WO2017093006A1 - Elektronische komponente und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2017093006A1
WO2017093006A1 PCT/EP2016/077636 EP2016077636W WO2017093006A1 WO 2017093006 A1 WO2017093006 A1 WO 2017093006A1 EP 2016077636 W EP2016077636 W EP 2016077636W WO 2017093006 A1 WO2017093006 A1 WO 2017093006A1
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WO
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plate part
electronic component
circuit board
circuit
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Andreas Schusser
Karl Maron
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Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0082—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units specially adapted for transmission control units, e.g. gearbox controllers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/0003—Arrangement or mounting of elements of the control apparatus, e.g. valve assemblies or snapfittings of valves; Arrangements of the control unit on or in the transmission gearbox
    • F16H61/0006—Electronic control units for transmission control, e.g. connectors, casings or circuit boards
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0058—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates
    • H05K3/0061—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink

Definitions

  • the invention relates to an electronic component.
  • the invention further relates to a method for producing such an electronic component.
  • control devices eg. As transmission control units used in vehicles.
  • a control device is an electronic component in which electronic assemblies are combined on a circuit carrier to form an electrical circuit arrangement.
  • the circuit carrier is mounted on a metallic base plate, for. As an aluminum base plate, applied and glued, for example, with this.
  • a circuit board is arranged on the base plate, with which the circuit carrier is electrically connected.
  • the printed circuit board is for example a flexible or rigid printed circuit board and with the base plate over a
  • Laminate composite materially connected The Laminate composite materially connected.
  • an elastomeric seal is provided, which is arranged between the circuit board and the electronics compartment delimiting the external environment.
  • the cover is molded for example of plastic and non-positively, for. B. by means of screw or rivet, connected to the circuit board and / or the base plate.
  • the invention is based on the object to provide an improved over the prior art electronic component and a suitable method for producing such an electronic component.
  • the object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1.
  • the object is achieved according OF INVENTION ⁇ dung to those specified in claim 9 characteristics.
  • An electronic component according to the invention comprises a base plate, comprising a closed base plate part and an at least partially opened base plate part, wherein the at least partially opened base plate part has a welding collar. Furthermore, the electronic component comprises a printed circuit board, wherein the printed circuit board between the ge ⁇ closed base plate part and the at least partially ge ⁇ opened base plate part is arranged. Furthermore, the electronic component comprises a circuit carrier connected to the circuit board, which is accommodated in a recess of the circuit board and in a recess of the at least partially open base plate part. In addition, the electronic component comprises a covering element for covering the circuit carrier with respect to an external environment, wherein the covering element has a flange region, which is arranged lying on the welding collar and welded thereto.
  • the cover element By virtue of the cover element being welded to a base plate part, an improved sealing of the circuit carrier relative to the prior art to an external environment can be achieved.
  • the circuit carrier and disposed thereon electronic circuit arrangement are thus better protected ge ⁇ geninate the art from potentially harmful influences and improves a reliability regarding a function of the circuit arrangement.
  • the cover is metallic, z. As steel or aluminum, trained and resistant to media used, eg. For example, oils.
  • the at least partially open base plate part, the closed base plate ⁇ part and the cover metallic and thereby ⁇ preferably made of the same material, in particular metal.
  • This facilitates joining processes, in particular the welding process, in which the components in the melting region are exposed to high temperatures. If all components of the same or approximately the same coefficient of thermal expansion, a connection between the components is mechanically more stable than with different coefficients of thermal ⁇ coefficients.
  • a laminate material and the welding process itself it is also possible to use material combinations with different thermal expansion coefficients.
  • the material thicknesses differ between the at least partially opened base plate part and the closed base plate part.
  • the closed base part can thus thicker than the to ⁇ least partially open base part or be otherwise around.
  • the welding collar is formed in an edge region delimiting the recess of the at least partially open base plate part.
  • the at least partially open base plate part is in a simple manner manufacturable and ausformbar. Conveniently, the welding collar and the flange area are formed circumferentially, so that a complete seal of the circuit arrangement is ensured.
  • the circuit carrier on which the circuit arrangement is arranged, is adhesively connected to the closed base plate part.
  • the circuit carrier is glued by means of aticianleitklebers with the closed Grund ⁇ plate part.
  • an inventive method of manufacturing an electronic component wherein the managerial terplatte is provided on both sides with a laminate, and is disposed at ⁇ closing between the closed base part and the base part at least partially open.
  • the printed circuit board is connected to the closed base plate part and the at least partially open base plate part materially.
  • the cover is placed with the flange on the welding collar and welded to it.
  • the method has compared to the prior art less process steps and is also cheaper by ⁇ feasible.
  • the large-scale composite of both Grund ⁇ plate parts with the final welding process is simple and cost-effective and increases a tightness of the electronic component in the circuit arrangement.
  • a capacitor pulse welding is performed.
  • laser or friction stir welding methods can be used.
  • FIG. 2 schematically shows a known exemplary embodiment of an electronic component with a cover element in plan view
  • FIG. 3 schematically shows a perspective illustration of a further known exemplary embodiment of an electronic component
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a sectional representation of an exemplary embodiment of an electronic component according to the invention
  • FIG. 5 schematically shows a detail of an embodiment of an electronic device according to the invention
  • FIG. 6 schematically shows a side view of the exemplary embodiment shown in FIG. 5 in the assembled state.
  • Figures 1 and 2 each schematically show an example ⁇ exemplary embodiments of a known electronic component 1 in plan view.
  • the electronic component 1 is for example a control ⁇ device for a motor vehicle, z.
  • As a transmission control unit and includes a base plate 2, a circuit board 3, a
  • Circuit carrier 4 with a circuit 5 and a cover 6.
  • the base plate 2 is largely rigid and serves a mechanical stability of the electronic component 1.
  • the base plate 2 is made of metal, for. B. made of steel or aluminum.
  • the printed circuit board 3 is formed in one or more layers and has electrically conductive structures, for. B. Kupferlei ⁇ terbahnen on. Furthermore, the circuit board 3 may be formed mechanically flexible and is adhesively connected to the base plate 2 in the region of the circuit substrate 4, z. B. by means of an adhesive connection.
  • the circuit carrier 4 is mechanically connected to the circuit board 3.
  • the circuit substrate 4 is welded to the circuit board 3, glued and / or positively connected.
  • the electrically conductive structures in the circuit board 3 allow an electrical connection of the circuit 5 on the circuit substrate 4 to external components, eg. B. in-vehicle components. This can be done for example by means of a bond, which is not shown in the present embodiment.
  • the circuit arrangement 5 comprises a number of electronic components not shown here in detail, which are fixed in a material-locking manner on the circuit carrier 4, for example, by means of an electrically conductive adhesive and / or a potting compound.
  • a sealing element 7 is provided on the one hand, which is formed for example of an elastomer and the
  • Circuit carrier 5 circumferentially encloses.
  • the sealing element 7 is cohesively, z. B. by injection molding or gluing, connected to the circuit board 3.
  • the cover 6 is provided to seal the circuit 5 relative to the external environment, which is connected to the circuit board 3 and the scarf ⁇ processing assembly 5 thereby closes from the outside environment.
  • the cover 6 is in this case formed of plastic and connected in accordance with the present embodiment frictionally with the circuit board 3.
  • the cover 6 by means of a plurality of fasteners 8, z. As screws or rivets, connected to the circuit board 3, wherein the fasteners 8 protrude through the circuit board 3 into the base plate 2, so that the cover 6 is also connected to the base plate 2.
  • dimensions of the Ab ⁇ cover member 6, in particular a width and length of the ex ⁇ cover member 6 is substantially equal to the dimensions of the base plate 2 and the circuit board.
  • FIG 3 shows schematically another known embodiment of an electronic component 1.
  • the cover 6 is made in two parts.
  • a part of the cover 6 is formed for example as a metal cover 6.1 and has dimensions that are approximately equal to the dimensions of the circuit substrate 4.
  • the metal cover 6.1 is placed on the circuit substrate 4 and laminated to the circuit board 3. During lamination, an adhesive bond between the printed circuit board 3 and the metal lid 6.1 is produced under the influence of pressure and temperature. provides.
  • the shielded by the metal cover 6.1 from the outside environment space is also referred to as a circuit ⁇ carrier space.
  • the other part of the cover member 6 is formed as a plastic ⁇ cover 6.2, which has a recess 6.2.1 whose dimensions substantially correspond to the dimensions of the metal lid 6.1.
  • the plastic cover 6.2 is frictionally connected according to the cover 6 in Figure 1 with a number of fasteners 8 with the circuit board 3 and the base plate 2 and protects the remaining part of the circuit board 3, which does not receive the circuit substrate 4.
  • the lamination of the metal cover 6.1 is carried out following the mounting of the circuit substrate 4 and the electrical connection of the circuit arrangement 5.
  • the lamination takes place for example in a vacuum chamber.
  • the printed circuit board is laminated on the base plate 2, 3 and secondly the Me ⁇ talldeckel 6.1 is laminated on the circuit board. 3
  • a laminate (not shown) is pre-stitched to the metal lid 6.1 and laminated under pressure for a predetermined period of time at a high temperature. This is followed by a longer curing time at high temperature. This time- and cost-intensive lamination process results in additional mechanical stress for all components that are exposed to thermal stress, such.
  • a potting is applied to protect the surfaces of the electronic components and compounds. This can lead to failure due to leakage in contamination of the adjacent laminating surfaces, which is why appropriate additional measures, eg. For example, a technical limitation or compromise on a quantity, composition or process is required. Since in the present embodiment, no such sealing boundary frame is provided or such would cause additional costs, is a potting of the circuit 5 on the circuit substrate 4 with a potting compound, for. As silicone rubber, difficult. Similarly, when using a thixotropic gel, blistering in the potting compound is possible because the thixotropic gel cures very rapidly under vacuum conditions.
  • FIG. 4 schematically shows an embodiment of an electronic component 1 according to the invention in a sectional view, in particular in a longitudinal section.
  • the base plate 2 is in this case made in two parts and comprises a closed base plate part 2.1 and at least partially open base plate part 2.2, wherein the ge ⁇ closed base plate part 2.1 relative to the at least par ⁇ tially opened base plate part 2.2 has a lower Materi ⁇ aldicke.
  • the closed base plate member may ⁇ 2.1 also increased compared to the at least partially opened base part 2.2 and have the same Materi ⁇ aldicke.
  • the circuit board 3 is arranged, wherein the closed Grundplat ⁇ tenteil 2.1, the at least partially open base plate ⁇ part 2.2 and the circuit board 3 are connected as laminate composite materially conclusive.
  • the printed circuit board 3 is in this case provided on both sides with a laminate L.
  • Base plate part 2.2 each have a recess 3.1, 2.2.1 in the region of the circuit substrate 4, which in this case is arranged on the closed base plate part 2.1 and connected to this force and / or positive and / or cohesive.
  • the circuit substrate 4 is bonded to the closed base plate part 2.1, z. B. by means of a heat ⁇ leitklebers.
  • An electrical contacting of the circuit arrangement 5 arranged on the circuit carrier 4 takes place here by means of a bond connection which comprises two bonding wires 9.
  • the bond connection may also comprise more or fewer bonding wires 9.
  • a cover element 6 is also provided in this case, which is preferably analogous to the embodiment of FIG. 3 made of metal, for. As steel, optionally nickel or aluminum, is formed.
  • the cover 6 is further formed trough-shaped and has a circumferential flange 6.3, with which the cover 6 is arranged on a welding collar 2.2.2 fitting to ⁇ and welded to this, z. B. by means
  • the cover 6 and the closed base plate part 2.1 and the at least partially open base plate part 2.2 can be made of the same material, for. B. made of nickel-plated steel, be made, for. B. if the thermal expansion coefficients require it.
  • different materials, in particular different metals can be used if thermal conditions of use, a laminate material, conditions for the welding process of the cover 6, etc., make this possible.
  • FIG. 5 shows an alternative according to the invention execution ⁇ example of the electronic component 1 in a Perspecti ⁇ vischen exploded view, an upper part of the cover 6 spaced apart from the electronic component 1 is shown; the flange 6.3 is shown on the at least partially open base plate part 2.2.
  • FIG. 6 shows the alternative exemplary embodiment of the invention electronic component 1 in a side view in the assembled state.
  • the closed base plate part 2.1 has a smaller material thickness than the at least partially opened base plate part 2.2.
  • the width of the laminate against external influences is increased in its width to a maximum width and length of the electronic component 1 made available by the installation space.
  • a tightness in particular a gas tightness, can be increased up to a so-called detection limit.
  • the fixation of the cover 6 takes place here - as already mentioned - via a welding process instead of a lamination process.
  • the welding process can be realized both by a capacitor pulse welding, as well as by a laser or friction stir welding process.
  • a test of the tightness is possible by the construction of the electronic component 1 according to the invention.
  • the welding process is carried out in a helium-flooded chamber without vacuum.
  • helium can be filled by the cover 6 in the circuit carrier space immediately before welding.
  • the determination of a leak is possible by means of the already mentioned helium probe.
  • the manufacturing process of the electronic component 1 according to the invention comprises fewer steps compared to the state the technique, for example, by eliminating the time and cost consuming lamination process of the cover 6.
  • the manufacturing process can be simplified here as well.
  • a total thickness of the base plate 2, for example, one-third at the closed base part 2.1 relative to the prior art can be reduced, with the remaining two-thirds are used for the at least partially open base plates ⁇ part 2.1. This remains a height of the electronic component 1 over the prior art largely the same and a heat connection of the circuit ⁇ arrangement 5 to the base plate 2 is improved.
  • the skilled in the edge region of the recess 2.2.1 of the at least partially opened base part 2.2 Sch spakra ⁇ gen 2.2.2 is, for example, as a bead of the edge region of ⁇ can be formed, while avoiding a pro- zess employmente pollution by dosing the gel by means of the welding collar 2.2.2 or at least can be reduced.
  • the contamination of the adhesive surface is a high risk in the previous embodiment, as described by way of example in FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronische Komponente(1), umfassend -eine Grundplatte (2), aufweisend ein geschlossenes Grundplattenteil (2.1) und ein zumindest partiell geöffnetes Grundplattenteil (2.2), wobei das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil (2.2) einen Schweißkragen (2.2.2) aufweist, -eine Leiterplatte (3), wobei die Leiterplatte (3) zwischen dem geschlossenen Grundplattenteil (2.1) und dem zumindest partiell geöffneten Grundplattenteil (2.2) angeordnet ist, -einen mit der Leiterplatte(3) verbundenen Schaltungsträger (4), wobei der Schaltungsträger (4) in einer Aussparung (3.1) der Leiterplatte (3) und in einer Aussparung (2.2.1) des zumindest partiell geöffneten Grundplattenteils (2.2) aufgenommen ist, und -ein Abdeckelement (6) zum Schutz des Schaltungsträgers (4) gegenüber einer äußeren Umgebung, wobei das Abdeckelement (6) einen Flanschbereich (6.3) aufweist, welcher auf dem Schweißkragen (2.2.2) liegend angeordnet und mit diesem verschweißt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektronischen Komponente(1).

Description

Beschreibung
Elektronische Komponente und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft eine elektronische Komponente. Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektronischen Komponente.
Zur Steuerung fahrzeuginterner Komponenten werden Steuergeräte, z. B. Getriebesteuergeräte, in Fahrzeugen eingesetzt. Ein Steuergerät ist eine elektronische Komponente, bei welcher elektronische Baugruppen auf einem Schaltungsträger zu einer elektrischen Schaltungsanordnung zusammengeführt sind. Der Schaltungsträger ist auf einer metallischen Grundplatte, z. B. eine Aluminium-Grundplatte, aufgebracht und beispielsweise mit dieser verklebt.
Zur Führung von elektrischen Eingangs- und Ausgangssignalen zu elektronischen Komponenten der Schaltungsanordnung, z. B. Sensoren, bzw. zu externen Komponenten, z. B. ein Fahrzeugstecker, ist auf der Grundplatte eine Leiterplatte angeordnet, mit welcher der Schaltungsträger elektrisch leitend verbunden ist. Die Leiterplatte ist beispielsweise eine flexible oder starre Leiterplatte und mit der Grundplatte über einen
Laminatverbund Stoffschlüssig verbunden.
Zur Abdichtung eines Elektronikraums des Schaltungsträgers gegenüber einer äußeren Umgebung ist beispielsweise eine Elastomerdichtung vorgesehen, welche zwischen der Leiterplatte und einem den Elektronikraum von der äußeren Umgebung abgrenzenden Abdeckelement angeordnet ist. Das Abdeckelement ist beispielsweise aus Kunststoff geformt und kraftschlüssig, z. B. mittels Schraub- oder Nietverbindungen, mit der Leiterplatte und/oder der Grundplatte verbunden.
Zur Erhöhung einer Dichtheit können die Elastomerdichtung durch ein Laminat und das aus Kunststoff gebildete Abdeckelement durch ein metallisch ausgebildetes Abdeckelement ersetzt werden. Zur Herstellung des Laminats wird im Anschluss an eine Montage und elektrische Verbindung des Schaltungsträgers mit der Leiter¬ platte eine Klebeverbindung zwischen der flexiblen Leiterplatte und dem Abdeckelement unter Temperatur- und Druckeinfluss hergestellt. Dieser Prozess wird beispielsweise in einer Un¬ terdruckkammer durchgeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektronische Komponente sowie ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer solchen elektronischen Komponente anzugeben.
Hinsichtlich der elektronischen Komponente wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfin¬ dungsgemäß mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Eine erfindungsgemäße elektronische Komponente umfasst eine Grundplatte, aufweisend ein geschlossenes Grundplattenteil und ein zumindest partiell geöffnetes Grundplattenteil, wobei das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil einen Schweiß- kragen aufweist. Weiterhin umfasst die elektronische Komponente eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte zwischen dem ge¬ schlossenen Grundplattenteil und dem zumindest partiell ge¬ öffneten Grundplattenteil angeordnet ist. Ferner umfasst die elektronische Komponente einen mit der Leiterplatte verbundenen Schaltungsträger, welcher in einer Aussparung der Leiterplatte und in einer Aussparung des zumindest partiell geöffneten Grundplattenteils aufgenommen ist. Darüber hinaus umfasst die elektronische Komponente ein Abdeckelement zur Abdeckung des Schaltungsträgers gegenüber einer äußeren Umgebung, wobei das Abdeckelement einen Flanschbereich aufweist, welcher auf dem Schweißkragen liegend angeordnet und mit diesem verschweißt ist. Dadurch, dass das Abdeckelement mit einem Grundplattenteil verschweißt ist, kann eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abdichtung des Schaltungsträgers zu einer äußeren Umgebung erreicht werden. Der Schaltungsträger und eine darauf angeordnete elektronische Schaltungsanordnung sind somit ge¬ genüber dem Stand der Technik besser vor potentiell schädlichen Einflüssen geschützt und eine Zuverlässigkeit hinsichtlich einer Funktion der Schaltungsanordnung verbessert. Beispielsweise wird die elektronische Komponente in einem Motorraum eines Fahrzeugs, z. B. als Getriebesteuergerät, eingesetzt und ist aggressiven Medien, z. B. Getriebeöl, ausgesetzt. Gegenüber dem Stand der Technik kann somit eine Lebenserwartung der elektronischen Komponente erhöht werden. Vorzugsweise ist das Abdeckelement metallisch, z. B. aus Stahl oder Aluminium, ausgebildet und beständig gegen eingesetzte Medien, z. B. Öle.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil, das geschlossene Grund¬ plattenteil und das Abdeckelement metallisch und dabei vor¬ zugsweise aus dem gleichen Material, insbesondere Metall, gebildet. Dies erleichtert Fügeverfahren, insbesondere den Schweißprozess , bei dem die Komponenten im Schmelzbereich hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Weisen alle Komponenten den gleichen oder annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, ist eine Verbindung zwischen den Komponenten mechanisch stabiler als bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffi¬ zienten. In Abhängigkeit thermischer Einsatzbedingungen, eines Laminatmaterials und des Schweißverfahrens selbst können auch Materialkombinationen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Einsatz kommen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung unterscheiden sich die Materialdicken zwischen dem zumindest partiell geöffneten Grundplattenteil und dem geschlossenen Grundplattenteil. Das geschlossene Grundplattenteil kann somit dicker als das zu¬ mindest partiell geöffnete Grundplattenteil sein oder anders herum. Damit können bei gleichzeitiger Sicherstellung der mechanischen Stabilität der Grundplatte Materialkosten eingespart werden. Der Schweißkragen ist in einem die Aussparung des zumindest partiell geöffneten Grundplattenteils begrenzenden Randbereich ausgebildet. Das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil ist dabei auf einfache Art und Weise herstell- und ausformbar. Zweckmäßigerweise sind der Schweißkragen und der Flanschbereich umlaufend ausgebildet, so dass eine vollständige Abdichtung der Schaltungsanordnung sichergestellt ist.
Der Schaltungsträger, auf welchem die Schaltungsanordnung angeordnet ist, ist mit dem geschlossenen Grundplattenteil adhäsiv verbunden. Beispielsweise ist der Schaltungsträger mittels eines Wärmleitklebers mit dem geschlossenen Grund¬ plattenteil verklebt.
Zur elektrischen Kontaktierung der Schaltungsanordnung ist diese mittels einer Anzahl an Bonddrähten elektrisch leitend mit der Leiterplatte verbunden.
Ferner ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente vorgesehen, bei welchem die Lei- terplatte beidseitig mit einem Laminat versehen wird und an¬ schließend zwischen das geschlossene Grundplattenteil und das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil angeordnet wird. Unter Ausbildung eines Laminatverbunds wird die Leiterplatte mit dem geschlossenen Grundplattenteil und dem zumindest partiell geöffneten Grundplattenteil Stoffschlüssig verbunden. An¬ schließend wird das Abdeckelement mit dem Flanschbereich auf den Schweißkragen aufgesetzt und mit diesem verschweißt.
Das Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik weniger Verfahrensschritte auf und ist zudem kostengünstiger durch¬ führbar. Insbesondere der großflächige Verbund beider Grund¬ plattenteile mit dem abschließenden Schweißprozess ist einfach und kostengünstig durchführbar und erhöht eine Dichtigkeit der elektronischen Komponente im Bereich der Schaltungsanordnung.
Zum Schweißen des Abdeckelements wird ein Kondensatorimpuls- schweißen durchgeführt. Alternativ können auch Laser- oder Reib-Rührschweißverfahren angewandt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Figur 1 schematisch ein bekanntes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Komponente ohne ein Abdeckelement in Draufsicht,
Figur 2 schematisch ein bekanntes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Komponente mit einem Abdeckelement in Draufsicht,
Figur 3 schematisch eine perspektivische Darstellung eines weiteren bekannten Ausführungsbeispiels einer elektronischen Komponente, Figur 4 schematisch eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer elektronischen Komponente,
Figur 5 schematisch einen Ausschnitt aus einem erfindungs- gemäßen Ausführungsbeispiel einer elektronischen
Komponente in Explosionsdarstellung und
Figur 6 schematisch eine Seitenansicht des in Figur 5 ge¬ zeigten Ausführungsbeispiels im zusammengesetzten Zustand.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils schematisch eine beispiel¬ hafte Ausführung einer bekannten elektronischen Komponente 1 in Draufsicht . Die elektronische Komponente 1 ist beispielsweise ein Steuer¬ gerät für ein Kraftfahrzeug, z. B. ein Getriebesteuergerät, und umfasst eine Grundplatte 2, eine Leiterplatte 3, einen
Schaltungsträger 4 mit einer Schaltungsanordnung 5 und ein Abdeckelement 6.
Die Grundplatte 2 ist weitestgehend starr ausgebildet und dient einer mechanischen Stabilität der elektronischen Komponente 1. Die Grundplatte 2 ist beispielsweise aus Metall, z. B. aus Stahl oder Aluminium, gebildet.
Die Leiterplatte 3 ist einlagig oder mehrlagig ausgebildet und weist elektrisch leitfähige Strukturen auf, z. B. Kupferlei¬ terbahnen, auf. Des Weiteren kann die Leiterplatte 3 mechanisch flexibel ausgebildet sein und ist mit der Grundplatte 2 im Bereich des Schaltungsträgers 4 adhäsiv verbunden, z. B. mittels einer Klebeverbindung.
Der Schaltungsträger 4 ist mit der Leiterplatte 3 mechanisch verbunden. Beispielsweise ist der Schaltungsträger 4 mit der Leiterplatte 3 verschweißt, verklebt und/oder kraftschlüssig verbunden. Die elektrisch leitfähigen Strukturen in der Leiterplatte 3 ermöglichen dabei eine elektrische Anbindung der Schaltungsanordnung 5 auf dem Schaltungsträger 4 an externe Komponenten, z. B. fahrzeuginterne Komponenten. Dies kann beispielsweise mittels einer Bondverbindung erfolgen, wobei dies im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist.
Die Schaltungsanordnung 5 umfasst eine Anzahl hier nicht näher dargestellter elektronischer Komponenten, die beispielsweise mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs und/oder einer Vergussmasse stoffschlüssig auf dem Schaltungsträger 4 fixiert sind . Zur Abdichtung der Schaltungsanordnung 5 gegenüber einer äußeren Umgebung ist zum einen ein Dichtelement 7 vorgesehen, welches beispielsweise aus einem Elastomer gebildet ist und den
Schaltungsträger 5 umlaufend umschließt . Das Dichtelement 7 ist dabei Stoffschlüssig, z. B. mittels Spritzgießen oder Kleben, mit der Leiterplatte 3 verbunden.
Zum anderen ist zur Abdichtung der Schaltungsanordnung 5 gegenüber der äußeren Umgebung das Abdeckelement 6 vorgesehen, welches mit der Leiterplatte 3 verbunden wird und die Schal¬ tungsanordnung 5 dabei vor der äußeren Umgebung verschließt.
Das Abdeckelement 6 ist hierbei aus Kunststoff gebildet und gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kraftschlüssig mit der Leiterplatte 3 verbunden. Insbesondere ist das Abdeckelement 6 mittels einer Mehrzahl von Befestigungselementen 8, z. B. Schrauben oder Nieten, mit der Leiterplatte 3 verbunden, wobei die Befestigungselemente 8 durch die Leiterplatte 3 hindurch in die Grundplatte 2 ragen, so dass das Abdeckelement 6 auch mit der Grundplatte 2 verbunden ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Abmessungen des Ab¬ deckelements 6, insbesondere eine Breite und Länge des Ab¬ deckelements 6, im Wesentlichen gleich mit den Abmessungen der Grundplatte 2 und der Leiterplatte 3.
Figur 3 zeigt schematisch ein weiteres bekanntes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Komponente 1. Hierbei ist das Abdeckelement 6 zweiteilig ausgeführt. Ein Teil des Abdeckelements 6 ist beispielsweise als Metalldeckel 6.1 ausgebildet und weist Abmessungen auf, die in etwa gleich der Abmessungen des Schaltungsträgers 4 sind. Der Metalldeckel 6.1 ist auf den Schaltungsträger 4 aufgesetzt und auf die Leiterplatte 3 laminiert. Beim Laminieren wird dabei unter Einfluss von Druck und Temperatur eine adhäsive Verbindung zwischen der Leiterplatte 3 und dem Metalldeckel 6.1 herge- stellt. Der mittels des Metalldeckels 6.1 von der äußeren Umgebung abgeschirmte Raum wird hierbei auch als Schaltungs¬ trägerraum bezeichnet. Der andere Teil des Abdeckelements 6 ist als ein Kunststoff¬ deckel 6.2 ausgebildet, welcher eine Aussparung 6.2.1 aufweist, deren Abmessungen im Wesentlichen den Abmessungen des Metalldeckels 6.1 entsprechen. Der Kunststoffdeckel 6.2 wird gemäß dem Abdeckelement 6 in Figur 1 mit einer Anzahl von Befestigungselementen 8 kraftschlüssig mit der Leiterplatte 3 und der Grundplatte 2 verbunden und schützt den übrigen Teil der Leiterplatte 3, welcher nicht den Schaltungsträger 4 aufnimmt.
Das Laminieren des Metalldeckels 6.1 erfolgt im Anschluss an die Montage des Schaltungsträgers 4 und der elektrischen Anbindung der Schaltungsanordnung 5. Das Laminieren erfolgt beispielsweis in einer Unterdruckkammer.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei
Laminierprozesse erforderlich . Zum einen wird die Leiterplatte 3 auf die Grundplatte 2 laminiert und zum anderen wird der Me¬ talldeckel 6.1 auf die Leiterplatte 3 laminiert.
Beispielsweise wird beim Laminierprozess des Metalldeckels 6.1 ein Laminat (hier nicht dargestellt) am Metalldeckel 6.1 vorgeheftet und für einen vorgegebenen Zeitraum bei einer hohen Temperatur unter Druck laminiert. Im Anschluss daran folgt eine längere Aushärtezeit bei hoher Temperatur. Aus diesem zeit- und kostenintensiven Laminierprozess resultiert zusätzlicher mechanischer Stress für alle Bauteile, die der thermischen Belastung ausgesetzt sind, wie z. B. der Schaltungsträger 4 und Komponenten der Schaltungsanordnung 5.
Mehrere Bauteile, wie z.B. Widerstände, eine sogenannte
CAN-Drossel, keramische Kondensatoren usw., werden dabei sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, wobei die Zuverlässigkeit der Bauteile verringert und die Ausfallrate erhöht wird. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass aus den Laminier- prozessen lange Prozesszeiten und hohe Herstellungskosten resultieren . Des Weiteren ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der
Nachweis einer Dichtigkeit erschwert, da die Laminierprozesse zur Erhöhung der Dichtigkeit unter Vakuumbedingungen durchgeführt werden. Damit kann während der Laminierprozesse kein Gas, z. B. Helium oder ein anderes Gas, in den Schaltungsträgerraum eingebracht werden, dessen im Schaltungsträgerraum verbleibende Menge mit einem entsprechenden Sensor, z. B. eine Heliumsonde, über einen vorgegebenen Zeitraum erfasst wird.
Denkbar wäre ein geeignetes Gas durch eine in der Grundplatte 2 eingebrachte Durchgangsöffnung zu applizieren, welche im An- schluss jedoch auch wieder gasdicht verschlossen werden muss.
Des Weiteren wird hierbei zusätzlich ein Verstemmprozess mit einer entsprechenden Belastung der Laminierstelle erforderlich.
Zum Schutz der Oberflächen der Elektronikkomponenten und Verbindungen wird üblicherweise ein Verguss aufgebracht. Dieser kann bei Verunreinigung der angrenzenden Laminierflächen zu Ausfällen durch Undichtigkeit führen, weshalb entsprechende Zusatzmaßnahmen, z. B. eine technische Begrenzung oder Kompromisse hinsichtlich einer Menge, einer Zusammensetzung oder eines Prozesses erforderlich sind. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel kein solcher dichtender Begrenzungsrahmen vorgesehen ist bzw. ein solcher zusätzliche Kosten verursachen würde, ist ein Verguss der Schaltungsanordnung 5 auf dem Schaltungsträger 4 mit einer Vergussmasse, z. B. Silikonkautschuk, erschwert. Ebenso ist bei der Verwendung eines thixotropen Gels eine Blasenbildung in der Vergussmasse möglich, da das thixotrope Gel unter Vakuumbedingungen sehr schnell aushärtet.
Darüber hinaus kann durch Bildung niedermolekularer Siloxane ein Verlust der Vergussmasse entstehen, auch als Ausbluten bekannt, so dass eine zuverlässige Abdichtung der Schaltungsanordnung 5 gegenüber der äußeren Umgebung nicht über eine Lebensdauer der elektronischen Komponente 1 sichergestellt werden kann. Zur Lösung der genannten Probleme wird eine erfindungsgemäße elektronische Komponente 1 vorgeschlagen, die nachfolgend beschrieben wird.
Figur 4 zeigt dazu schematisch ein erfindungsgemäßes Ausfüh- rungsbeispiel einer elektronischen Komponente 1 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt.
Die Grundplatte 2 ist hierbei zweiteilig ausgeführt und umfasst ein geschlossenes Grundplattenteil 2.1 und ein zumindest partiell geöffnetes Grundplattenteil 2.2, wobei das ge¬ schlossene Grundplattenteil 2.1 gegenüber dem zumindest par¬ tiell geöffneten Grundplattenteil 2.2 eine geringere Materi¬ aldicke aufweist. Alternativ kann das geschlossene Grund¬ plattenteil 2.1 auch eine gegenüber dem zumindest partiell geöffneten Grundplattenteil 2.2 erhöhte oder gleiche Materi¬ aldicke aufweisen.
Zwischen dem geschlossenen Grundplattenteil 2.1 und dem zumindest partiell geöffneten Grundplattenteil 2.2 ist die Leiterplatte 3 angeordnet, wobei das geschlossene Grundplat¬ tenteil 2.1, das zumindest partiell geöffnete Grundplatten¬ teil 2.2 und die Leiterplatte 3 als Laminatverbund Stoff- schlüssig miteinander verbunden sind. Die Leiterplatte 3 ist hierbei beidseitig mit einem Laminat L versehen.
Die Leiterplatte 3 und das zumindest partiell geöffnete
Grundplattenteil 2.2 weisen jeweils eine Aussparung 3.1, 2.2.1 im Bereich des Schaltungsträgers 4 auf, welcher hierbei auf dem geschlossenen Grundplattenteil 2.1 angeordnet und mit diesem kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Beispielsweise ist der Schaltungsträger 4 mit dem geschlossenen Grundplattenteil 2.1 verklebt, z. B. mittels eines Wärme¬ leitklebers . Eine elektrische Kontaktierung der auf dem Schaltungsträger 4 angeordneten Schaltungsanordnung 5 erfolgt hierbei mittels einer Bondverbindung, die zwei Bonddrähte 9 umfasst. Alternativ kann die Bondverbindung auch mehr oder weniger Bonddrähte 9 umfassen.
Zur Abdichtung der Schaltungsanordnung 5 gegenüber der äußeren Umgebung ist auch hierbei ein Abdeckelement 6 vorgesehen, welches vorzugsweise analog zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 aus Metall, z. B. Stahl gegebenenfalls vernickelt oder Aluminium, gebildet ist.
Das Abdeckelement 6 ist weiterhin wannenförmig ausgebildet und weist einen umlaufenden Flanschbereich 6.3 auf, mit dem das Abdeckelement 6 auf einen Schweißkragen 2.2.2 anliegend an¬ geordnet und mit diesem verschweißt ist, z. B. mittels
Kondensatorimpulsschweißen, wobei der Schweißkragen 2.2.2 an einem die Aussparung 2.2.1 des zumindest partiell geöffneten Grundplattenteils 2.2 begrenzenden Randbereich ausgebildet ist .
Das Abdeckelement 6 sowie das geschlossene Grundplattenteil 2.1 und das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil 2.2 können aus dem gleichen Material, z. B. aus vernickelten Stahl, gefertigt sein, z. B. wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten dies erfordern. Alternativ können auch unterschiedliche Materialien, insbesondere verschiedene Metalle, verwendet werden, wenn thermische Einsatzbedingungen, ein Laminatmaterial, Bedingungen für das Schweißverfahren des Abdeckelements 6 usw. dies ermöglichen .
Figur 5 zeigt ein alternatives erfindungsgemäßes Ausführungs¬ beispiel der elektronischen Komponente 1 in einer perspekti¬ vischen Explosionsdarstellung, wobei ein oberer Teil des Abdeckelements 6 beabstandet zur elektronischen Komponente 1 dargestellt ist; der Flanschbereich 6.3 ist auf dem zumindest partiell geöffneten Grundplattenteil 2.2 dargestellt. Figur 6 zeigt das alternative erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der elektronischen Komponente 1 in einer Seitansicht im zusammengesetzten Zustand.
Der Unterschied hierbei zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist, dass das geschlossene Grundplattenteil 2.1 eine geringere Materialdicke aufweist als das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil 2.2.
Zusammenfassend wird bei der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem in Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel die gegen äußere Einflüsse abdichtende Laminatschicht in ihrer Breite auf eine maximal vom Bauraum zur Verfügung gestellte Breite und Länge der elektronischen Komponente 1 erweitert. Dadurch kann eine Dichtigkeit, insbesondere eine Gasdichtheit, bis zu einer sogenannten Nachweisgrenze erhöht werden.
Der Einsatz des zuvor erwähnten thixotropen Gels kann durch den erfindungsgemäßen Aufbau der elektronischen Komponente 1 vermieden werden, wobei die Verwendung handelsüblichen Sili- konkautschuks ausreichend ist.
Die Fixierung des Abdeckelements 6 erfolgt hierbei - wie bereits erwähnt - über einen Schweißprozess anstelle eines Laminier- prozesses. Der Schweißprozess kann sowohl durch ein Kondensator- impulsschweißen, als auch durch ein Laser- oder Reib-Rühr- schweißprozess realisiert werden.
Eine Prüfung der Dichtigkeit wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau der elektronischen Komponente 1 möglich. Beispielsweise wird der Schweißprozess in einer mit Helium gefluteten Kammer ohne Vakuum durchgeführt. Alternativ kann auch Helium unmittelbar vor dem Schweißen durch das Abdeckelement 6 in den Schaltungsträgerraum gefüllt werden. Die Ermittlung einer Leckage ist mittels der ebenfalls bereits erwähnten Heliumsonde möglich.
Der Herstellungsprozess der erfindungsgemäßen elektronischen Komponente 1 umfasst dabei weniger Schritte gegenüber dem Stand der Technik, indem beispielsweise der zeit- und kostenaufwendige Laminierprozess des Abdeckelements 6 entfällt.
Da die Leiterplatte 3 über ihre gesamte Breite und Länge mit einer Unterseite auf das geschlossene Grundplattenteil 2.1 laminiert wird, kann auch hier der Herstellungsprozess vereinfacht werden. Zudem kann eine Gesamtdicke der Grundplatte 2 auf beispielsweise ein Drittel beim geschlossenen Grundplattenteil 2.1 gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden, wobei die übrigen zwei Drittel für das zumindest partiell geöffnete Grundplatten¬ teil 2.1 verwendet werden. Damit bleibt eine Aufbauhöhe der elektronischen Komponente 1 gegenüber dem Stand der Technik weitestgehend gleich und eine Wärmeanbindung der Schaltungs¬ anordnung 5 an die Grundplatte 2 wird verbessert.
Der im Randbereich der Aussparung 2.2.1 des zumindest partiell geöffneten Grundplattenteils 2.2 ausgebildete Schweißkra¬ gen 2.2.2 ist beispielsweise als Wulst des Randbereichs aus¬ bildbar, wobei mittels des Schweißkragens 2.2.2 eine pro- zessbedingte Verschmutzung durch Dosieren des Gels vermieden oder zumindest verringert werden kann. Für die Verbindung zwischen der flexiblen Leiterplatte 3 und dem Abdeckelement 6 ist die Verschmutzung der Klebefläche ein hohes Risiko bei der bisherigen Ausführung, wie sie beispielhaft in Figur 3 be- schrieben ist.

Claims

Elektronische Komponente (1), umfassend
- eine Grundplatte (2), aufweisend ein geschlossenes Grundplattenteil (2.1) und ein zumindest partiell ge¬ öffnetes Grundplattenteil (2.2), wobei das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil (2.2) einen
Schweißkragen (2.2.2) aufweist,
- eine Leiterplatte (3) , wobei die Leiterplatte (3) zwischen dem geschlossenen Grundplattenteil (2.1) und dem zumindest partiell geöffneten Grundplattenteil (2.
2) angeordnet ist,
- einen mit der Leiterplatte (3) verbundenen Schal¬ tungsträger (4), wobei der Schaltungsträger (4) in einer Aussparung (3.1) der Leiterplatte
(3) und in einer Aus¬ sparung (2.2.1) des zumindest partiell geöffneten
Grundplattenteils (2.2) aufgenommen ist, und
- ein Abdeckelement (6) zum Schutz des Schaltungsträ¬ gers
(4) gegenüber einer äußeren Umgebung, wobei das Abdeckelement (6) einen Flanschbereich (6.3) aufweist, welcher auf dem Schweißkragen (2.2.2) liegend angeordnet und mit diesem verschweißt ist.
Elektronische Komponente (1) nach Anspruch 1, wobei das Abdeckelement (6) metallisch ausgebildet ist.
Elektronische Komponente (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil (2.2), das geschlossene Grundplattenteil (2.1) und das Abdeck¬ element (6) metallisch ausgebildet sind.
Elektronische Komponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest partiell geöffnete
Grundplattenteil (2.2) und das geschlossene Grundplat¬ tenteil (2.1) verschiedene Materialdicken aufweisen.
5. Elektronische Komponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schweißkragen (2.2.2) in einem die Aussparung (2.2.1) des zumindest partiell geöffneten Grundplattenteils (2.2) begrenzenden Randbereichs aus¬ gebildet ist.
Elektronische Komponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schweißkragen (2.2.2) und der
Flanschbereich (6.3) umlaufend ausgebildet sind.
Elektronische Komponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsträger (4) mit dem geschlossenen Grundplattenteil (2.1) adhäsiv verbunden ist.
Elektronische Komponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsträger (4) eine Schal¬ tungsanordnung (5) aufweist, die über eine Anzahl an Bonddrähten (9) elektrisch leitend mit der Leiterplat¬ te (3) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Leiterplatte (3) beidseitig mit einem Laminat (L) versehen wird,
- die Leiterplatte (3) zwischen das geschlossene Grund¬ plattenteil (2.1) und das zumindest partiell geöffnete Grundplattenteil (2.2) angeordnet wird und unter Aus¬ bildung eines Laminatverbunds mit diesen stoffschlüssig verbunden wird, und
- das Abdeckelement (6) mit dem Flanschbereich (6.3) auf den Schweißkragen (2.2.2) aufgesetzt und mit diesem verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Schweißen des Abdeckelements (6) ein Kondensatorimpulsschweißen durchgeführt wird .
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