WO2022111915A1 - Verfahren zur herstellung einer elektrotechnischen anordnung, elektronisches steuergerät und elektrotechnische anordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer elektrotechnischen anordnung, elektronisches steuergerät und elektrotechnische anordnung Download PDF

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WO2022111915A1
WO2022111915A1 PCT/EP2021/079221 EP2021079221W WO2022111915A1 WO 2022111915 A1 WO2022111915 A1 WO 2022111915A1 EP 2021079221 W EP2021079221 W EP 2021079221W WO 2022111915 A1 WO2022111915 A1 WO 2022111915A1
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WO
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circuit substrate
flank
electrotechnical
insulating element
arrangement
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PCT/EP2021/079221
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Wolfram Kienle
Ingo FRITSCH
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/32—Holders for supporting the complete device in operation, i.e. detachable fixtures

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an electrotechnical arrangement, an electronic control unit and an electrotechnical arrangement.
  • the present invention relates to simple and inexpensive as well as precise placement with a circuit substrate for connecting electrical components.
  • Today's power substrates are based on a ceramic structure with a metallic upper and lower side. Then the power switches (IGBT, MOSFET, ...) are assembled and wired. Due to the substrate, a disentanglement is only possible in two-dimensional space. Bonds are available as external contacts (ribbon, wire). Stamped parts that are contacted using ultrasound or laser welding are also used. These connecting elements are already part of one of the joining partners.
  • the design element presented here is based on the idea of not making the connection between the substrate-based module and the intermediate circuit capacitor in one production step, but rather obtaining a design by separating the production steps that meets the above-mentioned tasks.
  • Existing requirements for clearance and creepage distances can also be varied or adjusted using this design element.
  • the design element designed here ensures that the joining partner is positioned in the X and Y direction. Due to the joining process, the connecting part is brought into its final position in the Z direction during the process. This centering principle (Z-direction) is flexible for this.
  • the draft angle on the electronic component serves as a drogue. This drogue can also be used to set the creepage distance against electrical short circuits.
  • an electrotechnical arrangement which has a circuit substrate (board) and at least one electrical component.
  • the electrical component can include a power switch (IGBT, MOSFET, etc.), for example.
  • an insulating element is provided, which is provided in particular at the edge of the circuit substrate.
  • the insulating element can be provided as electrical insulation between an upper side and a lower side of the circuit substrate.
  • the circuit substrate is overmolded with the insulating element.
  • the circuit substrate can be understood or designed as a frame at least approximately surrounding the circuit substrate or as an enclosure of the circuit substrate.
  • the insulating member has a flank oriented at an angle with respect to a direction Z defined perpendicularly on a surface of the circuit substrate.
  • the flank could also be understood as a ramp, slope or slope.
  • the component is fixed to the circuit substrate at the foot of the flank of the insulating element.
  • the component has a section or structure which is arranged before and after the joining of the component on the circuit substrate or on a conductor track located on the circuit substrate.
  • the component is fixed in a desired position on the circuit substrate by its portion at the foot of the flank, while the component is being processed an approach to the circuit substrate (in the upper areas of the edge) can have even higher position tolerances with respect to the circuit substrate.
  • the edge defines, so to speak, a forced reduction in the positional tolerances as the component approaches the circuit substrate.
  • the edge of the insulating element could therefore also be understood as part of a funnel or a positioning ramp. If the component is brought into engagement with the edge of the insulating element in a predefined manner, it can only reach the desired position in the course of approaching the circuit substrate. In particular, a section of the component guided through the edge can be clamped between the edge and another structure (e.g. another edge on/in the insulating element) in order in this way to adopt particularly small tolerances horizontally to the surface of the circuit substrate before it is glued or welded to the circuit substrate , soldered or similar.
  • another structure e.g. another edge on/in the insulating element
  • the component can be pressed against the circuit substrate, while its section located in the area of the foot of the edge is clamped by this process and optionally even forcibly deformed/prestressed.
  • this part of the component can be slowed down by the friction on the edge, while the remaining components of the component continue to migrate in the direction of the circuit substrate until they finally come into contact with it and are electrically connected to it.
  • the electrical connection can be made in particular with a pad or a conductor track, which is arranged on the circuit substrate.
  • the insulating element provided on the circuit substrate for electrical insulation can also be used to facilitate positioning of the electrical component on the circuit substrate.
  • the component can in particular comprise a stamped part, preferably having a conductor track, in order to make electrical contact with a predefined area on the circuit substrate.
  • the area of the component to be arranged in the area of the foot of the flank can be elastic (in particular spring-elastic) in order to ensure exact positioning of the component with respect to the substrate before the electrical component is (electrically and/or mechanically) connected to the circuit substrate.
  • the electrical component slides at least partially down the flank until the electrical component passes through the flank of the insulating element comes to rest at its target position on the circuit substrate.
  • the edge can have a linear shape, for example, in order to keep frictional forces constant over the path Z as the electrical component approaches the circuit substrate.
  • a length of the flank may be at least 30%, preferably 80% or more, of a Z-direction thickness of the insulating member over the surface of the circuit substrate.
  • the flank runs through the height of the insulating element in the Z-direction at least 30%, preferably 80%, in particular 90% or more.
  • the overall thickness of the insulating element over a surface of the circuit substrate in the area of the flank can be at least 10 mm, preferably 20 mm, most preferably 30 mm, or ranges between the aforementioned values.
  • the total thickness of the insulating element over a surface of the circuit substrate in the area of the flank is then based on the selected flank angle in conjunction with the manufacturing and component tolerance to be eliminated and is in this case usually between 3 mm and 30 mm, in particular with integer multiples of 1 mm in the above interval.
  • the insulating element can be provided as an electrical insulator in the arrangement. It can be provided between an upper side and a lower side of the circuit substrate in order to avoid leakage currents.
  • the insulating element runs around an edge/cut edge of the circuit substrate, at least in the area of those surfaces between which a significant voltage is to be expected during operation.
  • the insulating element encloses the circuit substrate, so to speak, which is why flanks according to the invention can be provided at different edges of the circuit substrate in order to move the electrical component horizontally to the circuit substrate in the X/Y direction when the electrical component is approached to the circuit substrate.
  • the flank can be configured as a draft angle. In other words, the flank can also be provided for demoulding of the insulating member from an injection mold by which it has been injected onto the circuit substrate. Alternatively or additionally, the flank can be part of a drogue or a V-shaped groove.
  • a funnel is not necessarily to be regarded as a partially conical hollow shape, but can, for example, comprise two essentially flat flanks, which cause the electrical component to be displaced in different directions horizontally to the surface of the circuit substrate in order to move the electrical component into its desired position bring to.
  • the flank can have an angle relative to the Z-direction of 5° to 50°, preferably 10° to 45°, particularly preferably between 12° and 40°. In this area, the frictional forces will turn out to be tolerable even if the electrical component is initially positioned imprecisely relative to the circuit substrate, while a sufficient reduction in the initial positioning tolerances can be achieved in the course of the joining process.
  • the electrotechnical arrangement according to the invention can have an additional flank which forms a funnel in conjunction with the flank in the insulating element.
  • the orientation of the additional flank can be rotated relative to the flank, for example in the azimuthal direction on the surface of the circuit substrate.
  • an orientation of the flank that is essentially rotated by 90° about the Z direction can ensure that the two flanks can bring about a positioning of the electrical component in both the X and Y directions when they interact.
  • a base structure which covers the surface of the circuit substrate, can be provided in the insulating element between the additional flank and the flank.
  • the bottom of the drogue or the V-shaped groove is filled/covered by insulating material of the insulating element.
  • a structure of the electrical component sliding down the flank/additional flank thus does not come into electrical/mechanical contact with the circuit substrate anyway at the end of the joining process, but rests on the base structure. This biases the electrical component into its final position on the circuit substrate.
  • a structure of the electrical component can be clamped between the additional flank and the flank, as has already been explained above. In this way, a zero-tolerance-like Positioning aid provided for the electrical component. This ensures exact positioning in the X and/or Y direction even before the electrical component has reached its end position in contact with the circuit substrate.
  • a method for producing an electrotechnical arrangement is proposed, as has been described in detail above in connection with the first-mentioned aspect of the invention.
  • a circuit substrate is first encapsulated with an insulating element.
  • the edge regions of the circuit substrate can be surrounded by an initially liquid or pasty mass, which then foams and/or hardens in an injection mold.
  • the insulating element formed in this way can in particular have a height which is 1/20, preferably 1/10, particularly preferably 1/5, of a greatest longitudinal extension of the dimension of the circuit substrate.
  • An electrical component is then placed on the circuit substrate, with the component being placed on the circuit substrate in the course of a movement in the direction of a normal to the surface of the circuit substrate (Z direction) and by a flank of the insulating element configured at an angle to the Z direction in a direction perpendicular to the Direction Z-oriented direction X and / or Y is aligned with respect to the circuit substrate.
  • the electrical component slides at least partially along the edge and thus finds an end position (desired position) predefined by the edge on the circuit substrate.
  • the circuit substrate is to be understood as a component which defines a mechanical end position of the electrical component, without requiring that the circuit substrate must not have any further components or conductor tracks on which the electrical component is (proportionally) placed.
  • the electrical component can be mechanically and electrically (in particular galvanically) connected to the circuit substrate and/or be connected to a conductor located on it.
  • the connection can be made, for example, by friction welding and/or sintering and/or soldering and/or welding and/or riveting and/or gluing.
  • the electrical component is brought into a desired position on the circuit substrate, which is defined by the edge in the insulating element, and is then connected to it for its intended function.
  • an electronic control unit which can be provided and set up, for example, for use in an automotive vehicle electrical system.
  • the electronic control unit comprises an electrotechnical arrangement according to the first-mentioned aspect of the invention and is produced in particular according to a method according to the second-mentioned aspect of the invention.
  • the electronic control unit can be designed, for example, as an engine and/or transmission and/or gateway control unit. In particular, it can be set up alternatively or additionally for steering a means of locomotion. More preferably, the electronic control unit can be provided for power conversion in the vehicle electrical system of the means of transportation between a first voltage level and a second voltage level. As an alternative or in addition, the electronic control unit can be configured for power conversion from three-phase electrical energy into single-phase electrical energy or vice versa.
  • Figure 1 is a schematic representation of a plan view
  • Figure 2 is a schematic representation of an overlapping
  • FIG. 3 shows a side view of two electrical components as joining partners in an exemplary embodiment of an electrotechnical contacting arrangement
  • FIG. 4 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of an electrotechnical arrangement according to the invention
  • FIG. 5 perspective view of a further exemplary embodiment of an electrotechnical arrangement according to the invention.
  • FIG. 6 shows a side view of a further exemplary embodiment of an electrotechnical arrangement according to the invention.
  • FIG. 7 shows a side view of a further exemplary embodiment of an electrotechnical arrangement according to the invention.
  • FIG. 8 shows a sectional illustration of a partial area of the electrotechnical arrangement illustrated in FIG.
  • FIG. 9 shows a flow chart illustrating steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing an electrotechnical arrangement.
  • FIG. 1 shows a plan view of a substrate 3 on which contact points T, 2' for contacting electrical components 1, 2 are arranged.
  • the electrical component 1 has an electrical supply line, which is electrically insulated and runs between the two contact points T, 2' for the electrical component 2.
  • the contact points T, 2' have an essentially rectangular shape. However, their corners are rounded.
  • An insulating trench is provided between the contact points T, 2', which has a width which is approximately 1/5 to 1/7 of the shortest extent of the contact points T, 2' for the electrical components 1, 2.
  • FIG. 2 shows a plan view of the arrangement shown in FIG. 1 after the contact points T, 2′ have been contacted by electrical components 1, 2.
  • a Exact positioning of the electrical components 1, 2 on the contact points 1', 2' is required, among other things, in order not to accidentally bridge the insulating trench located between the contact points 1, 2'.
  • FIG. 3 shows a side view of the contacting arrangement 9 (see FIG. 1, FIG. 2), in which the spatial relationship between the electrical components 1, 2 above the circuit substrate 3 can be seen.
  • the electrical components 1, 2 are electrically and mechanically connected to their respective contact points 1', 2' (not shown here) by friction welding, for example. From the contact points 1', 2', curved structures of the electrical components 1, 2 stand out in an approximately vertical direction from the circuit substrate 3, in order to then transition back into a horizontal line at a height that is similar to one another.
  • An insulating element 4 is attached to the underside of the electrical component 2, so that the common derivation of the electrical components 1, 2 does not lead to an electrical connection between the two electrical components 1, 2.
  • FIG. 4 shows an electrotechnical arrangement 10 according to a first exemplary embodiment of the present invention, in which a circuit substrate 3 has an insulating element 4 injection-molded around the edge.
  • the insulating element 4 electrically insulates any voltage that may be present on the upper side 3a of the circuit substrate 3 from a voltage that may be present on an underside (not shown).
  • the insulating element 4 has a maximum height H in order to provide a comparatively large insulating distance from the top 3a to the bottom. This reduces any leakage currents.
  • a web 4a is also formed from the insulating element 4, which connects opposite edges of the circuit substrate 3 to one another and thus promotes electrical insulation of two regions on the surface 3a of the circuit substrate 3.
  • a first flank 5 is provided, which forms a positioning funnel with a vertical flank opposite flank 5 in the Y direction.
  • a structure introduced in this drogue in the negative Z-direction would thus reach a specific target position without the electrical component having to be guided externally for this purpose.
  • a target end position is defined by the flank 5 or the drogue defined by it.
  • an additional flank 6, which has a slope falling in the X-direction Are defined.
  • the additional flank 6 can thus define a predefined target position of electrical components 1, 2 to be connected to the circuit substrate 3 in the X direction.
  • flank 5 and the additional flank 6 are oriented at 90° to one another in the mathematically negative direction of rotation.
  • the same can apply to the respective drogue or grooves, which result in connection with the flank 5 or the additional flank 6 .
  • flank 5 and additional flank 6 can also be combined in a common drogue, so that one and the same structure of electrical component 1 , 2 is guided into its end position both by flank 5 and by additional flank 6 .
  • the bottom of the respective drogue is covered by a flat layer of the insulating element 4 in the form of a bottom structure.
  • the circuit substrate is superficially insulated.
  • the base structure 7 can lead to a prestressing of the electrical component 1, 2 with respect to the circuit substrate 3 in its end position. In this way it can be avoided that vibrations lead to disturbing noises.
  • a width of the flank 5 or the additional flank 6 can be in a range between 2 mm and 20 mm, preferably between 3 and 15 mm, most preferably between 5 and 10 mm.
  • the width refers to a dimension of the flank 5 or additional flank 6 running at right angles to the downward direction.
  • Figure 5 shows a perspective view of an alternative exemplary embodiment of an electrotechnical arrangement 10 according to the invention.
  • a component 2 made from stamped sheet metal has two tabs which, corresponding to the contacting arrangement 9 shown in connection with Figure 3, are angled twice in opposite directions at right angles and are mechanically and mechanically connected to the substrate 3 are electrically connected.
  • Two structures 2a, 2b protruding from the vertical areas of the tabs are each flank 5 in a respective target position by the drogue. Position has been performed so that they were precisely positioned on the circuit substrate 3 with respect to the X and Y directions before the fixation.
  • FIG. 6 shows a sectional representation of the arrangement shown in FIG. To put it another way, the sectional view is created essentially corresponding to a position of the double arrow X in FIG. Regions of the insulating element 4 that surround the circuit substrate 3 at the edge surround the lower side of the circuit substrate 3 with a comparatively flat structure, while the insulating element 4 forms the flanks 5 according to the invention in the region of the upper side of the circuit substrate 3 in order to close the structures 2a, 2b of the electrical component 2 lead and position essentially free of play.
  • the stamped part tolerance is indicated by the double arrow X1, while the molded body tolerance is illustrated by X2.
  • the tolerance in the end position of the electrical component 2 can be predefined by the dimensioning of X1 with respect to X2.
  • a region of the insulating element 4 arranged centrally on the circuit substrate 3 has two additional flanks 6 which, in conjunction with the outer flanks 5, bring about an exact positioning of the electrical component 2 on the circuit substrate 3.
  • the punched part and the molded body have a respective manufacturing tolerance (specimen scatter) and a mutual tolerance.
  • the thickness of the punched part (Y1) can deviate or vary in relation to the V-groove opening and thus bring about or endanger exact positioning.
  • Figure 7 shows a side sectional view of the exemplary embodiment of an electrotechnical arrangement 10 shown in Figure 5.
  • the (not shown) structures of the essentially vertical sections of the electrical components 1, 2 are arranged in a respective drogue between two oppositely inclined flanks 5 and thus fixed with respect to the circuit substrate 3 .
  • the electrical component 1 goes from a horizontal fastening tab fastened on a conductor track 12 to the essentially vertical one mentioned above structure above. Another bending by almost 90° transfers the electrical component 1 to the horizontal, as a result of which it runs parallel to the circuit substrate 3 in this area.
  • Two conductor track sections 12 electrically isolated from one another are separated from one another by a structure of the insulating element 4, so that the leakage current path between the conductor track sections 12 is significantly longer than a horizontal connection (for example via a surface of the circuit substrate 3).
  • FIG. 8 shows an enlarged view of the left edge area of the electrotechnical arrangement 10 presented in FIG. Moreover, the circuit substrate 3 is housed in a case 8 as is the insulating member 4 . If the circuit substrate 3 and the electrical component 2 are positioned in the housing 8 beforehand, the spraying process during the production of the insulating element 4 can fix and/or brace and/or glue the aforementioned components in the housing 8 . In this case, an additional screw connection or other attachment can preferably be omitted.
  • FIG. 9 shows steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing an electrotechnical arrangement.
  • the electrotechnical arrangement can be part of an electrical control unit or be included in it.
  • a circuit substrate is overmoulded with an insulating element.
  • the circuit substrate is overmoulded with the insulating element at the edge/side.
  • the insulating element can be or comprise a foaming plastic. In this way, it is also possible to fix the circuit substrate in its periphery by means of the insulating element.
  • an electrical component is then placed on the circuit substrate. The component is guided toward the circuit substrate while moving in the Z direction (perpendicular to a surface of the circuit substrate).
  • the electrical component is a flank of the insulating element running at an angle to the Z direction is aligned in an X and/or Y direction perpendicular to the Z direction with respect to the circuit substrate.
  • the electrical component slides, if necessary, along the edge of the insulating element into a position closest to the circuit substrate, in which the electrical
  • step 300 the component is then mechanically and electrically connected to the circuit substrate.
  • Cohesive and/or form-fitting and/or friction-fitting methods can be used here.
  • a galvanic connection optionally a friction weld connection, a soldering process or sintering can be used.

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Abstract

Es werden ein elektronisches Steuergerät, eine elektrotechnische Anordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer elektrotechnischen Anordnung vorgeschlagen. Die elektrotechnische Anordnung (10) umfasst: ein Schaltungssubstrat (3), ein elektrisches Bauelement (2) und ein Isolierelement (4), wobei das Schaltungssubstrat (3) mit dem Isolierelement (4) umspritzt ist, das Isolierelement (4) eine gegenüber einer senkrecht auf einer Oberfläche des Schaltungssubstrates (3) definierten Richtung Z winklig ausgerichtete Flanke (5) aufweist und das Bauelement (2) am Fuße der Flanke (5) des Isolierelementes (4) auf dem Schaltungssubstrat (3) fixiert ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung einer elektrotechnischen Anordnung, elektronisches
Steuergerät und elektrotechnische Anordnung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrotechnischen Anordnung, ein elektronisches Steuergerät sowie eine elektrotechnische Anordnung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine einfache und kostengünstige sowie exakte Platzierung mit einem Schaltungssubstrat zum Verbinden elektrischer Bauelemente.
Offenbarung der Erfindung
Heutige Leistungssubstrate basieren auf einem keramischen Aufbau mit metallischer Ober- und Unterseite. Hierauf werden die Leistungsschalter (IGBT, MOSFET, ...) bestückt und verdrahtet. Substratbedingt ist eine Entflechtung nur im zweidimensionalen Raum möglich. Als Außenkontaktierung stehen Bonds zur Verfügung (Bändchen, Draht). Auch Stanzteile, die mittels Ultraschall oder Laserschweißen kontaktiert werden, sind im Einsatz. Diese Verbindungselemente sind dabei bereits Teil eines der Fügepartner.
Hierbei besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Positionierung/Zentrierung nachträglich an das Leistungssubstrat zu fügender Verbindungselemente („elektrische Bordelemente“). Diese Positionierung muss sicher, zuverlässig und exakt sein. Dies ist eine Voraussetzung für einen niederinduktiven Aufbau, wie er für Schaltmodule mit SiC-MOSFETs vorteilhaft ist.
Der vorgenannte Bedarf wird durch eine elektrotechnische Anordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Das hier vorliegende Designelement basiert auf der Idee, die Verbindung zwischen dem Modul auf Substratbasis und dem Zwischenkreiskondensator nicht in einem Fertigungsschritt zu gestalten, sondern durch Auftrennung der Fertigungsschritte eine Bauweise zu erhalten, die den oben genannten Aufgaben gerecht wird. Vorliegende Anforderungen zu Luft und Kriechstrecken können durch dieses Designelement auch variiert bzw. eingestellt werden. Das hier entworfene Designelement sorgt für eine Positionszentrierung des Fügepartners in X- und Y- Richtung. Bedingt durch den Fügeprozess wird das Verbindungsteil während des Prozesses in der Z-Richtung in seine Endlage gebracht. Hierfür ist dieses Zentrierprinzip (Z-Richtung) flexibel. Die Entformschräge am Elektronikbauteil dient hierbei als Fangtrichter. Durch diesen Fangtrichter kann auch die Kriechstrecke gegen elektrischen Kurzschluss eingestellt werden.
Anders ausgedrückt, wird eine elektrotechnische Anordnung vorgeschlagen, welche ein Schaltungssubstrat (Platine) und mindestens ein elektrisches Bauelement aufweist. Das elektrische Bauelement kann beispielsweise einen Leistungsschalter (IGBT, MOSFET etc.) umfassen. Zusätzlich ist ein Isolierelement vorgesehen, welches insbesondere randseitig am Schaltungssubstrat vorgesehen ist. Das Isolierelement kann insbesondere als elektrische Isolierung zwischen einer oberen und einer unteren Seite des Schaltungssubstrats vorgesehen sein. Das Schaltungssubstrat ist auf diese Weise mit dem Isolierelement umspritzt. Auf diese Weise kann das Schaltungssubstrat als zumindest annähernd das Schaltungssubstrat umlaufender Rahmen oder als Einfassung des Schaltungssubstrates verstanden werden bzw. ausgeführt sein. Das Isolierelement weist eine gegenüber einer senkrecht auf einer Oberfläche des Schaltungssubstrates definierten Richtung Z eine winklig ausgerichtete Flanke auf. Die Flanke könnte auch als Rampe, Abhang oder Gefälle verstanden werden. Das Bauelement ist am Fuße der Flanke des Isolierelementes auf dem Schaltungssubstrat fixiert. Insbesondere besteht zwischen dem Bauelement und dem Schaltungssubstrat im Bereich des Fußes der Flanke eine elektrische Verbindung. Zumindest jedoch weist das Bauelement einen Abschnitt bzw. Struktur auf, welcher bzw. welche vor und nach dem Fügen des Bauelementes am Schaltungssubstrat bzw. einer auf dem Schaltungssubstrat befindlichen Leiterbahn angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Bauelement durch seinen Abschnitt am Fuße der Flanke in einer Soll- Position auf dem Schaltungssubstrat fixiert, während das Bauelement im Zuge einer Annäherung an das Schaltungssubstrat (in oberen Bereichen der Flanke) noch höhere Positionstoleranzen bezüglich des Schaltungssubstrates aufweisen kann. Die Flanke definiert sozusagen eine Zwangsverringerung der Positionstoleranzen im Zuge einer Annäherung des Bauelementes an das Schaltungssubstrat. Daher könnte die Flanke des Isolierelementes auch als Bestandteil eines Trichters oder einer Positionierrampe verstanden werden. Sofern das Bauelement in vordefinierter Weise mit der Flanke des Isolierelementes in Eingriff gebracht wird, kann es im Zuge einer Annäherung an das Schaltungssubstrat nur noch in die Soll-Position gelangen. Insbesondere kann ein durch die Flanke geführter Abschnitt des Bauelementes zwischen der Flanke und einerweiteren Struktur (z.B. einerweiteren Flanke am/im Isolierelement) eingeklemmt werden, um auf diese Weise besonders geringe Toleranzen horizontal zur Oberfläche des Schaltungssubstrates einzunehmen, bevor es auf dem Schaltungssubstrat verklebt, verschweißt, verlötet o.Ä. wird. Hierzu kann das Bauelement an das Schaltungssubstrat gedrückt werden, während sein im Bereich des Fußes der Flanke befindlicher Abschnitt durch diesen Vorgang eingeklemmt und optional sogar zwangsweise verformt wird/vorgespannt wird. Insbesondere kann dieser Teil des Bauelementes durch die Reibung an der Flanke abgebremst werden, während übrige Bestandteile des Bauelementes weiter in Richtung des Schaltungssubstrates wandern, bis sie schließlich mit diesem in Kontakt geraten und elektrisch mit diesem verbunden werden. Die elektrische Verbindung kann insbesondere mit einem Pad oder einer Leiterbahn erfolgen, welche auf dem Schaltungssubstrat angeordnet ist. Auf diese Weise kann das zur elektrischen Isolation auf dem Schaltungssubstrat vorgesehene Isolierelement auch zur Erleichterung einer Positionierung des elektrischen Bauelementes auf dem Schaltungssubstrat verwendet werden.
Das Bauelement kann insbesondere ein Stanzteil umfassen, bevorzugt eine Leiterbahn aufweisen, um einen vordefinierten Bereich auf dem Schaltungssubstrat elektrisch zu kontaktieren. Insbesondere kann der im Bereich des Fußes der Flanke anzuordnende Bereich des Bauelementes elastisch (insbesondere federelastisch) ausgestaltet sein, um eine exakte Positionierung des Bauteils bezüglich des Substrates zu gewährleisten, bevor das elektrische Bauelement mit dem Schaltungssubstrat (elektrisch und/oder mechanisch) verbunden wird. Mit anderen Worten gleitet das elektrische Bauelement im Zuge der Herstellung der elektrotechnischen Anordnung zumindest anteilig die Flanke hinunter, bis das elektrische Bauelement durch die Flanke des Isolierelementes an seiner Soll-Position auf dem Schaltungssubstrat zum Liegen kommt. Die Flanke kann beispielsweise eine lineare Form aufweisen, um Reibungskräfte im Zuge einer Annäherung des elektrischen Bauelementes an das Schaltungssubstrat über dem Weg Z konstant zu halten.
Eine Länge der Flanke kann mindestens 30 %, bevorzugt 80 % oder mehr, einer Stärke des Isolierelements in Z-Richtung über der Oberfläche des Schaltungssubstrates aufweisen. Mit anderen Worten durchzieht die Flanke die Höhe des Isolierelementes in Z-Richtung mindestens 30 %, bevorzugt 80 %, insbesondere 90 % oder mehr. Auf diese Weise können relativ große anfängliche Positioniertoleranzen des elektrischen Bauteils gegenüber dem Schaltungssubstrat allein aufgrund der Flanke des Isolierelementes im Zuge einer Annäherung des elektrischen Bauelementes an das Schaltungssubstrat getilgt werden.
Die Gesamtstärke des Isolierelements über einer Oberfläche des Schaltungssubstrates im Bereich der Flanke kann mindestens 10 mm, bevorzugt 20 mm, äußerst bevorzugt 30 mm, oder Bereiche zwischen den vorgenannten Werten aufweisen. Die Gesamtstärke des Isolierelementes über einer Oberfläche des Schaltungssubstrates im Bereich der Flanke richtet sich dann an den gewählten Flankenwinkel im Zusammenspiel mit der zu eliminierenden Fertigungs- und Bauteiltoleranz und liegt in diesem Fall meist zwischen 3 mm und 30 mm, insbesondere bei ganzzahligen Vielfachen von 1 mm im vorgenannten Intervall.
Das Isolierelement kann als elektrischer Isolator in der Anordnung vorgesehen sein. Es kann zur Vermeidung von Kriechströmen zwischen einer oberen und einer unteren Seite des Schaltungssubstrates vorgesehen sein. Hierzu umläuft das Isolierelement eine Kante/Schnittkante des Schaltungssubstrates zumindest im Bereich derjenigen Oberflächen, zwischen denen eine nennenswerte Spannung im Betriebsfall zu erwarten ist. Das Isolierelement fasst sozusagen das Schaltungssubstrat ein, weshalb an unterschiedlichen Kanten des Schaltungssubstrates erfindungsgemäße Flanken vorgesehen sein können, um das elektrische Bauelement in X-/Y-Richtung horizontal zum Schaltungssubstrat zu verschieben, wenn das elektrische Bauelement an das Schaltungssubstrat angenähert wird. Die Flanke kann als Entformschräge ausgestaltet sein. Mit anderen Worten kann die Flanke auch dazu vorgesehen sein, eine Entformung des Isolierelementes aus einer Spritzform zu begünstigen, mittels welcher es auf das Schaltungssubstrat aufgespritzt worden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Flanke ein Bestandteil eines Fangtrichters oder einer V-förmigen Nut sein.
Ein Trichter ist in diesem Zusammenhang nicht notwendigerweise als abschnittsweise kegelförmige Hohlform anzusehen, sondern kann beispielsweise zwei im Wesentlichen ebene Flanken umfassen, welche eine jeweilige Verschiebung des elektrischen Bauelementes in unterschiedliche Richtung horizontal zur Oberfläche des Schaltungssubstrates bewirken, um das elektrische Bauelement in seine Soll-Position zu bringen. Die Flanke kann einen Winkel gegenüber der Z-Richtung von 5° bis 50°, bevorzugt 10° bis 45°, insbesondere bevorzugt zwischen 12° und 40°, aufweisen. In diesem Bereich werden die Reibungskräfte auch bei ungenauer anfänglicher Positionierung des elektrischen Bauelementes gegenüber dem Schaltungssubstrat verträglich ausfallen, während eine hinreichende Verringerung der anfänglichen Positionierungstoleranzen im Zuge des Fügeprozesses erzielt werden kann.
Die erfindungsgemäße elektrotechnische Anordnung kann eine Zusatzflanke aufweisen, welche in Verbindung mit der Flanke im Isolierelement einen Trichter bildet. Die Ausrichtung der Zusatzflanke kann gegenüber der Flanke beispielsweise in azimutaler Richtung auf der Oberfläche des Schaltungssubstrates gedreht sein. Insbesondere kann eine im Wesentlichen um 90° um die Z-Richtung gedrehte Ausrichtung der Flanke dafür sorgen, dass die beiden Flanken im Zusammenwirken eine Positionierung des elektrischen Bauelements sowohl in X- als auch in Y-Richtung bewirken können.
Zwischen der Zusatzflanke und der Flanke kann eine Bodenstruktur im Isolierelement vorgesehen sein, welche die Oberfläche des Schaltungssubstrates bedeckt. Mit anderen Worten ist der Boden des Fangtrichters oder der V- förmigen Nut durch Isoliermaterial des Isolierelements gefüllt/bedeckt. Eine die Flanke/Zusatzflanke hinabgleitende Struktur des elektrischen Bauelementes gelangt somit am Ende des Fügeprozesses ohnehin nicht in elektrischen/mechanischen Kontakt mit dem Schaltungssubstrat, sondern ruht auf der Bodenstruktur. Dies sorgt für eine Vorspannung des elektrischen Bauelementes in seiner Endlage auf dem Schaltungssubstrat. Alternativ oder zusätzlich kann eine Struktur des elektrischen Bauelementes zwischen der Zusatzflanke und der Flanke eingeklemmt werden, wie dies bereits oben ausgeführt worden ist. Auf diese Weise wird eine Null-Toleranz-ähnliche Positionierhilfe für das elektrische Bauelement bereitgestellt. Diese sorgt für eine exakte Positionierung in X- und/oder Y-Richtung, noch bevor das elektrische Bauelement in seiner Endlage unter Kontakt mit dem Schaltungssubstrat angelangt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrotechnischen Anordnung vorgeschlagen, wie sie oben in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt im Detail beschrieben worden ist. Gemäß dem Herstellungsverfahren wird zunächst ein Schaltungssubstrat mit einem Isolierelement umspritzt. Hierzu können insbesondere die Randbereiche des Schaltungssubstrates von einer zunächst flüssigen oder pastösen Masse umgeben werden, welche anschließend in einer Spritzform aufschäumt und/oder aushärtet. Das hierbei ausgeformte Isolierelement kann insbesondere eine Höhe aufweisen, welche 1/20, bevorzugt 1/10, äußerst bevorzugt 1/5, einer größten Längserstreckung der Abmessung des Schaltungssubstrats aufweist. Anschließend wird ein elektrisches Bauelement auf das Schaltungssubstrat aufgesetzt, wobei das Bauelement im Zuge einer Bewegung in Richtung einer Normalen zur Oberfläche des Schaltungssubstrates (Z-Richtung) auf das Schaltungssubstrat aufgesetzt wird und durch eine winklig zur Richtung Z ausgestaltete Flanke des Isolierelementes in einer senkrecht zur Richtung Z orientierten Richtung X und/oder Y bezüglich des Schaltungssubstrates ausgerichtet wird. Hierbei gleitet das elektrische Bauelement zumindest anteilig an der Flanke entlang und findet somit eine durch die Flanke vordefinierte Endlage (Soll-Position) auf dem Schaltungssubstrat. Auch in diesem Zusammenhang ist das Schaltungssubstrat als Bauteil zu verstehen, welches eine mechanische Endlage des elektrischen Bauelementes definiert, ohne zu verlangen, dass das Schaltungssubstrat keine weiteren Bauelemente bzw. Leiterbahnen aufweisen darf, auf welche das elektrische Bauelement (anteilig) aufgesetzt wird. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrotechnischen Anordnung entsprechen derart ersichtlich denjenigen, welche in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt oben ausgeführt worden sind, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
In einem anschließenden Schritt kann das elektrische Bauelement mechanisch und elektrisch (insbesondere galvanisch) mit dem Schaltungssubstrat und/oder einer auf ihm befindlichen Leiterbahn verbunden werden. Die Verbindung kann beispielsweise durch Reibschweißen und/oder Sintern und/oder Löten und/oder Schweißen und/oder Nieten und/oder Kleben erfolgen. Auf diese Weise wird das elektrische Bauelement in einer durch die Flanke in dem Isolierelement definierte Soll-Position auf dem Schaltungssubstrat gebracht und anschließend für seine bestimmungsgemäße Funktion mit diesem verbunden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Steuergerät vorgeschlagen, welches beispielsweise für die Verwendung in einem automobilen Bordnetz vorgesehen und eingerichtet sein kann. Das elektronische Steuergerät umfasst eine elektrotechnische Anordnung gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt und ist insbesondere gemäß einem Verfahren gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt hergestellt. Das elektronische Steuergerät kann beispielsweise als Motor- und/oder Getriebe- und/oder Gateway-Steuergerät ausgestaltet sein. Insbesondere kann es alternativ oder zusätzlich für eine Lenkung eines Fortbewegungsmittels eingerichtet sein. Weiter bevorzugt kann das elektronische Steuergerät für eine Leistungswandlung im Bordnetz des Fortbewegungsmittels zwischen einer ersten Spannungslage und einer zweiten Spannungslage vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann das elektronische Steuergerät eine Leistungswandlung von dreiphasiger elektrischer Energie in einphasige elektrische Energie oder anders herum ausgestaltet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf
Kontaktstellen eines Ausführungsbeispiels einer elektrotechnischen Kontaktierungsanordnung;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer überlappenden
Kontaktierung von elektrischen Bauelementen in einem Ausführungsbeispiel einer elektrotechnischen Kontaktierungsanordnung; Figur 3 eine Seitenansicht zweier elektrischer Bauelemente als Fügepartner in einem Ausführungsbeispiel einer elektrotechnischen Kontaktierungsanordnung;
Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrotechnischen Anordnung;
Figur 5 perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrotechnischen Anordnung;
Figur 6 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrotechnischen Anordnung;
Figur 7 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrotechnischen Anordnung;
Figur 8 eine Schnittdarstellung eines Teilbereiches der in Figur 6 dargestellten elektrotechnischen Anordnung und
Figur 9 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrotechnischen Anordnung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Substrat 3, auf welchem Kontaktstellen T, 2‘zur Kontaktierung elektrischer Bauelemente 1, 2 angeordnet sind. Das elektrische Bauelement 1 weist eine elektrische Zuführung auf, welche elektrisch isoliert zwischen den zwei Kontaktstellen T, 2‘ für das elektrische Bauelement 2 hindurchführt. Die Kontaktstellen T, 2‘ weisen im Wesentlichen rechteckförmige Gestalt auf. Ihre Ecken sind jedoch abgerundet. Zwischen den Kontaktstellen T, 2‘ ist ein Isoliergraben vorgesehen, welcher eine Breite aufweist, welche ca. 1/5 bis 1/7 der kürzesten Erstreckung der Kontaktstellen T, 2‘ für die elektrischen Bauelemente 1, 2 ist.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die in Figur 1 dargestellte Anordnung nach der Kontaktierung der Kontaktstellen T, 2‘ durch elektrische Bauelemente 1, 2. Eine exakte Positionierung der elektrischen Bauelemente 1 , 2 auf den Kontaktstellen 1‘, 2‘ ist unter anderem erforderlich, um den zwischen den Kontaktstellen 1, 2‘ befindlichen Isoliergraben nicht versehentlich zu überbrücken.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der Kontaktierungsanordnung 9 (siehe Figur 1, Figur 2), in welcher die räumliche Relation zwischen den elektrischen Bauelementen 1 , 2 oberhalb des Schaltungssubstrates 3 erkennbar ist. Auf ihren jeweiligen (hier nicht dargestellten) Kontaktstellen 1‘, 2‘ sind die elektrischen Bauelemente 1, 2 beispielsweise durch Reibschweißen elektrisch und mechanisch stoffschlüssig verbunden. Von den Kontaktstellen 1‘, 2‘ heben sich gebogene Strukturen der elektrischen Bauelemente 1, 2 in annähernd vertikaler Richtung von dem Schaltungssubstrat 3 ab, um anschließend auf einer einander ähnlichen Höhe erneut in eine Horizontale überzugehen. Ein Isolierelement 4 ist an die Unterseite des elektrischen Bauelementes 2 angebracht, so dass die gemeinsame Ableitung der elektrischen Bauelemente 1, 2 nicht zu einer elektrischen Verbindung der beiden elektrischen Bauelemente 1, 2 führt.
Figur 4 eine elektrotechnische Anordnung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in welchem ein Schaltungssubstrat 3 randseitig durch ein Isolierelement 4 umspritzt ist. Auf diese Weise wird durch das Isolierelement 4 eine ggf. auf der Oberseite 3a des Schaltungssubstrats 3 herrschende Spannung elektrisch gegenüber einer ggf. auf einer Unterseite (nicht dargestellt) herrschenden Spannung elektrisch isoliert. Das Isolierelement 4 weist eine maximale Höhe H auf, um eine vergleichsweise große Isolierstrecke von der Oberseite 3a zur Unterseite bereitzustellen. Dies reduziert etwaige Kriechströme. Auch ein Steg 4a ist aus dem Isolierelement 4 geformt, welcher einander gegenüberliegende Kanten des Schaltungssubstrates 3 miteinander verbindet und somit eine elektrische Isolation zweier Bereiche auf der Oberfläche 3a des Schaltungssubstrates 3 begünstigt. In erfindungsgemäßer Weise ist eine erste Flanke 5 vorgesehen, welche einen Positioniertrichter mit einer senkrechten, in Y-Richtung der Flanke 5 gegenüberliegenden Flanke ausbildet. Eine in negativer Z-Richtung in diesem Fangtrichter eingebrachte Struktur würde somit in eine konkrete Soll-Position gelangen, ohne dass eine externe Führung des elektrischen Bauelementes hierzu erforderlich wäre. Mit anderen Worten wird insbesondere in Y-Richtung eine Soll-Endposition durch die Flanke 5 bzw. den durch sie definierten Fangtrichter definiert. Entsprechendes gilt für eine Zusatzflanke 6, welche eine in X-Richtung abfallende Schräge definiert. Mit einer (nicht dargestellten) korrespondierenden gegenüberliegenden Flanke kann die Zusatzflanke 6 somit eine vordefinierte Soll-Position mit dem Schaltungssubstrat 3 zu verbindender elektrischer Bauelemente 1, 2 in X- Richtung definieren. Bezüglich der Z-Achse sind die Orientierungen der Flanke 5 und der Zusatzflanke 6 um 90° im mathematisch negativen Drehsinn zueinander orientiert. Entsprechendes kann für die jeweiligen Fangtrichter bzw. Nuten gelten, welche sich in Verbindung mit der Flanke 5 bzw. der Zusatzflanke 6 ergeben. Selbstverständlich können die Flanke 5 und die Zusatzflanke 6 auch in einem gemeinsamen Fangtrichter miteinander kombiniert werden, so dass ein und dieselbe Struktur des elektrischen Bauelementes 1 , 2 sowohl durch die Flanke 5 als auch durch die Zusatzflanke 6 in ihre Endlage geführt wird. Der Boden des jeweiligen Fangtrichters ist durch eine flache Schicht des Isolierelementes 4 in Form einer Bodenstruktur bedeckt. An dieser Stelle ist das Schaltungssubstrat oberflächlich isoliert. Hierdurch können Kriechströme von einem Oberflächenbereich 3a des Schaltungssubstrats 3 zu einem weiteren Oberflächenbereich 3b des Schaltungssubstrats 3 weiter unterdrückt bzw. verringert werden. Insbesondere für den Fall, dass das Isolierelement 4 einen elastischen Werkstoff umfasst, kann die Bodenstruktur 7 für eine Vorspannung des elektrischen Bauelements 1, 2 gegenüber dem Schaltungssubstrat 3 in seiner Endlage führen. Hierdurch kann vermieden werden, dass Schwingungen zu störenden Geräuschen führen.
Eine Breite der Flanke 5 bzw. der Zusatzflanke 6 kann in einem Bereich zwischen 2 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 3 und 15 mm, äußerst bevorzugt zwischen 5 und 10 mm liegen. Die Breite bezieht sich auf eine rechtwinklig zur Abwärtsrichtung verlaufende Abmessung der Flanke 5 bzw. Zusatzflanke 6.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrotechnischen Anordnung 10. Ein aus einem Stanzblech gefertigtes Bauelement 2 weist hierbei zwei Laschen auf, welche entsprechend der in Verbindung mit Figur 3 dargestellten Kontaktierungsanordnung 9 zweifach gegensinnig rechtwinklig abgewinkelt und mit dem Substrat 3 mechanisch und elektrisch verbunden sind. Zwei aus den vertikalen Bereichen der Laschen herausstehende Strukturen 2a, 2b sind durch die Fangtrichter umfassend eine jeweilige Flanke 5 in einer jeweiligen Soll- Position geführt worden, so dass sie bezüglich X- und Y-Richtung bereits vor der Fixierung punktgenau auf dem Schaltungssubstrat 3 positioniert waren.
Figur 6 zeigt eine Schnittdarstellung der in Figur 5 gezeigten Anordnung, aus welcher die Querschnitte des Isolierelementes 4 im Bereich der Kontaktierung zwischen den Laschen des elektrischen Bauelements 2 und dem Schaltungssubstrat 3 hervorgehen. Anders ausgedrückt, ist die Schnittdarstellung im Wesentlichen zu einer Position des Doppelpfeils X in Figur 5 korrespondierend erstellt. Das Schaltungssubstrat 3 randseitig umgreifende Bereiche des Isolierelements 4 umgreifen die untere Seite des Schaltungssubstrats 3 mit einer vergleichsweise flachen Struktur, während das Isolierelement 4 im Bereich der Oberseite des Schaltungssubstrats 3 die erfindungsgemäßen Flanken 5 ausbildet, um die Strukturen 2a, 2b des elektrischen Bauteils 2 zu führen und im Wesentlichen spielfrei zu positionieren.
In X-Richtung ist die Stanzteiltoleranz durch den Doppelpfeil X1 eingezeichnet, während die Mouldkörpertoleranz durch X2 veranschaulicht wird. Durch die Dimensionierung von X1 bezüglich X2 kann die Toleranz in der Endlage des elektrischen Bauteils 2 vordefiniert werden. Ein mittig auf dem Schaltungssubstrat 3 angeordneter Bereich des Isolierelements 4 weist zwei Zusatzflanken 6 auf, welche in Verbindung mit den äußeren Flanken 5 eine exakte Positionierung des elektrischen Bauteils 2 auf dem Schaltungssubstrat 3 bewirken.
Auch in Y-Richtung weisen das Stanzteil und der Mouldkörper eine jeweilige Fertigungstoleranz (Exemplarstreuung) sowie eine gegenseitige Toleranz auf. Mit anderen Worten kann die Stanzteildicke (Y1) gegenüber der V-Nut-Öffnung abweichen bzw. variieren und somit eine exakte Positionierung bewirken oder gefährden.
Figur 7 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung des in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiels einer elektrotechnischen Anordnung 10. In diesem Ausführungsbeispiel sind die (nicht dargestellten) Strukturen der im Wesentlichen vertikalen Abschnitte der elektrischen Bauteile 1, 2 in einem jeweiligen Fangtrichter zwischen zwei gegenläufig geschrägten Flanken 5 angeordnet und somit bezüglich des Schaltungssubstrats 3 festgelegt. Das elektrische Bauelement 1 geht aus einer auf einer Leiterbahn 12 befestigten horizontalen Befestigungslasche in die vorstehend angesprochene im Wesentlichen vertikale Struktur über. Eine erneute Biegung um fast 90° überführt das elektrische Bauelement 1 in die Horizontale, wodurch es in diesem Bereich parallel zum Schaltungssubstrat 3 verläuft. Entsprechendes gilt für das zweite elektrische Bauelement 2, während dieses jedoch innerhalb seines oberen waagerechten Bereiches eine Steigung von etwa 40° gegenüber der Waagerechten aufweist. Zwei elektrisch voneinander isolierte Leiterbahnabschnitte 12 sind durch eine Struktur des Isolierelements 4 voneinander getrennt, so dass die Kriechstromstrecke zwischen den Leiterbahnabschnitten 12 gegenüber einer horizontalen Verbindung (beispielsweise über eine Oberfläche des Schaltungssubstrats 3) deutlich verlängert ist.
Figur 8 zeigt eine vergrößerte Ansicht des linken Randbereiches der in Figur 6 vorgestellten elektrotechnischen Anordnung 10, aus welcher die erhebliche Verlängerung der Kriechstromstrecke 11 zwischen einer Struktur 2a des elektrischen Bauelements 2 und einer Unterseite des Schaltungssubstrats 3 hervorgeht. Überdies ist das Schaltungssubstrat 3 ebenso wie das Isolierelement 4 in ein Gehäuse 8 eingebracht. Bei vorheriger Positionierung des Schaltungssubstrates 3 sowie des elektrischen Bauelements 2 in dem Gehäuse 8 kann der Spritzvorgang bei der Erzeugung des Isolierelements 4 die vorgenannten Bauteile im Gehäuse 8 festlegen und/oder verspannen und/oder verkleben. Eine zusätzliche Verschraubung oder anderweitige Befestigung kann in diesem Fall bevorzugt entfallen.
Figur 9 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrotechnischen Anordnung. Die elektrotechnische Anordnung kann Bestandteil eines elektrischen Steuergerätes sein bzw. von diesem umfasst sein. In einem ersten Schritt 100 wird ein Schaltungssubstrat mit einem Isolierelement umspritzt. Insbesondere wird das Schaltungssubstrat randseitig/kantenseitig mit dem Isolierelement umspritzt. Das Isolierelement kann ein aufschäumender Kunststoff sein bzw. diesen umfassen. Auf diese Weise ist auch eine Festlegung des Schaltungssubstrates mittels des Isolierelementes in seiner Peripherie möglich. In Schritt 200 wird anschließend ein elektrisches Bauelement auf das Schaltungssubstrat aufgesetzt. Das Bauelement wird im Zuge einer Bewegung in Richtung Z (senkrecht zu einer Oberfläche des Schaltungssubstrates) in Richtung des Schaltungssubstrates geführt. Um den Aufwand hinsichtlich der Handhabung des elektrischen Bauelements gering halten zu können, wird das elektrische Bauelement durch eine winklig zur Richtung Z ausgeführten Flanke des Isolierelementes in einer senkrecht zur Richtung Z orientierten Richtung X und/oder Y bezüglich des Schaltungssubstrates ausgerichtet. Mit anderen Worten gleitet das elektrische Bauelement erforderlichenfalls die Flanke des Isolierelementes entlang in eine dem Schaltungssubstrat nächstgelegene Position, in welcher das elektrische
Bauelement bestimmungsgemäß verbleibt und elektrisch und/oder mechanisch mit dem Schaltungssubstrat verbunden wird. In Schritt 300 wird anschließend das Bauelement mit dem Schaltungssubstrat mechanisch und elektrisch verbunden. Hierbei können stoffschlüssige und/oder formschlüssige und/oder reibschlüssige Verfahren verwendet werden. Insbesondere kann ein galvanisches Verbinden, optional eine Reibschweißverbindung, ein Lötvorgang oder ein Sintern verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Elektrotechnische Anordnung (10) umfassend ein Schaltungssubstrat (3), ein elektrisches Bauelement (1 , 2) und ein Isolierelement (4), wobei das Schaltungssubstrat (3) mit dem Isolierelement (4) umspritzt ist, das Isolierelement (4) eine gegenüber einer senkrecht auf einer Oberfläche des Schaltungssubstrates (3) definierten Richtung Z winklig ausgerichtete Flanke (5) aufweist und das Bauelement (1, 2) am Fuße der Flanke (5) des Isolierelementes (4) auf dem Schaltungssubstrat (3) fixiert ist.
2. Elektrotechnische Anordnung nach Anspruch 1 , wobei das Bauelement (3) ein Stanzteil, insbesondere eine Leiterbahn, aufweist, welches eingerichtet ist, im Zuge einer Herstellung der elektrotechnischen Anordnung (10) vor der Fixierung an der Flanke (5) des Isolierelements (4) entlang zum Fuße der Flanke (5) zu gleiten.
3. Elektrotechnische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Länge der Flanke (5) mindestens 30 Prozent, bevorzugt 80 Prozent, insbesondere 90 Prozent, einer Stärke (H) des Isolierelements (4) in Z über der Oberfläche des Schaltungssubstrates (3) bemessen ist.
4. Elektrotechnische Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Stärke (H) des Isolierelements (4) über einer Oberfläche des Schaltungssubstrates (3) im Bereich der Flanke (5) mindestens 3 mm, bevorzugt 30 mm, beträgt.
5. Elektrotechnische Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Isolierelement (4) als elektrischer Isolator in der Anordnung (10) vorgesehen ist, insbesondere zwischen einer ersten Oberfläche (3a) des Schaltungssubstrates (3) und einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche (3b) des Schaltungssubstrates (3).
6. Elektrotechnische Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Flanke (5) als Entformschräge ausgestaltet und/oder Bestandteil eines Fangtrichters oder einer V-förmigen Nut ist.
7. Elektrotechnische Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Flanke (5) einen Winkel gegenüber der Richtung Z von 5° bis 50°, bevorzugt 10° bis 45‘°, insbesondere bevorzugt 12° bis 40° aufweist.
8. Elektrotechnische Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Zusatzflanke (6) vorgesehen ist, welche
- mit der Flanke (5) einen Trichter bildet und/oder
- gegenüber der Flanke (5) im Wesentlichen um 90 Grad um Z gedreht angeordnet ist.
9. Elektrotechnische Anordnung nach Anspruch 8, wobei zwischen der Zusatzflanke (6) und der Flanke (5)
- eine Bodenstruktur (7) des Isolierelements (4) vorgesehen ist, welche die Oberfläche des Schaltungssubstrates (3) bedeckt und/oder
- eine Struktur des elektrischen Bauelementes (1 , 2) eingeklemmt ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer elektrotechnischen Anordnung umfassend die Schritte:
- Umspritzen (100) eines Schaltungssubstrates (3) mit einem Isolierelement (4),
- Aufsetzen (200) eines elektrischen Bauelementes (1 , 2) auf das Schaltungssubstrat (3), wobei das Bauelement (1, 2) im Zuge einer Bewegung in Richtung Z, welche senkrecht auf einer Oberfläche des Schaltungssubstrats (3) steht, auf das Schaltungssubstrat (3) zu durch eine winklig zur Richtung Z ausgestaltete Flanke (5) des Isolierelements (4) in einer senkrecht zur Richtung Z orientierten Richtung X und/oder Y bezüglich des Schaltungssubstrates (3) ausgerichtet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend den Schritt
- mechanisches und elektrisches, insbesondere galvanisches, Verbinden (300), bevorzugt durch Reibschweißen und/oder Sintern und/oder Löten, des Bauelementes (1, 2) mit dem Schaltungssubstrat (3).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Isolierelement (4) bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der elektrotechnischen Anordnung in derselben verbleibt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Bauelement (1, 2) ein Stanzteil, insbesondere eine Leiterbahn, aufweist, welches an der Flanke (5) des Isolierelements (4) entlang gleitet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei eine Länge der Flanke (5) mindestens 30 Prozent, bevorzugt 80 Prozent, insbesondere 90 Prozent einer Stärke des Isolierelements (4) in Z über der Oberfläche des Schaltungssubstrates (3) bemessen ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Stärke (H) des Isolierelements (4) über der Oberfläche des Schaltungssubstrats (3) im Bereich der Flanke (5) mindestens 3 mm, bevorzugt 30 mm, beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Isolierelement (4) als elektrischer Isolator in der Anordnung (10) verwendet wird, insbesondere zwischen einer ersten Oberfläche (3a) des Schaltungssubstrates (3) und einer zweiten, der ersten Oberfläche (3a) gegenüberliegenden Oberfläche (3b) des Schaltungssubstrates (3).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Flanke
- als Entformschräge ausgestaltet und/oder
- Bestandteil eines Fangtrichters oder einer V-förmigen Nut ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Flanke (5) einen Winkel gegenüber der Richtung Z von 5° bis 50°, bevorzugt 10° bis 45‘°, insbesondere bevorzugt 12° bis 40° aufweist.
19. Elektronisches Steuergerät umfassend eine elektrotechnische Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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