具有模制壳体的电控制器的制造方法

具有模制壳体的电控制器的制造方法
【专利摘要】本发明提出一种电控制器（1）。该电控制器（1）具有带有第一表面（5）和对置于该第一表面（5）的第二表面（7）的电路载体（3）。在电路载体（3）的第一表面（5）上布置了至少一个电气构件（9）。电路载体（3）在此布置在由模制物料（13）构成的模制壳体（11）中。不仅第一表面（5）而且第二表面（7）都与模制物料（13）直接地热接触。
【专利说明】具有模制壳体的电控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有模制壳体的电控制器。
【背景技术】
[0002]电控制器在不同的领域用于不同的应用。为了保护处于控制器中的电路元件抵抗周围环境、尤其抵抗导电的并且有侵蚀性的介质，所述电路元件位于壳体中。
[0003]所述壳体例如能够壳状地包围具有电路元件的电路载体。此外公开了模制壳体，能够将电路载体注入到该模制壳体中。例如EP I 396 885 BI公开了具有电路元件的电路载体。电路载体布置在基板上并且由模制壳体包围。在这种结构中，控制器的稳定性以及使用寿命是受限制的，因为例如由于电路载体、基板以及模制壳体的材料的不同的热膨胀系数会在控制器内部出现热机械应力。

【发明内容】

[0004]因此会存在对改善的电控制器的需求，该电控制器具有更简单的构造并且实现更好的热导出。
[0005]该任务能够通过按独立权利要求的本发明的主题得到解决。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中得到描述。
[0006]下面详细讨论按本发明实施方式的装置的特征、细节以及可能的优点。
[0007]根据本发明的第一方面提出了一种电控制器。该控制器具有带有第一表面以及对置于第一表面的第二表面的电路载体。在第一表面上布置了至少一个电气构件。该电路载体布置在模制物料构成的模制壳体中。在此，不仅第一表面而且第二表面都与模制物料进行直接的热接触。
[0008]换句话说，本发明的构思基于:电路载体连同位于其上的电气构件在所有侧面用模制物料包围或者说注入，使得模制物料尽可能对称地分布在第一以及第二表面上。通过将模制物料直接布置在电路载体的两侧上能够放弃其它大面积的部件并且由此放弃其它材料。尤其能够取消用在现有技术中的基板。由此能够降低所需要的组件的数量。此外，以这种方式降低电控制器内部的热机械应力。在此，由于模制物料与电路载体的两个表面的热接触能够将电气构件的功率损耗经由模制壳体的所有表面借助于热传导或者热辐射散发出去。这会对控制器的有效冷却作出贡献。
[0009]所述电控制器例如能够在汽车中用于调节汽车所特有的过程。尤其能够将电控制器构造成用于汽车的传动控制器。
[0010]电路载体、也称作印制导线基底能够构造成陶瓷基底。该电路载体例如能够具有氧化铝Al2O3, “高温共烧陶瓷”(HTCC)，“低温共烧陶瓷”(HTCC)或常规印刷的电路载体(PCB)0
[0011]电路载体能够构造成带有第一侧面或者说表面以及第二侧面或者说表面的板的形式。在第一表面上布置了一个以及优选多个电气构件。此外，电气构件、也称作电路兀件能够布置在第二表面上。该电路元件例如能够构造成“中央处理单元”(CPU)、输入以及输出开关电路。
[0012]所述模制壳体包括模制物料，该模制物料例如构造成树脂基的合成材料或者热固塑料。在此，模制物料的单位导热能力能够大于I瓦/开尔文.米(W/Km)。所述模制壳体优选能够包围带有所有电气构件的完整的电路载体。在此，该模制物料直接位于电路载体的所有表面上以及电气构件上并且同时负责进行保护以及尽可能最佳的热导出。
[0013]根据本发明的实施例，所述电控制器还具有支撑元件，该支撑元件构造用于使电路载体穿过模制壳体与支撑板进行机械连接或者说在模制过程中相对于支撑板固定电路载体。该支撑板在模制过程中具有将电路载体保持在其几何的目标位置中的任务。
[0014]所述支撑元件能够构造成具有至少三个支撑面的接触架。该接触架、也称作接触条或者引脚框，在此在中间设有凹槽，电路载体通过该凹槽从两侧与模制物料进行接触。接触架能够具有能导电的材料。该接触架例如由铜制成。支撑面例如能够是框架的边缘。所述凹槽在接触架的中间例如能够具有比电路载体略微更小的尺寸，使得电路载体抵靠在接触架的边缘上。作为替代方案或者补充方案，能够在接触架的四边形实施方式中在接触架的角部上设置支撑面，所述支撑面在框架的平面内伸入凹槽中。此外，在接触架上设置接触销，所述接触销在这里所示出的实施方式中借助于压合线与电气构件连接。
[0015]根据本发明的另一实施例，接触架的至少三个接触销构造成支撑面。也就是说，所述接触销伸入凹槽中直至电路载体并且尤其伸到电气构件处。以这种方式直接地电接触电气构件并且所述压合线至少部分是多余的。在此，接触销不仅提供了电接触而且也提供了支撑面。
[0016]根据本发明的另一实施例，所述支撑元件构造成间隔块，也称作装备块。间隔块在此布置在支撑板上并且代替接触架。电路载体在此能够抵靠在至少三个所述间隔块上。该间隔块具有能够导电的材料和/或用能够导电的材料进行涂层。以这种方式直接电接触所述电气构件并且不仅所述带有接触销的接触架而且连压合线都不是必要的。由此，间隔块不仅视作与电路载体的机械连接，而且也视作与电路载体的电接触。
[0017]根据本发明的另一实施例，所述电路载体具有对称平面。模制物料关于电路载体的对称平面对称地分布到第一以及第二表面上。
[0018]电路载体的最大延展位于对称平面中。在电路载体作为板的构造中，对称平面例如平行于电路载体的第一以及第二表面延伸。在此，该对称平面尤其是热-机械的对称平面。也就是说，对称平面通过电路载体延伸，从而也考虑布置在电路载体上的电气构件的延展。
[0019]换句话说，所述电路载体大致布置在模制壳体的热机械的对称轴线中。模制物料在电路载体上方的第一体积与第一表面形成热接触并且基本上相当于在电路载体下方的第二体积，该第二体积与第二表面形成热接触。基于模制物料的以及电路载体的材料的不同的取决于温度的热膨胀系数，热机械应力以这种方式对称地作用并且例如预防裂纹形成。
[0020]根据本发明的另一实施例，所述模制物料以最大0.5mm的程度覆盖电气构件。通过模制物料关于电路载体以及电气构件的对称布置，较少的模制物料层已经能够足以用来保护电气构件并且用来最佳地热导出。由此能够相对于已知的实施方式降低所需要的模制物料的总体积并且以这种方式节省材料和成本。
[0021]根据本发明的另一实施例，如此选择所述模制物料的材料，使得该模制物料的热膨胀系数尽可能相应于电路载体的热膨胀系数或者说尽可能小地与之偏离。
[0022]热膨胀系数、也称作温度系数，例如能够如此进行选择，使得模制物料的热膨胀系数包括其公差大于电路载体的热膨胀系数包括其公差。然而在此，差别是尽可能小的。LTCC的热膨胀系数例如能够为5.5±0.5ppm/K。模制物料的热膨胀系数在此能够为7±lppm/K。
[0023]根据本发明的第二方面，提出了用于制造上述电控制器的方法。该方法具有以下步骤:提供具有第一表面和对置于所述第一表面的第二表面的电路载体；将至少一个电气构件布置在所述第一表面上；将所述电路载体定位在支撑元件上，所述支撑元件将电路载体与支撑板机械地以及优选电连接；用模制物料浇注所述电路载体，使得所述第一表面和所述第二表面与所述模制物料进行直接的热接触。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]本发明的其它特征以及优点对于本领域技术人员来说能够参照附图从下面对示例性的实施方式所作的描述中看出，然而所述实施方式不视作对本发明的限制。
[0025]图1示出了按本发明实施例的具有相应热导出的电控制器的横截面，
图2示出了按本发明实施例的控制器的横截面的俯视图，
图3示出了构造成接触架的支撑元件，
图4示出了按本发明另一实施例的电控制器的横截面，
图5示出了电控制器在支撑板上的布置情况，
图6示出了电气构件的不同的接触变型方案。
[0026]所有附图仅仅是按本发明实施例的按本发明的装置或者说其组成部分的示意图。在附图中尤其没有按比例地反映间距以及尺寸关系。在不同的附图中相应的元件设有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0027]在图1中示出了按本发明的电控制器I。该电控制器I具有电路载体3，该电路载体被模制壳体11包围。电路载体3具有第一表面5以及对置于第一表面5的第二表面7。在第一表面5上布置了电气构件9，例如CPU。通过电接触37能够将电气构件9与控制器外部的其它电气元件进行连接。
[0028]所述模制壳体11包括模制物料13，电路载体3连同位于其上的电气构件9注入该模制物料中。在此，第一以及第二表面5、7与模制物料13形成直接的热接触。也就是说，模制物料13从所有侧面包围所述电路载体3，并且在此围绕热机械的对称平面27对称地分布。通过这种设计将电控制器I的组件的数量保持最小，尤其因为能够放弃电路载体3下面的基板。此外，通过对称的设计降低了电路载体3与模制物料13之间热机械的应力。由于模制物料13与电路载体3的所有表面5、7的直接的热接触能够有效地借助于热传导或者热辐射来输出电气构件9的功率损耗。这在图1中通过箭头说明。尤其能够通过模制物料13借助于热传导直接将电控制器I中产生的热量的大部分发出到散热片中，也称作“Heatsink”。该散热片例如能够是支撑板19或者说阀板(在图1中没有示出)。这在图1中通过指向上的箭头示出。另一部分热量能够通过模制壳体11表面上流体的对流经由热辐射发出的周围环境中。此外，另一部分热量能够通过热传导发出到周围的流体中，例如空气或者传动油上。由此能够经由电路载体3以及模制物料13的整个表面进行散热或者说热传导。
[0029]在图2中示出了电控制器沿着垂直于图1中所示的平面、也就是平行于对称平面27的平面的横截面。图2中的实施例示出了电路载体3在支撑元件15上的布置情况，该支撑元件将电路载体3通过模制壳体11与支撑板19连接。支撑元件在图2中构造成接触架21。电接触37构造成接触架21上接触销23的形式。作为替代方案，所述支撑元件15能够像在图6C中所示构造成间隔块25。所述电路载体3例如能够借助于铝-压合线电接触到接触架21的接触销23上或者替代地电接触到弯曲-箔(在附图中没有示出)上。作为替代方案，如在图4到6中所示，能够直接进行到接触销23上或者间隔块25上的直接接触。
[0030]图2中的接触架21在角部上具有支撑面17 (仅仅示出其中一个)，所述支撑面用于在模制过程中固定电路载体3。在接触架21的中间设置了凹槽，模制物料13通过该凹槽也从下面与电路载体3接触。
[0031]图3示出了带有接触销23和支撑面17的接触架21的放大的截取部分。该接触销借助于支撑框架39相互连接，该支撑框架也称作堵住杆。此外，所述支撑框架39能够用于在模制过程中密封模具并且在模制过程之后被冲裁。抵靠在支撑面17上的电路载体3的轮廓用虚线示出。作为备选方式，支撑面17能够通过以下方式代替，即接触销23伸到电路载体3处并且同时用作直接的电接触并且用作支撑面17。这例如在图4中示出。
[0032]图4还说明了所述模制物料13完全包围带有电气构件9的电路载体3。此外，该模制物料13如此分布，使得模制物料13在电路载体3上方和下方的体积并且尤其在热机械的对称平面27上方和下方的体积几乎相等。由此，可能产生的热机械应力对称地作用到电路载体3上。尤其是电气构件9中“最高”的一个被模制物料13覆盖最大达0.5mm。
[0033]在图4到6中的实施例中，直接地实现电路载体3或者说电气构件的电接触37。由此，支撑面17同时承担机械以及电接触的功能。例如能够通过粘贴、尤其借助于银导粘贴剂或者通过钎焊在第一表面5和/或第二表面7上实现直接电接触。
[0034]在作为传动控制器的设计中，能够通过模制物料13在电路载体3的所有侧面或者说表面5、7上的直接热接触不仅将到传动装置的热辐射(图4中上面的箭头)而且将到元件侦牝例如到支撑板19的侧面上的热传导(图4中下面的箭头)用于冷却电控制器I。
[0035]图5示出了电控制器I在支撑板19上的布置情况。在此，支撑元件15将电路载体3机械地并且也优选电地与电路板29进行连接，该电路板也称作印刷电路板(PCB)。在此，该电路板29布置在支撑板19上。在电控制器I与支撑板19之间能够存在大约200 μ m的流体薄膜，例如油膜。该流体薄膜通过图5中的点示出。
[0036]在图6中示出了电路载体3和电气构件9的不同的直接接触变型方案。在此，支撑面17提供了通过模制壳体11的电路载体3的机械的并且同时电的接触。
[0037]图6A示出了所谓的鸥翼式IC构思(集成回路构思)。在此，接触架21的接触销23构造成Z状。这焊接在电路载体3上，例如焊点33上。在电控制器I的外部，接触销21在电路板29上焊接在焊点33上。
[0038]在图6B中示出了直接接触的QFN原理(四方扁平无引脚-原理)。与图6B的不同之处是，构造具有分层31的模制壳体11。此外，将接触架21弯曲到模制壳体11下方并且直接焊接在电路板29上模制壳体11下方。在该设计方案中能够节省结构空间。
[0039]图6C示出了直接接触的BGA原理(球栅阵列-原理)。在此，通过间隔块25确保电路载体3的机械的以及电接触。在此，所述模制壳体11能够如图6B中所示具有分层31。该间隔块25能够在一侧上与电路板29焊接。此外，能够在电路板29上并且在间隔块25上设置环氧-底层填料用于密封并且固定电控制器I。在另一侧上能够借助于导体粘贴剂将间隔块25粘贴在电路载体3上。该间隔块25例如能够具有大约I X I X Imm的尺寸。此夕卜，在模制壳体11上设置至少三个间隔块25。
[0040]最后要注意，如“具有”或类似的表达不应该排除能够设置其它元件或步骤的情况。此外还要指出，“一个”不排除多个的情况。此外，结合不同的实施方式能够将所描述的特征进行任意的相互组合。还要注意，权利要求中的附图标记不应该视作限制权利要求的范围。
【权利要求】
1.电控制器(1)，所述电控制器(I)具有带有第一表面(5)以及对置于所述第一表面(5)的第二表面(7)的电路载体(3)； 其中在所述电路载体(3)的第一表面(5)上布置了至少一个电气构件(9); 其中所述电路载体(3)布置在由模制物料(13)构成的模制壳体(11)中； 其特征在于， 所述第一表面(5 )和所述第二表面(7 )与所述模制物料(13)进行直接的热接触。
2.按权利要求1所述的电控制器(1)，此外还具有支撑元件(15)，所述支撑元件构造用于使所述电路载体(3 )穿过所述模制壳体(11)与支撑板(19 )进行机械连接； 其中所述支撑元件(15)构造成具有至少三个支撑面(17)的接触架(21)； 其中所述电路载体(3)抵靠在所述接触架(21)上的支撑面(17)上。
3.按权利要求2所述的电控制器(I)， 其中所述接触架(21)具有接触销(23)用于接触所述电气构件(9); 其中所述接触销(23)中的至少三个接触销形成了所述支撑面(17)。
4.按权利要求1所述的电控制器(1)，此外还具有支撑元件(15)，所述支撑元件构造用于使所述电路载体(3 )穿过所述模制壳体(11)与支撑板(19 )进行机械连接； 其中所述支撑元件(15)构造成间隔块(25)，所述间隔块布置在所述支撑板(19)上。
5.按权利要求2到4中任一项所述的电控制器(I)， 其中所述支撑元件(15 )提供了所述电气构件(9 )的电接触。
6.按权利要求1到5中任一项所述的电控制器(I)， 其中所述模制物料(13)关于所述电路载体(3)的对称平面(27)对称地分布到所述第一以及第二表面(5、7)上。
7.按权利要求1到6中任一项所述的电控制器(I)， 其中所述模制物料(13 )以最大0.5mm覆盖了所述电气构件(9 )。
8.按权利要求1到6中任一项所述的电控制器(I)， 其中如此选择所述模制物料(13)的材料，使得所述模制物料(13)的热膨胀系数基本上相应于所述电路载体(3)的热膨胀系数。
9.用于制造按权利要求1到8中任一项所述的电控制器(I)的方法，所述方法具有以下步骤: 提供具有第一表面(5)和对置于所述第一表面(5)的第二表面(7)的电路载体(3)； 将至少一个电气构件(9)布置在所述第一表面(5)上； 将所述电路载体(3 )定位在支撑元件(15 )上，所述支撑元件将电路载体(3 )与支撑板(19)进行连接； 用模制物料(13)浇注所述电路载体(3)，使得所述第一表面(5)和所述第二表面(7)与所述模制物料(13)进行直接的热接触。
【文档编号】H01L23/31GK103814440SQ201280045912
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2011年9月20日
【发明者】S.拉默斯, R.里格 申请人:罗伯特·博世有限公司