JP2009522758A - 電子モジュールならびに該電子モジュールを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

基体（５４）を有する導電性の第１の基板（１６）が設けられており、該第１の基板（１６）上に導電性の第２の基板（１８）が固定されており、少なくとも１つの出力構成エレメントが設けられており、該出力構成エレメントが、第１の基板（１６）上に配置されており、第２の基板（１８）の、第１の基板（１６）とは反対の側の面（３２）に別の構成部分（４０）が装着されており、この場合、第２の基板（１８）が、第１の基板（１６）の基体（５４）よりも小さな基面（１９）を有しており、出力構成エレメント（２２）が、第２の基板（１８）の外周面（７０）の外部で、第２の基板（１８）に並んで、第１の基板（１６）に固定されていることを特徴とする電子モジュール（１０）、ならびに該電子モジュールを有する電動モータ（１２）、ならびに該電子モジュールの製造方法。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の電子モジュール、すなわち特に電動モータを制御するための電子モジュールであって、基体を有する導電性の第１の基板が設けられており、該第１の基板上に導電性の第２の基板が固定されており、少なくとも１つの出力構成エレメントが設けられており、該出力構成エレメントが、第１の基板上に配置されており、第２の基板の、第１の基板とは反対の側の面に別の構成部分が装着されている形式のものに関する。さらに本発明は、このような電子モジュールを有する電動モータに関する。さらに本発明は、このような電子モジュールを製造するための方法に関する。

背景技術
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３５２０７９号明細書に基づき、変速機ハウジングの内部に配置されている電子モジュールを有する電動モータが公知である。電子モジュールはこの場合、サンドイッチ構造で形成されており、導電性の第１の基板である打抜き格子体と、導電性の第２の基板との間には、複数の電子出力構成エレメントが配置されている。これらの出力構成エレメントはその上側および下側の表面を介して、導電性の第１第２の両基板に直接に結合されている。第１の基板は、はんだ付けまたは導電性の接着剤を用いて第２の基板に結合されている。このようなサンドイッチ構造の欠点は、唯一つの出力構成エレメントしか使用されない場合、または互いに異なる高さの複数の出力構成エレメントが使用される場合に、極めて大きな手間をかけないと両基板が互いに平行に位置調整され得ないか、もしくは半導体構成エレメントと両基板との間のコンタクティングが、極めて信頼性良く形成され得ないことにある。

発明の開示
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による電子モジュール、すなわち第２の基板が、第１の基板の基体よりも小さな基面を有しており、出力構成エレメントが、第２の基板の外周面の外部で、第２の基板に並んで、第１の基板に固定されていることを特徴とする電子モジュールおよび請求項１３の特徴部に記載の特徴を有する本発明による製造方法、すなわち、以下のステップ：
−基体と、該基体に一体成形された外側の突出部とを備えた第１の基板、特に打抜き格子体上に、前記基体の外側の縁範囲で複数の出力構成エレメント、特にトランジスタおよび／またはダイオードをはんだ付けするか、または導電性に接着し、
−第１の基板の基体よりも小さな基面を備えた第２の基板、特にハイブリッドセラミックに、前もって電子構成部分を装着し、第２の基板を第１の基板の自由な範囲に電気的に絶縁性に接着し、
−こうして形成された複合体を炉プロセスによって硬化させ、
−その後に、出力構成エレメントの相互の間および／または出力構成エレメントと第１の基板および／または第２の基板との間に、電気的なボンディング結合部を形成し、
−第１の基板の基体の周囲にプラスチックボディを固着射出成形して該基体を第２の基板と共にプラスチックボディ内に埋め込み、ただしこの場合、該プラスチックボディから突出部を自由に突出させる、
よりなるステップを実施することを特徴とする、電子モジュールを製造するための方法には、次のような利点がある。すなわち、第１の基板の基面よりも小さな基面を有する第２の基板の形成により、出力構成エレメントを第２の基板に並んで第１の基板に取り付けることができる。これにより、第１第２の両基板の間に種々異なる高さを有する構成部分が存在することなしに、第２の基板を直接に第１の基板上に配置することができる。これにより、電子モジュールの全構成高さを減少させることができ、そして両基板の正確な平行な位置調整を得ることができる。出力構成エレメントはこの場合、水平方向において第２の基板に並んで直接に第１の基板にはんだ付けされ得る。

出力構成エレメントは固有のプラスチックハウジングを有しないので、これらの出力構成エレメントははんだ付けまたは接着によって第１の基板に固定され得る。この場合、出力構成エレメントの裏面は直接に基板に結合される。このためには、接合型を使用することができる。第１の基板は出力構成エレメントと共にこの接合型に挿入される。

出力構成エレメントを打抜き格子ストリップ（リードフレーム）にはんだ付けするために、たとえばダイアタッチ法（Die-Attach-Verfahren）が使用されると、専用の接合型は必要とならず、これにより製作プロセスは単純化される。

第１の基板と第２の基板との間の結合のためには、電気的に絶縁性の接着剤が使用されると有利である。これにより、両基板の間の間隔が小さな場合でも、望ましくない漏れ電流が流れないことが保証されている。

両基板はその場合、電気的なコンタクティングのためにボンディングワイヤによって互いに結合される。出力構成エレメントはボンディングワイヤによって第１の基板および／または第２の基板にも電気的にコンタクティングされるので好都合である。

第１の基板としては、金属製の打抜き格子体が使用されると有利である。この打抜き格子体は基体と、該基体に一体成形された複数の突出部とを有している。これらの突出部は少なくとも部分的に取付けエレメントとして、たとえば孔を持って形成されており、この孔によって打抜き格子体は製造プロセス時に接合型内に固定され得る。

別の有利な構成では、第２の基板がハイブリッドセラミックとして形成されている。このハイブリッドセラミックには第１の基板への組付け前に種々異なる電子構成部分が装着されている。第２の基板は大型ボード（Gross-Karte）の形で極めて廉価に製造され得る。これにより、一連の製作ステップを同時に平行に行うことができる。

出力構成エレメントは有利な１構成ではトランジスタ、特に固有のプラスチックハウジングを有しないパワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴとして形成されている。これにより、電子モジュールを極めてコンパクトに形成することができる。この場合、全ての電子構成部分は、引き続き、これらの電子構成部分に固着するように固着射出成形されたプラスチックボディによって保護される。また、出力構成エレメントとしてダイオードも廉価に使用され得る。

出力構成エレメントにおいて発生された熱が電子モジュールから効果的に導出され得るようにするために、出力構成エレメントは第２の（ロジック）基板に対して相対的に対称的に配置される。このためには、このロジック基板が有利には第１の基板の中央に配置され、出力構成エレメントが第１の基板の周囲を巡るように対称的に分配される。

当該電子モジュールは電動モータの電子制御装置として使用するために特に有利である。なぜならば、電気的および機械的なインタフェースを１つの電子モジュール内にコンパクトに結合することによって当該電子モジュールが直接に電動モータのコレクタおよび位置信号発生器の範囲に配置され得るからである。当該電子モジュールに炭素ブラシを付加的に組み込むことにより、振動の遮断によって騒音発生を著しく減少させることができる。電子モジュールハウジングを、固着射出成形されたプラスチックボディとして形成することにより、当該電子モジュールは機械的に安定したユニットを成しており、このユニットは電動モータの変速機ハウジングの内部で自己支持性を持って極めて可変に組み込まれ得る。

打抜き格子体をプラスチックボディの内部で唯一つの水平な平面において第２の基板に対して一定の間隔を置いて配置することが特に好都合となる。一方では、打抜き格子体を唯一つの平坦な平面として、より簡単に製造することができ、他方ではこれによって第１の基板（打抜き格子体）における第２の基板および出力構成エレメントの取付けが簡単となる。

本発明による製造方法によって、特に電動モータにおける電子制御装置としての使用のために適したコンパクトな電子モジュールを極めて廉価に製造することができる。第２の基板の輪郭に相当する打抜き格子体の基体の範囲で、打抜き格子体に構成エレメントが配置されないと、第２の基板をこの範囲において、打抜き格子体に対して極めて小さな間隔を置いて正確に位置調整して該打抜き格子体に接着することができる。電気的な接続がボンディングワイヤによって実現されるので、両基板の結合のために絶縁性の接着剤を使用することができるので好都合である。引き続き別のプロセスステップにおいてこの絶縁性の接着剤を硬化させることができる。電子モジュールのハウジングとしてプラスチックボディが固着射出成形されると、両基板はこのプラスチックボディによって極めて信頼性良く取り囲まれる。なぜならば、両基板の間の小さな空隙を射出成形により埋める必要がないからである。

当該電子モジュールの組付け時に、打抜き格子体に一体成形された、当該電子モジュールを電動モータに結合するための取付け手段は同時に、接合装置内での位置固定のためにも使用され得る。これにより、構成部品、特に出力半導体を、正確にかつ信頼性良く第１の基板に固定することができる。

図面
以下に、本発明による装置の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、電子モジュールの概略的な断面図であり、
図２は、相応する電子モジュールの平面図であり、
図３は、電子モジュールの概略的な配置を有する電動モータを示す図である。

実施例の説明
図１には、電子モジュール１０として形成された電子ユニット１０の概略的な構造が、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図で図示されている。下側の第１の基板１６として、たとえば銅薄板から打抜き加工、曲げ加工および押込み加工によって種々異なるセグメント２０を備えた打抜き格子体１４が成形されている。この打抜き格子体１４上には、出力構成エレメント２２としてダイオード２４またはトランジスタ２６、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴ２８が配置されている。これらの出力構成エレメント２２は互いに異なる構成高さ２３を有している。上側の第２の基板１８としてはセラミック基板３０が配置されており、このセラミック基板３０は、導体路３４の形に形成されている金属製の被覆体３２を備えている。第２の基板１８の、打抜き格子体１４とは反対の側のこの被覆体３２上には、電子構成エレメント４０、たとえばマイクロプロセッサ４２、位置センサ４４およびＳＭＤ構成部分４６が配置されている。これらの電子構成エレメント４０は一緒になって、電動モータ１２を制御するためのロジック部分４８を形成している。電子構成エレメント４０は第２の基板１８の組付けの前にＳＭＤ法またはフリップチップ技術によってこの第２の基板１８に被着されている。第２の基板１８は次いで、電気的に絶縁性の接着剤３６によって第１の基板１６に直接に結合されており、この場合、第１第２の両基板１６，１８の間には電子構成エレメント４０が配置されていない。第１の基板１６は上側の表面３８を有しており、この上側の表面３８は、少なくとも第２の基板１８が接触している範囲３９全体にわたって、唯一つの水平な平面３７に延びている。出力構成エレメント２２は打抜き格子体１４に固くはんだ付けされており、この場合、出力構成エレメント２２の下側の基面５０は、はんだ５２の影響を受けて打抜き格子体１４に直接に接触する。

図２には、第２の基板１８に対する第１の基板１６の相対的な配置が概略的に図示されている。打抜き格子体１４として形成された第１の基板１６は個々のセグメント２０を有している。これらのセグメント２０はダムバー６０（破線）によって互いに結合されており、この場合、打抜き格子体１４は連繋した部分としてまず第２の基板１８に結合され、引き続きその周囲にプラスチックボディ６２を射出成形されてこのプラスチックボディ６２内に埋め込まれ得る。このプラスチックボディ６２は、特に低圧エポキシ樹脂材料を用いたトランスファモールディング法で製造され得る。このときに、打抜き格子体１４として形成された第１の基板１６は基体５４を有しており、この基体５４は電子モジュール１０の製造完了後に完全にプラスチックボディ６２の内部に位置する。基体５４には複数の突出部５６が一体成形されており、これらの突出部５６は別のモータ構成部分６４との電気的および機械的なインタフェース５８を形成している。これらの突出部５６は電子モジュール１０の取付けエレメント６６として形成されている。これらの取付けエレメント６６は、たとえば孔６８を有しており、これらの孔６８を用いて第１の基板１６は、電子モジュール１０の製作プロセス中でも接合型内に位置固定可能となる。第２の基板１８は基面１９を有しており、この基面１９は第１の基板１６の基体５４よりも小さく形成されている。第２の基板１８は下側の基体５４の真ん中の範囲３９においてこの基体５４に固定されている。第２の基板１８の外周面７０の外部では、出力構成エレメント２２が、外側の縁範囲５５で第１の基板１６に固くはんだ付けされており、これにより出力構成エレメント２２は水平方向で第２の基板１８に隣接して配置されている。電子モジュール１０は、たとえば４つの出力構成エレメント２２を有している。これら４つの出力構成エレメント２２は第２の基板１８に対して点対称的に配置されている。出力構成エレメント２２はボンディングワイヤ７４によって互いにかつ第２の基板１８に結合されており、この場合、電気的な接続部７２も第２の基板１８に対して対称的に配置されている。ボンディングワイヤ７４は出力構成エレメント２２の上面７６にコンタクトされている。概略的に図示されているプラスチックボディ６２はこの場合、第２の基板１８と、出力構成エレメント２２およびボンディングワイヤ７４を備えた第１の基板１６の基体５４とを完全に取り囲んでいる。プラスチックボディ６２は、このプラスチックボディ６２の固着射出成形後にダムバー６０が打抜き加工によって除去され得るように、ひいては個々のセグメント２０がもはや互いに導電接続されなくなるように寸法設定されている。プラスチックボディ６２からは、打抜き格子体１４の種々の突出部５６が突出している。突出部５６の一部は電流接続および信号接続のためのコネクタピン８０として形成されており、別の突出部５６は外部の電気的なコンポーネント６４のための電気的なコンタクト個所８２として形成されている。２つの別の突出部５６はＵ字形ばね部材８４として形成されている。これらのＵ字形ばね部材８４には炭素ブラシ８６が配置されている。これらの炭素ブラシ８６はアーマチュアシャフト９０のコレクタ８８と協働する。１つの別の突出部５６は、電磁的な外乱に対するシールドエレメントへの電気的および機械的な結合部材８２として形成されている。

図３には、変速機の駆動ユニット１１が図示されている。この駆動ユニット１１では、電動モータ１２がアーマチュアシャフト９０によってその全長にわたりハウジング９２内に支承されている。アーマチュアシャフト９０には、第１の変速機エレメント９４が支承されており、この第１の変速機エレメント９４は第２の変速機エレメント９５と連結されていて、駆動トルクを出力ピニオンへ伝達する。この出力ピニオンは、たとえば自動車に設けられた窓ガラスまたはスライドルーフを駆動する。通電のためには、アーマチュアシャフト９０にコレクタ８８が配置されており、このコレクタ８８は炭素ブラシ８６とスリップ接続されている。炭素ブラシ８６はＵ字形ばね部材８４を介して電子モジュール１０に結合されている。導電性の打抜き格子体１４の突出部５６は固着射出成形されたプラスチックボディ６２から自由端部として突出していて、Ｕ字形ばね部材８４ならびに図示されていないコンポーネント６４の電気的および機械的なコンタクティングのための電気的および機械的な接続部８２を形成している。電子モジュール１０は打抜き格子体１４の他に第２の基板１８に種々の電子構成エレメント４０、たとえばマイクロプロセッサ４２または位置検出センサ４４を有しており、この位置検出センサ４４はア―マチュアシャフト９０に設けられた位置信号発生器４５と協働する。組み込まれたＵ字形ばね部材８４を備えた導電性の打抜き格子体１４は、変速機構成部分９４，９５とアーマチュアシャフト９０とが半径方向でハウジング９２内に挿入された後に、アーマチュアシャフト９０に対して半径方向でハウジング９２内に組み付けられている。プラスチックボディ６２の射出成形時にこのプラスチックボディ６２内に埋め込まれた位置検出センサ４４と、アーマチュアシャフト９０に配置された位置信号発生器４５、たとえばマグネットリング４５との間の最小間隔を得るためには、プラスチックボディ６２が、小さな間隔を置いて位置信号発生器４５に対して直接に半径方向で向かい合って配置されている。電子モジュール１０はこの場合、ハウジング９２内に圧入されるか、またはねじ固定される（孔６８を用いて）。択一的には、電子モジュール１０をプラスチックの射出成形によりプラスチック内に埋め込むか、または第２のハウジング部分によって締付け固定することができる。

念のため付言しておくと、図示の実施例に関しては、個々の特徴の種々の組合せが可能となる。すなわち、電子構成エレメント４０の選択を、相応する使用に適合させることができる。インタフェース５８として形成された突出部５６の代わりに、これらのインタフェースは相応するモータ構成部分６４または外部の電気コンポーネントとワンピースに一体に形成されていてもよい。導電性の打抜き格子体１４の製造は打抜き加工に限定されているわけではない。本発明による装置は、特に窓ガラスまたはスライドルーフの電気的な調節駆動装置において使用されると有利である。しかし、本発明による電子モジュール１０はＥＣモータ、弁制御装置または点火コイルのためにも使用され得る。

電子モジュールの概略的な断面図である。 相応する電子モジュールの平面図である。 電子モジュールの概略的な配置を有する電動モータを示す図である。

Claims (15)

1. 特に電動モータ（１２）を制御するための電子モジュール（１０）であって、基体（５４）を有する導電性の第１の基板（１６）が設けられており、該第１の基板（１６）上に導電性の第２の基板（１８）が固定されており、少なくとも１つの出力構成エレメントが設けられており、該出力構成エレメントが、第１の基板（１６）上に配置されており、第２の基板（１８）の、第１の基板（１６）とは反対の側の面（３２）に別の構成部分（４０）が装着されている形式のものにおいて、第２の基板（１８）が、第１の基板（１６）の基体（５４）よりも小さな基面（１９）を有しており、出力構成エレメント（２２）が、第２の基板（１８）の外周面（７０）の外部で、第２の基板（１８）に並んで、第１の基板（１６）に固定されていることを特徴とする電子モジュール。
2. 出力構成エレメント（２２）が、第１の基板（１６）にはんだ付けされているか、または特に接合型の使用下に、導電性に接着されている、請求項１記載の電子モジュール。
3. 出力構成エレメント（２２）が、ダイアタッチ法によって第１の基板（１６）に導電性に結合されている、請求項１または２記載の電子モジュール。
4. 第２の基板（１８）が、電気的に絶縁性に第１の基板（１６）に接着されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電子モジュール。
5. 出力構成エレメント（２２）相互の間の、かつ／または出力構成エレメント（２２）と第２の基板（１８）および／または第１の基板（１６）との間の電気的な接続部（７２）が、ボンディングワイヤ（７４）として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電子モジュール。
6. 第１の基板（１６）が、打抜き格子体（１４）および該打抜き格子体（１４）に一体成形された取付けエレメント（６６）として形成されており、該取付けエレメント（６６）が、同時に打抜き格子体（１４）を接合型内に位置固定するためにも使用可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子モジュール。
7. 第２の基板（１８）がハイブリッドセラミック（１７）として形成されており、該ハイブリッドセラミック（１７）上に電子構成部分（４０）としてマイクロプロセッサ（４２）および／または制御ロジック（４８）および電動モータ（１２）のアーマチュアシャフト（９０）のための位置センサ装置（４４）が配置されており、前記電子構成部分（４０）が、ＳＭＤ技術またはフリップチップ技術で可変にはんだ付け技術または導電性接着剤技術によって装着可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子モジュール。
8. 出力構成エレメント（２２）が、ベア−ダイエレメントとしてハウジングなしに、特にパワーＭＯＳＦＥＴ（２８）として形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子モジュール。
9. 出力構成エレメント（２２）が、基体（５４）の縁範囲（５５）で第２の基板（１８）に対してほぼ対称的に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電子モジュール。
10. 第１の基板（１６）上に正確に１つの出力構成エレメント（２２）と、電流測定のための１つのシャントとがはんだ付けされているか、または導電性に接着されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電子モジュール、特に点火コイルの点火モジュール。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項記載の電子モジュール（１０）を備えた電動モータ（１２）において、第１の基板（１６）の基体（５４）と、第２の基板（１８）とが、一緒になって、プラスチックボディ（６２）の射出成形時に該プラスチックボディ（６２）内に埋め込まれており、ただし別のモータ構成部分（６４）を結合するための電気的および／または機械的なインタフェース（５８）を形成するために、前記基体（５４）に一体成形された突出部（５６）がプラスチックボディ（６２）から突出していることを特徴とする、電子モジュールを備えた電動モータ。
12. 第１の基板（１６）が第２の基板（１８）に向かって平坦な表面（３８）を有しており、該表面（３８）が、少なくともプラスチックボディ（６２）の内部で、唯一つの水平な平面（３７）に一貫して延びている、請求項１１記載の電動モータ。
13. 特に請求項１から１０までのいずれか１項記載の電子モジュール（１０）を製造するための方法において、以下のステップ：
    −基体（５４）と、該基体（５４）に一体成形された外側の突出部（５６）とを備えた第１の基板（１６）、特に打抜き格子体（１４）上に、前記基体（５４）の外側の縁範囲（５５）で複数の出力構成エレメント（２２）、特にトランジスタ（２６）および／またはダイオード（２４）をはんだ付けするか、または導電性に接着し、
    −第１の基板（１６）の基体（５４）よりも小さな基面（１９）を備えた第２の基板（１８）、特にハイブリッドセラミック（１７）に、前もって電子構成部分（４０）を装着し、第２の基板（１８）を第１の基板（１６）の自由な範囲（３９）に電気的に絶縁性に接着し、
    −こうして形成された複合体を炉プロセスによって硬化させ、
    −その後に、出力構成エレメント（２２）の相互の間および／または出力構成エレメント（２２）と第１の基板（１６）および／または第２の基板（１８）との間に、電気的なボンディング結合部（７４）を形成し、
    −第１の基板（１６）の基体（５４）の周囲にプラスチックボディ（６２）を固着射出成形して該基体（５４）を第２の基板（１８）と共にプラスチックボディ（６２）内に埋め込み、ただしこの場合、該プラスチックボディ（６２）から突出部（５６）を自由に突出させる
    よりなるステップを実施することを特徴とする、電子モジュールを製造するための方法。
14. 第１の基板（１６）に出力構成エレメント（２２）をはんだ付けするか、または接着し、かつ／または第１の基板（１６）に第２の基板（１８）を接着するために、第１の基板（１６）を接合装置に挿入し、特に第１の基板（１６）に一体成形された取付け手段（６６）、有利には孔（６８）によって、前記接合装置に位置固定する、請求項１３記載の方法。
15. 出力構成エレメント（２２）をダイアタッチ法によって第１の基板（１６）に導電性に結合する、請求項１３または１４記載の方法。

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