WO2015135735A1 - Kompakte mehrlagenleiterplatte mit integriertem sensor zum einsatz in einem kfz-steuergerät - Google Patents

Kompakte mehrlagenleiterplatte mit integriertem sensor zum einsatz in einem kfz-steuergerät Download PDF

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WO2015135735A1
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sensor
control unit
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Karin Beart
Johannes Bock
Michael Pechtold
Bernhard Schuch
Jürgen Henniger
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • H05K2201/10628—Leaded surface mounted device

Definitions

  • the invention relates to a compact multilayer printed circuit board with at least one integrated sensor according to the preamble of claim 1.
  • automotive engineering components such as transmission, engine or brake systems are increasingly electronically controlled.
  • mechatronic controls also referred to as on-site electronics, which can be generated by integration of control electronics and associated electronic components such as sensors or valves in the transmission, the engine or the brake system. That is, the control electronics and the associated electronic components are not housed in a separate protected electronics room outside of the transmission, engine or brake system.
  • control unit in the gearbox makes high demands on its thermal and mechanical loading capacity.
  • the functionality has to be guaranteed over a wide temperature range (about -40 ° C up to 200 ° C) as well as for mechanical vibrations (up to about 40g).
  • control unit is at least partially attacked by aggressive media Gearbox oil and transmission oil vapor is surrounded, it must also have a very high degree of seal against these media.
  • the control unit In motor vehicles such controllers are used with an electronic control unit and associated components such as sensors for different tasks, the control unit usually a circuit carrier, for. B. includes a printed circuit board and located thereon active and passive electronic components. For example, when used in a transmission speeds of waves and positions of gear actuators are sensed by means of sensors. On the basis of this information, the electronic control unit controls, among other things, the switching operations in the transmission.
  • the electronic control unit is usually arranged on a carrier plate and enclosed by a housing body.
  • the sensors are electrically connected due to application near the parts to be sensed po sitioned ⁇ and via electrical conductors, in particular punched grid with the electronic control unit.
  • the stamped grid are usually encapsulated in plastic and form with the sensor as an electrical component and a sensor cover a component carrier, also called sensor dome.
  • WO 2006/108932 AI shows such a control device with a housing, comprising a housing cover for receiving Sen ⁇ sordomes and a housing shell for receiving a control unit and a film conductor for electrically connecting the
  • a disadvantage of the conventional use of sensor dome is that in the manufacture of many materials of different mechanical and thermal properties ⁇
  • the components to be sensed are located in the immediate vicinity of the control unit and thus can be dispensed with the use of domes as a sensor carrier.
  • the sensor components can be mounted directly on the scarf ⁇ tion carrier or the circuit board of the control unit.
  • the circuit boards are usually made of fiber-reinforced plastic or ceramic. Due to the miniaturization of the electronic components and the resulting reduction in the available installation space, the trend is towards so-called multi-layer or multilayer printed circuit boards.
  • Multilayer printed circuit boards made of fiber-reinforced plastic, in particular glass-fiber reinforced plastic essentially comprise outer and inner layers.
  • An outer layer usually comprises a copper layer or copper foil as a conductive element and a so-called prepreg layer as an insulating element, wherein the prepreg layer consists of a fiberglass base fabric impregnated with resin, in particular epoxy resin.
  • An inner layer also called PCB core or core, consists of a prepreg layer between two copper ⁇ layers.
  • the copper layers are formed as conductor track structures.
  • the layered structure of copper layer and prepreg layer is particularly symmetrical to the innermost prepreg layer.
  • Hall sensors and OT89 rotational speed sensors on the surface of a circuit carrier, in particular a printed circuit board, by means of different so-called “surface-mounted” technologies are state of the art. These sensors are, in particular, housed components. Technology equally oriented mounted on the surface of the circuit board, ie the connecting legs of the components, also called pins, are aligned on so-called pad surfaces of the conductor track structure, which are provided with solder paste, and then in a
  • Component housing are thus just connected to the conductor track structure of the circuit board.
  • This arrangement has the disadvantage, in particular when used in transmission controls, that the components can come into direct or indirect contact with the transmission oil. Due to the aggressive components contained in the gear oil possibly, in particular sulfur in different concentrations and different states of aggregation, can the functionalities of the respective sensor component are adversely affected, which in individual cases can also lead to failure of the respective component.
  • the invention is based on the object, a compact
  • the compact multilayer printed circuit board according to the invention comprises at least one packaged sensor with connection pins.
  • Multilayer printed wiring board has a top outer layer and a lower outer layer on layer, each having an electrically conductive Lei ⁇ terbahn Anlagen and an insulating Leiterplattenbasis-, and at least one inner layer between the two outer layers, wherein a circuit board is disposed base layer between two wiring layers in the inner layer.
  • the material of the circuit board base layer is particularly a resin impregnated fiberglass base fabric.
  • the sensor is advantageously arranged between the upper wiring layer and the lower wiring layer and completely enclosed with Ma ⁇ TERIAL the circuit board base layer and electrically connected to a wiring pattern of the multilayer printed circuit board. The sensor is thus protected against environmental influences, in particular against aggressive oils.
  • An electrically conductive connection between interconnect layers is produced by means of plated-through holes.
  • the position and number of plated-through holes can be individually adapted to the corresponding application. .
  • the senor in an outer layer of the multilayer printed circuit board of an electrically conductive conductor layer and an insulating circuit board base layer, or in an inner layer, an insulating circuit board base layer between two electrically conductive conductor layers be arranged.
  • At least one additional electrical component in particular a
  • Suppressor be arranged, wherein the electrical component as the sensor is completely enclosed with material of Leiterplattenba ⁇ sis slaughter.
  • An advantage of the integration of the suppression in the circuit board are very short and low-impedance cable routes.
  • the interconnect structure of the multilayer printed circuit board preferably comprises at least one power path and at least one signal path, wherein in particular a sensor is signal-transmitting connected to a signal path.
  • At least one control unit with at least one processor can be arranged on the multilayer printed circuit board, wherein it can then be used in particular as a compact distributor printed circuit board, for example in a motor vehicle control unit.
  • FIG. 3 shows a plan view of a compact multilayer printed circuit board with integrated sensors
  • FIG. 4 shows a section through the multilayer printed circuit board from FIG. 3 in the plane A-A
  • FIG. 3 shows a plan view of a compact multilayer printed circuit board with integrated sensors
  • Fig. 5 shows the integration of a sensor and an additional component in a compact multilayer printed circuit board
  • Fig. 1 shows a packaged sensor 3 mounted on a printed circuit board 6 by means of known SMD technology.
  • the senor 3 is mounted on the surface of the printed circuit board 6, for example by "surface mounted” technology, ie the connecting legs 2, 4 of the sensor 3, also called connecting pins, are aligned on so-called pad surfaces 1, 5 of the printed conductor structure on the printed circuit board 6 and subsequently soldered in a reflow soldering process, the pins 1, 5 on the underside of the sensor housing are thus just connected to the conductor track structure of the printed circuit board 6.
  • Fig. 2 shows a schematically drawn structure of a known sensor dome.
  • electrical connection pins 2 are usually arranged in the form of stamped gratings.
  • the lead frame 2 are customary chate encapsulated in plastic and form the sensor dome ⁇ housing 10.
  • the sensor 3 is covered at least in close span Sensordomgephaseuse 10 with the Sensordomkappe. 11
  • the punched grids 2 can be electrically contacted via the electrical contacts 19, for example with an electronic control unit.
  • a disadvantage of the use of such sensor domes in particular is that despite the use of high-quality, expensive materials repeatedly comes to failures, which are largely due to exposed copper surfaces on the sensor dome.
  • the multilayer printed circuit board L can be used in particular as a distributor printed circuit board, which can be arranged on a heat sink for heat dissipation and / or can be screwed directly to the hydraulics of a transmission ,
  • the sensors 3 are in particular populated in a cavity of the multilayer printed circuit board L, which is not explicitly shown here, via a laser or mechanically exposed cavity, and installed in a subsequent printed circuit board production process.
  • the multilayer printed circuit board L preferably comprises at least one power path 13 and at least one signal path 14, in particular, a sensor 3 is connected in a signal transmitting manner with ⁇ a signal path fourteenth This eliminates a subsequent Wiring of the sensor 3 after mounting in the multi-layer PCB L.
  • At least one control unit with at least one processor can be arranged on the multilayer printed circuit board L in the recess 12. Via the power path 13, the control unit can in particular be connected to a supply voltage source.
  • a multilayer printed circuit board L is suitable for use as a compact distributor printed circuit board, for example in a motor vehicle control unit.
  • FIG. 4 shows a section through the multilayer printed circuit board L from FIG. 3 in the plane A-A.
  • FIG. 4 shows a packaged sensor 3 with connection pins 2, 4 in a cavity of the multilayer printed circuit board L, in particular via laser or mechanically exposed cavity.
  • the multilayer printed circuit board L has an upper outer layer 7a, 6 and a lower outer layer 7b, 6, each having an electrically conductive conductor layer 7a, 7b and an insulating printed circuit board base layer 6.
  • the multilayer printed circuit board L furthermore has at least one inner layer 6, 8 between the two outer layers 7a, 6 and 7b, 6, wherein in the inner layer 6, 8 a printed circuit board base layer 6 is arranged between two printed conductor layers 8.
  • the material of the circuit board base layer 6 is a resin impregnated fiberglass base fabric.
  • the sensor 3 is arranged ⁇ advantageous way legally between the upper wiring layer 7a and the lower wiring layer 7b, here in the outer layer 7a, 6, and completely with material of the layer 6 autismplattenbasis- enclosed. The sensor 3 is thus protected from environmental influences, especially from aggressive oils.
  • the connection pins 2, 4 of the sensor 3 are by means of sensor pads. 5 electrically conductively ⁇ connected with the inner conductor track layer. 8
  • An electrically conductive connection between the conductor track layers 7b, 8 is produced by means of electrically conductive plated-through holes 9, so-called vias.
  • the position and number of plated-through holes 9 can in particular be adapted individually to the corresponding application.
  • the sensor 3 may also be arranged in an inner layer 8, 6.
  • FIG. 5 shows, like FIG. 4, a housed sensor 3 in a cavity of the multilayer printed circuit board L, with an additional electrical component 20, in particular electrically connected to the sensor 3, in the immediate vicinity of the sensor 3
  • Suppressor component is arranged.
  • An advantage of the arrangement of the interference suppression component in UNMIT ⁇ ately the sensor 3 are very short and low impedance line paths, which in turn leads to increase the compactness of the multilayer printed circuit board L.
  • the electrical component 20 is shown here only schematically for the sake of clarity. It can in particular in an Au ⁇ ,lage 7a, 6 or 7b, 6, or an inner layer 8 may be disposed. 6
  • the component 20 is connected to the sensor 3 by means of inner conductor ⁇ web layers 8 electrically conductively (not overall here shows) .
  • the connection of the component 20 with the conductor layer 8 is realized here via a solder joint 15. Instead of the solder joint 15, any other cohesive type of connection, such as bonding could be used.
  • Multilayer PCB is that an adjustment of the sensor can already be done by the manufacturer. An additional adjustment is therefore not necessary. Furthermore, the sensors are protected against migration of oil by enclosing with Resin or resin and printed circuit board base materials, in particular when used in transmission controls and thus in their functionality. Another advantage of this arrangement is that in the multi-layer printed circuit board, in which the signal and line wiring is already implemented, another component, in particular a housed sensor between the outer layers is integrated and thus costly and time-consuming processes for surface mounting and surface wiring of the sensor falling off ⁇ . The sensors are thus all in particular in the multi-layer printed circuit board on a plane, which is suitable for the
  • Measured value determination can have a positive effect.
  • the sensors are advantageously integrated into the multilayer printed circuit board at the anticipated positions.
  • the advantages of oil resistance are given in all variants. Due to the use in a multilayer printed circuit board, complex processes for sealing and encapsulating a sensor are eliminated from the environment. Also, the use of expensive sealants in this embodiment is not necessary. Reference sign list

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Abstract

Kompakte Mehrlagenleiterplatte (L) umfassend mindestens einen gehäusten Sensor (3) mit Anschlusspins (2, 4) wobei die Mehrlagenleiterplatte (L) eine obere Außenlage (7a,6) und eine untere Außenlage (7b, 6), jeweils umfassend eine elektrisch leitende Leiterbahnschicht (7a, 7b) und eine isolierende Leiterplattenbasisschicht (6), und mindestens eine Innenlage (8, 6) zwischen den beiden Außenlagen umfasst, und wobei das Material der Leiterplattenbasisschicht (6) der Mehrlagenleiterplatte (L) ein mit Harz getränktes Glasfaserbasisgewebe ist, der Sensor (3) zwischen der oberen Leiterbahnschicht (7a) und der unteren Leiterbahnschicht (7b) vollständig mit Material der Leiterplattenbasisschicht (6) umschlossen, angeordnet ist, und mit einer Leiterbahnstruktur (7a, 7b, 8, 13, 14) der Mehrlagenleiterplatte (L) elektrisch leitend verbunden ist.

Description

Beschreibung
Kompakte Mehrlagenleiterplatte mit integriertem Sensor zum Einsatz in einem KFZ-Steuergerät
Die Erfindung betrifft eine kompakte Mehrlagenleiterplatte mit mindestens einem integriertem Sensor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, dass in der Kraftfahrzeugtechnik Komponenten wie Getriebe-, Motoren- oder Bremssysteme zunehmend elektronisch gesteuert sind. Hierzu existieren integrierte mechatronische Steuerungen, auch als Vorort-Elektroniken bezeichnet, welche durch Integration von Steuerelektronik und zugehöriger elektronischer Komponenten wie Sensoren oder Ventile in das Getriebe, den Motor oder das Bremssystem erzeugbar sind. Das heißt, die Steuerelektronik und die zugehörigen elektronischen Komponenten sind nicht in einem separaten geschützten Elektronikraum außerhalb des Getriebes, Motors oder Bremssystems untergebracht.
Im Vergleich zur konventionellen Verwendung externer Anbausteuergeräte hat diese Anordnung enorme Vorteile im Bezug auf Qualität, Kosten, Gewicht und Funktionalität. Insbesondere resultiert daraus eine erhebliche Verringerung von unter Um¬ ständen fehleranfälligen Steckverbindungen und Leitungen.
Die Integration des Steuergerätes in das Getriebe stellt dabei hohe Anforderungen an seine thermische und mechanische Be- lastbarkeit. Die Funktionalität muss sowohl über einen breiten Temperaturbereich (etwa -40°C bis hin zu 200°C) als auch bei mechanischen Vibrationen (bis zu etwa 40g) gewährleistet sein. Da das Steuergerät zumindest zum Teil von aggressiven Medien wie Getriebeöl und Getriebeöldampf umgeben ist, muss es zudem einen sehr hohen Dichtheitsgrad gegenüber diesen Medien aufweisen.
In Kraftfahrzeugen werden derartige Steuergeräte mit einer elektronischen Steuereinheit und zugeordneten Komponenten wie Sensoren für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt, wobei die Steuereinheit in der Regel einen Schaltungsträger, z. B. eine Leiterplatte und darauf befindliche aktive und passive elektronische Bauteile umfasst. Beispielsweise werden bei einem Einsatz in einem Getriebe mittels Sensoren Drehzahlen von Wellen und Positionen von Gangstellern sensiert. Anhand dieser Informationen steuert die elektronische Steuereinheit unter anderem die Schaltvorgänge im Getriebe. Die elektronische Steuereinheit ist in der Regel auf einer Trägerplatte angeordnet und von einem Gehäusekörper umschlossen. Die Sensoren sind anwendungsbedingt in der Nähe der zu sensierenden Teile po¬ sitioniert und über elektrische Leiter, insbesondere Stanzgitter mit der elektronische Steuereinheit elektrisch verbunden. Die Stanzgitter sind üblicherweise mit Kunststoff umspritzt und bilden mit dem Sensor als elektrischer Komponente und einer Sensorabdeckung einen Komponententräger, auch Sensordom genannt .
Die WO 2006/108932 AI zeigt ein derartiges Steuergerät mit einem Gehäuse, umfassend einen Gehäusedeckel zur Aufnahme von Sen¬ sordomen und eine Gehäuseschale zur Aufnahme einer Steuereinheit und einem Folienleiter zum elektrischen Verbinden der
Stanzgitter der Sensordome auf dem Gehäusedeckel mit der Steuereinheit .
Ein Nachteil bei der herkömmlichen Verwendung von Sensordomen ist, dass bei der Herstellung sehr viele Materialien unterschiedlicher mechanischer sowie thermischer Eigenschaften ^
eingesetzt werden müssen, um einen relativ sicheren Schutz gegen Umgebungseinflüsse, insbesondere Öle zu erreichen. Trotz des Einsatzes hochwertiger, kostenintensiver Materialien sind immer wieder Ausfälle zu verzeichnen, die größtenteils auf frei- liegende Kupferflächen an den Sensordomen zurückzuführen sind.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Sensordomen ist, dass die Sensoren in den Sensordomen bauartbedingt anfällig gegen Vibrationen sind und dass geometrische Vorgaben, z.B. Höhenversatz, Halterungen und dergleichen eingehalten werden müssen. Weiterhin erfordert die Herstellung dieser Dome eine technisch anspruchsvolle Prozesstechnik und muss in die Pro¬ duktionslinien für die Herstellung der Steuergeräte mit integriert werden, was zu einem höheren Kostenaufwand führt.
Es gibt auch Anwendungen, bei denen die zu sensierenden Komponenten sich in unmittelbarer Nähe des Steuergerätes befinden und so auf den Einsatz von Domen als Sensorträger verzichtet werden kann. Die Sensorbauteile können direkt auf dem Schal¬ tungsträger bzw. der Leiterplatte des Steuergerätes montiert werden .
Die Leiterplatten sind in der Regel aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Keramik. Durch die Miniaturisierung der elektronischen Bauteile und die daraus hervorgehende Reduzierung des zur Verfügung stehenden Bauraums geht der Trend hin zu sog. Mehrlagen- oder Multilayer-Leiterplatten .
Mehrlagen-Leiterplatten aus faserverstärktem Kunststoff ins- besondere glasfaserverstärktem Kunststoff, umfassen im wesentlichen Außen-und Innenlagen. Eine Außenlage umfasst in der Regel eine Kupferschicht bzw. Kupferfolie als leitendem Element und eine so genannten Prepreg-Schicht als isolierendem Element, wobei die Prepreg-Schicht aus einem mit Harz, insbesondere Epoxidharz, getränkten Glasfaserbasisgewebe besteht.
Eine Innenlage, auch Leiterplattenkern oder Core genannt, besteht aus einer Prepreg-Schicht zwischen zwei Kupfer¬ schichten. Die Kupferschichten sind als Leiterbahnstrukturen ausgebildet .
Um ein Verwinden der Mehrlagenleiterplatte zu vermeiden, ist der schichtweise Aufbau aus Kupferschicht und Prepreg-Schicht insbesondere symmetrisch zur innersten Prepreg-Schicht.
Das Bestücken von verschiedenen Bauteilen, z.B. SOT23
Hall-Sensoren und OT89 Drehzahlsensoren auf der Oberfläche eines Schaltungsträgers insbesondere einer Leiterplatte mittels unterschiedlicher sog. „Surface Mounted" Technologien ist Stand der Technik. Bei den genannten Sensoren handelt es sich insbesondere um gehäuste Bauteile. Dabei werden die Bauteile durch die„Surface Mounted" Technologie gleich orientiert auf der Oberfläche der Leiter-platte montiert, d.h. die Anschlussbeine der Bauteile, auch Pins genannt, werden auf sog. Padflächen der Leiterbahnstruktur, die mit Lötpaste versehen sind, ausgerichtet und anschließend in einem
Reflow-Lötprozess verlötet. Die Pins auf der Unterseite des
Bauteilgehäuses sind somit eben mit der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte verbunden.
Diese Anordnung hat insbesondere bei der Anwendung in Ge- triebesteuerungen den Nachteil, dass die Bauteile direkt oder indirekt mit dem Getriebeöl in Kontakt kommen können. Durch die im Getriebeöl unter Umständen enthaltenen aggressiven Bestandteile, insbesondere Schwefelanteile in unterschiedlicher Konzentration und unterschiedlichen Aggregatzuständen, können die Funktionalitäten des jeweiligen Sensorbauteils negativ beeinflusst werden, was in Einzelfällen auch zum Ausfall des jeweiligen Bauteils führen kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte
Mehrlagenleiterplatte für ein KFZ-Steuergerät mit mindestens einem gehäusten Sensor anzugeben, die platzsparend aufgebaut ist und einen verbesserten Schutz des Sensor gegenüber Umgebungseinflüssen, insbesondere aggressive Öle bietet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Mehrlagenleiterplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße kompakte Mehrlagenleiterplatte umfasst mindestens einen gehäusten Sensor mit Anschlusspins. Die
Mehrlagenleiterplatte weist eine obere Außenlage und eine untere Außenlage auf, mit jeweils einer elektrisch leitenden Lei¬ terbahnschicht und einer isolierenden Leiterplattenbasis- schicht, und mindestens eine Innenlage zwischen den beiden Außenlagen auf, wobei bei der Innenlage eine Leiterplatten- basisschicht zwischen zwei Leiterbahnschichten angeordnet ist. Das Material der Leiterplattenbasisschicht ist insbesondere ein mit Harz getränktes Glasfaserbasisgewebe. Der Sensor ist vorteilhafterweise zwischen der oberen Leiterbahnschicht und der unteren Leiterbahnschicht angeordnet und vollständig mit Ma¬ terial der Leiterplattenbasisschicht umschlossen und mit einer Leiterbahnstruktur der Mehrlagenleiterplatte elektrisch leitend verbunden. Der Sensor ist dadurch vor Umgebungseinflüssen, insbesondere vor aggressiven Ölen geschützt.
Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Leiterbahnschichten ist mittels Durchkontaktierungen hergestellt. Die Lage und Anzahl der Durchkontaktierungen kann individuell an die entsprechende Applikation angepasst werden. ,
b
Je nach Bauart oder Anforderung, insbesondere je nach Abstand des Sensors zum zu sensierenden Teil, kann der Sensor in einer Außenlage der Mehrlagenleiterplatte aus einer elektrisch leitenden Leiterbahnschicht und einer isolierenden Leiter- plattenbasisschicht , oder in einer Innenlage, einer isolierenden Leiterplattenbasisschicht zwischen zwei elektrisch leitenden Leiterbahnschichten, angeordnet sein.
Insbesondere kann in unmittelbarer Nähe des Sensors mindestens ein zusätzliches elektrisches Bauteil, insbesondere ein
Entstörbauteil, angeordnet sein, wobei das elektrische Bauteil wie der Sensor vollständig mit Material der Leiterplattenba¬ sisschicht umschlossen ist. Von Vorteil bei der Integration des Entstörbauteils in die Leiterplatte sind sehr kurze und niederimpedante Leitungswege.
Die Leiterbahnstruktur der Mehrlagenleiterplatte umfasst vorzugsweise mindestens einen Leistungspfad und mindestens einen Signalpfad, wobei insbesondere ein Sensor mit einem Signalpfad signalübertragend verbunden ist. Somit entfällt eine an¬ schließende Verdrahtung des Sensors nach der Montage in die Mehrlagenleiterplatte .
Vorzugsweise kann auf der Mehrlagenleiterplatte mindestens eine Steuereinheit mit mindestens einem Prozessor angeordnet sein, wobei sie dann insbesondere als kompakte Verteilerleiterplatte beispielsweise in einem KFZ-Steuergerät eingesetzt werden kann.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Sensor auf einer Leiterplatte in SMD-Technologie nach Stand der Technik, Fig. 2 einen bekannten Sensordom nach Stand der Technik,
Fig. 3 Draufsicht auf eine kompakte Mehrlagenleiterplatte mit integrierten Sensoren, Fig. 4 einen Schnitt durch die Mehrlagenleiterplatte aus Fig. 3 in der Ebene A-A, und
Fig. 5 die Integration eines Sensors und eines zusätzlichen Bauteils in eine kompakte Mehrlagenleiterplatte
Fig. 1 zeigt einen gehäusten Sensor 3 auf einer Leiterplatte 6 mittels bekannter SMD-Technologie montiert.
Dabei ist der Sensor 3, beispielsweise durch „Surface Mounted" Technologie auf der Oberfläche der Leiterplatte 6 montiert, d.h. die Anschlussbeine 2, 4 des Sensors 3, auch Anschlusspins genannt, sind auf sog. Padflächen 1, 5 der Leiterbahnstruktur auf der Leiterplatte 6 ausgerichtet und anschließend in einem Reflow-Lötprozess verlötet. Die Pins 1, 5 auf der Unterseite des Sensorgehäuses sind somit eben mit der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte 6 verbunden.
Diese Anordnung hat insbesondere bei der Anwendung in Getriebe¬ steuerungen den Nachteil, dass die Bauteile insbesondere im Bereich ihrer Anschlüsse direkt oder indirekt mit dem unter
Umständen aggressiven Getriebeöl in Kontakt kommen können. Das kann in Einzelfällen auch zum Ausfall des Bauteils führen. 0
o
Fig. 2 zeigt einen schematisch gezeichneten Aufbau eines bekannten Sensordoms. An einem Sensor 3, insbesondere ist dieser gehaust, sind elektrische Anschlusspins 2 in der Regel in Form von Stanzgittern angeordnet. Die Stanzgitter 2 sind übli- cherweise mit Kunststoff umspritzt und bilden das Sensordom¬ gehäuse 10. Der Sensor 3 ist im Sensordomgehäuse 10 mit der Sensordomkappe 11 zumindest spandicht abgedeckt. Über die elektrischen Kontakte 19 sind die Stanzgitter 2 elektrisch kontaktierbar, zum Beispiel mit einer elektronischen Steu- ereinheit.
Nachteilig bei der Verwendung von derartigen Sensordomen ist insbesondere, dass es trotz des Einsatzes hochwertiger, teuerer Materialien immer wieder zu Ausfällen kommt, die größtenteils auf freiliegende Kupferflächen an den Sensordomen zurückzuführen sind .
Fig. 3 zeigt die Integration von Sensoren 3 in eine kompakte Mehrlagenleiterplatte L. Die Mehrlagenleiterplatte L kann vor allem als Verteilerleiterplatte verwendet werden, welche ins¬ besondere zur Wärmeabfuhr auf einen Kühlkörper angeordnet sein kann und/oder direkt mit der Hydraulik eines Getriebes verschraubt werden kann. Die Sensoren 3 werden insbesondere in eine hier nicht explizit gezeigte, via Laser oder mechanisch frei- gelegte Kavität der Mehrlagenleiterplatte L bestückt und in einem anschließenden Leiterplattenfertigungsprozess mit verbaut .
Die Mehrlagenleiterplatte L umfasst vorzugsweise mindestens einen Leistungspfad 13 und mindestens einen Signalpfad 14 , wobei insbesondere ein Sensor 3 mit einem Signalpfad 14 signal¬ übertragend verbunden ist. Dadurch entfällt eine anschließende Verdrahtung des Sensors 3 nach der Montage in die Mehrlagenleiterplatte L.
Vorzugsweise kann auf der Mehrlagenleiterplatte L in der Aussparung 12 mindestens eine Steuereinheit mit wenigstens einem Prozessor angeordnet sein. Über den Leistungspfad 13 kann die Steuereinheit insbesondere mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden sein. Eine solche Mehrlagenleiterplatte L ist dazu geeignet, als kompakte Verteilerleiterplatte beispielsweise in einem KFZ-Steuergerät eingesetzt zu werden.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Mehrlagenleiterplatte L aus Fig. 3 in der Ebene A-A. Fig. 4 zeigt einen gehäusten Sensor 3 mit Anschlusspins 2, 4 in einer insbesondere via Laser oder mechanisch freigelegten Kavität der Mehrlagenleiterplatte L . Die Mehrlagenleiterplatte L weist eine obere Außenlage 7a, 6 und eine untere Außenlage 7b, 6 auf, mit jeweils einer elektrisch leitenden Leiterbahnschicht 7a, 7b und einer isolierenden Leiterplattenbasisschicht 6.
Die Mehrlagenleiterplatte L weist weiterhin mindestens eine Innenlage 6, 8 zwischen den beiden Außenlagen 7a, 6 und 7b, 6 auf, wobei bei der Innenlage 6, 8 eine Leiterplattenbasisschicht 6 zwischen zwei Leiterbahnschichten 8 angeordnet ist. Das Material der Leiterplattenbasisschicht 6 ist insbesondere ein mit Harz getränktes Glasfaserbasisgewebe. Der Sensor 3 ist vorteil¬ hafterweise zwischen der oberen Leiterbahnschicht 7a und der unteren Leiterbahnschicht 7b angeordnet, hier in der Außenlage 7a, 6, und vollständig mit Material der Leiterplattenbasis- schicht 6 umschlossen. Der Sensor 3 ist dadurch vor Umgebungseinflüssen, insbesondere vor aggressiven Ölen geschützt. Die Anschlusspins 2, 4 des Sensors 3 sind mittels Sensorpads 5 mit der inneren Leiterbahnschicht 8 elektrisch leitend ver¬ bunden .
Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Leiterbahn- schichten 7b, 8 ist mittels elektrisch leitender Durchkontakt- ierungen 9, sog. Vias, hergestellt. Die Lage und Anzahl der Durchkontaktierungen 9 kann insbesondere individuell an die entsprechende Applikation angepasst werden. Je nach Bauart oder Anforderung, insbesondere je nach Abstand des Sensors 3 zum zu sensierenden Teil, kann der Sensor 3 auch in einer Innenlage 8, 6 angeordnet sein.
Insbesondere sind in der unteren Leiterbahnschicht 7b der Mehrlagenleiterplatte L, hier nicht gezeigte externe Anschluss- pads zum elektrischen Verbinden des Sensors 3 mit elektrischen Bauteilen außerhalb der Mehrlagenleiterplatte L ausgebildet.
Fig. 5 zeigt wie Fig. 4 einen gehäusten Sensor 3 in einer Kavität der Mehrlagenleiterplatte L, wobei hier in unmittelbarer Nähe des Sensors 3 ein zusätzliches, mit dem Sensor 3 elektrisch leitend verbundenes elektrisches Bauteil 20, insbesondere ein
Entstörbauteil, angeordnet ist. Ein Vorteil bei der Anordnung des Entstörbauteils in unmit¬ telbarer Nähe des Sensors 3 sind sehr kurze und niederimpedante Leitungswege, was wiederum zur Erhöhung der Kompaktheit der Mehrlagenleiterplatte L führt. Das elektrische Bauteil 20 ist hier der Übersicht halber nur schematisch eingezeichnet. Es kann insbesondere in einer Au¬ ßenlage 7a, 6 oder 7b, 6 oder einer Innenlage 8, 6 angeordnet sein. Das Bauteil 20 ist mit dem Sensor 3 mittels innerer Leiter¬ bahnschichten 8 elektrisch leitend verbunden (hier nicht ge- zeigt) . Die Verbindung des Bauteils 20 mit der Leiterbahnschicht 8 ist hier über eine Lötverbindung 15 realisiert. An Stelle der Löterverbindung 15 könnte auch jede andere Stoffschlüssige Verbindungsart, wie zum Beispiel Verkleben Anwendung finden.
Ein bedeutender Vorteil der Integration eines gehäusten Sensors gegenüber der Integration von bare-die Sensoren in eine
Mehrlagenleiterplatte ist, dass ein Abgleich des Sensors bereits beim Hersteller erfolgen kann. Ein nachträglicher Abgleich ist somit nicht notwendig. Desweiteren sind die Sensoren durch das Umschließen mit Resin bzw. Harz und Leiterplattenbasismate- rialien vor Migration von Öl, insbesondere bei Verwendung in Getriebesteuerungen und somit in Ihrer Funktionalität geschützt. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass in die Mehrlagenleiterplatte, bei der die Signal- und Leitungsverdrahtung schon realisiert ist, ein weiteres Bauteil, insbesondere ein gehäuster Sensor zwischen die Außenlagen integriert wird und somit kostenintensive und zeitaufwendige Prozesse für die Ober- flächenmontage und Oberflächenverdrahtung des Sensors weg¬ fallen. Die Sensoren liegen somit insbesondere alle in der Mehrlagenleiterplatte auf einer Ebene, was sich für die
Messwertermittlung positiv auswirken kann. Die Sensoren werden vorteilhafterweise an den vorhergesehenen Positionen in die Mehrlagenleiterplatte integriert. Die Vorteile der Ölbeständigkeit sind bei allen Varianten gegeben. Auf Grund des Einsatzes in einer Mehrlagenleiterplatte fallen aufwendige Prozesse für Abdichtung und Kapselung eines Sensors von der Umgebung weg. Auch ist der Einsatz von teuren Dichtstoffen bei dieser Ausführung nicht notwendig. Bezugs zeichenliste
1,5 Anschlusspad
2,4 Anschlusspin
3 Sensor, gehaust
6 LeiterplattenbasisSchicht , Prepreg-Schicht
7a Obere Leiterbahnschicht, Außenlage
7b Untere Leiterbahnschicht, Außenlage
8 Leiterbahnschicht, innen
9 Durchkontaktierung
10 Sensordomgehäuse
11 Sensordomkappe
12 Aussparung für Steuereinheit
13 Leistungspfad
14 Signalpfad
15 Löt erbindung
19 Elektrischer Kontakt
20 Entstörbauteil
L Kompakte Mehrlagenleiterplatte

Claims

Patentansprüche
1. Kompakte Mehrlagenleiterplatte (L) in einem KFZ-Steuergerät umfassend mindestens einen gehäusten Sensor (3) mit An- schlusspins (2, 4) wobei die Mehrlagenleiterplatte (L) eine obere Außenlage (7a,6)und eine untere Außenlage (7b, 6), jeweils umfassend eine elektrisch leitende Leiterbahnschicht (7a, 7b) und eine isolierende Leiterplattenbasisschicht (6),
und mindestens eine Innenlage (8, 6) zwischen den beiden Au- ßenlagen umfasst,
wobei bei der Innenlage (6, 8) eine Leiterplattenbasisschicht (6) zwischen zwei Leiterbahnschichten (8) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Material der Leiterplattenbasisschicht (6) der Mehrla- gen-leiterplatte (L) ein mit Harz getränktes Glasfaserbasis¬ gewebe ist, der Sensor (3) zwischen der oberen Leiterbahnschicht (7a) und der unteren Leiterbahnschicht (7b) vollständig mit Material der Leiterplattenbasisschicht (6) umschlossen, an¬ geordnet ist, und mit einer Leiterbahnstruktur (7a, 7b, 8, 13, 14) der Mehrlagenleiterplatte (L) elektrisch leitend verbunden ist .
2. Kompakte Mehrlagenleiterplatte (L) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Leiterbahnschichten (7a, 7b, 8) mittels Durchkon- taktierungen (9) hergestellt ist.
3. Kompakte Mehrlagenleiterplatte (L) gemäß einem der voran¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (3 (20) in einer Außenlage ( (7a, 6) , (7b, 6) ) oder in einer Innenlage (8, 6) angeordnet ist.
4. Kompakte Mehrlagenleiterplatte (L) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer Nähe des Sensors (3) mindestens ein zusätzliches, mit dem Sensor (3) elektrisch leitend verbundenes elektrisches Bauteil (20), insbesondere ein Entstörbauteil, angeordnet ist.
5. Kompakte Mehrlagenleiterplatte (L) gemäß einem der voran¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiterbahnstruktur mindestens einen Leistungspfad (13) und mindestens einen Signalpfad (14) umfasst, und dass ein Sensor (3) mit einem Signalpfad (14) signalübertragend verbunden ist.
6. Kompakte Mehrlagenleiterplatte (L) gemäß einem der voran¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Mehrlagenleiterplatte (L) mindestens eine Steuereinheit mit mindestens einem Prozessor angeordnet ist.
7. KFZ-Steuergerät mit einer Steuereinheit, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Steuereinheit auf einer kompakten Mehrla¬ genleiterplatte (L) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 angeordnet ist .
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