DE4218112A1 - Elektrisches geraet, insbesondere schalt- und steuergeraet fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Elektrisches geraet, insbesondere schalt- und steuergeraet fuer kraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Gerät nach der Gattung
des Hauptanspruchs. Bei derartigen aus der US-PS 48 11 165 bekannten
elektrischen Geraten ist die Leiterplatte auf eine Basisplatte auf
gebracht, die als Kühl- und Versteifungselement dient, insbesondere,
wenn die Leiterplatte als Leiterfolie ausgebildet ist. Die Leiter
platte hat dabei eine kleinere Grundfläche als die Basisplatte und
auf den freibleibenden Randbereichen der Basisplatte liegen die um
laufenden Ränder des Gehäusebodens beziehungsweise Gehäusedeckels
auf. Die Verwendung einer derartigen Basisplatte bringt erhebliche
Probleme bei der Isolierung mit sich, wenn Schaltungsbauelemente in
Drahtbauweise auf der Leiterplatte angeordnet sind. Bei Leiter
platten in Zweilagentechnik sind ebenfalls erhebliche Aufwendungen
zur Isolierung notwendig. Darüber hinaus bedeutet die Nutzung einer
derartigen Basisplatte allein schon einen nicht unerheblichen Mate
rial- und Fertigungsaufwand.
Es ist weiterhin bekannt, Leiterplatten mit einem Gehäuseboden be
ziehungsweise Gehäusedeckel zu verbinden, indem die Leiterplatte mit
Abstand zum betreffenden Gehäusebauteil an diesem befestigt ist. Da
zu verfügt das entsprechende Gehäusebauteil über Abstandshalter, auf
denen die Leiterplatte aufliegt und in denen Befestigungselemente
vorgesehen sind. Diese Abstandshalter und Befestigungselemente
können auch als zusätzliche Bauelemente verwendet werden, die mit
entsprechenden Befestigungsvorrichtungen der entsprechenden Gehäuse
bauteile Zusammenwirken. Eine derartige, quasi aufgeständerte Be
festigung an beziehungsweise auf einem Gehäusebauteil ist aufwendig
und erfordert einen nicht unerheblichen Bauteilaufwand.
Das erfindungsgemäße elektrische Gerät mit den kennzeichnenden Merk
malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei ein
fachem Aufbau ein geringer Bauteilaufwand erreicht wird und daß Iso
lierungsprobleme der Leiterplatte vermieden werden. Das erfindungs
gemäße elektrische Gerät ist aufgrund des sehr geringen Bauteilauf
wandes vor allem äußerst preisgünstig herzustellen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus
der Beschreibung und den Unteransprüchen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in Fig. 1
einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät
in vereinfachter Darstellung, in Fig. 2 einen Längsschnitt durch
das zweite Ausführungsbeispiel.
Das elektrische Schalt- oder Steuergerät hat eine Leiterplatte 10,
auf deren Oberseite 11 eine elektronische Schaltung aufgebracht ist,
von der nur einige elektronische Bauelemente 12, 14 dargestellt
sind. Diese können als herkömmliche Drahtbauelemente 12, deren An
schlußdrähte 13 durch entsprechende Lötöffnungen der Leiterplatte 10
ragen, oder als SMD-Bauelemente 14 (Surface mounted device) ausge
führt sein. Auf die Oberseite 11 der Leiterplatte 10 ist an deren
vorderer Stirnseite 15 weiterhin eine an sich bekannte Steckerleiste
16 aufgesetzt, deren Anschlußfahnen 17 mit der Leiterplatte 10 be
ziehungsweise der Schaltung verbunden sind.
Die Oberseite 11 der Leiterplatte 10 wird von einem wannenförmigen
Gehäusedeckel 18 abgedeckt, der an seiner vorderen Seitenwand 19
eine die Steckerleiste 16 umfassende Ausnehmung 20 hat. Die übrigen
Seitenwände 21 haben einen durchgehenden, kragenförmigen Rand 22,
der auf dem äußeren Bereich der Leiterplatte 10 aufliegt. Die Lei
terplatte 10 ist dazu im Bereich ihrer Außenränder frei von Schal
tungsbauteilen und Leiterbahnen.
Der durchgehende Rand 22 hat eine parallel zu den jeweiligen Seiten
wänden 21 verlaufende, abgewinkelte Kante 23, die die Stirnseiten
der Leiterplatte 10 umfaßt. Diese abgewinkelte Kante 23 schließt an
ihrer Unterseite 24 bündig mit der Unterseite 25 der Leiterplatte 10
ab, so daß diese quasi eingebettet ist.
Die Unterseite 25 der Leiterplatte 10 wird von einem ebenfalls
wannenförmigen Gehäuseboden 26 umfaßt, dessen Seitenwände 27 einen
durchgehenden, kragenförmigen Rand 28 haben, der auf dem äußeren Be
reich der Unterseite 25 der Leiterplatte 10 anliegt. Der Rand 28
überragt die Leiterplatte 10, so daß dieser an der Kante 23 des Ge
häusedeckels 18 aufliegt und die Leiterplatte 10 eingeschlossen ist.
Die Ränder von Gehäusedeckel 18 und Gehäuseboden 26 haben mehrere
fluchtende Bohrungen 29, die auch die Leiterplatte 10 durchdringen,
und in die Schrauben 30 eingesetzt sind, die den Gehäusedeckel 18,
die Leiterplatte 10 und den Gehauseboden 26 fest miteinander ver
binden.
Der durch den Gehäusedeckel 18 und die Leiterplatte 10 sowie die
Steckerleiste 16 umschlossene Raum 31 ist zum Druckausgleich über
eine Bohrung 32 in der Leiterplatte 10 mit dem Raum 33 verbunden.
Dieser wird durch den Gehäuseboden 26 und die Leiterplatte 10 ge
bildet.
Anstelle der Verschraubung von Gehäusedeckel 18, Leiterplatte 10 und
Gehäuseboden 26 können diese auch durch Kleben, Löten, Bördeln,
Nieten, mittels Rastelementen oder anderen Verbindungstechniken fest
miteinander verbunden sein. Durch einen umlaufenden Kleberauftrag
zwischen dem jeweiligen umlaufenden Rand und der Leiterplatte kann
der Verband abgedichtet werden. Der Gehäusedeckel und Gehäuseboden
sind vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt,
zum Beispiel Metall, Blister mit metallischer Beschichtung oder ähn
lichem. Dadurch, daß der Rand 28 des Gehäusebodens 26 und die Kante
23 des Gehäusedeckels 18 aufeinanderliegen, kann ein Temperaturaus
gleich zwischen Gehäuseboden und Gehäusedeckel stattfinden. Gleich
zeitig ist die Leiterplatte 10 umfassend abgedeckt. Um einen guten
Wärmeübergang zwischen Gehäuse und Leiterplatte zu gewährleisten,
kann letztere im Randbereich beziehungsweise im Bereich der Auflage
von Gehäusedeckel und Gehäuseboden mit einer wärmeleitenden Schicht
versehen sein, zum Beispiel mit einer Kupferkaschierung, einer Zinn
schicht oder einer wärmeleitenden Paste.
Sollen durch das Gehäuse Abschirmfunktionen (Verbesserung der elek
tromagnetischen Verträglichkeit) ausgeübt werden, werden Gehäuse
deckel und Gehäuseboden vorteilhafterweise elektrisch leitend ausge
führt und sind elektrisch leitend miteinander verbunden.
Enthält die Schaltung auf der Leiterplatte 10 stark wärmeerzeugende
Leistungsbauelemente, werden diese in vorteilhafterweise in der Nähe
des Außenrandes der Leiterplatte angeordnet und über die zuvor be
schriebene wärmeleitende Beschichtung der Leiterplatte zur Wärme ab
fuhr an den Gehäusedeckel beziehungsweise den Gehäuseboden angebun
den. Enthält die elektronische Schaltung beispielsweise Leistungs
bauelemente vom Typ TO 220, TO 218, ist es vorteilhaft, diese auf
der Leiterplatte so anzuordnen, daß sie mit ihren Rückseiten flächig
aufliegen und ihre Kühlfahnen zum Rand der Leiterplatte weisen.
Diese Leistungsbauelemente werden dann so weit nach außen zum Leiter
plattenrand hin angeordnet, daß die Kühlfahnen zwischen Leiterplatte
und dem aufliegenden kragenförmigen Rand des Gehäusedeckels 18 ein
geklemmt werden. Dadurch wird ein direkter Wärmeübergang zur jewei
ligen Gehäusehalbschale ermöglicht. Um den Verband Gehäusebauteil,
Kühlfahne des Leistungsbauelementes und Leiterplatte innig zu ge
stalten, kann von außen eine im Querschnitt U-förmige Feder über den
Gehäuserand geschoben werden. Der Abschnitt des Randes, der das
Leistungsbauelement festklemmt, kann elektrisch isoliert werden, zum
Beispiel durch eine Folie, durch Lackauftrag, eine Eloxalschicht
oder eine Keramikschicht.
Wird der umlaufende Rand an definierten Stellen verbreitert, können
diese Verbreiterungen als Befestigungslaschen ausgebildet werden,
mit denen das elektrische Gerät am Einbauort befestigt wird.
Im Gegensatz zur bisher beschriebenen Ausführungsform kann bei dem
elektrischen Gerät die Leiterplatte auch in Zweilagentechnik oder
als Leiterfolie ausgebildet werden. In letzterem Fall wird dazu vor
teilhafterweise der Gehäusedeckel nach dem Bestückungsvorgang der
Leiterfolie auf diese aufgeklebt, so daß diese allseitig fest mit
dem Gehäusedeckel verbunden ist und damit mechanisch stabilisiert
wird. Durch Aufkleben des Gehäusebodens wird der Verband abge
schlossen, so daß die Leiterfolie fest eingespannt ist. Der Gehäuse
deckel ist dazu entsprechend ausgebildet, das heißt, die umlaufende
Kante 23 ist entweder entsprechend angepaßt, das heißt kürzer, oder
der Gehäusedeckel wird ohne entsprechende umlaufende Kante ausge
führt.
Durch den sandwichartigen Aufbau des elektrischen Gerätes wird ein
mechanisch stabiler Aufbau erreicht, der mit einer minimalen Zahl
von Komponenten auskommt und daher einfach und billig zu fertigen
ist.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem zuvor beschriebenen durch die Ausbildung der Leiterplatte
und die Verbindung von Gehäusedeckel und Gehäuseboden.
Die Leiterplatte 10A besteht aus einer Trägerplatte 35, die an ihrer
Oberseite 11A und ihrer Unterseite 25A mit Leiterbahnen versehen
ist. Die Trägerplatte 35 ist ein an sich bekanntes Keramiksubstrat,
auf das die Leiterbahnen beispielsweise im Siebdruckverfahren aufge
bracht sind.
Auf die Oberseite 11A und die Unterseite 25A sind elektronische Bau
elemente 14A aufgebracht, die als SMD-Bauelemente oder als Chip-Bau
elemente ausgebildet sind. Diese sind auf an sich bekannte Weise
mit den Leiterbahnen verbunden. Einige der elektronischen Bauele
mente sind Leistungsbauelemente 36, die sich im Betrieb stärker er
wärmen. Diese Leistungsbauelemente 36 sind vorzugsweise im Randbe
reich der Leiterplatte 10A angeordnet, so daß die entstehende Wärme
über das Keramiksubstrat (Trägerplatte 35) auf kurzem Wege an den
Gehäuseboden bzw. den Gehäusedeckel abgeleitet wird.
Der Gehäusedeckel 18A und der Gehäuseboden 26A sind im wesentlichen
so aufgebaut, wie die zuvor beschriebenen. Sie unterscheiden sich
nur durch die Art der Befestigung bzw. Verbindung. Beim Gehäuse
deckel 18A und dem Gehäuseboden 26A fehlen die Bohrungen 29 und die
entsprechenden Schrauben. Statt dessen werden die Ränder 22A und 28A
von Federelementen 37 umfaßt. Diese haben einen im wesentlichen
U-förmigen Querschnitt und erstrecken sich vorteilhafterweise je
weils über nahezu die gesamte Länge einer Seite des Gehäuses. Es ist
jedoch auch möglich, mehrere einzelne Federelemente an einer Seite
anzubringen.
Die Trägerplatte 35 bzw. das Keramiksubstrat ist durch die beschrie
bene Ausbildung von Gehäuseboden und Gehäusedeckel am Rand einge
spannt und entsprechend schwingungsstabil gelagert. Gleichzeitig
kann von der Trägerplatte Wärme an das Gehäuse abgeleitet werden.
Dazu sind vorteilhafterweise - wie bereits beschrieben - wärmeabgebende
Leistungsbauelemente im Randbereich des Keramiksubstrates
(Trägerplatte 35) angebracht. Durch die Verwendung des Keramik
substrates können bei entsprechender Oberflächenausbildung Isolier
maßnahmen entfallen, wenn Leistungsbauelemente verwendet werden,
deren Kühlfahnen unterschiedliche elektrische Spannungen aufweisen.
Claims (10)
1. Elektrisches Gerät, insbesondere Schalt- und Steuergerät für
Kraftfahrzeuge, mit mindestens einer Leiterplatte (10, 10A), die
eine elektronische Schaltung trägt, und die in einem Gehäuse ange
ordnet ist, das mindestens einen haubenartigen Gehäusedeckel (18,
18A) und einen haubenartigen Gehäuseboden (26, 26A) aufweist, und
wobei der Gehäusedeckel und der Gehäuseboden jeweils einen kragen
förmigen Randbereich (22, 22A; 28, 28A) aufweisen, dadurch gekenn
zeichnet, daß die kragenförmigen Randbereiche von Gehäusedeckel und
Gehäuseboden im Bereich des Außenrandes der Leiterplatte (10, 10A)
jeweils auf dieser aufliegen.
2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leiterplatte als Leiterfolie ausgebildet ist.
3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Leiterplatte (10, 10A) zumindest im Bereich der Auflage
der Randbereiche (22, 22A; 28, 28A) von Gehäuseboden (26, 26A) und
Gehäusedeckel (18, 18A) eine Schicht aus gut wärmeleitendem Material
aufweist.
4. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Gehäuseboden (26, 26A) und der Gehäusedeckel
(18, 18A) wärmeleitend miteinander verbunden sind.
5. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Gehäuseboden (26, 26A) und der Gehäusedeckel
(18, 18A) sich berührende Randbereiche (23, 24, 28) aufweisen.
6. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die elektronische Schaltung wärmeabgebende Lei
stungsbauelemente aufweist, deren Kühlfahnen zwischen Leiterplatte
und dem aufliegenden Randbereich von Gehäusedeckel beziehungsweise
Gehäuseboden eingeklemmt ist.
7. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Rand (22, 22A) des Gehäusedeckels (18, 18A)
und der Rand (28, 28A) des Gehäusebodens (26, 26A) von mindestens
einer Feder umfaßt werden.
8. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, die Leiterplatte (10A) ein Keramiksubstrat als
Trägerplatte (35) hat.
9. Elektrisches Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Keramiksubstrat mit Leiterbahnen bedruckt ist.
10. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß sich erwärmende Leistungsbauelemente (36) der
elektronischen Schaltung im Randbereich der Leiterplatte (10, 10A)
angeordnet sind.
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