WO2020043341A1 - Elektronikmodul und verfahren zum fertigen desselben - Google Patents

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WO2020043341A1
WO2020043341A1 PCT/EP2019/066012 EP2019066012W WO2020043341A1 WO 2020043341 A1 WO2020043341 A1 WO 2020043341A1 EP 2019066012 W EP2019066012 W EP 2019066012W WO 2020043341 A1 WO2020043341 A1 WO 2020043341A1
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contact pins
component
printed circuit
strip
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PCT/EP2019/066012
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Holger Braun
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an electronic module, in particular for
  • Transmission control unit can be used in a motor vehicle, and a method for manufacturing an electronic module.
  • Electronic modules are used to build circuits in which various electrical and / or electronic components are interconnected. With the help of components connected in this way, this can be done
  • Electronic module provide certain functionalities.
  • transmission control modules are used to control functions of a transmission in a motor vehicle.
  • simple components such as resistors,
  • an electronic module can also have sensors, for example, for states within the gearbox to be controlled or to measure in an environment, and / or have plugs in order, for example, to be able to electrically connect the electronic module or parts thereof to external circuits.
  • the components can be arranged on a circuit board.
  • Sensitive components of an electronic module should be protected against damage from mechanical loads and damage from an attack by chemically aggressive substances.
  • the components can be encapsulated, for example, in a protective compound which covers a surface of the circuit board carrying the components.
  • the Protective mass can be made of plastic, for example a thermoset,
  • Epoxy resin especially a polymer, e.g. Epoxy resin.
  • contact pins can be provided on the circuit board, which protrude through a protective layer of protective compound covering the circuit board.
  • DE 10 2015 214 311 A1 describes an electronic module with a component that can be placed flexibly via a base element and a method for producing the same.
  • DE 10 2017 210 176 Al describes another electronic module.
  • DE 10 2016 209 488 A1 describes a further electronics module with a clamp connection for a transmission control unit.
  • Embodiments of the present invention can advantageously enable an electronic module, which is particularly suitable for a
  • Transmission control device can be used to provide and manufacture, in which a plurality of contact pins can be arranged closely adjacent to one another and is accessible and contactable from outside a layer of protective compound and which is simple, reliable and / or inexpensive to manufacture.
  • an electronic module According to a first aspect of the invention, an electronic module
  • the first component is arranged on an assembly side of the printed circuit board and electrically contacted with it.
  • the contact pins contact the component side of the circuit board electrically with one end on the circuit board side.
  • the protective compound can be processed in liquid form and then hardened and covers the component side of the printed circuit board as a protective layer such that the first component is encapsulated in the protective compound and the contact pins are laterally surrounded by the protective compound and a
  • the electronic module is characterized in that the contact pins are arranged next to one another in a holding bar, which mechanically contacts all the contact pins in such a way that the contact pins are held on the holding bar and are positioned relative to one another by the holding bar.
  • a second aspect of the invention relates to a method for producing an electronic module which has the features described above.
  • the process is characterized in that the contact pins of the
  • Electronic module are arranged next to each other in a holding bar and the holding bar mechanically contacts all contact pins such that the contact pins are held on the holding bar and are positioned relative to each other by the holding bar.
  • printed circuit boards including components mounted thereon, can be encapsulated using an encapsulated one
  • Contact pins can pass through the protective compound from the component side of the circuit board, so that they can be contacted from the outside.
  • the contact pins can be applied to the protective compound
  • the contact pins are usually soldered to the component side in advance.
  • the contact pins may have a widened base for this purpose, which can be soldered flat to contact areas on the component side.
  • the protective compound can then be applied so that it covers the components to be protected and is laterally adjacent to the contact pins or surrounds it, with an end of the contact pins remote from the printed circuit board projecting outward beyond the protective compound and thus being freely accessible.
  • the protective compound can then be cured.
  • the circuit board, together with the protective compound is usually placed in an oven, for example one
  • the circuit board including the protective compound can have a low overall height, so that the furnace used can be designed to save space as much as possible.
  • a volume in which the printed circuit boards are to be accommodated for heating in the furnace can be flat.
  • Ends of the contact pins remote from the circuit board are attached to further components and / or externally accessible plugs.
  • Their electrically conductive connections can be electrically connected to the ends of the contact pins, for example by soldering, connecting or preferably
  • the multiple contact pins are to be arranged in advance in a special holding strip which mechanically holds the contact pins suitably positioned relative to one another.
  • the retaining strip can then be arranged together with the contact pins held therein on the component side of the printed circuit board and the contact pins electrically with the
  • PCB are connected, for example by soldering. This can preferably be done during the manufacture of the electronic module before the protective compound is applied to the component side of the circuit board in order to Form protective layer. If the protective composition is then applied, it can surround the support strip or lie close to it, so that the
  • the elongated contact pins can have a greater length, preferably a length more than twice or even more than four times as long as their maximum cross-sectional dimension.
  • the contact pins can have small cross-sectional dimensions, i.e. in the case of round contact pins have a small diameter in comparison to their length, so that many contact pins can be arranged next to one another on a small partial area of the component side of the printed circuit board. In particular they need
  • Contact pins do not have a widened foot, which is otherwise conventionally used to ensure that the long, thin contact pins can be attached to their feet with sufficient mechanical hold on the printed circuit board without bending sideways under load. Instead, the contact pins can be thin over their entire length and, for example, constant ones
  • Such contact pins are simple and inexpensive to manufacture. The contact pins can then on one
  • circuit board side and / or in an area further away from the circuit board side end in the holding bar and held by the latter, among other things, against lateral bending.
  • next adjacent contact pins are smaller, preferably less than half as large or even less than a quarter as large, as a length of the
  • the contact pins can be very close
  • the retaining strip being able to ensure correct positioning and / or sufficient spacing between adjacent contact pins.
  • the retaining strip can be embedded in the protective compound in such a way that the protective compound adjoins an area of the retaining strip on the circuit board side and an area of the retaining strip remote from the circuit board protrudes from the protective compound.
  • the protective compound can surround the holding strip on the side and reach it to the side.
  • the protective layer formed from the protective compound can, however, have a smaller thickness than the height of the holding strip, so that the holding strip extends away from the printed circuit board Protective layer survives.
  • the retaining bar can thus be accessible from the outside, similarly to the contact pins accommodated therein, so that the retaining bar can be coupled, for example, to other components of the electronic module.
  • the electronics module can have at least one second component, which is electrically connected to the end remote from the printed circuit board of at least one of the contact pins, in particular is welded.
  • the second component can be a sensor, for example, which protrudes from the circuit board in order to be able to measure local physical parameters.
  • the second component can be, for example, a plug that can be contacted from the outside, for example in order to be able to establish an electrical connection with external sensors or other circuits.
  • the second component can have a similar or greater overall height than the printed circuit board with the protective compound applied to it.
  • the second component can optionally be retrofitted, i.e. after the circuit board with the
  • protective compound and the protective compound has hardened are connected to the ends of the contact pins remote from the circuit board.
  • metallic contact connections of the second component can be welded to the contact pins in an electrically conductive manner, in particular laser-welded. Accordingly, when the protective compound is hardened in an oven used for this purpose, no additional installation space is required for the second
  • the second component can have, at least in one contact area, a counter bar, which interacts mechanically with the retaining bar in order to fix the second component to the retaining bar.
  • the counter bar and the holding bar can each be designed geometrically in such a way that they can be coupled to one another in a force-locking and / or positive manner.
  • the counter strip can be the second component and / or components protruding therefrom, such as electrical lines or
  • the electronics module can also have a chip protection cover which covers areas of the contact pins remote from the circuit board.
  • the chip protection cover can in particular cover areas of the contact pins which would be exposed without the chip protection cover and on which, for example, electrically conductive metal chips come into contact with the contact pins and could short-circuit them with one another.
  • the chip protection cover can be coupled to the retaining strip and / or the counter strip, that is to say it can be fixed to the latter. Together with the retaining strip and / or the counter strip, the chip protection cover can then enclose a volume in which the contact pins are received in such a way that no chips, which have a critical size that would be sufficient to short-circuit adjacent contact pins, enter the enclosed volume can.
  • the volume does not necessarily have to be hermetically sealed, i.e. a fluid such as gear oil can possibly penetrate the volume past the chip protection cover.
  • the retaining strip and the counter strip or the chip protection cover can be geometrically designed in such a way that a labyrinth seal is formed on a contact surface on which the retaining strip interacts with the counter strip or the chip protection cover.
  • the labyrinth seal can be designed in such a way that chips with the above-mentioned critical size can no longer pass through them into the volume covered by the chip protection cover.
  • the retaining strip, the counter strip and / or the chip protection cover can be any suitable material.
  • Plastic components in particular injection molded components. Such plastic components can be produced simply and inexpensively and with sufficient precision for the respective component.
  • Fig. 1 shows a perspective cross-sectional view through a
  • Fig. 2 shows a perspective top view of one with a second
  • Fig. 3 shows a perspective cross-sectional view through with a
  • Chip protection cover provided electronic module according to the invention.
  • FIG. 4 shows a longitudinal sectional view through an electronic module according to the invention provided with a chip protection cover.
  • the electronic module 1 shows a cross-sectional view through an electronic module 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic module 1 comprises a printed circuit board 3, on the component side 7 of which one or preferably several components 5 (for the sake of simplicity only shown extremely schematically) are arranged.
  • the components 5 can be electrically connected to electrically conductive structures (not explicitly shown), for example conductor tracks on the printed circuit board 3.
  • These conductive structures can in turn be connected to contact pins 9, by means of which contacting to other components or contacting in the form of a plug that can be achieved from the outside can be created.
  • the contact pins 9 are arranged in a holding strip 17 which mechanically holds the contact pins 9 and positions them closely adjacent to one another.
  • the contact pins 9 are significantly longer both as their diameter and as a distance between the next adjacent contact pins 9.
  • the contact pins 9 can preferably be accommodated in the holding strip 17, aligned parallel to one another.
  • the holding bar 17 can be a simple one
  • contact pins 9 can be extrusion-coated with electrically insulating plastic.
  • a plurality of contact pins 9 can be mounted together in the holding strip 17 by arranging the holding strip 17 on the component side 7 of the printed circuit board 3 and then ends 13 of the contact pins 9 on the printed circuit board side with associated ones
  • Contact areas on the circuit board 3 are electrically connected, for example soldered.
  • the protective compound 11 covers the components 5 and thus encapsulates them.
  • the retaining strip 17 has a greater height, which is in particular greater than the thickness of the protective layer formed by the protective compound 11, so that the protective compound 11 adjoins an area of the retaining strip 17 on the circuit board side, an area of the retaining strip remote from the printed circuit board 17, however, protrudes upward from the protective compound 11 and is thus exposed.
  • FIG. 2 shows a perspective view of an electronic module 1, in which the printed circuit board 3 has been connected to a second component 19.
  • the second component can be, for example, an additional printed circuit board, a lead frame or the like with components fitted thereon.
  • the second component 19 can also be a sensor, a mating connector or the like.
  • the second component 19 can be coupled to the holding bar 17 via a counter bar 21. It can be arranged in the counter bar 21
  • Contact terminals 25 electrically contact the contact pins 9 received in the holding strip 17 at their ends 15 remote from the printed circuit board and with them in particular be welded.
  • a load-bearing mechanical coupling between the printed circuit board 3 and the second component 19 preferably does not predominantly take place via the contact connections 25 connected to the contact pins 9, but is instead established by a suitable mechanical coupling between the holding strip 17 and the counter strip 21.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view through an electronics module 1, which is connected via its retaining bar 17 to the counter bar 21 of a second component 19.
  • Fig. 4 shows a longitudinal sectional view through a similar
  • the counter bar 21 and the holding bar 17 are geometrically designed in such a way that they can be coupled to one another simply, reliably and with sufficient mechanical strength.
  • the counter bar 21 and the holding bar 17 can be clipped together.
  • a holding element 27 possibly provided on the holding strip 17 can, for example, be provided in a holding element 21 provided in the counter strip 21
  • Engage recess 29 to stabilize a mechanical connection between the holding bar 17 and the counter bar 21 so that forces acting on the second component 19, the electrical connection between the
  • a chip protection cover 23 is provided. This chip protection cover 23 can
  • the chip protection cover 23 can also cover the contact connections 25.
  • the chip protection cover 23 can, like the holding strip 17 and the counter strip 21, consist of an electrically insulating plastic material and can be, for example, a simple injection-molded component.
  • the chip protection cover 23, the holding strip 17 and the counter strip 21 can be designed geometrically in such a way that a labyrinth seal forms at a transition between these components.
  • Labyrinth seal is a way into the interior of the volume covered by the chip protection cover 23 so that it is curved in a labyrinthine manner that no elongated ones Metal chips can get through. However, fluids such as, in particular, the transmission oil can still get through this labyrinth seal.
  • Figs. 5 (a) and (b) are longitudinal sections through possible configurations of the electronic module 1 and in particular through its holding strip 17.
  • the holding strip 17 can be designed with openings 31 through which the contact pins 9 run with a certain lateral play.
  • the contact pins 9 are only held on the rest of the retaining strip 17 via a web 33.
  • the contact pins 9 are roughly positioned in the holding bar 17, but can still be shifted slightly laterally when mounting the holding bar 17 before they are then soldered with their end 13 on the circuit board side, for example with a contact surface 35 on the component side 7 of the printed circuit board 3.
  • the holding strip 17, as shown in FIG. 5 (b), can tightly enclose the contact pins 9 and thus position them firmly.
  • the contact pins 9 can be pressed into narrow openings in the holding bar 17 or can be cast directly during the manufacture of the holding bar 17.
  • Embodiments of the invention relate to a mechanical and electrical connection of discrete components in an electronic module, preferably for a transmission control for an automatic transmission.
  • the invention is particularly advantageous for the connection of plug connectors, sensor modules, etc. with many electrical conductors to be joined.
  • Known electronic modules contain, among other things, a control unit with electrical components for signal processing, power electronics and discrete components such as sensors for detecting position and speed, electrical interfaces, for example in the form of plug connections, and at least one plug connection for connection to the vehicle wiring harness.
  • Some of the electronic modules are installed under gear oil and are exposed to high temperatures (e.g. -40 ... + 150 ° C) in the gear unit. For this reason, the design of control modules should meet various requirements, such as helping to avoid chemical attack by aggressive oil, as well as providing good temperature and vibration resistance and protection against short circuits caused by metal chips.
  • the position of discrete components is usually specified by a construction of the gear. As a rule, this position lies outside a level of the control device.
  • An electrical conductor is required for the electrical connection to the control unit. This can e.g. a cable, a lead frame or a flexible film.
  • a support is required for mechanical positioning and fixation in the room. This can e.g. be a plastic body.
  • the electrical conductor and the mechanical support can be combined in one assembly or component and are referred to below as
  • control units and discrete components such as sensor domes are manufactured in separate production steps. These components are then assembled. Methods such as soldering, welding and plug connections are used for electrical contacting.
  • Embodiments of the invention can be used particularly advantageously for a new module platform for control modules with a polymer protection system from the applicant.
  • the electronic components are placed on a substrate such as arranged on a circuit board and then enclosed with liquid polymer that hardens later.
  • the component In order to get as many printed circuit boards as possible in the curing process, for example in an oven, the component should be as flat as possible. An assembly of a sensor dome or another discrete component should take place after the polymer has hardened.
  • embodiments of the invention can be used in others
  • One of the objects of the invention is to provide a simpler and therefore cheaper connection between e.g. To be able to manufacture control unit and discrete components such as sensors and connectors.
  • connection created with embodiments of the electronic module described here is mechanically very robust. In particular, in comparison to pins soldered directly into printed circuit boards, it is robust when subjected to vibrations and thermal changes.
  • Conductor sections may be necessary. Electrical contact points are a quality risk in operation and increase the manufacturing costs due to the required processes.
  • Embodiments of the invention are particularly advantageous when a large number of connections have to be made, as is the case with plugs and sensor modules as discrete components.
  • the manufacture of the discrete components / assemblies is usually independent of the actual PCB production. In this way, the cheapest design, supplier and production method can be selected for each assembly.
  • PCB PCB
  • a contact pin or pin is soldered onto a printed circuit board (FR4, HDI, 7) of the control device.
  • a resin e.g. epoxy resin
  • a contact surface of a contact connection of the discrete component is placed on the end face and a permanent electrical connection is preferably created by laser welding.
  • any number of contact pins can be placed in one or more rows in a very confined space.
  • the contact surfaces of the discrete component can be punched out of a metal board.
  • the contact pins can be assembled on the circuit board by being embedded with or without play in a plastic retaining strip on the
  • the component side of the circuit board can be arranged and then soldered and cast with resin.
  • a metal plate of the discrete component can be extrusion-coated with plastic as chip protection, for example in the form of an extrusion-coated lead frame.
  • This plastic can engage in the plastic retaining strip.
  • Another chip protection cover can be arranged above and protects and separates the individual pins from one another.
  • the second component can be thermally riveted, for example, with its extrusion-coated lead frame fixed to the plastic holding strip or to the printed circuit board.

Landscapes

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Abstract

Es werden ein Elektronikmodul (1) und ein Verfahren zu dessen Fertigung beschrieben. Das Elektronikmodul (1) weist auf: eine Leiterplatte (3), ein erstes Bauelement (5), welches an einer Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert ist, eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen, länglichen Kontaktstiften (9), welche jeweils mit einem leiterplattenseitigen Ende (13) die Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) elektrisch kontaktieren, und eine elektrisch isolierende Schutzmasse (11), welche flüssig verarbeitbar und dann aushärtbar ist und welche die Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) derart bedeckt, dass das erste Bauelement (5) in die Schutzmasse (11) eingekapselt ist und die Kontaktstifte (9) seitlich von der Schutzmasse (11) umgeben sind und ein leiterplattenfernes Ende (15) der Kontaktstifte (9) aus der Schutzmasse (11) herausragt, Das Elektronikmodul (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstifte (9) nebeneinander in einer Halteleiste (17) angeordnet sind, welche alle Kontaktstifte (9) derart mechanisch kontaktiert, dass die Kontaktstifte (9) an der Halteleiste (17) gehalten sind und durch die Halteleiste(17) relativ zu einander positioniert sind.

Description

Beschreibung
Titel
Elektronikmodul und Verfahren zum Fertigen desselben
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, wie es insbesondere zur
Implementierung eines Steuergeräts wie beispielsweise eines
Getriebesteuergeräts in einem Kraftfahrzeug einsetzbar ist, und ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls.
Stand der Technik
Elektronikmodule werden dazu eingesetzt, Schaltkreise aufzubauen, bei denen verschiedene elektrische und/oder elektronische Bauelemente miteinander verschaltet sind. Mithilfe derart verschalteter Bauelemente kann das
Elektronikmodul bestimmte Funktionalitäten bereitstellen.
Beispielsweise werden Elektronikmodule in Form von Getriebesteuermodulen dazu eingesetzt, Funktionen eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug zu steuern. Neben einfachen Bauelementen wie zum Beispiel Widerständen,
Kondensatoren, Induktivitäten etc. oder auch komplexeren Bauelementen wie zum Beispiel integrierten Schaltungen (IC - Integrated Circuit) oder anwendungs spezifischen ICs (ASIC - application-specific integrated Circuit) kann ein Elektronikmodul dabei auch Sensoren aufweisen, um beispielsweise Zustände innerhalb des zu steuernden Getriebes oder in einer Umgebung zu messen, und/oder Stecker aufweisen, um beispielsweise das Elektronikmodul oder Teile desselben mit externen Schaltkreisen elektrisch verbinden zu können. Die Bauelemente können dabei auf einer Leiterplatte angeordnet sein.
Empfindliche Bauelemente eines Elektronikmoduls sollten gegen Schädigungen durch mechanische Belastungen sowie Schädigungen durch einen Angriff chemisch aggressiver Substanzen geschützt werden. Hierzu können die Bauelemente beispielsweise in einer Schutzmasse, welche eine Oberfläche der die Bauelemente tragenden Leiterplatte bedeckt, verkapselt sein. Die Schutzmasse kann aus Kunststoff, beispielsweise einem Duroplast,
insbesondere einem Polymer, z.B. Epoxidharz, bestehen.
Um die Leiterplatte elektrisch kontaktieren zu können, beispielsweise um weitere Bauelemente und/oder Gegenstecker an der Leiterplatte elektrisch anschließen zu können, können an der Leiterplatte Kontaktstifte vorgesehen sein, die durch eine die Leiterplatte bedeckende Schutzschicht aus Schutzmasse hindurch ragen.
DE 10 2015 214 311 Al beschreibt ein Elektronikmodul mit einem über ein Sockelelement flexibel platzierbaren Bauelement und ein Verfahren zum Fertigen desselben. DE 10 2017 210 176 Al beschreibt ein weiteres Elektronikmodul.
DE 10 2016 209 488 Al beschreibt ein weiteres Elektronikmodul mit einer Klemmverbindung für ein Getriebesteuergerät.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein
Elektronikmodul sowie ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein Elektronikmodul, welches insbesondere für ein
Getriebesteuergerät eingesetzt werden kann, bereitzustellen und zu fertigen, bei dem eine Vielzahl von Kontaktstiften eng benachbart zueinander angeordnet werden kann und von außerhalb einer Schicht aus Schutzmasse zugänglich und kontaktierbar ist und welches einfach, zuverlässig und/oder kostengünstig zu fertigen ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Elektronikmodul
vorgeschlagen, welches eine Leiterplatte, ein erstes Bauelement, eine Mehrzahl elektrisch leitfähiger, länglicher Kontaktstifte sowie eine elektrisch isolierende Schutzmasse aufweist. Das erste Bauelement ist an einer Bestückungsseite der Leiterplatte angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert. Die Kontaktstifte kontaktieren jeweils mit einem leiterplattenseitigen Ende die Bestückungsseite der Leiterplatte elektrisch. Die Schutzmasse ist flüssig verarbeitbar und dann aushärtbar und bedeckt die Bestückungsseite der Leiterplatte als Schutzschicht derart, dass das erste Bauelement in die Schutzmasse eingekapselt ist und die Kontaktstifte seitlich von der Schutzmasse umgeben sind und ein
leiterplattenfernes Ende der Kontaktstifte aus der Schutzmasse herausragt. Das Elektronikmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontaktstifte nebeneinander in einer Halteleiste angeordnet sind, welche alle Kontaktstifte derart mechanisch kontaktiert, dass die Kontaktstifte an der Halteleiste gehalten sind und durch die Halteleiste relativ zu einander positioniert sind.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls, welches die oben beschriebenen Merkmale aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontaktstifte des
Elektronikmoduls nebeneinander in einer Halteleiste angeordnet bereitgestellt werden und die Halteleiste alle Kontaktstifte derart mechanisch kontaktiert, dass die Kontaktstifte an der Halteleiste gehalten sind und durch die Halteleiste relativ zu einander positioniert sind.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Wie einleitend angedeutet, können Leiterplatten einschließlich darauf bestückter Bauelemente mithilfe von einer darüber verkapselnd abgeschiedenen
Schutzmasse vor einer Schädigung durch chemisch aggressive Medien und/oder einer Schädigung durch äußere mechanische Einflüsse geschützt werden.
Kontaktstifte können dabei von der Bestückungsseite der Leiterplatte her durch die Schutzmasse hindurchreichen, sodass sie von außen her kontaktierbar sind.
Die Kontaktstifte können vor dem Aufbringen der Schutzmasse an die
Bestückungsseite der Leiterplatte angebracht werden. Herkömmlich werden die Kontaktstifte meist vorab an die Bestückungsseite angelötet. Eventuell haben die Kontaktstifte hierfür einen verbreiterten Fuß, der flächig an Kontaktflächen an der Bestückungsseite angelötet werden kann.
Anschließend kann die Schutzmasse aufgebracht werden, sodass diese die zu schützenden Bauelemente überdeckt und seitlich an die Kontaktstifte angrenzt bzw. diese umgibt, wobei ein leiterplattenfernes Ende der Kontaktstifte jeweils über die Schutzmasse hinaus nach außen abragt und somit frei zugänglich ist.
Die Schutzmasse kann dann ausgehärtet werden. Hierzu wird die Leiterplatte mitsamt der Schutzmasse meist in einen Ofen, beispielsweise einen
Durchlaufofen, eingebracht, um die Schutzmasse bei erhöhter Temperatur aushärten zu können. Die Leiterplatte einschließlich der Schutzmasse kann dabei eine geringe Bauhöhe aufweisen, sodass der eingesetzte Ofen möglichst platzsparend ausgelegt sein kann. Insbesondere kann ein Volumen, in dem die Leiterplatten zum Heizen in dem Ofen aufgenommen werden soll, flach sein.
Nach dem Aushärten der Schutzmasse können an den freiliegenden
leiterplattenfernen Enden der Kontaktstifte weitere Bauelemente und/oder von außen zugängliche Stecker angebracht werden. Deren elektrisch leitfähige Anschlüsse können dabei mit den Enden der Kontaktstifte elektrisch verbunden werden, beispielsweise durch Verlöten, Anklemmen oder vorzugsweise
Verschweißen. Die weiteren Bauelemente bzw. Stecker brauchen daher beim Heizen und Aushärten der Schutzmasse noch nicht montiert sein, sodass für sie kein zusätzlicher Raum in dem zum Heizen eingesetzten Ofen vorgesehen werden braucht.
Es wurde allerdings erkannt, dass insbesondere für den Fall, dass mehrere Kontaktstifte eng benachbart nebeneinander an der Bestückungsseite der Leiterplatte angeordnet werden sollen, Schwierigkeiten dahingehend auftreten können, dass die Kontaktstifte ausreichend nahe beieinander und/oder in geeigneter Positionierung relativ zueinander an der Leiterplatte angeordnet und mit dieser elektrisch verbunden werden können.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird vorgeschlagen, die mehreren Kontaktstifte nicht einzeln an der Leiterplatte anzuordnen und mit der Leiterplatte zu verbinden. Stattdessen sollen die mehreren Kontaktstifte vorab in einer speziellen Halteleiste angeordnet werden, welche die Kontaktstifte geeignet relativ zueinander positioniert mechanisch hält. Die Halteleiste kann dann mitsamt den darin gehaltenen Kontaktstiften an der Bestückungsseite der Leiterplatte angeordnet werden und die Kontaktstifte elektrisch mit der
Leiterplatte verbunden werden, beispielsweise durch Anlöten. Dies kann im Rahmen der Fertigung des Elektronikmoduls vorzugsweise geschehen, bevor die Schutzmasse auf die Bestückungsseite der Leiterplatte aufgebracht wird, um die Schutzschicht zu bilden. Wenn die Schutzmasse dann aufgebracht wird, kann diese die Halteleiste umgeben bzw. dicht an dieser anliegen, sodass die
Schutzmasse nach dem Aushärten die Halteleiste an der Leiterplatte mechanisch fixiert.
Die länglichen Kontaktstifte können dabei eine größere Länge, vorzugsweise eine mehr als doppelt oder sogar mehr als vierfach so große Länge, aufweisen wie ihre maximale Querschnittsabmessung. Anders ausgedrückt können die Kontaktstifte kleine Querschnittsabmessungen, d.h. bei runden Kontaktstiften einen kleinen Durchmesser, im Vergleich zu ihrer Länge aufweisen, sodass viele Kontaktstifte auf einer kleinen Teilfläche der Bestückungsseite der Leiterplatte nebeneinander angeordnet werden können. Insbesondere brauchen die
Kontaktstifte keinen verbreiterten Fuß aufweisen, der ansonsten herkömmlich dafür eingesetzt wird, damit die langen dünnen Kontaktstifte an ihrem Fuß mit ausreichend mechanischem Halt an der Leiterplatte angebracht werden können, ohne bei Belastung seitlich weg zu knicken. Stattdessen können die Kontaktstifte über ihre gesamte Länge hin dünn sein und beispielsweise konstante
Querschnittsabmessungen aufweisen. Solche Kontaktstifte sind einfach und kostengünstig zu fertigen. Die Kontaktstifte können dann an einem
leiterplattenseitigen Ende und/oder in einem Bereich weiter entfernt von dem leiterplattenseitigen Ende in der Halteleiste fixiert sein und von dieser unter anderem gegen ein seitliches Wegknicken gehalten werden.
Vorzugsweise können dabei minimale seitliche Abstände zwischen
nächstbenachbarten Kontaktstiften kleiner, vorzugsweise weniger als halb so groß oder sogar weniger als ein Viertel so groß, sein wie eine Länge der
Kontaktstifte. Mit anderen Worten können die Kontaktstifte sehr nahe
beieinander, d.h. auf kleiner Fläche, angeordnet werden, wobei die Halteleiste für eine korrekte Positionierung und/oder ausreichende Beabstandung zwischen benachbarten Kontaktstiften sorgen kann.
Die Halteleiste kann hierbei derart in die Schutzmasse eingebettet sein, dass die Schutzmasse an einen leiterplattenseitigen Bereich der Halteleiste angrenzt und ein leiterplattenferner Bereich der Halteleiste aus der Schutzmasse herausragt. Anders ausgedrückt kann die Schutzmasse die Halteleiste seitlich umgeben und bis an diese seitlich heranreichen. Dabei kann die aus der Schutzmasse gebildete Schutzschicht jedoch eine geringere Dicke als die Höhe der Halteleiste aufweisen, sodass die Halteleiste von der Leiterplatte weg über die Schutzschicht übersteht. Die Halteleiste kann somit ähnlich wie die darin aufgenommenen Kontaktstifte von außen her zugänglich sein, sodass die Halteleiste beispielsweise mit anderen Komponenten des Elektronikmoduls gekoppelt werden kann.
Das Elektronikmodul kann hierbei über wenigstens ein zweites Bauelement verfügen, welches mit dem leiterplattenfernen Ende zumindest eines der Kontaktstifte elektrisch verbunden ist, insbesondere verschweißt ist. Das zweite Bauelement kann beispielsweise ein Sensor sein, welcher von der Leiterplatte abragt, um lokal physikalische Parameter messen zu können. Alternativ kann das zweite Bauelement beispielsweise ein Stecker sein, der von außen her kontaktiert werden kann, um beispielsweise eine elektrische Verbindung mit externen Sensoren oder weiteren Schaltkreisen hersteilen zu können. Das zweite Bauelement kann dabei eine ähnliche oder größere Bauhöhe aufweisen wie die Leiterplatte mit der darauf aufgebrachten Schutzmasse. Das zweite Bauelement kann gegebenenfalls nachträglich, d.h. nachdem die Leiterplatte mit der
Schutzmasse versehen und die Schutzmasse ausgehärtet wurde, mit den leiterplattenfernen Enden der Kontaktstifte verbunden werden. Hierzu können beispielsweise metallische Kontaktanschlüsse des zweiten Bauelements mit den Kontaktstiften elektrisch leitfähig verschweißt, insbesondere laserverschweißt, werden. Dementsprechend braucht beim Aushärten der Schutzmasse in einem hierfür eingesetzten Ofen kein zusätzlicher Bauraum für die zweiten
Bauelemente vorgehalten werden.
Das zweite Bauelement kann zumindest in einem Kontaktbereich über eine Gegenleiste verfügen, welche mechanisch mit der Halteleiste zusammenwirkt, um das zweite Bauelement an der Halteleiste zu fixieren. Die Gegenleiste und die Halteleiste können dabei jeweils geometrisch derart ausgebildet sein, dass sie kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander gekoppelt werden können. Insbesondere kann die Gegenleiste das zweite Bauelement und/oder von diesem abragende Komponenten wie zum Beispiel elektrische Leitungen oder
Anschlüsse umschließen und somit mechanisch weitgehend starr mit dem zweiten Bauelement verbunden sein. Wenn die Gegenleiste mit der Halteleiste gekoppelt ist, ist somit das zweite Bauelement an der Halteleiste und über diese an der Leiterplatte befestigt. Auf das zweite Bauelement wirkende Kräfte brauchen dabei nicht mehr über beispielsweise eine Schweißverbindung oder Lötverbindung zwischen Anschlusselementen des zweiten Bauelements und den Kontaktstiften abgeleitet werden, sondern können größtenteils über die mechanisch miteinander gekoppelten Gegen- und Halteleisten abgeleitet werden.
Das Elektronikmodul kann ferner einen Spanschutzdeckel aufweisen, welcher leiterplattenferne Bereiche der Kontaktstifte abdeckt. Der Spanschutzdeckel kann hierbei insbesondere Bereiche der Kontaktstifte abdecken, welche ohne den Spanschutzdeckel freiliegenden würden und an welchen beispielsweise elektrisch leitfähige Metallspäne in Kontakt mit den Kontaktstiften gelangen und diese untereinander kurzschließen könnten. Der Spanschutzdeckel kann dabei mit der Halteleiste und/oder der Gegenleiste gekoppelt sein, das heißt an dieser fixiert sein. Zusammen mit der Halteleiste und/oder der Gegenleiste kann der Spanschutzdeckel dann ein Volumen, in dem die Kontaktstifte aufgenommen sind, derart umschließen, dass keine Späne, welche eine kritische Größe aufweisen, die ausreichend wäre, um benachbarte Kontaktstifte kurzzuschließen, in das umschlossene Volumen gelangen können. Das Volumen braucht dabei jedoch nicht notwendigerweise hermetisch dicht umschlossen sein, d.h., ein Fluid wie beispielsweise Getriebeöl kann eventuell an dem Spanschutzdeckel vorbei in das Volumen eindringen.
Die Halteleiste und die Gegenleiste bzw. der Spanschutzdeckel können hierbei geometrisch derart ausgebildet sein, dass an einer Kontaktfläche, an der die Halteleiste mit der Gegenleiste bzw. dem Spanschutzdeckel zusammenwirkt, eine Labyrinthdichtung gebildet wird. Die Labyrinthdichtung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass Späne mit der oben genannten kritischen Größe nicht mehr durch sie hindurch in das von dem Spanschutzdeckel überdeckte Volumen gelangen können.
Die Halteleiste, die Gegenleiste und/oder der Spanschutzdeckel können
Kunststoffbauelemente, insbesondere Spritzgussbauelemente, sein. Solche Kunststoffbauteile können einfach und kostengünstig und mit einer für das jeweilige Bauteil ausreichenden Präzision hergestellt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen des Elektronikmoduls einerseits und des Verfahrens zum Fertigen des
Elektronikmoduls andererseits beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Querschnittansicht durch ein
erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein mit einem zweiten
Bauelement gekoppeltes erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Querschnittansicht durch ein mit einem
Spanschutzdeckel versehenes erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
Fig. 4 zeigt eine Längsschnittansicht durch ein mit einem Spanschutzdeckel versehenes erfindungsgemäßes Elektronikmodul.
Fig. 5 (a), (b) zeigen Längsschnittansichten durch verschiedene Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende
Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht durch ein Elektronikmodul 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Elektronikmodul 1 umfasst eine Leiterplatte 3, an deren Bestückungsseite 7 ein oder vorzugsweise mehrere Bauelemente 5 (der Einfachheit halber lediglich äußerst schematisch dargestellt) angeordnet sind. Die Bauelemente 5 können mit elektrisch leitfähigen Strukturen (nicht explizit dargestellt) wie beispielsweise Leiterbahnen auf der Leiterplatte 3 elektrisch verbunden sein. Diese leitfähigen Strukturen können wiederum mit Kontaktstiften 9 verbunden sein, mithilfe derer eine Kontaktierung hin zu anderen Bauelementen oder eine von außen her zu erreichende Kontaktierung in Form eines Steckers geschaffen werden kann. Die Kontaktstifte 9 sind dabei in einer Halteleiste 17 angeordnet, welche die Kontaktstifte 9 mechanisch hält und relativ zueinander eng benachbart positioniert. Die Kontaktstifte 9 sind deutlich länger sowohl als ihr Durchmesser als auch als ein Abstand zwischen nächstbenachbarten Kontaktstiften 9.
Vorzugsweise können die Kontaktstifte 9 parallel zueinander ausgerichtet in der Halteleiste 17 aufgenommen sein. Die Halteleiste 17 kann ein einfaches
Kunststoffbauteil sein. Beispielsweise können mehrere Kontaktstifte 9 durch Spritzguss mit elektrisch isolierendem Kunststoff umspritzt werden.
Beim Zusammenbau des Elektronikmoduls 1 können mehrere Kontaktstifte 9 in der Halteleiste 17 aufgenommen gemeinsam montiert werden, indem die Halteleiste 17 an der Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 angeordnet wird und dann leiterplattenseitige Enden 13 der Kontaktstifte 9 mit zugehörigen
Kontaktflächen an der Leiterplatte 3 elektrisch verbunden, beispielsweise verlötet, werden.
Um die ersten Bauelemente 5 insbesondere vor einem Angriff durch chemisch aggressive Medien wie Getriebeöl zu schützen, wird beim Fertigen des
Elektronikmoduls 1 die Bestückungsseite 7, nachdem dort die Bauelemente 5 und die Halteleiste 17 mit den Kontaktstiften 9 angeordnet wurden, mit einer polymeren Schutzmasse 11 bedeckt. Die Schutzmasse 11 überdeckt dabei die Bauelemente 5 und kapselt diese somit ein. Im Vergleich zu den Bauelementen 5 weist die Halteleiste 17 jedoch eine größere Höhe auf, die insbesondere größer ist als die Dicke der durch die Schutzmasse 11 gebildeten Schutzschicht, sodass die Schutzmasse 11 zwar an einen leiterplattenseitigen Bereich der Halteleiste 17 angrenzt, ein leiterplattenferner Bereich der Halteleiste 17 jedoch nach oben aus der Schutzmasse 11 herausragt und somit freiliegt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Elektronikmoduls 1, bei dem die Leiterplatte 3 mit einem zweiten Bauelement 19 verbunden wurde. Das zweite Bauelement kann beispielsweise eine zusätzliche Leiterplatte, ein Stanzgitter oder Ähnliches mit darauf bestückten Bauteilen sein. Alternativ kann das zweite Bauelement 19 auch ein Sensor, ein Gegenstecker oder Ähnliches sein. Das zweite Bauelement 19 kann über eine Gegenleiste 21 mit der Halteleiste 17 gekoppelt sein. Dabei können in der Gegenleiste 21 angeordnete
Kontaktanschlüsse 25 die in der Halteleiste 17 aufgenommenen Kontaktstifte 9 an deren leiterplattenfernen Enden 15 elektrisch kontaktieren und mit diesen insbesondere verschweißt sein. Eine lasttragende mechanische Kopplung zwischen der Leiterplatte 3 und dem zweiten Bauelement 19 findet jedoch vorzugsweise nicht überwiegend über die mit den Kontaktstiften 9 verbundenen Kontaktanschlüsse 25 statt, sondern wird durch eine geeignete mechanische Kopplung zwischen der Halteleiste 17 und der Gegenleiste 21 etabliert.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht durch ein Elektronikmodul 1, welches über seine Halteleiste 17 mit der Gegenleiste 21 eines zweiten Bauelements 19 verbunden ist. Fig. 4 zeigt eine Längsschnittansicht durch ein ähnlich
aufgebautes Elektronikmodul 1. Die Gegenleiste 21 und die Halteleiste 17 sind dabei geometrisch derart ausgebildet, dass sie einfach, zuverlässig und ausreichend mechanisch belastbar miteinander gekoppelt werden können.
Beispielsweise können die Gegenleiste 21 und die Halteleiste 17 miteinander verklipst werden. Ein eventuell an der Halteleiste 17 vorgesehenes Halteelement 27 kann dabei zum Beispiel in eine in der Gegenleiste 21 vorgesehene
Ausnehmung 29 eingreifen, um eine mechanische Verbindung zwischen der Halteleiste 17 und der Gegenleiste 21 zu stabilisieren, sodass Kräfte, die auf das zweite Bauelement 19 wirken, die elektrische Verbindung zwischen den
Kontaktstiften 9 in der Halteleiste 17 und den Kontaktanschlüssen 25 in der Gegenleiste 21 nicht übermäßig belasten.
Um vermeiden zu können, dass beispielsweise in umgebendem Getriebeöl schwimmende Metallspäne zu den Kontaktstiften 9 oder den Kontaktanschlüsse 25 gelangen und diese elektrisch kurzschließen können, ist nahe einer
Verbindungsstelle zwischen der Halteleiste 17 und der Gegenleiste 21 ein Spanschutzdeckel 23 vorgesehen. Dieser Spanschutzdeckel 23 kann
leiterplattenferne Bereiche der Kontaktstifte 9 in der Nähe ihrer leiterplattenfernen Enden 15 abdecken, sodass keine Metallspäne dorthin gelangen können. In ähnlicher Weise kann der Spanschutzdeckel 23 auch die Kontaktanschlüsse 25 abdecken. Der Spanschutzdeckel 23 kann dabei ähnlich wie die Halteleiste 17 und die Gegenleiste 21 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial bestehen und beispielsweise ein einfaches Spritzguss- Bauteil sein.
Der Spanschutzdeckel 23, die Halteleiste 17 und die Gegenleiste 21 können geometrisch derart ausgebildet sein, dass sich an einem Übergang zwischen diesen Komponenten eine Labyrinthdichtung ausbildet. Entlang dieser
Labyrinthdichtung ist ein Weg ins Innere des von dem Spanschutzdeckel 23 überdeckten Volumens derart labyrinthartig geschwungen, dass keine länglichen Metallspäne hindurch gelangen können. Fluide wie insbesondere das Getriebeöl können eventuell jedoch dennoch durch diese Labyrinthdichtung hindurch gelangen.
In den Fign. 5(a) und (b) sind Längsschnitte durch mögliche Ausgestaltungen des Elektronikmoduls 1 und insbesondere durch dessen Halteleiste 17 dargestellt.
Wie in Fig. 5(a) veranschaulicht kann die Halteleiste 17 mit Öffnungen 31 ausgestaltet sein, durch die hindurch die Kontaktstiften 9 mit einem gewissen seitlichen Spiel verlaufen. Die Kontaktstifte 9 sind dabei lediglich über einen Steg 33 am Rest der Halteleiste 17 gehalten. Hierdurch sind die Kontaktstifte 9 zwar in der Halteleiste 17 grob positioniert, können aber beim Montieren der Halteleiste 17 noch geringfügig seitlich verlagert werden, bevor sie dann mit ihrem leiterplattenseitigen Ende 13 beispielsweise mit einer Kontaktfläche 35 an der Bestückungsseite 7 der Leiterplatte 3 an gelötet werden.
Alternativ kann die Halteleiste 17, wie in Fig. 5(b) dargestellt, die Kontaktstifte 9 eng umschließen und somit fest positionieren. Beispielsweise können die Kontaktstifte 9 in enge Öffnungen in der Halteleiste 17 eingepresst werden oder direkt beim Fertigen der Halteleiste 17 eingegossen werden.
Nachfolgend werden ergänzende Informationen zu Ausführungsformen und mögliche Ausgestaltungen von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit teilweise geringfügig modifizierter Wortwahl erläutert.
Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine mechanische und elektrische Anbindung von diskreten Bauteilen in einem Elektronikmodul, vorzugsweise für eine Getriebesteuerung für ein Automatikgetriebe. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für die Anbindung von Steckverbindern, Sensormodulen, etc. mit vielen zu fügenden elektrischen Leitern geeignet.
Bekannte Elektronikmodule enthalten u. a. ein Steuergerät mit elektrischen Bauteilen für eine Signalverarbeitung, eine Leistungselektronik sowie diskrete Bauteile wie Sensoren zur Erfassung von Position und Drehzahlen, elektrische Schnittstellen beispielsweise in Form von Steckverbindungen, sowie mindestens eine Steckverbindung zum Anschluss an den Fahrzeugkabelbaum. Die Elektronikmodule werden z.T. unter Getriebeöl verbaut und sind hohen Temperaturen (z.B. -40 ... +150°C) im Getriebe ausgesetzt. Deswegen sollte ein Design von Steuermodulen verschiedenen Ansprüchen genügen, wie zum Beispiel einen chemischen Angriff durch aggressives Öl vermeiden helfen sowie eine gute Temperatur- und Vibrationsbeständigkeit und einen Schutz vor Kurzschlüssen durch metallische Späne bewirken.
Die Position diskreter Bauteile wird dabei meist durch eine Konstruktion des Getriebes vorgegeben. In der Regel liegt diese Position außerhalb einer Ebene des Steuergerätes. Für die elektrische Verbindung zum Steuergerät wird ein elektrischer Leiter benötigt. Dies kann z.B. ein Kabel, ein Stanzgitter oder eine Flexfolie sein. Zusätzlich wird für die mechanische Positionierung und Fixierung im Raum ein Träger benötigt. Dies kann z.B. ein Kunststoffkörper sein. Der elektrische Leiter und der mechanische Träger können in einer Baugruppe bzw. einem Bauteil zusammengefasst werden und werden im Folgenden als
Sensordom bezeichnet.
In der Regel werden Steuergeräte und diskrete Bauteile wie Sensordome in separaten Fertigungsschritten hergestellt. Im Anschluss daran werden diese Komponenten zusammengefügt. Für die elektrische Kontaktierung werden Verfahren wie Löten, Schweißen und Steckverbindungen verwendet.
Signalunterbrechungen und Widerstandsänderungen einer Kontaktzone im Betrieb müssen dabei vermieden werden. Für eine mechanische Anbindung werden z. B. Schrauben, Kunststofflaserschweißen, Metall-Nieten oder
Kunststoff-Heißnieten eingesetzt.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft für eine neue Modulplattform für Steuermodule mit einem polymeren Schutzsystem der Anmelderin einsetzbar. Dabei werden die elektronischen Bauteile auf einem Substrat wie z.B. einer Leiterplatte angeordnet und anschließend mit flüssigem Polymer, das später aushärtet, umschlossen.
Um möglichst viele Leiterplatten in den Aushärteprozess beispielsweise in einem Ofen zu bekommen, sollte das Bauteil möglichst flach sein. Eine Montage eines Sensordoms oder eines anderen diskreten Bauteils soll hierbei nach dem Aushärten des Polymers erfolgen. Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch in anderen
Elektronikmodulen, insbesondere anderen Steuergeräten, zum Einsatz kommen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es unter anderem, eine einfachere und damit kostengünstigere Verbindung zwischen z.B. Steuergerät und diskreten Bauteilen wie Sensoren und Steckverbindern hersteilen zu können.
Die mit Ausführungsformen des hierin beschriebenen Elektronikmoduls erzeugte Verbindung ist mechanisch sehr robust. Insbesondere ist sie im Vergleich zu direkt in Leiterplatten eingelöteten Pins robust bei Vibrationsbelastung und thermischen Wechseln.
Es sollen möglichst wenige Kontaktstellen zwischen einzelnen
Leiterbahnabschnitten notwendig sein. Elektrische Kontaktstellen sind ein Qualitätsrisiko im Betrieb und steigern die Herstellungskosten durch benötigte Prozesse.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders dann vorteilhaft, wenn eine große Anzahl von Verbindungen hergestellt werden müssen, wie dies bei Steckern und Sensormodulen als diskrete Bauteile der Fall ist.
Besonders vorteilhaft ist diese Lösung, wenn ein polymeres Schutzsystems für die Verpackung des Steuergerätes verwendet wird. Bei diesen Schutzsystemen sind Prozesse wie Reflowlöten, Aushärteprozess, Moldprozesse, und Ähnliches notwendig, bei denen die zu verarbeitenden Bauteile möglichst flach sein sollen, da sonst die Kosten durch größere Werkzeuge und Anlagen erheblich steigen. Diskrete Bauteile, welche aus der Ebene des Steuergerätesubstrats herausragen müssen, können daher zu erheblich gesteigerten Kosten bei der Fertigung des Elektronikmoduls führen.
Die Fertigung der diskreten Bauteile/Baugruppen ist üblicherweise unabhängig von der eigentlichen Leiterplattenfertigung. So kann jeweils für jede Baugruppe das günstigste Design, Lieferant und Fertigungsmethode gewählt werden.
Zusammengefasst können sich folgende Vorteile ergeben:
- Hohe Zuverlässigkeit im Betrieb aufgrund sicherer Verbindung an elektrischen Kontaktstellen durch Schweißverbindung; - Niedrige Kosten, da ein Verbindungsprozess für alle Bauteile und Baugruppen ausreicht;
- Hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich Unterbrechungen, Widerstandsänderungen, Wechselwirkungen der Kontaktstelle mit Medien (z.B. Getriebeflüssigkeit (ATF)); kein Ausgleich von thermischen Ausdehnungen oder Mikrobewegungen durch Vibrationsbelastung in Kontaktfläche notwendig. (Vorteil Schweißverbindung zu Steck- oder Federkontakt)
- Hohe Anzahl an Verbindungen sind kostengünstig umsetzbar.
Vorteile insbesondere für Plattform mit polymerem Schutzsystem:
- Flache Baugruppe für Aushärteprozess führt zu erheblicher Kostenreduzierung;
- Minimaler Platzverbrauch auf PCB (Leiterplatte) führt zu mehr Platz für
Bestückung elektrischer Bauteile für Steuergerät;
- Position für elektrische Anbindung flexibler als konventionelle Lösungen.
Beim erfindungsgemäßen Aufbau eines Elektronikmoduls wird ein Kontaktstift oder Pin auf eine Leiterplatte (FR4, HDI, ...) des Steuergerätes gelötet.
Vorzugsweise wird dies im SMD Verfahren vollzogen. Dies kann im gleichen Schritt geschehen, wenn andere SMD-Bauteile platziert und gelötet werden. Anschließend wird die Leiterplatte mit einem Harz (z.B. Epoxidharz) übergossen und ausgehärtet. Der Pin schaut mit seiner Stirnfläche aus dem Harz heraus.
Auf die Stirnfläche wird eine Kontaktfläche eines Kontaktanschlusses des diskreten Bauteils aufgelegt und vorzugsweise per Laserschweißen eine nicht lösbare elektrische Verbindung geschaffen.
Um möglichst viele Kontakte/Schweißungen gleichzeitig zu verbinden, können beliebig viele Kontaktstifte auf engstem Raum in eine oder mehrere Reihen gestellt werden. Die Kontaktflächen des diskreten Bauteils können aus einer Metallplatine gestanzt werden.
Die Kontaktstifte können auf die Leiterplatte bestückt werden, indem sie eingelassen mit oder ohne Spiel in einer Kunststoff- Halteleiste an der
Bestückungsseite der Leiterplatte angeordnet werden und danach gelötet und mit Harz vergossen werden.
Als Spanschutz kann eine Metallplatine des diskreten Bauteils mit Kunststoff umspritzt sein, z.B. in Form eines umspritzten Stanzgitters. Dieser Kunststoff kann in die Kunststoff- Halteleiste eingreifen. Ein weiterer Spanschutzdeckel kann darüber angeordnet sein und schützt und separiert die einzelnen Pins voneinander. Um die elektrische Verbindungstelle zu entlasten, kann das zweite Bauelement beispielsweise mit seinem umspritzten Stanzgitter an der Kunststoff- Halteleiste oder an der Leiterplatte fixiert, thermisch genietet, werden.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie„aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie„eine“ oder„ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Ansprüche
1. Elektronikmodul (1), aufweisend:
eine Leiterplatte (3),
ein erstes Bauelement (5), welches an einer Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert ist, eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen, länglichen Kontaktstiften (9), welche jeweils mit einem leiterplattenseitigen Ende (13) die
Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) elektrisch kontaktieren, eine elektrisch isolierende Schutzmasse (11), welche flüssig verarbeitbar und dann aushärtbar ist und welche die Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) derart bedeckt, dass das erste Bauelement (5) in die Schutzmasse (11) eingekapselt ist und die Kontaktstifte (9) seitlich von der Schutzmasse (11) umgeben sind und ein leiterplattenfernes Ende (15) der Kontaktstifte (9) aus der Schutzmasse (11) herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktstifte (9) nebeneinander in einer Halteleiste (17) angeordnet sind, welche alle Kontaktstifte (9) derart mechanisch kontaktiert, dass die Kontaktstifte (9) an der Halteleiste (17) gehalten sind und durch die Halteleiste (17) relativ zu einander positioniert sind.
2. Elektronikmodul nach Anspruch 1, wobei die Halteleiste (17) derart in die Schutzmasse (11) eingebettet ist, dass die Schutzmasse (11) an einen leiterplattenseitigen Bereich der Halteleiste (17) angrenzt und ein leiterplattenferner Bereich der Halteleiste (17) aus der Schutzmasse (11) herausragt.
3. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein zweites Bauelement (19), welches mit dem
leiterplattenfernen Ende (15) zumindest eines der Kontaktstifte (9) elektrisch verbunden ist, insbesondere verschweißt ist.
4. Elektronikmodul nach Anspruch 3, wobei das zweite Bauelement (19) zumindest in einem Kontaktbereich über eine Gegenleiste (21) verfügt, welche mechanisch mit der Halteleiste (17) zusammenwirkt, um das zweite Bauelement (19) an der Halteleiste (17) zu fixieren.
5. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Spanschutzdeckel (23), welcher leiterplattenferne Bereiche der Kontaktstifte (9) abdeckt.
6. Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Halteleiste (17) und die Gegenleiste (21) bzw. der Spanschutzdeckel (23) geometrisch derart ausgebildet sind, dass an einer Kontaktfläche, an der die Halteleiste (17) mit der Gegenleiste (21) bzw. dem Spanschutzdeckel (23) zusammenwirkt, eine Labyrinthdichtung gebildet wird.
7. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Länge der Kontaktstifte (9) größer ist als maximale
Querschnittsabmessungen der Kontaktstifte (9).
8. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
minimale seitliche Abstände zwischen nächstbenachbarten Kontaktstiften (9) kleiner sind als eine Länge der Kontaktstifte (9).
9. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Halteleiste (17), die Gegenleiste (21) und/oder der Spanschutzdeckel (23) Kunststoffbauelemente, insbesondere Spritzgussbauelemente, sind.
10. Verfahren zum Fertigen eines Elektronikmoduls (1), umfassend:
Bereitstellen einer Leiterplatte (3),
Bereitstellen und Anordnen eines ersten Bauelements (5) einer
Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) derart, dass das Bauelement (5) die Leiterplatte (3) elektrisch kontaktiert,
Bereitstellen und Anordnen einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen, länglichen Kontaktstiften (9) derart, dass jeder Kontaktstift (9) mit einem leiterplattenseitigen Ende (13) die Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) elektrisch kontaktiert,
Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schutzmasse (11) in flüssigem Zustand derart, dass die Schutzmasse (11) die Bestückungsseite (7) der Leiterplatte (3) derart bedeckt , dass das erste Bauelement (5) in die Schutzmasse (11) eingekapselt ist und die Kontaktstifte (9) seitlich von der Schutzmasse (11) umgeben sind und ein leiterplattenfernes Ende (15) der Kontaktstifte (9) aus der Schutzmasse (11) herausragt, und anschließendes Aushärten der Schutzmasse (11), dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktstifte (9) nebeneinander in einer Halteleiste (17) angeordnet bereitgestellt werden, wobei die Halteleiste (17) alle Kontaktstifte (9) derart mechanisch kontaktiert, dass die Kontaktstifte (9) an der Halteleiste (17) gehalten sind und durch die Halteleiste (17) relativ zu einander positioniert sind.
PCT/EP2019/066012 2018-08-27 2019-06-18 Elektronikmodul und verfahren zum fertigen desselben WO2020043341A1 (de)

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