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Die
Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung und eine Vorrichtung,
die eine Leiterplattenanordnung umfasst.
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In
Kraftfahrzeugen werden elektronische Steuergeräte eingesetzt, um beispielsweise
den Betrieb einer Brennkraftmaschine zu regeln oder Informationen
von Sensoren auszuwerten. Das benötigte Einbauvolumen der Steuergeräte im Kraftfahrzeug soll
möglichst
gering sein.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Leiterplattenanordnung, die
in montagefertigem Zustand eine relativ geringe Größe aufweist
und dabei preisgünstig
herzustellen ist, sowie eine Vorrichtung mit einer Leiterplattenanordnung
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Leiterplattenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
beziehungsweise einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
5.
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Eine
Leiterplattenanordnung umfasst eine Leiterplatte, die eine Mehrzahl
von starren Bereichen und eine Mehrzahl von biegbaren Bereichen
aufweist. Jeweils mindestens zwei starre Bereiche sind durch mindestens
einen biegbaren Bereich miteinander gekoppelt. Die Leiterplattenanordnung
weist einen Steckverbinder auf, der mit einem der starren Bereiche
leitfähig
gekoppelt ist. Die Leiterplattenanordnung weist einen weiteren Steckerverbinder
auf, der mit einem weiteren der starren Bereiche leitfähig gekoppelt
ist. Der Steckverbinder und der weitere Steckverbinder sind zueinander
benachbart po sitionierbar, um eine gemeinsame Steckverbindereinheit zu
bilden.
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Eine
Dicke der Mehrzahl von starren Bereichen kann größer sein als eine Dicke der
biegbaren Bereiche. So können
in der Herstellung preisgünstig biegbare
Bereiche realisiert werden.
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Die
Leiterplatte kann als Netz für
einen dreidimensionalen geometrischen Körper ausgebildet sein. Die
biegbaren Bereiche können
an den Kanten des dreidimensionalen geometrischen Körpers ausgebildet
sein. So kann ein zur Verfügung
stehendes Einbauvolumen durch die Leiterplattenanordnung möglichst
effektiv genutzt werden.
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Die
Leiterplattenanordnung weist in einem Ausführungsbeispiel mindestens ein
elektronisches Bauelement auf, das mit einem wiederum weiteren der
starren Bereiche leitfähig
gekoppelt ist. In einem zur Verfügung
stehendem Einbauvolumen können vergleichsweise
viele elektronische Bauelemente mit der Leiterplattenanordnung leitfähig gekoppelt
sein.
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Eine
Vorrichtung mit einer Leiterplattenanordnung umfasst einen Gehäusekörper, der
die Leiterplattenanordnung zumindest teilweise umgibt. Die Leiterplattenanordnung
ist zu einem dreidimensionalen geometrischen Körper geformt. Die biegbaren Bereiche
sind an den Kanten des dreidimensionalen geometrischen Körpers ausgebildet.
So kann der Raum innerhalb des Gehäusekörpers möglichst effektiv genutzt werden
und eine insgesamt relativ große
Leiterplatte realisiert werden.
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Der
Steckverbinder und der weitere Steckverbinder können an einer gleichen Seitenfläche des dreidimensionalen
geometrischen Körpers
angeordnet sein. Dadurch ist eine möglichst einfache Kontaktierung
der Steckverbinder von außerhalb
der Vorrichtung möglich
und der Signalpfad der Leiterplattenanordnung kann vereinfacht werden.
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Die
Leiterplatte und der Gehäusekörper können über eine
thermisch leitfähige
Brücke
gekoppelt sein. Wärme,
die während
des Betriebs der Vorrichtung an der Leiterplatte beziehungsweise
dem elektronischen Bauelement entsteht, kann über die thermisch leitfähige Brücke gut
an den Gehäusekörper abgegeben
und so abgeleitet werden.
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Die
Leiterplatte und der Gehäusekörper können mindestens
eine gemeinsame Kontaktfläche
aufweisen. Wärme,
die während
des Betriebs des elektronischen Bauelements entsteht, kann über die
Leiterplatte und die gemeinsame Kontaktfläche an den Gehäusekörper abgegeben
werden.
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Das
mindestens eine elektronische Bauelement und der Gehäusekörper können eine
gemeinsame Kontaktfläche
aufweisen. So kann Wärme
des elektronischen Bauelements direkt über den Gehäusekörper abgeführt werden. Die Leiterplatte
kann die Form eines Quaders aufweisen. Die Vorrichtung kann zumindest
einen Teil einer Motorsteuerung einer Brennkraftmaschine enthalten.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden
in Verbindung mit den 1 bis 5 erläuterten
Beispielen.
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Es
zeigen:
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1A bis 1C eine
schematische Darstellung einer Leiterplattenanordnung gemäß einer ersten
Ausführungsform,
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2A und 2B eine
schematische Darstellung einer Leiterplattenanordnung gemäß einer weiteren
Ausführungsform,
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3A bis 3D eine
schematische Darstellung eines Gehäusekörpers und einer Leiterplattenanordnung,
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4 eine
schematische Darstellung eines Gehäusekörpers und einer Leiterplattenanordnung gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
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5 einen
Gehäusekörper und
eine Leiterplattenanordnung gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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1A zeigt
eine Leiterplattenanordnung 100, die eine Leiterplatte 101 umfasst.
Die Leiterplatte weist fünf
starre Bereiche 110, 111, 112, 113 und 114 auf.
Die Leiterplatte kann auch weniger starre Bereiche aufweisen, beispielsweise
vier, sie kann auch mehr starre Bereiche aufweisen, beispielsweise sechs
oder mehr. Die Leiterplatte 101 weist vier biegbare Bereiche 120, 121, 122 und 123 auf.
Die Leiterplatte kann auch weniger biegbare Bereiche aufweisen,
beispielsweise drei, sie kann auch mehr biegbare Bereiche aufweisen,
beispielsweise fünf
oder mehr. Die starren Bereiche sind über die biegbaren Bereiche
miteinander gekoppelt.
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Jeweils
zwei der starren Bereiche sind über einen
der biegbaren Bereiche miteinander gekoppelt. Beispielsweise ist
der starre Bereich 110 mit dem starren Bereich 111 über den
biegbaren Bereich 120 gekoppelt. Der starre Bereich 111 ist
wiederum über den
biegbaren Bereich 121 mit dem starren Bereich 112 gekoppelt.
Es können
auch mehr als zwei der starren Bereiche über einen der biegbaren Bereiche miteinander
gekoppelt sein, beispielsweise drei starre Bereiche über einen biegbaren
Bereich. Es können
auch starre Bereiche über
mehr als einen der biegbaren Bereiche miteinander gekoppelt sein,
beispielsweise zwei starre Bereiche über zwei biegbare Bereiche.
Die starren Bereiche und die biegbaren Bereiche sind so angeordnet,
dass sich aus der Leiterplatte durch Umformen an den biegbaren Bereichen ein
dreidimensionaler geometrischer Körper bilden lässt.
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Die
Leiterplatte 101 ist als Netz eines dreidimensionalen geometrischen
Körpers
ausgebildet. Die Kanten des dreidimensionalen geometrischen Körpers entsprechen
den biegbaren Bereichen. Die starren Bereiche entsprechen den Seitenflächen des dreidimensionalen
geometrischen Körpers.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
kann der starre Bereich 111 eine erste Seitenfläche ausbilden.
Der starre Bereich 112 entspricht einer Seitenfläche, die
im Wesentlichen quer zum starren Bereich 111 angeordnet werden
kann. Eine Seitenfläche,
die im Wesentlichen quer zum starren Bereich 112 und im
Wesentlichen parallel zum starren Bereich 111 ausgebildet
wird, wird durch den starren Bereich 113 gebildet. An einer Seitenfläche, die
im Wesentlichen quer zum starren Bereich 111 und im Wesentlichen
quer zum starren Bereich 113 und im Wesentlichen parallel
zum starren Bereich 112 ausgebildet wird, sind die starren
Bereiche 110 und 114 angeordnet. Eine entsprechende Seitenansicht
ist in 1B gezeigt. Durch die biegbaren
Bereiche werden abgerundete Kanten zwischen den starren Bereichen
gebildet.
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In 1B ist
ein Steckverbinder 102 gezeigt, der mit dem starren Bereich 110 leitfähig gekoppelt ist.
Es ist ein weiterer Steckverbinder 103 gezeigt, der mit
dem starren Bereich 114 leitfähig gekoppelt ist. Die Leiterplatte
weist an den starren Bereichen 110 und 114 jeweils
Kontaktierungsbereiche auf, mit denen der Steckverbinder 102 beziehungsweise
der Steckverbinder 103 elektrisch leitfähig gekoppelt sind. Durch Umformen
der Leiterplatte 101 an den biegbaren Bereichen sind der
Steckverbinder und der weitere Steckverbinder benachbart zueinander positionierbar.
Die starren Bereiche 110 und 114, mit denen der
Steckverbinder und der weitere Steckverbinder jeweils leitfähig gekoppelt
sind, sind an einer gleichen Seitenfläche des dreidimensionalen geometrischen
Körpers
angeordnet. Über
den Steckverbinder und den weiteren Steckverbinder kann die Leiterplatte
kontaktiert werden. Beispielsweise bildet der Steckverbinder 102 einen
Eingang der Leiterplattenanordnung und der weitere Steckverbinder 103 einen Ausgang. Über den
Steckverbinder 102 kann ein Eingangssignal eingespeist
werden. Über
den weiteren Steckverbinder 103 kann ein Ausgangssignal
ausgegeben werden. Der Steckverbinder 102 und der weitere
Steckverbinder 103 bilden eine gemeinsame Steckverbindereinheit,
die von einem einzigen gemeinsamen Gegenstück kontaktiert werden kann.
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Die
starren Bereiche 111, 112 und 113 sind ausgebildet,
mit elektronischen Bauelementen kontaktiert zu werden und die elektronischen
Bauelemente untereinander elektrisch zu koppeln. Die starren Bereiche 110 und 114,
die mit dem Steckverbinder beziehungsweise dem weiteren Steckverbinder gekoppelt
sind, können
ebenfalls mit elektronischen Bauelementen bestückt werden, beispielsweise
mit einer Eingangsschutzschaltung. Die 1B zeigt
ein elektronisches Bauelement 104, das mit dem starren Bereich 111 elektrisch
gekoppelt ist. Es können
auch zwei oder mehr elektronische Bauelemente mit den starren Bereichen
elektrisch leitfähig
gekoppelt sein. Die elektronischen Bauelemente sind in einer Ausführungsform
auf der nach innen gewandeten Seite der starren Bereiche angeordnet.
Die elektronischen Bauelemente sind in einer weiteren Ausführungsform auf
der nach außen
gewandeten Seite der starren Bereiche angeordnet. Die elektronischen Bauelemente
können
auch auf der nach außen
gewandeten Seite und auf der nach innen gewandeten Seite der starren
Bereiche angeordnet sein. Das elektronische Bauelement 104 ist
beispielsweise ein Transistor, ein Widerstand, ein integrierter
Schaltkreis, ein Prozessor oder ein Speicherelement.
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Ein
Eingangssignal, das über
den Steckverbinder 102 in die Leiterplattenanordnung eingespeist wird,
kann über
elektrische Leitungen geführt
werden, die durch den starren Bereich 110 und durch den
biegbaren Bereich 120 verlaufen. Das Signal kann in Bauelemente,
die mit dem starren Bereich 111 elektrisch kontaktiert
sind, eingespeist beziehungsweise von diesen bearbeitet werden.
Nachdem es von den elektronischen Bauelementen bearbeitet wurde,
kann das Signal über
Leitungen, die im biegbaren Bereich 120 verlaufen, an elektronische
Bauelemente geführt
werden, die mit dem starren Bereich 112 elektrisch gekoppelt
sind. Daraufhin kann das Signal über
Leitungen, die im biegbaren Bereich 122 verlaufen, an den
starren Bereich 113 geführt
werden. Das Signal kann von Bauelementen, die mit dem starren Bereich 113 gekoppelt
sind, weiter verarbeitet werden. Das Signal kann über Leitungen,
die im biegbaren Bereich 123 verlaufen, über den
starren Bereich 114 ausgegeben werden, mit dem der weitere
Steckverbinder 113 gekoppelt ist. Das Signal verläuft von
einem Anfang der Leiterplattenanordnung, der dem starren Bereich 110 entspricht,
bis zu einem Ende der Leiterplattenanordnung, das dem starren Bereich 114 entspricht.
Nachdem es bearbeitet wurde, muss das Signal nicht zu seinem Eingangspunkt zurückgeführt werden.
Somit kann die Leiterplatte 101 mit relativ wenigen Lagen
an elektrischen Leitern gestaltet werden. Die elektrischen Leiter
umfassen ein elektrisch relativ gut leitfähiges Material, beispielsweise
Kupfer.
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1C zeigt
einen Ausschnitt der Leiterplatte 101. Eine Dicke 105 der
starren Bereiche 111 und 112 ist größer als
eine Dicke 106 des biegbaren Bereichs 121. Die
Dicke der starren Bereiche 110, 111, 112, 113 und 114 ist
größer als
die Dicke der biegbaren Bereiche 120, 121, 122 und 123.
Die Dicke 105 entspricht der Ausdehnung der Leiterplatte
quer zu einer Oberfläche
der starren Bereiche, auf der elektronische Bauelemente kontaktiert
werden können.
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An
den biegbaren Bereichen ist die Dicke der Leiterplatte beispielsweise
durch Fräsen
oder Ätzen bis
zu der Dicke 106 reduziert. Die biegbaren Bereiche können eine
Schicht oder mehrere Schichten für Leiterbahnen
und eine Schutzschicht für
die Leiterbahnen umfassen. Die Schutzschicht kann beispielsweise
einen Schutzlack umfassen. Es kann zusätzlich eine weitere Schicht
ausgebildet sein, die das gleiche Material umfasst, wie die starren
Bereiche. Das Material der starren Bereiche umfasst in einer Ausführungsform
FR4. Es können
weitere Schichten aus weiteren Materialien angeordnet sein. Die Schicht
für die
Leiterbahnen, die Schutzlackschicht und/oder die weiteren Schichten
können
jeweils eine unterschiedliche Stärke
ausbilden. Der biegbare Bereich umfasst in einer Ausführungsform
Polyimid.
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2A zeigt
eine Leiterplattenanordnung 200. Eine Leiterplatte 201 der
Leiterplattenanordnung 200 umfasst starre Bereiche 210, 211, 212, 213, 214, 215 und 216.
Die Leiterplatte 201 umfasst weiterhin biegbare Bereiche 220, 221, 222, 223, 224 und 225.
Die starren Bereiche sind über
die biegbaren Bereiche so miteinander gekoppelt, dass nach einer
Umformung ein dreidimensionaler geometrischer Körper gebildet werden kann. 2B zeigt
die Leiterplatte nach der Umformung in einer Seitenansicht. Die
Seitenflächen
des dreidimensionalen geometrischen Körpers werden durch die starren
Bereiche ge bildet und die Kanten des dreidimensionalen starren Körpers durch
die biegbaren Bereiche. Die biegbaren Bereiche bilden abgerundete
Kanten aus. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
kann die Leiterplatte quaderförmig
geformt werden.
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Wie
in 2B gezeigt, kann der starre Bereich 213 im
Wesentlichen parallel zum starren Bereich 211 angeordnet
werden. Quer dazu kann der starre Bereich 215 angeordnet
werden. Im Wesentlichen parallel zum starren Bereich 215 kann
der starre Bereich 216 angeordnet werden. Im Wesentlichen quer
zum starren Bereich 215 und zum starren Bereich 211 kann
der starre Bereich 212 angeordnet werden. Im Wesentlichen
parallel zum starren Bereich 212 können die starren Bereiche 210 und 214 angeordnet
werden. Die starren Bereiche 210 und 214 sind
dann im Wesentlichen quer zum starren Bereich 211. Die
starren Bereiche entsprechen den Seitenflächen eines dreidimensionalen
geometrischen Körpers,
wobei die starren Bereiche 210 und 214 an einer
gemeinsamen Seitenfläche
angeordnet sind. Ein Steckverbinder 202 ist mit dem starren
Bereich 210 leitend gekoppelt. Ein weiterer Steckverbinder 203 ist
mit dem starren Bereich 214 gekoppelt. Nach dem Umformen
der Leiterplatte 201 an den biegbaren Bereichen sind der
Steckverbinder und der weitere Steckverbinder benachbart zueinander
positioniert und bilden eine gemeinsame Steckverbindereinheit. Über den
Steckverbinder und den weiteren Steckverbinder kann die Leiterplatte
kontaktiert werden. Beispielsweise bildet der Steckverbinder 202 eine
Eingang der Leiterplattenanordnung und der weitere Steckverbinder 203 einen
Ausgang. Über
den Steckverbinder 202 kann ein Eingangssignal eingespeist werden. Über den
weiteren Steckverbinder 203 kann ein Ausgangssignal ausgegeben
werden. Die Steckverbinder 202 und 203 können mit
einem gemeinsamen Gegenstück
elektrisch und mechanisch gekoppelt werden.
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3A und 3B zeigen
einen Gehäusekörper 300.
Dieser umfasst einen Gehäuserahmen 301,
einen Gehäusedeckel 302 und
einen Gehäuseboden 303.
Der Gehäuserahmen 301 ist
eingerichtet, eine Leiterplattenanordnung, wie im Zusammenhang mit
den 1 und 2 beschrieben,
aufzunehmen und diesen von drei Seiten zu umschließen. Die
Seite, die nicht umschlossen wird, entspricht der Seite der Leiterplattenanordnung,
auf der die Steckverbinder angeordnet sind. Der Gehäusekörper kann
von oben und unten jeweils mit dem Gehäusedeckel 302 beziehungsweise
dem Gehäuseboden 303 abgeschlossen werden.
Die Seite, auf der die Steckverbinder angeordnet sind, kann teilweise
von dem Gehäuserahmen 301 umschlossen
sein. Der Gehäusekörper 300 ist so
geformt, dass die Steckverbinder von außerhalb des Gehäuseköpers kontaktiert
werden können
und die Leitplatte ansonsten von dem Gehäusekörper umschlossen ist.
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3C zeigt
den Gehäusekörper 300 und eine
Leiterplattenanordnung 304. Ein starrer Bereich der Leiterplattenanordnung 304 ist
breiter ausgebildet als die übrigen
starren Bereiche. Der Gehäuserahmen 301 weist
mindestens eine Ausnehmung auf, in der die überstehenden Bereiche des breiteren
starren Bereichs angeordnet werden können.
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3D zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Gehäusekörpers. Die
Leiterplattenanordnung 304 ist in einer Gehäusewanne 305 angeordnet
und kann von dem Gehäusedeckel 302 abgedeckt
werden. Ein Gehäuseboden
ist in dieser Ausführungsform
nicht nötig.
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4 zeigt
einen Gehäusekörper 400 in
den eine Leiterplattenanordnung 404 eingepasst ist. Die Leiterplattenanordnung
beziehungsweise eine Leiterplatte 405 der Leiterplattenanordnung 404 ist
quaderförmig
geformt. Ein Gehäuserahmen 401 des
Gehäusekörpers 400 umgibt
drei Seitenflächen
der Leiterplatte 405. Die Leiterplatte 405 bildet
mit dem Gehäuserahmen 401 mindestens
eine gemeinsame Kontaktfläche 406 aus.
Im geschlossenen Zustand des Gehäusekörpers 400 bildet
die Leiterplatte jeweils eine gemeinsame Kontaktfläche mit
einem Gehäusedeckel 402 und
einem Gehäuseboden 403 aus.
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Über die
Kontaktflächen
kann Wärme
von der Leiterplatte an den Gehäuserahmen
abgegeben werden. Wärme,
die in elektronischen Bauelementen entsteht, die mit der Leiterplatte 405 gekoppelt
sind, kann über
die Leiterplatte 405 an das Gehäuse 400 abgegeben
werden. Die Wärmeübertragung
zwischen der Leiterplatte 405 und dem Gehäusekörper 400 kann
eine thermisch leitfähige
Brücke
umfassen, beispielsweise eine Wärmeleitpaste.
Elektronische Bauelemente, in denen vergleichsweise viel Wärme entsteht,
beziehungsweise die vergleichsweise viel gekühlt werden müssen, können an
den starren Bereichen der Leiterplatte 405 angeordnet werden,
die eine gemeinsame Kontaktfläche
mit dem Gehäusekörper 400 aufweisen.
Der Gehäusekörper 400 umfasst
ein Material mit relativ guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise
Aluminium oder Magnesium.
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5 zeigt
einen Gehäuserahmen 501,
der zusammen mit einem Gehäusedeckel 502 und
einem Gehäuseboden 503 einen
Gehäusekörper 500 bildet. Eine
Leiterplattenanordnung 504, die eine Leiterplatte 505 umfasst,
ist in den Gehäuserahmen
eingepasst. Die Leiterplatte weist in etwa die Form eines Quaders
auf. Der Gehäusekörper weist
ebenfalls die Form eines Quaders auf. Die Form der gebogenen Leiterplatte
und die Form des Gehäusekörpers sind aufeinander
abgestimmt. Die Leiterplatte ist mit einem elektronischen Bauelement 506 und
einem weiteren elektronischen Bauelement 507 bestückt. Es können weitere
elektronische Bauelemente mit der Leiterplatte 505 elektrisch
gekoppelt sein. Die Leiterplatte kann beispielsweise durch Kleben,
Klemmen oder Schrauben in dem Gehäusekörper befestigt sein. Die Leiterplatte
kann auch durch andere Befestigungselemente mit dem Gehäusekörper gekoppelt sein,
beispielsweise durch einen Einhakmechanismus oder die Kraft mindestens
einer Feder.
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Die
elektronischen Bauelemente 506 und 507 sind so
mit der Leiterplatte gekoppelt, dass sie zwischen der Leiterplatte
und dem Gehäuserahmen 501 angeordnet
sind. Das elektronische Bauelement 506 ist mit einem starren
Bereich der Leiterplatte 505 elektrisch gekoppelt und über eine
gemeinsame Kontaktfläche 508 thermisch
mit dem Gehäuserahmen. Das
weitere elektronische Bauelement 507 ist mit einem weiteren
starren Bereich der Leiterplatte 505 elektrisch gekoppelt
und kann die in ihm entstehende Wärme direkt an den Gehäuserahmen 501 abgeben. Die
Kühlflächen der
elektronischen Bauelemente 506 und 507 sind auf
der dem Gehäuserahmen 501 zugewandten
Seite der elektronischen Bauelemente angeordnet. In einer Ausführungsform
umfassen die Leiterplatte und der Gehäusekörper zumindest ein Teil einer
Motorsteuerung. Die Motorsteuerung regelt beispielsweise eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise sind die Brennkraftmaschine
und weitere elektronische Bauelmente des Kraftfahrzeugs über elektrische
Leitungen durch die Steckverbinder mit der Leiterplatte beziehungsweise der
Motorsteuerung gekoppelt.