KR101203078B1 - 제어 장치의 시스템 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 특히 차량의 엔진 제어들 또는 변속기를 위한 제어 장치(10)의 시스템 부품(2)에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 운송될 수 있는 제어 장치(1)의 폐쇄형 시스템 부품(2)을 제공함으로써, 상기 시스템 부품(2)에 대한 분산화된 제조를 가능하게 한다. 이를 위해, 상기 시스템 부품(1)은 전자식 부품들(11)을 갖춘 혼성 회로(10)를 포함하는데, 상기 혼성 회로(10)가 인쇄 회로 기판(20)에 의해 완전히 밀봉되는 방식으로, 상기 혼성 회로(10)는 그 중심에서 리세스(recess)된 상기 인쇄 회로 기판(20)에 내장된다. 상기 혼성 회로(10)와 상기 인쇄 회로 기판(20)은 베이스 엘리먼트(30) 상에 장착되고, 접촉 엘리먼트들(12, 21)을 통해 서로 접속된다. 상기 혼성 회로(10)가 상기 베이스 엘리먼트(30), 덮개 엘리먼트(40) 및 상기 인쇄 회로 기판(20)에 의해 환경적 영향들로부터 완전히 캡슐화되는 방식으로, 상기 덮개 엘리먼트(40)는 상기 혼성 회로(10) 및 상기 접촉 엘리먼트들(12, 21)의 상부에 위치된다. 본 발명에 따른 시스템 부품(2) - 그리고 상기 시스템 부품(2)을 포함하는 집적 시스템들(1) - 은 차량에서의 사용, 예컨대 변속기와 엔진 제어들에 대하여 특히 적합하다.

Description

제어 장치의 시스템 부품{SYSTEM COMPONENT OF A CONTROL DEVICE}

본 발명은, 전자식 부품들이 장착되는 혼성 회로(hybrid circuit)를 적어도 포함하는, 특히 차량의 엔진 제어기들 또는 변속기를 위한 제어 장치의 시스템 부품에 관한 것이다.

세라믹 기판 베이스 상에 혼성 회로들을 제조하기 위한 조작 시스템들은 인쇄 회로 기판들을 제조하기 위한 시스템들과는 많은 방식에 있어서 상이하다.

인쇄 회로 기판들은 종종 600×600 mm까지의 사이즈이고, 일정 정도의 탄성을 가지며, 단단한 물질보다는 더 부드러운 물질로 이루어진다. 최근에 세라믹 기판들(두꺼운-필름 또는 저온 동시소성 세라믹들(LTCCs : low temperature co-fired ceramics)은 일반적으로 200×200 mm보다 더 작고, 부서지고 부러지기 쉬우며, 높은 수준의 마모성을 갖는다. 상기 중요 차이점은 혼성 제품을 위한 조작 시스템들을 개발하고 조립할 때 고려되어야만 한다.

세라믹 혼성 제품들을 제조하기 위한 생산 과정은 인쇄 페이스트들의 건조 및 버닝(burning)을 이용한 스크린 인쇄, 두껍고 얇은 와이어 본딩, 회로들의 레이저 트리밍(trimming) 및 SMD 장착 기술들을 포함한다. 일단 기판 시트가 제조되었다면, 상기 기판들을 분리시키고 열 싱크들 상에서 또는 하우징들 내에서 개별 회로들을 장착함으로써 회로들이 분리된다. 상이한 제조업자들의 상이한 프로세스 시스템들이 기판 시트의 제조까지 이들 생산 단계들에 이용될 수 있다.

혼성 회로들을 갖는 제어 장치들을 전문적으로 다루는 소수의 제조업자들은 최근에 자신들의 프로세스 시스템들의 자동화된 로딩 및 언로딩 그리고 완전히 자동화된 생산 라인에 대한 이들 머신들의 연결에 집중해 왔다.

이로써, 상기 장착형 세라믹 기판들은 예컨대 알루미늄 지지부에 접착되고, 와이어 본딩에 의해 인쇄 회로 기판(견고하거나 유연한 방식으로, 여기서 전도체의 기능은 다른 부품들에 대한 라우팅임) 및/또는 다른 모듈 부품들(센서들, 플러그들 등)과 접촉한다. 그런 다음, 하우징 공간이 LTCC와 상기 LTCC 상의 본드 표면들 그리고 상기 부품들을 보호하기 위해 겔(gel)로 채워진다. 애플리케이션에 따르면, 다른 부품들이 상기 겔이-채워진 LTCC 하우징의 내부 또는 외부에 있다. 외부의 부품들은 밀폐형으로 밀봉된 공간을 통과하여 밀봉되는 방식으로 외부를 향해 가이드되는 연성 인쇄 도체들 또는 천공된 그리드들을 통해 접촉된다.

그러나, 세계화의 범주 내에서, 한 장소에서 상기 제어 장치들을 모두 제조하는 것이 점점 불리해 지고 있다. 제어 시스템의 하우징들, 플러그들, 센서들 등과 같은 개별 부품들이 종종 더욱 좋은 조건들에서 지역적으로 조달되고 및/또는 장착될 수 있다.

그러나, 장착형 LTCC의 적합한 운송을 위한 재정적 부담이 지금까지 한 장소에서의 총 제조비용보다 더 컸다. 민감한 와이어 본드 패드들이 접촉으로부터 보호되어야할 뿐만 아니라, 상기 장착형 세라믹 기판들이 산화의 위험으로 인해 긴 기간에 걸쳐 주위 공기에 노출될 수 없다. 바다에 의한 운송은 소금물로 인한 추가적인 위험 가능성을 가질 것이다. 공중으로 운송될 때, 결과적으로 형성되는 저온들 및 응축이 부품들의 품질을 위험한 상태에 둔다. 결국, 상응하는 품질을 보장하기 위하여, 주조 과정까지 이전처럼 자동화된 방식으로 바람직하게도 상기 장착형 세라믹 기판들을 또한 조작할 수 있어야 한다. 이 모든 것은, 각 장소들에서 운송을 위한 추가적인 자동화된 포장 및 탈포장 시스템이 제조 시스템으로부터 제거하고 상기 제조 시스템에 넣기 위한 추가적 시스템들만큼만 필요하다는 것을 의미한다.

다른 한편으로, 추가적인 생산 라인들이 완전히 활용되지 않을 수 있으므로, "소비자로의" 제조업자의 전체적 이동은 유사하게 수용될 수 없다.

상기에 기초하여, 본 발명의 목적은 복잡한 포장 및 탈포장 조치들 없이 운송될 수 있는, 혼성 회로를 포함하는 제어 장치의 시스템 부품을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 제어 장치의 시스템 부품 그리고 청구항 12의 특징들을 갖는 제어 장치에 의해 달성된다. 개별적으로 또는 조합으로 이용될 수 있는 유용한 실시예들 및 개선예들은 종속항들의 요지이다.

본 발명에 따르면, 제어 장치의 시스템 부품은 전자식 부품들이 장착된 혼성 회로를 포함하는데, 상기 혼성 회로는 상기 혼성 회로가 인쇄 회로 기판에 의해 완전하게 밀봉되는 방식으로 그 중심에서 리세스된 상기 인쇄 회로 기판 내에 내장된다. 그럼으로써, 상기 혼성 회로 및 인쇄 회로 기판은 베이스 엘리먼트 상에 장착되고, 접촉 엘리먼트들을 통해 서로 접촉된다. 최종적으로, 상기 혼성 회로가 환경적 영향들에 반하여 상기 베이스 엘리먼트, 덮개 엘리먼트 및 인쇄 회로 기판에 의해 완전히 캡슐화되는 방식으로 상기 혼성 회로 및 상기 접촉 엘리먼트들 위에 상기 덮개 엘리먼트가 배치된다.

이를 위해, 예컨대 밀봉부가 상기 덮개 엘리먼트 상에 구성된다. 대안적으로 또는 부가하여, 상기 덮개 엘리먼트 아래의 중공부(hollow) 공간에 겔, 접착제 등과 같은 매체가 채워진다.

본 발명에 따르면, 인쇄 회로 기판은 적어도 바람직하게도 밀봉되는 방식으로 상기 베이스 엘리먼트에 접착 및/또는 라미네이팅된다.

상기 베이스 엘리먼트는 열적 유도 스트레스들을 방지하기 위해 열을 방산하기 위하여 알루미늄을 포함한다.

대조적으로, 저비용 플라스틱으로 이루어지는 덮개 엘리먼트들이 효과적임이 증명되었다.

자동화된 제조 과정들을 활용하기 위하여, 본드 와이어들이 편리하게 접촉 엘리먼트들로서 적절하게 제공된다.

본 발명의 특히 바람직한 개선예에서는, 특히 와이어 본딩, 압입(press-fit) 기술, 카드-에지 커넥터들, 납땜, 나사들 및/또는 리벳들을 통해 접촉을 허용하면서, 접촉 포인트들이 덮개 엘리먼트 외부에서 인쇄 회로 기판 상에 구성된다. 와이어 본딩을 통해 혼성 회로와 직접 접촉되었던 다른 모듈 부품들(플러그들, 센서들 등)의 본딩 표면들이 지금까지 예컨대 니켈-금 합금들로 특수 코팅되어야 했던 것에 반하여, 예컨대 압입 접촉의 경우에 본 발명에 따른 모듈 부품들의 접촉들은 예컨대 니켈-주석 합금들로 이루어진 훨씬 더 경제적인 표면 코팅을 요구한다.

최종적으로, 본 발명은 인쇄 회로 기판상에 커패시터들, 코일들, 석영들 등과 같은 "큰" 부품들의 근접 배열을 허용하는데, 이러한 부품들은 통상적으로는 특히 그 부피, 높이 등으로 인해 혼성회로에 장착될 수 없다.

최종적으로, 본 발명은 또한 위에서 기술된 적어도 하나의 시스템 부품을 갖는 제어 장치에 관한 것으로, 제어 장치 덮개는 차량의 제어 장치 그리고 주변 센서들 및/또는 모듈들 사이의 접촉 가능성을 유지함과 동시에, 베이스 엘리먼트 또는 별개의 제어 장치 베이스를 마주보면서, 환경적 영향들에 반하여 상기 제어 장치를 캡슐화한다. 다수의 본 발명에 따른 시스템 부품들이 제어 장치에 장착된다면, 상기 시스템 부품들은 (각 경우에) 공동으로 및/또는 개별적으로 위에서 기술된 바와 같이 환경적 영향들에 반하여 캡슐화될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템 부품은 ? 상기 시스템 부품을 포함하는 전체 시스템들처럼 ? 특히 차량들의 애플리케이션들을 위해, 예컨대 변속기 또는 엔진 제어기들을 위해 적합하다.

본 발명의 다른 세부사항들 및 장점들은 동반된 개략적인 도면들을 참조한 예시적 실시예에 대하여 기술된다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템 부품의 상면도,

도 2는 도 1에 따른 시스템 부품의 분해도,

도 3은 본 발명에 따른 제어 장치의 상면도, 및

도 4는 도 3에 따른 제어 장치의 분해도.

본 발명의 바람직한 실시예가 뒤따르는 상세한 설명에서, 동일하거나 유사한 구성요소들을 참조하기 위해 동일한 참조부호들이 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템 부품(2)의 상면도를 나타내고, 반면에 도 2는 도 1에 따른 상기 시스템 부품(2)에 대한 분해도를 나타낸다. 전자식 부품들(11)이 장착되는 혼성 회로(10), 특히 LTCC(10) 상에서 모든 작업 단계들이 상기 LTCC(10)가 캡슐화되어 완료되는 방식으로 상기 시스템 부품(2)이 어떻게 내장되는지를 명백하게 볼 수 있다.

이를 위해, 인쇄 회로 기판(20)(예컨대, FR4와 같은 PCB)은 PCB(20)에 의해 상기 장착형 LTCC(10)가 완전히 밀봉되어 그 중심에서 리세스된 상기 PCB(20)에 내장된다.

그런 다음, LTCC(10) 및 PCB(20)는 바람직하게는 알루미늄을 포함하는 제어 장치 하우징 베이스(30) 상에 위치되고, 와이어 본드 와이어들(12)을 통해 서로에 대한 접촉(21)을 이룬다.

적어도 상기 PCB(20)는 밀봉되는 방식으로 상기 제어 장치 하우징 베이스(30) 상에 장착(예컨대, 접착 및/또는 라미네이팅 등)되고, LTCC(10)의 와이어 본딩을 위한 대응물로서 제공된다. 상기 PCB(20)는 또한 후속하여 캡슐화되는, 즉 폐쇄되는 시스템 외부로 접촉 경로들을 가이드하기 위하여 그리고 지속적으로 전도하기에 적합한 방식으로 상기 접촉 경로들이 종료되도록 허용하기 위하여 사용된다.

래칭 수단(45)은 바람직하게도 LTCC 덮개(40) 상에 구성되고, PCB(20)에 구성된 래칭 홈들(26)과 상호 작용한다. 래칭 엘리먼트들(26 및 45)의 뒤바뀐 배치들이 또한 생각될 수 있다.

덮개(40)는 예컨대 밀봉부(41)를 통해 PCB(20)로부터 밀봉된다. 대안적으로 또는 부가하여, 글랜드(gland)(42)가 덮개(40) 내에 구성될 수 있는데, 상기 글랜드(42)를 통해 상기 덮개(40) 아래의 중공부가 환경적 영향들로부터 보호하기 위하여 겔, 접착제(도시되지 않음) 등으로 채워질 수 있다. 글랜드(42)는 바람직하게도 영구적으로 중공부를 밀봉하면서 밀봉용 구(43)를 타이트하게(tightly) 유지하기 위해 구성된다. 대안적으로 또는 부가하여, 상기 채움 이후에 경화하는 임의의 매체가 사용될 수 있다.

제어 장치 하우징 베이스(30), PCB(20) 및 LTCC 덮개(40)는 LTCC(10, 11)와 본드 접촉(12)을 위해 밀폐형으로 밀봉된 시스템(2)을 형성한다. 이는, 복잡한 포장 조치들 등이 없이도 처음에 유용하게 운송될 수 있는, 제어 장치(1)를 위한 폐쇄형 시스템 부품(2)을 야기한다.

요구사항들 및 상황에 따르면, 상기 운송될 수 있는 하위모듈(2)은 또한 추가의 부품들(플러그들, 센서들 등)과 함께 사전장착될 수 있거나 또는 최종 장착을 위해 운송될 수 있다. 최종 장착 장소에서, 여전히 장착되어야 할 부품들이 제어 장치(1)를 형성하기 위해 하위모듈(2)에 부가된다.

도 3은 위에서 기술된 바와 같이, 시스템 부품(2)을 적어도 포함하는, 특히 차량의 엔진 제어기들 또는 변속기를 위한 제어 장치(1)의 상면도를 나타내고, 도 4는 상기 제어 장치(1)의 분해도를 나타낸다.

차량의 주변 센서들 및/또는 모듈들(도시되지 않음) 그리고 제어 장치(1) 사이의 접촉(23, 24, 25)의 가능성을 유지함과 동시에, 베이스 엘리먼트(30) 또는 별개의 제어 장치 베이스(도시되지 않음)를 마주보면서, 환경적 영향들에 반하여 추가 제어 장치 덮개(50)가 어떻게 추가 부품들(25)뿐만 아니라 별개로 캡슐화된 시스템 부품(2)을 캡슐화하는지를 볼 수 있다.

시스템 부품(2)에 대하여 또는 전체 시스템(1)의 설계에 관하여 제약사항들은 없다. 유사하게 밀폐형으로 밀봉되는 방식으로(아닐 수도) 구성 및 내장될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템 부품(2)에 의하여, 저임금, 부품들 비용들, 낮은 수입 부담들 등과 같은 다른 장소들의 장점들로부터 여전히 이득을 얻음과 동시에 한 장소에서 혼성 제조를 집중화하는 것이 가능하다.

이동 또는 배분 과정에서, 전체 장치(1)의 어떠한 새로운 또는 완전한 조건도 필요하지 않은데, 그 이유는 부품들이 동일하게 유지되지만 간단히 제조되거나 또는 상이한 장소들에서 최종적으로 장착되기 때문이다.

사전장착된 제품(2)을 생산하기 위해 요구되는 새로운 기술이나 임의의 추가적인 기술은 없다. 특히, 운송을 위해 장착형 LTCC(10)를 준비하기 위하여 이미 도입된 제조 과정들을 사용하는 것이 가능하다.

장착형 LTCC(10)는 품질 문제들과 처리의 관점에서 정확하게 처리되고 보호된다.

예컨대 알루미늄 지지부(30)에 대한 LTCC(10)의 필요한 애플리케이션(키워드들 : 열적 팽창과 열 방산)이 유사하게 실행될 수 있는데, 그 이유는 제어 장치 하우징 베이스(30)인 상기 지지부(30)가 동시에 최종 제품(1)의 일부이기 때문이다.

부가적으로 요구되는 부품들(밀봉부(41) 및 PCB(20)와 함께 LTCC 덮개(40))은 재정적 측면에서 덜 비싼 부품들이다.

다층 인쇄 회로 기판들(20)은 또한 유용하게도 더욱 적합한 요구되는 위치들로 폐쇄형 모듈(2) 외부로 접촉 포인트들(22, 23, 24)을 가이드하기 위하여 또는 LTCC(10)를 추가로 라우팅하기 위하여 사용될 수 있다.

또한, 접촉(22, 23, 24)은 간단하고 상이한 방법들, 예컨대 와이어 본딩(22), 압입 기술(23), 카드-에지 커넥터들(24), 납땜, 나사들, 리벳들 등(후자는 도시되지 않음)에 의해 인쇄 회로 기판(20) 상에서 계속될 수 있다.

추가의 연성 인쇄 전도체(27)(소위 플렉스 필름)가 사용될 경우, 이는 개별 스트립들로 이루어질 수 있고, 결과적으로 장점이 증가하는데, 그 이유는 종래 기술과 같이, LTCC(10)를 둘러싸는 비용-집약적 플렉스 필름들이 더 이상 필요하지 않기 때문이다.

운송될 수 있는 세라믹 기판(10)을 위해 밀봉 시스템(2) 내 시스템 엘리먼트로서 경성 인쇄 회로 기판(20)이 이미 사용되기 때문에, 추가의 접촉 가능성들(압입부(23) 또는 카드-에지(24)가 접촉함)이 추가의 비용 없이 플러그들, 센서들 등과 같은 전류-전달 모듈 부품들을 위해 사용될 수 있으며, 그럼으로써 전체 비용이 추가로 감소한다.

또한, 그 부피, 높이 등으로 인해 일반적으로는 세라믹 기판 회로 지지부(10) 상에 장착될 수 없는, 커패시터들, 코일들, 석영들 등과 같은 큰 부품들(25)이 이미 존재하는 경성 인쇄 회로 기판(20)에 부착될 수 있고 위에서 언급된 접속 방법들에 의해 접촉될 수 있다.

최종적으로, 예컨대 압입 접촉(23)의 경우 모듈 부품들의 접촉들의 코팅된 니켈-주석 표면이 예컨대 니켈-금으로 이루어진 특수 코팅된 결합 표면들보다 훨씬 더 경제적이다. 또한, 핀들을 위해 반-완성된 제품들(시트, 코일들)이 이미 상기 코팅을 이용하여 상용화될 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따른 시스템 부품(2)은 무엇보다도 분산된 제조 과정들을 허용하고, ? 상기 시스템 부품(2)을 포함하는 전체 시스템들(1)로서 ? 특히 차량들의 애플리케이션들, 예컨대 변속기 또는 엔진 제어기들에 적합하다.

Claims (15)

1. 제어 장치의 시스템 부품으로서,

   베이스 엘리먼트;

   중심에 리세스를 갖는 인쇄 회로 기판;

   전자 부품들을 포함하는 혼성 회로(hybrid circuit) ? 상기 혼성 회로는 상기 리세스에 위치하고, 상기 혼성 회로는 상기 인쇄 회로 기판에 내장되며 상기 인쇄 회로 기판에 의해 완전하게 에워싸임 ?;

   상기 혼성 회로와 상기 인쇄 회로 기판 사이에서 접촉들을 형성하는 접촉 엘리먼트들 ? 상기 혼성 회로 및 상기 인쇄 회로 기판은 상기 베이스 엘리먼트 상에 배열됨 ?;

   상기 혼성 회로와 상기 접촉 엘리먼트 위에 배열되는 덮개 엘리먼트 ? 상기 베이스 엘리먼트와 함께 상기 덮개 엘리먼트 및 상기 인쇄 회로 기판은 상기 혼성 회로를 완전하게 캡슐화함 ?

   를 포함하고,

   상기 인쇄 회로 기판은 상기 덮개 엘리먼트 및 상기 베이스 엘리먼트에 의해 완전하게 캡슐화되지 않는,

   시스템 부품.
2. 제1항에 있어서,

   상기 시스템 부품은, 차량의 엔진 제어기 또는 변속기의 부품으로서 구성되는,

   시스템 부품.
3. 제1항에 있어서,

   상기 덮개 엘리먼트 위에 배열되는 밀봉부(seal)를 포함하는,

   시스템 부품.
4. 제1항에 있어서,

   상기 덮개 엘리먼트는 그 아래에서 공동부(hollow space)를 정의하고, 상기 공동부는 매체로 채워지는,

   시스템 부품.
5. 제1항에 있어서,

   상기 인쇄 회로 기판은 밀봉되는 방식으로 상기 베이스 엘리먼트에 접착되거나 또는 라미네이팅되는,

   시스템 부품.
6. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 엘리먼트는 알루미늄을 포함하는,

   시스템 부품.
7. 제1항에 있어서,

   상기 덮개 엘리먼트는 플라스틱으로 만들어지는,

   시스템 부품.
8. 제1항에 있어서,

   상기 접촉 엘리먼트는 본드 와이어(bond wire)들인,

   시스템 부품.
9. 제1항에 있어서,

   상기 덮개 엘리먼트의 외부에서 상기 인쇄 회로 기판 상에 형성되는 접촉 포인트들을 포함하는,

   시스템 부품.
10. 제9항에 있어서,

    상기 접촉 포인트들은 와이어 본딩, 압입(press-fit) 기술, 카드-에지 커넥터들, 납땜, 나사들 및 리벳들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 접촉 수단에 의해 접촉을 가능하게 하도록 형성되는,

    시스템 부품.
11. 제1항에 있어서,

    상기 인쇄 회로 기판은 상기 혼성 회로에 장착될 수 없는 부품들이 배치되도록 형성되는,

    시스템 부품.
12. 제1항에 따른 시스템 부품을 포함하는 제어 장치로서,

    주변 센서들 및 보조 모듈들 중 적어도 하나의 상기 제어 장치 사이의 접촉 가능성을 유지함과 동시에, 상기 제어 장치를 캡슐화하는 제어 장치 덮개를 포함하고,

    상기 제어 장치 덮개는 상기 베이스 엘리먼트 또는 제어 장치 베이스와 마주하는,

    제어 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제어 장치는, 차량의 엔진 제어기들 또는 변속기로서 구성되는,

    제어 장치.
14. 제1항에 있어서,

    상기 인쇄 회로 기판 위에 설치되는 추가의 부품들을 더 포함하고, 상기 추가의 부품들은 상기 덮개 엘리먼트에 의해 캡슐화되지 않는,

    시스템 부품.
15. 제14항에 있어서,

    상기 베이스 엘리먼트와 협력하여 상기 인쇄 회로 기판 상에 설치되는 상기 추가의 부품들을 캡슐화하고 그리고 상기 혼성 회로를 캡슐화하는 추가의 덮개를 더 포함하는,

    시스템 부품.

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