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WO2022122537A1 - Elektronisches steuergerät eines fahrzeugs - Google Patents

Elektronisches steuergerät eines fahrzeugs Download PDF

Info

Publication number
WO2022122537A1
WO2022122537A1 PCT/EP2021/083937 EP2021083937W WO2022122537A1 WO 2022122537 A1 WO2022122537 A1 WO 2022122537A1 EP 2021083937 W EP2021083937 W EP 2021083937W WO 2022122537 A1 WO2022122537 A1 WO 2022122537A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
printed circuit
circuit board
control unit
circuit boards
safety
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/083937
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Grimm
Original Assignee
Zf Cv Systems Europe Bv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zf Cv Systems Europe Bv filed Critical Zf Cv Systems Europe Bv
Publication of WO2022122537A1 publication Critical patent/WO2022122537A1/de

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
    • H05K1/185—Components encapsulated in the insulating substrate of the printed circuit or incorporated in internal layers of a multilayer circuit
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    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0047—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units having a two-part housing enclosing a PCB
    • H05K5/0056—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units having a two-part housing enclosing a PCB characterized by features for protecting electronic components against vibration and moisture, e.g. potting, holders for relatively large capacitors

Definitions

  • 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.
  • Electronic control units of vehicles such as on-highway vehicles, off-road vehicles and rail vehicles, are exposed to harsh operating conditions such as vibration, shock, shock, temperature fluctuations and exposure to spray water, oil and dirt.
  • a single electronic control unit can be used which can perform several control functions and is arranged at a central point of the vehicle.
  • such a control device advantageously has at least one multilayer printed circuit board, which has a plurality of printed circuit boards arranged in layers one above the other and provided with conductor tracks.
  • the printed circuit boards usually consist of a hardened, fiber-reinforced phenolic resin or epoxy resin, to which the conductor tracks made of copper are applied galvanically or glued on as a foil and etched free in a photochemical process.
  • prepregs the printed circuit boards, which were not fully cured at first, were then bonded or fused to one another by pressing after being stacked.
  • Such a printed circuit board has a plurality of electronic circuits, each assigned to a control function, which can each also extend over a plurality of conductor tracks on adjacent printed circuit boards.
  • the circuits have passive electronic components, such as electrical resistors, capacitors and coils, as well as active electronic ones Components such as transistors, microprocessors and memory chips (EPROMs).
  • the electronic components are arranged at least on an outside of the printed circuit board and are electrically connected to the associated conductor tracks via through-contacts.
  • a typical structure of a multi-layer printed circuit board is known, for example, from DE 103 15 768 A
  • printed circuit boards are usually provided with a coating of an electrically non-conductive protective lacquer, at least on the side equipped with electronic components, or are closed off from the environment with a sealed housing cover.
  • DE 691 09 464 T2 describes a method for the protective coating of a multi-layer printed circuit board fitted with electronic components, in which a thicker first layer of an organic material, such as an epoxy resin, is first applied to the printed circuit board and the electronic components. After it has cured, a thinner, hermetically sealed second layer of a mineral material, such as a metal compound, is applied.
  • the corners and edges of the electronic components are smoothed with the first layer and the conductor tracks on the outer printed circuit boards and electronic components are protected from mechanical damage.
  • the conductor tracks and the electronic components are hermetically shielded against contacts with external electrically conductive materials.
  • a similar method for the protective coating of a printed circuit board equipped with electronic components provides that current-carrying areas, in particular connection contacts and soldering points of the electronic components, are first coated with a thicker first layer of a thickened protective lacquer, and that after it has hardened, a closed protective coating made of a protective lacquer is applied to the entire printed circuit board.
  • the first layer smoothes corners and edges of the current-carrying areas and protects them from mechanical damage.
  • With the second layer the conductor tracks and the electronic components are hermetically shielded against contact with external electrically conductive materials.
  • DE 10 2007 032 535 B4 discloses an electronic control unit of a vehicle with a multi-layer printed circuit board, which is mounted on a base plate on an inner side and is equipped with electronic components on the opposite outer side.
  • a housing cover is arranged on the outside of the printed circuit board, which cover spans the electronic components and adjacent conductor tracks and rests at its edge on the outer printed circuit board via an insert seal.
  • the housing cover has a closable opening through which a casting compound can be filled into the interior of the housing cover.
  • 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.
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction control
  • ESP electronic stability program
  • EBS electrostatic brake control
  • ECAS electrostatic brake control
  • ECAS electrostatic shock absorber control
  • ESAC electrostatic shock absorber control
  • the present invention is therefore based on the object of providing 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 known technical solutions is protected from harmful external influences in a simpler and more cost-effective manner.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the recesses in the immediately adjacent additional printed circuit board can be filled with enclosed ambient air.
  • the mentioned recesses in the immediately adjacent further printed circuit board can also be covered with a cast resin or with another electrically insulating material.
  • 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 closed unintentionally, for example 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. To further clarify the invention, the description is accompanied by a drawing with two exemplary embodiments. In this shows
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a circuit board in an electronic control unit in a schematic sectional view
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a printed circuit board in an electronic control unit, also in a schematic sectional view.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a control unit 1 with a printed circuit board 2 according to a first embodiment, which has the features of the invention.
  • the circuit board 2 is multi-layered. It has a total of five printed circuit boards 4, 8, 12, 16, 20, each of which consists of a hardened, fiber-reinforced phenolic resin or epoxy resin and is arranged in layers one above the other and fused to one another.
  • the first, upper printed circuit board 4 is provided with four conductor tracks 6a, 6b, 6c, 6d on its outside.
  • the bottom, third printed circuit board 12 has three conductor tracks 14a, 14b, 14c on its outside.
  • the fourth printed circuit board 16, which is immediately adjacent to this and lies above it, has four conductor tracks 18a, 18b, 18c, 18d on its inside.
  • the middle or fifth printed circuit board 20 arranged between the two inner printed circuit boards 8, 16 has no conductor track, at least in the section shown in FIG.
  • the two conductor tracks 10a, 18a of the two inner printed circuit boards 8, 16 are electrically connected to one another via a buried via plating 22 and are therefore inaccessible from the outside.
  • the conductor tracks 6d, 10d, 14c, 18d of the two outer printed circuit boards 4, 8 and inner printed circuit boards 4, 8, 12, 16 are electrically connected to one another via an open via 24 and are therefore accessible from the outside.
  • Two electronic components 26, 28 designed as SMD components are arranged on the inside of the fourth printed circuit board 16, which is provided with the conductor tracks 18a, 18b, 18c, 18d.
  • the first electronic component 26 is electrically connected via soldered connections to the two conductor tracks 18a, 18b of the fourth printed circuit board 16 lying below and on the inside.
  • the second electronic component 28 is electrically connected via soldered connections to the other two conductor tracks 18c, 18d of this fourth printed circuit board 16 lying below and on the inside.
  • the middle, fifth printed circuit board 20 has two recesses 30, 32 which are designed and arranged in such a way that the two electronic components 26, 28 mentioned protrude into them without making contact.
  • the two recesses 30, 32 of the middle, fifth circuit board 20 are filled with enclosed ambient air.
  • the two recesses 30, 32 can have been filled with the synthetic resin used during the layered construction of the printed circuit board 2.
  • At least the conductor tracks 10a, 18a - 18d of the inner second and fourth printed circuit board 8, 16 and the electronic components 26, 28 form a circuit for controlling a safety-related function of a vehicle, such as ABS (anti-lock braking system), ASR (traction control), ESP ( Electronic Stability Program), EBS (Electronic Brake Control), ECAS (Electronic Air Suspension Control), ESAC (Electronic Shock Absorber Control).
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction control
  • ESP Electronic Stability Program
  • EBS Electronic Brake Control
  • ECAS Electro Air Suspension Control
  • ESAC Electro Shock Absorber Control
  • the circuit for controlling the safety-related function is simple and protected against mechanical damage and contact with electrically conductive or corrosive liquids in a cost-effective manner.
  • control unit 1 'with the local circuit board 2' differs from the control unit 1 shown in Fig. 1 only in that the recesses 30, 32 in the middle printed circuit board 20 after completion of the layered structure the circuit board 2 'and the curing of the same with a casting resin 42 have been expired.
  • a filling hole 34, 38 and a ventilation hole 36, 40 are arranged in the upper two printed circuit boards 4, 8, which lead into the recesses 30, 32, and via which the casting resin 42 can be filled in and there air present can escape.
  • Second circuit board 0a - 10d Traces on circuit board 8 2
  • Third circuit board 4a - 14c Traces on circuit board 12
  • Fourth circuit board 8a - 18d Traces on circuit board 16 0
  • First electronic component 8 Second electronic component 0 first recess 2 second recess 4 first filling hole 6
  • first ventilation hole 8 second filling hole 0 second ventilation hole 2 casting resin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Casings For Electric Apparatus (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

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.

Description

Elektronisches Steuergerät eines Fahrzeugs
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

Claims

Patentansprüche
1 . Elektronisches Steuergerät (1 , 1 eines Fahrzeugs zur Steuerung mehrerer Funktionen, darunter mindestens einer sicherheitsrelevanten Funktion, wobei das Steuergerät (1 , 1 mindestens eine mehrlagige Leiterplatte (2, 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, 2’) mit aktiven und/oder passiven elektronischen Bauteilen (26, 28) bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (1 Oa, 18a - 18d) mindestens eines Schaltkreises zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion auf innen innerhalb der Leiterplatte (2, 2’) liegenden Leiterplatinen (8, 16) angeordnet sind, und dass die diesem mindestens einen Schaltkreis zugeordneten elektronischen Bauteile (26, 28) innerhalb der Leiterplatte (2, 2‘) zwischen innen liegenden Leiterplatinen (8, 16) eingebettet sind.
2. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauteile (26, 28) als SMD-Bauteile ausgebildet sind, und dass diese Bauteile (26, 28) auf mindestens einer der innen liegenden Leiterplatinen (8, 16) auf ihrer mit Leiterbahnen (18a - 18d) versehenen Innenseite angeordnet sind.
3. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestückungsseitig unmittelbar benachbart zu der mit den elektronischen Bauteilen (26, 28) bestückten Leiterplatine (16) angeordnete weitere Leiterplatine (20) Ausnehmungen (30, 32) aufweist, wobei diese Ausnehmungen (30, 32) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die elektronischen Bauteile (26, 28) berührungslos in diese hineinragen.
4. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (30, 32) in der benachbarten weiteren Leiterplatine (20) mit eingeschlossener Umgebungsluft gefüllt sind.
5. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (30, 32) in der benachbarten weiteren Leiterplatine (20) mit einem Gießharz (42) oder mit einem anderen elektrisch isolierenden Material verfällt sind.
6. Elektronisches Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (10a, 18a - 18d) des mindestens einen Schaltkreises zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion auf unmittelbar benachbarten Leiterplatinen (8, 16) angeordnet sind, und dass zumindest zwei auf den unmittelbar benachbarten Leiterplatinen (8, 16) angeordnete Leiterbahnen (10a, 18a) über eine vergrabene Durchkontaktierung (22) elektrisch miteinander verbunden sind.
7. Elektronisches Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schaltkreis zur Steuerung der sicherheitsrelevanten Funktion einen elektronischen Sicherheitsschalter umfasst, über den die Stromversorgung des Schaltkreises bei Auftreten einer Störung abschaltbar ist, sobald sich eine von dem Schaltkreis angesteuerte Vorrichtung in einem sicheren Zustand befindet.
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