WO2016169711A1 - Elektronikmodul und verfahren zum umkapseln desselben - Google Patents

Elektronikmodul und verfahren zum umkapseln desselben Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electronic module of a control unit of a vehicle and a method for encapsulating the electronic module.
  • the electronic module is intended for use with an electronic control unit.
  • the electronic module comprises a printed circuit board, which is located in a mold housing. On the circuit board electronic components are provided. The circuit board with the components is surrounded by a mold housing. From the mold housing emerge electrical connection elements with which further printed circuit boards are connected, which must be finally connected to the distribution level of the control unit.
  • the provided connections and additional connection areas are arranged outside of the mold housing and thus not protected from external influences and can consequently be damaged by chips or other media.
  • the present invention is based on the object of proposing an electronic module and a method for encapsulating the same, which is particularly cost-effective.
  • an electronic module of a control unit of a vehicle with at least one circuit carrier with electronic components as a control unit and at least one electronic component is proposed, which is electrically or signal technically connected to the circuit carrier.
  • the components of the circuit carrier to be protected from external influences and the respective connection region between the circuit carrier and the associated electronic component are encapsulated with encapsulation material.
  • thermoset EP material such as epoxy resin optionally used with fillers. This has the advantage that thermoset can be applied to protect the electronics as well as for contacting or bonding in a process.
  • an encapsulation or encapsulation process for example, an injection molding, transfer or compression gold process can be used.
  • the circuit carrier can be preferably equipped on one side with at least one electronic component or component in an advantageous development, wherein the other side can be used for thermal connection to a heat sink.
  • the heat sink can be used for mechanical and thermal connection to a heat sink and advantageously takes on a dual function.
  • distributor PCB can be used with a printed circuit board or a flex foil on which the electronic components are arranged.
  • printed circuit boards one or more layers can be used.
  • the manifold PCB may be made flexible, for example, to form sensor dome devices.
  • a stamped grid with the electronic components attached thereto is provided as the electronic component.
  • the Electronic component in particular if this is designed as a power unit, for example, for driving pumps or the like, be provided with a heat sink.
  • the heat sink designed, for example, as an aluminum body can be glued to the stamped grid or else to the circuit board, for example by means of heat-conductive adhesive.
  • a connection with the heat sink of the circuit substrate so that a common thermal connection is achieved.
  • a preferred embodiment of the invention can provide that the electronic component is encapsulated with encapsulating material.
  • a preferred development of the invention can provide that the circuit carrier is arranged and fixed with the electronic components as a transmission control unit in a transmission housing.
  • a cost-optimal design concept of an integrated transmission control with Duroplastumspritzung be realized in a transmission housing, for example, a heat sink to a wall of the transmission housing for mechanical and thermal bonding of the circuit substrate z. B. is used over the heat sink.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a method for encapsulating an electronic module, in which electronic components of the circuit carrier and the electronic component and the connection region between the circuit carrier and the respective electronic component of the electronic module are encapsulated in a single method step. This results in a protection for the components and also for the connection area by the encapsulation, Molden or by a potting.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of an electronic module according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic view of a second embodiment of the electronic module.
  • FIGS. 1 and 2 show examples of different embodiments of an electronic module according to the invention as a control unit, preferably as a transmission control unit of a vehicle.
  • the electronic module comprises a circuit carrier 1, for example as an LTCC or HDI-PCB, which forms a control unit with a plurality of electronic components 2. Furthermore, the electronic module comprises at least one electronic component 3, 3A, which is or are connected to the circuit carrier 1 via an electrical or signaling connection region 4. For example, cables, strands or also aluminum thick-wire bonding can be used as connection region. Both the electronics or the components 2 of the circuit carrier 1 and of the electronic component 3, 3A and the respective connection regions 4, 4A between the circuit substrate 1 and the respective electronic component 3, 3A are encapsulated with encapsulating material 6. In this way, a protected from external influences electronic module results in which in a common process step, the aforementioned areas are overmolded or surrounded.
  • the circuit carrier 1 is equipped on one side with components 2 and has on the side facing away from the components 2 of the circuit substrate 1 a heat sink 7 for thermal connection on.
  • a heat sink 7 for thermal connection on.
  • the heat sink 7 may be connected to a heat sink on a wall in a transmission housing.
  • the heat sink 7 made of aluminum, for example can be glued to the circuit carrier with a heat-conducting adhesive. The heat sink 7 thus virtually forms a support body, which realizes the mechanical strength and at the same time the thermal connection.
  • the proposed electron ikmodul is shown, wherein the circuit substrate 1 is connected via a first connection region 4 with an electronic component 3, for example as a power unit or suppression module.
  • the power unit can be used for example for pump control.
  • the other electronic component 3A may be provided, for example, for receiving sensors or also for connection plugs.
  • the electronic components 2 of circuit carrier 1 and electronic components 3, 3A are encapsulated with encapsulation material 6. Furthermore, the connection region 4, 4A are also encapsulated with encapsulation material 6 both to the first electronic component 3 and to the second electronic component 3A.
  • the side of the printed circuit board 8 of the electronic component 3 facing away from the components 2 is also provided with a heat sink 7A.
  • the electronic component 3, 3A is provided with an overmolded stamped grid 5, 5A instead of a distributor PCB.
  • the stamped grid 5, 5A is connected to the heat sink 7 of the circuit substrate 1, for example.
  • an encapsulated surfaces to be protected electronics module results, which is fastened as a transmission control unit, for example via the heatsink 7 and 7 A on a wall in a transmission housing in the simplest manner.
  • Reference symbol circuit carrier

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Abstract

Es wird ein Elektronikmodul eines Steuergerätes eines Fahrzeuges mit zumindest einem Schaltungsträger (1) mit elektronischen Bauelementen (2) als Steuereinheit und zumindest einer Elektronikkomponente (3, 3A) vorgeschlagen, die mit dem Schaltungsträger (1) über einen Verbindungsbereich (4, 4A) elektrisch verbunden ist, wobei die Bauelemente (2) des Schaltungsträgers (1) und jeder Verbindungsbereich (4, 4A) zwischen dem Schaltungsträger (1) und jeder zugeordneten Elektronikkomponente (3, 3A) mit Umkapselungsmaterial (6) umspritzt sind. Ferner wird ein Verfahren zum Umkapseln eines Elektronikmoduls vorgeschlagen.

Description

Elektronikmodul und Verfahren zum Umkapseln desselben
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul eines Steuergerätes eines Fahrzeuges und ein Verfahren zum Umkapseln des Elektronikmoduls.
Beispielsweise aus der Druckschrift WO 2013/178380 A1 ist ein Elektronikmodul und ein Verfahren zum Herstellen des Elektronikmoduls bekannt. Das Elektronikmodul ist zur Verwendung bei einem elektronischen Steuergerät vorgesehen. Das Elektronikmodul umfasst eine Leiterplatte, die sich in einem Moldgehäuse befindet. Auf der Leiterplatte sind elektronische Bauelemente vorgesehen. Die Leiterplatte mit den Bauelementen ist von einem Moldgehäuse umgeben. Aus dem Moldgehäuse treten elektrische Anschlusselemente hervor, mit denen weitere Leiterplatten verbunden werden, welche schließlich mit der Verteilerebene des Steuergerätes verbunden werden müssen. Die vorgesehenen Anschlüsse und zusätzliche Verbindungsbereiche sind außerhalb des Moldgehäuses angeordnet und somit nicht vor den äußeren Einflüssen geschützt und können folglich durch Späne oder andere Medien beschädigt werden.
Bei bekannten Elektronikmodulen ist ein zusätzliches Gehäuse erforderlich, welches aufwändig mittels Formdichtung abgedichtet ist, um den Innenraum vor Medieneinflüssen zu schützen. Die Verbindungsbereiche der Elektronik zur Signalverteilung werden aufwändig durch mechanische Trennungen vor Öl- bzw. Spaneinfluss geschützt. Hierzu sind zusätzliche Bauteile und zusätzliche Verfahrensschritte bei der Herstellung erforderlich, welches die Herstellungskosten erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Elektronikmodul und ein Verfahren zum Umkapseln desselben vorzuschlagen, welches besonders kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 7 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben. Somit wird ein Elektronikmodul eines Steuergerätes eines Fahrzeuges mit zumindest einem Schaltungsträger mit elektronischen Bauelementen als Steuereinheit und zumindest einer Elektronikkomponente vorgeschlagen, die jeweils mit dem Schaltungsträger elektrisch bzw. signaltechnisch verbunden ist. Die vor äußeren Einflüssen zu schützenden Bauelemente des Schaltungsträgers sowie der jeweilige Verbindungsbereich zwischen dem Schaltungsträger und der zugeordneten Elektronikkomponente sind mit Umkapselungsmaterial umspritzt.
Auf diese Weise wird ein kostenoptimales Aufbaukonzept einer integrierten Elektroniksteuerung mit Elektronik- und Verbindungsumkapselung zum Schutz vor äußeren Einflüssen realisiert. Infolgedessen wird nicht nur die Elektronik, sondern auch die elektrischen Verbindungsbereiche des Schaltungsträgers vor Medien und Spänen geschützt. Als Umkapselungsmaterial wird ein Kunststoff, bevorzugt Duroplast EP- Material, wie zum Beispiel Epoxidharz gegebenenfalls mit Füllstoffen eingesetzt. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass Duroplast zum Schutz der Elektronik als auch für die Kontaktierung bzw. Bondung in einem Prozess aufgetragen werden kann. Als Umhüllungs- bzw. Umkapselungsprozess ist zum Beispiel ein Spritzgieß-, Transferoder Kompressionsmoldprozess einsetzbar.
Der Schaltungsträger kann im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung mit zumindest einem elektronischen Bauteil bzw. Bauelement vorzugsweise einseitig bestückt werden, wobei die andere Seite zur thermischen Anbindung an einen Kühlkörper eingesetzt werden kann. Somit kann der Kühlkörper zur mechanischen und thermischen Anbindung an eine Wärmesenke eingesetzt werden und übernimmt in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion.
Als Elektronikkomponente können sogenannte Verteiler-PCB mit einer Leiterplatte bzw. einer Flexfolie eingesetzt werden, auf denen die elektronischen Bauelemente angeordnet sind. Als Leiterplatten können ein- oder mehrlagige Ausführungen eingesetzt werden. Vorzugsweise kann die Verteiler-PCB biegsam ausgeführt werden, um zum Beispiel als Bauelemente Sensordome auszubilden. Es ist auch denkbar, dass als Elektronikkomponente ein Stanzgitter mit den daran befestigten elektronischen Bauelementen vorgesehen ist. Unabhängig von der jeweiligen Ausführung kann die Elektronikkomponente, insbesondere wenn diese als Leistungseinheit ausgeführt ist, zum Beispiel zum Ansteuern von Pumpen oder dergleichen, mit einem Kühlkörper versehen sein. Hierzu kann der zum Beispiel als Alukörper ausgeführte Kühlkörper beispielsweise mittels Wärmeleitkleber an das Stanzgitter oder auch an die Leiterplatte angeklebt werden. Vorzugsweise kann eine Verbindung mit dem Kühlkörper des Schaltungsträgers erfolgen, sodass eine gemeinsame thermische Anbindung erreicht wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Elektronikkomponente mit Umkapselungsmaterial umspritzt ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der Schaltungsträger mit den Elektronikkomponenten als Getriebesteuergerät in einem Getriebegehäuse angeordnet und befestigt ist. Auf diese Weise kann ein kostenoptimales Aufbaukonzept einer integrierten Getriebesteuerung mit der Duroplastumspritzung in einem Getriebegehäuse realisiert werden, wobei zum Beispiel eine Wärmesenke an einer Wand des Getriebegehäuses zum mechanischen und thermischen Anbinden des Schaltungsträger z. B. über den Kühlkörper verwendet wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Umkapseln eines Elektronikmoduls gelöst, bei dem in einem einzigen Verfahrensschritt elektronische Bauelemente des Schaltungsträgers und der Elektronikkomponente sowie der Verbindungsbereich zwischen Schaltungsträger und der jeweiligen Elektronikkomponente des Elektronikmoduls umspritzt wird. Dadurch ergibt sich ein Schutz für die Bauelemente und auch für die Verbindungsbereich durch das Umsprit- zen, Molden oder durch einen Verguss.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls; und Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Elektronikmoduls.
In den Figuren 1 und 2 sind unterschiedliche Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls als Steuergerät, bevorzugt als Getriebesteuergerät eines Fahrzeuges exemplarisch dargestellt.
Das Elektronikmodul umfasst einen Schaltungsträger 1 , zum Beispiel als LTCC oder HDI-PCB, der eine Steuereinheit mit mehreren elektronischen Bauelementen 2 bildet. Ferner umfasst das Elektronikmodul zumindest eine Elektronikkomponente 3, 3A, die mit dem Schaltungsträger 1 über einen elektrischen oder signaltechnischen Verbindungsbereich 4 verbunden ist bzw. sind. Als Verbindungsbereich können zum Beispiel Kabel, Litzen oder auch Aluminium-Dickdrahtbonden verwendet werden. Sowohl die Elektronik bzw. die Bauelemente 2 von dem Schaltungsträger 1 und von der Elektronikkomponente 3, 3A als auch die jeweiligen Verbindungsbereiche 4, 4A zwischen dem Schaltungsträger 1 und der jeweiligen Elektronikkomponente 3, 3A sind mit Umkapselungsmaterial 6 umspritzt. Auf diese Weise ergibt sich ein vor äußeren Einflüssen geschütztes Elektronikmodul, bei dem in einem gemeinsamen Prozessschritt die vorgenannten Bereiche umspritzt bzw. umgössen werden.
Unabhängig von den dargestellten Ausführungsvarianten ist der Schaltungsträger 1 einseitig mit Bauelementen 2 bestückt und weist an der den Bauelementen 2 abgewandten Seite des Schaltungsträgers 1 einen Kühlkörper 7 zur thermischen Anbin- dung auf. Auf diese Weise kann bei dem vorgeschlagenen Elektronikmodul über den Kühlkörper 7 des Schaltungsträgers 1 sowohl die mechanische als auch die thermische Anbindung realisiert werden. Zum Beispiel kann der Kühlkörper 7 mit einer Wärmesenke an einer Wand in einem Getriebegehäuse verbunden werden. Hierzu kann der zum Beispiel aus Aluminium gefertigte Kühlkörper 7 mit einem Wärmeleitkleber auf den Schaltungsträger geklebt werden. Der Kühlkörper 7 bildet somit quasi einen Tragkörper, der die mechanische Festigkeit und zugleich die thermische Anbindung realisiert. In Fig. 1 ist das vorgeschlagene Elektron ikmodul dargestellt, wobei der Schaltungsträger 1 über einen ersten Verbindungsbereich 4 mit einer Elektronikkomponente 3 beispielsweise als Leistungseinheit oder Entstörmodul verbunden ist. Die Leistungseinheit kann beispielsweise zur Pumpenansteuerung eingesetzt werden. Die andere Elektronikkomponente 3A kann beispielsweise zum Aufnehmen von Sensoren oder auch von Anschlusssteckern vorgesehen sein.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, sind die elektronischen Bauelemente 2 von Schaltungsträger 1 und Elektronikkomponenten 3, 3A mit Umkapselungsmaterial 6 umspritzt. Ferner sind die Verbindungsbereich 4, 4A sowohl zur ersten Elektronikkomponente 3 als auch zur zweiten Elektronikkomponente 3A ebenfalls mit Umkapselungsmaterial 6 umspritzt.
Da die als Leistungseinheit ausgebildete Elektronikkomponente 3 eine hohe Abwärme erzeugt, ist auch die der Bauelemente 2 abgewandte Seite der Leiterplatte 8 der Elektronikkomponente 3 mit einem Kühlkörper 7A versehen.
In Fig. 2 ist eine alternative Ausführung dargestellt, bei der im Unterschied zur ersten Ausführungsvarianten die Elektronikkomponente 3, 3A mit einem umspritzten Stanzgitter 5, 5A anstelle einer Verteiler-PCB ausgestattet ist. Das Stanzgitter 5, 5A ist beispielsweise mit dem Kühlkörper 7 des Schaltungsträgers 1 verbunden.
Unabhängig von den beiden dargestellten Ausführungsvarianten ergibt sich ein die zu schützenden Oberflächen umkapseltes Elektronikmodul, welches als Getriebesteuergerät beispielsweise über die Kühlkörper 7 bzw. 7 A an einer Wand in einem Getriebegehäuse auf einfachste Weise befestigbar ist. Bezuqszeichen Schaltungsträger
Bauelement
, 3A elektronische Elektronikkomponente
, 4A elektrischer Verbindungsbereich
, 5A Stanzgitter
Umkapselungsmaterial bzw. Umspritzmaterial, 7A Kühlkörper
, 8A Leiterplatte

Claims

Patentansprüche
1 . Elektronikmodul eines Steuergerätes eines Fahrzeuges, mit zumindest einem Schaltungsträger (1 ) mit elektronischen Bauelementen (2) als Steuereinheit und zumindest einer Elektronikkomponente (3, 3A), die mit dem Schaltungsträger (1 ) über einen Verbindungsbereich (4, 4A) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (2) des Schaltungsträgers (1 ) und jeder Verbindungsbereich (4, 4A) zwischen dem Schaltungsträger (1 ) und jeder zugeordneten Elektronikkomponente (3, 3A) mit Umkapselungsmaterial (6) umspritzt sind.
2. Elektronikmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (1 ) einseitig mit umspritzten Bauelementen (2) bestückt ist und die der Bauelemente (2) abgewandte Seite des Schaltungsträgers (1 ) mit einem Kühlkörper (7) zur thermischen und mechanischen Anbindung verbunden ist.
3. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der umspritzte Schaltungsträger (1 ) mit zumindest einer umspritzten Elektronikkomponente (3, 3A) als Getriebesteuergerät in einem Getriebegehäuse angeordnet ist.
4. Elektronikmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (1 ) über einen Kühlkörper (7, 7A) zur mechanischen und thermischen Anbindung mit einer Wand des Getriebegehäuses als Wärmesenke verbunden ist.
5. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikkomponente (3, 3A) eine Leiterplatte (8, 8A) mit umspritzten Bauelementen (2) oder ein Stanzgitter (5, 5A) mit umspritzten Bauelementen (2) umfasst, die über die umspritzten Verbindungsbereiche (4, 4A) mit dem Schaltungsträger (1 ) verbunden sind.
6. Elektronikmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Elektronikkomponente (3, 3A) als Leistungseinheit die Leiterplatte (8, 8A) oder das Stanzgitter (5, 5A) mit einem Kühlkörper (7A) verbunden ist, der mit dem Kühlkörper (7) des Schaltungsträgers (1 ) verbindbar ist.
7. Elektronikmodul nach einem der der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikkomponente (3, 3A) mit Umkapselungsmaterial (6) umspritzt ist.
8. Verfahren zum Umkapseln eines Elektronikmoduls, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt elektronische Bauelemente (2) eines Schaltungsträgers (1 ) und zumindest einer Elektronikkomponente (3, 3A) sowie der Verbindungsbereich (4, 4A) zwischen dem Schaltungsträger (1 ) und jeder zugeordneten Elektronikkomponente (3, 3A) des Elektronikmoduls umspritzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Umkapselungsmaterial (6) ein Duroplast verwendet wird.
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