolie so wie für die Ausführung des entsprechenden Kontaktierungs schrittes beträchtlich. An advantageous embodiment of the invention features differs in that the bottom plate of a peripheral frame menelement is surrounded that electrical in the frame element Conductors are guided in the area of the inner circumference of the frame mens exposed contact sections that the Lei terbahnträger one over the exposed contact sections bearing second contacting section, and that conductor tracks guided into the second contacting section via second laser welding or laser soldering points with the free lying contact sections of the electrical conductor elek trisch conductively connected. Since in this case the elec trical connection between the circuit carrier and the fle xiblen conductor carrier on the one hand and the flexible Lei terbahnträger and the guided in the frame element electrical Leaders, on the other hand, through the same contacting process (Laser welding or laser soldering) takes place, the Effort for the production of the flexible conductor foil as for the execution of the corresponding contacting stepped considerably.
Grundsätzlich kann das Laserschweißen oder Laserlöten direkt an den Kupferleiterbahnen des Leiterbahnträgers ausgeführt werden. Dabei führt das von der Metalloberfläche der Leiter bahn absorbierte Licht zur lokalen Erwärmung der Leiterbahn und damit zum Aufschmelzen der Metalloberfläche. Durch aus reichend kurze Pulszeiten des Lasers kann dabei gewährleistet werden, daß der flexible Leiterbahnträger bei diesem Prozeß nicht beeinträchtigt oder geschädigt wird.Basically, laser welding or laser soldering can be done directly executed on the copper conductor tracks of the conductor track carrier become. This leads from the metal surface of the conductor track absorbed light for local heating of the conductor track and thus to melt the metal surface. Through out sufficiently short pulse times of the laser can be guaranteed be that the flexible conductor track carrier in this process is not impaired or harmed.
Eine weitere Maßnahme, die insbesondere unter dem Aspekt der Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Verbindung von Be deutung ist, besteht darin, daß die ersten und/oder die zwei ten Laserschweiß- oder Laserlötstellen jeweils aus mehreren einzelnen Schweiß- oder Lötpunkten aufgebaut sind.Another measure, in particular under the aspect of Increasing the mechanical strength of the connection of Be interpretation is that the first and / or the two ten laser welding or laser soldering points each of several individual welding or soldering points are set up.
In dem Fall, daß sowohl die Schaltungsträger/Leiterbahn- als auch die Leiterbahn/Leiter-Verbindung durch Laserschweißen oder Laserlöten hergestellt ist, kennzeichnet sich eine be vorzugte Ausführungsvariante der Erfindung dadurch, daß die freiliegenden Kontaktabschnitte der elektrischen Leiter und die auf dem Schaltungsträger angeordneten Kontaktelemente ko planar sind. Auf diese Weise kann eine besonders einfache und schnelle Durchführung des Laserschweiß-/Laserlötschrittes erfolgen, da sämtliche Verbindungspunkte in einer gemeinsamen Fokalebene des Lasers liegen und von oben leicht zugänglich sind.In the event that both the circuit carrier / conductor track and also the conductor track / conductor connection by laser welding or laser soldering is produced, be marked preferred embodiment of the invention in that the exposed contact sections of the electrical conductors and the contact elements arranged on the circuit carrier ko are planar. In this way, a particularly simple and fast execution of the laser welding / laser soldering step done because all connection points in a common The focal plane of the laser lies and is easily accessible from above are.
Ein weiterer kostensenkender Aspekt der vorliegenden Erfin dung besteht darin, daß die Bodenplatte als ein im wesentli chen ganz flächig ebenes metallisches Stanzteil ausgeführt sein kann. Anders als bei konventionellen Realisierungsfor men, bei denen die elektrische Anbindung der Leiterbahnen an der Schaltungsträger-Unterseite erfolgt und deshalb der Schaltungsträger auf einer bodenplattenseitig vorgesehenen Erhöhung aufgesetzt werden muß, wird vorliegend aufgrund der oberflächenseitigen Ausbildung der Laserschweiß-/Laserlöt stellen eine entsprechende Erhöhung der Bodenplatte nicht be nötigt. Folglich kann diese als einfaches, beispielsweise aus Al gefertigtes Stanzteil kostengünstig hergestellt wer den.Another cost-cutting aspect of the present invention manure is that the bottom plate as a substantially Chen flat metal stamped part executed can be. Unlike with conventional realization for in which the electrical connection of the conductor tracks the bottom of the circuit carrier and therefore the Circuit carrier provided on a base plate side Increase must be put on, is due to the Surface-side training of laser welding / laser soldering do not make a corresponding increase in the base plate compelled. Consequently, this can be as simple as, for example Stamped part made of Al inexpensively manufactured the.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß vor Ausführung des Laserschweiß- oder Laserlötschrittes über einen Druckstempel eine vorgebbare Andrückkraft auf den ersten und/oder den zweiten Kontaktierungsabschnitt ausgeübt wird. Die Andrück kraft bewirkt eine gleichmäßige Anlage der zu schweißen den/lötenden Leiterbahnbereiche des flexiblen Leiterbahnträ gers an die elektrischen Kontaktelemente des Schaltungsträ gers und/oder die freiliegenden Kontaktabschnitte der elek trischen Leiter. Dies bewirkt, daß beim Einbringen des La serlichtes ein definierter und guter Wärmeübergang zwischen den jeweiligen Schweiß- oder Lötpartnern vorhanden ist, und erleichtert damit die Herstellung von mechanisch und elek trisch einwandfreien Verbindungen.A preferred embodiment of the invention The process is characterized in that before the execution of the Laser welding or laser soldering step using a pressure stamp a predeterminable pressing force on the first and / or the second contacting section is exercised. The pressure force causes an even contact of the welding the / soldering conductor track areas of the flexible conductor track carrier gers to the electrical contact elements of the circuit gers and / or the exposed contact sections of the elec tric leader. This causes that when the La serlichtes a defined and good heat transfer between the respective welding or soldering partner is present, and thus facilitates the manufacture of mechanical and electrical tric flawless connections.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß im Rahmen des Positionierschrittes eine visuelle Überwachung der Lage der Leiterbahnen des ersten Kontaktierungsabschnittes relativ zu der Lage der Kontaktelemente des Schaltungsträgers und/oder eine visuelle Überwachung der Lage der Leiterbahnen des zwei ten Kontaktierungsabschnittes relativ zu der Lage der frei liegenden Kontaktabschnitte der Leiter erfolgt. Diese Über wachung ist in einfacher Weise durchführbar, weil der Leiter bahnträger in beiden Kontaktierungsbereichen den massiveren Konktaktierungspartner (Schaltungsträger bzw. Leiterabschnit te des Rahmenelements) überlagert und somit von oben erkenn bar ist. Sie ermöglicht eine hohe Positioniergenauigkeit des Leiterbahnträgers, wodurch Kontaktierungsfehler durch Fehlpo sitionierungen praktisch ausgeschlossen werden. Another advantageous embodiment of the invention ßen procedure is characterized in that in the context of Positioning step a visual monitoring of the position of the Conductor tracks of the first contacting section relative to the position of the contact elements of the circuit carrier and / or visual monitoring of the position of the conductor tracks of the two th contacting section relative to the location of the free lying contact sections of the conductors. This about guarding can be carried out in a simple manner because of the conductor web carrier in both contacting areas the more massive Contact partner (circuit carrier or conductor section te of the frame element) overlaid and thus recognizable from above is cash. It enables a high positioning accuracy of the Conductor track carrier, causing contacting errors caused by incorrect po positionings can be practically excluded.
Die Laserschweißungen oder Laserlötungen an den beiden Kon taktierungsabschnitten des Leiterbahnträgers werden vorzugs weise in automatisierter Weise aufeinanderfolgend oder bezüg lich der ersten oder zweiten Kontaktierungsabschnitte alter nierend in einer gemeinsamen Laserschweiß- oder Laserlötsta tion ausgeführt. Aufgrund der identischen Kontaktierungsver fahren an dem ersten und dem zweiten Kontaktierungsabschnitt des Leiterbahnträgers sowie der begrenzten Baugröße der ge samten Anordnung ist es in diesem Fall möglich und bevorzugt, die Bodenplatte mit Schaltungsträger in der Laserschweiß- oder Laserlötstation in fester Lage zu halten und den Laser strahl mittels einer optischen Strahlführungsanordnung von Schweiß-/Lötstelle zu Schweiß-/Lötstelle zu bewegen.The laser welding or laser soldering on the two cones Tacting sections of the conductor track carrier are preferred wise in a sequential or automated manner Lich the first or second contact sections of old in a common laser welding or laser soldering station tion executed. Due to the identical Kontaktierungsver drive on the first and the second contacting section the conductor track carrier and the limited size of the ge entire arrangement, it is possible and preferred in this case the bottom plate with circuit carrier in the laser welding or Hold the laser soldering station in a fixed position and the laser beam by means of an optical beam guiding arrangement from Move weld / solder joint to weld / solder joint.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Ver fahrens besteht darin, von einer Laserschweiß- oder Laserlöt stelle reflektiertes Licht zu erfassen und zur Ermittlung der erzielten Qualität der Laserlötung oder Laserschweißung aus zuwerten. Dies ermöglicht eine einfache, aber wirkungsvolle Kontrolle der erzielten Verbindungen. Ferner kann in diesem Fall vorgesehen sein, die von dem Laser abgegebene Energie menge oder Leistung oder auch andere Laserparameter in Abhän gigkeit von der ermittelten Qualität der Laserschweißung oder Laserlötung zu steuern. Dadurch wird beispielsweise ein ge zieltes Nachweißen oder Nachlöten von qualitativ minderwerti gen oder ungenügenden Verbindungen ermöglicht.Another preferred variant of the Ver driving is by laser welding or laser soldering place to detect reflected light and to determine the achieved quality of laser soldering or laser welding evaluate. This enables a simple but effective Check the connections achieved. Furthermore, in this Case be provided, the energy emitted by the laser quantity or power or other laser parameters depending of the determined quality of the laser welding or Control laser soldering. This is for example a ge targeted re-welding or re-soldering of inferior quality sufficient or insufficient connections.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:The invention is described below in an exemplary manner Explained with reference to the drawing; in this shows:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung des Aufbaus eines erfin dungsgemäßen Steuergerätes ohne Steuergerätdeckel; und Figure 1 is an exploded view of the structure of a control device according to the invention without control device cover. and
Fig. 2 eine schematische Teilschnittdarstellung eines erfin dungsgemäßen Steuergeräts, in der eine elektrische Kontaktierungsstelle zwischen Schaltungsträger und Leiterbahnträger sowie eine elektrische Kontaktie rungsstelle zwischen Leiterbahnträger und einem im Rahmenelement aufgenommenen elektrischen heiter dar gestellt ist. Fig. 2 is a schematic partial sectional view of a control device according to the inven tion, in which an electrical contact point between circuit carrier and conductor carrier and an electrical contact point between conductor carrier and an electrical element included in the frame element is shown cheerfully.
Nach Fig. 1 weist ein Steuergerät eine vorzugsweise aus Alu minium bestehende metallische Bodenplatte 1 sowie ein als Schaltungsträger dienendes LTCC-Substrat 2 aus Keramik auf. Das LTCC-Substrat 2 ist in nicht dargestellter Weise mit elektronischen Bauteilen bestückt und im zusammengebauten Zu stand an seiner Unterseite über einen gut wärmeleitenden Kle ber auf der metallischen Bodenplatte 1 aufgeklebt. Die als Wärmesenke dienende Bodenplatte 1 kann in einfacher Weise als Al-Stanzteil hergestellt sein. In ihrem Umfangsbereich weist sie mit einer Verkröpfung versehene Fortsätze 3 mit endseiti gen Bohrungen 4 auf.According to Fig. 1, a control unit preferably of a alu minium existing metallic base plate 1 as well as serving as a circuit carrier LTCC substrate 2 made of ceramic. The LTCC substrate 2 is equipped with electronic components in a manner not shown and in the assembled state was glued to the underside of the metal base plate 1 via a heat-conducting adhesive. The base plate 1 serving as a heat sink can be produced in a simple manner as an Al stamped part. In its peripheral region, it has an offset 3 provided with ends 4 holes 4 gene.
In Fig. 1 ist ferner ein vorzugsweise aus glasfaserverstärk tem Polyamid bestehendes Rahmenelement 5, eine mit einem Zen tralausschnitt 6 versehene flexible Leiterbahnfolie 7 mit beidseitig angespritzter umlaufender Dichtung 8 sowie ein elektrischer Leiter 9 dargestellt. Anstelle der beidseitig angespritzten Dichtung 8 können auch umlaufende, in Dichtnu ten der Bodenplatte oder des Deckels eingelegte Dichtungen vorgesehen sein. Das Rahmenelement 5 weist mit den Bohrungen 4 fluchtende Durchtrittsbohrungen 10 auf, über die die Boden platte 1, das Rahmenelement 5 und ein in Fig. 1 nicht darge stellter Gehäusedeckel über Schraubverbindungen oder Nieten fest miteinander koppelbar sind. Der elektrische Leiter 9 ist in dem Rahmenelement 5 geführt aufgenommen und verbindet das Steuergerät mit elektrischen Komponenten (Sensoren, Ak tuatoren) in dem Getriebe.In Fig. 1, a preferably made of glass fiber reinforced polyamide frame element 5 , a provided with a Zen tralausschnitt 6 flexible conductor sheet 7 with molded on both sides circumferential seal 8 and an electrical conductor 9 is shown. Instead of the gasket 8 molded on both sides, circumferential gaskets inserted into Dichtnu th of the base plate or the cover can also be provided. The frame member 5 with the holes 4 aligned through holes 10 through which the bottom plate 1 , the frame member 5 and a not shown in Fig. 1 housing cover via screw connections or rivets are firmly coupled. The electrical conductor 9 is guided in the frame element 5 and connects the control unit with electrical components (sensors, actuators) in the transmission.
Die Leiterbahnfolie 7 weist randseitig zum Zentralausschnitt 6 und innerhalb des von der umlaufenden Dichtung 8 begrenzten Bereichs angeordnete erste Kontaktierungsabschnitte 11, 11' auf. Im zusammengesetzten Zustand überlagern die ersten Kon taktierungsabschnitte 11, 11' der Leiterbahnfolie 7 entspre chende randseitige Kontaktierungszonen 12, 12' des LTCC-Sub strats 2 und sind dort in noch näher zu beschreibender Weise mit diesen elektrisch verbunden. Der nicht dargestell te Gehäusedeckel setzt im zusammengesetzten Zustand auf der umlaufenden Dichtung 8 der Leiterbahnfolie 7 auf und bildet dort eine öldichte Leiterbahndurchführung zwischen Gehäuse deckel und flexibler Leiterbahnfolie 7 aus. Außerhalb der Dichtung 8 steht die Leiterbahnfolie 7 an durch gestrichelte Linien eingezeichneten zweiten Kontaktierungsabschnitten 13, 13' in noch näher zu beschreibender Weise mit abgeflacht aus gebildeten freiliegenden Kontaktabschnitten 14 der elektri schen Leiter 9 in Verbindung.The conductor track film 7 has first contacting sections 11 , 11 ′ arranged on the edge side to the central cutout 6 and within the area delimited by the circumferential seal 8 . In the assembled state, the first contacting sections 11 , 11 'of the conductor foil 7 correspond to corresponding edge-side contact zones 12 , 12 ' of the LTCC sub strate 2 and are electrically connected to them in a manner to be described in more detail below. The housing cover, not shown, is placed in the assembled state on the circumferential seal 8 of the conductor foil 7 and forms an oil-tight conductor bushing between the housing cover and the flexible conductor foil 7 . Outside the seal 8 , the conductor track film 7 is connected to the second contacting sections 13 , 13 'shown by dashed lines in a manner to be described in more detail with flattened exposed contact sections 14 of the electrical conductor 9 .
Fig. 2 zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftfahrzeug-Steu ergeräts in zusammengebautem Zustand ohne Gehäusedeckel. Das in Fig. 2 gezeigte Steuergerät unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Steuergerät nur insoweit, als die me tallische Bodenplatte 1 von dem Kunststoff-Rahmenelement 5 umspritzt ist. Fig. 2 shows a partial sectional view of a motor vehicle control unit in the assembled state without a housing cover. The control device shown in Fig. 2 differs from the control device shown in Fig. 1 only to the extent that the metallic base plate 1 is extrusion-coated by the plastic frame element 5 .
Die Leiterbahnfolie 7 ist in nicht dargestellter Weise aus einer unteren Polyimid-Basisfolie und einer oberen Polyimid-Deck folie aufgebaut, zwischen denen Leiterbahnen in einer Kleberschicht eingebettet aufgenommen sind. In Fig. 2 ist erkennbar, daß der innenliegende, erste Kontaktierungsab schnitt 11 der Leiterbahnfolie 7 die Kontaktierungszone 12 des Substrats 2 überlagert. Dabei ist die Leiterbahnfolie 7 relativ zu dem Substrat 2 so orientiert, daß eine der nicht dargestellten Leiterbahnen direkt über einem ebenfalls nicht dargestellten elektrischen Kontaktelement in der Kontaktie rungszone 12 des LTCC-Substrats 2 zum Liegen kommt. In ana loger Weise liegt in dem zweiten, außenliegenden Kontaktie rungsabschnitt 13 der Leiterbahnfolie 7 eine Leiterbahn un mittelbar über dem abgeflacht ausgebildeten, freiliegenden Kontaktabschnitt 14 des ansonsten in dem Rahmenelement 5 ver laufenden elektrischen Leiters 9. Die elektrischen Verbin dungsstellen zwischen dem Substrat 2 und der Leiterbahnfolie 7 einerseits sowie der Leiterbahnfolie 7 und dem elektrischen Leiter 9 andererseits sind durch die Pfeile X1 und X2 gekenn zeichnet und werden erfindungsgemäß durch Laserschweißen oder Laserlöten hergestellt.The conductor track film 7 is constructed in a manner not shown from a lower polyimide base film and an upper polyimide cover film, between which conductor tracks are embedded in an adhesive layer. In Fig. 2 it can be seen that the inner, first Kontaktierungsab section 11 of the conductor foil 7 overlays the contacting zone 12 of the substrate 2 . In this case, the conductor track film 7 is oriented relative to the substrate 2 such that one of the conductor tracks, not shown, comes to lie directly above an electrical contact element, also not shown, in the contact zone 12 of the LTCC substrate 2 . In an ana logic manner, in the second, outer contacting section 13 of the conductor track film 7, a conductor track is un indirectly above the flattened, exposed contact section 14 of the electrical conductor 9 which otherwise runs in the frame element 5 . The electrical connec tion points between the substrate 2 and the conductor foil 7 on the one hand and the conductor foil 7 and the electrical conductor 9 on the other hand are marked by the arrows X1 and X2 and are produced according to the invention by laser welding or laser soldering.
Im Falle einer Laserlötung ist einer der Verbindungspartner, vorzugsweise die flexible Leiterbahnfolie mit einer Lotbe schichtung, insbesondere Verzinnung versehen. Beim Laser schweißen entfällt die Lotbeschichtung, so daß die Verbin dungspartner in der Regel direkt miteinander verschweißt wer den. Ferner können die Oberflächen der Leiterbahnen durch einen organische Beschichtung anlaufgeschützt sein, um einer eventuellen Oxidation vorzubeugen.In the case of laser soldering, one of the connection partners is preferably the flexible conductor foil with a solder Layering, especially tinning. With the laser welding, there is no solder coating, so that the connection partners are usually welded directly to one another the. Furthermore, the surfaces of the conductor tracks can be through an organic coating to be tarnish proof prevent possible oxidation.
Die Kontaktierungszone 12 des LTCC-Substrats 2 und der abge flachte freiliegende Kontaktabschnitt 14 des Leiters 9 liegen im wesentlichen in einer Ebene und weisen nur einen verhält nismäßig geringen Abstand zueinander auf. Dies ist ferti gungstechnisch günstig, da die Laserschweiß- oder Laserlöt stellen X1, X2 dann in einem dafür vorgesehenen Schweiß- oder Lötautomaten mit einer hohen Taktrate von demselben Laser hergestellt werden können. Dabei wird ohne eine lagemäßige Veränderung der Steuergerät-Baugruppe in dem Automaten der Laserstrahl durch eine Verfahroptik von einer Schweißstelle (Lötstelle) zur nächsten geführt.The contacting zone 12 of the LTCC substrate 2 and the flattened exposed contact section 14 of the conductor 9 lie essentially in one plane and are only a relatively short distance apart. This is favorable in terms of manufacturing technology, since the laser welding or laser soldering points X1, X2 can then be produced in a welding or soldering machine provided for this purpose with a high clock rate by the same laser. Without changing the position of the control unit assembly in the machine, the laser beam is guided from one welding point (soldering point) to the next through a process optic.
Eine weitere fertigungstechnisch günstige Maßnahme besteht darin, die Schweiß- bzw. Lötpartner während der Herstellung der Schweiß-/Lötverbindungen in nicht dargestellter Weise durch einen Druckstempel zu fixieren und mit definierter Kraft aufeinander zu drücken, um eine spaltfreie Anlage zu gewährleisten.Another measure that is favorable in terms of production technology exists in the welding or soldering partner during manufacture the welded / soldered connections in a manner not shown to fix with a pressure stamp and with defined Push force against each other to create a gap-free system guarantee.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be steht darin, daß die Position der Leiterbahnfolie 7 vor und während der Ausführung des Laserschweiß/Laserlötschrittes auf optischem Wege überwacht und die Lage des Laserfokus gegebe nenfalls nachjustiert werden kann.A major advantage of the method according to the invention is that the position of the conductor track film 7 is monitored optically before and during the execution of the laser welding / laser soldering step and the position of the laser focus can be readjusted if necessary.
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Quali tätsüberwachung der erzielten Schweiß/Lötverbindungen sowie gegebenenfalls eine Qualitätsverbesserung dieser Verbindungen durch automatisiertes Nachregeln der Laserparameter (bsw. Fo kalebene, Laserleistung, Pulszeitdauer) und/oder durch ein gezieltes Nachschweißen bzw. Nachlöten. Zu diesem Zweck wird das von der Laserschweiß-/Laserlötstelle X1, X2 während des Schweiß-/Lötprozesses reflektierte Laserlicht von einem opti schen Empfänger aufgenommen und von einer nachgeschalteten Auswerteelektronik analysiert. Damit läßt sich beispielswei se bei einem Schweißvorgang ermitteln, ob die für eine mecha nisch stabile und elektrisch sichere Kontaktierung erforder liche ausreichende Aufschmelzung der Kontaktoberflächen der beiden Schweißpartner stattgefunden hat.Furthermore, the method according to the invention enables qualification monitoring of the achieved welding / soldering connections as well if necessary, an improvement in the quality of these compounds through automated readjustment of the laser parameters (e.g. Fo cal level, laser power, pulse duration) and / or by a targeted re-welding or re-soldering. For this purpose that of the laser welding / laser soldering point X1, X2 during the Welding / soldering process reflected laser light from an opti and received by a downstream receiver Evaluation electronics analyzed. This can be used, for example during a welding process, determine whether it is suitable for a mecha nically stable and electrically safe contacting required sufficient melting of the contact surfaces of the two welding partners took place.
Die Schweiß-/Lötverbindungen können beispielsweise mit einem gepulsten Nd:YAG-Laser hergestellt werden. Nach Fertigstel lung der Schweiß-/Lötverbindungen kann der komplette elektri sche Schaltungsträger mit Silgel vergossen werden. Das Sil gel dient einerseits als zusätzlicher Schutz gegen mechani sche Beeinträchtigungen, wie sie durch in einem Getriebe oder in einem Motor auftretende Vibrationen hervorgerufen werden können, und andererseits als Korrosionsschutz insbesondere auch im Bereich der Kontaktstellen.The welded / soldered connections can, for example, with a pulsed Nd: YAG laser can be produced. After completion The complete electri circuit carriers are cast with Silgel. The Sil gel serves as additional protection against mechani cal impairments, such as those caused by a transmission or vibrations occurring in an engine can, and on the other hand as corrosion protection in particular also in the area of contact points.
Nach dem optionalen Silgelverguß wird der in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellte Gehäusedeckel aufgesetzt und in der be reits beschriebenen Weise fest mit der Bodenplatte 1 und dem Rahmenelement 5 verbunden.After the optional Silgelverguss the housing cover, not shown in FIGS . 1 and 2 is placed and firmly connected to the base plate 1 and the frame element 5 in the manner already described.
Die Dichtung 8 für die öldichte Leitungsdurchführung kann al ternativ zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Weise auch in einer Dichtnut in der vorzugsweise aus Al bestehenden metal lische Bodenplatte 1 vorgesehen sein.The seal 8 for the oil-tight line bushing can be provided al ternatively to the manner shown in FIGS . 1 and 2 also in a sealing groove in the metal base plate 1 , preferably made of aluminum.
Claims (19)
- - eine Bodenplatte (1);
- - einen Gehäusedeckel, der über mindestens eine Gehäusedich tung (8) dicht mit der Bodenplatte (1) gekoppelt ist;
- - einen auf der Bodenplatte (1) angebrachten Schaltungsträger (2); und
- - einen flexiblen Leiterbahnträger (7) mit integrierten elek trischen Leiterbahnen, der im Bereich der Gehäusedich tung(en) (8) zwischen der Bodenplatte (1) und dem Gehäuse deckel hindurch geführt ist; dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Leiterbahnträger (7) einen eine Kontaktierungszone (12, 12') des Schaltungsträgers (2) überlagernden ersten Kontaktierungsabschnitt (11, 11') aufweist; und
- - daß in den ersten Kontaktierungsabschnitt (11, 11') geführ te Leiterbahnen über erste Laserschweiß- oder Laserlötstel len (XI) mit in der Kontaktierungszone (12, 12') vorhande nen Kontaktelementen des Schaltungsträgers (2) elektrisch leitend verbunden sind.
- - a base plate ( 1 );
- - A housing cover, the device via at least one housing seal ( 8 ) is tightly coupled to the base plate ( 1 );
- - A circuit carrier ( 2 ) attached to the base plate ( 1 ); and
- - A flexible conductor carrier ( 7 ) with integrated electrical conductor tracks, the device in the area of the housing seal (s) ( 8 ) between the base plate ( 1 ) and the housing cover is passed through; characterized by
- - That the conductor track carrier ( 7 ) has a contacting zone ( 12 , 12 ') of the circuit carrier ( 2 ) overlying the first contacting section ( 11 , 11 '); and
- - That in the first contacting section ( 11 , 11 ') guided te conductor tracks via first laser welding or Laserlötstel len (XI) with in the contacting zone ( 12 , 12 ') existing contact elements of the circuit carrier ( 2 ) are electrically conductively connected.
- - daß die Bodenplatte (1) von einem umlaufenden Rahmenelement (5) umgeben ist;
- - daß in dem Rahmenelement (5) elektrische Leiter (9) geführt sind, die im Bereich des Innenumfangs des Rahmenelements (5) freiliegende Kontaktabschnitte (14) aufweisen;
- - daß der Leiterbahnträger (7) einen die freiliegenden Kon taktabschnitte (14) überlagernden zweiten Kontaktierungsab schnitt (13, 13') aufweist; und
- - daß in den zweiten Kontaktierungsabschnitt (13, 13') ge führte Leiterbahnen über zweite Laserschweiß- oder Laser lötstellen (X2) mit den freiliegenden Kontaktabschnitten (14) der elektrischen Leiter (9) elektrisch leitend verbun den sind.
- - That the base plate ( 1 ) is surrounded by a peripheral frame element ( 5 );
- - That in the frame element ( 5 ) electrical conductors ( 9 ) are guided, which have exposed contact sections ( 14 ) in the region of the inner circumference of the frame element ( 5 );
- - That the conductor track carrier ( 7 ) has an exposed con tact sections ( 14 ) overlapping second Kontaktierungsab section ( 13 , 13 '); and
- - That in the second contacting section ( 13 , 13 ') led tracks via second laser welding or laser solder joints (X2) with the exposed contact sections ( 14 ) of the electrical conductors ( 9 ) are electrically conductively connected.
- a) Bereitstellen einer Bodenplatte (1);
- b) Aufbringen eines Schaltungsträgers (2) auf die Bodenplatte (1);
- c) Positionieren eines flexiblen Leiterbahnträgers (7) mit integrierten elektrischen Leiterbahnen, derart, daß ein er ster Kontaktierungsabschnitt (11, 11') des Leiterbahnträgers (7) über einer Kontaktierungszone (12) des Schaltungsträgers (2) zum Liegen kommt;
- d) Laserschweißen oder Laserlöten von in den ersten Kontak tierungsabschnitt (11, 11') geführten Leiterbahnen mit in der Kontaktierungszone (12) vorhandenen Kontaktelementen des Schaltungsträgers (2) zur Erzielung elektrisch leitender Ver bindungen in Form von Laserschweiß- oder Laserlötstellen (X1); und
- e) Montage eines über eine Gehäusedichtung (8) dicht mit der Bodenplatte (1) koppelbaren Gehäusedeckels.
- a) providing a base plate ( 1 );
- b) applying a circuit carrier ( 2 ) to the base plate ( 1 );
- c) Positioning a flexible conductor track carrier ( 7 ) with integrated electrical conductor tracks, such that a ster contacting section ( 11 , 11 ') of the conductor track carrier ( 7 ) comes to rest over a contacting zone ( 12 ) of the circuit carrier ( 2 );
- d) laser welding or laser soldering of conductor tracks in the first contacting section ( 11 , 11 ') with contact elements of the circuit carrier ( 2 ) present in the contacting zone ( 12 ) to achieve electrically conductive connections in the form of laser welding or laser soldering points (X1); and
- e) Installation of a housing cover which can be coupled tightly to the base plate ( 1 ) via a housing seal ( 8 ).
- f) Positionieren eines zweiten Kontaktierungsabschnittes (13, 13') des flexiblen Leiterbahnträgers (7) mit integrierten elektrischen Leiterbahnen derart, daß der zweite Kontaktie rungsabschnitt (13, 13') des Leiterbahnträgers (7) über den freiliegenden Kontaktabschnitten (14) der elektrischen Leiter (9) zum Liegen kommt; und
- g) Laserschweißen oder Laserlöten von in den zweiten Kontak tierungsabschnitt (13, 13') geführten Leiterbahnen mit den freiliegenden Kontaktabschnitten (14) der elektrischen Leiter (9) zur Erzielung einer elektrisch leitenden Verbindung.
- f) Positioning a second contacting section ( 13 , 13 ') of the flexible conductor track carrier ( 7 ) with integrated electrical conductor tracks in such a way that the second contact section ( 13 , 13 ') of the conductor track carrier ( 7 ) above the exposed contact sections ( 14 ) of the electrical conductor ( 9 ) comes to rest; and
- g) laser welding or laser soldering of in the second contact processing section ( 13 , 13 ') guided conductor tracks with the exposed contact sections ( 14 ) of the electrical conductors ( 9 ) to achieve an electrically conductive connection.
- - daß bei Schritt d) und/oder Schritt g) die Bodenplatte (1) mit Schaltungsträger (2) in der Laserschweiß- oder Laser lötstation in fester Lage gehalten wird und
- - daß mittels einer optischen Strahlführungsanordnung der La serstrahl von Schweiß-/Lötstelle (X1; X2) zu Schweiß-/Löt stelle (X1; X2) bewegt wird.
- - That in step d) and / or step g) the base plate ( 1 ) with circuit carrier ( 2 ) in the laser welding or laser soldering station is held in a fixed position and
- - That by means of an optical beam guiding arrangement, the laser beam from the welding / soldering point (X1; X2) to the welding / soldering point (X1; X2) is moved.
- - daß die Bodenplatte (1) mit einer Dichtnut versehen ist,
- - daß die Gehäusedichtung (8) mit dem Leiterbahnträger (7) verbunden, insbesondere an diesen angespritzt ist, und
- - daß die Dichtnut im Schritt c) als Positionierhilfe genutzt wird.
- - That the base plate ( 1 ) is provided with a sealing groove,
- - That the housing seal ( 8 ) is connected to the conductor track carrier ( 7 ), in particular molded onto it, and
- - That the sealing groove is used in step c) as a positioning aid.
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