WO2008049724A1

WO2008049724A1 - Gehäuse für ein elektronisches steuergerät

Info

Publication number: WO2008049724A1
Application number: PCT/EP2007/060686
Authority: WO
Inventors: Karl Smirra
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2008-05-02
Also published as: DE102006050351A1

Abstract

Ein Gehäuse (1) für ein elektronisches Steuergerät weist mindestens zwei Gehäuseteile, welche mindestens einen Gehäuseboden (2), einen Gehäusedeckel (3) und eine elektronische Verbindung (4) zwischen im Gehäuseinnenraum angeordneten Bauteilen (5) und außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten umfasst, die auf dem Gehäuseboden (2) fixiert ist. Der Gehäusedeckel (3) ist direkt auf der elektronischen Verbindung (4) aufgelötet und ermöglicht auf diese Weise eine dauerhaft hermetisch abgedichtete Durchführung der elektronischen Verbindung (4).

Description

Beschreibung

Gehäuse für ein elektronisches Steuergerät

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektronisches

Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie .

Steuergeräte weisen im Allgemeinen eine Vielzahl an elektronischen Komponenten auf, welche in Verbindung mit anderen Komponenten außerhalb des Steuergerätes stehen. Sie werden normalerweise in spezielle Gehäuse eingesetzt, um sie gegen Umwelteinflüsse oder mechanische Beanspruchungen zu schützen. Zudem erfüllen die Gehäuse eine wichtige Abschirmfunktion. Um eine verlässliche Verbindung zu außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten zu ermöglichen, ist eine elektrische Verbindung von der Gehäuseinnenseite zur Gehäuseaußenseite not- wendig.

Stand der Technik

Die DE 10 2004 033 559 Al beschreibt eine solche Verbindung, die zwischen der Gehäuseinnen- und der Gehäuseaußenseite angeordnet ist und fest mit der Gehäusewand umspritzt oder um- presst ist. Dabei besitzt die Gehäusewand einen Hohlraum, in den zusätzliches Dichtmaterial eingebracht wird. Dieses Dichtmaterial umschließt die elektrische Verbindung und dich- tet die Durchführung der elektrischen Verbindung durch die Gehäusewand ab. Zusätzlich wird mit dem Dichtmaterial eine Abdichtung der Gehäusewand mit dem Deckel und/oder dem Boden ermöglicht .

Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, dass die Gehäusebauteile speziell für jedes Steuergerät aufgrund der eingespritzten bzw. eingepressten elektrischen Verbindungen herge- stellt werden müssen. Zudem können beim Dichtmaterial im Laufe der Lebensdauer eines solchen Steuergeräts Ermüdungserscheinungen auftreten, insbesondere in einem stark aggressiven Umfeld wie bei Getriebe-Steuergeräten, die von chemisch stark angreifendem Getriebeöl umgeben sind und gleichzeitig hohen Temperaturen standhalten müssen.

Die DE 33 15 655 Al beschreibt eine elektrische Verbindung mittels flexiblen Leiterbahnen. Die flexiblen Leiterbahnen werden an einer Verbindungsstelle zwischen Gehäuse und Deckel eingelegt und sind ebenfalls über Formdichtungen mit dem Gehäuse und dem Deckel abgedichtet. Diese flexiblen Leiterbahnen können von der Verbindungsstelle direkt an das elektrische Bauteil im Gehäuseinnern geführt werden. Dadurch ist die Anordnung der Komponenten relativ flexibel.

Darüber hinaus ist aus der DE 199 14 469 Cl eine Anordnung zur dichten Durchführung einer flexiblen Leiterplatte durch eine Gehäusewandfuge bekannt, bei der im Fugenbereich zwei Formdichtungen mit einem Dichtprofil angeordnet sind, die beim Zusammenfügen der beiden Gehäusewandteile eine Längsverschiebung der flexiblen Leiterplatte hervorruft.

Auch hier besteht jedoch jeweils der Nachteil, dass die Ab- dichtung mittels Formdichtungen den hohen Ansprüchen sowohl in Bezug auf die mechanische/vibratorische Beanspruchung als auch in Bezug auf die chemische Stabilität über die gesamte Lebensdauer des Steuergeräts gerade in aggressiver Umgebung nicht standhält und daher verbesserungswürdig ist.

Aufgabenstellung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gehäuse für ein e- lektronisches Steuergerät mit einer elektronischen Verbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum und dem Gehäuseaußenraum bereit zu stellen, welche eine einfache und flexible Verbindung zu außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten ermöglicht und gleichzeitig die Zahl der Schnittstellen gering hält. Zudem soll die Abdichtung der Durchführung der elektrischen Verbindung hermetisch dicht sein und hohen mechanischen und chemischen Beanspruchungen über die gesamte Lebensdauer des Steu- ergerätes standhalten, auch bei hohen Temperaturen. Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 7 erreicht.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Durchführung einer elektrischen Verbindung zwischen Gehäuseinnenraum und Gehäuseaußenraum so vorzusehen, dass der Gehäusedeckel direkt auf die elektrische Verbindung aufgelötet wird. Dadurch kann zum Einen die Verwendung von Dichtmaterial und insbesondere Form- dichtungen vermieden werden. Insbesondere werden aufwändig abgedichtete Durchführungen durch die Gehäusewand überflüssig. Zum Anderen ermöglicht diese Anordnung eine flexible Anordnung der Verbindungsstellen bei gleichzeitiger direkter Anbindung der elektrischen Verbindung sowohl an das elektri- sehe Bauteil im Innern des Gehäuses als auch an die außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten.

Als elektrische Verbindung kann eine an sich bekannte Leiterplatte verwendet werden. Vorteilhafter Weise besteht die e- lektrische Verbindung aus einer flexiblen Leiterplatte mit Leiterbahnen. Die flexible Leiterplatte kann beispielsweise aus einer unteren Polyimid-Basisfolie, darauf in einer Klebeschicht eingebettet angeordneten metallischen Leiterbahnen und einer oberen Polyimid-Deckfolie bestehen. Besonders be- vorzugt können mehrschichtige flexible Leiterplatten als e- lektrische Verbindung verwendet werden. Zur Ermöglichung der späteren Aufbringung des Gehäusedeckels mittels Lötens wird eine ununterbrochen umlaufende metallische Bahn auf der Oberfläche der elektrischen Verbindung angeordnet. Vorzugsweise bildet dieser metallische Bereich der elektronischen Verbindung die Aufsatzfläche des Gehäusedeckels auf der Leiterplatte ab . Der Gehäuseboden besteht bevorzugter Weise aus einem metallischen Material, besonders bevorzugt ist er aus Aluminium. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die flexible Leiterplatte auf den metallischen Gehäuseboden auflami- niert. Dies stellt eine verlässliche und kostengünstige Fixierung sicher. Der Gehäusedeckel kann aus jedem Material bestehen, das ein Verlöten mit der Oberfläche der elektrischen Verbindung erlaubt und gleichzeitig die notwendigen EMV- Abschirmwerte mitbringt. Beispielsweise kann ein metallisier- ter Kunststoff-Formkörper eingesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gehäusedeckel jedoch ebenfalls aus einem metallischen Material wie beispielsweise Stahlblech gefertigt. Dadurch ergeben sich eine erhöhte Langzeitstabilität und verbesserte Abschirmwerte über die gesamte Lebensdauer des Steuergeräts.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses für ein Steuergerät wird eine elektronische Verbindung auf den Gehäuseboden aufgebracht, die Verbindungen zu den elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses und zu den außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten hergestellt und anschließend der Gehäusedeckel direkt auf den entsprechenden metallischen Bereich der elektronischen Verbindung aufgelötet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine flexible Leiterplatte auf einen Gehäuseboden aus Aluminium auflaminiert . Besonders bevorzugt wird die flexible Leiterplatte mittels Acrylkleber auf dem Gehäuseboden fixiert.

Verbindungen zwischen den außerhalb des Gehäuses angeordneten elektronischen Komponenten und der elektronischen Verbindung der vorliegenden Erfindung können auf jede bekannte Weise hergestellt werden. So können die Verbindungen lösbar beispielsweise als Stecker oder nicht lösbar durch beispielswei- se Löten oder Schweißen hergestellt werden. Die elektronische Verbindung wird besonders bevorzugt direkt sowohl mit den e- lektronischen Bauteilen im Inneren des Gehäuses als auch mit den Signalgebern und -empfängern (insbesondere Sensoren, Ventile, etc.) außerhalb des Gehäuses verbunden, und insbesondere bevorzugt mittels Dickdraht-Bonden. Die Anzahl der Verbindungen kann somit deutlich reduziert und auf diese Weise Tei- leausfälle aufgrund von schadhaften Schnittstellen wie beispielsweise Steckern vermieden werden. Die Fehleranfälligkeit vermindert sich dadurch erheblich.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausführungsvarianten in Verbindung mit der Zeichnung erläutert . In dieser zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht auf eine Gehäuseboden- platte mit fixierter Leiterplatte und einen Gehäusedeckel;

Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht auf ein geschlossenes

Gehäuse;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines geschlossenen Gehäuses mit Gehäuseboden, Gehäusedeckel und Leiterplatte sowie im Inneren des Gehäuses angeordneten elektronischen Bauteilen;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung von einer weiteren Variante der Erfindung als geschlossenes Gehäuse mit einem Gehäuseboden, einem Gehäusedeckel und einer flexiblen Leiterplatte .

Fig. 1 zeigt ein Steuergerät, das zum Einbau in ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen ist. Das Gehäuse 1 des Steuergerätes wird von einer metallischen Bodenplatte 2 und einem Gehäusedeckel 3 aus Stahlblech gebildet. Auf der metallischen Bodenplatte 2 ist eine Leiterplatte 4 fixiert. Die Leiterplatte 4 weist umlaufend einen Lotrahmen 6 auf, der in seiner Form der Aufsatzfläche des Gehäusedeckels 3 entspricht. In- nerhalb des Gehäuses befindet sich eine elektronische Schaltung 5. Die Schaltung 5 wird durch verschiedene elektronische Bauteile auf der Leiterplatte 4 realisiert.

Fig. 2 zeigt ein Steuergerät mit geschlossenem, hermetisch dichtem Gehäuse 1. Die Bodenplatte 2 trägt die elektronische Verbindung, vorliegend eine nicht flexible Leiterplatte 4, wobei der Gehäusedeckel 3 umlaufend fest direkt auf der Leiterplatte 4 verlötet ist. Selbstverständlich hat hier die Leiterplatte 4 eine größere Fläche als der Gehäusedeckel 3 und ragt unter der Aufsatzfläche des Deckels hervor.

Fig. 3 zeigt ausschnittsweise ein Gehäuse 1 für eine elektronische Vorrichtung mit einem Deckel 3, einer mehrlagigen Lei- terplatte 4 und einem Gehäuseboden 2. Die mehrlagige Leiterplatte 4 weist dabei Isolierlagen 9 und Kupferleiterbahnlagen 8 auf sowie verschiedene elektronische Bauteile 5 im Innern des Gehäuses, die über Direktkontakte 10 mit der Leiterplatte verbunden und darin eingebettet sind. Erfindungsgemäß ist der Gehäusedeckel 3 über einen Lötbereich 7 direkt mit der Leiterplatte 4 verbunden. Diese Ausführungsform kann ebenso auf eine flexible Leiterplatte übertragen werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfin- düng. In diesem Längsschnitt durch ein Gehäuse 1 ist zwischen dem Gehäuseboden 2 und dem Gehäusedeckel 3 eine flexible mehrlagige Leiterplatte 4 dargestellt. Diese mehrlagige flexible Leiterplatte 4 überragt auf der linken Seite den Gehäuseboden 2 und kann dort im Weiteren eine oder mehrere Verbin- düngen zu außerhalb des Gehäuses angeordneten Komponenten

(nicht dargestellt) eingehen. Weiterhin ist die gezeigte flexible Leiterplatte 4 im Innenbereich des Gehäuses ausgeschnitten und im so entstandenen Ausschnitt ist ein elektronisches Substrat 12 angeordnet. Die Verbindungen vom elektro- nischen Substrat 12 zur flexiblen Leiterplatte 4 werden mittels Dickdraht-Bonden 10 hergestellt. Das elektronische Sub- strat 12 beinhaltet bevorzugt mehrere einzelne Bauteile und ist besonders bevorzugt ein Keramik-Substrat.

Zusammenfassend wird demnach ein Gehäuse mit einem Gehäusebo- den und einem Gehäusedeckel sowie einer elektronischen Verbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses und den außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten vorgeschlagen, bei dem der Gehäusedeckel direkt auf der elektronischen Verbindung aufgelötet ist und auf diese Weise eine dauerhaft hermetisch abge- dichtete Durchführung der elektronischen Verbindung ermöglicht, ohne die Gehäusewand zu durchdringen. Weiterhin ist eine direkte Verbindung der elektronischen Komponenten außerhalb des Gehäuses mit den elektronischen Bauteilen im Innern des Gehäuses möglich. Dadurch kann eine erhebliche Fehlerre- duktion solcher Bauteile aufgrund von schadhaften Schnittstelen erzielt werden. Zudem ist die erfindungsgemäße Art der Abdichtung des Gehäuses gleichermaßen temperaturfest und resistent gegen mechanische und chemische Beanspruchung beispielsweise durch aggressive Medien wie Getriebeöl. Es kann vorteilhafter Weise in einem Temperaturbereich von -40 ⁰C bis +250 °C verwendet werden.

Claims

Patentansprüche

1. Gehäuse (1) für eine elektronische Vorrichtung mit mindestens zwei Gehäuseteilen, welches mindestens einen Gehäuse- boden (2), einen Gehäusedeckel (3) und eine elektronischen

Verbindung (4) zwischen im Gehäuseinnenraum angeordneten Bauteilen (5) und außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten aufweist, die auf dem Gehäuseboden (2) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (3) direkt auf der elektronischen Verbindung (4) aufgelötet ist.

2. Gehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Verbindung (4) eine Leiterplatte ist.

3. Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Verbindung (4) eine flexible Leiterplatte, und insbesondere eine mehrschichtige flexible Leiterplatte ist.

4. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (2) eine größere Grundfläche aufweist als der Gehäusedeckel (3) .

5. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die elektronische Verbindung (4) unter dem aufgelöteten Gehäusedeckel (3) nach außen herausragt .

6. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten direkt an die elektronische Verbindung gebon- det sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (1) mit den Merkmalen mindestens eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektronische Verbindung (4) auf den Gehäuseboden (2) aufgebracht wird, mit den elektronischen Bauteilen im Innern des Gehäuses und den außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten verbunden wird und der Gehäusedeckel (3) auf die entsprechenden Bereiche (6) der elektronischen Verbindung (4) gelötet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der elektronischen Bauteile und Komponenten mit der elektronischen Verbindung (4) mittels Dickdraht- Bonden durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine flexible Leiterplatte als elektronische Verbindung (4) auf den Gehäuseboden (2) auflaminiert wird.

10. Verwendung eines Gehäuses (1) für ein elektronisches Steuergerät, bevorzugt für eine Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch eine elektronische Verbindung (4) mit direkt aufgelötetem Gehäusedeckel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.