WO2009024565A1 - Module for an integrated control logic having a simplified design - Google Patents

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WO2009024565A1
WO2009024565A1 PCT/EP2008/060825 EP2008060825W WO2009024565A1 WO 2009024565 A1 WO2009024565 A1 WO 2009024565A1 EP 2008060825 W EP2008060825 W EP 2008060825W WO 2009024565 A1 WO2009024565 A1 WO 2009024565A1
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WO
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connection
printed circuit
base element
circuit boards
module according
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PCT/EP2008/060825
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Karl Smirra
Josef Loibl
Thomas Preuschl
Hermann-Josef Robin
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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    • H05K3/303Surface mounted components, e.g. affixing before soldering, aligning means, spacing means
    • H05K3/305Affixing by adhesive

Definitions

  • the invention relates to a module for an integrated control electronics according to the preamble of patent claim 1 and to a method for producing such a module, in particular for gear or motor controls in the automotive industry.
  • control units In automotive engineering, components such as transmission, engine or brake systems are increasingly being primarily electronically controlled. There is a trend towards integrated mechatronic controls, ie the integration of control electronics and the associated electronic components such as sensors or valves in the transmission, the engine or the brake system. Control units thus generally have a plurality of electronic components, which are in connection with other components outside of the control unit. In such "on-the-spot" electronics, these controls are no longer housed in a separate protected electronics room and therefore have to withstand corresponding environmental influences and mechanical, thermal and chemical stresses.
  • housings are usually used for this purpose in special housings.
  • the housings fulfill an important shielding function.
  • an electrical connection from the inside of the housing to the outside of the housing is necessary.
  • the distribution of electrical signals and currents are realized in current series applications by leadframes or by the use of flexible printed circuit boards (FPCB).
  • FPCB flexible printed circuit boards
  • the usual structure for such integrated mechatronic applications consists of a ceramic substrate which contains the various electronic components of the central control unit. This ceramic substrate is connected by means of bonding with rigid or flexible printed circuit boards in order to enable the connection of the peripheral components to the central unit.
  • transmission control modules are housed in the transmission oil sump and are therefore completely surrounded by oil and the conductive contamination contained therein. This can be for example
  • a cover usually as a metallic, non-metallic or metallized housing cover, is applied to the housing bottom plate and hermetically sealed.
  • This composite of ceramic substrate, printed circuit boards and their connection to the electronic connection of the periphery as well as hermetically sealed housing is a significant cost driver.
  • the LTCCs low temperature co-fired ceramic
  • Their electronic connection via flexible printed circuit boards or punched grid to the outside of the sealed housing components is also complex and therefore costly.
  • PCB printed Circuit Boards
  • pressfit interconnector which has at least one pressfit pin or a press connector on two sides. having a fit pin area.
  • the disadvantage is that such a plug must be individually designed and made.
  • the installation and connection step of the plug to the printed circuit boards is an additional process that must meet the corresponding quality requirements and is expensive.
  • the object of the invention is therefore to provide a module for an integrated control electronics with a housing, a central control unit accommodated therein comprising various electronic components and an electronic connection between the housing interior and the housing exterior, which provides a simple and flexible connection to outside allows the components lying in the housing, wherein the electronic connection and the central control unit with a favorable utilization of utilization has a simplified and therefore more cost-effective structure and at the same time is protected against short circuiting and / or conductive contamination.
  • a module for an integrated control electronics with at least one housing cover and a base element as an electrical connection between the housing interior and outside of the housing components is proposed in which the base member carrier for the e- lektronischen components of the central control electronics and at the same time thermal connection to the bottom plate is and is formed from at least two electrically and mechanically directly interconnected two- or multi-layer PCB printed circuit boards, which are constructed the same or different.
  • a printed circuit board assembly of at least two electrically and mechanically directly interconnected two-layered or multi-layered PCB printed circuit boards is used as a base element for signal and potential distribution, which further comprises the electronic components of the carries central control unit and also ensures the derivation of the heat generated by the power units.
  • inexpensive, two-layer or multi-layered standard PCB printed circuit boards may preferably be used for the formation of the base element.
  • very fine line structures can be realized with PCB printed circuit boards compared to the stamped grid technology.
  • the multilayer design of the printed circuit boards can be used to de-link the signal and current paths.
  • connection is realized without a separate plug, so that the number of items and interfaces can be minimized.
  • the mechanical attachment and electrical connection of the at least two PCBs to the base member can be simplified and therefore made more cost effective. In this way, moreover, the number of interfaces can be significantly reduced and at the same time the length of the signal and current paths can be significantly shortened and kept to a minimum.
  • Connection of the PCBs according to the invention also has the advantage that the electrical connection is no longer accessible and therefore without an additional cover or seal against contamination, in particular against metallic chips or Parti- no and thus caused short circuits protected.
  • the at least two PCBs can be the same or different.
  • they can be constructed of different layers, in particular layers with different copper thicknesses, conductor track widths or layer numbers.
  • a complex circuit board structure of the base element a good utilization of utility and a variable adaptation to different requirements and applications possible.
  • At least one PCB of the base element may be at least partially deformable. This makes it possible, for example by bending the PCB, to produce three-dimensional structures.
  • the deformability can be achieved, for example, by printed circuit board areas which have a very thin core and very thin copper surfaces.
  • the core may have a thickness of 0.15 mm and the copper surfaces may have a thickness of 35 ⁇ m.
  • the direct connection of the PCBs can be realized by oppositely configured edges. According to the invention, this is understood to mean that the edges in one PCB can be milled from above and the other from below in such a way that the respective surfaces formed are substantially matched to one another. The edges are galvanically contacted with each other on their mutually facing surfaces.
  • the circuit boards can be connected to each other, for example by soldering or welding.
  • the direct connection of the circuit boards can be configured as a tongue and groove connection. According to the invention, this is understood to mean that essentially the entire width of the front side of a printed circuit board is configured as a groove and that of a second printed circuit board as a spring. This embodiment is particularly stable substantially vertically to the layer structure of the printed circuit boards.
  • the electrical and mechanical connection can be made possible in a parallel process, that is to say at the same time.
  • the galvanic contacting and the mechanical stabilization and attachment by gluing or lamination can be realized by soldering.
  • the parallel connection process may be configured such that respective solder pads are mounted on the printed circuit boards to be connected and these are placed on each other and further on at least one circuit board side, for example, an adhesive film, in particular acrylic adhesive film is provided. Subsequently, via the introduction of pressure and temperature, for example with a heat-sealing press, a solder joint can be produced and at the same time the adhesive can be crosslinked and cured.
  • Support according to the invention for the electronic components of the central control unit means that the customary ceramic substrates with the electronic components of the control electronics integrated therein can be applied to the base element.
  • the electronic components of the control electronics can also be integrated directly in the base element.
  • the use of expensive ceramic circuit carriers such as LTCCs (Low Temperature co-fired Ceramics) or HTCs (High Temperature Ceramics) and their connection can be avoided by means of rigid or flexible circuit boards to the peripheral components.
  • the electronic components of the central control electronics can be integrated in one or more printed circuit boards of the base element.
  • printed resistors or capacitors which can also be designed as lines or surfaces, as well as chips or complex chips (ICs) can be used. In this way, an increased long-term stability and an excellent connection to the signal and potential distribution are ensured.
  • the carrier effect, the signal and potential distribution and the thermal connection to the heat-dissipating bottom plate or closure can advantageously be taken over by a single component, namely the base element.
  • the bottom plate according to the invention may also be, for example, a hydraulic plate. In this way, significant costs of the ceramic LTCCs and their complex connection to the heat dissipation and the peripheral components such as sensors, valves or other actuators can be avoided compared with this form and use customary hitherto.
  • the module according to the invention may in a preferred development be laminated to a base plate.
  • the bottom plate is preferably made of a metallic material, more preferably it is made of aluminum.
  • the multilayer printed circuit board is laminated to the metallic bottom plate. This ensures a reliable and cost-effective fixation.
  • a seal of the electronics compartment down, for example, the transmission oil is achieved in this way.
  • the housing cover can be made of any material that allows a secure covering of the surface of the electronics compartment with the components of the central control unit and at the same time the necessary EMC Provides shielding values.
  • a metallized plastic molded body can be used.
  • the housing cover is also made of a metallic material such as steel. This results in an increased long-term stability and improved shielding over the entire life of the electronic control device.
  • an improved diffusion density is achieved.
  • the multilayer printed circuit boards of the base element may have different vias for thermal connection to the bottom plate and for electronic connection to the outside of the housing components.
  • the term via vertical interconnection access is understood according to the invention to mean a via contacting which is arranged between the interconnect levels of a multilayer printed circuit board. With the help of vias, it is also possible to change the printed circuit levels in two- or multi-layer printed circuit boards. This is particularly advantageous in terms of good unbundling of complex circuits.
  • the electronic connection of the components lying outside the housing can be carried out by means of press-fit technology and / or laser welding.
  • press-fit pins in the press-fit technology a variable, simple and secure electronic connection to the peripheral components can be produced.
  • this compound can also be produced by means of laser welding.
  • the nature of the connection is not critical and can be selected according to the respective requirements of the components and the existing process devices from known in the art methods.
  • the compounds can be releasably prepared, for example, as a plug or non-detachable by, for example, soldering or welding.
  • the base element is particularly preferred directly with the signal transmitters and receivers (especially sensors, valves, etc.) connected outside the housing.
  • the electronic components of the central control electronics can preferably be fastened and / or contacted by means of soldering methods or gluing on the base element.
  • the soldering method may be, for example, a reflow soldering method.
  • At least two two-layer or multi-layer printed circuit boards can be directly and electrically connected to a base element and the base element can be equipped with the electronic components of the central control electronics, applied to a base plate and connected to the outside of the Housing lying components connected and subsequently attached to the housing cover.
  • the equipping of the base element with the electronic components can take place either before or after application to the base plate.
  • one or more printed circuit boards of the base element can be equipped with electronic components.
  • the electronic components can be at least partially integrated in the base element.
  • the mechanical and electrical connection of the printed circuit boards to the base element can be produced in successive process steps or in a parallel executed step.
  • the execution in a parallel, that is, at the same time, executed step is particularly inexpensive and therefore preferred according to the invention.
  • the electrical connection can be made by soldering or welding and the mechanical connection of the printed circuit boards by lamination or gluing.
  • Ia and Ib a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards in the production of a base member over the same opposite edges for a module according to the invention.
  • 2a and 2b is a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards in the production of a base member via a tongue and groove joint for a module according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of the production direct connection of two PCBs in a parallel process step. 3a and 3c are shown as sectional views and Fig. 3b as a plan view.
  • 1 a shows a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards 1 a, 1 b for the production of a base element 2 via oppositely configured edges 3 a, 3 b for a module according to the invention.
  • the first PCB Ia can be milled from above and the second PCB Ib from below such that in each case a protruding edge 3a and 3b is formed, which carries on its surface in each case an exposed copper layer region 4a, 4b.
  • These exposed copper layer areas 4a, 4b are then available, for example, for a soldering or welding connection process.
  • the edges 3a and 3b can be designed so that they are matched in their dimensions exactly to each other and the two PCB Ia, Ib can be connected directly to each other electrically and mechanically.
  • the connection process designed in this way allows the electrical contacting of the conductor terplatten Ia, Ib be completely covered, so that a protection against metallic contamination, such as chips or particles, a short circuit caused thereby is ensured.
  • An additional cover or protective device is therefore not necessary according to the invention.
  • the PCBs Ia and Ib are constructed differently.
  • the PCB Ia has only two inner copper layers 5a, while the PCB Ib has four inner copper layers 5b. Due to the possible different technological design of the PCBs Ia and Ib, it is advantageously possible to easily provide very complex printed circuit board structures.
  • both printed circuit boards Ia, Ib carry electronic components 6a, 6b.
  • the electrical connection of the electronic components 6a, 6b on the circuit boards Ia and / or Ib can be done for example by bonding 7.
  • the mechanical fastening of the components 6a, 6b can be achieved by standard soldering methods, for example reflow soldering methods, or by gluing.
  • the electronic connection of peripheral components can be done, for example, with a Pressfit connection by Pressfit pins or by laser welding.
  • the electrical components of the control electronics can alternatively be integrated in one or both printed circuit boards.
  • the printed circuit boards may have different vias 8, for example for heat dissipation and / or electrical connection between the different layers.
  • FIG. 1b shows, like FIG. 1a, a schematic sectional representation of two PCB printed circuit boards 1a, 1b for the production of a base element 2 via diametrically opposed edges 3a, 3b for a module according to the invention.
  • the design and the structure essentially correspond to those of FIG. 1.
  • the exposed copper layer regions 4a, 4b can be connected in this embodiment shown by a welding process become.
  • the edges 3a, 3b may have a Z-axis-controlled milling or bore 9.
  • the protruding spring 10 can be formed on a first printed circuit board 1a by means of milling on one edge from above and below, while on a second printed circuit board 1b a recess 11 adapted thereto, ie the groove, is produced.
  • Groove 12 and spring 11 can be connected to each other by a Lochgalvanmaschine and telescoping without the need for additional fasteners, such as pressfit pins, must be used. The connection is therefore very stable. In addition, the preparation of the connection is simple and inexpensive.
  • FIG. 2b shows a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards Ia, Ib in the manufacture of a base element 3 via a tongue and groove joint for a module according to the invention.
  • groove 11 and spring 10 are already joined to the base element 2.
  • a bore 12 can be guided by tongue and groove through which, for example, with a pin or a screw additional mechanical reinforcement can be achieved.
  • 3a to 3c show a schematic representation of the production of a direct connection of two PCBs 1a, 1b in a parallel process step.
  • a soldering process is used for electrical contacting and lamination or bonding for mechanical connection and stabilization.
  • the additional mechanical stabilization is advantageous since in application areas of gear technology often ambient temperatures up to 150 0 C or more can occur and at high temperatures solder joints lose their holding power.
  • 3a shows the two circuit boards Ia, Ib in a sectional view.
  • 3b shows a plan view of one of the circuit boards 1 on which an adhesive film 14 is arranged.
  • the adhesive film 14 has openings 13 in the area of the soldering pads 13.
  • 3 c shows the two printed circuit boards Ia, Ib in a sectional view.
  • the printed circuit boards Ia, Ib are positioned on each other so that the solder pads 13 come to rest on each other.
  • a solder joint can be made and at the same time the adhesive crosslinked and cured.
  • the introduction of pressure and temperature can be done for example with a heat seal press.
  • the electrical contacting of the printed circuit boards Ia, Ib can be completely covered, so that protection against metallic contamination, such as chips or particles, a short circuit caused thereby is ensured.
  • the printed circuit boards Ia, Ib may be the same or different, so that even complex basic elements 2 can be formed without problems.
  • the subdivision of the printed circuit boards Ia, Ib can be variably adapted to a wide variety of applications and requirements.
  • no additional plug and connection component is required for the purpose of direct connection of the printed circuit boards to the base element.
  • the length of the signal and current paths can be kept to a minimum by the direct connection of the printed circuit boards. This applies equally to the number of interfaces required.
  • the base elements 2 according to the invention are simple and inexpensive to manufacture and are characterized by a high stability.
  • a module for an integrated control electronics in which the function of the carrier for the electronic components on the one hand and at the same time the electronic connection to the peripheral components is taken over by a base element.
  • the signal and potential distribution can be ensured by the base element e- benso reliable and long-term stability as the thermal connection to the bottom plate or comparable heat dissipation.
  • the connection concept according to the invention makes it possible to construct complex printed circuit board structures as a base element, without having to design, provide and install an additional plug and connection component for this purpose.
  • the module thus provided is easy and variably assemble and can be manufactured inexpensively with standard processes. The assembly can therefore be easily and inexpensively integrated into the overall assembly process of an electronic device.

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Abstract

The invention relates to a module for an integrated control logic having at least one housing cover and a base element (2) as an electric connection between the housing interior and the components positioned outside of the housing, wherein the base element (2) is a carrier for the electronic components for the central control logic and simultaneously a thermal connection to the base plate, and is formed of at least two dual or multi-layer circuit boards (1a, 1b) being electrically and mechanically directly connected to each other, which are configured either the same or differently. The invention further relates to the production of such a module, and the use thereof.

Description

Beschreibungdescription
Modul für eine integrierte Steuerelektronik mit vereinfachtem AufbauModule for integrated control electronics with simplified design
Die Erfindung betrifft ein Modul für eine integrierte Steuerelektronik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Moduls, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilin- dustrie.The invention relates to a module for an integrated control electronics according to the preamble of patent claim 1 and to a method for producing such a module, in particular for gear or motor controls in the automotive industry.
Stand der TechnikState of the art
In der Kraftfahrzeugtechnik werden Komponenten wie Getriebe-, Motoren- oder Bremssysteme zunehmend vornehmlich elektronisch gesteuert. Hierbei gibt es eine Entwicklung hin zu integrierten mechatronischen Steuerungen, also zur Integration von Steuerelektronik und den zugehörigen elektronischen Komponenten wie Sensoren oder Ventile in das Getriebe, den Motor oder das Bremssystem. Steuergeräte weisen also im Allgemeinen eine Vielzahl an elektronischen Komponenten auf, welche in Verbindung mit anderen Komponenten außerhalb des Steuergerätes stehen. Bei solchen „Vorort-Elektroniken" sind diese Steuerungen nicht mehr in einem separaten geschützten Elektronikraum un- tergebracht und müssen daher entsprechenden Umwelteinflüssen und mechanischen, thermischen sowie chemischen Beanspruchungen standhalten.In automotive engineering, components such as transmission, engine or brake systems are increasingly being primarily electronically controlled. There is a trend towards integrated mechatronic controls, ie the integration of control electronics and the associated electronic components such as sensors or valves in the transmission, the engine or the brake system. Control units thus generally have a plurality of electronic components, which are in connection with other components outside of the control unit. In such "on-the-spot" electronics, these controls are no longer housed in a separate protected electronics room and therefore have to withstand corresponding environmental influences and mechanical, thermal and chemical stresses.
Sie werden zu diesem Zweck normalerweise in spezielle Gehäuse eingesetzt. Zudem erfüllen die Gehäuse eine wichtige Ab- schirmfunktion. Um eine verlässliche Verbindung zu außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten zu ermöglichen, ist eine elektrische Verbindung von der Gehäuseinnenseite zur Gehäuseaußenseite notwendig. Die Verteilung von elektrischen Signalen und Strömen werden in aktuellen Serienanwendungen durch Stanzgitter (Leadframes) oder durch Verwendung flexibler Leiterplatten (FPCB) realisiert . Der übliche Aufbau für solche integrierten mechatronischen Anwendungen besteht aus einem keramischen Substrat, das die verschiedenen elektronischen Bauteile der zentralen Steuerungseinheit beinhaltet. Dieses keramische Substrat wird mit- tels Bonden mit starren oder flexiblen Leiterplatten verbunden, um die Anbindung der peripheren Komponenten an die Zentraleinheit zu ermöglichen. Wie schon beschrieben sind zum Beispiel Getriebesteuerungsmodule im Getriebeölsumpf untergebracht und daher vollständig mit Öl und der darin enthaltenen leitenden Kontamination umgeben. Dies können zum BeispielThey are usually used for this purpose in special housings. In addition, the housings fulfill an important shielding function. In order to allow a reliable connection to outside of the housing components, an electrical connection from the inside of the housing to the outside of the housing is necessary. The distribution of electrical signals and currents are realized in current series applications by leadframes or by the use of flexible printed circuit boards (FPCB). The usual structure for such integrated mechatronic applications consists of a ceramic substrate which contains the various electronic components of the central control unit. This ceramic substrate is connected by means of bonding with rigid or flexible printed circuit boards in order to enable the connection of the peripheral components to the central unit. For example, as previously described, transmission control modules are housed in the transmission oil sump and are therefore completely surrounded by oil and the conductive contamination contained therein. This can be for example
Kontaminationen aus Verzahnungsabrieb, Zerspanungsreste aus Fertigungsprozessen oder unzulänglichen Wasch- und Reinigungsprozessen des Getriebegehäuses und/oder der verbauten Komponenten sein. Zum notwendigen Schutz vor solcher Kontami- nation, vor Beschädigungen und Leiterbahn- oder Bondkurzschlüssen wird eine Verdeckelung, üblicherweise als metallischer, nicht-metallischer oder metallisierter Gehäusedeckel, auf die Gehäusebodenplatte aufgebracht und hermetisch abgedichtet. Dieser Gesamtverbund aus keramischem Substrat, Lei- terplatten und deren Anbindung zur elektronischen Verbindung der Peripherie sowie hermetisch dichtem Gehäuse ist ein signifikanter Kostentreiber. Gerade die bevorzugt als Schaltungsträger eingesetzten LTCCs (Low Temperature co-fired Ce- ramics) , die zur mechanischen Stabilität und thermischen An- bindung auf eine Grundplatte aufgebracht werden, stellen einen großen Kostenfaktor des gesamten Bauteils dar. Ihre e- lektronische Verbindung über flexible Leiterplatten oder Stanzgitter zu den außerhalb des abgedichteten Gehäuses liegenden Komponenten ist zudem aufwendig und daher kostenträch- tig.Contaminations from tooth wear, machining residues from manufacturing processes or inadequate washing and cleaning processes of the gear housing and / or the installed components. For the necessary protection against such contamination, against damage and conductor or bond short circuits, a cover, usually as a metallic, non-metallic or metallized housing cover, is applied to the housing bottom plate and hermetically sealed. This composite of ceramic substrate, printed circuit boards and their connection to the electronic connection of the periphery as well as hermetically sealed housing is a significant cost driver. The LTCCs (low temperature co-fired ceramic), which are preferably used as circuit carriers and are applied to a base plate for mechanical stability and thermal connection, represent a major cost factor of the entire component. Their electronic connection via flexible printed circuit boards or punched grid to the outside of the sealed housing components is also complex and therefore costly.
Es ist bekannt PCB (Printed Circuit Boards) als Signal und Stromverteilungskomponenten einzusetzen. Soll eine elektronische Verbindung zwischen zwei PCBs hergestellt werden, wird dies bisher üblicherweise mit einem separaten Stecker, einem so genannten Pressfit-Interconnector, realisiert, der auf zwei Seiten mindestens einen Pressfit-Pin oder einen Press- fit-Pin-Bereich aufweist. Nachteilig ist, dass ein solcher Stecker individuell konzipiert und angefertigt werden muss. Zudem ist der Verbau- und Verbindungsschritt des Steckers zu den Leiterplatten ein zusätzlicher Prozess, der entsprechen- den Qualitätsanforderungen genügen muss und aufwendig ist.It is known to use PCB (Printed Circuit Boards) as signal and power distribution components. If an electronic connection between two PCBs is to be produced, this has so far usually been achieved with a separate connector, a so-called pressfit interconnector, which has at least one pressfit pin or a press connector on two sides. having a fit pin area. The disadvantage is that such a plug must be individually designed and made. In addition, the installation and connection step of the plug to the printed circuit boards is an additional process that must meet the corresponding quality requirements and is expensive.
In der US 6,691,408 ist eine elektrische Verbindung von zwei Leiterplatten beschrieben. Bei einer der Leiterplatten überragen separat anzubringende elektrische Verbindungselemente an mindestens einer Stirnseite die Leiterplatte. Diese elektrischen Verbindungselemente können in entsprechende Ausnehmungen einer zweiten Leiterplatte eingeführt werden, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Die Herstellung und Ausformung dieser separaten Verbindungselemente ist sehr aufwen- dig. Nachteilig ist außerdem, dass die entstehende Verbindung eine geringe Stabilität aufweist.In US 6,691,408 an electrical connection of two printed circuit boards is described. In one of the printed circuit boards to be mounted separately electrical connection elements on at least one end face the circuit board. These electrical connection elements can be inserted into corresponding recesses of a second circuit board to make an electrical connection. The production and molding of these separate fasteners is very expensive. Another disadvantage is that the resulting compound has low stability.
Aus der US 2004214466 AA ist es bekannt die Länge der Signal- und Strompfade bei der Verbindung von zwei PCB Leiterplatten zu verkürzen, wobei zwei PCB hierbei jeweils über die Breite ihrer Stirnseite kammartig mit einer Vielzahl an Aussparungen versehen werden, die jeweils mindestens einen elektrischen Kontakt aufweisen. Die Stirnseiten der beiden PCB sind mit ihren Ausnehmungen aufeinander angepasst, so dass diese in- einander geschoben und über Bondungen miteinander kontaktiert werden können. Die Kontakte müssen daher aufwendig hergestellt und außerdem durch zusätzliche Maßnahmen vor leitender Kontamination vor Kurzschlüssen geschützt werden. Die Fertigung der Vielzahl an Ausnehmungen ist gerade auch im Hinblick auf die einzuhaltenden Toleranzen sehr kritisch und aufwendig. Darüber hinaus ist die Stabilität des entstehenden Leiterplattenverbunds vertikal zu den verschiedenen Lagen der Leiterplatten und zu den Ausnehmungen gering. AufgabenstellungFrom US 2004214466 AA it is known to shorten the length of the signal and current paths in the connection of two PCB printed circuit boards, wherein two PCB each case over the width of their front side comb-like provided with a plurality of recesses, each having at least one electrical contact exhibit. The front sides of the two PCBs are matched with their recesses so that they can be pushed into each other and contacted with each other via bonds. The contacts must therefore be made consuming and also be protected by additional measures against conductive contamination from short circuits. The production of the plurality of recesses is very critical and expensive, especially with regard to the tolerances to be complied with. In addition, the stability of the resulting printed circuit board assembly is low vertical to the various layers of the circuit boards and to the recesses. task
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Modul für eine integrierte Steuerelektronik mit einem Gehäuse, einer darin unter- gebrachten zentralen Steuerungseinheit umfassend verschiedene elektronische Bauteile und einer elektronischen Verbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum und dem Gehäuseaußenraum bereit zu stellen, welche eine einfache und flexible Verbindung zu außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten ermöglicht, wo- bei die elektronische Verbindung und die zentrale Steuerungseinheit bei günstiger Nutzungsauslastung einen vereinfachten und daher kostengünstigeren Aufbau aufweist und gleichzeitig sicher vor Kurzschluss und/oder leitender Kontamination geschützt ist.The object of the invention is therefore to provide a module for an integrated control electronics with a housing, a central control unit accommodated therein comprising various electronic components and an electronic connection between the housing interior and the housing exterior, which provides a simple and flexible connection to outside allows the components lying in the housing, wherein the electronic connection and the central control unit with a favorable utilization of utilization has a simplified and therefore more cost-effective structure and at the same time is protected against short circuiting and / or conductive contamination.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 10 erreicht.This is inventively achieved with a device according to the patent claim 1 and with a method for producing such a device according to claim 10.
Erfindungsgemäß wird ein Modul für eine integrierte Steuerungselektronik mit mindestens einem Gehäusedeckel und einem Basiselement als elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum und außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten vorgeschlagen, bei dem das Basiselement Träger für die e- lektronischen Bauteile der zentralen Steuerungselektronik und gleichzeitig thermische Anbindung an die Bodenplatte ist und aus mindestens zwei elektrisch und mechanisch direkt miteinander verbundenen zwei- oder mehrlagigen PCB Leiterplatten gebildet wird, die gleich oder unterschiedlich aufgebaut sind.According to the invention, a module for an integrated control electronics with at least one housing cover and a base element as an electrical connection between the housing interior and outside of the housing components is proposed in which the base member carrier for the e- lektronischen components of the central control electronics and at the same time thermal connection to the bottom plate is and is formed from at least two electrically and mechanically directly interconnected two- or multi-layer PCB printed circuit boards, which are constructed the same or different.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein Leiterplattenverbund von mindestens zwei elektrisch und mechanisch direkt miteinander verbundenen zwei- oder mehrlagigen PCB Leiter- platten als Basiselement zur Signal- und Potentialverteilung eingesetzt, der weiterhin die elektronischen Bauteile der zentralen Steuerungseinheit trägt und zudem die Ableitung der durch die Leistungseinheiten erzeugten Wärme sicherstellt.In other words, according to the invention, a printed circuit board assembly of at least two electrically and mechanically directly interconnected two-layered or multi-layered PCB printed circuit boards is used as a base element for signal and potential distribution, which further comprises the electronic components of the carries central control unit and also ensures the derivation of the heat generated by the power units.
Bevorzugt können erfindungsgemäß kostengünstige, zwei- oder mehrlagige Standard-PCB-Leiterplatten für die Ausbildung des Basiselements eingesetzt werden. Vorteilhafterweise können mit PCB Leiterplatten gegenüber der Stanzgittertechnologie sehr feine Leitungsstrukturen realisiert werden. Darüber hinaus kann die mehrlagige Ausführung der Leiterplatten zur Ent- flechtung der Signal- und Strompfade genutzt werden. Weiterhin können durch einen einfachen Stanzprozess vorteilhafterweise variable applikationsspezifische Außenkonturen der PCB ausgebildet werden.According to the invention, inexpensive, two-layer or multi-layered standard PCB printed circuit boards may preferably be used for the formation of the base element. Advantageously, very fine line structures can be realized with PCB printed circuit boards compared to the stamped grid technology. In addition, the multilayer design of the printed circuit boards can be used to de-link the signal and current paths. Furthermore, by means of a simple stamping process, it is advantageously possible to design variable application-specific outer contours of the PCB.
Unter direkter Verbindung der mindestens zwei PCB wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Verbindung ohne separaten Stecker realisiert wird, so dass die Anzahl der Einzelteile und Schnittstellen minimiert werden kann. Somit kann gegenüber der üblichen vorstehend beschriebenen Verbindung durch Stecker die mechanische Befestigung und die elektrische Verbindung der mindestens zwei PCB zum Basiselement vereinfacht und daher kostengünstiger hergestellt werden. Auf diese Weise kann außerdem die Anzahl der Schnittstellen deutlich reduziert und gleichzeitig die Länge der Signal- und Strompfade deutlich verkürzt und minimal gehalten werden. Die direkteUnder direct connection of the at least two PCB is understood according to the invention that the connection is realized without a separate plug, so that the number of items and interfaces can be minimized. Thus, compared to the conventional connector described above, the mechanical attachment and electrical connection of the at least two PCBs to the base member can be simplified and therefore made more cost effective. In this way, moreover, the number of interfaces can be significantly reduced and at the same time the length of the signal and current paths can be significantly shortened and kept to a minimum. The direct
Verbindung der PCBs hat erfindungsgemäß außerdem den Vorteil, dass die elektrische Verbindung nicht mehr zugänglich ist und daher ohne eine zusätzliche Abdeckung oder Dichtung vor Kontamination, insbesondere vor metallischen Spänen oder Parti- kein und hierdurch verursachten Kurzschlüssen, geschützt ist.Connection of the PCBs according to the invention also has the advantage that the electrical connection is no longer accessible and therefore without an additional cover or seal against contamination, in particular against metallic chips or Parti- no and thus caused short circuits protected.
Die mindestens zwei PCBs können gleich oder unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise können sie aus unterschiedlichen Lagen, insbesondere Lagen mit unterschiedlichen Kupfer- dicken, Leiterbahnbreiten oder Lagenzahlen aufgebaut sein. Hierdurch sind vorteilhafterweise ein komplexer Leiterplattenaufbau des Basiselements, eine gute Nutzenauslastung und eine variable Anpassung auf verschiedene Anforderungen und Anwendungen möglich.The at least two PCBs can be the same or different. For example, they can be constructed of different layers, in particular layers with different copper thicknesses, conductor track widths or layer numbers. As a result, advantageously, a complex circuit board structure of the base element, a good utilization of utility and a variable adaptation to different requirements and applications possible.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann mindestens eine PCB des Basiselements mindestens teilweise verformbar sein. Hierdurch wird es möglich, beispielsweise durch Biegen der PCB, auch dreidimensionale Strukturen zu erzeugen. Die Verformbarkeit kann beispielsweise durch Leiterplattenbereiche erzielt werden, die einen sehr dünnen Kern und sehr dünne Kupferflä- chen aufweisen. Der Kern kann zum Beispiel eine Dicke von 0,15 mm und die Kupferflächen eine Dicke von 35 μm haben.In a preferred embodiment, at least one PCB of the base element may be at least partially deformable. This makes it possible, for example by bending the PCB, to produce three-dimensional structures. The deformability can be achieved, for example, by printed circuit board areas which have a very thin core and very thin copper surfaces. For example, the core may have a thickness of 0.15 mm and the copper surfaces may have a thickness of 35 μm.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die direkte Verbindung der PCBs durch gegengleich ausgestaltete Kanten realisiert werden. Erfindungsgemäß wird hierunter verstanden, dass die Kanten bei der einen PCB von oben und bei der Anderen von unten derart abgefräst sein können, so dass die jeweilig gebildeten Oberflächen im Wesentlichen aufeinander angepasst sind. Die Kanten werden auf ihren zueinander gerichteten Oberflächen miteinander galvanisch kontaktiert.In a preferred embodiment of the invention, the direct connection of the PCBs can be realized by oppositely configured edges. According to the invention, this is understood to mean that the edges in one PCB can be milled from above and the other from below in such a way that the respective surfaces formed are substantially matched to one another. The edges are galvanically contacted with each other on their mutually facing surfaces.
Die Kontaktstellen sind nachfolgend nicht mehr zugänglich, so dass eine zusätzliche Abdeckung zum Schutz vor leitender Kontamination nicht mehr notwendig ist. Nach der elektrischen Kontaktierung können die Leiterplatten beispielsweise durch Löten oder Verschweißen miteinander verbunden werden.The contact points are subsequently no longer accessible, so that an additional cover to protect against conductive contamination is no longer necessary. After the electrical contact, the circuit boards can be connected to each other, for example by soldering or welding.
Gleichermaßen bevorzugt kann die direkte Verbindung der Leiterplatten als Nut- und Federverbindung ausgestaltet sein. Erfindungsgemäß wird hierunter verstanden, dass im Wesentli- chen die gesamte Breite der Stirnseite einer Leiterplatte als eine Nut und die einer zweiten Leiterplatte als Feder ausgestaltet ist. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen vertikal zum Lagenaufbau der Leiterplatten besonders stabil.Equally preferably, the direct connection of the circuit boards can be configured as a tongue and groove connection. According to the invention, this is understood to mean that essentially the entire width of the front side of a printed circuit board is configured as a groove and that of a second printed circuit board as a spring. This embodiment is particularly stable substantially vertically to the layer structure of the printed circuit boards.
Um die mechanische Festigkeit der Verbindung der PCBs zu erhöhen können in einer weiteren Ausführungsform zusätzlich un- terstützende Nieten, Schrauben und/oder eine Heißverstemmung, Laminierung oder Klebung vorgesehen werden.In order to increase the mechanical strength of the connection of the PCBs, in a further embodiment supporting rivets, screws and / or a Heißverstemmung, lamination or gluing are provided.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrische und mechanische Verbindung in einem parallelen Prozess ermöglicht werden, dass heißt gleichzeitig erfolgen. Insbesondere kann durch Löten die galvanische Kon- taktierung und die mechanische Stabilisierung und Befestigung durch Kleben oder Laminieren realisiert werden. Der parallele Verbindungsprozess kann derart ausgestaltet sein, dass jeweils Lötpads auf den zu verbindenden Leiterplatten angebracht und diese aufeinander gelegt werden und weiterhin auf mindestens einer Leiterplattenseite beispielsweise eine Klebefolie, insbesondere Acrylkleberfolie, vorgesehen wird. Nachfolgend kann über das Einbringen von Druck und Temperatur, zum Beispiel mit einer Heißsiegelpresse, eine Lötverbindung hergestellt und gleichzeitig der Kleber vernetzt und ausgehärtet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Lötverbindung, die bei üblichen Getriebe-Temperaturen über 1500C an Haltekraft verlieren kann, durch die zusätzliche mechanische Verklebung rundum stabilisiert wird. Die Herstellung der dauerhaften Verbindung in einem parallelen Prozessschritt ist darüber hinaus im Vergleich mit der Ausführung in zwei aufeinander folgenden Schritten besonders kostengünstig.In a particularly preferred embodiment of the invention, the electrical and mechanical connection can be made possible in a parallel process, that is to say at the same time. In particular, the galvanic contacting and the mechanical stabilization and attachment by gluing or lamination can be realized by soldering. The parallel connection process may be configured such that respective solder pads are mounted on the printed circuit boards to be connected and these are placed on each other and further on at least one circuit board side, for example, an adhesive film, in particular acrylic adhesive film is provided. Subsequently, via the introduction of pressure and temperature, for example with a heat-sealing press, a solder joint can be produced and at the same time the adhesive can be crosslinked and cured. This has the advantage that the solder joint, which can lose holding power at usual transmission temperatures above 150 ° C., is completely stabilized by the additional mechanical bonding. Moreover, the production of the permanent connection in a parallel process step is particularly cost-effective in comparison with the execution in two successive steps.
Unter Träger für die elektronischen Bauteile der zentralen Steuerungseinheit wird erfindungsgemäß verstanden, dass die üblichen keramischen Substrate mit den darin integrierten e- lektronischen Bauteilen der Steuerungselektronik auf dem Ba- siselement aufgebracht sein können. Erfindungsgemäß bevorzugt können die elektronischen Bauteile der Steuerungselektronik auch direkt im Basiselement integriert sein. In dieser bevorzugten Ausführung kann der Einsatz teurer keramischer Schaltungsträger wie beispielsweise LTCCs (Low Temperature co- fired Ceramics) oder HTCs (High Temperature Ceramics) und deren Anbindung mittels starrer oder flexibler Leiterplatten an die peripheren Komponenten vermieden werden. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung können die elektronischen Bauteile der zentralen Steuerungselektronik in einer oder mehreren Leiterplatten des Basiselements integriert sein. Als elektronische Bauteile können beispielsweise gedruckte Widerstände oder Kapazitäten, die auch als Leitungen oder Flächen ausgeführt sein können, sowie Chips oder komplexe Chips (ICs) eingesetzt werden. Auf diese Weise sind eine erhöhte Langzeitstabilität und eine ausgezeichnete Anbindung an die Signal- und Potentialverteilung gewährleistet.Support according to the invention for the electronic components of the central control unit means that the customary ceramic substrates with the electronic components of the control electronics integrated therein can be applied to the base element. According to the invention, the electronic components of the control electronics can also be integrated directly in the base element. In this preferred embodiment, the use of expensive ceramic circuit carriers such as LTCCs (Low Temperature co-fired Ceramics) or HTCs (High Temperature Ceramics) and their connection can be avoided by means of rigid or flexible circuit boards to the peripheral components. In another preferred embodiment, the electronic components of the central control electronics can be integrated in one or more printed circuit boards of the base element. As electronic components, for example, printed resistors or capacitors, which can also be designed as lines or surfaces, as well as chips or complex chips (ICs) can be used. In this way, an increased long-term stability and an excellent connection to the signal and potential distribution are ensured.
Durch die erfindungsgemäßen Module kann vorteilhaft die Trägerwirkung, die Signal- und Potentialverteilung und die thermische Anbindung an die wärmeableitende Bodenplatte oder HaI- terung von einer einzigen Komponente, nämlich des Basiselements, übernommen werden. Die Bodenplatte kann erfindungsgemäß auch beispielsweise eine Hydraulikplatte sein. Auf diese Weise können signifikante Kosten der keramischen LTCCs und deren aufwendige Anbindung an die Wärmeableitung und die pe- ripheren Komponenten wie Sensoren, Ventile oder andere Aktoren, gegenüber dieser bisher üblichen Form und Verwendung vermieden werden.By means of the modules according to the invention, the carrier effect, the signal and potential distribution and the thermal connection to the heat-dissipating bottom plate or closure can advantageously be taken over by a single component, namely the base element. The bottom plate according to the invention may also be, for example, a hydraulic plate. In this way, significant costs of the ceramic LTCCs and their complex connection to the heat dissipation and the peripheral components such as sensors, valves or other actuators can be avoided compared with this form and use customary hitherto.
Um eine verbesserte und definiertere Wärmeableitung zu erzie- len kann das erfindungsgemäße Modul in einer bevorzugten Weiterbildung auf eine Bodenplatte auflaminiert sein. Die Bodenplatte besteht bevorzugter Weise aus einem metallischen Material, besonders bevorzugt ist sie aus Aluminium. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die mehrlagige Leiterplatte auf die metallische Bodenplatte auflaminiert. Dies stellt eine verlässliche und kostengünstige Fixierung sicher. Zudem wird auf diese Weise eine Abdichtung des Elektronikraums nach unten beispielsweise zum Getriebeöl hin erreicht. Der Gehäusedeckel kann aus jedem Material be- stehen, das eine sichere Abdeckung der Oberfläche des Elektronikraums mit den Bauelementen der zentralen Steuerungseinheit erlaubt und gleichzeitig die notwendigen EMV- Abschirmwerte mitbringt. Beispielsweise kann ein metallisierter Kunststoff-Formkörper eingesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gehäusedeckel jedoch ebenfalls aus einem metallischen Material wie beispielsweise Stahlblech gefertigt. Dadurch ergeben sich eine erhöhte Langzeitstabilität und verbesserte Abschirmwerte über die gesamte Lebensdauer der elektronischen Steuervorrichtung. Zudem wird eine verbesserte Diffusionsdichte erzielt.In order to achieve an improved and more defined heat dissipation, the module according to the invention may in a preferred development be laminated to a base plate. The bottom plate is preferably made of a metallic material, more preferably it is made of aluminum. In a preferred embodiment of the invention, the multilayer printed circuit board is laminated to the metallic bottom plate. This ensures a reliable and cost-effective fixation. In addition, a seal of the electronics compartment down, for example, the transmission oil is achieved in this way. The housing cover can be made of any material that allows a secure covering of the surface of the electronics compartment with the components of the central control unit and at the same time the necessary EMC Provides shielding values. For example, a metallized plastic molded body can be used. In an advantageous embodiment, however, the housing cover is also made of a metallic material such as steel. This results in an increased long-term stability and improved shielding over the entire life of the electronic control device. In addition, an improved diffusion density is achieved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die mehrlagige Leiterplatten des Basiselements verschiedene Vias zur thermischen Anbindung an die Bodenplatte und zur elektronischen Anbindung an die außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten aufweisen. Unter dem Begriff Via (Vertical Inter- connection Access) wird erfindungsgemäß eine Durchkontaktie- rung verstanden, die zwischen den Leiterbahnebenen einer mehrlagigen Leiterplatte angeordnet ist. Mit Hilfe von Vias ist es außerdem möglich, die Leiterbahnebenen in zwei- oder mehrlagigen Leiterplatten zu wechseln. Dies ist insbesondere hinsichtlich einer guten Entflechtung komplexer Schaltungen von großem Vorteil.In a preferred embodiment of the invention, the multilayer printed circuit boards of the base element may have different vias for thermal connection to the bottom plate and for electronic connection to the outside of the housing components. The term via (vertical interconnection access) is understood according to the invention to mean a via contacting which is arranged between the interconnect levels of a multilayer printed circuit board. With the help of vias, it is also possible to change the printed circuit levels in two- or multi-layer printed circuit boards. This is particularly advantageous in terms of good unbundling of complex circuits.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die elektronische Anbindung der außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten mit- tels Einpresstechnik und/oder Laserschweißen ausgeführt werden. Über so genannte Pressfit-Pins in der Einpresstechnik kann eine variable, einfache und sichere elektronische Verbindung zu den peripheren Komponenten hergestellt werden. Gleichermaßen bevorzugt kann diese Verbindung je nach Anfor- derung der Komponente auch mittels Laserschweißen hergestellt werden. Generell ist die Art der Verbindungsherstellung nicht kritisch und kann nach den jeweiligen Voraussetzungen der Komponenten und der vorhandenen Prozesseinrichtungen aus dem Fachmann bekannten Verfahren ausgewählt werden. So können die Verbindungen lösbar beispielsweise als Stecker oder nicht lösbar durch beispielsweise Löten oder Schweißen hergestellt werden. Das Basiselement wird besonders bevorzugt direkt mit den Signalgebern und -empfängern (insbesondere Sensoren, Ventile, etc.) außerhalb des Gehäuses verbunden.In a preferred embodiment, the electronic connection of the components lying outside the housing can be carried out by means of press-fit technology and / or laser welding. Via so-called pressfit pins in the press-fit technology, a variable, simple and secure electronic connection to the peripheral components can be produced. Equally preferably, depending on the requirements of the component, this compound can also be produced by means of laser welding. In general, the nature of the connection is not critical and can be selected according to the respective requirements of the components and the existing process devices from known in the art methods. Thus, the compounds can be releasably prepared, for example, as a plug or non-detachable by, for example, soldering or welding. The base element is particularly preferred directly with the signal transmitters and receivers (especially sensors, valves, etc.) connected outside the housing.
Die elektronischen Bauteile der zentralen Steuerungselektro- nik können bevorzugt mittels Lötverfahren oder Kleben auf dem Basiselement befestigt und/oder kontaktiert sein. Das Lötverfahren kann beispielsweise ein Reflow-Lötverfahren sein.The electronic components of the central control electronics can preferably be fastened and / or contacted by means of soldering methods or gluing on the base element. The soldering method may be, for example, a reflow soldering method.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Moduls für ein elekt- ronisches Steuergerät können mindestens zwei zwei- oder mehrlagige Leiterplatten direkt miteinander elektrisch und mechanisch zu einem Basiselement verbunden und das Basiselement mit den elektronischen Bauteilen der zentralen Steuerungselektronik bestückt werden, auf eine Bodenplatte aufgebracht und mit den außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten verbunden und nachfolgend der Gehäusedeckel befestigt werden. In der Abfolge kann die Bestückung des Basiselements mit den e- lektronischen Bauteilen entweder vor oder nach dem Aufbringen auf die Bodenplatte erfolgen. Erfindungsgemäß können eine o- der mehrere Leiterplatten des Basiselements mit elektronischen Bauteilen bestückt sein. Die elektronischen Bauteile können dabei mindestens teilweise auch im Basiselement integriert sein.To produce a module according to the invention for an electronic control unit, at least two two-layer or multi-layer printed circuit boards can be directly and electrically connected to a base element and the base element can be equipped with the electronic components of the central control electronics, applied to a base plate and connected to the outside of the Housing lying components connected and subsequently attached to the housing cover. In the sequence, the equipping of the base element with the electronic components can take place either before or after application to the base plate. According to the invention, one or more printed circuit boards of the base element can be equipped with electronic components. The electronic components can be at least partially integrated in the base element.
In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die mechanische und elektrische Verbindung der Leiterplatten zum Basiselement in aufeinander folgenden Prozessschritten oder in einem parallel ausgeführten Schritt hergestellt werden. Die Ausführung in einem parallel, das heißt gleichzeitig, ausgeführten Schritt ist besonders kostengünstig und daher erfindungsgemäß bevorzugt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die elektrische Verbindung durch Löten oder Schweißen und die mechanische Verbindung der Leiterplatten durch Laminieren oder Kleben hergestellt wer- den. Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von verschiedenen Ausführungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, ohne hierauf beschränkt zu sein.In further embodiments of the method according to the invention, the mechanical and electrical connection of the printed circuit boards to the base element can be produced in successive process steps or in a parallel executed step. The execution in a parallel, that is, at the same time, executed step is particularly inexpensive and therefore preferred according to the invention. In a particularly preferred embodiment, the electrical connection can be made by soldering or welding and the mechanical connection of the printed circuit boards by lamination or gluing. The invention will be described below by way of example with reference to various embodiments in conjunction with the drawings, without being limited thereto.
In diesen zeigen:In these show:
Fig. Ia und Ib eine schematische Schnittdarstellung von zwei PCB-Leiterplatten bei der Herstellung eines Basiselements ü- ber gegengleich ausgeführte Kanten für ein erfindungsgemäßes Modul .Ia and Ib a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards in the production of a base member over the same opposite edges for a module according to the invention.
Fig. 2a und 2b eine schematische Schnittdarstellung von zwei PCB-Leiterplatten bei der Herstellung eines Basiselements ü- ber eine Nut und Federverbindung für ein erfindungsgemäßes Modul .2a and 2b is a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards in the production of a base member via a tongue and groove joint for a module according to the invention.
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Herstellung direkten Verbindung zweier PCBs in einem parallelen Prozessschritt. Fig. 3a und 3c sind dabei als Schnittdarstellungen und Fig. 3b als Draufsicht gezeigt.Fig. 3 is a schematic representation of the production direct connection of two PCBs in a parallel process step. 3a and 3c are shown as sectional views and Fig. 3b as a plan view.
Fig. Ia zeigt eine schematische Schnittdarstellung von zwei PCB-Leiterplatten Ia, Ib für die Herstellung eines Basiselements 2 über gegengleich ausgestaltete Kanten 3a, 3b für ein erfindungsgemäßes Modul. Die erste PCB Ia kann dabei von oben und die zweite PCB Ib von unten derart abgefräst werden, dass jeweils eine überstehende Kante 3a und 3b ausgebildet wird, die an ihrer Oberfläche jeweils einen freigelegte Kupferlagenbereich 4a, 4b trägt. Diese freigelegten Kupferlagenbereiche 4a, 4b stehen dann beispielsweise für einen Löt- oder Schweiß-Verbindungsprozess zur Verfügung. Die Kanten 3a und 3b können dabei so ausgestaltet sein, dass sie in ihren Abmessungen genau aufeinander angepasst sind und die beiden PCB Ia, Ib direkt miteinander elektrisch und mechanisch verbunden werden können. Vorteilhafterweise werden hierfür erfindungs- gemäß keine zusätzlichen Verbindungselemente, wie beispielsweise Pressfit-Pins, benötigt. Durch den so gestalteten Ver- bindungsprozess kann die elektrische Kontaktierung der Lei- terplatten Ia, Ib vollständig abgedeckt sein, so dass ein Schutz vor metallischer Kontamination, wie Späne oder Partikel, einem hierdurch verursachten Kurzschluss gewährleistet ist. Eine zusätzliche Abdeckung oder Schutzeinrichtung ist daher erfindungsgemäß nicht notwendig. In der gezeigten Ausführungsform sind die PCB Ia und Ib unterschiedlich aufgebaut. Die PCB Ia weist beispielsweise nur zwei innere Kupferlagen 5a auf, während die PCB Ib vier innere Kupferlagen 5b besitzt. Durch den möglichen unterschiedlichen technologi- sehen Aufbau der PCBs Ia und Ib ist es vorteilhafterweise auf einfache Weise möglich sehr komplexe Leiterplattenstrukturen zur Verfügung zu stellen. Das Basiselement 2 des erfindungsgemäßen Moduls kann dabei variabel auf verschiedenste Anforderungen und Anwendungen angepasst werden. In der gezeigten Ausgestaltung tragen beide Leiterplatten Ia, Ib elektronische Bauteile 6a, 6b. Die elektrische Anbindung der elektronischen Bauteile 6a, 6b auf den Leiterplatten Ia und/oder Ib kann beispielsweise durch Bondungen 7 erfolgen. Die mechanische Befestigung der Bauteile 6a, 6b kann durch Standard Lötver- fahren, beispielsweise Reflow-Lötverfahren, oder durch Kleben erreicht werden. Die elektronische Anbindung von peripheren Komponenten kann zum Beispiel mit einer Pressfit-Verbindung durch Pressfit-Pins oder mittels Laserschweißen erfolgen. Die elektrischen Bauteile der Steuerungselektronik können alter- nativ in einer oder beiden Leiterplatten integriert sein.1 a shows a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards 1 a, 1 b for the production of a base element 2 via oppositely configured edges 3 a, 3 b for a module according to the invention. The first PCB Ia can be milled from above and the second PCB Ib from below such that in each case a protruding edge 3a and 3b is formed, which carries on its surface in each case an exposed copper layer region 4a, 4b. These exposed copper layer areas 4a, 4b are then available, for example, for a soldering or welding connection process. The edges 3a and 3b can be designed so that they are matched in their dimensions exactly to each other and the two PCB Ia, Ib can be connected directly to each other electrically and mechanically. Advantageously, according to the invention, no additional connecting elements, such as pressfit pins, are required for this purpose. The connection process designed in this way allows the electrical contacting of the conductor terplatten Ia, Ib be completely covered, so that a protection against metallic contamination, such as chips or particles, a short circuit caused thereby is ensured. An additional cover or protective device is therefore not necessary according to the invention. In the embodiment shown, the PCBs Ia and Ib are constructed differently. For example, the PCB Ia has only two inner copper layers 5a, while the PCB Ib has four inner copper layers 5b. Due to the possible different technological design of the PCBs Ia and Ib, it is advantageously possible to easily provide very complex printed circuit board structures. The base element 2 of the module according to the invention can be variably adapted to a wide variety of requirements and applications. In the embodiment shown, both printed circuit boards Ia, Ib carry electronic components 6a, 6b. The electrical connection of the electronic components 6a, 6b on the circuit boards Ia and / or Ib can be done for example by bonding 7. The mechanical fastening of the components 6a, 6b can be achieved by standard soldering methods, for example reflow soldering methods, or by gluing. The electronic connection of peripheral components can be done, for example, with a Pressfit connection by Pressfit pins or by laser welding. The electrical components of the control electronics can alternatively be integrated in one or both printed circuit boards.
Darüber hinaus können die Leiterplatten verschiedene Vias 8, beispielsweise zur Wärmeableitung und/oder elektrischen Verbindung zwischen den verschiedenen Lagen aufweisen.In addition, the printed circuit boards may have different vias 8, for example for heat dissipation and / or electrical connection between the different layers.
Fig. Ib zeigt wie Fig. Ia eine schematische Schnittdarstellung von zwei PCB-Leiterplatten Ia, Ib für die Herstellung eines Basiselements 2 über gegengleich ausgeführte Kanten 3a, 3b für ein erfindungsgemäßes Moduls. Die Ausgestaltung und der Aufbau entsprechen im Wesentlichen der aus Fig. 1. Die freigelegten Kupferlagenbereiche 4a, 4b können in dieser gezeigten Ausführungsform durch einen Schweißprozess verbunden werden. Zu diesem Zweck kann zusätzlich zu den Kanten 3a, 3b eine Z-achsen-kontrollierte Fräsung oder Bohrung 9 aufweisen.FIG. 1b shows, like FIG. 1a, a schematic sectional representation of two PCB printed circuit boards 1a, 1b for the production of a base element 2 via diametrically opposed edges 3a, 3b for a module according to the invention. The design and the structure essentially correspond to those of FIG. 1. The exposed copper layer regions 4a, 4b can be connected in this embodiment shown by a welding process become. For this purpose, in addition to the edges 3a, 3b may have a Z-axis-controlled milling or bore 9.
Fig. 2a zeigt eine schematische Schnittdarstellung von zwei PCB-Leiterplatten Ia, Ib bei der Herstellung eines Basiselements 2 über eine Nut und Federverbindung für ein erfindungsgemäßes Modul. Hierzu kann an einer ersten Leiterplatte Ia mittels Fräsen an einer Kante von oben und von unten die vorstehende Feder 10 ausgebildet werden, während an einer zwei- ten Leiterplatte Ib eine hierauf angepasste Ausnehmung 11, das heißt die Nut erzeugt wird. Nut 12 und Feder 11 können durch eine Lochgalvanisierung und Ineinanderschieben miteinander verbunden werden, ohne das hierfür zusätzliche Verbindungselemente, wie Pressfit-Pins, eingesetzt werden müssen. Die Verbindung ist daher sehr stabil. Außerdem ist die Herstellung der Verbindung einfach und kostengünstig. Auch bei diesem derart gestalteten Verbindungsprozess kann die elektrische Kontaktierung der Leiterplatten Ia, Ib vollständig abgedeckt sein, so dass ein Schutz vor metallischer Kontamina- tion, wie Späne oder Partikel, und einem hierdurch verursachten Kurzschluss gewährleistet ist. Die weitere Ausgestaltung mit den entsprechenden damit verbundenen Effekten und Vorteilen entspricht den Ausführungen die zur Fig. Ia und Ib beschrieben sind.2 a shows a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards 1 a, 1 b in the production of a base element 2 via a tongue and groove connection for a module according to the invention. For this purpose, the protruding spring 10 can be formed on a first printed circuit board 1a by means of milling on one edge from above and below, while on a second printed circuit board 1b a recess 11 adapted thereto, ie the groove, is produced. Groove 12 and spring 11 can be connected to each other by a Lochgalvanisierung and telescoping without the need for additional fasteners, such as pressfit pins, must be used. The connection is therefore very stable. In addition, the preparation of the connection is simple and inexpensive. Even with this connection process designed in this way, the electrical contacting of the printed circuit boards 1a, 1b can be completely covered, so that protection against metallic contamination, such as chips or particles, and a short circuit caused thereby is ensured. The further embodiment with the corresponding associated effects and advantages corresponds to the embodiments described for FIGS. Ia and Ib.
Fig. 2b zeigt eine schematische Schnittdarstellung von zwei PCB-Leiterplatten Ia, Ib bei der Herstellung eines Basiselements 3 über eine Nut und Federverbindung für ein erfindungsgemäßes Modul. In der gezeigten Ausführungsform sind Nut 11 und Feder 10 bereits zum Basiselement 2 zusammengefügt. Zusätzlich kann durch Nut und Feder eine Bohrung 12 geführt sein, durch die beispielsweise mit einem Stift oder einer Schraube eine zusätzliche mechanische Verstärkung erzielt werden kann. Die weitere Ausgestaltung mit den damit verbun- denen Effekten und Vorteilen entspricht ebenfalls der zur Fig. Ia und Ib beschriebenen Ausgestaltungen. Fig. 3a bis 3c zeigen eine schematische Darstellung der Herstellung einer direkten Verbindung zweier PCBs Ia, Ib in einem parallelen Prozessschritt. In der gezeigten Ausführungsform wird zur elektrischen Kontaktierung ein Lötprozess und zur mechanischen Verbindung und Stabilisierung eine Laminie- rung oder Klebung eingesetzt. Die zusätzliche mechanische Stabilisierung ist vorteilhaft, da in Anwendungsbereichen der Getriebetechnik oftmals Umgebungstemperaturen bis zu 150 0C oder mehr auftreten können und bei hohen Temperaturen Lötver- bindungen ihre Haltekraft verlieren können.2b shows a schematic sectional view of two PCB printed circuit boards Ia, Ib in the manufacture of a base element 3 via a tongue and groove joint for a module according to the invention. In the embodiment shown, groove 11 and spring 10 are already joined to the base element 2. In addition, a bore 12 can be guided by tongue and groove through which, for example, with a pin or a screw additional mechanical reinforcement can be achieved. The further embodiment with the associated effects and advantages also corresponds to the embodiments described with reference to FIGS. 1a and 1b. 3a to 3c show a schematic representation of the production of a direct connection of two PCBs 1a, 1b in a parallel process step. In the embodiment shown, a soldering process is used for electrical contacting and lamination or bonding for mechanical connection and stabilization. The additional mechanical stabilization is advantageous since in application areas of gear technology often ambient temperatures up to 150 0 C or more can occur and at high temperatures solder joints lose their holding power.
Fig.3a zeigt die beiden Leiterplatten Ia, Ib in einer Schnittdarstellung. Auf den Leiterplatten werden jeweils ein oder mehrere Lötpads 13 für angeordnet. Zwischen beiden Leiterplatten Ia, Ib kann eine Kleberfolie 14, beispielsweise eine Acrylkleberfolie oder Polyimidfolie eingesetzt werden.3a shows the two circuit boards Ia, Ib in a sectional view. On the circuit boards one or more solder pads 13 are arranged for each. An adhesive film 14, for example an acrylic adhesive film or polyimide film, can be used between the two printed circuit boards 1a, 1b.
Fig.3b zeigt eine Draufsicht auf eine der Leiterplatten 1 auf der eine Kleberfolie 14 angeordnet ist. Die Kleberfolie 14 weist dabei im Bereich der Lötpads 13 Durchbrechungen 15 auf. Fig.3c zeigt die beiden Leiterplatten Ia, Ib in einer Schnittdarstellung. Die Leiterplatten Ia, Ib werden so aufeinander positioniert, dass die Lötpads 13 aufeinander zu liegen kommen. Über das Einbringen von Druck und Temperatur beispielsweise in Richtung des Pfeils A kann eine Lötverbindung hergestellt und gleichzeitig der Kleber vernetzt und ausgehärtet werden. Das Einbringen von Druck und Temperatur kann zum Beispiel mit einer Heißsiegelpresse erfolgen. Auch in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die elektrische Kontaktierung der Leiterplatten Ia, Ib vollständig abgedeckt sein, so dass ein Schutz vor metallischer Kon- tamination, wie Späne oder Partikel, einem hierdurch verursachten Kurzschluss gewährleistet ist. Ebenfalls können die Leiterplatten Ia, Ib gleich oder unterschiedlich aufgebaut sein, so dass problemlos auch komplexe Basiselemente 2 gebildet werden können. Hierdurch kann die Unterteilung der Lei- terplatten Ia, Ib variabel auf verschiedenste Anwendungen und Anforderungen angepasst werden. Vorteilhafterweise wird zum Zweck der direkten Verbindung der Leiterplatten zum Basiselement erfindungsgemäß keine zusätzliche Stecker- und Verbindungskomponente benötigt. Die Länge der Signal- und Strompfade kann durch die direkte Anbindung der Leiterplatten minimal gehalten werden. Dies gilt gleichermaßen für die Anzahl der benötigten Schnittstellen. Im Vergleich mit Basiselementen, die durch eine separate Steckerkomponente verbunden sind kann erfindungsgemäß auch die Fehleranfälligkeit der resultierenden elektronischen Baugrup- pe verringert und ihre Zuverlässigkeit damit deutlich verbessert werden. Die erfindungsgemäßen Basiselemente 2 sind einfach und kostengünstig herzustellen und zeichnen sich durch eine hohe Stabilität aus.3b shows a plan view of one of the circuit boards 1 on which an adhesive film 14 is arranged. The adhesive film 14 has openings 13 in the area of the soldering pads 13. 3 c shows the two printed circuit boards Ia, Ib in a sectional view. The printed circuit boards Ia, Ib are positioned on each other so that the solder pads 13 come to rest on each other. About the introduction of pressure and temperature, for example in the direction of arrow A, a solder joint can be made and at the same time the adhesive crosslinked and cured. The introduction of pressure and temperature can be done for example with a heat seal press. In this preferred embodiment of the invention, the electrical contacting of the printed circuit boards Ia, Ib can be completely covered, so that protection against metallic contamination, such as chips or particles, a short circuit caused thereby is ensured. Likewise, the printed circuit boards Ia, Ib may be the same or different, so that even complex basic elements 2 can be formed without problems. As a result, the subdivision of the printed circuit boards Ia, Ib can be variably adapted to a wide variety of applications and requirements. Advantageously, according to the invention no additional plug and connection component is required for the purpose of direct connection of the printed circuit boards to the base element. The length of the signal and current paths can be kept to a minimum by the direct connection of the printed circuit boards. This applies equally to the number of interfaces required. In comparison with basic elements which are connected by a separate plug component, according to the invention, the susceptibility of the resulting electronic component to failure can also be reduced and its reliability thereby significantly improved. The base elements 2 according to the invention are simple and inexpensive to manufacture and are characterized by a high stability.
Zusammenfassend wird demnach ein Modul für eine integrierte Steuerungselektronik vorgeschlagen, bei dem die Funktion des Trägers für die elektronischen Bauteile einerseits und gleichzeitig die elektronische Verbindung zu den peripheren Komponenten durch ein Basiselement übernommen wird. Die Sig- nal- und Potentialverteilung kann durch das Basiselement e- benso zuverlässig und langzeitstabil sichergestellt werden wie die thermische Anbindung an die Bodenplatte oder vergleichbare Wärmeableitungen. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verbindungskonzept den Aufbau komplexer Leiterplatten- Strukturen als Basiselement, ohne dass hierfür eine zusätzliche Stecker- und Verbindungskomponente konzipiert, bereitgestellt und eingebaut werden muss. Das somit bereitgestellte Modul ist leicht und variabel konfektionierbar und kann mit Standardprozessen kostengünstig gefertigt werden. Die Montage ist daher leicht und kostengünstig in den Gesamtmontagepro- zess einer elektronischen Vorrichtung integrierbar. In summary, therefore, a module for an integrated control electronics is proposed, in which the function of the carrier for the electronic components on the one hand and at the same time the electronic connection to the peripheral components is taken over by a base element. The signal and potential distribution can be ensured by the base element e- benso reliable and long-term stability as the thermal connection to the bottom plate or comparable heat dissipation. In addition, the connection concept according to the invention makes it possible to construct complex printed circuit board structures as a base element, without having to design, provide and install an additional plug and connection component for this purpose. The module thus provided is easy and variably assemble and can be manufactured inexpensively with standard processes. The assembly can therefore be easily and inexpensively integrated into the overall assembly process of an electronic device.

Claims

Patentansprüche claims
1. Modul für eine integrierte Steuerungselektronik mit min- destens einem Gehäusedeckel und einem Basiselement (2) als elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum und außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2) Träger für die elektronischen Bauteile (6) der zentralen Steuerungselektro- nik und gleichzeitig thermische Anbindung an die Bodenplatte ist und aus mindestens zwei elektrisch und mechanisch direkt miteinander verbundenen zwei- oder mehrlagigen PCB Leiterplatten (Ia, Ib) gebildet wird, die gleich oder unterschiedlich aufgebaut sind.1. module for an integrated control electronics with at least one housing cover and a base element (2) as an electrical connection between the housing interior and outside the housing lying components, characterized in that the base element (2) support for the electronic components (6) of central control electronics and at the same time thermal connection to the bottom plate and from at least two electrically and mechanically directly interconnected two- or multi-layer PCB PCB (Ia, Ib) is formed, which are constructed the same or different.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leiterplatte (Ia, Ib) des Basiselements (2) mindestens teilweise verformbar ist.2. Module according to claim 1, characterized in that at least one printed circuit board (Ia, Ib) of the base element (2) is at least partially deformable.
3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Verbindung der Leiterplatten (Ia, Ib) zum Basiselement (2) durch gegengleich ausgestaltete Kanten (3a, 3b) oder über eine Nut (11) und Feder (10) Verbindung realisiert wird.3. Module according to claim 1 or 2, characterized in that the direct connection of the printed circuit boards (Ia, Ib) to the base element (2) by oppositely configured edges (3a, 3b) or via a groove (11) and spring (10) connection is realized.
4. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung durch Löten oder Schweißen und die mechanische Verbindung durch Kleben oder Laminieren hergestellt werden.4. Module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrical connection by soldering or welding and the mechanical connection by gluing or laminating are made.
5. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche mechanische Verbindung der Leiterplatten durch Nieten, Schrauben und/oder eine Heißver- stemmung, Laminierung oder Klebung vorgesehen wird.5. Module according to one of claims 1 to 4, characterized in that an additional mechanical connection of the printed circuit boards by rivets, screws and / or a Heißver- stemmung, lamination or gluing is provided.
6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zwei- oder mehrlagige Leiterplatte (Ia, Ib) des Basiselements (2) verschie- dene Vias (8) zur thermischen Anbindung an die Bodenplatte, zur elektronischen Verbindung zwischen verschiedenen Leiterplattenlagen und/oder zur elektronischen Anbindung an die außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten aufweist.6. Module according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that at least one two- or multi-layer printed circuit board (Ia, Ib) of the base element (2) differs dene vias (8) for thermal connection to the bottom plate, for electronic connection between different circuit board layers and / or for electronic connection to the outside of the housing components.
7. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Anbindung der außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten mittels Einpresstechnik und/oder Laserschweißen ausgeführt wird.7. Module according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the electronic connection of the components lying outside of the housing by means of press-fitting and / or laser welding is performed.
8. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauteile (6) der zentralen Steuerungselektronik in mindestens einer zwei- oder mehrlagigen Leiterplatte (Ia, Ib) des Basiselements (2) integriert sind.8. Module according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the electronic components (6) of the central control electronics in at least one two- or multi-layer printed circuit board (Ia, Ib) of the base element (2) are integrated.
9. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauteile (6) der zentralen Steuerungselektronik mittels Lötverfahren und/oder Kleben auf dem Basiselement (5) befestigt und/oder kontaktiert sind.9. Module according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the electronic components (6) of the central control electronics by means of soldering and / or gluing on the base member (5) attached and / or contacted.
10. Verfahren zur Herstellung eines Moduls mit den Merkmalen mindestens eines der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, da- du r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens zwei zwei - oder mehrlagige Leiterplatten (Ia, Ib) direkt miteinander elektrisch und mechanisch zu einem Basiselement (2) verbunden werden und das Basiselement (2) mit den elektronischen Bauteilen (6) der zentralen Steuerungselektronik bestückt, auf eine Bo- denplatte aufgebracht und mit den außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten verbunden wird und nachfolgend der Gehäusedeckel befestigt wird.10. A method for producing a module having the features of at least one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that at least two two- or multi-layer printed circuit boards (Ia, Ib) are connected directly to each other electrically and mechanically to a base element (2) and the base element (2) is equipped with the electronic components (6) of the central control electronics, applied to a base plate and connected to the components located outside the housing, and subsequently the housing cover is fastened.
11. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische und elektrische Verbindung der Leiterplatten11. The method according to claim 10, characterized in that the mechanical and electrical connection of the circuit boards
(Ia, Ib) zum Basiselement (2) in einem parallel ausgeführten Schritt hergestellt wird. (Ia, Ib) is made to the base member (2) in a parallel performed step.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung durch Löten oder Schweißen und die mechanische Verbindung durch Laminieren oder Kleben hergestellt wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the electrical connection is made by soldering or welding and the mechanical connection by lamination or gluing.
13. Verwendung eines Moduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 bevorzugt für eine integrierte Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs. 13. Use of a module according to one of the preceding claims 1 to 9 preferably for an integrated transmission control of a motor vehicle.
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