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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul für ein Getriebesteuergerät. Die Erfindung betrifft ferner ein Getriebesteuergerät mit einem solchen Elektronikmodul sowie ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls.
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Stand der Technik
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Elektronikmodule werden für verschiedene technische Einsatzzwecke z.B. zum elektrischen Steuern von Prozessen eingesetzt. Ein Elektronikmodul verfügt dabei im Allgemeinen über elektrische bzw. elektronische Baukomponenten wie beispielsweise ICs (Integrated Circuits – integrierte Schaltungen), Widerstände, Kondensatoren etc.
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Im Fahrzeugbau werden Elektronikmodule unter anderem als Getriebesteuergeräte eingesetzt, um Funktionen eines Getriebes zu steuern. Dabei wird ein Elektronikmodul bevorzugt im Inneren eines Getriebes montiert. Dort kann das Elektronikmodul mit aggressiven Medien, insbesondere mit heißem Getriebeöl, in Kontakt kommen. Da sowohl die elektrischen bzw. elektronischen Baukomponenten als auch diese verbindende metallische Leiterbahnen von solchen Medien angegriffen werden können, müssen diese in geeigneter Weise vor einem Kontakt mit solchen Medien geschützt werden.
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Es wurden Elektronikmodule entwickelt, bei denen Baukomponenten mithilfe eines sie überdeckenden Kunststoffdeckels geschützt werden sollten. Um die Baukomponenten elektrisch nach außen hin kontaktieren zu können, wurden zwischen dem Kunststoffdeckel und einer die Baukomponenten tragenden Trägerplatte eine flexible Leiterfolie (teilweise auch als Flexfolie bezeichnet) angeordnet. Eine solche flexible Leiterfolie weist elektrisch leitfähige Leiterbahnen, meist metallische Leiterbahnen, auf, welche zwischen zwei dünnen Kunststofffolien, meist aus Polyimid bestehend, aufgenommen sind. Der Kunststoffdeckel wurde dann an der Trägerplatte mechanisch fixiert, beispielsweise angeschraubt oder angenietet. Um eine Dichtigkeit gewährleisten zu können, wurde zwischen dem Kunststoffdeckel und der zwischen ihm und der Trägerplatte hindurchgeführten flexiblen Leiterfolie eine umlaufende Dichtung, beispielsweise in Form eines Dichtrings, angeordnet.
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Allerdings wurde beobachtet, dass derart aufgebaute Elektronikmodule teilweise nicht langfristig einen zuverlässigen Schutz für die unter dem Kunststoffdeckel aufgenommenen Baukomponenten bewirken können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein Elektronikmodul bereitzustellen, bei dem Baukomponenten zuverlässig und langfristig gegen einen Angriff aggressiver Medien geschützt sind. Ferner kann ein solches Elektronikmodul verhältnismäßig einfach und/oder kostengünstig gefertigt werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektronikmodul für ein Getriebesteuergerät vorgeschlagen, welches eine Trägerplatte, eine auf der Trägerplatte angeordnete Elektronikeinheit und einen Deckel aufweist. Die Trägerplatte und der Deckel umgeben dabei gemeinsam einen Innenraum, in dem die Elektronikeinheit aufgenommen ist. Das Elektronikmodul zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen einem den Innenraum ringförmig umgebenden Rand des Deckels und einem diesem Rand gegenüberliegenden ringförmigen Bereich einer Oberfläche der Trägerplatte eine ringförmige Leiterplattenfolie zwischengelagert ist. Die Leiterplattenfolie weist eine Trägerfolie und auf der Trägerfolie angeordnete Leiterbahnen auf. Die Leiterbahnen der Leiterplattenfolie sind mit elektrischen Anschlüssen der Elektronikeinheit verbunden. Der Rand des Deckels ist mit der Leiterplattenfolie mittels einer Vergussmasse verklebt.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Getriebesteuergerät, welches ein Elektronikmodul gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung aufweist.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls, welches folgende Schritte aufweist: eine Trägerplatte, eine Elektronikeinheit, ein Deckel und eine ringförmige Leiterplattenfolie werden bereitgestellt. Die Leiterplattenfolie weist dabei eine Trägerfolie und auf der Trägerfolie angeordnete Leiterbahnen auf. Die Leiterplattenfolie wird an der Trägerplatte befestigt. Die auf der Trägerfolie angeordneten Leiterbahnen werden mit elektrischen Anschlüssen der Elektronikeinheit verbunden. Der Deckel wird entlang eines einen Innenraum ringförmig umgebenden Randes des Deckels auf die ringförmige Leiterplattenfolie mittels einer Vergussmasse aufgeklebt. Die angegebenen Verfahrensschritte können, müssen aber nicht zwingend, in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Außerdem können ergänzende Verfahrensschritte vor-, zwischen- oder nachgelagert durchgeführt werden.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Wie eingangs angemerkt, konnten bei herkömmlichen Elektronikmodulen, bei denen ein Kunststoffdeckel darunterliegende Baukomponenten schützen sollte und dieser mittels eines Dichtrings in Bezug auf eine Trägerplatte abgedichtet wurde, nicht in allen Fällen ein ausreichender Schutz der eingeschlossenen Baukomponenten sichergestellt werden. Zwar hatte das Durchführen einer flexiblen Leiterfolie zwischen dem Kunststoffdeckel und der Trägerplatte Vorteile fertigungstechnischer und/oder wirtschaftlicher Art. Ein langfristig zuverlässiges Abdichten des Kunststoffdeckels mittels eines zwischengelagerten Dichtrings hat sich jedoch als schwierig erwiesen.
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Es wird daher vorgeschlagen, die Dichtung zwischen einem zu schützende Baukomponenten einer Elektronikeinheit überdeckenden Deckel und einer die Elektronikeinheit tragenden Trägerplatte mithilfe einer klebenden Vergussmasse zu bewirken.
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Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass sich herkömmliche flexible Leiterfolien typischerweise nicht mit gängigen Vergussmassen verkleben lassen. Dies kann unter anderem dadurch begründet sein, dass beispielsweise auf Epoxidharz basierende Vergussmassen mit den Polyimidfolien der flexiblen Leiterfolie keine klebende bzw. dauerhaft dichte Verbindung eingehen können.
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Es wird daher vorgeschlagen, zumindest in dem Bereich, in dem ein ringförmiger Rand des Deckels der Trägerplatte gegenüberliegt, statt der herkömmlich dort durchgeführten flexiblen Leiterfolie lokal eine andere mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen versehene Struktur vorzusehen, welche hierin als Leiterplattenfolie bezeichnet wird. Die Leiterplattenfolie weist dabei eine Trägerfolie sowie auf dieser Trägerfolie angeordnete Leiterbahnen auf. Die Leiterplattenfolie entspricht dabei von ihrem Aufbau her einer herkömmlichen Leiterplatte, ist aber aus Bauraumgründen typischerweise dünner als eine herkömmliche Leiterplatte. Beispielsweise kann die Leiterplattenfolie eine Dicke im Bereich von zwischen 10μm und 1mm, vorzugsweise zwischen 25μm und 0,4mm, aufweisen. Auf der Trägerfolie aufgebrachte Leiterbahnen können beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Kupfer, bestehen. Solche Leiterbahnen können typischerweise Dicken im Bereich von 10μm bis 0,5mm, vorzugsweise im Bereich von 18 bis 400 μm, aufweisen. Zumindest die Trägerfolie, vorzugsweise aber auch die darauf aufgebrachten Leiterbahnen, sind mit einem Material ausgebildet, welches sich gut mit gängigen Vergussmassen verkleben lässt. Somit kann der ringförmige Rand des Deckels mit der ebenfalls ringförmigen und in ihrer Geometrie auf den Rand des Deckels abgestimmten Leiterplattenfolie mittels einer zwischen dem Rand des Deckels und der Leiterplattenfolie eingebrachten Vergussmasse zuverlässig und hermetisch dicht verklebt werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die ringförmige Leiterplattenfolie nicht zwingend einstückig zu sein braucht. Eine Ringform kann auch gegebenenfalls durch Aneinanderfügen mehrere Leiterplattenfolien-Teile, beispielsweise zweier L-förmiger Leiterplattenfolien-Teile, erreicht werden. Stoßflächen, an denen diese Leiterplattenfolien-Teile aneinander grenzen, können gegebenenfalls mithilfe der Vergussmasse miteinander verklebt und zusätzlich abgedichtet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Trägerfolie der Leiterplattenfolie dabei mit sogenanntem FR4-Material ausgebildet.
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FR4-Material ist ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe und wird typischerweise für in der Elektronik verwendete Leiterplatten eingesetzt. Mit aus der Leiterplattenelektronik bekannten Prozessen kann auf einer Oberfläche einer FR4-Folie oder einer dünnen Platte aus FR4-Material eine dünne Schicht aus Metall, insbesondere Kupfer, aufgebracht werden und anschließend derart strukturiert werden, dass sich mehrere Leiterbahnen bilden. FR4-Material lässt sich sehr gut mit in der Elektronikfertigung gängigen Vergussmassen verkleben.
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Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform die Vergussmasse mit Epoxidharz, Polyurethan (PU) oder Acrylat ausgebildet sein.
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Epoxidharz-basierte Vergussmassen haben sich als sehr gut geeignet zum hermetisch dichten und langfristig stabilen Verkleben von Leiterplattenfolien, insbesondere wenn diese aus FR4-Material bestehen, erwiesen. Die Epoxidharz-basierte Vergussmasse kann dabei besonders resistent z.B. gegenüber Getriebe- oder Hydrauliköl sein. Dabei kann vorteilhaft sein, dass Epoxidharz einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE – Coefficient of Thermal Expansion) aufweist wie die für die Leiterplattenfolie verwendeten Materialien, insbesondere das bevorzugte FR4-Material und die darauf aufgebrachten Leiterbahnen.
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Als alternative Vergussmassen können Klebstoffe aus PU oder Acrylat eingesetzt werden, insbesondere wenn keine besonders gute Widerstandsfähigkeit gegenüber bestimmten aggressiven Medium wie Getriebeöl erforderlich ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Elektronikmodul ferner mindestens eine Weiterkontaktierung auf, vorzugsweise eine flexible Leiterfolie, welche außerhalb des Deckels angeordnet ist. Leiterbahnen der Leiterplattenfolie sind dabei mit Leiterbahnen der wenigstens einen Weiterkontaktierung, insbesondere der flexiblen Leiterfolie, elektrisch verbunden. Die Weiterkontaktierung kann z. B. auch ein Flachbandkabel sein.
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Mit anderen Worten kann die Leiterplattenfolie bevorzugt dazu dienen, mittels ihrer Leiterbahnen eine elektrische Verbindung zwischen der in dem von dem Deckel überdeckten Innenraum aufgenommenen Elektronikeinheit und einer außen liegenden Umgebung zu ermöglichen. Die Leiterplattenfolie ist dabei zwischen dem Deckel und der Trägerplatte durchgeführt. Außerhalb des Deckels kann es vorteilhaft sein, eine weiterführende elektrische Anbindung mittels herkömmlich verwendeter flexibler Leiterfolien zu bewirken. Leiterbahnen dieser flexiblen Leiterfolie können mit Leiterbahnen der Leiterplattenfolie elektrisch verbunden werden, beispielsweise durch lokales Verlöten, Verschweißen oder andere Techniken. Die flexiblen Leiterfolien können beispielsweise hin zu außerhalb des Deckels angeordneten Sensoren oder elektrischen Anschlüssen geführt werden. Die flexiblen Leiterfolien unterscheiden sich von der Leiterplattenfolie insbesondere hinsichtlich des für eine Trägerfolie bzw. zweier Leiterbahnen umschließender Trägerfolien verwendeten Materials. Während bei der Leiterplattenfolie hierfür bevorzugt FR4-Material eingesetzt wird, bestehen Trägerfolien der flexiblen Leiterfolien meist aus Polyimid.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Elektronikmodul außerhalb des Deckels mehrere räumlich voneinander separierte flexible Leiterfolien auf.
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Mit anderen Worten kann eine einzelne ringförmige Leiterplattenfolie mit ihren verschiedenen Leiterbahnen zwar für die Durchführung elektrischer Anschlüsse von der Elektronikeinheit kommend nach außen aus dem vom Deckel umschlossenen Innenraum heraus sorgen. Dort können dann jedoch mehrere separate flexible Leiterfolien dazu eingesetzt werden, die elektrischen Verbindungen weiterzuführen. Jede einzelne der flexiblen Leiterfolien kann dabei verhältnismäßig schmal sein und beispielsweise nur eine einzige oder wenige Leiterbahnen aufweisen. Die verhältnismäßig kostenintensiven flexiblen Leiterfolien können somit sparsam eingesetzt werden. Insbesondere kann bei deren Fertigung ein anfallender Verschnitt gering gehalten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform überdeckt die Vergussmasse vorzugsweise einen Bereich, in dem eine flexible Leiterfolie seitlich an die Leiterplattenfolie grenzt.
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Mit anderen Worten sollte die Vergussmasse vorteilhafterweise ausreichend großflächig aufgetragen werden, so dass sie nicht lediglich den Deckel mit der direkt darunterliegenden Leiterplattenfolie verklebt, sondern auch noch seitlich weiter nach außen reicht und dort einen Übergang, an dem die sich an die Leiterplattenfolie anschließende flexible Leiterfolie befindet, ebenfalls überdeckt und dort abdichtend wirken kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Trägerplatte angrenzend an den von dem Deckel überdeckten Innenraum eine Nut auf und die Vergussmasse reicht bis in diese Nut.
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Mit anderen Worten kann an der Trägerplatte vorzugsweise in einem Bereich zwischen der Elektronikeinheit und dem Rand des Deckels eine Vertiefung ausgebildet sein, die eine Nut bildet. Die Vergussmasse wird in diesem Fall derart großflächig aufgetragen, dass sie nicht nur in dem Bereich direkt zwischen dem Rand des Deckels und der darunterliegenden Trägerplatte zwischengelagert ist, sondern auch seitlich weiter nach innen bis hin zu der Nut reicht und sich in die Nut hinein erstreckt. In diesem Fall überdeckt die Vergussmasse auch einen Rand der Leiterplattenfolie und kann somit für eine weiter verbesserte Abdichtung sorgen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Leiterbahnen der Leiterplattenfolie mit den elektrischen Anschlüssen der Elektronikeinheit jeweils über Bondverbindungen verbunden. Bondverbindungen sind in der Elektronikfertigung standardmäßig verwendbar und haben sich als gut geeignet zum Anbinden der Elektronikeinheit an die Leiterplattenfolie erwiesen. Eine Bondverbindung wird dabei mithilfe eines kleinen Drahtes oder Bändchens bewirkt, dessen eines Ende an einen elektrischen Anschluss der Elektronikeinheit und dessen anderes Ende an einen freiliegenden Bereich einer Leiterbahn der Leiterplattenfolie angebondet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform besteht der Deckel aus Metall, insbesondere aus Stahl. Dabei wird vorteilhaft genutzt, dass Metall, insbesondere Stahl, einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE (Stahl) = 11 bis 20 ppm/K) wie übliche Leiterplatten, FR4-Material und beispielsweise Epoxidharz-basierte Vergussmasse (CTE üblicherweise im Bereich von 15 bis 20 ppm/K) aufweist. Dementsprechend kommt es bei der Verwendung der genannten Materialien für den Deckel einerseits und die Leiterplattenfolie und die Vergussmasse andererseits auch bei starken Temperaturschwankungen zu keinen übermäßigen thermisch bedingten mechanischen Spannungen.
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Im Gegensatz hierzu kann es bei einer herkömmlicherweise für Elektronikmodule vorgesehenen Verwendung von Deckeln aus Polyamid (CTE (PA66) = 66 ppm/K) und/oder einer zwischen Deckel und Trägerplatte durchgeführten flexiblen Leiterfolie aus Polyimid (CTE = 80 ppm/K) bei Temperaturschwankungen zu erheblichen Scherkräften kommen, die die an der Dichtung beteiligten Bauteile und/oder Kleber stark belasten können, was letztendlich zu einem Versagen der Dichtung führen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Leiterbahnen der Leiterplattenfolie auf der Trägerfolie mit einem Rastermaß von weniger als 3,6mm, vorzugsweise weniger als 2,6mm oder sogar weniger als 1,3mm, angeordnet. Unter dem Rastermaß kann in diesem Fall ein Abstand zwischen Mittellinien benachbarter Leiterbahnen verstanden werden
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Dabei kann vorteilhaft genutzt werden, dass die Leiterbahnen der Leiterplattenfolie mit für die Leiterplattenfertigung üblichen Prozessen wie beispielsweise Fotolithographie ausgebildet und dabei verhältnismäßig schmal und eng voneinander beabstandet gefertigt werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektronikmodulen, bei denen beispielsweise eingeglaste Pins durch ein Stahlgehäuse durchgeführt sind, um eine elektrische Verbindung zu einer in dem Stahlgehäuse aufgenommenen TCU herzustellen, können somit die für die elektrische Anbindung der TCU notwendigen Leiterbahnen mit einem sehr viel kleineren Rastermaß vorgesehen werden. Eine Flexibilität beim Layout eines Elektronikmoduls kann dadurch signifikant erhöht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Trägerplatte mehrteilig aufgebaut und weist eine die Elektronikeinheit tragende Elektronikträgerplatte und eine diese Elektronikträgerplatte ringförmig umgebende Modulträgerplatte auf.
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Die Elektronikträgerplatte und die Modulträgerplatte können sich beispielsweise hinsichtlich verwendeter Materialien und/oder Geometrien unterscheiden. Die Elektronikträgerplatte kann beispielsweise zur Entwärmung darauf angebrachter Bauteile, insbesondere der Elektronikeinheit, optimiert sein. Die Elektronikträgerplatte kann dabei kleiner oder größer als eine Projektion des über der Trägerplatte angebrachten Deckels sein. Die Elektronikträgerplatte kann mit der Modulträgerplatte lediglich lose verbunden sein oder in diese stabil integriert sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul und teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zu dessen Fertigung beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise übertragen, kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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.
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1 zeigt eine Schnittansicht durch ein herkömmliches Elektronikmodul.
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2 veranschaulicht eine flexible Leiterfolie für ein herkömmliches Elektronikmodul in verschiedenen Herstellungsstadien.
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3 zeigt eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
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4 veranschaulicht eine Leiterplattenfolie sowie flexible Leiterfolien zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul.
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5 bis 8 veranschaulichen Schnittansichten verschiedener Stadien eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 veranschaulicht in Teilschnittansicht ein Elektronikmodul gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Um Details und zugrunde liegende Konzepte erfindungsgemäßer Elektronikmodule besser zu verstehen, soll zunächst mit Bezug auf 1 und 2 ein herkömmliches Elektronikmodul 101 beschrieben werden. Das Elektronikmodul 101 weist eine zweiteilig ausgebildete Trägerplatte 103 mit einer Elektronikträgerplatte 102 und einer Modulträgerplatte 104 auf. Auf der Elektronikträgerplatte ist eine Elektronikeinheit 105 aufgebracht. Diese Elektronikeinheit 105 wird seitlich über flexible Leiterfolien 109 elektrisch kontaktiert, deren Leiterbahnen 111 (siehe 2) jeweils über Bondverbindungen 113 mit Anschlüssen 115 der Elektronikeinheit 105 verbunden sind. An entgegengesetzten Enden kontaktieren die Leiterbahnen 111 der flexiblen Leiterfolien 109 elektrische Anschlüsse 108 oder Sensoren 110.
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Um die Elektronikeinheit 105 zu schützen, wird ein Kunststoffdeckel 118 darüber montiert. Ränder 120 bzw. Flanken dieses Kunststoffdeckels 118 werden mithilfe eines Dichtrings 122 gegenüber der zwischen dem Kunststoffdeckel 118 und der Trägerplatte 103 durchgeführten flexiblen Leiterfolie 109 abgedichtet.
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Damit der Dichtring 122 ausreichend dichten kann, muss die flexible Leiterfolie 109 dem Rand 120 des Kunststoffdeckels 108 entlang dessen gesamten Verlaufs gegenüberliegen. Dementsprechend sollte die flexible Leiterfolie 109, wie in 2(a) in Draufsicht dargestellt, einen entsprechenden ringförmigen Bereich aufweisen.
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Zur Fertigung des Elektronikmoduls wird daher bisher meist aus einer großflächigen flexiblen Leiterfolie eine entsprechende Kontur ausgeschnitten, wie dies in den 2(b) und 2(c) dargestellt ist. Allerdings ergibt sich hierbei ein erheblicher Verschnitt, was unter anderem die Herstellungskosten für das Elektronikmodul erhöht.
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Außerdem wurde beobachtet, dass der herkömmlich verwendete Dichtring 122 in manchen Fällen nicht langfristig zu einer zuverlässigen Abdichtung des von dem Kunststoffdeckel 118 überdeckten Innenraums 123 führen kann.
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In 3 ist ein Elektronikmodul 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Trägerplatte 3 ist wiederum zweiteilig ausgebildet mit Elektronikträgerplatte 2 und Modulträgerplatte 4. Auf die Elektronikträgerplatte 2 ist eine Elektronikeinheit 5 aufgeklebt. Ein Deckel 19 aus Stahl überdeckt einen Innenraum 23, in dem die Elektronikeinheit 5 aufgenommen ist.
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Zwischen einem ringförmig umlaufenden Rand 20 des Deckels 19 und der Trägerplatte 3 ist eine ebenfalls ringförmige Leiterplattenfolie 7 angeordnet.
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Diese Leiterplattenfolie 7 weist eine Trägerfolie 25 aus FR4-Material sowie auf dieser Trägerfolie 25 angeordnete und im Wesentlichen radial nach außen verlaufende Leiterbahnen 26 auf. Die Leiterbahnen 26 sind wiederum über Bondverbindungen 13 mit Anschlüssen 15 der Elektronikeinheit 5 elektrisch verbunden. Außerhalb des Deckels 19 können Leiterbahnen 26 der Leiterplattenfolie 7 mit dort vorgesehenen verhältnismäßig kleinflächigen flexiblen Leiterfolien 9 bzw. deren Leiterbahnen 11 verbunden sein, um letztendlich einen elektrischen Kontakt zu Steckern 8 oder Sensoren 10 herstellen zu können.
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Um den Deckel 19 einerseits indirekt an der Trägerplatte 3 zu befestigen und gleichzeitig für eine hermetische Abdichtung des von dem Deckel umschlossenen Innenraums 23 zu sorgen, ist oberhalb der Leiterplattenfolie 7 ein ringförmiger Bereich mit einer Vergussmasse 27 versehen. Diese Vergussmasse 27 ist vorzugsweise aus Epoxidharz ausgebildet. Die Vergussmasse 27 kann auch als eine Art Lack vorgesehen sein. Diese Vergussmasse 27 verklebt eine nach unten gerichtete Oberfläche des Randes 20 des Deckels 19 mit der Leiterplattenfolie 7. Da die vorzugsweise aus FR4-Material bestehende Trägerfolie 25 der Leiterplattenfolie 7 sehr gut an der vorzugsweise Epoxidharz-basierten Vergussmasse 27 haftet und diese Vergussmasse 27 wiederum sehr gut an dem stählernen Deckel 19 haftet, kann insgesamt eine sehr gute Abdichtung des Innenraums 23 erzielt werden. Auch die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien aller dieser Komponenten sind gut auf einander abgestimmt, sodass die Abdichtung auch starke Temperaturschwankungen schadlos übersteht.
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Wie in den 4(a) bis (d) zu erkennen, kann dabei ein dem ringförmig umlaufenden Rand 20 des Deckels 19 gegenüberliegender Bereich von der ringförmig ausgebildeten Leiterplattenfolie 7 gebildet werden. Von dieser radial nach außen gehend, können mehrere längliche schmale flexible Leiterfolien 9 hin zu den Steckern 8 und Sensoren 10 führen. Leiterbahnen 11 der flexiblen Leiterfolie 9 können dabei Leiterbahnen 26 der Leiterplattenfolie 7 kontaktieren, beispielsweise indem diese lokal miteinander verlötet oder verschweißt werden. Flächenmäßig wird dabei wesentlich weniger flexible Leiterfolie 9 benötigt, als dies bei herkömmlichen Elektronikmodulen (siehe 2) nötig war, da Schnittkonturen für die schmalen Leiterfolien 9 derart optimiert werden können, dass ein Verschnitt verhältnismäßig gering ist.
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Die ringförmige Leiterfolie kann auch aus mehr als einem Teil bestehen, z. B. aus 2 L-förmigen Leiterfolien, deren Stoßstelle vorzugsweise mit der Vergussmasse 27 aufgefüllt wird, was eine Dichtigkeit wie bei einer ununterbrochenen umlaufenden Leiterfolie ergeben kann.
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Mit Bezug auf die 5 bis 8 werden nachfolgend verschiedene Stadien eines Verfahrens zum Fertigen eines Elektronikmoduls 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Zunächst wird eine flexible Leiterfolie 9 mit einer Leiterplattenfolie 7 verbunden. Dazu werden lokal freigelegte Leiterbahnen 11 der flexiblen Leiterfolie 9, welche ansonsten zwischen zwei Polyimidfolien 12 aufgenommen sind, mit zugehörigen Leiterbahnen 26 der Leiterplattenfolie 7, welche auf einer Trägerfolie 25 aufgebracht sind, elektrisch verbunden, beispielsweise durch Bügellöten. Eventuell kann auf der die Leiterbahnen 26 bildenden Kupferschicht ein Lötstopplack als Schutzschicht vorgesehen sein (siehe 5).
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Nachfolgend wird die derart gebildete Struktur beispielsweise mithilfe eines Klebstoffs 31 oder eines Klebebandes, welche mithilfe von Epoxidharzkleber ausgebildet sein können, auf die Trägerplatte 3 bzw. deren Elektronikträgerplatte 2 aufgeklebt (siehe 6).
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Auf die Elektronikträgerplatte 2 wird ebenfalls die Elektronikeinheit 5 aufgeklebt, beispielsweise mithilfe von Wärmeleitkleber. Dann werden die Leiterbahnen 26 der Leiterplattenfolie 7 mit Anschlüssen 15 der Elektronikeinheit 5 durch Bondverbindungen 13 elektrisch verbunden (siehe 7).
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Abschließend wird die Vergussmasse 27 auf die Leiterplattenfolie 7 aufgetragen. Die Vergussmasse 27 wird dabei vorzugsweise entlang der gesamten ringförmigen Leiterplattenfolie 7 verteilt und anschließend der Deckel 19 derart aufgepresst, dass sein ringförmiger Rand 20 in die Vergussmasse 27 eintaucht. Nach einem Aushärten bzw. Vernetzen der Vergussmasse 27 kann auf diese Weise eine dauerhafte und dichte Verbindung zwischen dem Deckel 19 und der auf der Trägerplatte 3 aufgebrachten Leiterplattenfolie 7 bewirkt werden.
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Vorzugsweise bedeckt die Vergussmasse 27 auch die Verbindungsstellen zwischen der Leiterplattenfolie 7 und den radial weiter außen angeordneten flexiblen Leiterfolien 9, so dass es an diesen Übergang und insbesondere an der Verlötung der Leiterbahn 11 der Leiterfolie 9 mit den Leiterbahnen 26 der Leiterplattenfolie 7 zu einer weiteren Abdichtung kommt.
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Innerhalb des von dem Deckel 19 überdeckten Innenraums 23 kann die Vergussmasse 27 vorzugsweise auch die Kontaktstelle bedecken, an der die Bondverbindung 13 mit den Leiterbahnen 26 der Leiterplattenfolie 7 verbunden ist. Vorzugsweise reicht die Vergussmasse 27 sogar noch weiter in Richtung der Elektronikeinheit 5, bis sie die Elektronikträgerplatte 2 erreicht und dichtet dort einen Kleberand zwischen der Leiterplattenfolie 7 und der Elektronikträgerplatte 2 ab. Vorzugsweise ist in diesem Bereich eine ringförmig umlaufende Nut 33 vorgesehen, bis in die hinein die Vergussmasse 27 reichen kann. Somit kann es auch in diesem Bereich zu einer zusätzlichen Verkapselung der Leiterplattenfolie 7 und daran angreifender elektrischer Anschlüsse kommen.
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Abschließend kann eine zur Entlüftung vorgesehene Öffnung 35 in dem Deckel 19 verschlossen werden.
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Mit Bezug auf 9 wird eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls 1 beschrieben. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Leiterplattenfolie 7 auf ihrer Unterseite an eine Trägerplatte 3 geklebt und an ihrer Oberseite von einer Vergussmasse 27 bedeckt. Allerdings ist die Leiterplattenfolie 7 in einem Bereich außerhalb des Deckels 19 nicht wie bei der vorangehenden Ausführungsform mit flexiblen Leiterfolien 9 verbunden, sondern um einen Rand der Trägerplatte 3 herumgelegt und bis zur Unterseite der Trägerplatte 3 weitergeführt. Die dort nach unten freiliegenden Leiterbahnen 26 der Leiterplattenfolie 7 können dann auf eine dort vorgesehene Leiterplatte 37 oder alternativ ein Stanzgitter oder eine flexible Leiterfolie aufgebracht, beispielsweise aufgelötet oder aufgeklebt, werden. Gegebenenfalls können nicht von der Vergussmasse 27 geschützte Bereiche der Leiterplattenfolie 7 mithilfe eines lokal aufgebrachten Lötstopplacks 39 geschützt werden.
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Abschließend sollen einige mögliche Vorteile, wie sie mit Ausführungsformen des hierin beschriebenen Elektronikmoduls 1 erreichbar zu sein scheinen, genannt werden. Der Deckel 19, der die Elektronikeinheit 5 überdeckt, kann sehr effizient und langlebig an die restliche Struktur angeklebt und dabei eine hermetisch dichte und dauerhafte Verbindung erreicht werden. Eine Kostenreduzierung aufgrund des geringeren Verschnitts an flexibler Leiterfolie 9 erscheint möglich bei gleichzeitiger Beibehaltung der positiven Eigenschaften beispielsweise einer Polyimid-Leiterfolie. Gegebenenfalls kann auch im Vergleich zu herkömmlichen Elektronikmodulen eine Bauhöhenreduzierung erreicht werden. Außerdem erscheint es möglich, größere Stahlgehäuse in Form von Stahldeckeln 19 für das Elektronikmodul 1 einzusetzen, wobei aufgrund eines möglichen geringeren Rastermaßes zwischen benachbarten Leiterbahnen 26 eine höhere Anzahl von elektrischen Verbindungen möglich erscheint. Im Innenraum 23 unter dem Deckel 19 können vorzugsweise auch Bare-Die-Elektroniken verwendet werden, was sehr hohe Temperaturen und kleine Bauräume ermöglicht. Die Bare-Die-Elektronik kann dabei ohne direktes Molden implementiert werden, da Moldmassen typischerweise Füllstoffe mit Alphastrahlung enthalten, welche die Mikroelektronik ansonsten schädigen könnten. Weitere mögliche Vorteile wie beispielsweise geringe mechanische Belastungen bei Temperaturschwankungen aufgrund der gut zueinander passenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendeter Materialien sind bereits weiter oben genannt bzw. dem Fachmann offensichtlich.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1239710 B1 [0005]
- EP 1882401 B1 [0005]
