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Die Erfindung betrifft ein integriertes Steuergerät gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Steuergeräts, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie.
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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. 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.
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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 Gehäusebodenplatte aufgebracht und hermetisch abgedichtet. Dieser Gesamtverbund aus keramischem Substrat, Leiterplatten und deren Anbindung zur elektronischen Verbindung der Peripherie sowie hermetisch dichtem Gehäuse 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 Grundplatte aufgebracht werden, stellen einen großen Kostenfaktor des gesamten Bauteils dar. Ihre elektronische Verbindung über flexible Leiterplatten oder Stanzgitter zu den außerhalb des abgedichteten Gehäuses liegenden Komponenten ist zudem aufwendig und daher kostenträchtig. Darüber hinaus sind 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.
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Die
DE 10 2007 043 536 offenbart ein integriertes Steuergerät mit mindestens drei unterschiedlichen Modulen, welches ein Gehäuse umfasst. Eines der Module kann ein Logikmodul sein, welches als Endstufe auf einem Basismodul ausgebildet sein kann. Ein zweites Modul kann ein Leistungsmodul sein, welches eine Leiterplatte aufweist, auf der elektronische Bauelemente und Leistungsbausteine angeordnet sein können. Die Leistungsbausteine liegen an der Gehäuseinnen-seite an. An der Außenseite des Gehäuses ist ein dem Leistungsmodul zugeordnetes Kühlelement angeordnet.
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Die 10 2006 004 321 A1 offenbart eine biegbare mehrlagige Leiterplatte sowie ein Herstellungsverfahren für eine solche Leiterplatte.
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Die
DE 10 2004 033 400 A1 offenbart eine Mikroelektronikeinheit, die Mikroelektronikbaugruppen und ein Gehäuse mit einer zylindrischen Außenwand aufweist. Die Mikroelektronikbaugruppen enthalten Elektronikkomponenten, die auf einem Substrat montiert und an Stützflächen der Innenwand des Gehäuses befestigt sind. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus halbzylinderförmigen Sektionen geformt, die an axialen Kanten verbunden sind. Das Gehäuse enthält einen oder mehrere axiale Kanale, die zwischen der Außen- und der Innenwand für die Kühlgasförderung angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine integrierte Steuerelektronik 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 Wärmeableitung sicherstellt bei möglichst geringem Bauraum. Gleichzeitig soll ein kostengünstiger Aufbau zur Verfügung gestellt werden, bei dem die elektronischen Bauteile zudem sicher vor Kurzschluss und/oder leitender Kontamination geschützt sind. Zudem soll eine Anpassung an einen vorgegebenen Bauraum einfach vorgenommen werden können.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 9 erreicht.
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Erfindungsgemäß wird ein integriertes Steuergerät mit einem Gehäuse und mit einem in dem Gehäuse angeordneten Schaltungsträger bestückt mit elektronischen Bauteilen, wobei der Schaltungsträger eine einstückige mehrlagige Leiterplatte ist, die einen ersten mit 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, vorgeschlagen, bei dem das integrierte Steuergerät weiterhin ein Wärmeableitelement aufweist, wobei der zweite Abschnitt mindestens teilweise mit dem Wärmeableitelement Wärme leitend mechanisch verbunden ist.
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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 die Ableitung der durch die Leistungseinheiten erzeugten Wärme über den zweiten Abschnitt der Leiterplatte an ein gesondertes Wärmeableitelement sichergestellt wird. Der Einsatz teurer keramischer Schaltungsträger wie beispielsweise LTCCs (Low Temperature co-fired Ceramics), keramische Dickschichtsubstrate oder HTCCs (High Temperature co-fired 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 Steuerelektronik kann vorteilhaft die Außenkontur des integrierten Steuergeräts variabel an die applikationsspezifischen Vorgaben angepasst werden.
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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. 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. 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.
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Weiterhin bevorzugt weist die mehrlagige Leiterplatte im 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. Auf dem zweiten Teil der Leiterplatte, der elektrisch und mechanisch mit dem Steckverbinder verbunden ist, können auch Bauelemente, insbesondere Mosfets oder Abblockkondensatoren, die zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit und als Schutz gegen elektrostatische Entladungen dienen, angeordnet sein.
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Die Leiterplatte ist bevorzugt drei- oder mehrlagig. So kann bevorzugt eine vierlagige PCB-Leiterplatte eingesetzt werden. 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.
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Bevorzugt ist der Schaltunsgsträger 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.
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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.
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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.
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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. Alternativ oder zusätzlich können die elektronischen Bauteile der darüber hinaus mit der mehrlagigen Leiterplatte des Schaltungsträgers vergossen sein. 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.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Wärmeableitelement vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. 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.
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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.
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Das Gehäuse besteht erfindungsgemäß aus einem Kunststoffmaterial, bevorzugt ist es aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, der auf Dauer insbesondere Temperaturen von 150°C standhält. Das Gehäuse kann damit erfindungsgemäß vollständig aus Kunststoff sein. 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 des zweiten Abschnitts der Leiterplatte verklebt. Dies stellt eine verlässliche und kostengünstige Fixierung sicher, wobei zugleich nur ein sehr kleiner Bauraum für das Steuergerät benötigt wird. Zudem wird auf diese Weise eine Abdichtung des Elektronikraums nach unten 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 benötigt, was auch in einem vereinfachten Aufbau der Gehäuseteile vorteilhaft zum Tragen kommt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der erste 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 erzielt werden.
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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. Die Flexibilität des dritten Abschnitts kann zudem einen Toleranzausgleich schaffen, die durch den Herstellungsprozess hervorgerufen werden.
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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.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts wird ein Schaltungsträger mit den elektronischen Bauteilen bestückt, der Schaltungsträger in einen Boden oder Deckel des Gehäuses eingesetzt, wobei ein zweiter Abschnitt der Leiterplatte durch Biegen vor oder während des Einsetzens in das Gehäuse in einem dritten Abschnitt so gebogen 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 zweiten Abschnitts der Leiterplatte mit einem Wärmeableitelement mechanisch verbunden, ein Steckverbinder am ersten und/oder zweiten Abschnitt der Leiterplatte befestigt und das Gehäuse durch Anbringen eines Deckels oder Bodens verschlossen.
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Bevorzugt wird das erfindungsgemäße integrierte Steuergerät für eine integrierte Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs verwendet.
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Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von mehreren Ausführungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.
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In diesen zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsansicht eines Schaltungsträgers angeordnet auf einem Wärmeleitelement in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts,
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2 eine schematische Querschnittsansicht eines Schaltungsträgers angeordnet auf einem Wärmeleitelement in einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts,
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3 eine schematische Querschnittsansicht eines Schaltungsträgers angeordnet auf einem Wärmeleitelement in einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts,
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4 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Steuergeräts, und
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5 eine Querschnittansicht eines Ausschnitts aus einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergeräts.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Schaltungsträgers 4 angeordnet auf einem Wärmeleitelement 8 in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts 1. Der Schaltungsträger 4 weist drei Abschnitte 4.1, 4.2 und 4.3 auf, wobei der erste 4.1 und zweite 4.2 Abschnitt jeweils als starre Abschnitte einer PCB-Leiterplatte ausgestaltet sind. Der dritte Abschnitt 4.3 der Leiterplatte ist derart gebogen, dass der zweite Abschnitt der Leiterplatte zur Ebene des ersten Abschnitts in einem 90° Winkel angeordnet ist. Die Biegung der PCB-Leiterplatte im dritten Abschnitt 4.3 kann beispielsweise durch eine Tiefenfräsung der entsprechenden Bereiche erzielt werden. Dieser Materialabtrag kann durch Fräsen oder durch Laserabtrag erreicht werden. Neben der elektrischen bzw. elektronischen Verbindung der Abschnitte der Leiterplatte dient der gebogene Abschnitt gleichermaßen dem Toleranzausgleich. Die Wärmeableitung kann in zwei verschiedene Richtungen erfolgen und ist daher sehr effizient. Die mechanische Befestigung wird in der gezeigten Ausgestaltung mittels einer Wärmeleitkleberschicht 9 erreicht. Zur besseren Übersichtlichkeit wurden in der gezeigten Darstellung die elektronischen Bauteile im ersten Abschnitt der Leiterplatte, der Steckverbinder im zweiten Abschnitt der Leiterplatte und das Gehäuse nicht gezeigt.
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2 zeigt wie 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Schaltungsträgers 4 angeordnet auf einem Wärmeleitelement 8 in einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts 1. Im Unterschied zur Ausgestaltung der 1 weist die Leiterplatte in ihrem dritten Abschnitt 4.3 eine derartige Biegung auf, dass der zweite Abschnitt der Leiterplatte 4.2 zur Ebene des ersten Abschnitts 4.1 in einem Winkel kleiner 90° angeordnet ist.
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3 zeigt wie 1 oder 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Schaltungsträgers 4 angeordnet auf einem Wärmeleitelement 8 in einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen integrierten Steuergeräts 1. Im Unterschied zu den Ausgestaltungen der 1 und 2 weist die Leiterplatte in ihrem dritten Abschnitt 4.3 eine derartige Biegung auf, dass der zweite Abschnitt der Leiterplatte 4.2 zur Ebene des ersten Abschnitts 4.1 in einem Winkel größer 90° angeordnet ist.
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4 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.
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5 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 als elektronische Bauteile beidseitig bestückt. Dadurch wird eine sehr kompakte Anordnung der Mosfet-Bauteile erreicht.
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Zusammenfassend wird demnach ein integriertes Steuergerät vorgeschlagen, bei dem ein zum Gehäuse separates Wärmeleitelement vorgesehen ist, an welches die elektronische Bauteile tragende Leiterplatte zumindest in Teilen mechanisch angebunden ist.
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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. 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.
