DE102015225099A1

DE102015225099A1 - Elektronikmodul, insbesondere für Getriebesteuergerät, und Verfahren zum Fertigen eines solchen

Info

Publication number: DE102015225099A1
Application number: DE102015225099.7A
Authority: DE
Inventors: Steffen Waldenmeier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-06-14
Also published as: CN106879186B; CN106879186A

Abstract

Es werden ein Elektronikmodul (1) und ein Verfahren zu dessen Fertigung beschrieben. Das Elektronikmodul (1) weist ein flächiges Substrat (3) und ein elektronisches Bauelement (5), beispielsweise einen Elektrolytkondensator, auf. Ferner ist ein Dichtkonturelement (7) mit einer ringförmigen Gestalt vorgesehen. Das Dichtkonturelement (7) grenzt mit einer seiner Stirnflächen (17, 19) an die Oberfläche (4) des Substrats (3) an und umgibt mit seiner nach radial innen gerichteten Mantelfläche (13) einen an das Substrat (3) angrenzenden Teilbereich (27) des elektronischen Bauelements (5) seitlich. Das elektronische Bauelement (5) ist dabei in einem dem Substrat (3) entfernt gelegenen Teilbereich (29) nicht von dem Dichtkonturelement (7) vollständig umgeben. Ein Zwischenraum (31) zwischen dem Dichtkonturelement (7) und dem elektronischen Bauelement (5) wird zumindest in dem an das Substrat (3) angrenzenden Teilbereich (27) mit einer Vergussmasse (25) gefüllt. Das Dichtkonturelement (7) kann ein einfaches Bauteil sein, beispielsweise ein Spritzgussbauteil oder eine zylindrische Metallhülse und dient hauptsächlich als eine Art Gussform für die flüssig zu verarbeitende Vergussmasse (25). Kosten für eine Verkapselung des elektronischen Bauelements (5) können auf diese Weise verringert werden und ein gefährdeter substratnaher Teilbereich (27) des Bauelements (5) dennoch effektiv beispielsweise gegen einen Angriff durch Chemikalien geschützt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, wie es insbesondere in einem Getriebesteuergerät eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Elektronikmoduls.
Stand der Technik
Elektronikmodule werden häufig dazu eingesetzt, durch Verarbeiten elektrischer Signale Vorgänge zu steuern. Beispielsweise kann ein Elektronikmodul in einem Getriebesteuergerät eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, um vorherrschende Bedingungen innerhalb des Fahrzeuggetriebes zu überwachen und einen Betrieb des Getriebes unter Berücksichtigung dieser vorherrschenden Bedingungen sowie aktuellen Anforderungen durch den Fahrer zu steuern bzw. zu regeln.
Das Elektronikmodul kann hierzu ein Substrat beispielsweise in Form einer Leiterplatte, einer Trägerplatte und/oder einer Flexfolie aufweisen, an dem mehrere elektronische Bauelemente wie beispielsweise integrierte Schaltelemente (ICs), elektrische Widerstände, elektrische Induktivitäten, elektrische Kapazitäten, elektrische Anschlusselemente etc. angeordnet sind und diese über an dem Substrat vorgesehene Leiterbahnen und/oder andere Verdrahtungen elektrisch miteinander verbunden sind.
Während ihres Einsatzes können Elektronikmodule hohen mechanischen und/oder chemischen Anforderungen ausgesetzt sein. Beispielsweise kann ein Elektronikmodul, das ein Getriebesteuergerät eines Kraftfahrzeugs ausbildet, starken Vibrationen ausgesetzt sein. Außerdem kann ein solches Elektronikmodul vorzugsweise im Inneren des Getriebes angeordnet werden, wo es mit chemisch aggressiven Medien wie beispielsweise Getriebeöl in Kontakt kommen kann. Die an dem Elektronikmodul angeordneten elektronischen Bauelemente sollten daher einerseits mechanisch stabil an dem sie haltenden Substrat angebracht sein und andererseits gegen einen Angriff aggressiver Chemikalien geschützt sein.
Bisher wurde diesen Anforderungen meist dadurch Rechnung getragen, dass die elektronischen Bauelemente beispielsweise durch sie umgebende Gehäusekomponenten geschützt wurden, um einen Kontakt mit umgebenden Chemikalien vermeiden zu können. Die Gehäusekomponenten mussten dabei als separate Bauteile gefertigt, bereitgestellt und montiert werden, wobei präzise Fertigungs- und Montagetoleranzen eingehalten werden mussten, da eine hermetische Dichtheit gewährleistet werden sollte. Alternativ oder ergänzend wurden elektronische Bauelemente eines Elektronikmoduls mithilfe einer Vergussmasse eingegossen, wobei die Vergussmasse in einem flüssigen Zustand um ein oder mehrere elektronische Bauelemente herum aufgebracht werden konnte und diese Bauelemente somit komplett umhüllte, und anschließend ausgehärtet werden konnte. Allerdings musste zum zuverlässigen Vergießen der Bauelemente hierbei eine erhebliche Menge an Vergussmasse eingesetzt werden.
Entsprechende Ansätze, um elektronische Bauelemente eines Elektronikmoduls zu schützen, sind beispielsweise in DE 10 2011 083 094 A1 , DE 10 2011 004 142 A1 und DE 2010 042 450 A1 beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ein Elektronikmodul ermöglichen, welches einfach und kostengünstig gefertigt werden kann und bei welchem elektronische Bauelemente zuverlässig gegen einen Angriff aggressiver Chemikalien geschützt sind und/oder mechanisch stabil gehalten sind. Ferner können Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls bieten, mithilfe dessen elektronische Bauelemente an einem Substrat mithilfe einfacher Verfahrensschritte angebracht werden können und diese Bauelemente anschließend gut gegen chemische und/oder mechanische Einflüsse geschützt sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Elektronikmodul mit einem flächigen Substrat und wenigstens einem elektronischen Bauelement, welches an einer Oberfläche des Substrats gehalten ist, vorgeschlagen. Das Elektronikmodul zeichnet sich dadurch aus, dass es ferner ein Dichtkonturelement und eine Vergussmasse aufweist. Das Dichtkonturelement weist hierbei eine ringförmige, d.h. in sich geschlossene Gestalt, mit einer nach radial innen gerichteten und einer radial nach außen gerichteten Mantelfläche und zwei einander entgegengesetzten Stirnflächen auf. Das Dichtkonturelement grenzt mit einer seiner Stirnflächen an die Oberfläche des Substrats an und umgibt mit seiner nach radial innen gerichteten Mantelfläche einen an das Substrat angrenzenden Teilbereich des elektronischen Bauelements seitlich. Das Dichtkonturelement ist ferner derart ausgestaltet, dass das elektronische Bauelement in einem dem Substrat entfernt gelegenen Teilbereich nicht von dem Dichtkonturelement vollständig umgeben ist. Ein Zwischenraum zwischen dem Dichtkonturelement und dem Bauelement ist zumindest in dem an das Substrat angrenzenden Teilbereich mit Vergussmasse gefüllt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls vorgeschlagen. Dabei werden ein flächiges Substrat, wenigstens ein elektronisches Bauelement und ein Dichtkonturelement bereitgestellt. Das Dichtkonturelement weist wiederum eine ringförmige, d.h. in sich geschlossene, Gestalt mit einer nach radial innen gerichteten und einer nach radial außen gerichteten Mantelfläche und zwei einander entgegengesetzten Stirnflächen auf. Das elektronische Bauelement und das Dichtkonturelement werden derart angeordnet, dass das Dichtkonturelement mit einer seiner Stirnflächen an die Oberfläche des Substrats angrenzt und das Dichtkonturelement mit seiner nach radial innen gerichteten Mantelfläche einen an das Substrat angrenzenden Teilbereich des elektronischen Bauelements seitlich umgibt. Das Dichtkonturelement ist dabei jedoch derart ausgestaltet und angeordnet, dass das elektronische Bauelement in einem das Substrat entfernt gelegenen Teilbereich nicht von dem Dichtkonturelement vollständig umgeben ist. Anschließend wird ein Zwischenraum zwischen dem Dichtkonturelement und dem Bauelement zumindest in dem an das Substrat angrenzenden Teilbereich mit Vergussmasse gefüllt.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen, ein in einem Elektronikmodul aufzunehmendes elektronisches Bauelement vor einem Angriff flüssiger oder gasförmiger Chemikalien zu schützen und/oder mechanisch zu stabilisieren, ohne dass hierfür aufwendig und somit teuer zu fertigende Gehäusekomponenten oder große Mengen an Vergussmasse eingesetzt werden müssten. Stattdessen wird vorgeschlagen, ein relativ einfach und kostengünstig zu fertigendes Dichtkonturelement bereitzustellen und dieses derart an der Oberfläche des das elektronische Bauelement haltenden Substrats anzuordnen, dass das Dichtkonturelement mit seiner ringförmigen Gestalt das elektronische Bauelement zumindest in einem Teilbereich angrenzend an die Oberfläche des Substrats umgibt. Mit anderen Worten kann das Dichtkonturelement mit seiner ringförmigen Gestalt das elektronische Bauelement ringförmig umschließen, wobei eine erste Stirnfläche des Dichtkonturelements direkt an der Oberfläche des Substrats anliegen kann, wohingegen eine zweite entgegengesetzt gerichtete Stirnfläche freiliegen kann. Ein von dem ringförmigen Dichtkonturelement seitlich umgebener Raum ist somit an einer Seite von dem flächigen Substrat abgeschlossen, an einer gegenüberliegenden Seite jedoch offen. In diesem Raum ist das elektronische Bauelement aufgenommen. Beim Fertigen des Elektronikmoduls kann dabei ein Zwischenraum zwischen dem Dichtkonturelement und dem Bauelement zumindest teilweise, d.h. insbesondere im Bereich angrenzend an das Substrat, mit während der Verarbeitung fließfähiger und nachfolgend aushärtbarer Vergussmasse gefüllt werden. Dabei kann genutzt werden, dass der das elektronische Bauelement aufnehmende und von dem Dichtkonturelement umgebene Raum zumindest an einer Seite offen ist und somit einfach mit flüssiger Vergussmasse befüllt werden kann. Die Vergussmasse kann dabei soweit eingefüllt werden, dass zumindest ein empfindlicher Teilbereich des elektronischen Bauelements nahe der Oberfläche des Substrats, das heißt beispielsweise dort, wo das Bauelement über elektrische Kontakte an das Substrat angebunden ist, durch die Vergussmasse geschützt werden kann.
Eine solche Art einer Verkapselung elektronischer Bauelemente eignet sich insbesondere für Bauelemente, die vor allem in einem nahe zu dem Substrat anzuordnenden Teilbereich empfindlich gegen chemische Medien sind. Beispielsweise werden bei Elektronikmodulen häufig Elektrolytkondensatoren (Elkos) eingesetzt. Diese Elkos verfügen meist über eine zylindrische Form, bei der ein oberer Bereich mediendicht gekapselt ist, an einem unteren Bereich jedoch, das heißt insbesondere an einer Stirnfläche des zylindrischen Elkos, beispielsweise elektrische Anschlusspins herausgeführt sind. Die Anschlusspins können chemisch angegriffen werden. Ergänzend können etwaige Undichtigkeiten zwischen den Anschlusspins und einer ins Innere des Gehäuses des Elkos führenden gedichteten Durchführung dazu führen, dass fluide Chemikalien ins Innere des Elkos gelangen können und dort schädigend wirken können. Indem insbesondere der untere Teilbereich eines Elkos mithilfe dort lokal eingebrachter Vergussmasse verkapselt wird, kann eine lokale Schädigung durch chemischen Angriff vermieden werden. Außerdem kann die Vergussmasse nach einem Aushärten zu einem mechanischen Stabilisieren dieses Teilbereichs und damit insbesondere der empfindlichen Anschlusspins dienen.
Das Dichtkonturelement kann ein einfach aufgebautes und somit kostengünstig herzustellendes Bauelement sein. Beispielsweise kann das Dichtkonturelement im Wesentlichen eine zylindrische Form aufweisen. Insbesondere kann das Dichtkonturelement eine Form aufweisen, die im Querschnitt in etwa komplementär zu einer Querschnittsform eines darin aufzunehmenden elektronischen Bauelements ist. Das heißt, zum Verkapseln eines zylindrischen Elkos kann ein ebenfalls zylindrisches Dichtkonturelement eingesetzt werden. Ein Innendurchmesser bzw., allgemeiner, ein Innenquerschnitt des Dichtkonturelements können dabei geringfügig größer sein als ein Außendurchmesser bzw. ein Außenquerschnitt des aufzunehmenden elektronischen Bauelements, so dass sich seitlich zwischen dem Bauelement und der nach radial innen gerichteten Mantelfläche des Dichtkonturelements ein schmaler Zwischenraum bildet, über den beim Fertigen des Elektronikmoduls die fließfähige Vergussmasse eingefüllt werden kann und der dann beim fertigen Elektronikmodul mit ausgehärteter Vergussmasse zumindest teilweise gefüllt sein kann. Das Dichtkonturelement kann mit kostengünstigen und/oder kostengünstig zu verarbeitenden Materialien ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Dichtkonturelement ein Kunststoffteil sein. Insbesondere kann das Dichtkonturelement ein Spritzgussbauteil sein. Alternativ kann das Dichtkonturelement mit Metall ausgebildet sein, insbesondere als Metallhülse.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Dichtkonturelement an dem an das Substrat angrenzenden Teilbereich einen radial nach innen ragenden Vorsprung auf, wobei dieser Vorsprung in einem Spalt zwischen dem Substrat und einer zu dem Substrat gerichteten Stirnfläche des elektronischen Bauelements aufgenommen ist. Mit anderen Worten kann das Dichtkonturelement dort, wo es das elektronische Bauelement direkt angrenzend an die Oberfläche des Substrats seitlich umgibt, einen von seiner nach radial innen gerichteten Mantelfläche abragenden Vorsprung aufweisen, der bis in einen Bereich ragt, in dem eine untere Stirnfläche des elektronischen Bauelements über einen Spalt beabstandet der Oberfläche des Substrats gegenüberliegt.
Beim Fertigen des Elektronikmoduls kann somit das elektronische Bauelement beim Anordnen an das Substrat mit seiner zu dem Substrat gerichteten Stirnfläche an dem Vorsprung des Dichtkonturelements anliegen und über diesen das Dichtkonturelement an die Oberfläche des Substrats anpressen. Mit anderen Worten können das elektronische Bauelement und das Dichtkonturelement beim Fertigen des Elektronikmoduls gleichzeitig oder nacheinander an der Oberfläche des Substrats angeordnet werden, wobei das elektronische Bauelement mit seiner zu der Oberfläche des Substrats gerichteten Stirnfläche den von dem Dichtkonturelement nach innen ragenden Vorsprung hin zu der Oberfläche des Substrats drückt und damit das gesamte Dichtkonturelement mit seiner an die Oberfläche des Substrats angrenzenden Stirnfläche an das Substrat presst. Nachdem ein Teil des Innenvolumens des Dichtkonturelements dann mit Vergussmasse befüllt wurde und diese Vergussmasse ausgehärtet ist, kann unter anderem die ausgehärtete Vergussmasse das Dichtkonturelement an dem Substrat halten. Etwaige zuvor auf das elektronische Bauelement bzw. dessen Anschlusspins wirkende Kräfte oder mechanische Spannungen können dabei mit der Zeit relaxieren.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, vor dem Füllen des Zwischenraums mit Vergussmasse Anschlüsse oder Anschlusspins des elektronischen Bauelements beispielsweise mit Leiterstrukturen an dem Substrat zu verlöten. Mit anderen Worten kann das elektronische Bauelement zuerst an der Oberfläche des Substrats angeordnet werden. Eventuell kann auch bereits das Dichtkonturelement umgebend angeordnet werden. Bevor jedoch ein Innenvolumen des Dichtkonturelements teilweise mit Vergussmasse gefüllt wird, werden bereits Anschlüsse des elektronischen Bauelements mit Leiterstrukturen an dem Substrat verlötet. Insbesondere wenn das Dichtkonturelement aus einem wärmeempfindlichen Material wie beispielsweise Kunststoff besteht, und/oder wenn die Vergussmasse aus einem wärmeempfindlichen Material besteht, kann durch ein solches frühzeitiges Verlöten vermieden werden, dass das Dichtkonturelement und/oder die Vergussmasse beim Verlöten geschädigt werden. Außerdem kann das elektronische Bauelement durch das Verlöten auch mechanisch an der Oberfläche des Substrats gehalten werden und dabei gegebenenfalls auch das Dichtkonturelement über dessen hin zu der Substratoberfläche gepresste Vorsprünge an dem Substrat halten.
Ein freitragendes Ende eines oder mehrerer solcher von der Mantelfläche des Dichtkonturelements nach innen abragender Vorsprünge kann dabei als eine Art mechanischer Anschlag dienen, um beim Anbringen des elektronischen Bauelements und des Dichtkonturelements unter anderem zu hohe Anpressdrücke des Dichtkonturelements an die Oberfläche des Substrats und daraus resultierende hohe Kräfte auf das andrückende elektronische Bauelement vermeiden zu können. Im fertiggestellten Elektronikmodul kann ein solches freitragendes Ende eines Vorsprungs des Dichtkonturelements dann an der Oberfläche des Substrats anliegen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Dichtkonturelement an seiner zu dem Substrat gerichteten Stirnfläche ein in Axialrichtung abragendes Eingriffselement auf, welches in eine in dem Substrat vorgesehene Ausnehmung eingreift. Mithilfe eines solchen Eingriffselements kann das Dichtkonturelement präzise an dem Substrat positioniert werden und gegebenenfalls auch an diesem gehalten werden.
Beim Fertigen des Elektronikmoduls kann das Dichtkonturelement beim Anordnen an die Oberfläche des Substrats mit seinem Eingriffselement in die Ausnehmung in der Oberfläche des Substrats eingreifend eingeschoben werden. Dabei kann das Dichtkonturelement präzise relativ zu der Oberfläche des Substrats und indirekt auch relativ zu dem an dem Substrat befestigten elektronischen Bauelement positioniert werden.
Insbesondere kann das Eingriffselement in die in dem Substrat vorgesehene Ausnehmung formschlüssig verrastend eingreifen. Anders ausgedrückt kann das Eingriffselement mit einer Art Rastnase versehen sein. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass das Dichtkonturelement nicht notwendigerweise von dem elektronischen Bauelement an dem Substrat gehalten werden braucht, sondern selbst an dem Substrat befestigt werden kann. Hierdurch können unter anderem Kräfte auf das elektronische Bauelement verringert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die an das Substrat angrenzende Stirnfläche des Dichtkonturelements mit der Oberfläche des Substrats stoffschlüssig verbunden sein. Während des Herstellens des Elektronikmoduls kann ein solches stoffschlüssiges Verbinden des Dichtkonturelements mit der Oberfläche des Substrats einfach, kostengünstig und zuverlässig durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Stirnfläche des Dichtkonturelements an die Oberfläche des Substrats angeklebt werden.
In einer speziellen Ausgestaltung kann die an das Substrat angrenzende Stirnfläche des Dichtkonturelements an die Oberfläche des Substrats angelötet werden. Ein solches Verlöten des Dichtkonturelements mit der Oberfläche des Substrats kann besonders einfach durchgeführt werden, wenn die elektronischen Bauelemente ohnehin mit elektrisch leitfähigen Strukturen an dem Substrat zu verlöten sind. Insbesondere wenn die elektronischen Bauelemente als oberflächenmontierte Bauelemente (SMD – Surface Mounted Device) vorgesehen werden, können in einem gemeinsamen Verlötvorgang sowohl die elektronischen Bauelemente als auch sie umgebende Dichtkonturelemente mit der Oberfläche des Substrats verlötet werden. Auch andere Lötverfahren wie Thermodenlöten können eingesetzt werden. In diesem Fall sollte das Dichtkonturelement im Regelfall zumindest an seiner Stirnfläche metallisch sein. Beispielsweise kann das Dichtkonturelement als Metallhülse vorgesehen werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Dichtkonturelement mehrere von der radial nach innen gerichteten Mantelfläche radial nach innen ragende Zentrierrippen auf, welche dazu ausgestaltet sind, um das elektronische Bauelement in Radialrichtung zentral innerhalb des Dichtkonturelements zu positionieren. Die Zentrierrippen können dabei derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass sie das Dichtkonturelement relativ zu dem von ihm umgebenden elektronischen Bauelement derart positionieren, dass sich zwischen dem Bauelement und der nach innen gerichteten Mantelfläche des Dichtkonturelements über den gesamten Umfang hin ein Spalt bildet, vorzugsweise mit gleichbleibender Spaltbreite. Dieser Spalt bzw. Zwischenraum kann dann zumindest teilweise mit Vergussmasse gefüllt werden, so dass das elektronische Bauelement in seinem gesamten an die Oberfläche des Substrats angrenzenden Teilbereich mit Vergussmasse verkapselt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf Ausführungsformen eines Elektronikmoduls und teilweise mit Bezug auf ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, übertragen, angepasst und/oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Elektronikmoduls während seiner Fertigung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Dichtkonturelements und eines elektronischen Bauelements für ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul vor deren Zusammenbau.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht der in 2 dargestellten Komponenten in einem vormontierten Zustand.
4 zeigt eine Schnittansicht durch ein Elektronikmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Schnittansicht durch ein Elektronikmodul gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Schnittansicht durch ein Elektronikmodul gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
In den 1, 2 und 3 sind perspektivische Ansichten eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls 1 sowie von dessen Komponenten dargestellt. 4 zeigt eine Schnittansicht durch ein solches Elektronikmodul 1.
Das Elektronikmodul 1 weist ein flächiges Substrat 3 in Form einer Leiterplatte auf. In dem Substrat 3 sind Durchgangslöcher 11 vorgesehen. Ein elektronisches Bauelement 5 in Form eines Elektrolytkondensators soll an dem Substrat 3 befestigt werden und mit Leiterstrukturen wie zum Beispiel in dem Substrat 3 vorgesehenen Leiterbahnen (nicht dargestellt) elektrisch verbunden werden. Das Bauelement 5 verfügt hierzu über elektrische Anschlüsse 9 in Form von Kontaktpins, welche aus einer zu dem Substrat 3 gerichteten Stirnfläche 35 des zylindrischen Körpers des Bauelements 5 abstehen. Ferner ist an der Stirnfläche 35 eine Dichtung 10 vorgesehen.
Um das elektronische Bauelement 5 fluiddicht kapseln zu können und damit insbesondere gegen einen Angriff durch chemisch aggressive Medien schützen zu können, ist ein Dichtkonturelement 7 vorgesehen. Das Dichtkonturelement 7 weist eine ringförmige Gestalt im Wesentlichen in Form einer zylindrischen Hülse auf mit einer nach radial innen gerichteten Mantelfläche 13, einer radial nach außen gerichteten Mantelfläche 15 und sich an diese Mantelflächen 13, 15 jeweils anschließende, entgegengesetzt gerichtete Stirnflächen 17, 19.
Um das elektronische Bauelement 5 und das Dichtkonturelement 7 an dem Substrat 3 zu montieren und dadurch das Elektronikmodul 1 zu fertigen, wird zunächst das Bauelement 5 ins Innere des zylindrischen Dichtkonturelements 7 eingeschoben. Ein später an das Substrat 3 angrenzender Teilbereich 27 des Bauelements 5 wird dadurch von der nach radial innen gerichteten Mantelfläche 13 des Dichtkonturelements 7 umgeben. Da das Dichtkonturelement 7 jedoch eine geringere Bauhöhe aufweist, das heißt eine kürzere axiale Länge aufweist, als das elektronische Bauelement 5, ragt das elektronische Bauelement 5 in einem später dem Substrat 3 entfernt gelegenen Teilbereich 29 axial über das Dichtkonturelement 7 hinaus und ist somit in diesem Teilbereich 29 nicht von dem Dichtkonturelement 7 vollständig umgeben.
An einem unteren Ende, das heißt in dem an das Substrat 3 angrenzenden Teilbereich 27, weist das Dichtkonturelement 7 mehrere nach innen ragende Vorsprünge 21 auf. Diese Vorsprünge 21 ragen so weit hin zu einer radialen Mitte des Dichtkonturelements 7, dass beim Einschieben des Bauelements 5 in das Dichtkonturelement 7 die Stirnfläche 35 des Bauelements 5 in mechanische Anlage mit einer Oberseite der Vorsprünge 21 kommt. Die Vorsprünge 21 können insbesondere derart ausgebildet sein, dass ihre freitragenden Enden 37 vor einem Anpressen des Dichtkonturelements 7 an das Substrat 3 hin zu einer Ebene durch die Stirnfläche 17 gerichtet sind, jedoch über die Stirnfläche 17 in Axialrichtung nicht überstehen, das heißt aus dem Inneren des Dichtkonturelements 7 nicht nach außen abragen.
Ferner sind an der nach innen gerichteten Mantelfläche 13 des Dichtkonturelements 7 mehrere radial nach innen ragende Zentrierrippen 23 vorgesehen. Die Zentrierrippen 23 erstrecken sich im Wesentlichen in axialer Richtung des Dichtkonturelements 7 und können beispielsweise in Umfangsrichtung äquidistant zueinander beabstandet sein. Vorzugsweise sind wenigstens drei Zentrierrippen 23 vorgesehen.
Beim Zusammenbauen des elektronischen Bauelements 5 und des Dichtkonturelements 7, um diese dann an dem Substrat 3 anzubringen, wird das Bauelement 5 zunächst in Richtung des Pfeils 6 in das hülsenartige Dichtkonturelement 7 von oben her eingeschoben, bis es mit seiner Stirnfläche 35 an den Vorsprüngen 21 anliegt. Dann wird das Bauelement 5 zusammen mit dem Dichtkonturelement 7 auf das Substrat 3 gedrückt, wobei die Anschlüsse 9 in die Durchgangslöcher 11 eingepasst werden. Die dem Substrat 3 zugewandte Stirnfläche 17 des Dichtkonturelements 7 wird dabei an die Oberfläche 4 des Substrats 3 gepresst. Das Bauelement 5 kann noch so lange weiter hin zu dem Substrat 3 geschoben werden, bis die freitragenden Enden 37 der Vorsprünge 21 in Anlage mit der Oberfläche 4 des Substrats gelangen. Auf diese Weise wird ein mechanischer Anschlag geschaffen.
Anschließend werden die Anschlüsse 9 mit Leiterstrukturen 12 an dem Substrat 3 verlötet. Dadurch wird nicht nur eine elektrische Verbindung mit den Leiterstrukturen 12 hergestellt, sondern auch das Bauelement 5 in einer hin zu dem Substrat 3 gezogenen Position fixiert. Die federnd wirkenden Vorsprünge 21 werden dadurch angepresst an die Oberfläche 4 des Substrats 3 gehalten.
Anschließend wird ein Zwischenraum 31 zwischen dem Bauelement 5 und der inneren Mantelfläche 13 des Dichtkonturelements 7 zumindest in dem an das Substrat 3 angrenzenden Teilbereich 27 des Bauelements 5 mit einer Vergussmasse 25 gefüllt. Die Vergussmasse 25 ist dabei anfänglich fließfähig, vorzugsweise dünnflüssig, so dass sie den Zwischenraum 31 vollständig und vorzugsweise blasenfrei auffüllen kann. Die Vergussmasse 25 füllt dabei sowohl Teile des Zwischenraums 31 radial seitlich angrenzend an das Bauelement 5 als auch einen Spalt 33 zwischen der Stirnfläche 35 des Bauelements 5 und der Oberfläche 4 des Substrats 3.
Danach wird die Vergussmasse 25 ausgehärtet. Im fertiggestellten Elektronikmodul 1 füllt die Vergussmasse 25 somit den an das Substrat 3 angrenzenden Teilbereich 27 zwischen dem Bauelement 5 und der inneren Mantelfläche 13 des Dichtkonturelements 7 vollständig aus. Die Stirnfläche 17 des Dichtkonturelements 7 liegt dabei an der Oberfläche 4 des Substrats 3 an. Die Vorsprünge 21 liegen vorzugsweise ebenfalls an der Oberfläche 4 des Substrats 3 an und erstrecken sich in dem Spalt 33 zwischen dem Substrat 3 und der dem Substrat 3 zugewandten Stirnfläche 35 des Bauelements 5.
5 veranschaulicht eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls 1. Bei dieser Ausgestaltung wird vorzugsweise auf die Vorsprünge 21 verzichtet. Stattdessen wird das Dichtkonturelement 7 an seiner zu dem Substrat 3 gerichteten Stirnfläche 17 mit einem oder vorzugsweise mehreren in Axialrichtung abragenden Eingriffselementen 39 versehen. Beim Montieren des Elektronikmoduls 1 wird das Dichtkonturelement 7 mit seinem Eingriffselement 39 bzw. seinen Eingriffselementen 39 in eine oder mehrere jeweilige Ausnehmungen 41 in der Oberfläche 4 des Substrats 3 eingreifend eingeschoben. Das Eingriffselement 39 und die zugehörige Ausnehmung 41 sind dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Eingriffselement 39 formschlüssig verrastend in die Ausnehmung 41 eingreifen kann und auf diese Weise das Dichtkonturelement 7 an dem Substrat 3 fixieren kann. Anschließend oder vorangehend kann das Bauelement 5 mit seinen Anschlüssen 9 in die Durchgangslöcher 11 eingeschoben werden und dort verlötet werden. Abschließend wird der Zwischenraum 31 in dem an das Substrat 3 angrenzenden Teilbereich 27 mit Vergussmasse 25 aufgefüllt und diese dann ausgehärtet.
In 6 ist eine weitere mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls 1 dargestellt. In diesem Fall ist die an das Substrat 3 angrenzende Stirnfläche 17 des Dichtkonturelements 7 mit der Oberfläche 4 des Substrats stoffschlüssig verbunden. Beispielsweise könnte dies durch ein Verkleben erfolgen. Vorzugsweise kann jedoch vorgesehen sein, dass die Stirnfläche 17 des Dichtkonturelements 7 und die Oberfläche 4 des Substrats 3 miteinander verlötet werden. Hierzu kann zumindest an der Stirnfläche 17 eine metallische Schicht vorgesehen sein. Vorzugsweise besteht das gesamte Dichtkonturelement 7 in diesem Fall aus einem lötfähigen Metall. An der Oberfläche 4 des Substrats 3 können entsprechend komplementär ausgebildete lötfähige Metallstrukturen vorgesehen sein. Ein solches stoffschlüssiges Verbinden des Dichtkonturelements 7 mit dem Substrat 3 durch lokales Verlöten kann insbesondere dann vorteilhaft durchgeführt werden, wenn auch andere Bauelemente wie beispielsweise das elektronische Bauelement 5 mit metallischen Strukturen an dem Substrat 3 verlötet werden sollen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, das elektronische Bauelement 5 als SMD-Bauteil vorzusehen und dieses mithilfe einer Verlötung 43 mit elektrisch leitfähigen Strukturen an dem Substrat 3 zu verbinden. Ein Lötprozess zum Anbinden des elektronischen Bauelements 5 kann dabei gleichzeitig auch ein Verlöten des Dichtkonturelements 7 mit lötfähigen Strukturen an der Oberfläche 4 bewirken. Alternativ können auch andere Lötverfahren wie z.B. Thermodenlöten eingesetzt werden. Abschließend kann der Zwischenraum 31 wiederum mit Vergussmasse 25 gefüllt werden.
Das beschriebene Fertigungsverfahren sowie das damit herstellbare Elektronikmodul 1 ermöglichen eine zuverlässige Kapselung des elektronischen Bauelements 5 zumindest in seinem gegen einen Angriff von chemischen Medien empfindlichen unteren Bereich, das heißt dort, wo die Anschlüsse 9 aus dem Bauelement 5 herausgeführt werden und mit leitenden Strukturen des Substrats 3 verbunden werden. Das Dichtkonturelement 7 kann dabei einfach und kostengünstig herstellbar sein. Außerdem wird nur sehr wenig Vergussmasse benötigt, was zu einer weiteren Kostensenkung beitragen kann. Das Dichtkonturelement 7 kann ein einfaches Bauteil sein, beispielsweise ein Spritzgussbauteil oder eine zylindrische Metallhülse, und dient hauptsächlich als eine Art Gussform für die flüssig zu verarbeitende Vergussmasse 25. Kosten für eine Verkapselung des elektronischen Bauelements 5 können auf diese Weise verringert werden und ein gefährdeter substratnaher Teilbereich 27 des Bauelements 5 dennoch effektiv beispielsweise gegen einen Angriff durch Chemikalien geschützt werden.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011083094 A1 [0006]
DE 102011004142 A1 [0006]
DE 2010042450 A1 [0006]

Claims

Elektronikmodul (1), aufweisend: ein flächiges Substrat (3), und ein elektronisches Bauelement (5), welches an einer Oberfläche (4) des Substrats (3) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (1) ferner aufweist: ein Dichtkonturelement (7), und eine Vergussmasse (25), wobei das Dichtkonturelement (7) eine ringförmige Gestalt mit einer nach radial innen gerichteten Mantelfläche (13) und einer nach radial außen gerichteten Mantelfläche (15) und zwei einander entgegengesetzten Stirnflächen (17, 19) aufweist, wobei das Dichtkonturelement (7) mit einer seiner Stirnflächen (17, 19) an die Oberfläche (4) des Substrats (3) angrenzt und das Dichtkonturelement (7) mit seiner nach radial innen gerichteten Mantelfläche (13) einen an das Substrat (3) angrenzenden Teilbereich (27) des elektronischen Bauelements (5) seitlich umgibt und wobei das elektronische Bauelement (5) in einem dem Substrat (3) entfernt gelegenen Teilbereich (29) nicht von dem Dichtkonturelement (7) vollständig umgeben ist, wobei ein Zwischenraum (31) zwischen dem Dichtkonturelement (7) und dem elektronischen Bauelement (5) zumindest in dem an das Substrat (3) angrenzenden Teilbereich (27) mit der Vergussmasse (25) gefüllt ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, wobei das Dichtkonturelement (7) an dem an das Substrat (3) angrenzenden Teilbereich (27) einen radial nach innen ragenden Vorsprung (21) aufweist, wobei der Vorsprung (21) in einem Spalt (33) zwischen dem Substrat (3) und einer zu dem Substrat (3) gerichteten Stirnfläche (35) des elektronischen Bauelements (5) aufgenommen ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 2, wobei ein freitragendes Ende (37) des Vorsprungs (21) an der Oberfläche (4) des Substrates (3) anliegt.
Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Dichtkonturelement (7) an seiner zu dem Substrat (3) gerichteten Stirnfläche (17) ein in Axialrichtung abragendes Eingriffselement (39) aufweist, welches in eine in dem Substrat (3) vorgesehene Ausnehmung (41) eingreift.
Elektronikmodul nach Anspruch 4, wobei das Eingriffselement (39) in die in dem Substrat (3) vorgesehene Ausnehmung (41) formschlüssig verrastend eingreift.
Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die an das Substrat (3) angrenzende Stirnfläche (17) des Dichtkonturelements (7) mit der Oberfläche (4) des Substrats (3) stoffschlüssig verbunden ist.
Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die an das Substrat (3) angrenzende Stirnfläche (17) des Dichtkonturelements (7) mit der Oberfläche (4) des Substrats (3) verlötet ist.
Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Dichtkonturelement (7) mehrere von der radial nach innen gerichteten Mantelfläche (13) radial nach innen ragende Zentrierrippen (23) aufweist, welche dazu ausgestaltet sind, um das elektronische Bauelement (5) in Radialrichtung zentral innerhalb des Dichtkonturelements (7) zu positionieren.
Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls (1), umfassend: Bereitstellen eines flächigen Substrats (3), Bereitstellen eines elektronischen Bauelements (5), Bereitstellen eines Dichtkonturelement (7), welches eine ringförmige Gestalt mit einer nach radial innen gerichteten Mantelfläche (13) und einer nach radial außen gerichteten Mantelfläche (15) und zwei einander entgegengesetzten Stirnflächen (17, 19) aufweist, Anordnen des elektronischen Bauelements (5) und des Dichtkonturelements (7) derart, dass das Dichtkonturelement (7) mit einer seiner Stirnflächen (17, 19) an die Oberfläche (4) des Substrats (3) angrenzt und das Dichtkonturelement (7) mit seiner nach radial innen gerichteten Mantelfläche (13) einen an das Substrat (3) angrenzenden Teilbereich (27) des elektronischen Bauelements (5) seitlich umgibt und das elektronische Bauelement (5) in einem dem Substrat (3) entfernt gelegenen Teilbereich (29) nicht von dem Dichtkonturelement (7) vollständig umgeben ist, Füllen eines Zwischenraums (31) zwischen dem Dichtkonturelement (7) und dem Bauelement (5) zumindest in dem an das Substrat (3) angrenzenden Teilbereich (27) mit einer Vergussmasse (25).
Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: Verlöten von Anschlüssen (9) des elektronischen Bauelements (5) mit Leiterstrukturen (12) an dem Substrat (3) vor dem Füllen des Zwischenraums (31) mit Vergussmasse (25).
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Dichtkonturelement (7) an einem an das Substrat (3) seitlich angrenzenden Teilbereich (27) einen radial nach innen ragenden Vorsprung (21) aufweist, und wobei das elektronische Bauelement (5) beim Anordnen an das Substrat (3) mit einer zu dem Substrat (3) gerichteten Stirnfläche (35) an dem Vorsprung (21) des Dichtkonturelements (7) anliegt und über diesen das Dichtkonturelement (7) an die Oberfläche (4) des Substrats (3) anpresst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Dichtkonturelement (7) an seiner zu dem Substrat (3) gerichteten Stirnfläche (17) ein in Axialrichtung abragendes Eingriffselement (39) aufweist, und wobei das Dichtkonturelement (7) beim Anordnen an die Oberfläche (4) des Substrats (3) mit seinem Eingriffselement (39) in eine Ausnehmung (41) in der Oberfläche (4) des Substrats (3) eingreifend eingeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Dichtkonturelement (7) an seiner an das Substrat (3) angrenzenden Stirnfläche (17) mit der Oberfläche (4) des Substrats (3) stoffschlüssig verbunden wird.