Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Steuergerät eines Fahrzeugs zur Steuerung mehrerer Funktionen, darunter mindestens einer sicherheitsrelevanten Funktion, wobei das Steuergerät mindestens eine mehrlagige Leiterplatte aufweist, wobei die wenigstens eine Leiterplatte aus schichtförmig übereinander angeordneten und miteinander verklebten oder verschmolzenen Leiterplatinen besteht, wobei die Leiterplatinen mit Leiterbahnen versehen sind, und bei dem die wenigstens eine Leiterplatte mit aktiven und/oder passiven elektronischen Bauteilen bestückt ist.

Elektronische Steuergeräte von Fahrzeugen, wie Straßenfahrzeuge, Geländefahrzeuge und Schienenfahrzeuge, sind harten Betriebsbedingungen, wie Schwingungen, Stöße, Erschütterungen, Temperaturschwankungen sowie der Beaufschlagung mit Spritzwasser, Öl und Schmutz ausgesetzt. Zur Vermeidung der Anordnung mehrerer, jeweils für die Steuerung unterschiedlicher Funktionen vorgesehener und an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs angeordneter Steuergeräte, kann ein einziges elektronisches Steuergerät genutzt werden, welches mehrere Steuerungsfunktionen ausführen kann und an einer zentralen Stelle des Fahrzeugs angeordnet ist. Zur Erzielung kompakter Abmessungen weist ein derartiges Steuergerät vorteilhaft wenigstens eine mehrlagige Leiterplatte auf, die mehrere schichtförmig übereinander angeordnete, mit Leiterbahnen versehene Leiterplatinen aufweist. Die Leiterplatinen bestehen üblicherweise aus einem ausgehärteten faserverstärkten Phenolharz oder Epoxidharz, auf welche die aus Kupfer bestehenden Leiterbahnen galvanisch aufgetragen oder als Folie aufgeklebt und in einem photochemischen Prozess freigeätzt sind. Die als sogenannte Prepregs zunächst nicht vollständig ausgehärteten Leiterplatinen sind nach dem Aufschichten durch Verpressen miteinander verklebt oder verschmolzen worden. Eine derartige Leiterplatte weist mehrere, jeweils einer Steuerungsfunktion zugeordnete elektronische Schaltkreise auf, welche sich jeweils auch über mehrere Leiterbahnen auf benachbarten Leiterplatinen erstrecken können. Die Schaltkreise weisen passive elektronische Bauteile, wie elektrische Widerstände, Kondensatoren und Spulen sowie aktive elektronische Bauteile, wie Transistoren, Mikroprozessoren und Speicherbausteine (EPROMs) auf. Die elektronischen Bauteile sind zumindest an einer Außenseite der Leiterplatte angeordnet und über Durchkontaktierungen mit den zugeordneten Leiterbahnen elektrisch verbunden. Ein typischer Aufbau einer mehrlagigen Leiterplatte ist beispielsweise aus der DE 103 15 768 A1 bekannt.

Zum Schutz vor mechanischer Beschädigung und einem Kontakt mit elektrisch leitenden oder korrosiven Flüssigkeiten werden Leiterplatten üblicherweise zumindest an der mit elektronischen Bauteilen bestückten Seite durch eine Beschichtung mit einem elektrisch nichtleitenden Schutzlack versehen oder mit einem abgedichteten Gehäusedeckel gegenüber der Umgebung abgeschlossen. In der DE 691 09 464 T2 ist ein Verfahren zur Schutzbeschichtung einer mehrlagigen, mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte beschrieben, bei dem zunächst eine dickere erste Schicht aus einem organischen Material, wie zum Beispiel einem Epoxidharz, auf die Leiterplatte und die elektronischen Bauteile aufgetragen wird. Nach deren Aushärtung wird eine dünnere, hermetisch abgeschlossene zweite Schicht aus einem mineralischen Material, wie beispielsweise einer Metallverbindung, aufgebracht. Mit der ersten Schicht werden Ecken und Kanten der elektronischen Bauteile geglättet und die auf den äußeren Leiterplatinen befindlichen Leiterbahnen sowie elektronischen Bauteile vor einer mechanischen Beschädigung geschützt. Mit der zweiten Schicht werden die Leiterbahnen und die elektronischen Bauteile hermetisch gegen Kontakte mit äußeren elektrisch leitfähigen Stoffen abgeschirmt.

Ein ähnliches Verfahren zur Schutzbeschichtung einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte gemäß der DE 10 201 1 082 971 A1 sieht vor, dass zunächst stromführende Bereiche, insbesondere Anschlusskontakte und Lötstellen der elektronischen Bauteile, mit einer dickeren ersten Schicht aus einem angedickten Schutzlack beschichtet werden, und dass nach deren Aushärtung eine geschlossene Schutzbeschichtung aus einem Schutzlack auf die gesamte Leiterplatte aufgebracht wird. Mit der ersten Schicht werden Ecken und Kanten der stromführenden Bereiche geglättet und diese vor einer mechanischen Beschädigung geschützt. Mit der zweiten Schicht wer- den die Leiterbahnen und die elektronischen Bauteile hermetisch gegen Kontakte mit äußeren elektrisch leitfähigen Stoffen abgeschirmt.

Dagegen ist aus der DE 10 2007 032 535 B4 ein elektronisches Steuergerät eines Fahrzeugs mit einer mehrlagigen Leiterplatte bekannt, welche an einer Innenseite auf einer Bodenplatte montiert ist und auf der gegenüberliegenden Außenseite mit elektronischen Bauteilen bestückt ist. Auf der Außenseite der Leiterplatte ist ein Gehäusedeckel angeordnet, der die elektronischen Bauteile und benachbarte Leiterbahnen überspannt und an seinem Rand über eine Einlegedichtung an der äußeren Leiterplatine anliegt. In einer Weiterbildung weist der Gehäusedeckel eine verschließbare Öffnung auf, über die eine Vergussmasse in den Innenraum des Gehäusedeckels eingefüllt werden kann.

Außerdem ist aus der Druckschrift „Design Guide Embedding Technologie“, Version 2.0, Feb. 2017 der Firma Würth Elektronik GmbH & Co. KG eine mehrlagige und mit elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte bekannt geworden, wobei die Bauteile und Leiterbahnen innerhalb der Leiterplatte angeordnet sind.

Sicherheitsrelevante Funktionen, wie diejenigen zur Steuerung von ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antriebsschlupfregelung), ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm), EBS (Elektronische Bremssteuerung), ECAS (Elektronisch gesteuerte Luftfederung) und ESAC (Elektronische Stoßdämpfersteuerung), erfordern einen hohen Schutz der betreffenden elektronischen Schaltkreise. Andererseits ist die hermetische Beschichtung einer Leiterplatte schwierig und erfordert eine aufwendige Überprüfung dieses Produktionsergebnisses. Ebenso ist der Schutz einer Leiterplatte gegen externe Einflüsse durch einen abgedichteten Gehäusedeckel nur bedingt sicher sowie relativ aufwendig und mit einem erhöhten Bauraumbedarf verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Steuergerät eines Fahrzeugs mit einer mehrlagigen Leiterplatte zur Steuerung mehrerer Funktionen, darunter mindestens einer sicherheitsrelevanten Funktion, vorzustellen, bei dem zumindest der Schaltkreis der sicherheitsrelevanten Funktion gegenüber den be- kannten technischen Lösungen einfacher sowie kostengünstiger vor schädlichen externen Einflüssen geschützt ist.

Diese Aufgabe ist durch ein elektronisches Steuergerät gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Erfindung betrifft demnach ein elektronisches Steuergerät eines Fahrzeugs zur Steuerung mehrerer Funktionen, darunter mindestens einer sicherheitsrelevanten Funktion, wobei das Steuergerät mindestens eine mehrlagige Leiterplatte aufweist, wobei die wenigstens eine Leiterplatte aus schichtförmig übereinander angeordneten und miteinander verklebten oder verschmolzenen Leiterplatinen besteht, wobei die Leiterplatinen mit Leiterbahnen versehenen sind, und bei dem die wenigstens eine Leiterplatte mit aktiven und/oder passiven elektronischen Bauteilen bestückt ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Steuergerät vorgesehen, dass die Leiterbahnen mindestens eines Schaltkreises zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion auf innen innerhalb der Leiterplatte liegenden Leiterplatinen angeordnet sind, und dass die diesem mindestens einen Schaltkreis zugeordneten elektronischen Bauteile innerhalb der Leiterplatte zwischen innen liegenden Leiterplatinen eingebettet sind.

Durch die Anordnung der Leiterbahnen auf den innen liegenden Leiterplatinen und die Einbettung der elektronischen Bauteile innerhalb der Leiterplatte zwischen den innen liegenden Leiterplatinen ist der mindestens eine Schaltkreis zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion auf einfache und kostengünstige Weise vor einer mechanischen Beschädigung sowie dem Kontakt mit elektrisch leitfähigen oder korrosiven Flüssigkeiten geschützt.

Zur platzsparenden und optimal geschützten Anordnung sind die elektronischen Bauteile bevorzugt als SMD-Bauteile (SMD = surface mounted device) ausgebildet und auf mindestens einer der innen liegenden Leiterplatinen auf ihrer mit Leiterbahnen versehenen Innenseite angeordnet. Weiter kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass eine bestückungsseitig unmittelbar benachbart zu der mit den elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatine angeordnete weitere Leiterplatine Ausnehmungen aufweist, wobei diese Ausnehmungen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die elektronischen Bauteile berührungslos in diese hineinragen.

Die Ausnehmungen in der unmittelbar benachbarten weiteren Leiterplatine können mit eingeschlossener Umgebungsluft gefüllt sein. Zur Vermeidung von temperaturabhängigen und außendruckabhängigen Druckschwankungen sowie zur Vermeidung einer dortigen Kondensation von Luftfeuchtigkeit können die genannten Ausnehmungen in der unmittelbar benachbarten weiteren Leiterplatine jedoch auch mit einem Gießharz oder mit einem anderen elektrisch isolierenden Material verfällt sein.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahnen des mindestens einen Schaltkreises zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion auf unmittelbar benachbarten Leiterplatinen angeordnet sind, und dass zumindest zwei auf den unmittelbar benachbarten Leiterplatinen angeordnete Leiterbahnen zum Schutz vor äußeren Einflüssen über eine sogenannte vergrabene Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden sind.

Der mindestens eine Schaltkreis zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion kann auch einen elektronischen Sicherheitsschalter aufweisen, mittels dem die Stromversorgung dieses Schaltkreises bei Auftreten einer Störung abschaltbar ist, sobald sich eine von dem Schaltkreis angesteuerte Vorrichtung in einem sicheren Zustand befindet. Durch die Anordnung des Sicherheitsschalters innerhalb der Leiterplatte kann dieser nicht ungewollt geschlossen werden, wie zum Beispiel bei einem Kurzschluss durch Kontakt mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit. Die betreffende Vorrichtung bleibt dadurch solange in dem sicheren Zustand, bis der Sicherheitsschalter aktiv, also gewollt geschlossen wird. Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Leiterplatte in einem elektronischen Steuergerät in einer schematischen Schnittansicht, und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Leiterplatte in einem elektronischen Steuergerät, ebenfalls in einer schematischen Schnittansicht.

Demnach zeigt Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht ein Steuergerät 1 mit einer Leiterplatte 2 gemäß einer ersten Ausführungsform, welches die Merkmale der Erfindung aufweist. Die Leiterplatte 2 ist mehrlagig ausgebildet. Sie weist insgesamt fünf Leiterplatinen 4, 8, 12, 16, 20 auf, welche jeweils aus einem ausgehärteten faserverstärkten Phenolharz oder Epoxidharz bestehen und schichtförmig übereinander angeordnet sowie miteinander verschmolzen sind.

Die erste, obere Leiterplatine 4 ist auf ihrer Außenseite mit vier Leiterbahnen 6a, 6b, 6c, 6d versehen. Die hierzu unmittelbar benachbarte, darunter angeordnete zweite Leiterplatine 8 weist auf ihrer Außenseite ebenfalls vier Leiterbahnen 10a, 10b, 10c, 10d auf. Die unterste, dritte Leiterplatine 12 weist auf ihrer Außenseite drei Leiterbahnen 14a, 14b, 14c auf. Die hierzu unmittelbar benachbarte, darüber liegende vierte Leiterplatine 16 trägt auf ihrer Innenseite vier Leiterbahnen 18a, 18b, 18c, 18d. Die zwischen den beiden innen liegenden Leiterplatinen 8, 16 angeordnete mittlere beziehungsweise fünfte Leiterplatine 20 weist zumindest in dem in Fig. 1 abgebildeten Abschnitt keine Leiterbahn auf.

Die beiden Leiterbahnen 10a, 18a der beiden innen liegenden Leiterplatinen 8, 16 sind über eine vergrabene Durchkontaktierung 22 und somit von außen unerreichbar elektrisch miteinander verbunden. Dagegen sind die Leiterbahnen 6d, 10d, 14c, 18d der beiden äußeren Leiterplatinen 4, 8 sowie innen liegenden Leiterplatinen 4, 8, 12, 16 über eine offene Durchkontaktierung 24 und damit von außen erreichbar elektrisch miteinander verbunden. Auf der mit den Leiterbahnen 18a, 18b, 18c, 18d versehenen Innenseite der unten sowie innen liegenden vierten Leiterplatine 16 sind zwei als SMD-Bauteile ausgebildete elektronische Bauteile 26, 28 angeordnet. Das erste elektronische Bauteil 26 ist über Lötverbindungen mit den beiden Leiterbahnen 18a, 18b der unten und innen liegenden vierten Leiterplatine 16 elektrisch verbunden. Das zweite elektronische Bauteil 28 ist über Lötverbindungen mit den beiden anderen Leiterbahnen 18c, 18d dieser unten und innen liegenden vierten Leiterplatine 16 elektrisch verbunden.

Die mittlere, fünfte Leiterplatine 20 weist zwei Ausnehmungen 30, 32 auf, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die beiden erwähnten elektronischen Bauteile 26, 28 berührungslos in diese hineinragen. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Leiterplatte 2 sind die beiden Ausnehmungen 30, 32 der mittleren, fünften Leiterplatine 20 mit eingeschlossener Umgebungsluft gefüllt. Die beiden Ausnehmungen 30, 32 können alternativ dazu während des schichtweisen Aufbaues der Leiterplatte 2 mit dem verwendeten Kunstharz verfüllt worden sein.

Zumindest die Leiterbahnen 10a, 18a - 18d der innen liegenden zweiten und vierten Leiterplatine 8, 16 sowie die elektronischen Bauteile 26, 28 bilden einen Schaltkreis zu Steuerung einer sicherheitsrelevanten Funktion eines Fahrzeugs, wie beispielsweise ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antriebsschlupfregelung), ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm), EBS (Elektronische Bremssteuerung), ECAS (Elektronisch gesteuerte Luftfederung), ESAC (Elektronische Stoßdämpfersteuerung). Durch die Anordnung der Leiterbahnen 10a, 18a - 18d auf den innen liegenden Leiterplatinen 8, 16 sowie die Einbettung der elektronischen Bauteile 26, 28 innerhalb der Leiterplatte 2 zwischen den innen liegenden Leiterplatinen 8, 16 ist der Schaltkreis zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion auf einfache und kostengünstige Weise vor einer mechanischen Beschädigung sowie dem Kontakt mit elektrisch leitfähigen oder korrosiven Flüssigkeiten geschützt.

Das in Fig. 2 abgebildete Steuergerät 1 ‘ mit der dortigen Leiterplatte 2’ unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Steuergerät 1 nur dadurch, dass die Ausnehmungen 30, 32 in der mittleren Leiterplatine 20 nach Abschluss des schichtweisen Aufbaus der Leiterplatte 2‘ sowie dem Aushärten derselben mit einem Gießharz 42 verfällt worden sind. Um dies zu ermöglichen ist in den oberen beiden Leiterplatinen 4, 8 jeweils eine Einfüllbohrung 34, 38 sowie jeweils eine Entlüftungsbohrung 36, 40 angeordnet, welche in die Ausnehmungen 30, 32 führen, und über welche jeweils das Gießharz 42 eingefüllt werden kann und die dort befindliche Luft entweichen kann. Durch die Verfüllung mit dem Gießharz 42 werden temperaturanhängige und außendruckabhängige Druckschwankungen sowie die Kondensation von Luftfeuchtigkeit in den beiden Ausnehmungen 30, 32 vermieden.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

Elektronisches Steuergerät (erste Ausführungsform)

Elektronisches Steuergerät (zweite Ausführungsform), 2‘ Leiterplatte

Erste Leiterplatine a - 6d Leiterbahnen an der Leiterplatine 4

Zweite Leiterplatine 0a - 10d Leiterbahnen an der Leiterplatine 8 2 Dritte Leiterplatine 4a - 14c Leiterbahnen an der Leiterplatine 12 6 Vierte Leiterplatine 8a - 18d Leiterbahnen an der Leiterplatine 16 0 Fünfte (mittlere) Leiterplatine 2 Vergrabene Durchkontaktierung 4 Offene Durchkontaktierung 6 Erstes elektronisches Bauteil 8 Zweites elektronisches Bauteil 0 Erste Ausnehmung 2 Zweite Ausnehmung 4 Erste Einfüllbohrung 6 Erste Entlüftungsbohrung 8 Zweite Einfüllbohrung 0 Zweite Entlüftungsbohrung 2 Gießharz