DE102020133098A1 - Electronic control unit of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Steuergerät (1) eines Fahrzeugs zur Steuerung mehrerer Funktionen, darunter mindestens einer sicherheitsrelevanten Funktion, wobei das Steuergerät (1) mindestens eine mehrlagige Leiterplatte (2) aufweist, wobei die wenigstens eine Leiterplatte (2, 2') aus schichtförmig übereinander angeordneten und miteinander verklebten oder verschmolzenen Leiterplatinen (4, 8, 12, 16, 20) besteht, wobei die Leiterplatinen (4, 8, 12, 16, 20) mit Leiterbahnen (6a, 6b, 6c, 6d; 10a, 10b, 10c, 10d; 14a, 14b, 14c; 18a, 18b, 18c, 18d) versehenen sind, und bei dem die wenigstens eine Leiterplatte (2) mit aktiven und/oder passiven elektronischen Bauteilen (26, 28) bestückt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen (10a, 18a-18d) mindestens eines Schaltkreises zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion auf innen innerhalb der Leiterplatte (2) liegenden Leiterplatinen (8, 16) angeordnet sind, und dass die diesem mindestens einen Schaltkreis zugeordneten elektronischen Bauteile (26, 28) innerhalb der Leiterplatte (2) zwischen innen liegenden Leiterplatinen (8, 16) eingebettet sind. Hierdurch ist der Schaltkreis zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion auf einfache und kostengünstige Weise vor einer mechanischen Beschädigung und dem Kontakt mit elektrisch leitfähigen oder korrosiven Flüssigkeiten geschützt.The invention relates to an electronic control unit (1) of a vehicle for controlling a number of functions, including at least one safety-relevant function, the control unit (1) having at least one multi-layer printed circuit board (2), the at least one printed circuit board (2, 2') consisting of layers circuit boards (4, 8, 12, 16, 20) arranged one on top of the other and glued or fused to one another, the circuit boards (4, 8, 12, 16, 20) being provided with conductor tracks (6a, 6b, 6c, 6d; 10a, 10b, 10c, 10d; 14a, 14b, 14c; 18a, 18b, 18c, 18d), and in which the at least one circuit board (2) is equipped with active and/or passive electronic components (26, 28). According to the invention, the conductor tracks (10a, 18a-18d) of at least one circuit for controlling the safety-related function are arranged on printed circuit boards (8, 16) inside the printed circuit board (2), and the electronic components assigned to this at least one circuit (26, 28) are embedded within the printed circuit board (2) between inner printed circuit boards (8, 16). As a result, the circuit for controlling the safety-relevant function is protected against mechanical damage and contact with electrically conductive or corrosive liquids in a simple and cost-effective manner.
Description
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.The invention relates to an electronic control unit of a vehicle for controlling a number of functions, including at least one safety-relevant function, the control unit having at least one multi-layer printed circuit board, the at least one printed circuit board consisting of printed circuit boards arranged in layers one above the other and glued or fused to one another, the printed circuit boards having conductor tracks are provided, and in which the at least one circuit board is equipped with active and / or passive electronic components.
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
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
Ein ähnliches Verfahren zur Schutzbeschichtung einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte gemäß der
Dagegen ist aus der
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.In addition, a multi-layer printed circuit board equipped with electronic components has become known from the publication "Design Guide Embedding Technologie", version 2.0, Feb. 2017, from the company Würth Elektronik GmbH & Co. KG, with the components and conductor tracks being arranged within the printed circuit board.
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.Safety-relevant functions, such as those for controlling ABS (anti-lock braking system), ASR (traction control), ESP (electronic stability program), EBS (electronic brake control), ECAS (electronically controlled air suspension) and ESAC (electronic shock absorber control), require a high level of protection for the electronic systems in question circuits. On the other hand, the hermetic coating of a printed circuit board is difficult and requires a complex check of this production result. Likewise, the protection of a printed circuit board against external influences by means of a sealed housing cover is only conditionally reliable and relatively expensive and associated with an increased space requirement.
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 bekannten technischen Lösungen einfacher sowie kostengünstiger vor schädlichen externen Einflüssen geschützt ist.The present invention is therefore based on the object of presenting an electronic control unit for a vehicle with a multi-layer printed circuit board for controlling a number of functions, including at least one safety-related function, in which at least the circuit of the safety-related function is simpler and more cost-effective than the known technical solutions against harmful external influences is protected.
Diese Aufgabe ist durch ein elektronisches Steuergerät gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved by an electronic control unit which has the features of
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.The invention therefore relates to an electronic control unit of a vehicle for controlling a number of functions, including at least one safety-relevant function, the control unit having at least one multi-layer printed circuit board, the at least one printed circuit board consisting of printed circuit boards arranged in layers one above the other and glued or fused to one another, the printed circuit boards having Are provided conductor tracks, and in which the at least one printed circuit board is equipped with active and / or passive electronic components.
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.In order to solve the task at hand, this control unit provides for the conductor tracks of at least one circuit for controlling the safety-related function to be arranged on printed circuit boards located on the inside of the printed circuit board, and for the electronic components assigned to this at least one circuit to be embedded within the printed circuit board between internal printed circuit boards are.
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.The arrangement of the conductor tracks on the internal printed circuit boards and the embedding of the electronic components within the printed circuit board between the internal printed circuit boards protects the at least one circuit for controlling the safety-related function from mechanical damage and contact with electrically conductive or protected from corrosive liquids.
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.For a space-saving and optimally protected arrangement, the electronic components are preferably in the form of SMD components (SMD=surface mounted device) and are arranged on at least one of the printed circuit boards located on the inside, which is provided with conductor tracks.
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.Furthermore, according to an advantageous embodiment, it can be provided that a further printed circuit board arranged immediately adjacent to the printed circuit board equipped with the electronic components has recesses on the assembly side, these recesses being designed and arranged in such a way that the electronic components project into them without making contact.
Die Ausnehmungen in der unmittelbar benachbarten weiteren Leiterplatine können mit eingeschlossener Umgebungsluft gefüllt sein. Zur Vermeidung von temperaturabhängigen und au ßendruckabhängigen 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 verfüllt sein.The recesses in the immediately adjacent additional printed circuit board can be filled with enclosed ambient air. However, to avoid temperature-dependent and external pressure-dependent pressure fluctuations and to avoid condensation of atmospheric moisture there, the mentioned recesses in the immediately adjacent additional printed circuit board can also be filled with a casting resin or with another electrically insulating material.
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.Provision can also be made for the conductor tracks of the at least one circuit for controlling the safety-relevant function to be arranged on immediately adjacent printed circuit boards, and for at least two conductor tracks arranged on the immediately adjacent printed circuit boards to be electrically connected to one another via a so-called buried through-connection to protect against external influences.
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.The at least one circuit for controlling the safety-relevant function can also have an electronic safety switch, by means of which the power supply to this circuit can be switched off if a fault occurs, as soon as a device controlled by the circuit is in a safe state. Due to the arrangement of the safety switch within the printed circuit board, it cannot be switched off unintentionally be closed, such as in the event of a short circuit caused by contact with an electrically conductive liquid. As a result, the device in question remains in the safe state until the safety switch is active, ie is intentionally closed.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
-
1 eine erste Ausführungsform einer Leiterplatte in einem elektronischen Steuergerät in einer schematischen Schnittansicht, und -
2 eine zweite Ausführungsform einer Leiterplatte in einem elektronischen Steuergerät, ebenfalls in einer schematischen Schnittansicht.
-
1 a first embodiment of a circuit board in an electronic control unit in a schematic sectional view, and -
2 a second embodiment of a circuit board in an electronic control unit, also in a schematic sectional view.
Demnach zeigt
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
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.The two conductor tracks 10a, 18a of the two inner printed
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.Two
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
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.At least the conductor tracks 10a, 18a - 18d of the inner second and fourth
Das in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Elektronisches Steuergerät (erste Ausführungsform)Electronic Control Unit (First Embodiment)
- 1'1'
- Elektronisches Steuergerät (zweite Ausführungsform)Electronic Control Unit (Second Embodiment)
- 2, 2'2, 2'
- Leiterplattecircuit board
- 44
- Erste LeiterplatineFirst circuit board
- 6a - 6d6a - 6d
-
Leiterbahnen an der Leiterplatine 4Conductor tracks on the printed
circuit board 4 - 88th
- Zweite LeiterplatineSecond circuit board
- 10a - 10d10a - 10d
-
Leiterbahnen an der Leiterplatine 8Conductor tracks on the printed
circuit board 8 - 1212
- Dritte LeiterplatineThird circuit board
- 14a - 14c14a - 14c
-
Leiterbahnen an der Leiterplatine 12Conductor tracks on the printed
circuit board 12 - 1616
- Vierte LeiterplatineFourth circuit board
- 18a - 18d18a - 18d
-
Leiterbahnen an der Leiterplatine 16Conductor tracks on the printed
circuit board 16 - 2020
- Fünfte (mittlere) LeiterplatineFifth (middle) circuit board
- 2222
- Vergrabene DurchkontaktierungBuried Via
- 2424
- Offene DurchkontaktierungOpen via
- 2626
- Erstes elektronisches BauteilFirst electronic component
- 2828
- Zweites elektronisches BauteilSecond electronic component
- 3030
- Erste AusnehmungFirst recess
- 3232
- Zweite AusnehmungSecond recess
- 3434
- Erste EinfüllbohrungFirst filling hole
- 3636
- Erste EntlüftungsbohrungFirst vent hole
- 3838
- Zweite EinfüllbohrungSecond filling hole
- 4040
- Zweite EntlüftungsbohrungSecond vent hole
- 4242
- Gießharzcasting resin
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