Flexible Leiterplattenstruktur und die Verwendung der flexiblen Leiterplattenstruktur in einem Steuergerät für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine flexible Leiterplattenstruktur und die Verwendung dieser flexiblen Leiterplattenstruktur in einem Steuergerät für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 6.

Flexible Leiterplatten werden in zunehmendem Maße in elektronikgesteuerten Systemen, insbesondere auch Kraftfahrzeugen als elektrische Verbindungselemente eingesetzt. Ihre besonderen Vorteile - Anpassungsfähigkeit an vorgegebene Gehäuseformen, geringer Platzbedarf und hohe dynamische Beanspruchbarkeit bei kostengünstiger Herstellung - führen dazu, dass diese Technik einen immer größer werdenden Anwendungsbereich findet.

In der deutschen Patentanmeldung 197 20 167.9 ist eine flexible Leiterplattenstruktur zum Anschließen von mehreren elektrischen Bauelementen an ein Getriebesteuergerät beschrieben. Die Leiterplattenstruktur weist aus ihrer Ebene her ausklappbare Arme auf, die die Anschlußverbindungen für die elektrischen Bauelemente bilden und sich dabei auch kontaktfrei kreuzen können.

Zur Entflechtung der Leiterbahnen einer solcherart eingesetzten flexiblen Leiterplatte ist es erforderlich, elektrische Ver ^¬ bindungen zwischen auseinanderliegenden Leiterbahnen zu rea- lisieren und dabei gegebenenfalls zwischenliegende Leiterbahnen kontaktfrei zu kreuzen.

In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, flexible Lei ^¬ terplatten mit mehreren Leiterbahnebenen einzusetzen. Bei mehrlagigen Leiterplatten können mittels geeigneter Durch- kontaktierungen zwischen verschiedenen Leiterbahnebenen elektrische Verbindungen zwischen auseinanderliegenden Leiterbahnen einer Ebene hergestellt werden.

Moderne Kraftfahrzeugsteuergeräte steuern bzw. regeln ins ^¬ besondere Vorgänge in Aggregaten wie Motoren oder automatischen bzw. automatisierten Getrieben. Die Steuergeräte enthalten in der Regel eine Vielzahl von elektronischen Komponenten, die von einem Gehäuse aus Kunststoff und/ oder Metall umgeben sind. Die elektronischen Komponenten im Steuergerätgehäuse sind insbe ^¬ sondere mit Komponenten wie Sensoren oder Stellgliedern außerhalb des Gehäuses mittels metallischer Verbindungsleitungen signal- bzw. energieübertragend elektrisch verbunden. Diese metallischen Verbindungsleitungen sind häufig als oben erwähnte flexible Leiterplattenstruktur, oder auch Flexfolie genannt, ausgeführt .

Die Steuergeräte sind im Normalfall als Anbau- am oder als Vorortsteuergerät im entsprechenden Aggregat angeordnet. Vor allem bei der Verwendung als Vorortsteuergerät in fluider Umgebung wie Ölen und unter Umständen darin entstehenden Gasen werden hohe Anforderungen an die Materialbeständigkeit, ins ^¬ besondere der Abdichtung des in der Regel zweiteiligen Gehäuses und/ oder an die Abdichtung der Durchführung der metallischen Verbindungsleitungen im Gehäuse gestellt. Bei der Abdichtung der Durchführung der metallischen Verbindungsleitungen im Gehäuse sind diese vor allem in Kunststoff eingespritzt bzw. mit Kunststoff umspritzt.

Ein Vorortsteuergerät, insbesondere in einem Getriebe ist ständig von Öl umgeben. Das Öl soll als Schmierstoff in erster Linie Verschleiß an den sich drehenden Teilen im Getriebe verhindern und Reibung reduzieren. Die Güte dieser Eigenschaften hängen insbesondere vom Schwefelgehalt im Öl ab. Unter Belastung kommt es zu einer chemischen Reaktion zwischen den metallischen Rauheitsspitzen der Metalloberflächen und den Schwefelmolekülen. Dabei bildet sich an den Oberflächen eine Reaktions- Schicht, die den Verschleiß und die Reibung reduziert. Das

Material in der Reaktionsschicht ist etwas weicher, so dass ein Abbrechen oder örtliches Verschweißen der Rauheitsspitzen vermieden wird.

In der Vergangenheit, als noch keine Hochleistungsgetriebe verwendet wurden und die Ansprüche an die Öle daher niedriger waren, wurden in Automatikgetrieben Getriebeflüssigkeiten insbesondere so genannte ATF-Öle (ATF: Automatic Transmission Fluid) mit einem Schwefelanteil kleiner ca. 1200 ppm eingesetzt .

Bei neuen Hochleistungsgetrieben kommen angepasste Hochleistungsgetriebeöle mit verbesserten Schmiereigenschaften mit einem höheren Schwefel-Gehalt, insbesondere von ca. 1200-20000 ppm zum Einsatz.

Diese Schmierflüssigkeiten mit dem erhöhten Schwefel-Gehalt haben aber den Nachteil, dass sie vor allem bei höheren Temperaturen, insbesondere bei circa 90°C und höher, ein hohes Korrosionspotential gegenüber Kupferwerkstoffen aufweisen und bei Kontakt diese angreifen.

Dies führt häufig zu Korrosionseffekten im Inneren der Steuergerätgehäuse und damit zu Fehlern in der Verbindungstechnologie, z.B. durch Auflösung insbesondere von Schweißstellen und Lötstellen zwischen verschiedenen Abschnitten der elektrischen Leitungen oder zur Bildung von Kurzschlüssen zwischen stromführenden Verbindungsleitungen bei angelegtem Potential, welche dann zum Ausfall des Getriebesteuergeräts führen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, flexible Leiterplattenstrukturen derart zu verbessern, dass sie auch in einer Umgebung von Ölen, die einen höheren Schwefelgehalt, insbesondere > 1200 ppm aufweisen, weniger bis überhaupt nicht korrodieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine flexible Leiterplatten ^¬ struktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß umfasst die flexible Leiterplattenstruktur zum elektrischen Verbinden erster elektrischer Bauteile in einem Gehäuse mit zweiten elektrischen Bauteilen außerhalb des Gehäuses eine Leiterbahnschicht, wobei die Leiterbahnschicht eine Kupferschicht mit einem Legierungsanteil von mindestens 4,5 % umfasst. Zum Kontaktieren der elektrischen Bauteile mit der Leiterbahnschicht werden Kontaktstellen durch Entfernen der Deckfolienschicht an diesen Stellen geschaffen. Die Kontakt ^¬ stellen sind insbesondere als Löt-, Schweiß- oder Bondflächen ausgeführt. Ein Kontakt eines elektrischen Bauteils deckt nach der Herstellung der elektrischen Verbindung in der Regel nicht die gesamte Fläche der Kontaktstelle auf der Leiterbahnschicht ab. Somit ist ein Teil der Kontaktstelle der Umgebung insbe ^¬ sondere bei Vorortsteuergeräten, dem Öl ausgesetzt. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Kupferlegierung wird die Korrosion verhindert bzw. erheblich vermindert

Insbesondere sind die Leiterbahnschichten aus Kupfer mit einem oder mehreren Begleitmetallen wie Zinn, Zink, Eisen, Aluminium, Nickel, Mangan, Silizium, Chrom, Titan, Blei.

Als besonders korrosionsbeständig hat sich eine Kupferlegierung im Wesentlichen aus Kupfer mit Zink und/ oder Nickel erwiesen. Die flexible Leiterplattenstruktur kann auch mehr als eine Leiterbahnschicht umfassen.

Dabei sind die einzelnen Leiterbahnschichten in der Regel mittels Durchkontaktierungen (auch Vias genannt) miteinander elektrisch leitend verbunden

Die einzige Fig. 1 zeigt den Aufbau einer einlagigen Struktur einer flexiblen Leiterplatte.

Bei dieser flexiblen Leiterplattenstruktur ist eine Leiterbahnschicht 1 zwischen einer ersten elektrisch isolierenden Deckfolienschicht 2 und einer zweiten elektrisch isolierenden Deckfolienschicht 3 angeordnet. Die Leiterbahnschicht 1 ist als eine Kupferschicht mit einem Legierungsanteil von mindestens 4, 5 % ausgeführt. Dadurch wird die Korrosion einer nicht gezeigten, frei liegenden Kontaktstelle auf der Leiterbahnschicht ver ^¬ hindert bzw. reduziert. Die Deckfolienschichten 2, 3 können aus gängigen bei der Leiterplattenfertigung verwendeten Kunst- stofffolien, wie z. B. Polyimidfolien, bestehen und eine Dicke von etwa 25 oder auch 50 ym aufweisen. Zwischen der Leiterbahnschicht 1 und den Deckfolienschichten 2, 3 kann je nach Ausführung der flexiblen Leiterplatte 1 ein Acryl- oder Epo- xidharz-kleberschicht 4 vorhanden sein.

Derartige flexible Leiterplattenstrukturen, die ausschließlich auf einer Seite mit Kontaktstellen versehen sind, werden in der Technik als Leiterplattenstrukturen mit einseitigem Kontakt als Zugriff bezeichnet. Sie sind wesentlich kostengünstiger als Leiterplattenstrukturen mit beidseitigem Kontakt (d. h. Leiterplattenstrukturen, bei denen Kontaktstellen in beiden Deckfolienschichten 2 und 3 vorhanden sind) produzierbar, weil das Anheften der einzelnen Schichten sowie Strukturierungs- schritte zum Herausbilden von Leiterbahnschichten 4 aus der Metallfolienschicht an kontinuierlichen Materialbahnen durchführbar ist. Die Kontaktstellen in den Deckfolienschichten 2, 3 können dabei entweder bereits vor dem Zusammenfügen der Folien 1, 2, 3 in einer Deckfolienschicht 2, 3 vorgefertigt sein oder sie können nach dem Aufbau des Leiterplattenverbunds auch nachträglich durch Abtragen von Deckfolienmaterial in die Deckfolie 2, 3 eingebracht werden. Bei beidseitigen Kontakt ^¬ stellen wird insbesondere ein Kontakt eines elektrischen Bauteils an einer Seite der Leiterbahnschicht 1 angeordnet und mittels Bestrahlung der Kontaktstelle der dem Bauteil gegenüber liegenden Seite der Leiterbahnschicht 1 durch einen Laser stoffschlüssig mit der Kontaktstelle der Leiterbahnschicht 1 verbunden. Die dem Bauteil gegenüberliegende Kontaktstelle bleibt danach für die Umgebung frei zugänglich und ist bei Verwendung von reinem Kupfer als Leiterbahnschichtmaterial sehr korrosionsanfällig. Die Verwendung von Messing mit den ange ^¬ gebenen Legierungsbeimengungen kann dies ganz bzw. weitgehend verhindern . Die in Fig. 1 gezeigte Leiterplattenstruktur weist eine Leiterbahnschicht 1 auf. Für komplexe Aufbauten kann eine Leiterplattenstruktur auch mehr als eine Leiterbahnschicht 1 umfassen .