KR20140098069A - 제어 유닛용 전자 모듈 - Google Patents

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KR20140098069A
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electronic module
carrier
carrier element
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하랄트 오트
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 차량용 전자 모듈(1)로서, 상기 전자 모듈이 커버 소자(4), 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2), 제 1 및 제 2 측면을 가진 캐리어 소자(7), 프린트 회로기판 소자(3), 및 상기 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)와 상기 프린트 회로기판 소자(3) 사이에 도전 접촉을 제공하기 위해 설계된 적어도 하나의 콘택팅 소자(6)를 포함하고, 상기 커버 소자(4)와 상기 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)는 상기 캐리어 소자(7)의 제 1 측면에 배치되는, 전자 모듈(1)에 있어서, 상기 프린트 회로기판 소자(3)가 상기 캐리어 소자(7)의 제 2 측면에 배치되고, 상기 캐리어 소자(7)는 적어도 하나의 개구(21)를 포함하고, 콘택팅 소자(6)는 개구(21)를 통해 안내되는 것을 특징으로 한다.

Description

제어 유닛용 전자 모듈{ELECTRONIC MODULE FOR A CONTROL UNIT}
본 발명은 차량 제어 유닛용 전자 모듈에 관한 것이다. 특히 본 발명은 차량의 제어 유닛용 전자 모듈의 새로운 구성에 관한 것이다. 또한, 특히 본 발명은 전자 모듈, 제어 유닛 및 차량에 관한 것이다.
제어 유닛을 위한 종래의 전자 모듈, 예를 들어 트랜스미션 제어 유닛을 위한 공개된 전자 모듈은 대개 기밀한 모듈로서 구현된다. 상기 모듈은 예를 들어 금속 하우징을 포함하고, 상기 하우징을 통해 콘택 핀이 외부로 안내된다. 콘택 핀은 이 경우 유리화에 의해 밀봉된다. 모듈 내의 개별 기능 소자들, 예를 들어 센서들, 내부 및 외부 커넥터에 대한 전기 접속 기술은 통상 부분적으로 플라스틱 인서트 성형될 수 있는 소위 리드 프레임으로 구현되거나, 또는 예를 들어 기능 소자들이 떨어져서 배치된 경우에 케이블 접속부로 형성된다.
전자 모듈의 다른 구성은 도 1a에 도시된다. 이 경우 전자 모듈(1)은 기밀 방식으로 형성되고, 커버 소자(4) 및 캐리어 소자(7)를 포함한다. 커버 소자(4)와 캐리어 소자(7) 사이에서 커버 소자(4)의 내부 영역(24)에 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)가 제공되고, 상기 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자는 콘택팅 소자들(6)을 사용해서 다른 프린트 회로기판 소자(3)에 접속된다. 상기 프린트 회로기판 소자들은 커버 소자(4)의 내부 영역(24)과 커버 소자(4)의 외부 영역(26) 사이의 접속을 제공하기 위해 배치되고 설계된다.
도 1a에 따라 커버 소자(4)로 폐쇄된 프린트 회로기판 소자(3)가 위에 배치되는 캐리어 소자(7)의 기본적인 층 구성이 제시된다.
캐리어 소자(7)는 예를 들어 금속 플레이트, 예컨대 3 내지 4 mm의 두께를 갖는 알루미늄 플레이트로 형성될 수 있다. 상기 캐리어 소자 상에, 예를 들어 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Cofired Ceramics - LTCC) 또는 마이크로 프린트 회로기판으로서 형성된 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)가 제공되고, 예를 들어 열전도 접착제(8)로 접착된다.
또한, 캐리어 소자(7) 상에, 리세스(15)를 가진 프린트 회로기판 소자(3)가 제공되고, 예를 들어 접착제(9), 액체 접착제 또는 접착 테이프에 의해 오일 밀봉방식으로 넓게 접착된다. 이 경우 프린트 회로기판 소자(3)는 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2) 상의 전자 부품들과 전자 모듈(1)의 예컨대 커넥터, 센서 등과 같은 외부에 놓인 기능 소자들 사이의 전기 접속을 구현한다.
부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)의 전기 부품들과 콘택팅 소자들(6), 예컨대 본드를 트랜스미션 오일, 금속 칩 및 다른 전도성 침적물과 같은 외부 영향으로부터 보호하기 위해 커버 소자(4)가 제공되고, 밀봉 접착 연결부(10)에 의해 프린트 회로기판 소자(3) 상에 고정된다.
프린트 회로기판 소자(3), 커버 소자(4) 및 접착 연결부(10)의 상이한 열 팽창(12, 13, 14)에 의해 접착 연결부(10)가 전단 응력을 받으며, 이로 인해 접착 연결부가 파괴될 수 있다. 이로써 밀봉 누수가 발생할 수 있고, 특히 내부 영역(24)의 기밀한 밀봉이 파괴될 수 있다.
예를 들어 -40 ℃ 내지 +150℃의 온도 변화에 의해 예를 들어 0.5 bar의 내부 과압(16)이 발생할 수 있다. 이는 밀봉 접착부(10)에 특히 인장 응력을 야기할 수 있다. 커버 소자(4)가 압력 증가에 의해 약간이라도 더 변형되는 경우에, 접착 연결부(10)는 추가로 벗겨진다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 프린트 회로기판 소자(3)와 캐리어 소자(7) 사이의 접착 연결부(9)에 추가로 힘(18)을 가하는 비교적 큰 압력 작용면(17)이 제공된다.
본 발명의 과제는 제어 유닛용 개선된 전자 모듈 구성을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항에 따른 차량용 전자 모듈, 차량용 제어 유닛 및 차량에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다.
본 발명에 따라 전자 모듈의 개별 소자들, 특히 전자 모듈의 하우징 벽의 개별 소자들, 즉 커버 소자, 캐리어 소자 및 프린트 회로기판 소자의 순서는, 전자 모듈의 바람직한 형성이 제공되도록 도 1a에 도시된 전자 모듈과 달리 변경된다.
즉, 먼저 커버 소자에 대해 캐리어 소자와 프린트 회로기판 소자의 순서가 바뀐다. 다시 말해서, 커버 소자는 캐리어 소자 상에 배치되고, 도 1a에 도시된 바와 같이 프린트 회로기판 소자 상에 배치되지 않는다. 캐리어 소자에 이어서 프린트 회로기판 소자가 배치된다. 이로써, 본 발명에 따른 전자 모듈의 최적화된 형성이 제공되는데, 그 이유는 커버 소자와 캐리어 소자 사이에 재료 접촉이 주어지기 때문이다.
유사하거나 동일한 재료, 즉 유사하거나 대등한 열팽창 계수를 갖는 재료로 커버 소자와 캐리어 소가가 형성된다고 가정할 때, 먼저 커버 소자와 캐리어 소자 사이의 접착 연결부에 작용할 수 있는 인장력, 추진력 또는 전단력이 감소하거나 또는 방지될 수 있다.
프린트 회로기판 소자는 이어서 캐리어 소자 상에 넓은 면에 걸쳐 배치될 수 있다. 이러한 넓은 면에 걸친 배치로 인해, 캐리어 소자와 프린트 회로 기판 소자 사이의 상이한 열팽창 계수에 의해 발생하는 부하는 더 적은 영향을 미친다.
또한, 프린트 회로기판 소자는 전자 모듈 내에 있는 전기 부품들의 외부에 대한 접속 기능을 제공해야 하기 때문에, 커버 소자의 내부 영역 또는 전자 모듈의 내부에 있는 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자의 부품들은 프린트 회로기판 소자에 접속되어야 한다. 이를 위해 캐리어 소자에 적절한 개구가 제공되고, 상기 개구는 프린트 회로기판 소자와 부품들의 접촉을 가능하게 한다.
본 발명과 관련해서 프린트 회로기판 소자란, 일반적으로 신호 및/또는 전류 분배 소자일 수 있다. 예를 들어 에폭시 수지로 이루어진 종래의 공지된 프린트 회로기판(Printed Circuit Boards ;PCB) 및 가요성 박막 도체 또는 가요성 프린트 회로기판(FCB)을 들 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되고 하기에 상세히 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 전자 모듈 구성을 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 예시적인 전자 모듈 구성을 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 전자 모듈의 다른 바람직한 세부사항을 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 예시적인 전자 모듈 구성을 도시한다.
본 발명에 따라 전자 모듈의 개별 소자들의 변경된 층 구성이 제시된다. 프린트 회로기판 소자(3)는 캐리어 소자(7)의 한 측면에 배치되는 한편, 커버 소자(4)는 캐리어 소자(7)의 대향 배치된 측면에 배치된다. 예를 들어 캐리어 플레이트(7)로서 금속 플레이트, 예컨대 1.5 내지 2 mm의 두께를 갖는, 경우에 따라서는 비드에 의해 보강된 알루미늄 박판이 사용될 수 있다.
이로써 프린트 회로기판 소자(3)는 예를 들어 캐리어 소자 하측면(27)에 배치될 수 있는 한편, 커버 소자(4)는 캐리어 소자 상측면(28)에 배치된다. 프린트 회로기판 소자(3)는 접착제(9),예를 들어 액체 접착제 또는 접착 테이프에 의해 오일 밀봉 방식으로 넓게 캐리어 소자(7) 상에 제공될 수 있다. 또한, 커버 소자(4)의 내부 영역(24) 내의 캐리어 소자 상측면(28) 상에 예를 들어, 열전도 접착제(8)에 의해 캐리어 소자 상에 접착될 수 있는 LTCC 또는 마이크로 프린트 회로기판으로서 형성된 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)가 배치될 수 있다. 이로써 캐리어 소자(7)를 사용하여 히트 싱크(22)가 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)에 접속될 수 있으므로, 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2) 상에 배치된 전자 부품들의 손실 열(11)이 캐리어 소자(7)를 통해 측면으로 방출될 수 있다. 이러한 히트 싱크(22)는 또한 예를 들어 제어 유닛 하우징 내의 본 발명에 따른 전자 모듈의 고정점일 수 있다.
프린트 회로기판 소자(3)의 내부에 도전 소자(5), 예를 들어 구리 도체가 제공될 수 있고, 상기 구리 도체는 적절한 콘택팅 소자(6)를 사용해서 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2) 상의 부품들을 외부에 놓인 기능 소자들, 예를 들어 커넥터 또는 센서와 접촉시키고 이들에 접속한다. LIN 버스 또는 CAN 버스와 같은 차량 통신 버스에 대한 접속도 고려될 수 있다.
예를 들어 본드로서 형성된 콘택팅 소자(6)를 사용해서 프린트 회로기판 소자(3) 내의 도전 소자(5)와 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2) 상의 부품들의 접속을 구현하기 위해, 캐리어 소자(7)에 예를 들어 긴 홀로서 형성된 1개 내지 4개의 개구(들)(21)가 제공될 수 있다.
전자 모듈의 개별 소자들의 이러한 배치는, 커버 소자(4)와 캐리어 소자(7)가 유사한 재료, 예컨대 알루미늄 또는 강으로 제조될 수 있고 이로써 동일하거나 또는 적어도 유사한 또는 약간만 다른 열팽창 계수(12, 20)를 갖게 할 수 있다. 이로써 접착에 의해, 특히 접착 연결부에 작용할 수 있는 추가로 발생하는 전단력 없이 확실한 커버 소자의 고정 또는 밀봉이 이루어질 수 있다.
압력 작용면(23)은 본 발명에 따른 전자 모듈에서 구성으로 인해 종래의 전자 모듈의 경우보다 훨씬 작으므로, 이로써 더 작은 힘(18)이 야기된다. 이는 전자 모듈의 전체 구성에, 특히 제어 유닛 또는 전자 모듈의 접착 연결 및 밀봉성에 긍정적으로 작용한다.
도 2b는 AA에 따른 전자 모듈(1)의 단면도를 도시한다.
도 3a는 전자 모듈 구성을 도 2a와 유사하게 도시한다. 다른 세부사항으로서 캐리어 소자(7)는 커버 소자(4)의 외부 및 커버 소자(4)의 외부 영역(26)에 다른 개구 또는 특히 요면을 가진 리세스(33)를 포함한다. 이 경우 캐리어 소자(7)는 그 아래에 배치된 프린트 회로기판 소자(3) 및 특히 상기 프린트 회로기판 소자 내의 도전 소자(5)에 대한 액세스를 제공한다. 따라서 예를 들어 도체 소자(29)는 케이블 스트랜드(31)에 의해 프린트 회로기판 소자(3) 내의 도전 소자(5)에 접속될 수 있거나 상기 소자에 대한 접속이 분리될 수 있다. 따라서 개구(33)로 인해 케이블(29)의 콘택팅 가능성, 예를 들어 땜납 패드(30)가 배치될 수 있다.
가능한 선택 납땜 공정 전에, 케이블 또는 FPC(가요성 프린트 회로)는 플라스틱 홀더(32)에 의해 개구(33) 내에서 고정 또는 지지될 수 있다. 포팅 화합물(35)은 납땜 공정 후에 특정 레벨(34)까지 삽입될 수 있고, 경화 후에 예를 들어 칩 또는 오일 방지부로서 사용된다.
도 3b의 전자 모듈은 케이블(29) 대신 센서 소자(36)가 배치된 것을 제외하고, 도 2a 및 도 3a의 전자 모듈(1)과 유사하게 도시된다.
이 경우 도 3b는 모듈 기능 소자, 예를 들어 속도 센서 소자(36)의 고정을 도시한다. 상기 센서 소자는 간단하게 하단부에서 프린트 회로기판 소자(3)의 땜납 패드(30)에 결합된 도체 트랙(38)과 리드 프레임을 가진 ASIC(37)으로서 도시된다. 센서 소자(36)의 고정을 위해 캐리어 소자는 핀들을 포함할 수 있고, 센서 소자(36)를 실질적으로 유격 없이 접속하기 위해, 상기 핀들은 센서 소자(36)의 설치 후에 변형되어 리벳 헤드(40)를 형성할 수 있다. 칩 또는 오일 방지부로서, 경화된 포팅 화합물(30) 또는 래커가 사용될 수 있고, 상기 래커는 후속해서 개구(46)를 통해 제공될 수 있다.
도 3c 내지 도 3e는 캐리어 소자(7)에 대한 커버 소자(4)의 가능한 접속을 도시한다.
도 3c에서 실질적으로 동일한 재료의 소자들, 즉 예를 들어 알루미늄 또는 강으로 이루어진 커버 소자(4)와 캐리어 소자(7)의 구성은, 용접 연결부(41)의 형성에 의해 확실한 커버 고정 및/또는 밀봉을 가능하게 한다. 예를 들어 상기 용접 연결부는 레이저 용접 연결부, 전자 빔 용접 연결부 또는 저항 용접 연결부로서 구현될 수 있다.
도 3d는 캐리어 소자(7) 상에서 커버 소자(4)의 밀봉 및 고정을 위한 포팅 화합물(44)의 사용을 도시한다. 도 3d에서 커버 소자(4)의 가장자리(42)는 캐리어 소자(7) 내의 환형 홈(43)에 삽입되고, 후속해서 경화성 포팅 화합물(44)에 의해 밀봉 및 고정될 수 있다. 포팅 화합물(44)은 이 경우 소정의 잔류 가요성을 가질 수 있고, 예를 들어 고무와 유사한 재료로 형성될 수 있다.
도 3e는 리벳 소자(45)를 사용한 커버 소자(4)의 다른 가능한 접속을 도시한다. 리벳 소자(45)를 삽입하기 위해, 커버 소자(4), 캐리어 소자(7) 및 프린트 회로기판 소자(3)를 관통하는 보어가 사용될 수 있다. 캐리어 소자(7) 내의 하측면(27) 및 상측면(28)에 밀봉 소자(48, 49)를 포함하는 홈이 배치될 수 있다. 이러한 경우에 예를 들어 밀봉을 위한 접착 연결부는 생략될 수 있다.
도 3f에, 프린트 회로기판 소자(3) 및 캐리어 소자(7)를 통해서 커버 소자(4)의 내부 영역에 이르는 개구가 도시된다. 상기 개구를 통해 커버 소자의 내부가 예를 들어 실리콘 겔로 충전될 수 있다. 또한, 밀봉성 검사, 예를 들어 과압 검사 또는 헬륨 누설 검사를 위해 상응하는 개구가 사용될 수 있다. 이를 위해, 캐리어 소자(7) 내에 예를 들어 스탭 보어(51)가 제공될 수 있고, 상기 보어는 후속해서 밀봉 소자, 예를 들어 볼 형태의 소자(52)에 의해 폐쇄되고, 상기 소자는 프린트 회로기판 소자(3)의 하측면 또는 측면으로부터 거기에 제공된 보어(50)를 통해 삽입되고, 스텝 보어(51) 내에서 록킹되고, 예를 들어 클램핑된다.
도 3g에서, 캐리어 소자(7)는 예를 들어 U형태의, 바람직하게 디프 드로잉 가공된 영역(61)에 의해 형성되고, 상기 영역은 캐리어 소자(7)와 프린트 회로기판 소자(3) 사이의 누설 경로를 밀봉하기 위한 밀봉 소자(62), 예를 들어 밀봉 링을 수용한다. 프린트 회로기판 소자(3)는 이 경우 접착 고정부(9)에 의해 캐리어 소자(7)에 고정될 수 있다. 캐리어 소자(7)에 커버 소자(4)의 고정을 위해 예를 들어 적절한 용접 연결부(41)가 사용된다. 특히 밀봉 링(62) 또는 프린트 회로기판(3)을 손상시키지 않기 위해 낮은 열전도를 갖는 용접 방법이 바람직하다.
도 3h에 따른 예시적인 형성에서 캐리어 소자(7)는 U형상의, 디프 드로잉 가공된 영역(61)을 포함하고, 상기 영역은 밀봉 소자(62)를 포함한다. 이 경우 프린트 회로기판 소자(3)는 전자 모듈(1)의 영역에서 캐리어 소자(7)의 재료로 형성된 하나 이상의 핀에 의해 고정될 수 있고, 상기 핀은 접속 후에 변형되어 리벳 헤드(66)를 형성할 수 있다.
열 방출을 위한 금속 재료로 캐리어 소자(7)의 형성은 이 경우 영역(67), 예를 들어 전자 모듈의 인접한 영역으로 제한된다. 금속으로 형성에 이어 예를 들어 플라스틱 성형부(68)가 형성되고, 상기 성형부는 예를 들어 영역(69)에 도시된 바와 같이 페그 형태에 의해 캐리어 소자(7)에 연결될 수 있다.
성형부(68)는 이 경우 하나의 부품에서 금속과 플라스틱의 조합을 가능하게 한다. 예를 들어 기능 소자들을 수용하기 위해, 박판으로 디프 드로잉 가공에 의해 형성될 수 없는 복합 형태가 구현될 수 있다. 또한, 탄성 플라스틱 소자 및 금속 구조에 비한 중량 절감이 구현될 수 있다. 성형부(68)는 아웃서트 성형 기술로도 공지되어 있다.
플라스틱 캐리어 소자 영역에서 프린트 회로기판 소자(3)는 예를 들어 록킹 후크(71) 및/또는 열 코킹 페그(72)에 의해 고정될 수 있다. 이를 위해 프린트 회로기판 소자(3) 내에 적절한 리세스(70)가 제공될 수 있다.
캐리어 소자(7)에 대한 커버 소자(4)의 고정부로서 도 3h에서 예를 들어 용접 연결부인 단부 조인트 시임(65)이 사용된다.
도 2a 내지 도 3h의 세부사항들은 이 경우 각각의 도면에 대해 배타적인 것으로 이해되면 안 된다. 오히려 개별 요소들, 예를 들어 연결 방법, 밀봉 수단 또는 그와 같은 것은 사용 목적을 충족시키기 위해 자유롭게 조합될 수 있다.
1 전자 모듈
2 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자
3 프린트 회로기판 소자
4 커버 소자
6 콘택팅 소자
7 캐리어 소자
21 개구

Claims (10)

  1. 차량용 전자 모듈(1)로서,
    커버 소자(4);
    부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2);
    제 1 측면과 제 2 측면을 가진 캐리어 소자(7);
    프린트 회로기판 소자(3);및
    상기 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)와 상기 프린트 회로기판 소자(3) 사이의 도전 접촉을 제공하기 위해 설계된 적어도 하나의 콘택팅 소자(6)를 포함하고;
    상기 커버 소자(4)와 상기 부품 캐리어 프린트 회로기판 소자(2)는 상기 캐리어 소자(7)의 제 1 측면에 배치되는, 전자 모듈에 있어서,
    상기 프린트 회로기판 소자(3)는 상기 캐리어 소자(7)의 제 2 측면에 배치되고;
    상기 캐리어 소자(7)는 적어도 하나의 개구(21)를 포함하고;
    상기 콘택팅 소자(6)는 상기 개구(21)를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 전자 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 모듈(1)은 기밀 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 커버 소자(4)의 재료 및 상기 캐리어 소자(7)의 재료는 유사한 열팽창 계수를 갖고, 특히 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버 소자(4)와 상기 캐리어 소자(7)는 접착 연결, 용접 연결, 포팅 연결 및 리벳 연결로 이루어진 그룹에서 선택된 연결에 의해 결합되고; 및/또는
    상기 프린트 회로기판 소자(3)와 상기 캐리어 소자(7)는 접착을 이용해서 결합되는 것을 특징으로 하는 전자 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린트 회로기판 소자(3)에 도체 소자(29) 및 센서 소자(36)를 접속시키기 위해, 상기 캐리어 소자(7)는 상기 커버 소자(4)의 외부에 다른 개구(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 소자(7)는 상기 캐리어 소자(7)와 상기 커버 소자(4) 사이 및/또는 상기 캐리어 소자(7)와 상기 프린트 회로기판 소자(3) 사이에 밀봉 소자(48, 49, 62)를 가진 적어도 하나의 리세스(50, 61)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 소자(7)와 상기 프린트 회로기판 소자(3)는 상기 커버 소자(4)의 내부 영역에 폐쇄 가능한 보어(50, 51)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 모듈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버 소자(4)의 외부 영역에서 상기 캐리어 소자(7)에 성형부(68), 특히 플라스틱 성형부가 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 모듈.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전자 모듈을 구비한 차량용 제어 유닛.
  10. 제 9 항에 따른 제어 유닛 및/또는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전자 모듈을 구비한 차량, 특히 자동차.
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