WO2019110258A1 - Elektronische einheit mit leiterplatte - Google Patents

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WO2019110258A1 PCT/EP2018/081278 EP2018081278W WO2019110258A1 WO 2019110258 A1 WO2019110258 A1 WO 2019110258A1 EP 2018081278 W EP2018081278 W EP 2018081278W WO 2019110258 A1 WO2019110258 A1 WO 2019110258A1
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    • H05K2203/1316—Moulded encapsulation of mounted components

Definitions

  • the present invention relates to an electronic unit with a printed circuit board according to the main claim.
  • encapsulated electronics e.g., a metal housing with glass feedthroughs
  • distribution of signals and currents across punched bars, strands, or flex boards are used.
  • Electronic control units are permanently subject to the trend of becoming cheaper and cheaper with constant or increasing functionality. This requires a further development of existing solutions or the use of novel concepts.
  • connection technology between individual components of increased interest since with increasing miniaturization of the electronic components and the susceptibility to dirt and vibration increases. This applies in particular in the field of vehicle technology, in which electronic components with a high degree of reliability must function flawlessly even under the most adverse operating conditions.
  • an electronic unit with a printed circuit board in which the electronic components arranged on a main surface of the printed circuit board are surrounded by an encapsulation material by means of an enveloping element.
  • a disadvantage of this arrangement are the bending stresses occurring due to the encapsulation of the electronic components in the printed circuit board.
  • the cladding element When the cladding element is applied, different expansion effects in the cladding element or in the printed circuit board may occur due to temperature differences between the cladding element and the printed circuit board. This results in a deflection of the printed circuit board by forces acting between the enveloping element and the printed circuit board.
  • the object of the invention is to provide an electronic unit in which the bending stresses occurring in the circuit board are reduced. This object is achieved with the subject of the current claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
  • a mechatronic concept with a printed circuit board wherein a component is arranged on a first main surface of the printed circuit board.
  • the component is embedded by an enveloping element.
  • the enveloping element is formed at least in sections meandering on a first main surface of the printed circuit board.
  • the enveloping element may have a section in which the enveloping element has a sinusoidal profile. But it is also possible that a further embodiment of the invention, the enveloping element may have a jagged shape. Finally, in a further embodiment, the enveloping element may have a section with an irregular wavy course. Of course, it is possible that the enveloping element may have a plurality of sections with different courses. This makes it possible to optimally distribute the forces occurring in a given area of the printed circuit board within the printed circuit board so that no bending of the printed circuit board occurs.
  • a second component can be arranged on the main surface of the printed circuit board.
  • the first component may have one or more electronic components and the second component one or more non-electronic components, wherein the enveloping element embeds the first component.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an electronic unit according to the invention in plan view
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electronic unit according to the invention in a sectional view.
  • a printed circuit board 2 On a printed circuit board 2, a plurality of first and second components 3, 4 are arranged on a main surface. Furthermore, an enveloping element 5, which embeds the first components 3, is also arranged on the main surface 2a. In the illustrated embodiment, the enveloping element 5 is arranged only on a main surface 2 a of the printed circuit board 2.
  • the first components 3 are electronic components, e.g. Sensors or integrated circuits.
  • the second components 4 are non-electronic components, e.g. Plug.
  • the first components 3 are completely enclosed by the enveloping element 5, so that a complete sealing of the first components 3 from an environment is ensured.
  • additional sealing means e.g. Sealing rings may be present (not shown), which enclose the first components 3.
  • Sealing rings may be present (not shown), which enclose the first components 3.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an electronic unit according to the invention in plan view.
  • a circuit board 2 On a circuit board 2 a plurality of first components 3 are arranged. At opposite ends of the circuit board 2 are exemplary two second components 4 arranged.
  • an enveloping element 5 is arranged, which covers the first components 3 (this is indicated by the dashed line) and thereby fully embeds. The region around the second components 4 is not covered with an enveloping element 5 in the illustrated embodiment.
  • the enveloping element 5, which covers the first components 3, has a meandering shape.
  • the enveloping element 5 has an irregular meandering shape, i. the enveloping element 5 has different deflections relative to a central axis M in the x-direction.
  • first regions 8 are present, which are covered by the enveloping element 5.
  • second regions 9 are present which lie between the first regions 8 and are not covered by the enveloping element 5. These second regions 9 serve as tolerance compensation areas. Due to temperature changes during operation, these second regions 9 can absorb tensile or shear stresses, so that bending or bending of the printed circuit board 2 is prevented.
  • 5 can be prevented in the manufacture of the electronic unit 1, in particular when applying the Hüllelements 5 on the circuit board 2 that 5 tensile and shear stresses are introduced into the circuit board 2 by cooling effects of the Hüllelements such that thereby a deflection of the circuit board 2 results ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronische Einheit (1) mit einer Leiterplatte (2) mit einem auf einer Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) angeordneten ersten Bauelement (3) und mit einem Hüllelement (5), welches das erste Bauelement (3) einbettet, wobei das Hüllelement (5) auf einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet ist.

Description

Elektronische Einheit mit Leiterplatte
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Einheit mit einer Leiterplatte gemäß dem Hauptanspruch.
In aktuellen Serienanwendungen für mechatronische Steuergeräte werden eine gekapselte Elektronik (z.B. ein Metallgehäuse mit Glasdurchführungen) und eine Verteilung von Signalen und Strömen über Stanzgitter, Litzen oder Flex-Leiterplatten eingesetzt. Elektronische Steuergeräte unterliegen dabei dauerhaft dem Trend, bei gleichbleibendem oder steigendem Funktionsumfang im Preis immer günstiger zu werden. Dies erfordert eine Weiterentwicklung bestehender Lösungen oder den Einsatz neuartiger Konzepte. Dabei ist insbesondere die Verbindungstechnik zwischen einzelnen Komponenten von erhöhtem Interesse, da mit zunehmender Miniaturisierung der elektronischen Komponenten auch die Anfälligkeit gegenüber Schmutz und Vibrationen zunimmt. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik, in dem elektronischen Komponenten mit einer hohen Zuverlässigkeit auch unter widrigsten Einsatzbedingungen fehlerfrei funktionieren müssen.
Aus 005539 ist eine elektronische Einheit mit einer Leiterplatte bekannt, bei welcher die auf einer Hauptoberfläche der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelementen mittels eines Hüllelements aus einem Umspritzmaterial umgeben sind. Nachteilig bei dieser Anordnung sind die durch das Umspritzen der elektronischen Bauelemente in der Leiterplatte auftretenden Biegespannungen. Beim Aufbringen des Hüllelements kann es aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen Hüllelement und Leiterplatte zu unterschiedlichen Ausdehnungseffekten im Hüllelement bzw. in der Leiterplatte kommen. Hierdurch kommt es durch zwischen Hüllelement und Leiterplatte wirkenden Kräften zu einer Durchbiegung der Leiterplatte.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Einheit anzugeben, bei welcher die in der Leiterplatte auftretenden Biegespannungen verringert werden. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des geltenden Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Vorliegend wird ein Mechatronik Konzept mit einer Leiterplatte vorgeschlagen, wobei auf einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte ein Bauelement angeordnet ist. Dabei ist das Bauelement von einem Hüllelement eingebettet. Erfindungsgemäß ist das Hüllelement auf einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet.
Durch die mäanderförmige Ausbildung des Hüllelements wird bei der Aufbringung des Hüllelements auf die Leiterplatte die Ausbildung von Spannungen, insbesondere Biegespannungen, in der Leiterplatte verhindert. Durch den vorgegebenen mäanderförmigen Verlauf des Hüllelements bleiben Teilbereiche der Leiterplatte frei, d.h. an diesen Stellen befindet sich kein Hüllelement auf der Leiterplatte. Diese freien Bereiche dienen als Toleranzausgleich in Längs- und Querausrichtung der Leiterplatte. Etwaig entstandene Kräfte zwischen Hüllelement und Leiterplatte können somit in diese freien Bereiche geleitet werden, wodurch eine Durchbiegung der Leiterplatte verhindert wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Hüllelement einen Abschnitt aufweisen, in welchem das Hüllelement einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Es ist aber auch möglich, dass ein einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Hüllelement einen zackenförmigen Verlauf aufweisen kann. Schließlich kann das Hüllelement in einer weiteren Ausführungsform einen Abschnitt mit einem unregelmäßigen wellenförmigen Verlauf aufweisen. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Hüllelement mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Verläufen aufweisen kann. Damit ist es möglich, die in einem vorgegebenen Bereich der Leiterplatte auftretenden Kräfte optimal innerhalb der Leiterplatte zu verteilen, so dass keine Durchbiegung der Leiterplatte auftritt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auf der Hauptoberfläche der Leiterplatte ein zweites Bauelement angeordnet sein. Ferner können das erste Bauelement ein oder mehrere elektronische Bauelemente und das zweite Bauelement ein oder mehrere nicht-elektronische Bauelemente sein, wobei das Hüllelement das erste Bauelement einbettet. Dadurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass alle wärmeerzeugenden elektronischen Bauteile von dem Hüllelement umgeben bzw. in das Hüllelement eingebettet sind.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit in Schnittdarstellung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß der Erfindung in Draufsicht,
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß der Erfindung in Schnittdarstellung. Auf einer Leiterplatte 2 sind auf einer Hauptoberfläche mehrere erste und zweite Bauelemente 3, 4 angeordnet. Ferner ist auf der Hauptoberfläche 2a auch ein Hüllelement 5 angeordnet, welches die ersten Bauelemente 3 einbettet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hüllelement 5 nur auf einer Hauptoberfläche 2a der Leiterplatte 2 angeordnet.
Bei den ersten Bauelementen 3 handelt es sich um elektronische Bauelemente, z.B. Sensoren oder integrierte Schaltungen. Bei den zweiten Bauelementen 4 handelt es sich um nicht-elektronische Bauelemente, z.B. Stecker. Die ersten Bauelemente 3 sind vollständig von dem Hüllelement 5 umschlossen, so dass eine vollständige Abdichtung der ersten Bauelemente 3 von einer Umgebung gewährleistet ist. Zwischen dem Hüllelement 5 und der Leiterplatte 2 können zusätzlich weitere Dichtmittel, z.B. Dichtringe vorhanden sein (nicht dargestellt), welche die ersten Bauelemente 3 umschließen. Dadurch kann die Abdichtung der ersten Bauelemente 3 gegenüber der Umgebung 7 weiter verbessert werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit gemäß der Erfindung in Draufsicht. Auf einer Leiterplatte 2 sind mehrere erste Bauelemente 3 angeordnet. An sich gegenüberliegenden Enden der Leiterplatte 2 sind beispielhaft zwei zweite Bauelemente 4 angeordnet. Auf der Leiterplatte 3 ist ein Hüllelement 5 angeordnet, welches die ersten Bauelemente 3 überdeckt (dies ist durch die gestrichelte Darstellung kenntlich gemacht) und dabei vollständig einbettet. Der Bereich um die zweiten Bauelemente 4 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht mit einem Hüllelement 5 bedeckt.
Das Hüllelement 5, welches die ersten Bauelemente 3 bedeckt, weist eine mäanderförmige Form auf. Im vorliegenden Beispiel weist das Hüllelement 5 eine unregelmäßige mäanderförmige Form auf, d.h. das Hüllelement 5 weist bezogen auf eine Mittelachse M in x-Richtung unterschiedliche Auslenkungen auf.
Auf der Leiterplatte 2 sind somit erste Bereiche 8 vorhanden, welche von dem Hüllelement 5 bedeckt sind. Ferner sind zweite Bereiche 9 vorhanden, welche zwischen den ersten Bereichen 8 liegen und von dem Hüllelement 5 nicht bedeckt sind. Diese zweiten Bereiche 9 dienen dabei als Toleranzausgleichsgebiete. Aufgrund von Temperaturveränderungen während des Betriebs können diese zweiten Bereiche 9 Zugoder Schubspannungen aufnehmen, so dass eine Verbiegung oder Durchbiegung der Leiterplatte 2 verhindert wird. Außerdem kann bereits bei der Fertigung der elektronischen Einheit 1 , insbesondere beim Aufbringen des Hüllelements 5 auf die Leiterplatte 2 verhindert werden, dass durch Abkühlungseffekte des Hüllelements 5 Zug- und Schubspannungen in die Leiterplatte 2 derart eingebracht werden, dass dadurch eine Durchbiegung der Leiterplatte 2 resultiert.
Bezuqszeichen
1 elektronische Einheit
2 Leiterplatte
3 erste Bauelemente
4 zweite Bauelemente
5 Hüllelement
6 Abschnitt
7 Außenumgebung
8 erste Bereiche
9 zweite Bereiche
M Mittelachse

Claims

Patentansprüche
1. Elektronische Einheit (1 ) mit einer Leiterplatte (2) mit einem auf einer Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) angeordneten ersten Bauelement (3) und mit einem Hüllelement (5), welches das erste Bauelement (3) einbettet,
dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (5) auf einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet ist.
2. Elektronische Einheit nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hüllelement (5) einen Abschnitt (6) mit einem sinusförmigen Verlauf aufweist.
3. Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 -2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Hüllelement (5) einen Abschnitt (6) mit einem zackenförmigen Verlauf aufweist.
4. Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass
das Hüllelement (5) einen Abschnitt (6) mit einem unregelmäßigen wellenförmigen Verlauf aufweist.
5. Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Hauptoberfläche der Leiterplatte (2) ein zweites Bauelement (4) angeordnet ist und dass das erste Bauelement (3) ein oder mehrere elektronische Bauelemente und das zweite Bauelement (4) ein oder mehrere nicht-elektronische Bauelemente sind und dass das Hüllelement (5) das erste Bauelement (3) einbettet.
6. Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (3) durch das Hüllelement (5) von einer Außenumgebung (7) fluiddicht gekapselt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120044669A1 (en) * 2010-03-11 2012-02-23 Toshifumi Ogata Light-emitting module, light source device, liquid crystal display device, and method of manufacturing light-emitting module
EP2793538A1 (de) * 2013-04-16 2014-10-22 Robert Bosch Gmbh Elektronische Baugruppe und Verfahren zur Herstellung der elektronischen Baugruppe
DE102013215368A1 (de) * 2013-08-05 2015-02-05 Zf Friedrichshafen Ag Elektronische Einheit mit Leiterplatte

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