DE102010005303A1

DE102010005303A1 - Integrated control device for controlling transmission of motor car, has circuit carrier designed as printed circuit board, and heat-dissipating element arranged within housing, where one of sections of board is connected with element

Info

Publication number: DE102010005303A1
Application number: DE201010005303
Authority: DE
Inventors: Gary 93059 Collier
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: DE102010005303B4

Abstract

The device has a housing, and a circuit carrier arranged in the housing and equipped with electronic and/or electrical components. The carrier is designed as a single-piece multi-layer printed circuit board with two rigid sections (4.1, 4.2) and a curved section (4.3). The curved section connects the rigid sections. The housing is designed as a plastic housing (2), and a heat-dissipating element (8) is completely arranged within the housing, where one of the sections of the circuit board is partially mechanically connected with the heat-dissipating element. An independent claim is also included for a method for manufacturing an integrated control device.

Description

Die Erfindung betrifft eine integriertes Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Steuergeräts, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie.The invention relates to an integrated control device according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a control device, in particular for transmission or engine controls in the automotive industry.

Stand der TechnikState of the art

In der Kraftfahrzeugtechnik werden Komponenten wie Getriebe-, Motoren- oder Bremssysteme zunehmend vornehmlich elektronisch gesteuert. Hierbei gibt es eine Entwicklung hin zu integrierten mechatronischen Steuerungen, also zur Integration von Steuerelektronik und den zugehörigen elektronischen Komponenten wie Sensoren oder Ventile in das Getriebe, den Motor oder das Bremssystem. Steuergeräte weisen also im Allgemeinen eine Vielzahl an elektronischen Komponenten auf, welche in Verbindung mit anderen Komponenten außerhalb des Steuergerätes stehen. Bei solchen „Vorort-Elektroniken” sind diese Steuerungen nicht mehr in einem separaten geschützten Elektronikraum untergebracht und müssen daher entsprechenden Umwelteinflüssen und mechanischen, thermischen sowie chemischen Beanspruchungen standhalten.In automotive engineering, components such as transmission, engine or brake systems are increasingly being primarily electronically controlled. There is a trend towards integrated mechatronic controls, ie the integration of control electronics and the associated electronic components such as sensors or valves in the transmission, the engine or the brake system. Control units thus generally have a plurality of electronic components, which are in connection with other components outside of the control unit. In such "on-the-spot" electronics, these controls are no longer housed in a separate protected electronics room and therefore must withstand environmental and mechanical, thermal and chemical stresses.

Sie werden zu diesem Zweck normalerweise in spezielle Gehäuse eingesetzt. Zudem erfüllen die Gehäuse eine wichtige Abschirmfunktion. Um eine verlässliche Verbindung zu außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten zu ermöglichen, ist eine elektrische Verbindung von der Gehäuseinnenseite zur Gehäuseaußenseite notwendig.They are usually used for this purpose in special housings. In addition, the housings fulfill an important shielding function. In order to allow a reliable connection to outside of the housing components, an electrical connection from the inside of the housing to the outside of the housing is necessary.

Der übliche Aufbau für solche integrierten mechatronischen Anwendungen besteht aus einem keramischen Substrat, das die verschiedenen elektronischen Bauteile der zentralen Steuerungseinheit beinhaltet. Dieses keramische Substrat wird mittels Bonden mit starren oder flexiblen Leiterplatten verbunden, um die Anbindung der peripheren Komponenten an die Zentraleinheit zu ermöglichen. Wie schon beschrieben sind zum Beispiel Getriebesteuerungsmodule im Getriebeölsumpf untergebracht und daher vollständig mit Öl und der darin enthaltenen leitenden Kontamination umgeben. Dies können zum Beispiel Kontaminationen aus Verzahnungsabrieb, Zerspanungsreste aus Fertigungsprozessen oder unzulänglichen Wasch- und Reinigungsprozessen des Getriebegehäuses und/oder der verbauten Komponenten sein. Zum notwendigen Schutz vor solcher Kontamination, vor Beschädigungen und Leiterbahn- oder Bondkurzschlüssen wird eine Verdeckelung, üblicherweise als metallischer, nicht-metallischer oder metallisierter Gehäusedeckel, auf die metallische Gehäusebodenplatte aufgebracht und hermetisch abgedichtet. Dieser Gesamtverbund aus Substrat, Leiterplatten und deren Anbindung zur elektronischen Verbindung der Peripherie sowie hermetisch dichtem Gehäuse mit einem metallischen Gehäuseboden ist ein signifikanter Kostentreiber. Gerade die bevorzugt als Schaltungsträger eingesetzten LTCCs (Low Temperature co-fired Ceramics), die zur mechanischen Stabilität und thermischen Anbindung auf eine metallische Grundplatte aufgebracht werden, stellen einen großen Kostenfaktor des gesamten Bauteils dar.The usual structure for such integrated mechatronic applications consists of a ceramic substrate which contains the various electronic components of the central control unit. This ceramic substrate is bonded by means of rigid or flexible printed circuit boards in order to allow the connection of the peripheral components to the central unit. For example, as previously described, transmission control modules are housed in the transmission oil sump and are therefore completely surrounded by oil and the conductive contamination contained therein. These may be, for example, contaminants from tooth wear, machining residues from manufacturing processes or inadequate washing and cleaning processes of the gear housing and / or the installed components. For the necessary protection against such contamination, from damage and conductor or bond short circuits, a cover, usually as a metallic, non-metallic or metallized housing cover, is applied to the metallic housing bottom plate and hermetically sealed. This overall combination of substrate, circuit boards and their connection to the electronic connection of the periphery as well as hermetically sealed housing with a metallic housing bottom is a significant cost driver. Especially LTCCs (low temperature co-fired ceramics) which are preferably used as circuit carriers and which are applied to a metallic baseplate for mechanical stability and thermal connection represent a large cost factor of the entire component.

Es sind somit bisher zur Wärmeableitung im technischen Gebiet der integrierten Steuerelektroniken insbesondere Konzepte bekannt, die ein metallisches Gehäuse oder zumindest einen metallischen Gehäuseboden zur Wärmeableitung beinhalten. Neben dem damit verbundenen hohen Materialaufwand ist hier die Variation in der Gestalt der Gehäuse eingeschränkt, so dass eine Anpassung an den vorgegebenen Bauraum beispielsweise in einem Getriebe nur mit hohem Aufwand vorgenommen werden kann. Außerdem wird eine zusätzliche Dichtung zwischen Gehäusedeckel und Gehäuseboden benötigt, die insbesondere im Hinblick auf die Langzeitstabilität der Abdichtung einen Schwachpunkt darstellen kann und die zudem eine Fertigung mit wenig Toleranzen und einen aufwendigeren Aufbau des Gehäuses erfordert.Thus, concepts for heat dissipation in the technical field of integrated control electronics have hitherto been known which include a metallic housing or at least a metallic housing bottom for heat dissipation. In addition to the associated high cost of materials, the variation in the shape of the housing is limited here, so that an adaptation to the given space, for example in a transmission can be made only with great effort. In addition, an additional seal between the housing cover and housing bottom is required, which can represent a weak point in particular with regard to the long-term stability of the seal and also requires a production with low tolerances and a more complex structure of the housing.

Aufgabenstellungtask

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein integriertes Steuergerät mit einem Gehäuse, einem darin untergebrachten Schaltungsträger umfassend verschiedene elektronische Bauteile und mit einer elektronischen Verbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum und dem Gehäuseaußenraum bereit zu stellen, welche eine einfache und gute Abdichtung bei gleichzeitig guter Wärmeableitung sicherstellt bei möglichst geringem Bauraum. Zudem soll ein kostengünstiger Aufbau zur Verfügung gestellt werden, bei dem die elektronischen Bauteile sicher vor Kurzschluss und/oder leitender Kontamination geschützt sind. Daneben soll eine Anpassung an einen vorgegebenen Bauraum einfach vorgenommen werden können.The object of the invention is therefore to provide an integrated control unit with a housing, a circuit carrier housed therein comprising various electronic components and with an electronic connection between the housing interior and the housing outer space, which ensures a simple and good seal with good heat dissipation if possible small space. In addition, a cost-effective design is to be made available, in which the electronic components are safely protected against short circuit and / or conductive contamination. In addition, an adaptation to a given space can be easily made.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 8 erreicht.This is achieved according to the invention with a device according to the patent claim 1 and with a method for producing such a device according to claim 8.

Erfindungsgemäß wird ein integriertes Steuergerät mit einem Gehäuse und mit einem in dem Gehäuse angeordneten Schaltungsträger bestückt mit elektronischen Bauteilen vorgeschlagen, wobei der Schaltungsträger eine einstückige mehrlagige Leiterplatte ist, die einen ersten mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bestückten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt aufweist, der gebogen ist und der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt der Leiterplatte verbindet, bei dem das Gehäuse des integrierten Steuergeräts ein Kunststoffgehäuse ist und wobei das Steuergerät weiterhin ein Wärmeableitelement umfasst, wobei ein Abschnitt der Leiterplatte mindestens teilweise mit dem Wärmeableitelement mechanisch verbunden ist.According to the invention, an integrated control device with a housing and with a housing carrier arranged in the housing equipped with electronic components is proposed, wherein the circuit carrier is a one-piece multilayer printed circuit board, the first equipped with electrical and / or electronic components section, a second section and a third Having section that is bent and the first section and connecting the second portion of the circuit board, wherein the integrated controller housing is a plastic housing, and wherein the controller further comprises a heat sink, wherein a portion of the circuit board is at least partially mechanically coupled to the heat sink.

Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein Leiterplattenaufbau als Schaltungsträger eingesetzt, der mindestens in einem ersten Abschnitt die elektronischen Bauteile der zentralen Steuerungseinheit trägt und bei dem zudem die Ableitung der durch die Leistungseinheiten erzeugten Wärme über einen Abschnitt der Leiterplatte an ein gesondertes Wärmeableitelement sichergestellt wird.In other words, according to the invention, a printed circuit board construction is used as a circuit carrier which carries the electronic components of the central control unit at least in a first section and in which the dissipation of the heat generated by the power units is ensured over a section of the printed circuit board to a separate heat dissipation element.

Das Gehäuse besteht bevorzugter Weise aus einem Kunststoffmaterial, besonders bevorzugt ist es aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, der auf Dauer insbesondere Temperaturen von 150°C standhält. Das Gehäuse ist damit erfindungsgemäß vollständig aus Kunststoff.The housing is preferably made of a plastic material, more preferably it is made of a temperature-resistant plastic, which withstands in particular temperatures of 150 ° C over time. The housing is thus completely made of plastic according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schaltungsträger in einen beispielsweise wannenförmigen Gehäuseboden aus Kunststoff eingesetzt und mit einem Kleber fest mit zumindest einem Teil eines Abschnitts der Leiterplatte verklebt. Dies stellt eine verlässliche und kostengünstige Fixierung sicher, wobei zugleich nur ein sehr kleiner Bauraum für das Steuergerät benötigt wird.In a preferred embodiment of the invention, the circuit carrier is inserted into a plastic trough-shaped housing bottom, for example, and glued firmly to at least a portion of the printed circuit board with an adhesive. This ensures a reliable and cost-effective fixation, at the same time only a very small space for the controller is needed.

Zudem wird auf diese Weise eine Abdichtung des Elektronikraums beispielsweise zum Getriebeöl hin erreicht. Abschließend wird vorzugsweise ein Gehäusedeckel auf Kunststoff auf dem Gehäuseboden befestigt. Zur Befestigung können alle Arten der abdichtenden Befestigung gewählt werden, die die Anforderungen für eine integrierte Steuerelektronik erfüllen und dem Fachmann bekannt sind. Besonders bevorzugt kann der Gehäusedeckel mit dem Gehäuseboden verklebt oder verschweißt werden, da durch die Möglichkeit beide Teile aus Kunststoff zu fertigen diese einfache und kostengünstige Methode erstmals zur Verfügung steht. Zudem ergibt sich auf diese Weise kein Problem mit einem Toleranzausgleich zwischen den beiden zu verbindenden Gehäuseteilen, da ein Kunststoffkleben oder Kunststoffschweißen im Sinne eines Verschmelzens in vergleichsweise großen Toleranzen ausgeführt werden kann und dennoch zu einer hermetisch dichten Verbindung führt. Außerdem wird damit keine zusätzliche Dichtung zum Deckel hin benötigt, was auch in einem vereinfachten Aufbau der Gehäuseteile vorteilhaft zum Tragen kommt.In addition, in this way, a seal of the electronics compartment is achieved, for example, the gear oil out. Finally, a housing cover is preferably mounted on plastic on the housing bottom. For attachment, all types of sealing attachment can be selected that meet the requirements for integrated control electronics and are known in the art. Particularly preferably, the housing cover can be glued or welded to the housing bottom, since this simple and cost-effective method is available for the first time due to the possibility of manufacturing both parts made of plastic. In addition, this results in no problem with a tolerance compensation between the two housing parts to be joined, since a plastic bonding or plastic welding in the sense of a fusion can be performed in relatively large tolerances and yet leads to a hermetically sealed connection. In addition, so that no additional seal to the lid is required, which also comes in a simplified structure of the housing parts advantageous to bear.

Der Einsatz teurer keramischer Schaltungsträger wie beispielsweise LTCCs (Low Temperature co-fired Ceramics), keramische Dickschichtsubstrate oder HTCCs (High Temperature cofired Ceramics) und deren Anbindung mittels starrer oder flexibler Leiterplatten an die peripheren Komponenten ist damit nicht mehr notwendig, kann jedoch mit der erfindungsgemäßen Steuerelektronik dennoch kostengünstig und vereinfacht vorgenommen werden. Durch die erfindungsgemäße Trennung der Funktion der Wärmeableitung von der Funktion des Schutzes gegen äußere Einwirkungen durch das Gehäuse kann vorteilhaft die Außenkontur des integrierten Steuergeräts variabel an die applikationsspezifischen Vorgaben angepasst werden. Somit kann ein Kunststoffgehäuse mit einem Kunststoffboden und einem Kunststoffdeckel verwendet werden, die miteinander dicht verschweißt werden können. Auf diese Weise ist eine kostengünstig herzustellende und in weiten Bereichen Toleranz unabhängige Realisierung der Abdichtung der Steuerelektronik bei sehr geringem Bauraum gegeben. Der Einsatz von teuren metallischen Materialien, die zudem einen wesentlich aufwendigeren Aufbau bei wenig Toleranzspielraum aufweisen, wird dadurch erfindungsgemäß vermieden. Die mechanische Stabilität des Gehäuses kann durch den Aufbau der Gehäusekomponenten selbst und/oder durch das vorgesehene Wärmeableitelement erreicht werden.The use of expensive ceramic circuit carriers such as LTCCs (Low Temperature Co-fired Ceramics), ceramic thick film substrates or HTCCs (High Temperature cofired Ceramics) and their connection by means of rigid or flexible circuit boards to the peripheral components is therefore no longer necessary, but can with the inventive Control electronics are still made cost and simplified. Due to the inventive separation of the function of the heat dissipation of the function of protection against external influences by the housing advantageously the outer contour of the integrated control device can be variably adapted to the application-specific specifications. Thus, a plastic housing with a plastic bottom and a plastic lid can be used, which can be tightly welded together. In this way, a cost-effective to manufacture and in many areas tolerance independent realization of the sealing of the control electronics in a very small space is given. The use of expensive metallic materials, which also have a much more complex structure with little tolerance, is thereby avoided according to the invention. The mechanical stability of the housing can be achieved by the construction of the housing components themselves and / or by the provided heat dissipation element.

Es können als einstückige mehrlagige Leiterplatten erfindungsgemäß beispielsweise vergleichsweise kostengünstige PCB-Leiterplatten (Printed Circuit Bords) des Typs FR4 eingesetzt werden. Gleichermaßen ist es möglich, als einstückige mehrlagige Leiterplatten flexible Leiterplatten einzusetzen. Als Lage einer Leiterplatte ist hier eine auf ein Trägermaterial aufgebrachte metallische Kaschierung zu verstehen. Das Trägermaterial kann hierbei sowohl ein- als auch zweiseitig kaschiert sein. Eine Lage der Leiterplatte kann Leiterbahnen und/oder Masse- und Versorgungsflächen enthalten. Die Leiterplatte weist erfindungsgemäß drei Abschnitte auf, wobei der dritte Abschnitt gebogen ist und den ersten und zweiten Abschnitt verbindet. Unter dem Begriff gebogen wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Ebenen des ersten und zweiten Abschnitts räumlich nicht zusammen liegen sondern die Ebene des zweiten Abschnitts zur Ebene des ersten Abschnitts in einem Winkel angeordnet ist.It can be used according to the invention as one-piece multilayer printed circuit boards, for example, comparatively inexpensive printed circuit board PCBs (FR4 type). Similarly, it is possible to use as one-piece multilayer printed circuit boards flexible printed circuit boards. The position of a printed circuit board is here to be understood as meaning a metallic lamination applied to a carrier material. The carrier material can in this case be laminated on one or both sides. A layer of the printed circuit board may contain printed conductors and / or ground and supply surfaces. According to the invention, the printed circuit board has three sections, wherein the third section is bent and connects the first and second sections. The term bent is understood according to the invention that the planes of the first and second sections are not spatially together but the plane of the second section is arranged at an angle to the plane of the first section.

Der dritte Abschnitt ist relativ dünn und ermöglicht somit vorteilhafterweise die Ausbildung von dreidimensionalen Strukturen durch Biegen einzelner PCB-Bereiche. Damit ist der dritte Abschnitt flexibel und/oder biegbar. Flexibel bedeutet hier, dass die Leiterplatte nach dem Biegen ohne einen Anschlag in etwa in ihre Ausgangsform zurückkehrt. Biegbar bedeutet, dass die Leiterplatte zerstörungsfrei gebogen werden kann und nach dem Biegen weitestgehend in der Form verbleibt, in die sie gebogen wurde.The third section is relatively thin and thus advantageously allows the formation of three-dimensional structures by bending individual PCB areas. Thus, the third section is flexible and / or bendable. Flexible here means that the printed circuit board returns after bending without a stop approximately in its original form. Bendable means that the circuit board can be bent non-destructively and, after bending, remains largely in the shape in which it was bent.

Dies ist für einen Einsatz beispielsweise in einem Getriebe sehr hilfreich, da verschiedene Kontaktierlevel erforderlich sind. Gleichzeitig sind im Gegensatz zu einlagigen flexiblen Leiterplatten zudem Kreuzungen der Verteilungspfade möglich. This is very helpful for use in a transmission, for example, since different levels of contact are required. At the same time, crossings of the distribution paths are possible in contrast to single-layer flexible printed circuit boards.

Weiterhin bevorzugt weist die mehrlagige Leiterplatte im ersten und/oder zweiten Abschnitt ihrerseits verschiedene Kontaktstellen zur elektronischen Anbindung der peripheren Komponenten auf. Wie vorstehend bereits beschrieben können sowohl Anschlüsse für Stecker als auch für Sensoren, Ventile und andere Aktuatoren vorgesehen werden, was eine große Flexibilität des Gesamtaufbaus des elektronischen Bauteils ermöglicht.Further preferably, the multilayer printed circuit board in the first and / or second section in turn on different contact points for the electronic connection of the peripheral components. As described above, both connectors for connectors and for sensors, valves and other actuators can be provided, which allows a great deal of flexibility in the overall structure of the electronic component.

Auf dem zweiten Teil der Leiterplatte, der elektrisch und mechanisch mit einem Steckverbinder verbunden sein kann, können auch Bauelemente, insbesondere Mosfets oder Abblockkondensatoren, die zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit und als Schutz gegen elektrostatische Entladungen dienen, angeordnet sein.On the second part of the printed circuit board, which may be electrically and mechanically connected to a connector, it is also possible to arrange components, in particular mosfets or blocking capacitors, which serve to improve the electromagnetic compatibility and to protect against electrostatic discharges.

Die Leiterplatte ist bevorzugt drei- oder mehrlagig. So kann bevorzugt eine vierlagige PCB-Leiterplatte eingesetzt werden.The circuit board is preferably three or more layers. Thus, a four-layer PCB circuit board can preferably be used.

Bei der Leiterplatte handelt es sich vorzugsweise um eine starrflexible Leiterplatte. Diese weist zumindest im gebogenen dritten Abschnitt der Leiterplatte einen flexiblen, beispielsweise aus Polyimid, gefertigtes Trägermaterial (Kern) auf. Dieser Kern ist auf beiden Seiten mit jeweils einer metallischen Kaschierung versehen und im starren Bereich, hier dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Leiterplatte, mit weiteren Lagen, bestehend aus bevorzugt starren Trägermaterialien (Basismaterial), beispielsweise Glasfaser und Epoxidharz (FR4) und ebenfalls einer metallischen Kaschierung versehen. Diese Lagen können jeweils durch eine Klebeschicht (Prepreq) verbunden sein. Gleichermaßen bevorzugt kann die Leiterplatte aus einem sogenannten Semiflexmaterial gefertigt sein. Diese Semiflex-Leiterplatten lassen nur ein einmaliges Biegen zu und können dann nur noch statisch beansprucht werden. Das Basismaterial ist ein spezielles Harz und Polyimid, beispielsweise CEM1.The printed circuit board is preferably a rigid-flex circuit board. This has at least in the bent third section of the printed circuit board on a flexible, for example made of polyimide, manufactured carrier material (core). This core is provided on both sides with a respective metallic lamination and in the rigid region, here the first and the second section of the printed circuit board, with further layers consisting of preferably rigid support materials (base material), for example glass fiber and epoxy resin (FR4) and also one provided with metallic lamination. These layers can each be connected by an adhesive layer (prepreq). Equally preferably, the circuit board may be made of a so-called semi-flex material. These semiflex PCBs allow only a single bending and can then only be stressed statically. The base material is a special resin and polyimide, for example CEM1.

Bevorzugt ist der Schaltungsträger erfindungsgemäß eine einstückige, mehrlagige PCB Leiterplatte des Typs FR4, wobei durch partielle Tiefenfräsung flexible Bereiche in dem dritten Abschnitt ausgebildet werden, die eine Biegung dieser Bereiche ermöglichen. So kann dort eine dreidimensionale Struktur gebildet werden, die eine Anpassung an den zur Verfügung stehenden Bauraum für die integrierte Elektronik erlaubt.According to the invention, the circuit carrier is preferably a one-piece, multilayered PCB of the FR4 type, with partial deep milling forming flexible regions in the third section which allow bending of these regions. Thus, a three-dimensional structure can be formed there, which allows adaptation to the available installation space for the integrated electronics.

Die Tiefenfräsung kann mittels Laserabtrag oder Fräsen erfolgen. Der dritte Abschnitt kann als Nut ausgebildet werden, so dass im zweiten Abschnitt die PCB Leiterplatte in ursprünglicher Dicke verbleibt. Auf diese Weise ist die nötige Flexibilität zur Ausbildung der dreidimensionalen Strukturen gegeben, wobei gleichzeitig die Bearbeitungszeiten durch das Fräsen minimiert werden können.The deep milling can be done by laser ablation or milling. The third portion may be formed as a groove, so that in the second section, the PCB PCB remains in its original thickness. In this way, the necessary flexibility for the formation of three-dimensional structures is given, while the processing times can be minimized by the milling.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Wärmeableitelement kann beispielsweise aus Aluminium oder einem anderen bekannten Wärmeleiter gefertigt sein. Zur Sicherstellung einer guten Wärmeableitung sieht das Wärmeableitelement einen vorzugsweise planen Bereich vor, an den zumindest ein Teil des zweiten Abschnitts der Leiterplatte anliegt und womit er mechanisch verbunden ist. Zur mechanischen Verbindung kann beispielsweise eine Klebeverbindung mittels Wärmeleitkleber, eine Schraubverbindung oder eine Klemm- bzw. Clipsverbindung vorgesehen sein. Damit kann eine kostengünstige Herstellung sichergestellt werden, wobei zusätzlich ein geringerer Materialeinsatz für das Wärmeableitelement bezogen auf die bisherigen Wärmeableitung nötig ist. Das Wärmeableitelement kann einstückig gefertigt werden. Es kann jedoch gleichermaßen aus zwei oder auch drei oder vier Teilen bestehen, die zusammen eine die Leiterplatte umgebende Box bilden können.The inventively provided Wärmeableitelement can be made for example of aluminum or another known heat conductor. To ensure good heat dissipation, the heat dissipating element provides a preferably planar region, against which at least part of the second section of the printed circuit board rests and with which it is mechanically connected. For example, an adhesive bond can be provided by means of thermal adhesive, a screw connection or a clamping or clip connection for the mechanical connection. In order for a cost-effective production can be ensured, in addition, a lesser amount of material for the heat dissipation element based on the previous heat dissipation is necessary. The heat dissipation element can be manufactured in one piece. However, it may equally consist of two or three or four parts, which together can form a box surrounding the circuit board.

Die elektronischen Bauteile des ersten Abschnitts der Leiterplatte können bevorzugt mittels Lötverfahren oder Kleben auf befestigt und/oder kontaktiert sein. Das Lötverfahren kann beispielsweise ein Reflow-Lötverfahren sein.The electronic components of the first section of the printed circuit board may preferably be attached and / or contacted by means of soldering methods or gluing. The soldering method may be, for example, a reflow soldering method.

Alternativ oder zusätzlich können die elektronischen Bauteile der darüber hinaus mit der mehrlagigen Leiterplatte des Schaltungsträgers vergossen sein.Alternatively or additionally, the electronic components may be further encapsulated with the multilayer printed circuit board of the circuit substrate.

Diese industriellen Verfahren lassen sich leicht automatisieren und damit auch in bereits bestehende Prozesse eingliedern. Durch einen beispielsweise wannenförmigen Aufbau des Gehäusebodens und des darin angeordneten Schaltungsträgers mit nach oben gebogenem zweiten Abschnitt ist das Vergießen der elektronischen Bauelemente mit der PCB-Leiterplatte beispielsweise mit Silgel im Vergleich zu den bisher bekannten Aufbauten deutlich vereinfacht, da ein Vergussmaterial bei noch geöffnetem Gehäuse einfach in das Gehäuse eingefüllt werden kann. Die Anordnung ist leicht zu evakuieren und außerdem kann eine Blasenbildung gut vermieden werden. Damit kann vorliegend im Gegensatz zum Stand der Technik auf thixotropierende Silgele verzichtet werden.These industrial processes are easy to automate and thus incorporate into already existing processes. For example, a trough-shaped construction of the housing bottom and the circuit carrier arranged therein with the second portion bent upward casting the electronic components with the PCB circuit board, for example, with silicone in comparison with the previously known structures significantly simplified because a potting material in still open housing easy can be filled in the housing. The arrangement is easy to evacuate, and moreover blistering can be avoided well. Thus, in contrast to the prior art, thixotroping silices can be dispensed with here.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Wärmeableitelement vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. In a preferred embodiment, the heat dissipation element can be arranged completely inside the housing.

Dadurch ist bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät der Montageprozess vereinfacht, weil es möglich ist, die Leiterplatte zunächst an dem Wärmeableitelement beispielsweise mit Schrauben zu befestigen und diesen Verbund nachfolgend in das Gehäuse einzusetzen. Auf diese Weise kann die mechanische Verbindung zwischen dem Wärmeableitelement und der Leiterplatte ohne Behinderung durchgeführt werden.As a result, in the control device according to the invention, the assembly process is simplified, because it is possible to first attach the circuit board to the heat dissipation element, for example with screws and subsequently insert this composite into the housing. In this way, the mechanical connection between the heat sink and the circuit board can be performed without hindrance.

Die erzeugte Wärme der elektronischen Bauteile wird von dem Wärmeableitelement aufgenommen und vorzugsweise über die gleichzeitig als Befestigung an eine vorgegebene Stelle des Getriebes oder Motors vorgesehenen Einrichtungen wie beispielsweise Schrauben oder Nieten nach außen abgeführt werden. Auf diese Weise kann die Wärme ohne zusätzliche Elemente effektiv nach außen abgegeben werden.The generated heat of the electronic components is absorbed by the heat dissipation element and preferably dissipated via the simultaneously provided as attachment to a predetermined location of the transmission or engine facilities such as screws or rivets to the outside. In this way, the heat can be effectively released to the outside without additional elements.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der erste und/oder zweite Abschnitt der Leiterplatte mit dem Wärmeableitelement mechanisch verbunden sein. Neben der Wärme ableitenden mechanischen Anbindung des zweiten Abschnitts der Leiterplatte kann zusätzlich auch der erste Abschnitt der Leiterplatte mit dem Wärmeableitelement verbunden werden. Auf diese Weise kann eine noch direktere und verbesserte Wärmeableitung bezogen auf die im ersten Abschnitt der Leiterplatte aufgebrachten elektronischen Bauteile in verschiedene Richtungen erzielt werden, wobei gleichzeitig ein besser herzustellendes und variableres Gehäuse vollständig aus Kunststoff vorgesehen werden kann.In a further preferred embodiment of the present invention, the first and / or second section of the printed circuit board may be mechanically connected to the heat dissipation element. In addition to the heat-dissipating mechanical connection of the second section of the printed circuit board, the first section of the printed circuit board can additionally be connected to the heat-dissipating element. In this way, even more direct and improved heat dissipation can be achieved with respect to the electronic components applied in the first section of the printed circuit board in different directions, wherein at the same time a better manufactured and more variable housing can be provided completely made of plastic.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerelektronik kann der zweite Abschnitt der Leiterplatte in einem Winkel kleiner oder gleich 90° zum ersten Abschnitt der Leiterplatte ausgerichtet sein. Damit kann eine effiziente Wärmeableitung mindestens in zwei verschiedene Richtungen erreicht werden. Sofern auch der erste Abschnitt der Leiterplatte mit dem Wärmeableitelement verbunden ist, kann die Wärme sogar in drei verschiedene Richtungen abgeleitet werden. Die mit dem Wärmeableitelement mechanisch verbundenen Bereiche des zweiten Abschnitts der Leiterplatte können optional mit einer Klemm- oder Clipsverbindung, mit einem Wärmeleitkleber und/oder mit einer Schraube oder Niete an dem Wärmeableitelement befestigt werden. Bei einer Befestigung durch Schrauben, Nieten und/oder Klemmen bzw. Clipsen ist vorteilhafterweise der Wärmeübertritt von der Leiterplatte auf das Wärmeableitelement durch die Anpresskraft der Befestigung nochmals verbessert. Insbesondere bei einer Winkelanordnung kleiner 90° ist eine Klebeverbindung bevorzugt, da ein Aufliegen der zu fixierenden Bereiche des zweiten Abschnitts der Leiterplatte auf den entsprechenden bevorzugt planen Bereichen des Wärmeableitelements diese Form der Befestigung begünstigt.According to a further preferred embodiment of the control electronics according to the invention, the second portion of the circuit board may be aligned at an angle less than or equal to 90 ° to the first portion of the circuit board. Thus, efficient heat dissipation can be achieved in at least two different directions. If the first section of the printed circuit board is also connected to the heat dissipation element, the heat can even be dissipated in three different directions. The areas of the second section of the printed circuit board that are mechanically connected to the heat dissipation element can optionally be fastened to the heat dissipation element with a clamp or clip connection, with a heat-conducting adhesive and / or with a screw or rivet. When fastened by screws, rivets and / or clamps or clips, the heat transfer from the printed circuit board to the heat-dissipating element is advantageously further improved by the contact pressure of the fastening. In particular, with an angular arrangement of less than 90 °, an adhesive bond is preferred, since a contact of the regions of the second section of the printed circuit board to be fixed on the corresponding, preferably planar regions of the heat-dissipating element favors this form of fastening.

Die Flexibilität des dritten Abschnitts kann zudem einen Toleranzausgleich schaffen, die durch den Herstellungsprozess hervorgerufen werden.The flexibility of the third section can also provide a tolerance compensation caused by the manufacturing process.

Alternativ kann der zweite Abschnitt der Leiterplatte gleichermaßen bevorzugt in einem Winkel größer 90° zum ersten Abschnitt der Leiterplatte ausgerichtet sein. Hierdurch wird als Vorteil erreicht, dass eine Bauform mit sehr wenig Raumbeanspruchung realisiert werden kann.Alternatively, the second portion of the printed circuit board may equally preferably be oriented at an angle greater than 90 ° to the first portion of the printed circuit board. This has the advantage that a design with very little space stress can be realized.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts wird ein Schaltungsträger mit den elektronischen Bauteilen bestückt, der Schaltungsträger in einen Boden oder Deckel des Kunststoffgehäuses eingesetzt, wobei ein zweiter Abschnitt der Leiterplatte durch Biegen vor oder während des Einsetzens in das Gehäuse in einem dritten Abschnitt so ausgerichtet wird, dass die Ebenen des ersten und des zweiten Abschnitts der Leiterplatte mit einem Winkel kleiner oder gleich 180°, insbesondere kleiner oder gleich 90°, angeordnet sind. Davor oder danach werden mindestens Teile des ersten und/oder zweiten Abschnitts der Leiterplatte mit einem Wärmeableitelement mechanisch verbunden und das Gehäuse durch Anbringen eines Kunststoffdeckels oder -bodens verschlossen.To produce an integrated control device according to the invention, a circuit carrier is equipped with the electronic components, the circuit carrier is inserted into a bottom or cover of the plastic housing, wherein a second portion of the circuit board is aligned by bending before or during insertion into the housing in a third section, the planes of the first and of the second section of the printed circuit board are arranged at an angle of less than or equal to 180 °, in particular less than or equal to 90 °. Before or after at least parts of the first and / or second portion of the circuit board are mechanically connected to a heat sink and the housing closed by attaching a plastic lid or floor.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße integrierte Steuergerät für eine integrierte Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs verwendet.The integrated control device according to the invention is preferably used for an integrated transmission control of a motor vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausführungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.The invention will be explained below by way of example with reference to two embodiment variants in conjunction with the drawings, without being limited thereto.

In diesen zeigt:In these shows:

1 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Steuergeräts, und 1 a cross-sectional view of a preferred embodiment of a control device according to the invention, and

2 eine Querschnittansicht eines Ausschnitts aus einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergeräts. 2 a cross-sectional view of a section of a further preferred embodiment of the control device according to the invention.

1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts 1 in einer Querschnittsansicht. Ein Schaltungsträger 4 weist einen ersten starren Abschnitt 4.1 auf, welcher mit elektronischen Bauteilen bestückt ist. Ein zweiter starrer Abschnitt 4.2 ist zur Ebene des ersten Abschnitts in einem 90° Winkel angeordnet und mit diesem durch einen gebogenen dritten Abschnitt 4.3 verbunden. Zudem ist der zweite Abschnitt mit Mosfet-Bauteilen 11 bestückt. Der erste und zweite Abschnitt 4.1, 4.2 der Leiterplatte sind teilweise mit dem Wärmeableitelement 8 durch eine Schraubverbindung 3 mechanisch verbunden. Dieser Verbund aus bestückter Leiterplatte und Wärmeableitelement ist in ein Kunststoffgehäuse 2 umfassend einen wannenförmigen Gehäuseboden 2.1 und einen Gehäusedeckel 2.2 eingesetzt. Zur Befestigung sind Noppen an dem Deckel angebracht, die in entsprechende Aussparungen in dem ersten Abschnitt der Leiterplatte eingreifen. Der Kunststoffdeckel ist durch eine Verschweißung mit dem Kunststoffboden verbunden, was zu einer hermetisch dichten Versiegelung des Gehäuses führt. Der Gehäuseboden weist außerdem eine Ausnehmung auf, in die eine Anschraubfläche 12 und eine Anschraubbohrung 13 des Wärmeelements eingreift zur Befestigung an den vorgesehenen Bauort beispielsweise in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Die Ausnehmung in dem Gehäuseboden mit eingreifendem Wärmeelement 8 wird durch Dichtungen 14, beispielsweise O-Ring Dichtungen, abgedichtet. 1 shows a preferred embodiment of an integrated control device according to the invention 1 in a cross-sectional view. A circuit carrier 4 has a first rigid section 4.1 on, which is equipped with electronic components. A second rigid section 4.2 is arranged at the plane of the first section at a 90 ° angle and with this by a curved third section 4.3 connected. In addition, the second section is with mosfet components 11 stocked. The first and second sections 4.1 . 4.2 the circuit board are partly with the heat dissipation element 8th through a screw connection 3 mechanically connected. This composite of assembled printed circuit board and heat dissipation element is in a plastic housing 2 comprising a trough-shaped housing bottom 2.1 and a housing cover 2.2 used. For attachment nubs are attached to the lid, which engage in corresponding recesses in the first portion of the circuit board. The plastic lid is connected by welding to the plastic bottom, resulting in a hermetically sealed seal of the housing. The housing bottom also has a recess into which a mounting surface 12 and a screw hole 13 the heat element engages for attachment to the intended place of construction, for example in a transmission of a motor vehicle. The recess in the housing bottom with engaging heat element 8th is through seals 14 , For example, O-ring seals, sealed.

2 zeigt in einem Ausschnitt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts 1 in einer Querschnittsansicht. Im Unterschied zur Ausgestaltung in 4 ist zur mechanischen Verbindung des zweiten Abschnitts 4.2 der Leiterplatte eine Verclipsung 3 an dem Wärmeleitelement 8 mittels einer Schraube befestigt, in die der zweite Abschnitt der Leiterplatte eingepresst werden kann. Vorliegend ist der zweite Abschnitt der Leiterplatte zusätzlich im Anschlussbereich zum Wärmeableitelement mit Mosfests 11 beidseitig bestückt. Dadurch wird eine sehr kompakte Anordnung der Mosfet-Bauteile erreicht, was wiederum zu einer Verkleinerung des benötigten Bauraums beitragen kann. 2 shows in a section of a further embodiment of an integrated control device according to the invention 1 in a cross-sectional view. In contrast to the design in 4 is for the mechanical connection of the second section 4.2 the PCB a Verclipsung 3 on the heat conducting element 8th fastened by means of a screw into which the second section of the printed circuit board can be pressed. In the present case, the second section of the circuit board is additionally in the connection area to the heat dissipation element with Mosfests 11 equipped on both sides. As a result, a very compact arrangement of the mosfet components is achieved, which in turn can contribute to a reduction of the required installation space.

Zusammenfassend wird demnach ein integriertes Steuergerät vorgeschlagen, bei dem ein Kunststoffgehäuse mit einem Kunststoffboden und mit einem damit mechanisch verbundenen, insbesondere verschweißten, Kunststoffdeckel sowie ein zum Gehäuse separates Wärmeleitelement vorgesehen ist, an welches die elektronische Bauteile tragende Leiterplatte zumindest in Teilen mechanisch angebunden ist.In summary, therefore, an integrated control device is proposed, in which a plastic housing with a plastic bottom and with a mechanically connected, in particular welded, plastic cover and a separate housing to the heat conducting element is provided, to which the electronic components supporting circuit board is mechanically connected at least in parts.

Durch diesen Aufbau entfällt vorteilhafterweise die Notwendigkeit für einen metallischen Gehäuseboden als Wärmeableitung. Die Signal- und Potentialverteilungen ebenso wie die Trägereigenschaft für die elektronischen Bauteile können von relativ preiswerten PCB-Leiterplatten übernommen werden, so dass ein Einsatz von vergleichsweise teuren flexiblen Leiterplatten entfallen kann. Gleichzeitig kann eine Vereinfachung der Anpassung an vorgegebenen Bauraum aufgrund der thermischen Wärmeableitung durch das erfindungsgemäße Trennen der Funktionen der Wärmeableitung und der hermetischen Verdeckelung erzielt werden.This structure advantageously eliminates the need for a metallic housing bottom as heat dissipation. The signal and potential distributions as well as the carrier property for the electronic components can be taken over by relatively inexpensive PCB printed circuit boards, so that the use of comparatively expensive flexible printed circuit boards can be dispensed with. At the same time a simplification of the adaptation to predetermined space due to the thermal heat dissipation can be achieved by the inventive separation of the functions of heat dissipation and the hermetic capping.

Der Montageprozess kann durch die Verringerung des Materialeinsatzes bezüglich des Wärmeableitelements deutlich kostengünstiger werden. Die Montage ist zudem leicht und kostengünstig in den bestehenden Gesamtmontageprozess einer elektronischen Vorrichtung integrierbar.The assembly process can be significantly cheaper by reducing the use of material with respect to the heat dissipation element. The assembly is also easily and inexpensively integrated into the existing overall assembly process of an electronic device.

Claims

Integriertes Steuergerät (1) mit einem Gehäuse (2) und mit einem in dem Gehäuse angeordneten Schaltungsträger (4) bestückt mit elektronischen Bauteilen, wobei der Schaltungsträger (4) eine einstückige mehrlagige Leiterplatte ist, die einen ersten mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (5) bestückten Abschnitt (4.1), einen zweiten Abschnitt (4.2) und einen dritten Abschnitt (4.3) aufweist, der gebogen ist und der den ersten Abschnitt (4.1) und den zweiten Abschnitt (4.2) der Leiterplatte verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) des integrierten Steuergeräts ein Kunststoffgehäuse ist und wobei das Steuergerät weiterhin ein Wärmeableitelement (8) umfasst, wobei ein Abschnitt der Leiterplatte (4) mindestens teilweise mit dem Wärmeableitelement (8) mechanisch verbunden ist.Integrated control unit ( 1 ) with a housing ( 2 ) and with a circuit carrier arranged in the housing ( 4 ) equipped with electronic components, wherein the circuit carrier ( 4 ) is a one-piece multi-layer printed circuit board, the first with electrical and / or electronic components ( 5 ) equipped section ( 4.1 ), a second section ( 4.2 ) and a third section ( 4.3 ) which is bent and which covers the first section ( 4.1 ) and the second section ( 4.2 ) of the printed circuit board, characterized in that the housing ( 2 ) of the integrated control device is a plastic housing and wherein the control device further comprises a heat dissipation element ( 8th ), wherein a portion of the printed circuit board ( 4 ) at least partially with the heat dissipation element ( 8th ) is mechanically connected.

Steuergerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) drei- oder mehrlagig ist.Control device according to claim 1, characterized in that the printed circuit board ( 4 ) is three or more layers.

Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeableitelement (8) vollständig innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist.Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the heat dissipation element ( 8th ) completely inside the housing ( 2 ) is arranged.

Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Abschnitt (4.1, 4.2) der Leiterplatte aus Abschnitten einer starren PCB-Leiterplatte gebildet werden.Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second sections ( 4.1 . 4.2 ) of the printed circuit board are formed from sections of a rigid PCB printed circuit board.

Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Abschnitt (4.1) der Leiterplatte mit dem Wärmeableitelement (8) mechanisch verbunden ist.Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second section ( 4.1 ) of the printed circuit board with the heat dissipation element ( 8th ) is mechanically connected.

Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (4.2) der Leiterplatte in einem Winkel kleiner oder gleich 90° zum ersten Abschnitt (4.1) der Leiterplatte ausgerichtet ist. Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the second section ( 4.2 ) of the printed circuit board at an angle less than or equal to 90 ° to the first section ( 4.1 ) of the circuit board is aligned.

Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (4.2) der Leiterplatte in einem Winkel größer 90° zum ersten Abschnitt (4.1) der Leiterplatte ausgerichtet ist.Control unit according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the second section ( 4.2 ) of the printed circuit board at an angle greater than 90 ° to the first section ( 4.1 ) of the circuit board is aligned.

Verfahren zur Herstellung eines Steuergeräts (1) mit den Merkmalen mindestens eines der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die Schritte: – Bestücken eines Schaltungsträgers (4) in einem ersten Abschnitt (4.1) mit elektronischen Bauteilen, – Einsetzen des Schaltungsträgers (4) in einen Boden (2.1) oder Deckel (2.2) des Kunststoffgehäuses, wobei ein zweiter Abschnitt (4.2) der Leiterplatte durch Biegen vor oder während des Einsetzens in das Gehäuse (2) in einem dritten Abschnitt (4.3) so ausgerichtet wird, dass die Ebenen des ersten (4.1) und des zweiten (4.2) Abschnitts der Leiterplatte mit einem Winkel kleiner oder gleich 180°, insbesondere kleiner gleich 90°, angeordnet sind, – mechanisches Verbinden mindestens von Teilen des ersten (4.1) und/oder zweiten Abschnitts (4.2) der Leiterplatte mit einem Wärmeableitelement (8) vor oder nach dem Einsetzen in einen Gehäuseteil, – Befestigen eines Steckverbinders am ersten (4.1) und/oder zweiten Abschnitt (4.2) der Leiterplatte, und – Verschließen des Gehäuses (2).Method for producing a control unit ( 1 ) characterized by the features of at least one of the preceding claims by the steps: - equipping a circuit carrier ( 4 ) in a first section ( 4.1 ) with electronic components, - insertion of the circuit carrier ( 4 ) into a soil ( 2.1 ) or lid ( 2.2 ) of the plastic housing, wherein a second section ( 4.2 ) of the circuit board by bending before or during insertion into the housing ( 2 ) in a third section ( 4.3 ) is aligned so that the levels of the first ( 4.1 ) and the second ( 4.2 ) Are arranged at an angle of less than or equal to 180 °, in particular less than or equal to 90 °, of the printed circuit board, - mechanically connecting at least parts of the first ( 4.1 ) and / or second section ( 4.2 ) of the printed circuit board with a heat dissipation element ( 8th ) before or after insertion into a housing part, - fixing a connector on the first ( 4.1 ) and / or second section ( 4.2 ) of the circuit board, and - closing the housing ( 2 ).

Verwendung eines Steuergeräts (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 für eine integrierte Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs.Using a control device ( 1 ) according to one of the preceding claims 1 to 7 for an integrated transmission control of a motor vehicle.