WO2014079421A1 - Potentialausgleich in einem steuergerät für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Potentialausgleich in einem steuergerät für ein kraftfahrzeug Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an arrangement for equipotential bonding in a control device for a motor vehicle, a method for producing a potential equalization in a control device and a control device with a corresponding arrangement.
  • a Massebond is required mainly for reasons of electromagnetic compatibility to the mass offset between the gear housing, d. H. balance the mass of the vehicle and the control unit.
  • ground denotes the electrical reference potential for signal and operating voltages in the vehicle or control unit. So far, this is usually a direct bond from the circuit board provided on a base plate of the control unit made of aluminum.
  • the bonding surface must be machined. This causes additional production costs, as otherwise no further processing is necessary here.
  • One difficulty is that the bonding surface may be contaminated or that the bonding surface does not meet the surface roughness requirements with regard to roughness, and thus no secure bond connection is ensured, which may entail repairs.
  • the ground bond is placed directly on the die-cast aluminum baseplate.
  • a machined surface is required, for example, a milled surface.
  • the base plate must be washed, for example, with perchlorethylene, in particular degreased to the strict cleanliness and Surface requirements to meet. This is an expensive and, in particular, environmentally damaging process.
  • the invention is therefore based on the object to provide a control device for a motor vehicle and a method for its production, in which the Potentiaiausrete Sammlung the circuit substrate is simplified to the transmission housing.
  • the core of the arrangement according to the invention consists in that at least one contacting element, which electrically connects the circuit carrier to the carrier structure by means of a connecting element in order to produce a potential equalization, has a bondable surface coating.
  • this surface coating on the contacting element of galvanically or chemically deposited.
  • the contacting element can be completely or even partially coated, whereby advantageously one or more defined bondable surfaces can arise.
  • the coated contacting element which is non-positively or positively connected to the support structure, for. B. designed as a screw or rivet, a screw can be very easily mounted.
  • the support structure is formed at least as a part, in particular as a base plate of the control unit housing, for example made of aluminum.
  • the circuit carrier comprises a printed circuit board, in particular with a ceramic substrate, wherein in particular the connecting element between see circuit carrier and carrier structure can be designed specifically as a ground bond.
  • the method according to the invention enables a particularly simple establishment of a potential equalization between a circuit carrier of a control device and its housing.
  • a control device with a circuit carrier and a carrier structure or base plate together with a connecting element and a contacting element are provided, wherein the contacting element has a bondable surface coating.
  • this compound is also electrically conductive.
  • a screw with a corresponding surface coating is screwed into a corresponding threaded opening of a housing base plate.
  • an electrically conductive connection between the contacting element and the circuit carrier mitteis of the connecting element for.
  • a Dickdrahtbond made of aluminum.
  • a control device 1 for a motor vehicle in particular a transmission control device comprises a housing for receiving an electrical component 6, a support structure 2, at least one side wall 8 and a lid, not shown here.
  • the base plate 2 may also be formed integrally with the side wall 8.
  • the electrical component 6 is mounted on a circuit carrier 4, z.
  • a circuit carrier 4 As a circuit board, arranged, for example, glued or soldered.
  • the circuit carrier 4 again rum is on the support structure, in particular a dimensionally stable Gmndplatte 2 Aiuminiumdruckguss arranged, in particular glued.
  • the contacting element is designed in this case as a screw, in particular an external hex screw with a screw head with several different defined surfaces.
  • a screw in particular an external hex screw with a screw head with several different defined surfaces.
  • only the top of the screw head is provided with a bondable surface coating 5.
  • the coated screw 7 is here screwed non-positively and electrically conductive in a corresponding threaded opening of the base plate 2.
  • the screw 7 is screwed into the threaded opening of the base plate 2 such that after production of the frictional connection of the screw head complains to the base plate 2 is.
  • the screw head could also be completely screwed into the base plate 2, whereby the electrically conductive surface between the screw 7 and base plate 2 would be increased.
  • connection element 7 is electrically conductively connected to the bondable surface coating 5 of the screw 7 by means of the connecting element 3.
  • the connecting element is designed as a thick-wire bond 3 made of aluminum.
  • any other type of wire or ribbon connection would be possible, e.g. as aluminum thin wire, gold wire, copper wire, copper tapes or aluminum tapes possible.
  • metallic or non-metallic and hitherto non-bondable materials which have an electrical conductivity can also be connected to each other in a process-reliable or process-reliable manner with a defined potential and a low contact resistance. Material differences in the housing components to be connected have a significantly lower influence on the bonding process.

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Abstract

Eine Anordnung zum Potentialausgleich in einem Steuergerät (1) für ein Kraftfahrzeug umfasst mindestens ein elektrisches Bauteil (6) auf einem Schaltungsträger (4), eine Trägerstrakiur (2), auf dem der Schaltungsträger (4) angeordnet ist, und mindestens ein Kontaktierungselement (7), das zum Herstellen eines Potentialausgleichs den Schaltungsträger (4) mit der Trägerstruktur (2) mittels eines Verbindungselements (3) elektrisch leitend verbindet, wobei das Kontaktierungselement (7) eine bondbare Oberflächenbeschichtung (5) aufweist.

Description

Potentialausgieich in einem Steuergerät für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Potentialausgleich in einem Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zur Herstellung eines Potentialaus- gleichs in einem Steuergerät sowie ein Steuergerät mit einer entsprechenden Anordnung.
Für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug ist aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit insbesondere eine Masseanbindung des Schaltungsträgers des Steuergeräts zum Steuergerätgehäuse, bzw. zur Steuergerätgrundplatte, welche üblicherweise aus Aluminium ist, notwendig.
Ein Massebond ist vor allem aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit erforderlich, um den Masseversatz zwischen dem Getriebegehäuse, d. h. der Masse am Fahrzeug und dem Steuergerät auszugleichen. Masse bezeichnet hierbei das elektrische Bezugspotential für Signal- und Betriebsspannungen im Fahrzeug bzw. Steuergerät. Bisher ist hierzu in der Regel eine direkte Bondverbindung vom Schaltungsträger auf eine Grundplatte des Steuergeräts aus Aluminium vorgesehen. Hierzu muss die Bondfläche mechanisch bearbeitet sein. Dies verur- sacht zusätzliche Herstellungskosten, da hier sonst keine weitere Bearbeitung notwendig ist. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass die Bondfläche Verschmutzungen aufweisen kann oder die Bondfläche die Anforderungen an die Oberrlä- chenbeschaffenheit bzgl. Rauigkeit nicht erfüllt, und somit keine sichere Bondverbindung gewährleistet ist, was Reparaturen nach sich ziehen kann.
Üblicherweise wird der Massebond direkt auf die Aluminium-Druckguss- Grundplatte gesetzt. Um die Bondbarkeit auf der Grundplatte zu gewährleisten, ist eine mechanisch bearbeitete Fläche erforderlich, zum Beispiel eine gefräste Fläche. Insbesondere muss die Grundplatte zum Beispiel mit Perchlorethylen gewaschen, insbesondere entfettet werden, um den strengen Sauberkeits- und Oberflächenanforderungen zu genügen. Dies ist ein teures und insbesondere um- weltschädiiches Verfahren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät für ein Kraft- fahrzeug und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, bei welchem der Potentiaiausgleich des Schaltungsträgers zum Getriebegehäuse vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmaie der Ansprüche 1, 9 und 11 gelöst. Der Kern der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass mindestens ein Kontaktierungselement , das zum Herstellen eines Potentialausgleichs den Schal- tungsträger mit der Trägerstruktur mittels eines Verbindungselements elektrisch leitend verbindet, eine bondbare Oberflächenbeschichtung aufweist. Insbesondere besteht diese Oberflächenbeschichtung auf dem Kontaktierungselement aus galvanisch oder chemisch abgeschiedenem. Material aus Aluminium., Kupfer, Silber, oder einer Verbindung wie Nickel/Gold, Nickel/Silber, Nickel/Palladium/Gold oder Nickel/Palladium/Silber. Dabei kann das Kontaktierungselement ganz oder auch nur teilweise beschichtet sein, wodurch vorteilhaft- erweise eine oder auch mehrere definierte bondbare Oberfl ächen entstehen können.
Der Einfachheit halber ist das beschichtete Kontaktierungselement, das mit der Trägerstruktur kraft- oder formschlüssig verbunden ist, z. B. als Schraube oder Niet ausgeführt, wobei eine Schraube besonders einfach montiert werden kann.
Vorzugsweise ist die Trägerstruktur zumindest als Teil, insbesondere als Grundplatte des Steuergerätgehäuses, beispielsweise aus Aluminium, ausgebildet. Vortelhafterweise umfasst der Schaltungsträger eine Leiterplatte, insbesondere mit einem Keramiksubstrat, wobei insbesondere das Verbindungselement zwi- sehen Schaltungsträger und Trägerstruktur speziell als Massebond ausgeführt sein kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein besonders einfaches Herstellen eines Potentialausgleichs zwischen einem Schaltungsträger eines Steuergeräts und dessen Gehäuse. Zunächst werden insbesondere ein Steuergerät mit einem Schaltungsträger und einer Trägerstruktur bzw. Grundplatte nebst einem Verbindungselement und einem Kontaktierungselement bereit gestellt, wobei das Kontaktierungselement eine bondbare Oberflächenbeschichtung aufweist .
Anschließend wird eine insbesondere kraft- oder formschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement mit der Trägerstruktur hergesteilt, wobei diese Verbindung auch elektrisch leitend ist. Beispielsweise wird dabei eine Schraube mit einer entsprechenden Oberflächenbeschichtung in eine entspre- chende Gewindeöffnung einer Gehäusegrundplatte eingeschraubt.
Abschließend wird dann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement und dem Schaltungsträger mitteis des Verbindungselements, z. B. einem Dickdrahtbond aus Aluminium, hergestellt .
Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt einen Teilquerschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung. Ein Steuergerät 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Getriebesteuergerät umfasst ein Gehäuse zur Aufnahme eines elektrischen Bauteils 6 eine Trägerstruktur 2, mindestens eine Seitenwand 8 und einen, hier nicht gezeigten Deckel. Die Grundplatte 2 kann auch einteilig mit der Seitenwand 8 ausgebildet sein.
Das elektrische Bauteil 6 ist auf einem Schaltungsträger 4, z. B. einer Leiterplatte, angeordnet, beispielsweise geklebt oder gelötet. Der Schaltungsträger 4 wiede rum ist auf der Trägerstruktur , insbesondere einer formstabilen Gmndplatte 2 aus Aiuminiumdruckguss, angeordnet, insbesondere geklebt.
Das Kontaktierungselement ist in diesem Fall als Schraube?, insbesondere eine Außensechskantschraube mit einem Schraubenkopf mit mehreren verschiedenen definierten Oberflächen ausgeführt. In der Figur ist nur die Oberseite des Schraubenkopfs mit einer bondbaren Oberflächenbeschichtung 5 versehen. Die beschichtete Schraube 7 ist hier kraftschlüssig und elektrisch leitend in eine entsprechende Gewindeöffnung der Grundplatte 2 eingeschraubt. In der Figur ist die Schraube 7 derart in die Gewindeöffnung der Grundplatte 2 eingeschraubt, dass nach Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung der Schraubenkopf beanstandet zur Grundplatte 2 ist. Der Schraubenkopf könnte jedoch auch ganz in die Grundplatte 2 eingeschraubt sein, wodurch die elektrisch leitende Oberfläche zwischen Schraube 7 und Grundplatte 2 noch erhöht werden würde.
Eine alternative Art des Verbindens des Kontaktierungselements 7 mit der Grundplatte 2 zum Schrauben, wäre beispielsweise Nieten, Löten, Schweißen oder Kleben. Der Schaltungsträger 4 ist mit der bondbaren Oberflächenbeschichtung 5 der Schraube 7 mittels des Verbindungselements 3 elektrisch leitend verbunden. Insbesondere ist das Verbindungselement als Dickdrahtbond 3 aus Aluminium ausgeführt. Als Verbindungselement 3 wäre aber auch jede andere Art von Draht- oder Bandverbindung möglich, z.B. als Aluminiumdünndraht, Golddraht, Kupferdraht, Kupferbändchen oder Aluminiumbändchen möglich.
Erfindungsgemäß können auch metallische oder nichtmetallische und bisher nicht bondbare Materialien, welche eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, prozesssicher bzw. prozesssicherer mit einem definierten Potenzial und einem niedrigen Übergangswiderstand miteinander verbunden werden. Materialunterschiede bei zu verbindendenen Gehäusekomponenten haben dabei einen deutlich geringeren Einfluss auf den Bondprozess.
Es muss kein Bereich einer Gehäusekomponente in einem extra Schritt speziell mechanisch bearbeitet, z. B. gefräst, werden, um auf diesen direkt bonden zu können. Auch ist eine Potenzialanbindung bzw. ein Potenzialausgleich durch mehrere dieser ontaktierungselemente an verschiedenen Stellen des Gehäuses möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Potentialausgleich in einem Steuergerät (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend
a. mindestens ein elektrisches Bauteil (6) auf einem Schaltungsträger (4), b. eine Trägerstruktur (2), auf dem der Schaltungsträger (4) angeordnet ist, und
c. mindestens ein Kontaktierungselement (7), das zum Herstellen eines Potentialausgleichs den Schaltungsträger (4) mit der Trägerstruktur (2) mittels eines Verbindungselements (3) elektrisch leitend verbindet, wo- bei das Kontaktierungselement (7) eine bondbare Oberflächenbeschich- tung (5) aufweist.
2. Anordnung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflä- chenbeschichtung (5) auf dem Kontaktierungselement (7) galvanisch oder chemisch abgeschieden ist.
3. Anordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflä- chenbeschichtung (5) aus Aluminium, Kupfer, Silber, oder einer Verbindung wie Nickel/Gold, Nickel/Silber, Nickel/Palladium/Gold oder Ni- ckel/Palladium/Silber besteht.
4. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (7) mit der Trägerstruktur (2) kraft- oder formschlüssig mittels einer Schraub- oder Nietverbindung ver- bunden ist.
5. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2) zumindest als Teil eines Steuergerätgehäuses , insbesondere als Grundplatte desselben ausgebildet ist.
6. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (4) eine Leiterplatte, insbesondere mit einem Keramiksubstrat umfasst.
7. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselements (3) als Drahtbond ausgeführt ist.
8. Anordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtbond als Massebond ausgeführt ist
9. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zum Potentialausgleichs in einem Steuergerät (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend die folgenden Schritte:
a. Bereitstellen eines Steuergeräts mit einem Schaltungsträger (4) und einer Trägerstruktur (2),
b. Bereitstellen eines elektrisch leitenden Verbindungselements (3) und eines Kontaktierungselements (7), wobei das Kontaktierungselement (7) eine bondbare Oberflächenbeschichtung (5) aufweist,
c. Herstellen einer kraft- oder formschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement (7) mit der Trägerstruktur (2), wobei die hergestellte Verbindung auch elektrisch leitend ist, und
d. Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement (7) und dem Schaltungsträger (4) mittels des Verbindungselements (3).
10. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (5) auf dem Kontaktierungselement (7) galvanisch oder chemisch abgeschieden ist.
11. Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung zum Potentialausgleich gemäß Anspruch 1.
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