Beschreibung

Elektronikbauteil mit neuer flexibler Leiterplattentechnologie Die Erfindung betrifft ein Elektronikbauteil für ein elektronisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie . Elektronikgeräte, beispielsweise Steuergeräte für Kraftfahrzeuge weisen im Allgemeinen eine Vielzahl an elektronischen Komponenten auf, welche in Verbindung mit anderen Komponenten außerhalb des Steuergerätes stehen. Sie werden normalerweise in spezielle Gehäuse eingesetzt, um sie gegen Umwelteinflüsse oder mechanische Beanspruchungen zu schützen. Zudem erfüllen die Gehäuse eine wichtige Abschirmfunktion. Um eine verlässliche Verbindung des Steuergerätes zu außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten zu ermöglichen, ist eine elektrische Verbindung von der Gehäuseinnenseite zur Gehäuseaußenseite notwendig. Diese wird in jüngster Zeit bevorzugt als flexible Leiterplatte ausgeführt.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2004 036 683 Al ist eine Anordnung zur elektrischen Verbindung von Steuerelektronik zu peripheren Komponen- ten wie beispielsweise Sensoren, Ventilen oder Stecker mittels Ankontaktierung an flexible Leiterplattenteilstücke bekannt .

Beispielhaft für eine gattungsgemäße Ankontaktierung wird auf die DE 10 2004 050 687 Al verwiesen. Dort wird eine Möglich- keit zur direkten Kontaktierung eines Kabels oder eines Kabelbündels beschrieben, das an eine flexible Leiterplatte angreift .

Alle bisher bekannten Ausgestaltungen von Elektronikgehäusen mit flexiblen Leiterplatten haben jedoch jeweils den Nach-

teil, dass die flexible Leiterplatte als Komponente extrem kostenintensiv ist. Es gibt daher verschiedene Bestrebungen, die Fläche der flexiblen Leiterplatte pro Elektronikgehäuse zu reduzieren sowie die Ausnutzung der Leiterplattenflächen durch Optimierung des Layouts und durch Entflechtung der Signal- und Strompfade zu verbessern.

Ein Beispiel für ein Konzept zur Reduzierung des Einsatzes einer flexiblen Leiterplatte wird in der DE 10 2004 036 683 Al vorgestellt. Darin wird beschrieben, zur Reduzierung der Gesamtfläche der eingesetzten flexiblen Leiterplatte anstelle einer größeren einstückigen flexiblen Leiterplatte mehrere einzelne Teil-Flex-Leiterplatten als elektronische Verbindung einzusetzen .

Ein gutes Layout kann ebenfalls zur Einsparung der Leiter- plattenfläche beitragen und beugt vielen Schwierigkeiten vor, die sich erst im weiteren Fertigungsprozess einer Leiterplatte ergeben können. Vom Leiterplattendesign hängen im Wesentlichen die Qualität, die Zuverlässigkeit und der Preis einer elektronischen Baugruppe ab. Daher besteht auch weiterhin der Bedarf, einfachere und kostengünstigere Varianten für die Entflechtung der Signal- und Strompfade zu finden.

Zur Entflechtung der Leiterbahnen von flexiblen Leiterplatten ist es erforderlich, elektrische Verbindungen zwischen auseinander liegenden Leiterbahnen zu realisieren und dabei ge- gebenenfalls zwischen liegenden Leiterbahnen kontaktfrei zu kreuzen .

In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, flexible Leiterplatten mit mehreren Leiterbahnebenen, so genannte mehrlagige Leiterplatten, einzusetzen. Diese können mittels geeig- neter Durchkontaktierungen zwischen den verschiedenen Leiterbahnebenen elektrische Verbindungen zwischen auseinander liegenden Leiterbahnen einer Ebene hergestellt werden. Nachteilig sind jedoch die besonders hohen Kosten von mehrlagigen Leiterplatten.

In der DE 198 56 839 C2 ist als weiteres Konzept beschrieben, dass eine Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Leiterbahn einer einstückig ausgefertigten Leiterplatte durch einen Umklapp- oder Faltschritt eines ersten Leiterplattenab- Schnittes auf einen zweiten Leiterplattenabschnitt hergestellt wird. Solche Umklapp- oder Faltvorgänge der Leiterplattenstruktur bedeuten jedoch einen höheren und generell unerwünschten Montageaufwand. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Kontaktierpunkte auf der gefalteten flexiblen Leiterplat- te auf der unteren Seite zu liegen kommen können und in diesem Fall weitere aufwendigere und damit wiederum kostenintensive Kontaktierprozesse durchgeführt werden müssen. Außerdem kann dieses Faltkonzept nur auf flexible Leiterplatten mit einer isolierenden Deckfolie angewendet werden, oder es muss im Falle einer kontaktfreien Kreuzung beim Zurückfalten des ersten Abschnitts über eine zu überbrückende weitere Leiterbahn eine geeignete Zwischenisolierung zur Kurzschlusssicherung vorgesehen werden.

Aufgabenstellung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Elektronikbauteil zur Verfügung zu stellen, das auf der bevorzugten Technologie der flexiblen Teil-Flex-Leiterplatten als elektronische Verbindung zwischen den außerhalb des Gehäuses liegenden Komponen- ten und der Elektronik im Inneren des Gehäuses basiert und mit dem auch schwierige Entflechtungen der Signal- und Strompfade einfach und kostengünstig möglich sind. Es soll die Grundlage für die einfache Herstellung von kostengünstigen, rationellen und qualitativ hochwertigen elektronischen Bau- gruppen zur Verfügung gestellt werden.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 7 erreicht.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Elektronikbauteil zur Verfügung zu stellen, das mindestens ein Gehäuse mit mindestens einer Bodenplatte, einem Gehäusedeckel und mindestens zwei elektronischen Verbindungen in Form von Leiterplatten zwischen im Gehäuseinnenraum angeordneten Substraten und außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten aufweist, die mindestens teilweise auf dem Gehäuseboden fixiert sind, wobei mindestens eine erste Teil-Flex-Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte so ausgestaltet sind, dass sie im montierten Zu- stand in mindestens einem Bereich überlappen.

Vorteilhafterweise können auf diese Weise auch schwierige Entflechtungsaufgaben durch eine einfache und kostengünstige Möglichkeit gelöst werden. So kann beispielsweise die begrenzte Anzahl an Kontaktiermöglichkeiten von Substrat über die entsprechend zugeordneten Pads auf der Teil-Flex- Leiterplatte hin zu den peripheren Komponenten deutlich variabler gestaltet werden. Weist ein Substrat zum Beispiel eine kurze und eine lange Seite auf, so ist auf seiner kurzen Seite durch seine Orientierung im mechatronischen Aufbau die Entflechtungsmöglichkeit stärker begrenzt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können auf der schmalen Seite beispielsweise zusätzliche spezifische Kontaktpunkte zu peripheren Komponenten bereitgestellt werden, in dem mit den Teil- Flex-Leiterplatten eine überlappende Entflechtung von der langen Seite des Substrats auf die schmale Seite geführt wird. Erfindungsgemäß ist kein aufwendiger Faltprozeß erforderlich, und es können auch komplexe Entflechtungen mit geringem Montageaufwand sehr flexibel und elegant gelöst werden. Zusätzlich können erfindungsgemäß alle Vorteile, insbe- sondere Kostenvorteile des Teil-Flex-Konzeptes konsequent genutzt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Teil-Flex-Leiterplatten können beispielsweise aus einer unteren Polyimid-Basisfolie und darauf in einer Klebeschicht

eingebettet angeordneten metallischen Leiterbahnen, vorzugsweise aus Kupfer, bestehen. Bevorzugt können einlagige flexible Teil-Leiterplatten als elektrische Verbindung verwendet werden, die nur eine Leiterbahnschicht aufweisen. Es können auch mehrschichtige Teil-Flex-Leiterplatten verwendet werden, die allerdings deutlich kostenintensiver sind, als die bevorzugten einlagigen. Vorteilhafterweise kann der Einsatz von kostenintensiven mehrlagigen Flexfolien somit vermieden werden. Alternativ kann gleichermaßen erfindungsgemäß eine erste flexible Teil-Leiterplatte so eingesetzt werden, dass sie eine zweite starre Leiterplatte, beispielsweise eine PCB- Leiterplatte, überlappt.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfin- düng kann die verwendete flexible Teil-Leiterplatte oberhalb der Kupfer-Leitungsbahnschicht mindestens teilweise keine weitere schützende Deckisolationsschicht aufweisen. Gerade im Hinblick auf solche Elektronikgehäuse, die aggressiven Medien ausgesetzt sind, wie sie beispielsweise in Getrieben und in Motoren vorherrschen, kann ein Schutz der empfindlichen Leiterbahnen durch eine Abdeckung mit einem Gehäusedeckel und/oder mit Kontaktierabdeckungen vorgesehen werden. Der Gehäusedeckel kann hermetisch dicht auf den Gehäuseboden mit der darauf fixierten, erfindungsgemäß ausgestalteten flexib- len Leiterplatte aufgebracht werden, so dass die darunter befindlichen Bereiche der Teil-Flex-Leiterplatten schon ausreichend geschützt sind. Die außerhalb des Gehäusedeckels liegenden Leiterbahnbereiche der erfindungsgemäßen flexiblen Teil-Leiterplatte können auf andere Weise, beispielsweise durch weitere Abdeckungen wie zum Beispiel Kontaktierabdeckungen, geschützt werden. Auf diese Weise hebt sich die vorliegende Erfindung auch vorteilhaft von den vorbekannten E- lektronikgehäusen des Standes der Technik ab, in denen die flexiblen Leiterplatten zur Kontaktierung der peripheren Kom- ponenten kleine Ausschnitte in der Deckfolie, so genannte

"Pads", vorsehen, die durch das exakte Aufbringen einer entsprechend ausgestanzten Deckschicht auf die Leiterbahnschicht

hergestellt werden müssen. Zusätzlich können diese Bereiche variabel auf die Kontaktierungserfordernisse der unterschiedlichen Peripherien angepasst werden.

Die Bodenplatte, kann eine größere Grundfläche aufweisen als der Gehäusedeckel. Die Bodenplatte besteht bevorzugter Weise aus einem metallischen Material, besonders bevorzugt aus Aluminium. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die erfindungsgemäß ausgestalteten flexiblen Teil- Leiterplatten mindestens teilweise auf die metallische Boden- platte auflaminiert . Dies stellt eine einfach herstellbare, verlässliche, dichte und kostengünstige Fixierung sicher. Gemäß der vorliegenden Erfindung können zwei oder mehrere Teil- Flex-Leiterplatten auf einer Bodenplatte, bevorzugt aus Aluminium, mindestens teilweise auflaminiert werden. Besonders bevorzugt werden die Teil-Flex-Bereiche mittels Acrylkleber auf der Bodenplatte fixiert.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Teil- Flex-Leiterplatten auf einer größenangepassten Bodenplatte auflaminiert . Dies hat den Vorteil, dass die Leiterplattenbereiche gestützt werden können. Auf diese Weise kann eine verbesserte Robustheit und Steifigkeit des Bauteils erzielt werden .

Der Gehäusedeckel kann aus jedem Material bestehen, das einen ausreichenden Schutz der Elektronik gegenüber den gegebenen Umwelteinflüssen sicherstellt. Neben Gehäusedeckeln aus Kunststoff können auch solche aus metallischen Materialien verwendet werden. Alternativ oder kumulativ kann der Gehäuse- deckel beispielsweise durch Nieten, Kleben oder Löten mit der Bodenplatte und/oder den erfindungsgemäß ausgebildeten flexiblen Teil-Leiterplatten verbunden werden. Wichtig dabei ist vor allem, eine gute Abdichtung zu gewährleisten, sollen die Elektronikbauteile später in aggressiver Umgebung, wie zum Beispiel in einem Getriebe oder in einem Motor, eingesetzt werden .

Wenn eine Fixierung des Gehäusedeckels mittels Verlöten angestrebt wird, sollte vorzugsweise ein Gehäusedeckel aus Metall vorgesehen werden. Dieser bringt gleichzeitig die notwendigen EMV-Abschirmwerte und eine erhöhte Steifigkeit mit. Alterna- tiv kann auch ein metallisierter Kunststoff-Formkörper eingesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gehäusedeckel jedoch aus einem metallischen Material wie beispielsweise Stahlblech, Aluminium oder Druckguss gefertigt. Dadurch ergeben sich eine erhöhte Langzeitstabilität, eine gute Diffusionsdichte gegenüber aggressiven Chemikalien und verbesserte Abschirmwerte über die gesamte Lebensdauer des Elektronikbauteils, beispielsweise eines Steuergeräts.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses für ein Steuergerät werden zwei oder mehrere Teil-Flex-Leiterplatten auf den Gehäuseboden aufgebracht wobei mindestens eine erste Teil-Flex-Leiterplatte und eine zweite Teil-Flex-Leiterplatte so ausgestaltet sind, dass sie im montierten Zustand in mindestens einem Bereich überlappen. Die Teil-Flex-Bereiche kön- nen teilweise oder vollständig oberhalb der Kupfer-Leiterbahn keine Deckisolationslage aufweisen. Die Kontaktierungen zu den elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses und zu den außerhalb des Gehäuses liegenden Komponenten werden hergestellt und anschließend wird der Gehäusedeckel auf den ent- sprechenden Bereich der Bodenplatte des Gehäuses aufgebracht und fixiert. Die offenen Leiterbahnbereiche der flexiblen Leiterplatte mit bereits erfolgten Kontaktierungen können vorzugsweise durch Kontaktierungsabdeckungen vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Solche äußeren Einflüsse können beispielsweise metallische Späne aus Fertigungsrückständen des Getriebe- oder Motorgehäuses beinhalten, die zu Kurzschlüssen der Kontaktierungen oder der offenen Bereiche der Kupfer-Leitungsbahnen führen könnten.

Verbindungen zwischen den außerhalb des Gehäuses angeordneten elektronischen Komponenten und der flexiblen Leiterplatte der vorliegenden Erfindung können auf jede bekannte Weise hergestellt werden. So können die Verbindungen lösbar beispiels-

weise als Stecker oder nicht losbar durch beispielsweise Loten oder Schweißen hergestellt werden. Die elektronische Verbindung wird besonders bevorzugt direkt sowohl mit dem elektronischen Substrat im Inneren des Gehäuses als auch mit den Signalgebern und -empfangern (insbesondere Sensoren, Ventile, etc.) außerhalb des Gehäuses verbunden. Insbesondere bevorzugt wird eine direkte Verbindung mit dem elektronischen Substrat in Inneren des Gehäuses mittels Dickdraht-Bonden hergestellt. Die Komplexität und/oder die Anzahl der Verbindungen kann durch die erfindungsgemaße Entflechtung deutlich reduziert und auf diese Weise Teileausfalle aufgrund von schadhaften Schnittstellen vermieden werden. Die Fehleranfallig- keit vermindert sich dadurch erheblich.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausfuhrungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.

In dieser zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht auf eine Bodenplatte eines Elektronikbauteils mit darauf angeordneten Teil-Flex- Leiterplatten mit einem Uberlappungsbereich,

Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht eines Elektronikbauteils mit teilexplodierter Darstellung des Gehausedeckels und großenangepasster Bodenplatte.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemaßes Elektronikbauteil 1. Das Gehäuse 2 des Elektronikbauteils 1 wird von einer metallischen Bodenplatte 3 und einem Gehausedeckel 4 aus Stahlblech oder Aluminium gebildet (nicht gezeigt) . Auf der metallischen Bodenplatte 3 können mehrere Teil-Flex-Leiterplatten 5a bis 5d mindestens teilweise fixiert sein. Die Teil-Flex- Leiterplatte 5a bildet mit der Teil-Flex-Leiterplatte 5b außerhalb des Gehauseinneren einen Uberlappungsbereich 6. Im Uberlappungsbereich 6 kann beispielsweise die Unterseite der Teil-Flex-Leiterplatte 5a auf der Oberseite der Teil-Flex-

Leiterplatte 5b angeordnet sein oder umgekehrt. Auf der Bodenplatte 3 ist ein Elektronik-Substrat 7 angeordnet, das beispielsweise verschiedene elektronische Bauteile aufweisen kann. Das Substrat 7 mit seinen verschiedenen elektronischen Bauteilen im Innern des Gehäuses 2 ist über Direktkontakte 8 mit den flexiblen Teil-Leiterplatten 5 verbunden.

Die Teil-Flex-Leiterplatte 5a kann von der längeren Seite des Elektronik-Substrats 7 zur Entflechtung auf die schmalere Seite des Substrates 7 geführt sein. Hierdurch ist es möglich auf der schmaleren Seite des Substrats 7 weitere spezifische Kontaktpunkte zu peripheren Komponenten bereitzustellen. Die Teil-Flex-Bereiche 5 (a-d) können außerhalb des Elektronikraums des Gehäuses 2 frei und ohne Stützung eingesetzt werden . Durch den Einsatz der Teil-Flex-Leiterplatten mit mindestens einem überlappenden Bereich 6 kann eine Entflechtung bewirkt werden. Auf diese Weise können auf kostengünstige Art und Weise sehr flexibel auch komplexe Entflechtungen mit einlagigen flexiblen Leiterplatten 5 gelöst werden. Zudem ist es möglich eine einfache Anpassbarkeit an unterschiedliche e- lektrische Bauelemente, Komponenten und/oder Substrate 7 zu erzeugen .

Fig. 2 zeigt ein Elektronikbauteil 1 mit größenangepasster Bodenplatte 3. Der Gehäusedeckel 4 ist separat gezeigt. Die Teilflex-Leiterplatten 5a bis 5d ragen unter der Aufsatzfläche des Deckels 4 hervor und sind auf der größenangepassten Bodenplatte auflaminiert . Entsprechend der Form der Aufsatzfläche des Gehäusedeckels ist auf der Bodenplatte 3 und den flexiblen Teil-Leiterplatten 5 eine Abdichtzone 9 vorgesehen. Diese kann gewährleisten, dass der Gehäusedeckel 4 hermetisch dicht mit der Bodenplatte 3 verbunden werden kann. Das Substrat 7 und die Direktkontakte 8 zu den Teil-Flex- Leiterplatten 5 sind innerhalb der Abdichtzone 9 im Gehäuse- inneren untergebracht.

Zusammenfassend wird aufgrund der erfindungsgemaßen überlappung von mindestens einer Teil-Flex-Leiterplatte mit mindestens einer zweiten Leiterplatte demnach eine erheblich vereinfachte Möglichkeit der Entflechtung der Signal und Strom- pfade ermöglicht. In Kombination mit dem Einsatz der Teil- Flex-Leiterplatten entsteht ein Konzept zur variablen Anpassung an die Vorgaben bezuglich der äußeren Komponenten und/oder des Elektroniksubstrats. Zusatzlich ist eine vereinheitlichte Fertigung der flexiblen Leiterplatten möglich, was zusatzlich zu einem erheblichen Kostenvorteil fuhren kann.