JP2010532848A - 簡単化された構造を有する集積型メカトロニック変速機制御装置のための電子モジュールの使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、集積型メカトロニック変速機制御装置のための、ハウジングカバー（３）と少なくとも１つの多層プリント基板（５）とを備える電気モジュール（１）を、ハウジング内部空間とハウジング（２）の外部に位置するコンポーネントとの間の電気的接続体として使用する使用方法に関し、前記多層のプリント基板（５）は、中央制御電子装置の電子構成素子（６）のための回路支持体であると同時に、底部プレート（４）への熱的接続体でもある。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載した、変速機制御装置のため、とりわけ自動車産業における変速機またはエンジン制御装置のための電子モジュールの使用方法に関する。

自動車技術においては、変速機システム、エンジンシステム、またはブレーキシステムのようなコンポーネントは、特に電子的に制御されることが多くなってきている。これに関して、集積的かつメカトロニカルな制御装置に向けた開発、すなわち制御電子機器、および、センサまたは弁のような付属の電子コンポーネントを、変速機、エンジン、またはブレーキシステムへと一体化ないし集積させるための開発が行われている。制御装置は、一般的に多数の電子コンポーネントを有しており、これらの電子コンポーネントは、制御装置の外部にある別のコンポーネントと接続されている。このような"周辺（独立型）電子機器"の場合は、制御装置はもはや別個に保護された電子空間内に収容されておらず、したがって相応の環境影響、および、機械的、熱的ならびに化学的な要求に耐えなければならない。

このためこれらは通常、特別なハウジングの中に設けられる。これに加えて、ハウジングは重要なシールド機能を果たす。ハウジングの外部に位置するコンポーネントとの確実な接続を可能とするために、ハウジングの内側とハウジングの外側との電気的接続は必須である。

このように集積的かつメカトロニカルに使用するための通常の構造は、中央制御ユニットの種々の電子構成素子を含むセラミック製基板からなる。このセラミック製基板は、周辺コンポーネントと中央ユニットとの接続を可能とするために、ボンディングによって、リジッドプリント基板またはフレキシブルプリント基板と接続されている。上に述べたように、例えば変速機制御装置モジュールは変速機油溜めに設けられているので、油と油の中に含まれる導電性の汚染物質とに完全に囲まれている。これは、例えば歯列の摩耗による汚染物質や、加工工程に起因する、もしくは変速機ハウジングおよび／または取り付けられたコンポーネントの洗浄およびクリーニング不足に起因する機械加工残留物とすることができる。このような汚染物質、損傷、導体路またはボンディングの短絡から保護するために、ハウジング底部プレートの上には通常、金属製か、非金属製か、または金属被覆されたハウジングカバーとして、カバー部が載置され、かつ気密に密封されている。セラミック製基板、プリント基板、基板と周辺部材とを電気的接続するための接続部、ならびに、気密に密封されたハウジング、からなる複合体全体は、著しいコストドライバーとなっている。特に、機械的安定性および熱的接続のために基板上に載置される、回路支持体として使用されるＬＴＣＣ（Low Temperature co-fired Ceramics）が、まさに構成素子全体のうち大きなコスト要因となっている。これに加えて、フレキシブルプリント基板および打ち抜きグリッド（Stanzgitter）による、密封されたハウジングの外部に位置するコンポーネントとの電気的接続は面倒であり、ひいてはコスト高である。

したがって本発明の課題は、ハウジングと、該ハウジング内に収容された中央の制御ユニットを含む種々異なる電子構成素子と、ハウジング内部空間と外部空間との間の電気的接続体とを備える電子モジュールのための使用方法を提供し、該使用方法により、前記ハウジングの外部に位置するコンポーネントとの簡単かつフレキシブルな接続を可能にし、ここで前記電子的接続体および前記中央の制御ユニットが、簡単化された、ひいてはコスト的に一層有利な構造を有すると同時に、短絡および／または導線性汚染物質から確実に保護されている、ようにすることである。

この課題は、本発明の請求項１記載の装置の使用方法によって解決される。

本発明によれば、少なくとも１つのハウジングカバーと多層のプリント基板とを備える電子モジュールが、ハウジング内部空間と、ハウジングの外部に位置するコンポーネントとの間の電気的接続体として、集積型メカトロニック変速機制御装置のために使用され、この際前記多層のプリント基板が、中央の制御電子装置の電子構成素子であると同時に、基板への熱的接続体であるように使用される。

換言すると本発明によれば、プリント基板構造は、集積型メカトロニック変速機制御装置のための、信号および電位分配コンポーネントとして使用され、さらにこのプリント基板構造が、中央制御ユニットの電子構成素子を支持するのみならず、出力ユニットによって生成された熱の伝導をも保証するのである。したがって、例えばＬＴＣＣ（Low Temperature co-fired Cerramics）またはＨＴＣ（High Temperature Ceramics）などといった高価なセラミック製回路支持体を使用する必要も、これらをリジッドプリント基板またはフレキシブルプリント基板を用いて周辺部材と接続する必要も、なくなるのである。電子モジュールの本発明による使用方法によれば、有利には、支持機能と、信号および電位分配と、熱伝導性の底部プレートないし保持体への熱的接続とが、たった１つのコンポーネント、すなわちプリント基板によって引き受けられる。底部プレートは、本発明によれば、自動車変速機の油圧プレート（Hydraulikplatte）とすることもできる。このようにして、これまでの従来形態および使用方法とは異なり、セラミック製ＬＴＣＣの著しいコストを回避し、そして該ＬＴＣＣと熱伝導体および周辺コンポーネント（センサ、弁または別のアクチュエータ等）との面倒な接続を回避することができる。本発明によれば、ＰＣＢプリント基板（Printed Circuit bord）を使用することができる。

熱伝導を改善し、かつ所定の熱伝導を達成するために、本発明によって使用される電子モジュールは、有利な発展形態においては、底部プレートの上に積層させることができる。底部プレートは、本使用方法においては有利には金属材料から形成され、特に有利にはアルミニウム形成される。本発明の有利な実施形態においては、多層のプリント基板が、金属製の底部プレートの上に積層される。これにより、確実かつコスト的に有利な固定が保証される。さらには、このようにして電子空間を下向きに、例えば変速機オイルの方へと密封することができる。ハウジングカバーは、以下のような材料、すなわち、中央制御ユニットの構成素子を備える電子空間の上面を確実に密封することができると同時に、所要のＥＭＣシールド値を提供できるあらゆる材料から形成することが可能である。例えば金属被覆されたプラスチック成形体を使用することができる。しかしながら有利な実施形態においては、ハウジングカバーは、例えば鋼プレートのような金属材料からも製造される。これにより、電子制御装置の寿命全体にわたって、長期の安定性と、改善されたシールド値とがもたらされる。さらには拡散密度も改善される。

本発明の有利な実施形態において、多層のプリント基板は、底部プレートとの熱的接続のため、および、ハウジング外部に位置するコンポーネントとの電子的接続のために、種々異なるビアを有することができる。

ビア（Via, Vertical Interconnection Access）という用語は、本発明においては、多層のプリント基板の複数の配線平面の間に設けられているスルーコンタクトと解される。

接続は、プリント基板またはボードの支持材料にある、内側が金属被覆された孔によって形成されることが多い。リベットおよびピンも通常通りである。このようなスルーコンタクトは、支持材料の孔をシーディングすることによって、すなわち、孔を触媒を用いて被覆し、引き続き触媒作用によって金属被覆して、その後場合によっては電解により補強することによって製造される。スルーコンタクトの孔は、ボンディングされる電子構成素子のためのはんだパットとしても使用できるが、単に電気的接続のためだけに設けることもできる。

特殊なビアを、付加的または択一的に、垂直方向の放熱改善のために使用することができ、この場合これらのビアはサーマルビアとも呼ばれる。択一的または付加的に、放熱のために、金属製のインレー、有利には銅製のインレーを使用することができる。

線路のインダクタンスを低減するため、または電流耐性を高めるために、接続に関して平行な多数のスルーコンタクトを設けることができる。スルーコンタクトによって、２層または多層のプリント基板における複数の配線平面を交換することができる。このことは、とりわけ複雑な回路の良好な分離に関連して非常に有利である。スルーコンタクトの孔が非常に小さな直径を有する場合には、このスルーコンタクトはマイクロビアとも呼ばれる。マイクロビアは、例えばレーザによって開孔することができる。

本発明の上位概念によるコンタクトの別のタイプは、ボード全体を貫通するのではなく、中層までにだけ達している。この場合、コンタクトはブラインドビアと呼ばれる。特殊なスルーコンタクトが中間層同士の間においてのみある程度埋没されて位置する場合、ベリッドビア（buried Via）という表現が使用されることが多い。

ボンディングされた電子構成素子の代わりに、ボンディングされない表面実装部品（Surface Mounted Devices）が使用されることがますます増えてきており、したがって今日のプリント基板は、電子構成素子を収容しない多数のスルーコンタクトを有する。

有利には、スルーコンタクトが設けられた多層のプリント基板は、より良好な支持力と、ボンディングされた電子構成素子のより確実な接続を提供する。したがってこの多層のプリント基板は、高品質の簡単なアセンブリにおいて使用することができる。さらに、配線層の厚さの設計は、本発明の使用方法においては非常に可変的に実現することができる。このことは、従来使用されていたフレキシブルプリント基板では不可能なことである。

別の実施形態においては、多層のプリント基板を一体的に形成することも、複数のパーツから形成することも可能である。

択一的または付加的に、多層のプリント基板が、深さフライス加工（Tiefenfraesen）によってフレキシブルな領域を有するようにすることもできる。これによりプリント基板は本発明の使用方法において、フレキシブルな接続コンポーネントとの付加的な接続が必要とされることなしに、３次元構造として、集積型メカトロニック変速機制御装置の支持エレメントの特別な要求に合わせることができる。複雑な構造もまた実現可能である。同様にして、周辺コンポーネントとの簡単な接続を提供するために、特別なフライス加工技術によって、コンタクト箇所領域にフレキシブルな領域を設けることもできる。

既に説明したように、プラスチックおよび／または金属からなる支持エレメントは、電子モジュールの本発明による使用方法においては、頑強性を高めるため、または放熱を改善するために、例えば接着によって、電子モジュールの領域と部分的に固定することもできる。

本発明の有利な実施形態においては、ハウジングの外部に位置するコンポーネントの電子的接続は、プレス嵌め技術、はんだ付け、および／またはレーザ溶接によって実施することができる。

いわゆるプレス嵌め技術におけるプレス嵌めピンによって、周辺コンポーネントとの可変的かつ簡単かつ確実な電子的接続を製造することができる。同様に有利には、この接続をコンポーネントの要求に応じてはんだ付けまたはレーザ溶接によって製造することもできる。一般的に、接続の製造方法は決定的なことではなく、コンポーネントおよび手元にある加工装置のその時々の条件に応じて、当業者に公知の方法から選択することが可能である。したがって接続は、例えば差込プラグとして解除可能に製造することも、例えばはんだ付けまたは溶接によって解除不能に製造することも可能である。プリント基板は、特に有利には、ハウジングの外部にある信号伝送装置および受信装置（とりわけセンサ、弁等）と直接接続されている。

別の有利な実施形態においては、中央制御電子装置の電子構成素子は、多層のプリント基板に一体化ないし集積されている。電子構成素子として、例えば、配線または平面として構成することができるプリントされた抵抗またはコンデンサ、ならびにチップまたは複雑なチップ（ＩＣ）を使用することができる。このようにして、長期の安定性、および、著しく良好な信号および電位の伝達を保証することができる。

中央制御電子装置の電子構成素子は、有利にははんだ付け、接着、またはボンディングによって多層のプリント基板の上に固定および／またはコンタクトすることができる。はんだ処理は、例えばリフローはんだ付けとすることができる。

択一的または付加的に、中央制御電子装置の電子構成素子はさらに、多層のプリント基板とともにモールドすることができる。

この工業的方法は簡単にオートメーション化することができるので、集積型メカトロニック変速機制御装置を製造するために既存の工程に組み込むことができる。

本発明において使用される、集積型メカトロニック変速機制御装置のための電子モジュールを製造するために、少なくとも１つの多層のプリント基板に中央制御電子装置の電子構成素子が装備される。プリント基板は底部プレートの上に載置され、ハウジングの外部に位置するコンポーネントと接続され、その後ハウジングカバーが固定される。このシーケンスにおいて、プリント基板の装備は、底部プレート上に載置する前にも後にも行うことができる。

本発明の有利な実施形態においては、多層のリジッドプリント基板が、アルミニウム製のハウジング底部上に積層される。特に有利には、このプリント基板は、アクリル接着剤によって底部プレートの上に固定される。このようにして、耐熱性の多数の構成素子を備えるモジュールに、高い長期的安定性を付与することができる。

以下本発明を、実施形態の１つに基づき参照符号に関連して例示的に説明するが、本発明はこの実施形態に限られるものではない。

図１は、本発明により使用される、集積型メカトロニック変速機制御装置のための電子モジュールの概略断面図である。

図１は、集積型メカトロニック変速機制御装置のための、ハウジング２を備えるモジュール１の概略断面図を示す。ハウジング２は、ハウジングカバー３および底部プレート４から形成される。該底部プレート４の上には多層のプリント基板５が、ハウジング内部空間内に位置するコンポーネントとハウジング２の外部に位置するコンポーネントとの間の電気的接続体として載置されている。これに加えて多層のプリント基板５は、本発明によれば、中央制御電子装置の種々異なる電子構成素子６のための回路支持体であると同時に、底部プレート４への熱的接続体でもある。

有利には、本発明による使用方法によって、従前では種々異なる複数のコンポーネントが担わなければならなかった複数の機能が、ただ１つの多層のプリント基板５によって実現される。プリント基板５は、有利には底部プレート４の上に積層されている。ラミネート層７は、中央制御電子装置からの排熱を有利に促進する熱伝導性接着層とすることができる。電子構成素子６、例えば電流チップ６ａからの排熱は、例えば、プリント基板５の種々の層を貫通して開孔され得るサーマルビア８または銅製のインレーによって実現することができる。サーマルビア８は、熱伝導性ペーストによって充填することができる。プリント基板５への電子構成素子６の電気的接続は、例えば、ヘビーワイヤボンディング９によって行うことができる。これは例えば金ボンディングワイヤとすることができる。電子空間、すなわちハウジング内部空間における構成素子の機械的な固定は、例えばリフローはんだ付けまたは接着のような標準的なはんだ技術によって行うことができる。択一的または付加的に、密封可能な開口部１０によって、ハウジングカバー３に充填材料を充填することができ、この充填材料により、電子構成素子６とボンディングワイヤ９の機械的固定および保護が一層改善される。電子構成素子６を備える電子空間の気密な密封は、公知の方法によって、例えば封入パッキング１１によって、および／または、充填接着材によって、および／または、底部プレート４上および／またはプリント基板５上へのハウジングカバー３の積層によって、実現することができる。周辺コンポーネントの電子的接続は、例えばプレス嵌めピン１２によるプレス嵌め接続か、またはレーザ溶接によって行うことができる。

したがって要約すると、以下のような集積型メカトロニック変速機制御装置のための電子モジュールの使用方法が提供される、すなわち、該使用方法においてプリント基板が、一方では電子構成素子のための回路支持体の機能を引き受けると同時に、周辺コンポーネントへの電子的接続をも引き受ける、使用方法が提供されるのである。プリント基板によって、信号および電位の分配も、信頼性が高くかつ長期にわたって安定的に保証することができ、基板との熱的接続または同等の排熱もまた、同様に保証される。このようにして提供されるモジュールは、簡単かつフレキシブルに製造可能であり、標準的な工程によって加工することができる。とりわけ、プリント基板（ＰＣＢ）および電子構成素子のための新しい高温材料の開発、ならびに、本発明による、放熱のための特殊なビアの使用によって、構成素子の構造を、従来使用されてきたＰＣＢモジュールに比べて著しく小さくすることが可能となる。したがって組み立てを、電子装置の組み立て工程全体に、簡単かつ低コストに組み込むことができる。

Claims (9)

1. 集積型メカトロニック変速機制御装置のための、ハウジングカバー（３）と少なくとも１つの多層プリント基板（５）とを備える電気モジュール（１）を、ハウジング内部空間とハウジング（２）の外部に位置するコンポーネントとの間の電気的接続体として使用する使用方法において、
   前記多層のプリント基板（５）は、中央制御電子装置の電子構成素子（６）のための回路支持体であると同時に、底部プレート（４）への熱的接続体でもある、
   ことを特徴とする使用方法。
2. 本発明による前記モジュール（１）が、底部プレート（４）の上に積層されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の使用方法。
3. 前記多層のプリント基板（５）は、前記基板プレート（４）への熱的接続のため、および、ハウジング（２）の外部に位置するコンポーネントへの電気的接続のための、種々異なるビアを有する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の使用方法。
4. 前記多層のプリント基板（５）は、一体的または複数のパーツから形成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の使用方法。
5. 前記多層のプリント基板（５）は、深さスライス加工によってフレキシブルな領域を有する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の使用方法。
6. ハウジング（２）の外部に位置するコンポーネントの電子的接続は、プレス嵌め技術、はんだ付け、および／またはレーザ溶接によって実施される、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の使用方法。
7. 前記中央制御電子装置の電子構成素子（６）は、前記多層のプリント基板（５）に集積されている、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の使用方法。
8. 前記中央制御電子装置の電子構成素子（６）は、はんだ付けまたは接着によって前記多層のプリント基板（５）に固定および／またはコンタクトされている、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の使用方法。
9. 前記中央制御電子装置の電子構成素子（６）は、前記多層のプリント基板（５）とともにモールドされている、
   ことを特徴とする請求項７記載の使用方法。

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