DE102018218783A1

DE102018218783A1 - Elektronische Einheit mit elektronischen Bauelementen und einer Anordnung zum Schutz derselben vor Druckbeaufschlagung

Info

Publication number: DE102018218783A1
Application number: DE102018218783.5A
Authority: DE
Inventors: Josef Loibl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-05-07
Also published as: EP3878247A1; US20220007517A1; CN112970338A; WO2020094531A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronische Einheit mit einer Leiterplatte (2) mit zumindest einem auf einer Hauptoberfläche (3, 4) der Leiterplatte (2) angeordneten elektronischen Bauelement (5, 6) und mit einem Hüllelement (7), welches das zumindest eine elektronische Bauelement (5, 6) einbettet, wobei ein Schutzelement (8) vorhanden ist, welches an einer der Leiterplatte (2) abgewandten Seite des elektronischen Bauelement (5, 6) direkt an dem elektronischen Bauelement (5, 6) anliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Einheit mit mit elektronischen Bauelementen und einer Anordnung zum Schutz derselben vor Druckbeaufschlagung gemäß dem Hauptanspruch.
In aktuellen Serienanwendungen für mechatronische Steuergeräte werden eine gekapselte Elektronik (z.B. ein Metallgehäuse mit Glasdurchführungen) und eine Verteilung von Signalen und Strömen über Stanzgitter, Litzen oder Flex-Leiterplatten eingesetzt. Elektronische Steuergeräte unterliegen dauerhaft dem Trend, bei gleichbleibendem oder steigendem Funktionsumfang im Preis immer günstiger zu werden. Dies erfordert eine Weiterentwicklung bestehender Lösungen oder den Einsatz neuartiger Konzepte. Dabei ist insbesondere die Verbindungstechnik zwischen einzelnen Komponenten von erhöhtem Interesse, da mit zunehmender Miniaturisierung der elektronischen Komponenten auch die Anfälligkeit gegenüber Schmutz und Vibrationen zunimmt. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik, in dem elektronische Komponenten mit einer hohen Zuverlässigkeit auch unter widrigsten Einsatzbedingungen fehlerfrei funktionieren müssen.
Aus der DE 10 2013 215 368 ist eine elektronische Einheit mit einer Leiterplatte und mehreren auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelementen bekannt. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist die elektronische Einheit zumindest im Bereich der elektronischen Bauelementen mit einem Hüllelement, z.B. einem Duroplast gekapselt. Nachteilig hierbei ist, dass durch den Umspritzprozeß hohe Drucke auf die elektronischen Bauelemente ausgeübt werden, wodurch diese beschädigt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Einheit anzugeben, bei der eine Beschädigung der elektronischen Bauelementen während des Umspritzprozesses vermieden wird.
Dieser Aufgabe wird mit dem Gegenstand des geltenden Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es wird eine Elektronische Einheit vorgeschlagen mit einer Leiterplatte, zumindest einem auf einer Hauptoberfläche der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelement und mit einem Hüllelement, welches das zumindest eine elektronische Bauelement einbettet. Gemäß der Erfinudng ist ein Schutzelement vorhanden, welches an einer der Leiterplatte abgewandten Seite des elektronischen Bauelements direkt an dem elektronischen Bauelement anliegt.
Unter einem Schutzelement ist im Weiteren ein Element zu verstehen, welches zumindest eine von der Leiterplatte abgewandte Seite eines elektronischen Bauelements vor mechanischen Einwirkungen schützt. Unter einer abgewandten Seite eines elektronischen Bauelements ist im Weiteren eine Seite des elektronischen Bauelements zu verstehen, welche nicht einer Hauptoberfläche der Leiterplatte gegenüberliegt. Insbesondere ist unter einem Schutzelement ein formstabiles Element zu verstehen, welches sich bei Druckausübung auf eine seiner Oberflächen nicht durchbiegen, d.h. verformen lässt. Durch ein solches Schutzelement ist gewährleistet, dass das Hüllelement keinen Druck auf das elektronische Bauelement ausüben kann. Etwaiger Druck, welcher von dem Hüllelement in Richtung des elektronischen Bauelements ausgeübt wird, wird somit von dem Schutzelement aufgenommen und kompensiert.
Als elektronischen Bauelement werden im Weiteren diejenigen Bauelemente verstanden, welche in einem mechatronischen Steuergerät, insbesondere einem Getriebesteuergerät zum Einsatz kommen. Insbesondere werden unter elektronischen Bauelemente solche Bauelemente verstanden, bei welchen ein odere mehrere Bestandteile des Bauelements mittels eines Gehäuses gekapselt sind. Ein Beispiel für ein solches elektronisches Bauelement ist z.B. ein Elektrolytkondensator. Ein Elektrolytkondensator besteht aus einem Aluminiumgehäuse, in welchem ein mit Elektrolytflüssigkeit getränkter Wickel mit Isolierung zur Außenwand angeordnet ist. Durch eine Abdichtung auf der Unterseite des Bauteils sind die elektrischen Anschlüsse geführt. Der Wickel besteht im Wesentlichen aus einer Anodenfolie, einer Kathodenfolie und einem dazwischenliegenden mit einem Elektrolyten getränkten Abstandshalter.
Unter einem Hüllelement wird im Weiteren eine ausgehärtete Vergussmasse, z.B. Duroplast verstanden. Diese Vergussmasse wird mittels eines Umspritzwerkzeugs zumindest teilweise um die elektronische Einheit verbracht. Dabei wird die Vergussmasse mit hohen Drucken, bis zu 50 bar, zumindest teilweise um die elektronische Einheit verbracht. Dabei umgibt die Vergussmasse die elektronischen Bauelemente und/oder Leiterplatte der elektronischen Einheit. Nach Aushärten der Vergussmasse wird das Hüllelement gebildet.
In einer Ausführungsform kann das Schutzelement kappenförmig ausgebildet sein und an mehreren Seiten des elektronischen Bauelements anliegen. Dadurch ist gewährleistet, dass das Schutzelement den auf das elektronische Bauelement einwirkenden Druck optimal aufnehmen kann. Ferner wird sichergestellt, dass keine Seite des elektronischen Bauelements mit Druck beaufschlagt wird, wodurch es möglicherweise zu Beschädigungen des elektronischen Bauelements kommen kann. Insbesondere bei einem Umspritzprozess wird dabei verhindert, dass durch das Aufbringen der Vergussmasse auf die Leiterplatte und auf die elektronischen Bauelemente unter hohen Drucken die elektronische Bauelemente beschädigt werden.
In einer weiteren Ausbildung kann das Schutzelement plattenförmig ausgebildet sein und an der Oberseite des elektronischen Bauelements anliegen. Zweckmäßig ist das Schutzelement hierbei als Plätttchen ausgebildet, welches die entsprechende Oberseite des Bauelements optimal abdeckt. Dadurch wird etwaiger beim Umspritzprozeß entstehender Druck auf die Oberseite des Bauelements von dem Plättchen optimal aufgenommen und eine Beschädigung des Bauelements verhindert. Das Plättchen kann hierbei aus Metall oder aus Kunststoff gebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Schutzelement aus einem ausgehärtetem Klebermaterial gebildet sein. Mittels des Klebermaterials ist es möglich, die Oberfläche des elektronischen Bauelements direkt zu benetzen und zu versteifen. Zweckmäßig wird das Klebermaterial flächig auf die Oberfläche des elektronischen Bauelements aufgebracht und/oder verteilt. Die Aushärtung des Klebermaterials kann hierbei mittels Temperatur und UV-Licht erfolgen.
Es ist aber auch möglich, dass das Schutzelement aus Metall oder Kunststoff gebildet ist, wobei das Schutzelement auf das elektronische Bauelement geklebt sein kann. Das Schutzelement kann hierbei derart ausgebildet sein, dass es ein oder mehrere Seiten des elektronsichen Bauelements vor einem äußeren Druckeinfluss schützt. Das Schutzelement kann dabei ein- oder mehrstückig ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zwischen der Leiterplatte und der der Leiterplatte zugewandten Seite des elektronischen Bauelements ein Füllmaterial angeordnet sein. Dadurch ist eine mechanische Anbindung und Abdichtung der Unterseite, d.h. der der Leiterplatte zugewandten Seite des elektronischen Bauelements zur Leiterplatte möglich. Als Füllmaterial kann dabei dasselbe Klebermaterial, insbesondere Epoxd-Material, verwendet werden, welches auch als Schutzelement für ein elektronisches Bauelement verwendet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Getriebesteuerung für Kraftfahrzeuge mit einer elektronischen Einheit.
Die Erfindung wird im weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit in einer ersten Ausführungsform in Schnittdarstellung,
2 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit in einer weiteren Ausführungsform in Schnittdarstellung.
3 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit in einer weiteren Ausführungsform in Schnittdarstellung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit 1 in einer ersten Ausführungsform. Die elektronische Einheit 1 umfasst dabei eine Leiterplatte 2 sowie ein auf der Leiterplatte 2 angeordnetes elektronisches Bauelement 5. Die Leiterplatte 2 weist eine Oberseite 3 und eine Unterseite 4 auf. Beispielhaft ist auf der Oberseite 3 der Leiterplatte 2 ein elektronisches Bauelement 5 angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass auf der Unterseite 4 weitere elektronische Bauelemente (nicht dargestellt) angeordnet sein können. Die elektronische Einheit 1 weist ferner ein Hüllelement 7 auf. Das Hüllelement 7 umschließt hierbei das elektronische Bauelement 5 auf der Oberseite 4 der Leiterplatte 2. Ferner umschließt das Hüllelement 7 auch Teilbereiche der Unter- und Oberseite 3,4 der Leiterplatte 2. Dadurch ist es z.B. möglich Leiterbahnen (nicht dargestellt) die auf der Ober- oder Unterseite 3,4 der Leiterplatte 2 vor Umwelteinflüssen zu schützen.
Das Hüllelement 7 wird mittels eines Umspritzprozesses auf die Leiterplatte 2 bzw. um das elektronische Bauelement 5 aufgebracht. Bei diesem Umspritzprozess wird in einem Umspritzwerkzeug das Umspritzmaterial mit hohen Drucken auf die Leiterplatte 2 und/oder Bauelemente 5 aufgebracht. Wie bereits erläutert, kann es bei diesem Prozess ohne Anwedung der Erfindung zu Beschädigungen des elektronischen Bauelements 5 kommen.
Das elektronische Bauelement 5 weist auf der Unterseite 5b elektrische Anschlüsse (nicht dargestellt) auf, mit welchen es auf der Leiterplatte 2 befestigt ist. Auf der Oberseite 5a des elektronischen Bauelements 5 ist ein Schutzelement 8 aufgebracht. Das Schutzelement 8 ist hierbei beispielhaft als Klebermaterial, z.B. Epoxyd-Material ausgebildet. Das Schutzelement 8 ist auf der Oberseite 5a des Bauelements 5 befestigt. Dadurch wird während des Umspritzprozesses eine hohe Druckeinwirkung des Umspritzmaterials auf die Oberseite 5a des Bauelements 5 vermieden und eine Beschädigung des elektronischen Bauelements verhindert. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass weitere Schutzelement 8 an einer oder mehreren weiteren Seiten des Bauelements 5 angebracht sind.
Zwischen der Unterseite 5b des elektronischen Bauelements 5 und der Oberseite 3 der Leiterplatte 2 ist ein Füllmaterial 9 eingebracht. Dieses Füllmaterial 9, z.B. Epoxyd-Material dient dabei der Abdichtung und Fixierung der elektrischen Anschlüsse (nicht dargestellt) des Bauelements 5 auf der Leiterplatte 2.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit 1 in einer weiteren Ausführungsform. Diese weitere Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform. Die weitere Ausführungsform unterscheidet sich dabei insbesondere in der Ausführung des Schutzelements 8. Das Schutzelement 8 ist kappenförmig ausgebildet und überdeckt dabei einerseits die Oberseite 5a des Bauelements 5 als auch die Seitenflächen des Bauelements 5. Insbesondere ist das Schutzelement 8 formstabil, so dass es sich bei Druckausübung während des Umspritzprozesses nicht verformt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Einheit 1 in einer weiteren Ausführungsform. Diese weitere Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform. Die weitere Ausführungsform unterscheidet sich dabei insbesondere in der Ausführung des Schutzelements 8. Das Schutzelement 8 ist plattenförmig ausgebildet und überdeckt die Oberseite 5a des elektronischen Bauelements 5. Das Schutzelement 8 kann dabei mit der Oberseite 5a des Bauelements 5 verklebt sein.
Bezugszeichenliste

1: elektronische Einheit
2: Leiterplatte
3: Oberseite der Leiterplatte
4: Unterseite der Leiterplatte
5: elektronisches Bauelement
5a: Oberseite des elektronischen Bauelements
5b: Unterseite des elektronischen Bauelements
7: Hüllelement
8: Schutzelement
9: Füllmaterial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013215368 [0003]

Claims

Elektronische Einheit mit einer Leiterplatte (2) mit zumindest einem auf einer Hauptoberfläche (3, 4) der Leiterplatte (2) angeordneten elektronischen Bauelement (5) und mit einem Hüllelement (7), welches das zumindest eine elektronische Bauelement (5) einbettet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzelement (8) vorhanden ist, welches an einer der Leiterplatte (2) abgewandten Seite des elektronischen Bauelement (5) direkt an dem elektronischen Bauelement (5) anliegt.
Elektronische Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) kappenförmig ausgebildet ist und an mehreren Seiten des elektronischen Bauelements (5) anliegt.
Elektronische Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) plattenförmig ausgebildet ist und an der Oberseite (5a) des elektronischen Bauelements (5) anliegt.
Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) aus einem ausgehärtetem Klebermaterial gebildet ist.
Elektronische Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) aus Metall oder Kunststoff gebildet ist.
Elektronische Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) mit dem elektronischen Bauelement (5) verklebt ist.
Elektronische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leiterplatte (2) und der der Leiterplatte (2) zugewandten Seite des elektronischen Bauelements (5) ein Füllmaterial (9) angeordnet ist.
Getriebesteuerung für Kraftfahrzeuge mit einer elektronischen Einheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7.