DE3933124A1

DE3933124A1 - Elektronisches geraet mit flexiblem leiterplattenbereich

Info

Publication number: DE3933124A1
Application number: DE19893933124
Authority: DE
Inventors: Karl Schupp; Dieter Dipl Phys Karr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1991-04-11
Also published as: WO1991005452A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät, insbesondere Steuergerät einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einer elektronischen, auf einer Leiterplatte angeordneten Schaltung, der ein viel poliges Steckkontaktelement zugeordnet ist, das ein die Leiterplatte aufnehmendes Gehäuse durchsetzt.

In der Kraftfahrzeugelektronik, insbesondere bei Steuergeräten für Brennkraftmaschinen, ist ein Ge räteschutz vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit usw., erforderlich. Gleichzeitig muß der Aufbau raumsparend ausgebildet sein, da - in Ab hängigkeit vom Fahrzeugtyp - oftmals nur sehr wenig Platz für derartige Komponenten verbleibt. Dabei wird ferner ein möglichst einfacher und damit kostengünstiger Aufbau angestrebt. Gewünscht wird also ein elektronisches Gerät mit dicht schließen dem Gehäuse und kleinen Abmessungen, das dennoch eine umfangreiche elektronische Schaltung unter Be rücksichtigung eines einfachen Aufbaus aufnehmen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektronische Gerät mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß ein besonders raumsparender Aufbau gegeben ist, da die Leiterplatte aus mindestens einem formsteifen, an einem das Steckkontaktelement aufweisenden Deckel des Gehäuses befestigbaren Be reich besteht, von dem mindestens ein flexibler, abgebogener Abschnitt der Leiterplatte ausgeht. Mithin unterteilt sich die Leiterplatte in min destens zwei Teile, nämlich in den formsteifen Be reich sowie in den flexiblen Abschnitt. Hierdurch kann der formsteife Bereich eine Tragfunktion für die gesamte Leiterplatte übernehmen, wobei der flexible Abschnitt in geeigneter Weise derart von dem formsteifen Bereich abgebogen ist, daß die Ge samtschaltung auf geringstem Raum untergebracht werden kann. Ein besonders einfacher und service freundlicher Aufbau ergibt sich dadurch, daß der formsteife Bereich an dem Deckel des Gehäuses be festigt ist. Die gesamte Schaltungsanordnung ist dann für Montage- und Wartungsarbeiten allseitig zugänglich und durch das ebenfalls am Deckel ange ordnete Steckkontaktelement auch ohne Gehäuse voll funktionsfähig. Bei der Endmontage ist somit ledig lich das zugehörige Gehäuse aufzusetzen, ohne daß hierzu besondere Montage- oder weitere Verdrah tungsarbeiten erforderlich wären.

Der flexible Abschnitt kann auf die unterschied lichsten Formgebungen dem formsteifen Bereich zuge ordnet werden. Bevorzugt ist es, wenn der flexible Abschnitt an den formsteifen Bereich herangeklappt und insbesondere sogar um diesen herumgewickelt wird. Mithin bildet der formsteife Bereich quasi einen Kern, der der Kontaktierung zum Steckkontakt element und ferner der Halterung dient und der von dem abgebogenen Abschnitt in raumsparender Weise umgeben ist. Formsteifer Bereich und flexibler Ab schnitt sind aneinander befestigt; die Leiterbahnen beider Teile entsprechend miteinander verbunden. Alternativ kann vorzugsweise jedoch auch so vorge gangen sein, daß sich die Gesamtschaltung auf einem flexiblen Träger befindet, der auch die Leiter bahnen aufweist. Ein Teil dieses Trägers ist mit einer Versteifungsplatte versehen, wodurch der be reits genannte formsteife Bereich entsteht. Dieser dient unter anderem der Befestigung, wobei der üb rige, flexible Anteil der Gesamtschaltung um den starren Bereich herumgelegt oder auch diesem mit entsprechender Faltung (z. B. Ziehharmonika-Fal tung) zugeordnet ist. Hierdurch wird eine kompakte, raumorientierte Ausbildung geschaffen, die nicht - wie bei normalen Leiterplatten üblich-flächen orientiert ist.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vor gesehen, daß der formsteife Bereich als Leiterplat ten-Streifen ausgebildet ist, dessen einer Breit seitenrand dem Deckel zugeordnet ist und von dessen einem Längsseitenrand der flexible Abschnitt aus geht. Es ist selbstverständlich auch möglich, daß beide Längsseitenränder mit einem flexiblen Ab schnitt versehen sind. Auch im Falle von zwei fle xiblen Abschnitten, die von den beiden Längsseiten rändern des starren Leiterplatten-Streifens aus gehen, läßt sich ein kompakter Wickel erstellen, indem beide flexiblen Abschnitte um den formsteifen Bereich herumgewickelt werden. Dieses kann gleich sinnig oder auch gegensinnig erfolgen.

Der zuvor erwähnte Wickel läßt sich besonders raum sparend in einem Gehäuse mit becherartiger Form unterbringen. Gemeint ist die Form in der Art eines Zündspulengehäuses, also mit dosenförmiger Gestalt. Die eine Stirnwandung des Gehäuses wird von dem Deckel gebildet, der sowohl das Steckkontaktelement aufweist als auch die gesamte elektronische Schal tung trägt.

Der Deckel besteht vorzugsweise aus Kunststoff, in den das Steckkontaktelement eingebettet ist. Bei der Herstellung wird das Steckkontaktelement somit mit Kunststoff umspritzt.

Für eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist der Deckel mit einer Abschirmung ver sehen. Diese läßt sich durch eine umspritzte Me tallabschirmung schaffen. Um eine für eine hohe Ab schirmwirkung gegen Störeinstrahlung bzw. gegen die Abgabe von Störstrahlung notwendige elektrische Verbindung zwischen der Deckelabschirmung und dem übrigen Gehäuse zu schaffen, liegt die Metallab schirmung des Deckels an mindestens einer Stelle des Deckelumfangs frei, so daß sie beim Aufsetzen des Deckels auf das übrige, vorzugsweise aus Alu minium- oder Stahlblech bestehende Gehäuse zu die sem in elektrischen Kontakt tritt. Vorzugsweise weist das Gehäuse einen Bördelrand auf. Nach der Zuordnung des Deckels läßt sich die Metallabschir mung beim Bördelvorgang zwangsläufig mit dem übri gen Gehäuse kontaktieren.

Für eine hohe Funktionssicherheit ist eine das freie Ende des formsteifen Bereich festlegende Lagefixierung vorgesehen. Damit erhält die Leiter platte eine beidseitige Abstützung, da das eine Ende des formsteifen Bereichs am Deckel festliegt und das andere Ende durch die erwähnte Lagefixie rung zur Vermeidung von Vibration und dergleichen, die insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik auf treten, gehalten ist.

Die Lagefixierung kann insbesondere durch Einprä gungen des Gehäusebodens gebildet werden, an denen sich der formsteife Leiterplatten-Streifen ab stützt. Insbesondere ist es möglich, beidseitig der Leiterplattenober- und -unterseite jeweils eine oder mehrere Einprägungen vorzusehen, so daß der starre Leiterplatten-Streifen zwischen diesen Ein prägungen aufgenommen wird. Anstelle der Einprä gungen können auch auf beliebige Art erzeugte Vor sprünge vorgesehen sein. Unter den zuvor genannten Einprägungen sind - vom Gehäuseäußeren her betrach tet - Vertiefungen zu verstehen, die im Inneren des Gehäuses zu Vorsprüngen führen. Alternativ kann je doch auch - vom Gehäuseinneren her betrachtet - eine Nut in den Gehäuseboden eingeprägt werden, die den Endbereich des formsteifen Leiterplattenteils auf nimmt.

Schließlich ist es jedoch auch möglich, daß die La gefixierung von einem dem inneren Gehäusemaß ange paßten, am Endbereich des Leiterplatten-Streifens angreifenden Formteil gebildet werden. Dieses Form teil stellt ein Zusatzteil dar, das beispielsweise aus Kunststoff in Spritztechnik hergestellt sein kann.

Um die elektronische Schaltung vor Erschütterungen und auch vor Kurzschlüssen zu bewahren, kann dem flexiblen Abschnitt eine Zwischenlage zugeordnet werden. Diese befindet sich zwischen dem formstei fen Bereich und dem flexiblen Abschnitt und/oder auch zwischen den Lagen des flexiblen Abschnitts bzw. den beiden flexiblen Abschnitten, sofern ein derartiger Aufbau vorgesehen ist. Bei einer als Wickel oder dergleichen ausgebildeten Leiterplatte bildet die Zwischenlage eine isolierende und vibra tionsdämpfende Einlage.

Insbesondere kann die Zwischenlage flüssigkeits durchlässig ausgebildet sein. Im Falle einer Fül lung des Gehäuses mit einer elektrisch nichtleiten den Flüssigkeit, insbesondere Öl, ist dann eine einwandfreie Konvektion bei der Wärmeabfuhr ge geben. Eine Erwärmung wird insbesondere von Leistungsbauelementen der elektronischen Schaltung hervorgerufen. Bevorzugt kann jedoch das Gehäuse auch von der Flüssigkeit durchströmt werden. Sofern die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs als Diesel motor ausgebildet ist, kann als Flüssigkeit Diesel kraftstoff verwendet und durch das Gehäuse geleitet werden.

Derartige wärmeerzeugende und/oder schwere Bau elemente der elektronischen Schaltung werden vor zugsweise auf dem formsteifen Bereich der Leiter platte montiert. Für eine besonders effektive Küh lung können sich die wärmeerzeugenden Bauelemente auf mindestens einem Kühlkörper befinden. Dieser wird von einem vorzugsweise metallischen Kühlstrei fen gebildet, der dem formsteifen Bereich der Lei terplatte zugeordnet ist, insbesondere zumindest an einem Abschnitt des formsteifen Bereichs flächig anliegt.

Besonders gute Wärmeabführeigenschaften ergeben sich dann, wenn der Kühlstreifen wärmeleitend mit dem Gehäuse verbunden ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung sind beidseitig des formsteifen Bereichs U-förmige Kühlstreifen angeordnet, die sich mit ihren einen Schenkeln an dem Bereich und mit ihren anderen Schenkeln an der Innenwand des Gehäuses ab stützen. Die von den auf dem einen Schenkel ange ordneten, wärmeerzeugenden Bauelementen (insbeson dere Leistungshalbleitern) erzeugte Wärme wird über den Steg jedes U-förmigen Kühlstreifens zum anderen Schenkel übertragen und geht dort auf das Gehäuse über, was eine großflächige, effektive Wärmeabgabe garantiert.

Vorzugsweise ist der formsteife Bereich der Leiter platte als Metallkernleiterplatte ausgebildet. Auch kompliziert aufgebaute Schaltungen lassen sich da mit ohne Schwierigkeiten durch ein geeignetes Layout realisieren.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht durch ein mit Gehäuse versehenes elektronisches Gerät,

Fig. 2 ebenfalls eine Längsschnittansicht ent sprechend der Darstellung gemäß Fig. 1, wobei der Schnitt jedoch quer durch eine im Gehäuse angeordnete Leiterplatte verläuft,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechenden Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine weitere der Fig. 3 entsprechende Dar stellung eines dritten Ausführungsbei spiels,

Fig. 5 einen Querschnitt durch das elektronische Gerät und

Fig. 6 nochmals einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Fig. 1 zeigt ein elektronisches Gerät 1, das als Steuergerät einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Es weist auf einer Lei terplatte 2 eine elektronische Schaltung auf. Diese ist mit einem vielpoligen Steckkontaktelement 3 elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 2 ist von einem dicht schließenden Gehäuse 4 umgeben.

Das Gehäuse besteht aus einem Deckel 5 und einem übrigen Gehäusebereich 6, der eine becherartige Form besitzt. Insgesamt weist das Gehäuse 4 eine dosenförmige Gestalt, vorzugsweise mit kreis förmigem Querschnitt, auf.

Die Leiterplatte 2 besteht aus zwei zusammenhängen den Teilen, und zwar aus einem formsteifen Bereich 7 und einem - in der Fig. 1 nicht dargestellten - flexiblen Abschnitt 8 (vgl. Fig. 5 und 6). Beide Teile der Leiterplatte 2 sind mit Leiterbahnen ver sehen und mit Bauelementen bestückt. Der flexible Abschnitt der Leiterplatte 2 geht von einem der Langsseitenränder 9 des formsteifen Bereichs 7 aus, der vorzugsweise als Leiterplatten-Streifen 10 aus gebildet ist. Der Leiterplatten-Streifen 10 ist mit seinem einen Breitseitenrand 11 an dem Deckel 5 be festigt. Der flexible Abschnitt 8 ist für einen raumsparenden Aufbau um den formsteifen Bereich 7 herumgewickelt (Fig. 5 und 6). Die Halterung des flexiblen Abschnitts 8 erfolgt somit an dem form steifen Bereich, der wiederum an dem Deckel 5 be festigt ist.

Der Deckel 5 besteht vorzugsweise aus Kunststoff, in den das Steckkontaktelement 3 eingebettet ist. Bei der Herstellung wird somit das Steckkontakt element 3 mit Kunststoff umspritzt. Der Deckel 5 weist ferner für eine hohe elektromagnetische Ver träglichkeit eine Abschirmung auf. Diese kann als eine in den Deckel 5 eingebettete Metallabschirmung ausgebildet sein. Insbesondere liegt die Metallab schirmung an mindestens einer Stelle des Deckels 5 frei, so daß beim Aufsetzen des Deckels 5 auf den Gehäusebereich 6 - der vorzugsweise aus Aluminium oder Stahlblech besteht - zu diesem eine elektrische Verbindung besteht. Das Verschließen erfolgt vor zugsweise durch einen Bördelvorgang, das heißt, der Rand des becherförmigen Gehäusebereichs 6 wird un ter Kontaktierung mit der Abschirmung des Deckels 5 und dichtem Verschluß des Gehäuses 2 umgebördelt. Die Leiterplatte 2 wird freistehend im Gehäuse inneren an dem Deckel 5 gehalten. An der Innenseite des Deckels 5 sind zur Befestigung des formsteifen Bereichs 7 insbesondere Schrauben oder auch Nieten vorgesehen. Die Kontakte des Steckkontaktelements 3 sind dem formsteifen Bereich 7 derart zugeordnet, daß sie direkt in entsprechende Bohrungen des star ren Leiterplattenabschnitts hineinragen und dort mit den Leiterbahnen kontaktiert sind.

Wärmeerzeugende und/oder schwere Bauelemente (ins besondere Leistungshalbleiter) der elektronischen Schaltung sind auf dem formsteifen Bereich 7 der Leiterplatte 2 montiert. Gemäß Fig. 2 sind für die Wärmeabfuhr Kühlkörper 12 vorgesehen, auf denen die wärmeerzeugenden Bauelemente 13 sitzen. Jeder Kühl körper 12 wird von einem metallischen Kühlstreifen 14 gebildet, der U-förmig ausgebildet ist. Er weist einen Schenkel 15 auf, der auf der Ober- bzw. Un terseite des formsteifen Bereichs 7 der Leiter platte 2 flächig aufliegt und in einen rechtwinklig abgebogenen Steg 16 übergeht. An den Steg 16 schließt sich ein rechtwinklig abgebogener weiterer Schenkel 17 an, dessen Schenkellänge kürzer als die des Schenkels 15 ist. Der Steg 16 steht mit dem Deckel 5 und der Schenkel 17 mit der inneren Man telwand des Gehäusebereichs 6 großflächig in Berüh rung, so daß die von den Bauelementen 13 erzeugte Wärme an das Gehäuse 4 abgeleitet wird. Die Kühl streifen, die insbesondere aus Kupfer oder Alu minium bestehen, sorgen nicht nur für eine Wärmeab fuhr, sondern stabilisieren gleichzeitig die Lage der Leiterplatte 2 im Inneren des Gehäuses 4.

Gemäß Fig. 3 kann im Inneren des Gehäuses 4 und zwar im Bereich des Gehäusebodens 18 ein Formteil 19 vorgesehen sein, das aus Kunststoff besteht und eine Ausnehmung 20 zur Aufnahme des dem Deckel 5 abgewandten, formsteifen Leiterplattenbereichs dient. Das Formteil 19 ist dem inneren Gehäusemaß angepaßt, so daß eine vibrationsfreie Halterung der Leiterplatte 2 gewährleistet ist. Alternativ ist gemäß Fig. 2 auch eine Lagefixierung 22 des freien Endes 23′ des formsteifen Bereichs 7 dadurch mög lich, daß der Gehäuseboden 18 mit Einprägungen 23 versehen ist. Vorzugsweise sind zwei benachbart zu einander ausgebildete Einprägungen 23 derart vor gesehen, daß diese im Gehäuseinneren zwei Vor sprünge 24 bilden, zwischen denen der formsteife Bereich 7 spielfrei aufgenommen wird.

Zur Beseitigung einer Kurzschlußgefahr und/oder auch zur Lagefixierung ist dem flexiblen Abschnitt 8 eine Zwischenlage 25 zugeordnet. Diese umgreift den formsteifen Bereich 7 und ist - zwischen den einzelnen Lagen des flexiblen Abschnitts 8 liegend - um den starren Leiterplattenbereich herumgewickelt. Insbesondere ist die Zwischenlage 25 flüssigkeits durchlässig ausgebildet und das Gehäuse 4 mit einer Ölfüllung versehen. Hierdurch ist eine auf Konvek tion beruhende Ölkühlung gegeben, wodurch eine aus gezeichnete Wärmeabfuhr erfolgt.

Claims

1. Elektronisches Gerät, insbesondere Steuergerät einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einer elektronischen auf einer Leiterplatte angeordneten Schaltung, der ein vielpoliges Steckkontaktelement zugeordnet ist, das ein die Leiterplatte aufnehmen des Gehäuse durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (2) aus mindestens einem form steifen, an einem das Steckkontaktelememt (3) auf weisenden Teil, insbesondere einem Deckel (5), des Gehäuses (4) befestigbaren Bereich (7) besteht, von dem mindestens ein flexibler, abgebogener Abschnitt (8) der Leiterplatte (2) ausgeht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (8) um den formsteifen Bereich (7) herumgewickelt ist.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der formsteife Bereich (7) als Leiterplatten-Streifen (10) ausgebildet ist, dessen einer Breitseitenrand (11) dem Deckel (5) zugeordnet ist und von dessen Längsseitenrand (9) bzw. von dessen Längsseitenrändern (9) min destens ein flexibler Abschnitt (8) ausgeht.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) eine becherartige Form besitzt.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) aus Kunststoff mit eingebettetem Steckkontaktelement (3) besteht.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) eine EMV-Abschirmung aufweist.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) eine um spritzte Metallabschirmung aufweist.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallabschirmung an mindestens einer Stelle des Deckelumfangs frei liegt und beim Aufsetzen des Deckels (5) auf das übrige, vorzugsweise aus Aluminium- oder Stahlblech bestehende, Gehäuse (4) zu diesem in elektrischen Kontakt tritt.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine das freie Ende (23′) des formsteifen Bereichs (7) haltende Lagefixierung.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagefixierung von Einprägungen (23) des Gehäuses (18) gebildet wird.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagefixierung von einem dem inneren Gehäusemaß angepaßten, am freien Randbereich (21) des Leiterplatten-Streifens (10) angreifenden Formteil (19) gebildet wird.

12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem flexiblen Abschnitt (8) eine Zwischenlage (25) zur Lagefixierung und/oder Beseitigung einer Kurzschlußgefahr zuge ordnet ist.

13. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (25) flüssigkeitsdurchlässig ist.

14. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit, insbesondere Öl, gefüllt ist oder von der Flüssigkeit, insbeson dere Dieselkraftstoff, durchströmt wird.

15. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wärmeerzeugende und/oder schwere Bauelemente der elektronischen Schaltung auf dem formsteifen Bereich (7) der Lei terplatte (2) montiert sind.

16. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die wärmeer zeugenden Bauelemente (13) auf mindestens einem Kühlkörper (12) befinden.

17. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (12) von wenigstens einem, vorzugsweise metallischen Kühl streifen (14) gebildet wird, der zumindest an einem Abschnitt des formsteifen Bereichs (7) flächig an liegt.

18. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlstreifen (14) wärmeleitend mit dem Gehäuse (4) verbunden ist.

19. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des form steifen Bereichs (7) U-förmige Kühlstreifen (14) angeordnet sind, die sich mit ihren einen Schenkeln (15) an dem Bereich (7) und mit ihren anderen Schenkeln (17) an der Innenwand des Gehäuses (4) abstützen.

20. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der formsteife Bereich (7) der Leiterplatte (2) als Metallkernleiterplatte ausgebildet ist.