WO2018065207A1 - Elektronisches steuergerät - Google Patents

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WO2018065207A1 PCT/EP2017/073644 EP2017073644W WO2018065207A1 WO 2018065207 A1 WO2018065207 A1 WO 2018065207A1 EP 2017073644 W EP2017073644 W EP 2017073644W WO 2018065207 A1 WO2018065207 A1 WO 2018065207A1
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Josef Loibl
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H05K3/4691—Rigid-flexible multilayer circuits comprising rigid and flexible layers, e.g. having in the bending regions only flexible layers

Definitions

  • the present invention relates to an electronic control device according to the main claim.
  • the object of the invention is to provide an electronic control unit, which allows for low space height optimal local cooling of individual electronic components.
  • a mechatronic concept with a central printed circuit board is proposed. It is proposed in particular that all components required in the electronic control unit are arranged on a single printed circuit board. This is to be understood by a single circuit board that all electronic components, heat sinks, sensors and connection elements for external devices are arranged on a single circuit board.
  • This circuit board is in particular integrally formed and may also be formed as a multi-layer printed circuit board.
  • an electronic control unit with a printed circuit board having a first and a second main surface wherein components are arranged on at least one main surface and wherein the printed circuit board has a first printed circuit board section and a second printed circuit board section, wherein the second printed circuit board section is bent out of the preferred plane of the first printed circuit board section, includes.
  • the invention is characterized in that a heat dissipation element is arranged on the second printed circuit board section on a main surface, which is opposite to the main surface of the first printed circuit board section.
  • the first printed circuit board section and the second printed circuit board section span different planes. At least part of the installation space, which is formed by the distance between the two planes, is expediently occupied by the heat removal element. As a result, a simple connection of a heat dissipation element to the printed circuit board can take place with a reduced space height.
  • the second circuit board area is aligned parallel or at an acute angle to the first circuit board area.
  • the heat dissipation element can thus be configured essentially wedge-shaped or cuboidal with respect to the first printed circuit board region.
  • a connecting section between the first printed circuit board section and the second printed circuit board section is flexible, such that the connecting section has a smaller thickness than the first and / or second printed circuit board section.
  • the connecting section can be designed, for example, as deep-milled or as a separate flexible printed circuit board section, which can be connected between the first and second printed circuit board sections. cut is appropriate. As a result, it is possible for the second printed circuit board section to be brought into any desired position with respect to the first printed circuit board section.
  • the heat removal element is attached to an electronic component which is arranged on the second printed circuit board section.
  • a heat conducting means is present between the heat removal element and the electronic component.
  • the heat removal element is e.g. made of aluminum and the heat-conducting agent is, for example, heat-conducting film, thermal adhesive, a Gapfilier or other thermally conductive connecting means.
  • the heat dissipation member terminates with the main surface of the first circuit board portion facing the main surface of the first circuit board portion through which the second circuit board portion is bent.
  • the heat dissipation element arranged on the lower side of the second printed circuit board section terminates with the underside of the first printed circuit board section.
  • one side of the heat dissipation element and the underside of the first printed circuit board section form a plane.
  • an enveloping element is present, which is arranged in sections on the first and / or second printed circuit board section.
  • the electronic components arranged on the first and / or second printed circuit board section can be enclosed in a media-tight manner and thus encapsulated in a media-tight manner with respect to the outside environment.
  • the sheath element expediently completely covers the main surface of the second printed circuit board section which is opposite the heat-dissipating element.
  • components are arranged on the main surface on the first printed circuit board section, in the direction of which the second printed circuit board section is bent out and components are arranged on the second printed circuit board section on the first and second main surfaces. It is thus possible for thermally critical components, i. Devices that need to be cooled can be positioned on the main surface opposite to the main surface in the direction of which the second circuit board portion is bent (e.g., for layout reasons), yet these components can be cooled at a low overall height of the electronic unit.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an electronic control unit in a first embodiment in a sectional view
  • FIG. 2 is a schematic representation of an electronic control unit in a second embodiment in a sectional view
  • Fig. 1 and Fig. 2 show a schematic representation of an electronic control device in a first and second embodiment.
  • the electronic control unit 1 essentially comprises a printed circuit board 2 having a first printed circuit board section 3 and a second printed circuit board section 4, each having a first main surface 3u, 4u and second main surface 3o, 4o, which are referred to below as top and bottom.
  • the second printed circuit board section 4 is bent out of the plane of the first printed circuit board section 4 in the direction of the upper side 3o, 4o.
  • the lower illustration shows in Fig. 1 and Fig. 2 in plan view a section of the printed circuit board 2.
  • the second printed circuit board section 4 is formed by a U-shaped slot 7 in the circuit board 2.
  • the second printed circuit board section 4 is connected to the first printed circuit board section 3 via a connecting region 8.
  • the connecting region 8 between the first printed circuit board section 3 and the second printed circuit board section 4 is deep-cut on the underside 8 u of the printed circuit board 2.
  • the thickness of the printed circuit board 2 is less than in the first and second printed circuit board sections 3, 4.
  • the deep milling makes the connecting region 8 flexible and the second printed circuit board section 4 can simply be bent relative to the first printed circuit board section 3.
  • the connection region 8 is formed by a flexible conductor element which is attached to the first and second printed circuit board sections 3, 4, e.g. plugged or soldered.
  • heat removal elements 9 On the electronic components on the underside 4u of the second printed circuit board section 4 are heat removal elements 9, in particular cooling elements 9, e.g. made of aluminum. Of course, such cooling elements 9 also have integrated coolant supply (not shown). Between the component 5 and the cooling element 9 is a heat conducting means 10, e.g. a bathleitfolie arranged.
  • the heat dissipation element 9 is wedge-shaped. In the embodiment shown in Fig. 2, the heat dissipation element 9 is cuboid. In both embodiments, the underside of the heating element 9u and the bottom 3u of the first printed circuit board Cut 3 a plane. In other words, the heat dissipation member 9 terminates with the underside 3u of the printed circuit board 2 and is arranged in the clamped space 1 1 between the first and the second printed circuit board section 3, 4.
  • an enveloping element 12 is applied on the circuit board 2. This enveloping element 12 encloses the electronic components 5 on the upper side 3o of the first printed circuit board section 3 and the electronic components 5 on the upper side 4o of the second printed circuit board section 4.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät mit einer Leiterplatte (2) aufweisend eine erste und eine zweite Hauptoberfläche (3o,4o; 3u,4u), wobei an mindestens einer Hauptoberfläche (3o, 4o; 3u, 4u) Bauelemente (5) angeordnet sind und wobei die Leiterplatte (2) einen ersten Leiterplattenabschnitt (3) und einen zweiten Leiterplattenabschnitt (4), welcher aus der Vorzugsebene des ersten Leiterplattenabschnitts (3) herausgebogen ist, umfasst, wobei an dem zweiten Leiterplattenabschnitt (4) an einer Hauptoberfläche (4u), welche der Hauptoberfläche (3o) des ersten Leiterplattenabschnitts (3) gegenüberliegt ein Wärmeabfuhrelement (9) angeordnet ist.

Description

Elektronisches Steuergerät
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Steuergerät gemäß dem Hauptanspruch.
Elektronische Steuergeräte, insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik unterliegen dauerhaft dem Trend, bei gleichbleibendem oder steigendem Funktionsumfang im Preis immer günstiger zu werden. Gleichzeitig müssen die immer leistungsstärker werdenden elektronischen Bauelemente bei immer geringerer Bauhöhe der elektronischen Einheit ausreichend gekühlt werden. Dies erfordert eine Weiterentwicklung bestehender Lösungen oder den Einsatz neuartiger Konzepte.
Aus DE 41 07 657 A1 ist eine Leiterplatte mit flexiblen U-förmigen Ausschnitten bekannt, wobei die U-förmigen Ausschnitte zur Minimierung von thermischen Stress eingesetzt werden.
Aus DE 103 48 010 A1 ist eine Mehrschichtleiterplatte bekannt, bei welcher einzelne Leiterplattenabschnitte aufgeklappt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Steuergerät zu schaffen, welches bei geringer Bauraumhöhe eine optimale lokale Entwärmung einzelner elektronischer Bauelemente ermöglicht.
Dieser Aufgabe wird mit dem Gegenstand des geltenden Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Vorliegend wird ein Mechatronik Konzept mit einer zentralen Leiterplatte vorgeschlagen. Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, dass sämtliche in dem elektronischen Steuergerät benötigten Bauelemente auf einer einzelnen Leiterplatte angeordnet sind. Hierbei ist unter einer einzelnen Leiterplatte zu verstehen, dass sämtliche elektronischen Bauelemente, Kühlkörper, Sensoren sowie Anschlusselemente für externe Geräte auf einer einzigen Leiterplatte angeordnet sind. Diese Leiterplatte ist insbesondere einstückig ausgebildet und kann auch als Mehrlagenleiterplatte ausgebildet sein.
Insbesondere wird ein elektronisches Steuergerät mit einer Leiterplatte aufweisend eine erste und eine zweite Hauptoberfläche vorgeschlagen, wobei an mindestens einer Hauptoberfläche Bauelemente angeordnet sind und wobei die Leiterplatte einen ersten Leiterplattenabschnitt und einen zweiten Leiterplattenabschnitt, wobei der zweite Leiterplattenabschnitt aus der Vorzugsebene des ersten Leiterplattenabschnitts herausgebogen ist, umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an dem zweiten Leiterplattenabschnitt an einer Hauptoberfläche, welche der Hauptoberfläche des ersten Leiterplattenabschnitts gegenüberliegt ein Wärmeabfuhrelement angeordnet ist.
In dieser erfindungsgemäßen Anordnung spannen der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt unterschiedliche Ebenen auf. Zumindest ein Teil des Bauraums, welcher durch den Abstand der beiden Ebenen gebildet ist, wird zweckmäßig von dem Wärmeabfuhrelement eingenommen. Dadurch kann bei verringerter Bauraumhöhe eine einfach Anbindung eines Wärmeabfuhrelements an die Leiterplatte stattfinden.
Zweckmäßig ist der zweite Leiterplatten bereich parallel oder unter einem spitzen Winkel zum ersten Leiterplattenbereich ausgerichtet. Damit ist es möglich, die Leiterplattenarchitektur an die Form des Wärmeabfuhrelements anzupassen oder umgekehrt und somit einen optimalen Wärmetransport zu ermöglichen. Das Wärmeabfuhrelement kann somit je nach Ausrichtung des zweiten Leiterplattenbereichs zum ersten Leiterplattenbereich im Wesentlichen keil- oder quaderförmig ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt und dem zweiten Leiterplattenabschnitt flexibel ausgebildet ist, derart, dass der Verbindungsabschnitt eine geringere Dicke aufweist als der erste und/oder zweite Leiterplattenabschnitt. Der Verbindungsabschnitt kann z.B. tiefengefräst ausgebildet sein oder ein separater flexibler Leiterplattenabschnitt sein, welcher zwischen dem ersten und zweiten Leiterplattenab- schnitt angebracht ist. Dadurch ist es möglich, dass der zweite Leiterplattenabschnitt in jede beliebige Position gegenüber dem ersten Leiterplattenabschnitt gebracht werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmeabfuhrelement an einem elektronischen Bauelement befestigt, welches an dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist. Dadurch ist eine verbesserte Wärmeabfuhr von dem elektronischen Bauelement möglich. Zweckmäßig ist zwischen dem Wärmeabfuhrelement und dem elektronischen Bauelement ein Wärmeleitmittel vorhanden. Das Wärmeabfuhrelement ist z.B. aus Aluminium gefertigt und bei dem Wärmeleitmittel handelt es sich beispielsweise um Wärmeleitfolie, Wärmeleitkleber, einem Gapfilier oder anderen wärmeleitenden Verbindungsmitteln.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schließt das Wärmeabfuhrelement mit derjenigen Hauptoberfläche des ersten Leiterplattenabschnitts ab, welche der Hauptoberfläche des ersten Leiterplattenabschnitts gegenüberliegt, durch die der zweite Leiterplattenabschnitt herausgebogen ist. Mit anderen Worten, ist der zweite Leiterplattenabschnitt in Richtung der Oberseite des ersten Leiterabschnitts herausgebogen, so schließt das an der Unterseite des zweiten Leiterplattenabschnitts angeordneten Wärmeabfuhrelements mit der Unterseite des ersten Leiterplattenabschnitts ab. Dadurch bilden dann eine Seite des Wärmeabfuhrelements und die Unterseite des ersten Leiterplattenabschnitts eine Ebene. Damit ist es möglich, dass die elektronische Einheit einfach an einen Trägerkörper befestigt werden kann, ohne dass in dem Trägerkörper spezielle Einbuchtungen oder Erhebungen aufgrund der Kontur der Unterseite der elektronischen Einheit benötigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Hüllelement vorhanden, welches abschnittsweise an dem ersten und/oder zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist. Dadurch können die auf dem ersten und/oder zweiten Leiterplattenabschnitt angeordneten elektronischen Bauelemente mediendicht umschlossen und somit gegenüber der Außenumgebung mediendicht gekapselt werden. Zweckmäßig bedeckt das Hüllelement die dem Wärmeabfuhrelement gegenüberliegende Hauptoberfläche des zweiten Leiterplattenabschnitts vollständig.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind an dem ersten Leiterplattenabschnitt Bauelemente auf der Hauptoberfläche angeordnet, in deren Richtung der zweite Leiterplattenabschnitt herausgebogen ist und dass am zweiten Leiterplattenabschnitt auf der ersten und zweiten Hauptoberfläche Bauelemente angeordnet sind. Damit ist es möglich, dass wärmekritische Bauelemente, d.h. Bauelemente welche gekühlt werden müssen, auf der Hauptoberfläche positioniert werden können, welche derjenigen Hauptoberfläche gegenüberliegt, in deren Richtung der zweite Leiterplattenabschnitt gebogen ist (z.B. aus layouttechnischen Gründen), diese Bauelemente dennoch bei geringer Gesamtbauhöhe der elektronischen Einheit gekühlt werden können.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile der Erfindung werden im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektronisches Steuergeräts in einer ersten Ausführungsform in Schnittdarstellung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines elektronisches Steuergeräts in einer zweiten Ausführungsform in Schnittdarstellung,
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine schematische Darstellung eines elektronischen Steuergeräts in einer ersten und zweiten Ausführungsform. Das elektronische Steuergerät 1 umfasst im Wesentlichen eine Leiterplatte 2 mit einem ersten Leiterplattenabschnitt 3 und einem zweiten Leiterplattenabschnitt 4, mit jeweils einer ersten Hauptoberfläche 3u, 4u und zweiten Hauptoberfläche 3o, 4o, welche im Weiteren als Oberseite und Unterseite bezeichnet werden.
Auf der Oberseite 3o, 4o des ersten und des zweiten Leiterplattenabschnitts 3, 4 der Leiterplatte 2 sind elektronische Bauelemente 5 angeordnet. Femer sind auf der Unterseite 4u des zweiten Leiterplattenabschnitts 4 weitere elektronische Bauelemen- te 5 angeordnet. Im Randbereich des ersten Leiterplattenabschnitts 3 sind zudem optional Stecker und Sensoren 6 angeordnet.
Der zweite Leiterplattenabschnitt 4 ist aus der Ebene des ersten Leiterplattenabschnitts 4 in Richtung der Oberseite 3o, 4o herausgebogen. Die untere Darstellung zeigt in Fig. 1 und Fig. 2 jeweils in Draufsicht einen Ausschnitt der Leiterplatte 2. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass der zweite Leiterplattenabschnitt 4 durch einen U-förmigen Schlitz 7 in der Leiterplatte 2 gebildet ist. Der zweite Leiterplattenabschnitt 4 ist über einen Verbindungsbereich 8 mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 3 verbunden.
Der Verbindungsbereich 8 zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 3 und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 4 ist auf der Unterseite 8u der Leiterplatte 2 tiefengefräst. Insbesondere ist in diesem Verbindungsbereich 8 die Dicke der Leiterplatte 2 geringer als im ersten und zweiten Leiterplattenabschnitt 3, 4. Durch die Tiefen- fräsung wird der Verbindungsbereich 8 flexibel und der zweite Leiterplattenabschnitt 4 kann einfach gegenüber dem ersten Leiterplattenabschnitt 3 verbogen werden. Nicht dargestellt ist eine Variante, bei der der Verbindungsbereich 8 durch ein flexibles Leiterbahnelement gebildet ist, welches an dem ersten und zweiten Leiterplattenabschnitt 3, 4 befestigt, z.B. gesteckt oder gelötet ist.
An den elektronischen Bauelementen auf der Unterseite 4u des zweiten Leiterplattenabschnitts 4 sind Wärmeabfuhrelemente 9, insbesondere Kühlelemente 9, z.B. aus Aluminium angeordnet. Selbstverständlich können solche Kühlelemente 9 auch integrierte Kühlmittelversorgung aufweisen (nicht dargestellt). Zwischen dem Bauelement 5 und dem Kühlelement 9 ist ein Wärmeleitmittel 10, z.B. eine Wärmeleitfolie angeordnet.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist das Wärmeabfuhrelement 9 keilförmig ausgebildet. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Wärmeabfuhrelement 9 quaderförmig ausgebildet. Bei beiden Ausführungsformen bildet die Unterseite des Wärmeelements 9u und die Unterseite 3u des ersten Leiterplattenab- Schnitts 3 eine Ebene. Mit anderen Worten, das Wärmeabfuhrelement 9 schließt mit der Unterseite 3u der Leiterplatte 2 ab und ist in dem aufgespannten Raum 1 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 3, 4 angeordnet.
Auf der Leiterplatte 2 ist ein Hüllelement 12 aufgebracht. Dieses Hüllelement 12 umschließt die elektronischen Bauelemente 5 auf der Oberseite 3o des ersten Leiterplattenabschnitts 3 sowie die elektronischen Bauelemente 5 auf der Oberseite 4o des zweiten Leiterplattenabschnitts 4.
Bezuqszeichen
Steuergerät
Leiterplatte
erster Leiterplattenabschnitt
zweiter Leiterplattenabschnitt
u,4u Unterseite
o,4o Oberseite
elektronisches Bauelement
Stecker
Schlitz
Verbindungsbereich
Wärmeabfuhrelement
u Unterseite Wärmeabfuhrelement
0 Wärmeleitmittel
1 Raum zwischen erstem und zweiten Leiterplattenabschnitt2 Hüllelement

Claims

Patentansprüche
1. Steuergerät mit einer Leiterplatte (2) aufweisend eine erste und eine zweite Hauptoberfläche (3o, 4o; 3u, 4u), wobei an mindestens einer Hauptoberfläche (3o, 4o; 3u, 4u) Bauelemente (5) angeordnet sind und wobei die Leiterplatte (2) einen ersten Leiterplattenabschnitt (3) und einen zweiten Leiterplattenabschnitt (4), welcher aus der Vorzugsebene des ersten Leiterplattenabschnitts (3) herausgebogen ist, um- fasst
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem zweiten Leiterplattenabschnitt (4) an einer Hauptoberfläche (4u), welche der Hauptoberfläche (3o) des ersten Leiterplattenabschnitts (3) gegenüberliegt ein Wärmeabfuhrelement (9) angeordnet ist.
2. Steuergerät gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des zweiten Leiterplattenabschnitts (4) ein U-förmiger Schlitz (7) in der Leiterplatte (2) ausgeführt ist.
3. Steuergerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leiterplattenbereich (4) parallel oder unter einem spitzen Winkel zum ersten Leiterplattenbereich (3) ausgerichtet ist.
4. Steuergerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsabschnitt (8) zwischen dem erste Leiterplattenabschnitt (3) und dem zweiten Leiterplattenabschnitt (4) flexibel ausgebildet ist, derart, dass der Verbindungsabschnitt (8) eine geringere Dicke aufweist als der erste und/oder zweite Leiterplattenabschnitt (3, 4).
5. Steuergerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9) an einem elektronischen Bauelement (5) befestigt ist, welches an dem zweiten Leiterplattenabschnitt (4) angeordnet ist.
6. Steuergerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeabfuhrelement (9) und dem elektronischen Bauelement (5) ein Wärmeleitmittel (10) vorhanden ist.
7. Steuergerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9) mit derjenigen Hauptoberfläche (3u) des ersten Leiterplattenabschnitts (3) abschließt, welche der Hauptoberfläche (3o) gegenüberliegt durch die der zweite Leiterplattenabschnitt (4) herausgebogen ist.
8. Steuergerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hüllelement (12) vorhanden ist, welches abschnittsweise auf dem ersten und/oder zweiten Leiterplattenabschnitt (3, 4) ausgebildet ist.
9. Steuergerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (12) die dem Wärmeabfuhrelement (9) gegenüberliegende Hauptoberfläche (4o) des zweiten Leiterplattenabschnitts (4) vollständig bedeckt.
10. Steuergerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Leiterplattenabschnitt (3) Bauelemente (5) auf der Hauptoberfläche (3o) angeordnet sind, in deren Richtung der zweite Leiterplattenabschnitt (4) herausgebogen ist und dass am zweiten Leiterplattenabschnitt (4) auf der ersten und zweiten Hauptoberfläche (4o, 4u) Bauelemente (5) angeordnet sind.
1 1. Steuergerät nach einem der vorangehenden Ansprüche für eine integrierte Getriebesteuerung für Kraftfahrzeuge.
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