DE3837975A1 - Elektronisches steuergeraet - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Steuergerät
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die elektronischen Schaltungen derartiger Steuergeräte,
beispielsweise von Zündsteuergeräten, wie sie insbeson
dere bei Transistorzündungen eingesetzt werden, beste
hen aus verschiedenen Baugruppen, die als Hybridschal
tungen auf jeweils einem Trägerkörper aufgebracht wer
den. Meistens werden als Baugruppen der elektronischen
Schaltung dabei ein Steuerteil, ein Schaltelement sowie
eine RC-Kombination benötigt.
Das Steuerteil dient zur Ansteuerung und Regelung des
Schaltelements und besteht aus einem mit Leiterbahnen
und Widerständen bedruckten Keramiksubstrat, auf das
Bauelemente in SMD- und in Chip-Form aufgebracht sind.
Das Schaltelement stellt den Leistungsschalter dar, der
bei Zündsteuergeräten den Zündspulenstrom ein- bzw.
ausschaltet. Es besteht beispielsweise aus einem Lei
stungstransistor-Chip, der auf einem metallischen Wär
mespreizer aufgelötet ist, der zur Verbesserung der
Wärmeabführung dient.
Die RC-Kombination enthält einen Keramik-Hochspannungs
kondensator und einen Leistungswiderstand. Bei Zünd
steuergeräten werden diese Bauteile entweder diskret in
einen Kunststoffrahmen des Gehäuses eingebaut oder ein
separates Keramiksubstrat, das einen gedruckten Lei
stungswiderstand enthält, wird mit einem Hochspannungs
kondensator bestückt.
Das Steuerteil der elektronischen Schaltung ist mit
einer mittleren, das Schaltelement mit einer hohen Ver
lustleistung behaftet; diese Verlustleistung muß mit
tels eines Kühlkörpers abgeführt werden.
Zur elektrischen Isolation vom Kühlkörper werden die
Schaltungskomponenten der elektronischen Schaltung je
weils getrennt auf einen metallisierten Keramikträger
aufgebracht, einzeln auf dem Kühlkörper montiert und
elektrisch miteinander verbunden.
Aus der DE-PS 36 04 074 ist ein Zündsteuergerät bekannt,
dessen Schaltungskomponenten auf einer AlN-Trägerkera
mik aufgebracht werden.
Jedoch ist das AlN-Trägerkeramikmaterial sehr teuer.
Außerdem fehlt der mechanisch stabilisierende Kühlkör
per, so daß das System bei der Montage in das Kraft
fahrzeug bruchanfällig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Montage
aufwand und die Kosten bei der Herstellung von elektro
nischen Steuergeräten, insbesondere von Zündsteuergerä
ten zu reduzieren und gleichzeitig das Bauvolumen zu
verringern.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Baugruppen der elektronischen Schaltung in einer Hybrid
schaltung integriert und auf einem einzigen gemeinsamen
Trägerkörper angeordnet sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Bau
gruppen bzw. Komponenten der elektronischen Schaltung
wird also bereits bei der Erstellung der Schichtschal
tung realisiert, so daß die zusätzliche Verdrahtung und
ein Montageabstand zwischen den einzelnen Schaltungs
komponenten nicht benötigt wird. Damit kann aber eine
höhere Packungsdichte der Bauteile, verbunden mit einem
geringeren Platzbedarf realisiert werden.
Anstelle der Prüfung der einzelnen Komponenten kann ein
gemeinsamer Funktionsabgleich bzw. eine gemeinsame Funk
tionsprüfung aller Schaltungskomponenten bei der ferti
gen Schaltung vorgenommen werden.
Da die Zwischenverbindungen entfallen und nur ein Ge
samtteil auf den Kühlkörper montiert werden muß, ist
auch eine kostengünstige Endmontage möglich.
Vorteilhaft wird ein kostengünstiger Al2O3-Keramikträ
ger anstelle einer teueren und dicken AlN-Trägerkeramik
eingesetzt. Bei der Montage dieser dünnen Isolierkera
mik auf einem mechanisch stabilen Aluminium-Kühlkörper
besteht keine Gefahr, daß das Steuergerät bei der End
montage beschädigt wird.
Der Aufbau und die Herstellung eines elektronischen
Steuergeräts nach der Erfindung soll nun anhand eines
Zündsteuergeräts beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 in Draufsicht den Aufbau eines Zündsteuerge
räts.
Fig. 2 das Zündsteuergerät im Schnitt gemäß der Li
nie A-A in Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 und 2 enthält das Zündsteuergerät einen
Kühlkörper 15, einen Gehäusekörper 6 mit Kunststoffrah
men 7, Steckeranschlußbuchse 8 und Deckel 19 sowie eine
elektronische Zündschaltung 1.
Alle Baugruppen der elektronischen Zündschaltung 1, das
Steuerteil 2, das Leistungsteil 3 und die RC-Kombina
tion 4, sind gemeinsam auf dem keramischen Trägerkörper
5 aufgebracht, der zur elektrischen Isolierung der elek
tronischen Schaltung 1 vom Kühlkörper 15 dient.
Im Kunststoff-Gehäusekörper 6 ist eine Metallplatine 11
integriert, deren Steckeranschlüsse 12, 13 über Bond
drähte 14 mit der elektronischen Schaltung 1 verbunden
sind. Die Metallplatine 11 dient somit zur Kontaktie
rung der elektronischen Schaltung 1 und stellt eine
externe Anschlußmöglichkeit des Zündsteuergeräts über
die Steckeranschlußbuchse 8 her.
Die Löcher 10 im flanschförmigen Teil 9 des Kunststoff
rahmens 7 werden bei der Befestigung des Rahmens 7 auf
dem Kühlkörper 15 verwendet. Die Löcher 16 im Kühlkör
per dienen zur Montage des Zündsteuergeräts auf einem
Blech im Motorraum des Kraftfahrzeugs.
Über die im Gehäuserahmen 7 integrierten Andrückelemen
te 20 wird die elektronische Schaltung 1 während der
Montage definiert gegen den Kühlkörper 15 gepreßt.
Im folgenden soll das Herstellungs- bzw. Montageverfah
ren des Zündsteuergeräts erläutert werden.
Die Schaltungsplatine zur Aufnahme der elektronischen
Bauelemente der Zündschaltung besteht aus einem kerami
schen Trägerkörper 5, vorzugsweise aus Al2O3, der mit
Leiterbahnen und Widerständen in Dickschichttechnik
bedruckt ist. Bauelemente in SMD- und Chip-Form, bei
spielsweise ICs und Kondensatoren, und der bereits auf
einem Wärmespreizer gelötete Transistor-Chip werden auf
die mit Lotpaste versehenen Leiterbahnen bestückt und
in einem gemeinsamen Lötvorgang sowohl mit der Schal
tungsplatine als auch untereinander verbunden.
Anschließend werden die Anschlüsse der übrigen Halblei
terbauelemente mittels Bonddrähten auf den Leitbahnen
des Keramikträgerkörpers 5 kontaktiert. Die Hybridschal
tung 1 ist nun elektrisch funktionsfähig, so daß ein
notwendiger Funktionsabgleich bzw. eine Funktionsprü
fung an der bereits kompletten elektronischen Schaltung
durchgeführt werden kann.
Zur Bildung des Gehäusekörpers 6 mit Rahmen 7 und Stek
keranschlußbuchse 8 wird eine Metallplatine 11 mit
Kunststoff umspritzt. Die Metallplatine 11 erstreckt
sich bis in die Steckeranschlußbuchse 8 und bildet so
mit die Kontaktanschlüsse für einen externen Steckeran
schluß des Zündsteuergeräts.
Die Hybridschaltung 1 wird nun auf einen mit Kleber
beschichteten Kühlkörper 15 gesetzt und mittels des
Gehäuserahmens 7, welcher auf dem Kühlkörper 15 mit
Hilfe der Nieten 17 befestigt wird, während der Kleber
aushärtung definiert gegen den Kühlkörper 15 gepreßt.
Dies erfolgt über die im Gehäuserahmen integrierten,
verformbaren Andrückelemente 20, welche auf den Wärme
spreizer des Transistor-Chips drücken. Diese Maßnahme
erzeugt die erforderliche dünne, porenfreie Kleber
schicht zwischen Trägerkeramik 5 und Kühlkörper 15,
welche für eine gute Wärmeableitung von der Trägerkera
mik zum Kühlkörper erforderlich ist.
Bei der Endmontage werden die Gehäuseanschlüsse 12, 13
mittels Bonddrähten 14 mit den Anschlüssen auf der elek
tronischen Schaltung 1 verbunden, die Schaltung mittels
Weichverguß 21 verkapselt und der Gehäuserahmen 7 mit
einem Deckel 19 verschlossen.
Das Zündsteuergerät ist nun für den Einbau ins Kraft
fahrzeug tauglich; die Montage erfolgt auf einem Blech
im Motorraum mittels der Löcher 16 im Kühlkörper.
Die Integration verschiedener Baugruppen auf einem ein
zigen gemeinsamen Trägerkörper läßt sich nicht nur bei
Zündsteuergeräten, sondern bei allen Steuergeräten mit
Ansteuerungs- und Leistungs-Bauelementen einsetzen, die
verschiedene Baugruppen in Hybridtechnik besitzen.
Claims (4)
1. Elektronisches Steuergerät mit Ansteuerungs- und
Leistungs-Bauelementen, insbesondere Zündsteuergerät,
dessen elektronische Schaltung (1) aus verschiedenen
Baugruppen (2, 3, 4) in Hybridtechnik besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß die Baugruppen (2, 3, 4) der elek
tronischen Schaltung (1) in einer Hybridschaltung inte
griert und auf einem einzigen gemeinsamen Trägerkörper
(5) angeordnet sind.
2. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (5) als elektrisch
nicht leitfähiger Keramikträger aus Al2O3 ausgebildet
ist.
3. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung
(1) auf einem Kühlkörper (15) angebracht ist.
4. Zündsteuergerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die elektronische Zündschaltung (1)
als Baugruppen ein Steuerteil (2), ein Schaltelement
(3) und eine RC-Kombination (4) enthält, die auf einem
mit Leitbahnen und Widerständen bedruckten gemeinsamen
Trägerkörper (5) angeordnet sind.
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