DE4218112A1 - Elektrisches geraet, insbesondere schalt- und steuergeraet fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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.