DE4218112B4

DE4218112B4 - Elektrisches Gerät, insbesondere Schalt- und Steuergerät für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4218112B4
Application number: DE4218112A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Dr. Cuntz Harald; Gert Jakob; Karl Schupp; Dieter Hussmann; Daniela Sawatzki; Dipl.-Ing. Thomas (FH) Sutter; Dipl.-Phys. Karr Dieter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-01-21
Filing date: 1992-06-02
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2012-06-03
Also published as: FR2686476B1; ITMI930069A1; FR2686476A1; IT1263767B; JPH05283876A; DE4218112A1; KR930017476A; KR100292417B1; ITMI930069A0

Abstract

Das elektrische Gerät hat eine Leiterplatte (10), mit einer elektronischen Schaltung und einer Steckerleiste (16). Die Leiterplatte (10) samt Steckerleiste (16) ist zwischen einen haubenartigen Gehäusedeckel (18) und einen ebenfalls haubenartigen Gehäuseboden (26) eingesetzt. Sowohl Gehäusedeckel (18) als auch Gehäuseboden (26) haben einen umlaufenden Rand (22 bzw. 28), der im Bereich des Außenrandes der Leiterplatte flächig auf dieser aufliegt. Durch entsprechende Verbindung von Gehäusedeckel und Leiterplatte einerseits und Leiterplatte und Gehäuseboden andererseits wird ein sandwichartiger stabiler Aufbau erreicht, der mechanisch stabil ist und mit einer äußerst geringen Zahl von Bauelementen auskommt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Gerät nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei aus der US-PS 4 811 155 bekannten elektrischen Geräten ist die Leiterplatte auf eine Basisplatte aufgebracht, die als Kühl- und Versteifungselement dient, insbesondere, wenn die Leiterplatte als Leiterfolie ausgebildet ist. Die Leiterplatte hat dabei eine kleinere Grundfläche als die Basisplatte und auf den freibleibenden Randbereichen der Basisplatte liegen die umlaufenden Ränder des Gehäusebodens beziehungsweise Gehäusedeckels auf. Die Verwendung einer derartigen Basisplatte bringt erhebliche Probleme bei der Isolierung mit sich, wenn Schaltungsbauelemente in Drahtbauweise auf der Leiterplatte angeordnet sind. Sei Leiterplatten in Zweilagentechnik sind ebenfalls erhebliche Aufwendungen zur Isolierung notwendig. Darüberhinaus bedeutet die Nutzung einer derartigen Basisplatte allein schon einen nicht unerheblichen Material- und Fertigungsaufwand.
Aus der DE-40 23 319 C1 ist ein elektrisches Gerät mit mindestens einer Leiterplatte, die eine elektronische Schaltung trägt und die in einem Gehäuse angeordnet ist, bekannt. Ein haubenartiger Gehäusedeckel und ein haubenartiger Gehäuseboden weisen jeweils einen kragenförmigen Randbereich auf, die im Bereich des Außenrandes der Leiterplatte jeweils auf dieser aufliegen. Zudem sind aus diesem Dokument wärmeabgebende Leistungsbauelemente mit Kühlfahnen bekannt.
Aus dem Dokument 90 07 236 U1 ist bekannt, einen Kühlrahmen mit einem rechteckigen Grundriß vorzusehen, der hochgebogene Rahmenabschnitte hat. Sie dienen als Montagefläche für zu kühlende Leistungsbauelemente. Die parallel zur Leiterplattenoberfläche liegenden Schenkel des Kühlrahmens ragen seitlich über die Leiterplatte hinaus und werden mittels Blattfedern auf Gehäuseschultern gepresst. Dadurch wird ein guter Wärmeübergang ermöglicht.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße elektrische Gerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass durch das Einklemmen der Kühlfahnen der Leistungsbauelemente zwischen der Leiterplatte und dem aufliegenden Randbereich von Gehäusedeckel beziehungsweise Gehäuseboden ein guter Wärmeübergang an das Gehäuse ermöglicht wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der Beschreibung und den Unteransprüchen.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät in vereinfachter Darstellung, in 2 einen Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das elektrische Schalt- oder Steuergerät hat eine Leiterplatte 10, auf deren Oberseite 11 eine elektronische Schaltung aufgebracht ist, von der nur einige elektronische Bauelemente 12, 14 dargestellt sind. Diese können als herkömmliche Drahtbauelemente 12, deren Anschlußdrähte 13 durch entsprechende Lötöffnungen der Leiterplatte 10 ragen, oder als SMD-Bauelemente 14 (Surface mounted device) ausgeführt sein. Auf die Oberseite 11 der Leiterplatte 10 ist an deren vorderer Stirnseite 15 weiterhin eine an sich bekannte Steckerleiste 16 aufgesetzt, deren Anschlußfahnen 17 mit der Leiterplatte 10 beziehungsweise der Schaltung verbunden sind.
Die Oberseite 11 der Leiterplatte 10 wird von einem wannenförmigen Gehäusedeckel 18 abgedeckt, der an seiner vorderen Seitenwand 19 eine die Steckerleiste 16 umfassende Ausnehmung 20 hat. Die übrigen Seitenwände 21 haben einen durchgehenden, kragenförmigen Rand 22, der auf dem äußeren Bereich der Leiterplatte 10 aufliegt. Die Leiterplatte 10 ist dazu im Bereich ihrer Außenränder frei von Schaltungsbauteilen und Leiterbahnen.
Der durchgehende Rand 22 hat eine parallel zu den jeweiligen Seitenwänden 21 verlaufende, abgewinkelte Kante 23, die die Stirnseiten der Leiterplatte 10 umfaßt. Diese abgewinkelte Kante 23 schließt an ihrer Unterseite 24 bündig mit der Unterseite 25 der Leiterplatte 10 ab, so daß diese quasi eingebettet ist.
Die Unterseite 25 der Leiterplatte 10 wird von einem ebenfalls wannenförmigen Gehäuseboden 26 umfaßt, dessen Seitenwände 27 einen durchgehenden, kragenförmigen Rand 28 haben, der auf dem äußeren Bereich der Unterseite 25 der Leiterplatte 10 anliegt. Der Rand 28 überragt die Leiterplatte 10, so daß dieser an der Kante 23 des Gehäusedeckels 18 aufliegt und die Leiterplatte 10 eingeschlossen ist.
Die Ränder von Gehäusedeckel 18 und Gehäuseboden 26 haben mehrere fluchtende Bohrungen 29, die auch die Leiterplatte 10 durchdringen, und in die Schrauben 30 eingesetzt sind, die den Gehäusedeckel 18, die Leiterplatte 10 und den Gehäuseboden 26 fest miteinander verbinden.
Der durch den Gehäusedeckel 18 und die Leiterplatte 10 sowie die Steckerleiste 16 umschlossene Raum 31 ist zum Druckausgleich über eine Bohrung 32 in der Leiterplatte 10 mit dem Raum 33 verbunden. Dieser wird durch den Gehäuseboden 26 und die Leiterplatte 10 gebildet.
Anstelle der Verschraubung von Gehäusedeckel 18, Leiterplatte 10 und Gehäuseboden 26 können diese auch durch Kleben, Löten, Bördeln, Nieten, mittels Rastelementen oder anderen Verbindungstechniken fest miteinander verbunden sein. Durch einen umlaufenden Kleberauftrag zwischen dem jeweiligen umlaufenden Rand und der Leiterplatte kann der Verband abgedichtet werden. Der Gehäusedeckel und Gehäuseboden sind vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt, zum Beispiel Metall, Blister mit metallischer Beschichtung oder ähnlichem. Dadurch, daß der Rand 28 des Gehäusebodens 26 und die Kante 23 des Gehäusedeckels 18 aufeinanderliegen, kann ein Temperaturausgleich zwischen Gehäuseboden und Gehäusedeckel stattfinden. Gleichzeitig ist die Leiterplatte 10 umfassend abgedeckt. Um einen guten Wärmeübergang zwischen Gehäuse und Leiterplatte zu gewährleisten, kann letztere im Randbereich beziehungsweise im Bereich der Auflage von Gehäusedeckel und Gehäuseboden mit einer wärmeleitenden Schicht versehen sein, zum Beispiel mit einer Kupferkaschierung, einer Zinnschicht oder einer wärmeleitenden Paste.
Sollen durch das Gehäuse Abschirmfunktionen (Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit) ausgeübt werden, werden Gehäusedeckel und Gehäuseboden vorteilhafterweise elektrisch leitend ausgeführt und sind elektrisch leitend miteinander verbunden.
Enthält die Schaltung auf der Leiterplatte 10 stark wärmeerzeugende Leistungsbauelemente, werden diese in vorteilhafterweise in der Nähe des Außenrandes der Leiterplatte angeordnet und über die zuvor beschriebene wärmeleitende Beschichtung der Leiterplatte zur Wärmeabfuhr an den Gehäusedeckel beziehungsweise den Gehäuseboden angebunden. Enthält die elektronische Schaltung beispielsweise Leistungsbauelemente vom Typ TO 220, TO 218, ist es vorteilhaft, diese auf der Leiterplatte so anzuordnen, daß sie mit ihren Rückseiten flächig aufliegen und ihre Kühlfahnen zum Rand der Leiterplatte weisen. Diese Leistungsbauelemente werden dann soweit nach außen zum Leiterplattenrand hin angeordnet, daß die Kühlfahnen zwischen Leiterplatte und dem aufliegenden kragenförmigen Rand des Gehäusedeckels 18 eingeklemmt werden. Dadurch wird ein direkter Wärmeübergang zur jeweiligen Gehäusehalbschale ermöglicht. Um den Verband Gehäusebauteil, Kühlfahne des Leistungsbauelementes und Leiterplatte innig zu gestalten, kann von außen eine im Querschnitt U-förmige Feder über den Gehäuserand geschoben werden. Der Abschnitt des Randes, der das Leistungsbauelement festklemmt, kann elektrisch isoliert werden, zum Beispiel durch eine Folie, durch Lackauftrag, eine Eloxalschicht oder eine Keramikschicht.
Wird der umlaufende Rand an definierten Stellen verbreitert, können diese Verbreiterungen als Befestigungslaschen ausgebildet werden, mit denen das elektrische Gerät am Einbauort befestigt wird.
Im Gegensatz zur bisher beschriebenen Ausführungsform kann bei dem elektrischen Gerät die Leiterplatte auch in Zweilagentechnik oder als Leiterfolie ausgebildet werden. In letzterem Fall wird dazu vorteilhafterweise der Gehäusedeckel nach dem Bestückungsvorgang der Leiterfolie auf diese aufgeklebt, so daß diese allseitig fest mit dem Gehäusedeckel verbunden ist und damit mechanisch stabilisiert wird. Durch Aufkleben des Gehäusebodens wird der Verband abgeschlossen, so daß die Leiterfolie fest eingespannt ist. Der Gehäusedeckel ist dazu entsprechend ausgebildet, das heißt, die umlaufende Kante 23 ist entweder entsprechend angepaßt, das heißt kürzer, oder der Gehäusedeckel wird ohne entsprechende umlaufende Kante ausgeführt.
Durch den sandwichartigen Aufbau des elektrischen Gerätes wird ein mechanisch stabiler Aufbau erreicht, der mit einer minimalen Zahl von Komponenten auskommt und daher einfach und billig zu fertigen ist.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen durch die Ausbildung der Leiterplatte und die Verbindung von Gehäusedeckel und Gehäuseboden.
Die Leiterplatte 10A besteht aus einer Trägerplatte 35, die an ihrer Oberseite 11A und ihrer Unterseite 25A mit Leiterbahnen versehen ist. Die Trägerplatte 35 ist ein an sich bekanntes Keramiksubstrat, auf das die Leiterbahnen beispielsweise im Siebdruckverfahren aufgebracht sind.
Auf die Oberseite 11A und die Unterseite 25A sind elektronische Bauelemente 14A aufgebracht, die als SMD-Bauelemente oder als Chip-Bauelemente ausgebildet sind. Diese sind auf an sich bekannte Weise mit den Leiterbahnen verbunden. Einige der elektronischen Bauelemente sind Leistungsbauelemente 36, die sich im Betrieb stärker erwärmen. Diese Leistungsbauelemente 36 sind vorzugsweise im Randbereich der Leiterplatte 10A angeordnet, so daß die entstehende Wärme über das Keramiksubstrat (Trägerplatte 35) auf kurzem Wege an den Gehäuseboden bzw. den Gehäusedeckel abgeleitet wird.
Der Gehäusedeckel 18A und der Gehäuseboden 25A sind im wesentlichen so aufgebaut, wie die zuvor beschriebenen. Sie unterscheiden sich nur durch die Art der Befestigung bzw. Verwendung. Beim Gehäusedeckel 1SA und dem Gehäuseboden 26A fehlen die Bohrungen 29 und die entsprechenden Schrauben. Stattdessen werden die Ränder 22A und 28A von Federelementen 37 umfaßt. Diese haben einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt und erstrecken sich vorteilhafterweise jeweils über nahezu die gesamte Länge einer Seite des Gehäuses. Es ist jedoch auch möglich, mehrere einzelne Federelemente an einer Seite anzubringen.
Die Trägerplatte 35 bzw. das Keramiksubstrat ist durch die beschriebene Ausbildung von Gehäuseboden und Gehäusedeckel am Rand eingespannt und entsprechend schwingungsstabil gelagert. Gleichzeitig kann von der Trägerplatte Wärme an das Gehäuse abgeleitet werden. Dazu sind vorteilhafterweise – wie bereits beschrieben – wärmeabgebende Leistungsbauelemente im Randbereich des Keramiksubstrates (Trägerplatte 35) angebracht. Durch die Verwendung des Keramiksubstrates können bei entsprechender Oberflächenausbildung Isoliermaßnahmen entfallen, wenn Leistungsbauelemente verwendet werden, deren Kühlfahnen unterschiedliche elektrische Spannungen aufweisen.

Claims

Elektrisches Gerät, insbesondere Schalt- und Steuergerät für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einer Leiterplatte (10, 10A), die eine elektronische Schaltung trägt, und die in einem Gehäuse angeordnet ist, das mindestens einen haubenartigen Gehäusedeckel (18, 18A) mit Seitenwänden und einen haubenartigen Gehäuseboden (26, 26A) aufweist, und wobei der Gehäusedeckel und der Gehäuseboden einen kragenförmigen Randbereich (22, 22A; 28, 28A) aufweisen, wobei die kragenförmigen Randbereiche von Gehäusedeckel und Gehäuseboden im Bereich des Außenrandes der Leiterplatte (10, 10A) jeweils auf dieser aufliegen, wobei die elektronische Schaltung wärmeabgebende Leistungsbauelemente mit Kühlfahnen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass deren Kühlfahnen zwischen Leiterplatte und dem aufliegenden Randbereich von Gehäusedeckel beziehungsweise Gehäuseboden eingeklemmt ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte als Leiterfolie ausgebildet ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (10, 10A) zumindest im Bereich der Auflage der Randbereiche (22, 22A; 28, 28A) von Gehäuseboden (26, 26A) und Gehäusedeckel (18, 18A) eine Schicht aus gut wärmeleitendem Material aufweist.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (26, 26A) und der Gehäusedeckel (18, 184) wärmeleitend miteinander verbunden sind.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (26, 26A) und der Gehäusedeckel (18, 18A) sich berührende Randbereiche (23, 24, 28) aufweisen.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (22, 22A) des Gehäusedeckels (18, 18A) und der Rand (28, 28A) des Gehäusebodens (26, 26A) von mindestens einer Feder umfasst werden.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, die Leiterplatte (10A) ein Keramiksubstrat als Trägerplatte (35) hat
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramiksubstrat mit Leiterbahnen bedruckt ist.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich erwärmende Leistungsbauelemente (36) der elektronischen Schaltung im Randbereich der Leiterplatte (10, 10A) angeordnet sind.