DE102011006622A1

DE102011006622A1 - Elektronikmodul sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102011006622A1
Application number: DE102011006622A
Authority: DE
Inventors: Holger Braun; Helmut Bubekc; Ralf Schinzel; Klaus Voigtlaender; Thomas Mueller; Matthias Lausmann; Benjamin Bertsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-10-04
Also published as: JP2014512097A; WO2012130549A1; CN103460814B; JP5882446B2; CN103460814A; US9271399B2; EP2695492A1; US20140029220A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, eine Trägerplatte (2) mit einem Grundbereich (20) und weTeilbereich des Grundbereichs (20) ist und in einem Winkel (α) zum Grundbereich (20) angeordnet ist, und wenigstens ein elektronisches Bauelement (3), insbesondere ein Sensor, welches am Steg (21) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, wie beispielsweise eine Getriebesteuerung für Fahrzeuge, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Im Stand der Technik wird beispielsweise bei Getriebesteuerungen eine Vielzahl von Sensoren an verteilten Orten benötigt, um verschiedene Signale, wie z. B. Temperatur, Druck und Drehzahl, zu erfassen. Zuleitungen zu diesen Sensoren werden beispielsweise aus Flexfolien oder Kabeln bereitgestellt und mit der Getriebesteuerung, welche üblicherweise eine kleine Leiterplatte umfasst, verbunden. Hierdurch entsteht ein hoher Montageaufwand und die notwendigen Verbindungen zwischen Sensoren und Leiterplatte sind relativ teuer. Darüber hinaus wird eine große Anzahl von Prozessschritten wie z. B. Bonden, Löten, Schweißen oder Kleben, benötigt. Es wäre daher wünschenswert, ein kostengünstiges Elektronikmodul bereitzustellen, welches insbesondere bei Getriebesteuerungen von Fahrzeugen verwendet werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Elektronikmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein kostengünstiges und leicht bestückbares Elektronikmodul bereitgestellt werden kann, wobei elektronische und/oder elektrische Bauelemente, insbesondere Sensoren und/oder Aktuatoren, an beliebigen Positionen angeordnet werden können. Erfindungsgemäß kann insbesondere eine preiswerte, großflächige Trägerplatte, z. B. eine Leiterplatte, oder eine Keramik oder ein Substrat, verwendet werden. Hierbei können die Bauelemente in einem normalen Oberflächen-Montageprozesss (SMT-Prozess) und damit sehr kostengünstig, aufgebracht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Trägerplatte einen Grundbereich und einen Steg umfasst, wobei der Steg ein Teilbereich des Grundbereichs ist und in einem Winkel zum Grundbereich abgewinkelt ist. D. h., der Steg ist einstückig mit dem Grundbereich gebildet und steht vom Grundbereich vor. Der Steg ist beispielsweise durch Hochbiegen vom Grundbereich in einem beliebigen Winkel zum Grundbereich angeordnet. Dabei ist erfindungsgemäß wenigstens ein Bauelement am Steg angeordnet. Somit kann erfindungsgemäß durch das Hochbiegen der Stege von der Grundebene ein Bauelement an einer beliebigen Position und mit beliebigem Abstand von der Grundebene angeordnet werden. Dadurch können beispielsweise bei einer Getriebesteuerung verschiedene Sensoren an unterschiedlichen Positionen mit verschiedenen Abständen von dem Grundbereich angeordnet werden, wobei nur eine einzige Trägerplatte notwendig ist. Als Sensoren können beispielsweise Temperatursensoren, Drucksensoren oder Drehzahlsensoren verwendet werden. Die Stege werden vorzugsweise in einem Winkel von 90° zum Grundbereich umgebogen. Es sind jedoch auch beliebige andere Winkel denkbar.
Grundsätzlich sind als Trägerplatten handelsübliche Substrate, insbesondere mehrlagige Substrate denkbar, beispielsweise Substrate mit mindestens einer Kupferlage und zumindest einer Isolationsschicht. Der Steg wird vorzugsweise aus dem Grundbereich ausgefräst. Dabei weist der Steg ab der vorgesehenen Biegelinie im Substrat beispielsweise eine Breite von 3–7 mm auf. Die Breite des Steges ist in Abhängigkeit der konkreten Anwendung gewählt. An der vorgesehenen Biegelinie wird der Steg in einem Radius nach oben geschwenkt. Versuche zeigen, dass derartige handelsübliche Substrate eine mehrfache Biegung ohne Beschädigung überstehen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Weiter bevorzugt ist das Bauelement an einem Endabschnitt des Steges angeordnet. Weiter bevorzugt ist der Steg und/oder die Trägerplatte mit einer Vergussmasse oder dergleichen umgeben. Hierdurch kann eine schnelle und einfache Fixierung des Steges z. B. an einem Gegenkörper erreicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Steg wenigstens eine Rastverbindung vorgesehen, vorzugsweise mehrere Rastverbindungen für eine Verbindung des Steges mit einem Gegenkörper. Die Rastverbindungen können dabei an allen Seiten des Steges vorgesehen sein. Vorzugsweise umfasst die Rastverbindung eine Rastnase und eine zur Aufnahme der Rastnase ausgebildete Aussparung. Hierdurch kann insbesondere eine sichere Fixierung während der Montage erreicht werden. Bevorzugt kann anschließend noch ein Vergießen des Elektronikmoduls und ein Ausfüllen von Hohlräumen mit Vergussmasse erfolgen.
Weiter bevorzugt umfasst das Elektronikmodul eine Basisplatte, insbesondere ein Blech, wobei die Trägerplatte auf der Basisplatte angeordnet ist, vorzugsweise auf die Basisplatte auflaminiert ist. Hierdurch erhält das Elektronikmodul einerseits Stabilität und weiterhin kann die Basisplatte zur Kühlung benutzt werden. Vorzugsweise wird der unter dem Steg befindliche Bereich der Basisplatte ebenfalls freigelegt und umgebogen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einem erfindungsgemäßen Elektronikmodul und einem Gegenkörper mit einer Ausnehmung, wobei zumindest ein Endabschnitt des Steges in der Ausnehmung angeordnet ist. Hierdurch kann der Endbereich des Stegs tief in den Gegenkörper eingeführt werden und gewünschte Signale mittels des am Steg angeordneten Sensors erfasst werden. Die Ausnehmung im Gegenkörper ist vorzugsweise ein Sackloch.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Trägerplatte mit wenigstens einem elektronischen oder elektrischen Bauelement, insbesondere einem Sensor, bestückt, ein Steg aus der Trägerplatte freigelegt, wobei das Bauelement auf dem Steg befindlich ist, und der Steg aus der Ebene der Trägerplatte umgebogen wird. Hierdurch können die Bauelemente ohne großen Aufwand in einer anderen Ebene als ein Grundbereich der Trägerplatte angeordnet werden und trotzdem mittels eines Oberflächen-Montageprozesses montiert werden. Es sei angemerkt, dass das Bestücken der Trägerplatte mit dem Bauelement vor oder nach dem Freilegen des Steges ausgeführt werden kann. Der Steg wird besonders bevorzugt mittels eines Fräsvorgangs aus der Trägerplatte ausgefräst, wobei der Steg über einen verbleibenden Verbindungsbereich mit dem Grundbereich der Trägerplatte verbunden bleibt. Wenn der Steg an einem Rand der Trägerplatte vorgesehen ist, kann der Steg durch einen einseitigen Fräsvorgang hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei Getriebesteuerungen von Fahrzeugen, bei denen mehrere Werte mittels Sensoren erfasst werden sollen, eingesetzt.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht eines Elektronikmoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Draufsicht des Elektronikmoduls von 1,
3 eine schematische, perspektivische Ansicht der Trägerplatte des Elektronikmoduls von 1,
4 eine schematische Schnittansicht eines Elektronikmoduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
5 eine schematische Draufsicht des Elektronikmoduls von 4.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Elektronikmodul 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Elektronikmodul 1 eine Trägerplatte 2, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine Leiterplatte ist. Die Trägerplatte 2 weist einen Grundbereich 20 und mehrere Stege 21 auf (vgl. 3), welche vom Grundbereich 20 in einem Winkel α von 90° hochgeklappt sind. Die Leiterplatte ist dabei eine preiswerte, großflächige Leiterplatte und dient als Verbindungsleiterplatte. Das Elektronikmodul 1 umfasst ferner elektronische und/oder elektrische Bauelemente 3, welche in diesem Ausführungsbeispiel Sensoren sind. Die Sensoren sind dabei jeweils an einem Endabschnitt 21a der Stege 21 angeordnet.
Die Stege 21 können durch eine einseitige Ausfräsung, bei der eine Ausnehmung 23 an einem Randbereich der Trägerplatte 2 gebildet wird, oder durch eine dreiseitige Ausfräsung, bei der eine Ausnehmung 23 in der Trägerplatte 2 gebildet wird (vgl. 3) hergestellt werden. Die Leiterplatte kann dabei sehr einfach mit den Bauelementen 3 bei der üblichen Oberflächen-Bestückung mit weiteren elektronischen Bauelementen 9 bestückt werden. Hierbei ergeben sich zwei Herstellungsverfahren. Zum einen kann zuerst eine Bestückung der Leiterplatte mit sämtlichen Bauelementen erfolgen und anschließend werden die Stege aus dem Grundbereich 20 der Leiterplatte herausgefräst und dann hochgeklappt. Alternativ werden erst die Stege ausgefräst, dann erfolgt eine Bestückung der Leiterplatte, und dann werden die Stege hochgeklappt.
Vorzugsweise werden die Stege 21 mittels separaten Versteifungselementen 24 versteift. Die Versteifungselemente 24 können beispielsweise an die Stege 21 angeclipst werden.
Die Trägerplatte 2 ist auf einem Blech 8 angeordnet, wobei das Blech 8 als Wärmesenke dient, so dass Wärme gut von der Leiterplatte abgeführt werden kann.
Als Bauelemente 3 kommen alle Arten von Sensoren, beispielsweise Lagesensoren, Positionssensoren, Drucksensoren, Temperatursensoren, usw., in Frage.
Die weiteren elektronischen Bauelemente 9 können beispielsweise auch Drucksensoren sein, welche auf die Leiterplatte mittels einer Clipsverbindung fixiert werden.
An der Trägerplatte 8 sind weiterhin nicht gezeigte Verbindungsleitungen an der Oberfläche oder in einer Innenlage vorgesehen und mit einem Schaltungselement etc. verbunden. Ferner ist ein Steckeranschluss 7 an der Trägerplatte 2 vorgesehen. Somit muss z. B. für eine Getriebesteuerung nur eine einzige Leiterplatte vorgesehen werden.
Wie weiterhin aus den 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Stege 21 in Ausnehmungen 5 angeordnet, welche in einem Gegenkörper 4 vorgesehen sind. Die Ausnehmungen 5 sind sachlochartig, und am Gegenkörper 4 ist beispielsweise eine Motorwicklung 6 angeordnet, wobei der am Steg 21 vorgesehene Sensor eine Motorgröße erfassen soll. Die Ausnehmung 5 kann auch ausgeschäumt sein oder mit einer Vergussmasse gefüllt werden. Hierdurch kann eine sichere und vibrationsfreie Positionierung der Sensoren am Endabschnitt 21a der Stege 21 erreicht werden.
Durch eine jeweils individuelle Auswahl der Länge der Stege können somit erfindungsgemäß Sensoren an unterschiedlichen Positionen, ausgehend von dem eine Grundebene bildenden Grundbereichs 20 ohne großen Aufwand angeordnet werden. Die Bestückung der Stege 21 kann, wie oben beschrieben, während des normalen SMT-Prozesses ausgeführt werden. Dann kann der Fräsvorgang und das Positionieren im Gegenkörper 4 erfolgen. Weiterhin entfallen die bisher im Stand der Technik notwendigen Zusatzprozesse wie Verkabeln, Löten, Kleben, usw.
Die 4 und 5 zeigen ein Elektronikmodul 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Elektronikmodul 1 des zweiten Ausführungsbeispiels zusätzlich noch eine separate Fixiereinrichtung für die Stege 21 in Form einer Rastverbindung 10. Die Rastverbindung 10 umfasst eine Rastnase 11, welche am Gegenkörper 4 angeordnet ist sowie eine entsprechend gebildete Aussparung 12 am Steg 21. Die Rastverbindung kann dabei auch mehrfach vorgesehen sein, um eine besonders sichere und redundante Fixierung der Stege 21 zu ermöglichen. Ferner ist es auch möglich, dass die Aussparung am Gegenkörper 4 vorgesehen ist und die Rastnase am Steg 21 angeordnet ist. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Elektronikmodul, umfassend: – eine Trägerplatte (2) mit einem Grundbereich (20) und wenigstens einem Steg (21), wobei der Steg (21) als Teilbereich des Grundbereichs (20) ist und in einem Winkel (α) zum Grundbereich (20) angeordnet ist, und – wenigstens ein elektronisches Bauelement (3), insbesondere ein Sensor, welches am Steg (21) angeordnet ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (3) an einem Endabschnitt (21a) des Stegs (21) angeordnet ist.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (21) und/oder die Trägerplatte (2) vollständig von einer Vergussmasse oder einem Ausschäummaterial umgeben ist.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Rastverbindung (10) für eine Verbindung des Steges (21) mit einem Gegenkörper (4).
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (21) unterschiedliche Längen aufweisen und/oder dass die Stege (21) in unterschiedlichen Winkeln (α) zum Grundbereich (20) angeordnet sind.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Basisplatte (8), insbesondere ein Blech, wobei die Trägerplatte (2) auf der Basisplatte (8) angeordnet ist.
Bauteil, umfassend ein Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Gegenkörper (4) mit einer Ausnehmung (5), wobei zumindest ein Endabschnitt (21a) eines Stegs (21) in der Ausnehmung (5) angeordnet ist.
Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) ein Sachloch ist und/oder dass die Ausnehmung (5) mit einer Vergussmasse oder dergleichen ausgefüllt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektronikbauteils (1), umfassend die Schritte: a) Bestücken einer Trägerplatte (2) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (3), insbesondere einem Sensor, b) Freilegen eines Steges (21) aus der Trägerplatte (2), wobei das Bauelement (3) auf dem Steg (21) befindlich ist, und c) Umbiegen des Steges (21) aus einer Ebene der Trägerplatte (2), – wobei der Schritt a) vor oder nach dem Schritt b) ausgeführt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (21) aus der Trägerplatte (2) herausgefräst wird.