WO2015055470A1 - Elektronisches steuergerät und verfahren zur anordnung und elektrischen anbindung elektronischer bauelemente auf einem schaltungsträger - Google Patents

Elektronisches steuergerät und verfahren zur anordnung und elektrischen anbindung elektronischer bauelemente auf einem schaltungsträger Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electronic control ⁇ er réelle according to the preamble of claim 1 and a method for the arrangement and electrical supply of electronic components on a circuit board according to the preamble of claim 4.
  • electronic components are used in electronic control units, in particular motor vehicle control units, in order, for example, to have a
  • Vehicle on-board network introduced interference already in the high-current path to filter. Since these components used for interference are often subjected to high currents during operation, a massive design with large diameters of the components associated electrical conductor is necessary, whereby they have a comparatively large amount of space and can be correspondingly difficult. An arrangement and electrical connection of these components on the circuit board in a conventional reflow process, together with other SMD components, is therefore not feasible without considerable additional effort, which is why more joining methods are often used.
  • the ends to be contacted, or portions of the electrical conductors of these devices have in this case a large position ⁇ tolerance, resulting in a direct contact with the circuit carrier designed in addition complex.
  • Corresponding contact points, z. B. contact openings or. Contact surfaces, the PCB will be without aligning the ends of the conductors thus not directly met.
  • Due to layout requirements which specify the orientation and position of components on the circuit carrier, the orientation and position of the contact points of the circuit carrier is also determined with the wired components. In direct contact with the circuit carrier, the ends of the conductors would have to be bent in such a way that they meet the contact points of the circuit substrate, which in many cases can not be realized without considerable effort.
  • the object of the invention is therefore to provide a way to ⁇ order and electrical contacting of electronic components, which overcomes the above problems and thereby is possible to produce inexpensively.
  • the invention relates to an electronic control unit, particularly a motor vehicle brake system comprising at ⁇ least one circuit carrier for electronic components, wherein at least one electronic component has at least one electrical conductor and further being characterized in that the electrical conductor of the electronic component with at least one contact element mechanically and is electrically conductively connected and the contact element me ⁇ chanically and electrically conductively connected to at least one contact point of the circuit substrate, wherein at least the mechanical and electrically conductive connection of the electrical conductor to the contact element is a connection produced by ultrasonic welding.
  • the contact element thus advantageously serves as an adapter between the electronic component and the contact point of the Circuit carrier, whereby a tolerance compensation made possible with a corresponding constructive design of the contact element in combination with the exact ⁇ stechnik of ultrasonic welding ⁇ and a high precision of the positioning of the contact element on the circuit board is achieved.
  • This is particularly advantageous for the assembly process of the component, since a prior alignment of the conductor, based on the contact points of the circuit substrate, can be omitted.
  • With a corresponding structural design of the contact elements contact points, which are distributed over an extended area of the circuit substrate, be contacted.
  • an electrical contacting produced in this way has a low electrical resistance combined with high mechanical strength.
  • the ultrasonic welding process is inexpensive to realize because comparatively low investment costs for equipment incurred and no welding consumables are required.
  • serial production is particularly advantageous also that very short cycle times can be achieved.
  • the contact element and / or the electrical conductor of the electronic ⁇ African component are designed in such a way that the electronic component of the circuit substrate is spaced such that further electronic components, in particular SMD components, in a range between the
  • the contact element is designed as a press-in contact comprising at least one press-in region, which is pressed in at least one designed as a contact opening Kon ⁇ timing location of the circuit carrier.
  • the invention further describes a method for assembly and electrical connection of at least one electronic component on a circuit substrate of an electronic control device, in particular a control device for a motor ⁇ vehicle braking system, which is characterized in that at least a region enclosed by the electronic component is an electrical conductor with at least one contact element me ⁇ chanically and electrically conductively connected and the contact element is mechanically and electrically connected to at least one contact point of the circuit substrate, wherein at least the mechanical and electrically conductive connection of the electrical conductor of the electronic component with the contact element is produced by ultrasonic welding.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the arrangement according to the invention and contacting of an electronic component using the example of a current-compensated choke coil
  • FIG. 2 shows examples of electronic components provided for arrangement and contacting.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the inventive arrangement and contacting of an electronic component with a relatively large wire diameter on circuit substrate 5, the example of a current-compensated reactor 1.
  • ⁇ spielsdorf choke coil 1 serves to limit disturbances in a motor vehicle control unit, which, for example, introduced via a vehicle On-board power supply, which can influence the electronics of the control unit.
  • choke coil 1 comprises at least one electrical conductor 2 whose ends 6 and / or regions thereof are electrically and mechanically connected to press-fit contacts 3, as described generically, for example, in DE 10 2009 025 113 A1.
  • the arrangement of choke coil 1 and press-fit contacts 3 is shown in the contact openings 4 of circuit carrier 5 before pressing in the press-in zones of the press-in contacts 3. After press-fitting of the press-fit zones of the press-fit contacts 3 into the contact openings 4, there is a mechanical fixation of the choke coil 1 on the circuit carrier 5 as well as an electrical-functional connection thereof.
  • the electrical and mechanical connection of the electrical conductor 2 with the press-in contacts 3 is preferably produced according to the invention by means of ultrasonic welding. .
  • the joining partners unlike many other welding processes, are not heated to the melting point.
  • the connection of two or more elements to be welded is instead produced by an intermetallic compound, whereby the heat input into the weld metal and the thermal distortion are low.
  • the press-fit contacts 3 can be precisely oniert positi ⁇ during the assembly process, to perform the press-in accordingly.
  • the generated connection between conductor 2 and press-in contact 3 does not fix this exclusively mechanically but also realizes also an electrical contact whose electrical contact resistance should be as low as possible. This requirement can be met in particular by means of contact seams produced by ultrasonic welding. Furthermore, only small demands on the surfaces of the welding partners are required, which makes expensive pretreatments dispensable.
  • the dimensioning or design specification of the press-fit contacts 3 is such that the choke coil 1 is spaced from the circuit carrier 5 in such a way that on the circuit carrier 5 further electrical components (not shown), in particular SMD components, can be provided in the region between reactor 1 and circuit carrier 5.
  • Fig. 2 a shows another electronic component on the example of rod core coil 7, while in Fig. 2 b) choke coil 1 is again shown separated.
  • Fig. 2 a shows another electronic component on the example of rod core coil 7, while in Fig. 2 b) choke coil 1 is again shown separated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Steuergerät, insbesondere eines Kraftfahrzeugbremssystems, umfassend zumindest einen Schaltungsträger (5) für elektronische Bauelemente, wobei wenigstens ein elektronisches Bauelement (1) zumindest einen elektrischen Leiter (2) aufweist und welches sich weiterhin dadurch auszeichnet, dass der elektrische Leiter (2) des elektronischen Bauelements (1) mit zumindest einem Kontaktelement (3) mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden ist und das Kontaktelement (3) mechanisch und elektrisch leitend mit wenigstens einer Kontaktstelle (4) des Schaltungsträgers (5) verbunden ist, wobei zumindest die mechanische und elektrisch leitende Verbindung des elektrischen Leiters (2) mit dem Kontaktelement (3) eine mittels Ultraschallschweißens erzeugte Verbindung ist. Zudem beschreibt die Erfindung ein Verfahren zur Anordnung und elektrischen Anbindung wenigstens eines elektronischen Bauelements auf einem Schaltungsträger eines elektronischen Steuergeräts.

Description

Beschreibung
Elektronisches Steuergerät und Verfahren zur Anordnung und elektrischen Anbindung elektronischer Bauelemente auf einem Schaltungsträger
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Steu¬ ergerät gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Anordnung und elektrischen Versorgung elektronischer Bauele- mente auf einem Schaltungsträger gemäß Oberbegriff von Anspruch 4.
In an sich bekannter Weise werden in elektronischen Steuergeräten, insbesondere Kraftfahrzeugsteuergeräten, elektroni- sehe Bauelemente eingesetzt, um beispielsweise über ein
Fahrzeug-Bordnetz eingebrachte Störungen bereits im Hochstrompfad zu filtern. Da diese zur Entstörung eingesetzten Bauelemente im Betrieb häufig mit hohen Strömen beaufschlagt werden, ist eine massive Bauform mit großen Durchmessern der den Bauelementen zugehörigen elektrischen Leiter notwendig, wodurch diese einen vergleichsweise großen Platzbedarf aufweisen und entsprechend schwer ausfallen können. Eine Anordnung und elektrische Anbindung dieser Bauelemente auf die Leiterplatte in einem konventionellen Reflow-Prozess , gemeinsam mit weiteren SMD-Bauteilen, ist daher nicht ohne erheblichen zusätzlichen Aufwand realisierbar, weshalb häufig weitere Fügeverfahren angewendet werden.
Die zu kontaktierenden Enden bzw. Bereiche der elektrischen Leiter dieser Bauelemente weisen dabei eine große Positions¬ toleranz auf, wodurch sich ein direktes Kontaktieren mit dem Schaltungsträger zusätzlich komplex gestaltet. Entsprechende Kontaktstellen, z. B. Kontaktöffnungen bzw . Kontaktflächen, der Leiterplatte werden ohne ein Ausrichten der Enden der Leiter somit nicht unmittelbar getroffen. Aufgrund von Lay- out-anforderungen, welche die Ausrichtung und Position von Bauelementen auf dem Schaltungsträger vorgeben, wird ebenfalls die Ausrichtung und Position der Kontaktstellen des Schal- tungsträgers mit den drahtgebundenen Bauelementen festgelegt. Bei direkter Kontaktierung mit dem Schaltungsträger müssten die Enden der Leiter in der Weise gebogen werden, dass sie auf die Kontaktstellen des Schaltungsträgers treffen, was in vielen Fällen nicht ohne erheblichen Aufwand realisierbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zur An¬ ordnung und elektrischen Kontaktierung elektronischer Bauelemente bereitzustellen, welche die vorgenannten Probleme überwindet und dabei möglichst preisgünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Steuergerät gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst.
Die Erfindung beschreibt ein elektronisches Steuergerät, insbesondere eines Kraftfahrzeugbremssystems, umfassend zu¬ mindest einen Schaltungsträger für elektronische Bauelemente, wobei wenigstens ein elektronisches Bauelement zumindest einen elektrischen Leiter aufweist und sich weiter dadurch auszeichnet, dass der elektrische Leiter des elektronischen Bauelements mit zumindest einem Kontaktelement mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden ist und das Kontaktelement me¬ chanisch und elektrisch leitend mit wenigstens einer Kontaktstelle des Schaltungsträgers verbunden ist, wobei zumindest die mechanische und elektrisch leitende Verbindung des elektrischen Leiters mit dem Kontaktelement eine mittels Ultraschallschweißens erzeugte Verbindung ist.
Das Kontaktelement dient somit in vorteilhafter Weise als Adapter zwischen dem elektronischen Bauelement und der Kontaktstelle des Schaltungsträgers, wodurch bei entsprechender konstruktiver Gestaltung des Kontaktelements in Kombination mit der Genau¬ igkeit des Ultraschallschweißens ein Toleranzausgleich er¬ möglicht und eine hohe Präzision der Positionierung des Kon- taktelements auf dem Schaltungsträger erzielt wird. Dies ist insbesondere für den Montageprozess des Bauelements vorteilhaft, da eine vorherige Ausrichtung des Leiters, bezogen auf die Kontaktstellen des Schaltungsträgers, entfallen kann. Bei entsprechender konstruktiver Auslegung der Kontaktelemente können Kontaktstellen, welche über eine ausgedehnte Fläche des Schaltungsträgers verteilt sind, kontaktiert werden. Durch das Ultraschallschweißen werden zudem Nachteile weiterer Fügeverfahren, wie beispielsweise eine hohe Erwärmung der zu verbindenden Baugruppen, vermieden.
In vorteilhafter Weise weist eine solchermaßen erzeugte elektrische Kontaktierung einen geringen elektrischen Widerstand bei zugleich hoher mechanischer Festigkeit auf. Das Ultraschallschweißverfahren ist kostengünstig zu realisieren, da vergleichsweise geringe Investitionskosten für Ausrüstung anfallen und keine Schweißzusatzwerkstoffe erforderlich sind. Für die Serienfertigung besonders vorteilhaft ist zudem, dass sehr kurze Taktzeiten erzielt werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Kontaktelement und/oder der elektrische Leiter des elektro¬ nischen Bauelements in der Weise ausgestaltet, dass das elektronische Bauelement von dem Schaltungsträger derart beabstandet ist, dass weitere elektronische Bauelemente, insbesondere SMD-Bauelemente, in einem Bereich zwischen dem
Schaltungsträger und dem elektronischen Bauelement angeordnet werden können. In vorteilhafter Weise kann auf dem Schaltungsträger somit eine größere Anzahl an Bauelementen bzw. eine höhere Packungsdichte erzielt werden. Besonders bevorzugt ist das Kontaktelement als Einpresskontakt ausgebildet, welcher wenigstens einen Einpressbereich umfasst, der in zumindest eine als Kontaktöffnung ausgebildete Kon¬ taktstelle des Schaltungsträgers eingepresst ist. Die Erfindung beschreibt weiterhin ein Verfahren zur Anordnung und elektrischen Anbindung wenigstens eines elektronischen Bauelements auf einem Schaltungsträger eines elektronischen Steuergeräts, insbesondere eines Steuergeräts für ein Kraft¬ fahrzeugbremssystem, welches sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens ein durch das elektronische Bauelement umfasster elektrischer Leiter mit zumindest einem Kontaktelement me¬ chanisch sowie elektrisch leitend verbunden wird und das Kontaktelement mechanisch und elektrisch leitend mit zumindest einer Kontaktstelle des Schaltungsträgers verbunden wird, wobei zumindest die mechanische sowie elektrisch leitende Verbindung des elektrischen Leiters des elektronischen Bauelements mit dem Kontaktelement mittels Ultraschallschweißens hergestellt wird.
Besonders bevorzugt wird die mechanische sowie elektrisch leitende Verbindung des als Einpresskontakt ausgebildeten
Kontaktelements mittels Einpresstechnik in zumindest eine als Kontaktöffnung ausgebildete Kontaktstelle des Schaltungsträgers hergestellt . Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
In Prinzipdarstellung zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung und Kontaktierung eines elektronischen Bauelements am Beispiel einer stromkompensierten Drosselspule und Fig. 2 Beispiele für zur Anordnung und Kontaktierung vorgesehene elektronische Bauelemente.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung und Kontaktierung eines elektronischen Bauelements mit vergleichsweise großem Drahtdurchmesser auf Schaltungsträger 5, am Beispiel einer stromkompensierten Drosselspule 1. Bei¬ spielsgemäß dient Drosselspule 1 zur Begrenzung von Störungen in einem Kraftfahrzeugsteuergerät, welche, eingebracht z.B. über ein Fahrzeug-Bordnetz, die Elektronik des Steuergeräts be- einflussen können.
Drosselspule 1 umfasst dabei zumindest einen elektrischen Leiter 2, dessen Enden 6 und/oder Bereiche desselben elektrisch sowie mechanisch mit Einpresskontakten 3 verbunden sind, wie sie gattungsgemäß beispielsweise in der DE 10 2009 025 113 AI beschrieben werden.
Die Anordnung aus Drosselspule 1 und Einpresskontakten 3 ist dabei vor dem Einpressen der Einpresszonen der Ein-presskontakte 3 in die Kontaktöffnungen 4 von Schaltungsträger 5 gezeigt. Nach dem Einpressen der Einpresszonen der Ein-presskontakte 3 in die Kontaktöffnungen 4 besteht eine mechanische Fixierung von Drosselspule 1 auf Schaltungsträger 5 sowie eine elekt- risch-funktionelle Anbindung derselben. Die elektrische und mechanische Verbindung des elektrischen Leiters 2 mit den Einpresskontakten 3 wird erfindungsgemäß bevorzugt mittels Ultraschallschweißens hergestellt . ,
b
Beim Ultraschallschweißen werden die Fügepartner, im Gegensatz zu vielen anderen Schweißverfahren, nicht bis zum Schmelzpunkt erhitzt. Die Verbindung zweier oder mehrerer zu verschweißender Elemente wird stattdessen durch eine intermetallische Verbindung erzeugt, wodurch der Wärmeeintrag in das Schweißgut sowie der thermische Verzug gering sind. Hierdurch können die Einpresskontakte 3 während des Montageprozesses präzise positi¬ oniert werden, um den Einpressvorgang entsprechend durchführen zu können.
Die erzeugte Verbindung zwischen Leiter 2 und Einpresskontakt 3 fixiert diese nicht ausschließlich mechanisch sondern realisiert zudem auch eine elektrische Kontaktierung, dessen elektrischer Übergangswiderstand möglichst gering sein sollte. Diese An- forderung kann insbesondere mittels Ultraschallschweißens erzeugten Kontaktierungen erfüllt werden. Ferner sind nur geringe Anforderungen an die Oberflächen der Schweißpartner erforderlich, was aufwändige Vorbehandlungen entbehrlich macht. Die Dimensionierung bzw. konstruktive Vorgabe der Einpress¬ kontakte 3 erfolgt gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in der Weise, dass Drosselspule 1 von Schaltungsträger 5 derart beabstandet ist, dass auf Schaltungsträger 5 weitere elektrische Bauelemente (nicht dargestellt) , insbesondere SMD-Bauelemente, im Bereich zwischen Drosselspule 1 und Schaltungsträger 5 vorgesehen werden können.
Fig. 2 a) zeigt ein weiteres elektronisches Bauelement am Beispiel von Stabkernspule 7, während in Fig. 2 b) Drosselspule 1 nochmals separiert dargestellt ist. Für die Figuren wurden im Wesentlichen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen .

Claims

Elektronisches Steuergerät, insbesondere eines Kraft¬ fahrzeugbremssystems, umfassend zumindest einen Schal¬ tungsträger (5) für elektronische Bauelemente, wobei wenigstens ein elektronisches Bauelement (1) zumindest einen elektrischen Leiter (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter
(2) des elektro¬ nischen Bauelements (1) mit zumindest einem Kontaktelement
(3) mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden ist und das Kontaktelement (3) mechanisch und elektrisch leitend mit wenigstens einer Kontaktstelle (4) des Schaltungs¬ trägers (5) verbunden ist, wobei zumindest die mechanische und elektrisch leitende Verbindung des elektrischen Leiters
(2) mit dem Kontaktelement (3) eine mittels Ultra¬ schallschweißens erzeugte Verbindung ist.
Elektronisches Steuergerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) und/oder der elektrische Leiter (2) des elektronischen Bauelements (1) in der Weise ausgestaltet sind, dass das elektronische Bauelement (1) von dem Schaltungsträger (5) derart beabstandet ist, dass weitere elektronische Bauelemente, insbesondere SMD-Bauelemente, in einem Bereich zwischen dem Schaltungsträger (5) und dem elektronischen Bauelement (1) angeordnet werden können.
Elektronisches Steuergerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) als Ein¬ presskontakt ausgebildet ist, welcher wenigstens einen Einpressbereich umfasst, der in zumindest eine als Kon¬ taktöffnung (4) ausgebildete Kontaktstelle (4) des
Schaltungsträgers (5) eingepresst ist. Verfahren zur Anordnung und elektrischen Anbindung wenigstens eines elektronischen Bauelements (1) auf einem Schaltungsträger eines elektronischen Steuergeräts, insbesondere eines Steuergeräts für ein Kraftfahrzeug¬ bremssystem, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein durch das elektronische Bauelement (1) umfasster elekt¬ rischer Leiter (2) mit zumindest einem Kontaktelement (3) mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden wird und das Kontaktelement (3) mechanisch und elektrisch leitend mit zumindest einer Kontaktstelle (4) des Schaltungsträgers (5) verbunden wird, wobei zumindest die mechanische sowie elektrisch leitende Verbindung des elektrischen Leiters (2) mit dem Kontaktelement (3) mittels Ultraschallschweißens hergestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische sowie elektrisch leitende Verbindung des als Einpresskontakt (4) ausgebildeten Kontaktelements (4) mittels Einpresstechnik in zumindest eine als Kontakt¬ öffnung (4) ausgebildete Kontaktstelle (4) des Schal¬ tungsträgers (5) hergestellt wird.
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