Gehäuse für eine elektronische Schaltung
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektronische Schaltung, insbesondere für ein Steuergerät für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Das Gehäuse umfasst eine Grundplatte, auf der die elektronische Schaltung montiert ist und auf der eine Leiterplatte zum Verbinden der elektronischen Schaltung mit der Außenwelt mittels Klebstoff befestigt ist. Außerdem umfasst das Gehäuse einen Deckel und eine Dichtung zwischen dem Deckel und der Leiterplatte.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 07 949 AI, sind derartige
Gehäuse grundsätzlich bekannt. Das dort offenbarte Gehäuse umfasst eine Grundplatte, auf welche eine flexible Leiterplatte vorzugsweise unter Druck- und Wärmebeaufschlagung, aufgeklebt ist. Die flexible Leiterplatte umfasst in der Regel eine Vielzahl von elektrischen Leitern zum Kontaktieren einer elektronischen Schaltung im Inneren des Gehäuses . Die Leiterplatte ist mitsamt den elektrischen Leitern aus dem Gehäuse heraus geführt, um mit der Außenwelt in Kontakt zu treten und die
Schaltung mit der Außenwelt zu verbinden. Auf der Grundplatte vorzugsweise innerhalb einer Aussparung der flexiblen Leiterplatte ist die elektronische Schaltung, realisiert in Form eines Schaltungsträgers mit darauf montierten elektronischen Bauelementen, aufgeklebt. Von diesem Schaltungsträger aus wird direkt auf die flexible Leiterplatte gebondet, das heißt mittels dünner Verbindungsdrähte erfolgt eine elektrische Kontaktierung der elektrischen Leiter der flexiblen Leiterplatte mit der elektronischen Schaltung. Auf die flexible Leiterplatte wird ein Deckel mit einer eingelegten Dichtung vorzugsweise aus Fluorsilikon aufgelegt und mittels Nieten fest mit der Grundplatte verbunden. Das bekannte Steuergerät ist aus Gründen der Kosteneffizienz in der zu steuernden Kraftfahrzeug-Baugruppe, beispielsweise Motor oder
Getriebe, integriert. Daraus resultieren technologische Herausforderungen im Hinblick auf eine Dichtigkeit des Steuergerätegehäuses gegenüber Umgebungsmedien (z. B. Öl, Benzin, Wasser) , eine Funktionsfähigkeit über einen breiten Temperaturbereich (etwa -40°C bis +150°C) und eine Vibrationsfestigkeit (bis zu etwa 40g) .
Die in der DE 199 07 949 AI verwendete Einlegedichtung hat zahlreiche Nachteile. Zum einen ist sie teuer und zum anderen ist sie kritisch in ihrer Montage, das heißt falsches Einlegen, eine Beschädigung der Dichtung bei der Montage oder zurückbleibender Schmutz unter der Dichtung können die angestrebte Dichtigkeit des Gehäuses im zusammengesetzten Zustand beeinträchtigen beziehungsweise zu einer Undichtigkeit desselben führen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein bekanntes Gehäuse für eine elektronische Schaltung dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass es einerseits flüssigkeitsdicht und
temperaturbeständig ist und andererseits möglichst kostengünstig hergestellt und montiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Gehäuse gelöst. Dabei ist die Dichtung in Form eines Klebemittels zwischen dem Deckel und der Leiterplatte ausgebildet.
Vorteile der Erfindung
Die Verwendung des Klebemittels ist wesentlich preisgünstiger als die Verwendung der vorgeformten Einlegedichtung aus Fluorsilikonkautschuk, wie dies aus dem oben beschrieben Stand der Technik bekannt ist. Darüber hinaus ist die Gefahr einer Beschädigung der Dichtung oder der Ansammlung von Schmutz unter der Dichtung wesentlich geringer als bei der Einlegedichtung. Außerdem kann ein falsches oder unsachgemäßes Einlegen der Dichtung oder ein Verrutschen der Dichtung nicht erfolgen, weil die Dichtung weder in die Grundplatte noch in den Deckel eingelegt wird, sondern lediglich auf eines dieser Bauteile oder auf beide Bauteile aufgebracht wird.
Im Hinblick auf eine einfache Anwendung beziehungsweise Handhabung des Klebemittels ist es vorteilhaft, wenn das Klebemittel als eine Klebefolie ausgebildet ist und vorzugsweise als eine um die elektronische Schaltung umlaufende Klebefolie appliziert wird.
Für den Deckel und die Grundplatte des erfindungsgemäßen Schaltungsgehäuses können unterschiedliche Materialien verwendet werden. Zur Vermeidung von WärmeSpannungen und daraus eventuell resultierenden Rissen in der Dichtung ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Grundplatte und der Deckel
aus dem gleichen Material, vorzugsweise aus Aluminium, gefertigt sind. Auf diese Weise erfolgt zumindest annähernd eine gleich große Wärmeausdehnung von Deckel und Grundplatte, wodurch WärmeSpannungen zwischen Deckel und Grundplatte verringert werden können. Durch die Vermeidung bzw. Verringerung von WärmeSpannungen reduziert sich auch die Belastung auf die Klebeflächen, insbesondere an den Übergängen zwischen dem Klebemittel und den Oberflächen der Grundplatte und/oder des Deckels . Außerdem kann eine Diffusion von Fluiden oder Fluidbestandteilen, beispielsweise von Öl, durch diese Übergänge hindurch reduziert beziehungsweise verhindert werden.
Die Klebemittel übernehmen sowohl eine Haltefunktion als auch eine Dichtfunktion. Zur Verbesserung der Dichtigkeit der Dichtung beziehungsweise des Klebemittels wirkt bei zusammengebautem Gehäuse über den Deckel und die Grundplatte zumindest zeitweise ein Anpressdruck auf das Klebemittel. Dies kann auch langfristig dadurch erreicht werden, dass der Deckel, vorzugsweise durch Nieten, dauerhaft mit einem hohem Druck auf der Grundplatte fixiert wird. In diesem Fall hat der Klebstoff somit in erster Linie eine Dichtfunktion; die Haltefunktion wird dann von den Nieten übernommen.
Zeichnungen
Der Beschreibung sind insgesamt sechs Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 einen Deckel des erfindungsgemäßen Gehäuses;
Figur 2 eine Grundplatte des erfindungsgemäßen Gehäuses mit einer darauf montierten elektronischen Schaltung;
Figur 3 einen ersten Längsschnitt durch ein gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Gehäuse;
Figur 4 einen zweiten Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Gehäuse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 5 einen ersten Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Gehäuse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
Figur 6 einen zweiten Längsschnitt durch das Gehäuse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen Deckel 10 für das erfindungsgemäße Gehäuse. Der Deckel 10 ist hier beispielhaft rechteckig ausgebildet und weist an seinen vier Ecken Bohrungen 19 auf, um den Deckel 10, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben, mit einer Grundplatte 1 des Gehäuses zu verbinden. Insbesondere, wenn der Deckel 10 aus
Kunststoff gefertigt ist, ist es empfehlenswert, in die Bohrungen 19 Metallbuchsen 20 einzusetzen, um ein späteres Setzen von Schrauben oder Nieten in diesen Bohrungen 19 zu vermeiden. Neben den Bohrungen 19 kann der Deckel 10 Fixierbohrungen 8.2, 9.2 aufweisen, in welche Stifte
eingeschoben werden können, um den Deckel 10 gegenüber der Grundplatte 1 eindeutig zu positionieren.
Figur 2 zeigt die bereits erwähnte Grundplatte 1, die vorzugsweise aus einem ebenem Aluminiumblech ausgestanzt ist. Auf die Grundplatte 1 ist eine flexible Leiterplatte 2 mittels eines Klebemittels 2.1 (siehe Figuren 3 - 6) unter Wärme- und Druckbeaufschlagung befestigt. Selbstverständlich kann die Leiterplatte 2 auch auf andere Weise an der Grundplatte 1 befestigt sein. Die flexible
Leiterplatte 2 weist eine Aussparung 3 auf, in der sich ein Schaltungsträger 4 befindet, der ebenfalls auf der ebenfalls auf der metallischen Grundplatte 1 befestigt ist. Der Schaltungsträger 4 ist mit elektronischen Bauelementen 5 bestückt und bildet zusammen mit diesen eine elektronische Schaltung, insbesondere für ein Steuergerät für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs . Der Schaltungsträger 4 umfasst vorzugsweise eine nach einer sog. Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC) Technologie hergestellte mehrschichtige Schaltung. Der Schaltungsträger 4 weist elektronische Kontakte auf, welche mit in der flexiblen Leiterplatte 2 geführten elektrischen Leitern 11, vorzugsweise durch Bonden 6, kontaktiert werden. Nach dem Bestücken des Schaltungsträgers 4 mit den Bauelementen 5 und nach dem Bonden des Schaltungsträgers 4 kann dieser mit einem Gel G (siehe Figur 4) passiviert werden.
In einem möglichst einheitlichen Abstand um die Aussparung 3 herum wird ein Klebemittel 7 auf die flexible Leiterplatte 2 aufgetragen. Bei dem Klebemittel 7 handelt es sich vorzugsweise um eine doppelseitig beschichtete Klebefolie, wobei als Klebematerial vorzugsweise ein Acrylkleber verwendet wird.
Anstelle einer Auftragung des Klebemittels 7 zunächst auf der flexiblen Leiterplatte 2 kann dieses auch zuerst auf dem Deckel 10 aufgebracht werden. Ebenso ist bei Verwendung der Klebefolie auch ein zweistufiges Verkleben möglich. Die Klebefolie besitzt auf ihrer Ober- und Unterseite eine
Schutzfolie. Nach Entfernen der ersten Schutzfolie wird die Klebefolie auf die flexible Leiterplatte 2 aufgelegt und angepresst. Durch den auf die Klebefolie wirkenden Druck füllt das Klebematerial der Klebefolie die sogenannten "Täler" 12 zwischen den Leitern 11 der flexiblen
Leiterplatte 2 aus. Anschließend kann dann die zweite Schutzfolie von der Klebefolie entfernt und der Deckel 10 - wie oben beschrieben - auf die Klebefolie aufgepresst und fixiert werden.
Um die Positionierung des Deckels 10 auf der flexiblen Leiterplatte 2 Zentrierbohrungen 8.1 und 9.1 eingebracht, durch die Zentrierstifte (nicht dargestellt) eingeschoben und dort fixiert werden können. Die bereits erwähnten Zentrierbohrungen 8.2 und 9.2 im Deckel 10 werden über die Zentrierstifte geschoben, wodurch der Deckel 10 relativ zu der Grundplatte 1 und damit zu dem auf die Grundplatte 1 aufgetragenen Klebemittel 7 positioniert wird. Nach erfolgter Positionierung wird der Deckel 10 mit dem Klebemittel 7 zur Anlage gebracht und mit einer Kraft F auf die flexible Leiterplatte 2 gepresst (siehe Figur 3) . Die Kraft F wird hierbei so gewählt, dass die durch die Lücken zwischen den elektrischen Leitern 11 innerhalb der flexiblen Leiterplatte 2 gebildeten Täler 12 durch das Klebemittel 7 ausgefüllt werden und somit eine dichte, dauerhafte und strapazierfähige Verklebung zwischen dem Deckel 10 und der Leiterplatte 2, insbesondere in Randbereichen des Deckels 10, sichergestellt ist.
Damit beim Lösen der Kraft F der Anpressdruck innerhalb des Klebemittels 7 nicht auf Null zurückgeht, wird der Deckel 10 noch in gepresstem Zustand mit der Grundplatte 1 mechanisch fixiert. Dies kann beispielsweise durch Nieten 14 erfolgen (vergleiche Figur 3) . Die Nieten 14 werden durch die Bohrungen 19 des Deckels 10 und zugeordnete Bohrungen 15 der Grundplatte 1 hindurch gesteckt und angezogen. Erst wenn vorzugsweise alle vier Nieten 14 vernietet sind, wird die Kraft F auf den Deckel 10 vermindert. Aufgrund des zuvor erfolgten Vernietens bleibt der auf das elastische Klebemittel 10 wirkende Anpressdruck weitestgehend erhalten. Anzahl und Abstand der Nieten 14 werden je nach Größe des Deckels 10 beziehungsweise der Fläche, auf der das Klebemittel 7 aufgetragen ist, bestimmt.
Figur 4 zeigt einen Längsschnitt an einer anderen Stelle durch das Gehäuse. Hier ist der Gehäusedeckel 10 im Unterschied zu der durch den Längsschnitt gemäß Figur 3 repräsentierten Position stark gewölbt. Das oben erwähnte Gel G zur Passivierung der elektronischen Schaltung 4 wird in einen Dichtraum 13 im Inneren des Gehäuses zumindest auf die elektronischen Bauelemente 5 aufgebracht. Der Dichtraum 13 ist aufgrund der oben beschriebenen Klebemaßnahmen hermetisch abgedichtet. Der Dichtraum 13 kann vollständig oder nur teilweise (wie in Figur 4 dargestellt) mit dem Gel G gefüllt sein.
Je nach Elastizität und Setzverhalten des Klebemittels 7 beziehungsweise der Klebefolie kann auf die Verwendung eines harten Anschlags zwischen Deckel 10 und Grundplatte 1 verzichtet werden, wie zum Beispiel bei den in den Figuren 1 - 4 gezeigten Ausführungsbeispielen. Wenn das Klebemittel 7 jedoch als Flüssigkleber aufgetragen wird, ist ein Anschlag 16, wie in Figur 5 gezeigt, jedoch sinnvoll. Der
Anschlag 16 kann zum Beispiel durch eine Abwinkelung 17 des Randes des Deckels 10 und/oder durch Vorsehen eines Bundes 18 bei den Nieten 14 realisiert werden.
Damit keine unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen metallischer Grundplatte 1 und dem Deckel 10 auftreten können, wird für den Deckel 10 vorzugsweise das gleiche Material wie für die Grundplatte 1 gewählt, vorzugsweise Aluminium. Die Wahl von Metall für den Deckel 10 ist auch insofern vorteilhaft, weil bei einem Metalldeckel die
Gefahr des Eindringens von Getriebeöl in den Dichtraum 13 des geschlossenen Gehäuses durch Diffusion wesentlich geringer ist als bei Verwendung von Kunststoff als Deckelmaterial. Ein weiterer Vorteil eines Deckels 10 aus Metall besteht darin, dass die Materialstärke des Deckels 10 ohne Einbußen bei Stabilität und Diffusionsdichte so gering gewählt werden kann, dass sich der Deckel bei relativ hohen Temperaturen membranartig wölben kann, um so Spannungen zwischen Deckel 10 und Klebemittel 7 zu verhindern bzw. zu verringern. Allerdings kann es zur
Realisierung von sehr komplexen Deckelgeometrien, wie sie zum Beispiel beim Erfüllen von bestimmten Bauraumanforderungen im Inneren der zu steuernden Kraftfahrzeug-Baugruppe erforderlich sein können, vorteilhaft sein, den Deckel 10 aus Kunststoff zu fertigen.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Gehäuse gemäß der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ragt der Deckel 10 rechts und links über die Grundplatte 1 hinaus. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, wenn sowohl im Bereich der Grundplatte wie auch in dem über die Grundplatte 1 hinausragenden Bereich Fixierstellen 22 beziehungsweise Abstandhalter zwischen der flexiblen Leiterbahn 2 und dem Deckel 10 vorgesehen sind. Die Fixierstellen 22 können sowohl mechanische Fixierungen 23
oder auch Klebeflächen 24 sein. Die Fixierstellen 22 gewährleisten eine ordentliche Führung der flexiblen Leiterplatte 2 entlang des Deckels 10; die flexible Leiterplatte 2 kann auf diese Weise ordnungsgemäß sowohl zu der elektronischen Schaltung 4, 5 im Inneren des Gehäuses, wie auch zum Beispiel zu Getriebesteckern oder Aktuatorsteckern außerhalb des Gehäuses geführt werden.