具有模制殼體的電控制器的制造方法
【專利摘要】本發明提出一種電控制器（1）。該電控制器（1）具有帶有第一表面（5）和對置于該第一表面（5）的第二表面（7）的電路載體（3）。在電路載體（3）的第一表面（5）上布置了至少一個電氣構件（9）。電路載體（3）在此布置在由模制物料（13）構成的模制殼體（11）中。不僅第一表面（5）而且第二表面（7）都與模制物料（13）直接地熱接觸。
【專利說明】具有模制殼體的電控制器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有模制殼體的電控制器。
【背景技術】
[0002]電控制器在不同的領域用于不同的應用。為了保護處于控制器中的電路元件抵抗周圍環境、尤其抵抗導電的并且有侵蝕性的介質，所述電路元件位于殼體中。
[0003]所述殼體例如能夠殼狀地包圍具有電路元件的電路載體。此外公開了模制殼體，能夠將電路載體注入到該模制殼體中。例如EP I 396 885 BI公開了具有電路元件的電路載體。電路載體布置在基板上并且由模制殼體包圍。在這種結構中，控制器的穩定性以及使用壽命是受限制的，因為例如由于電路載體、基板以及模制殼體的材料的不同的熱膨脹系數會在控制器內部出現熱機械應力。
【發明內容】
[0004]因此會存在對改善的電控制器的需求，該電控制器具有更簡單的構造并且實現更好的熱導出。
[0005]該任務能夠通過按獨立權利要求的本發明的主題得到解決。本發明的有利的實施方式在從屬權利要求中得到描述。
[0006]下面詳細討論按本發明實施方式的裝置的特征、細節以及可能的優點。
[0007]根據本發明的第一方面提出了一種電控制器。該控制器具有帶有第一表面以及對置于第一表面的第二表面的電路載體。在第一表面上布置了至少一個電氣構件。該電路載體布置在模制物料構成的模制殼體中。在此，不僅第一表面而且第二表面都與模制物料進行直接的熱接觸。
[0008]換句話說，本發明的構思基于:電路載體連同位于其上的電氣構件在所有側面用模制物料包圍或者說注入，使得模制物料盡可能對稱地分布在第一以及第二表面上。通過將模制物料直接布置在電路載體的兩側上能夠放棄其它大面積的部件并且由此放棄其它材料。尤其能夠取消用在現有技術中的基板。由此能夠降低所需要的組件的數量。此外，以這種方式降低電控制器內部的熱機械應力。在此，由于模制物料與電路載體的兩個表面的熱接觸能夠將電氣構件的功率損耗經由模制殼體的所有表面借助于熱傳導或者熱輻射散發出去。這會對控制器的有效冷卻作出貢獻。
[0009]所述電控制器例如能夠在汽車中用于調節汽車所特有的過程。尤其能夠將電控制器構造成用于汽車的傳動控制器。
[0010]電路載體、也稱作印制導線基底能夠構造成陶瓷基底。該電路載體例如能夠具有氧化鋁Al2O3, “高溫共燒陶瓷”(HTCC)，“低溫共燒陶瓷”(HTCC)或常規印刷的電路載體(PCB)0
[0011]電路載體能夠構造成帶有第一側面或者說表面以及第二側面或者說表面的板的形式。在第一表面上布置了一個以及優選多個電氣構件。此外，電氣構件、也稱作電路兀件能夠布置在第二表面上。該電路元件例如能夠構造成“中央處理單元”(CPU)、輸入以及輸出開關電路。
[0012]所述模制殼體包括模制物料，該模制物料例如構造成樹脂基的合成材料或者熱固塑料。在此，模制物料的單位導熱能力能夠大于I瓦/開爾文.米(W/Km)。所述模制殼體優選能夠包圍帶有所有電氣構件的完整的電路載體。在此，該模制物料直接位于電路載體的所有表面上以及電氣構件上并且同時負責進行保護以及盡可能最佳的熱導出。
[0013]根據本發明的實施例，所述電控制器還具有支撐元件，該支撐元件構造用于使電路載體穿過模制殼體與支撐板進行機械連接或者說在模制過程中相對于支撐板固定電路載體。該支撐板在模制過程中具有將電路載體保持在其幾何的目標位置中的任務。
[0014]所述支撐元件能夠構造成具有至少三個支撐面的接觸架。該接觸架、也稱作接觸條或者引腳框，在此在中間設有凹槽，電路載體通過該凹槽從兩側與模制物料進行接觸。接觸架能夠具有能導電的材料。該接觸架例如由銅制成。支撐面例如能夠是框架的邊緣。所述凹槽在接觸架的中間例如能夠具有比電路載體略微更小的尺寸，使得電路載體抵靠在接觸架的邊緣上。作為替代方案或者補充方案，能夠在接觸架的四邊形實施方式中在接觸架的角部上設置支撐面，所述支撐面在框架的平面內伸入凹槽中。此外，在接觸架上設置接觸銷，所述接觸銷在這里所示出的實施方式中借助于壓合線與電氣構件連接。
[0015]根據本發明的另一實施例，接觸架的至少三個接觸銷構造成支撐面。也就是說，所述接觸銷伸入凹槽中直至電路載體并且尤其伸到電氣構件處。以這種方式直接地電接觸電氣構件并且所述壓合線至少部分是多余的。在此，接觸銷不僅提供了電接觸而且也提供了支撐面。
[0016]根據本發明的另一實施例，所述支撐元件構造成間隔塊，也稱作裝備塊。間隔塊在此布置在支撐板上并且代替接觸架。電路載體在此能夠抵靠在至少三個所述間隔塊上。該間隔塊具有能夠導電的材料和/或用能夠導電的材料進行涂層。以這種方式直接電接觸所述電氣構件并且不僅所述帶有接觸銷的接觸架而且連壓合線都不是必要的。由此，間隔塊不僅視作與電路載體的機械連接，而且也視作與電路載體的電接觸。
[0017]根據本發明的另一實施例，所述電路載體具有對稱平面。模制物料關于電路載體的對稱平面對稱地分布到第一以及第二表面上。
[0018]電路載體的最大延展位于對稱平面中。在電路載體作為板的構造中，對稱平面例如平行于電路載體的第一以及第二表面延伸。在此，該對稱平面尤其是熱-機械的對稱平面。也就是說，對稱平面通過電路載體延伸，從而也考慮布置在電路載體上的電氣構件的延展。
[0019]換句話說，所述電路載體大致布置在模制殼體的熱機械的對稱軸線中。模制物料在電路載體上方的第一體積與第一表面形成熱接觸并且基本上相當于在電路載體下方的第二體積，該第二體積與第二表面形成熱接觸。基于模制物料的以及電路載體的材料的不同的取決于溫度的熱膨脹系數，熱機械應力以這種方式對稱地作用并且例如預防裂紋形成。
[0020]根據本發明的另一實施例，所述模制物料以最大0.5mm的程度覆蓋電氣構件。通過模制物料關于電路載體以及電氣構件的對稱布置，較少的模制物料層已經能夠足以用來保護電氣構件并且用來最佳地熱導出。由此能夠相對于已知的實施方式降低所需要的模制物料的總體積并且以這種方式節省材料和成本。
[0021]根據本發明的另一實施例，如此選擇所述模制物料的材料，使得該模制物料的熱膨脹系數盡可能相應于電路載體的熱膨脹系數或者說盡可能小地與之偏離。
[0022]熱膨脹系數、也稱作溫度系數，例如能夠如此進行選擇，使得模制物料的熱膨脹系數包括其公差大于電路載體的熱膨脹系數包括其公差。然而在此，差別是盡可能小的。LTCC的熱膨脹系數例如能夠為5.5±0.5ppm/K。模制物料的熱膨脹系數在此能夠為7±lppm/K。
[0023]根據本發明的第二方面，提出了用于制造上述電控制器的方法。該方法具有以下步驟:提供具有第一表面和對置于所述第一表面的第二表面的電路載體；將至少一個電氣構件布置在所述第一表面上；將所述電路載體定位在支撐元件上，所述支撐元件將電路載體與支撐板機械地以及優選電連接；用模制物料澆注所述電路載體，使得所述第一表面和所述第二表面與所述模制物料進行直接的熱接觸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]本發明的其它特征以及優點對于本領域技術人員來說能夠參照附圖從下面對示例性的實施方式所作的描述中看出，然而所述實施方式不視作對本發明的限制。
[0025]圖1示出了按本發明實施例的具有相應熱導出的電控制器的橫截面，
圖2示出了按本發明實施例的控制器的橫截面的俯視圖，
圖3示出了構造成接觸架的支撐元件，
圖4示出了按本發明另一實施例的電控制器的橫截面，
圖5示出了電控制器在支撐板上的布置情況，
圖6示出了電氣構件的不同的接觸變型方案。
[0026]所有附圖僅僅是按本發明實施例的按本發明的裝置或者說其組成部分的示意圖。在附圖中尤其沒有按比例地反映間距以及尺寸關系。在不同的附圖中相應的元件設有相同的附圖標記。
【具體實施方式】
[0027]在圖1中示出了按本發明的電控制器I。該電控制器I具有電路載體3，該電路載體被模制殼體11包圍。電路載體3具有第一表面5以及對置于第一表面5的第二表面7。在第一表面5上布置了電氣構件9，例如CPU。通過電接觸37能夠將電氣構件9與控制器外部的其它電氣元件進行連接。
[0028]所述模制殼體11包括模制物料13，電路載體3連同位于其上的電氣構件9注入該模制物料中。在此，第一以及第二表面5、7與模制物料13形成直接的熱接觸。也就是說，模制物料13從所有側面包圍所述電路載體3，并且在此圍繞熱機械的對稱平面27對稱地分布。通過這種設計將電控制器I的組件的數量保持最小，尤其因為能夠放棄電路載體3下面的基板。此外，通過對稱的設計降低了電路載體3與模制物料13之間熱機械的應力。由于模制物料13與電路載體3的所有表面5、7的直接的熱接觸能夠有效地借助于熱傳導或者熱輻射來輸出電氣構件9的功率損耗。這在圖1中通過箭頭說明。尤其能夠通過模制物料13借助于熱傳導直接將電控制器I中產生的熱量的大部分發出到散熱片中，也稱作“Heatsink”。該散熱片例如能夠是支撐板19或者說閥板(在圖1中沒有示出)。這在圖1中通過指向上的箭頭示出。另一部分熱量能夠通過模制殼體11表面上流體的對流經由熱輻射發出的周圍環境中。此外，另一部分熱量能夠通過熱傳導發出到周圍的流體中，例如空氣或者傳動油上。由此能夠經由電路載體3以及模制物料13的整個表面進行散熱或者說熱傳導。
[0029]在圖2中示出了電控制器沿著垂直于圖1中所示的平面、也就是平行于對稱平面27的平面的橫截面。圖2中的實施例示出了電路載體3在支撐元件15上的布置情況，該支撐元件將電路載體3通過模制殼體11與支撐板19連接。支撐元件在圖2中構造成接觸架21。電接觸37構造成接觸架21上接觸銷23的形式。作為替代方案，所述支撐元件15能夠像在圖6C中所示構造成間隔塊25。所述電路載體3例如能夠借助于鋁-壓合線電接觸到接觸架21的接觸銷23上或者替代地電接觸到彎曲-箔(在附圖中沒有示出)上。作為替代方案，如在圖4到6中所示，能夠直接進行到接觸銷23上或者間隔塊25上的直接接觸。
[0030]圖2中的接觸架21在角部上具有支撐面17 (僅僅示出其中一個)，所述支撐面用于在模制過程中固定電路載體3。在接觸架21的中間設置了凹槽，模制物料13通過該凹槽也從下面與電路載體3接觸。
[0031]圖3示出了帶有接觸銷23和支撐面17的接觸架21的放大的截取部分。該接觸銷借助于支撐框架39相互連接，該支撐框架也稱作堵住桿。此外，所述支撐框架39能夠用于在模制過程中密封模具并且在模制過程之后被沖裁。抵靠在支撐面17上的電路載體3的輪廓用虛線示出。作為備選方式，支撐面17能夠通過以下方式代替，即接觸銷23伸到電路載體3處并且同時用作直接的電接觸并且用作支撐面17。這例如在圖4中示出。
[0032]圖4還說明了所述模制物料13完全包圍帶有電氣構件9的電路載體3。此外，該模制物料13如此分布，使得模制物料13在電路載體3上方和下方的體積并且尤其在熱機械的對稱平面27上方和下方的體積幾乎相等。由此，可能產生的熱機械應力對稱地作用到電路載體3上。尤其是電氣構件9中“最高”的一個被模制物料13覆蓋最大達0.5mm。
[0033]在圖4到6中的實施例中，直接地實現電路載體3或者說電氣構件的電接觸37。由此，支撐面17同時承擔機械以及電接觸的功能。例如能夠通過粘貼、尤其借助于銀導粘貼劑或者通過釬焊在第一表面5和/或第二表面7上實現直接電接觸。
[0034]在作為傳動控制器的設計中，能夠通過模制物料13在電路載體3的所有側面或者說表面5、7上的直接熱接觸不僅將到傳動裝置的熱輻射(圖4中上面的箭頭)而且將到元件偵牝例如到支撐板19的側面上的熱傳導(圖4中下面的箭頭)用于冷卻電控制器I。
[0035]圖5示出了電控制器I在支撐板19上的布置情況。在此，支撐元件15將電路載體3機械地并且也優選電地與電路板29進行連接，該電路板也稱作印刷電路板(PCB)。在此，該電路板29布置在支撐板19上。在電控制器I與支撐板19之間能夠存在大約200 μ m的流體薄膜，例如油膜。該流體薄膜通過圖5中的點示出。
[0036]在圖6中示出了電路載體3和電氣構件9的不同的直接接觸變型方案。在此，支撐面17提供了通過模制殼體11的電路載體3的機械的并且同時電的接觸。
[0037]圖6A示出了所謂的鷗翼式IC構思(集成回路構思)。在此，接觸架21的接觸銷23構造成Z狀。這焊接在電路載體3上，例如焊點33上。在電控制器I的外部，接觸銷21在電路板29上焊接在焊點33上。
[0038]在圖6B中示出了直接接觸的QFN原理(四方扁平無引腳-原理)。與圖6B的不同之處是，構造具有分層31的模制殼體11。此外，將接觸架21彎曲到模制殼體11下方并且直接焊接在電路板29上模制殼體11下方。在該設計方案中能夠節省結構空間。
[0039]圖6C示出了直接接觸的BGA原理(球柵陣列-原理)。在此，通過間隔塊25確保電路載體3的機械的以及電接觸。在此，所述模制殼體11能夠如圖6B中所示具有分層31。該間隔塊25能夠在一側上與電路板29焊接。此外，能夠在電路板29上并且在間隔塊25上設置環氧-底層填料用于密封并且固定電控制器I。在另一側上能夠借助于導體粘貼劑將間隔塊25粘貼在電路載體3上。該間隔塊25例如能夠具有大約I X I X Imm的尺寸。此夕卜，在模制殼體11上設置至少三個間隔塊25。
[0040]最后要注意，如“具有”或類似的表達不應該排除能夠設置其它元件或步驟的情況。此外還要指出，“一個”不排除多個的情況。此外，結合不同的實施方式能夠將所描述的特征進行任意的相互組合。還要注意，權利要求中的附圖標記不應該視作限制權利要求的范圍。
【權利要求】
1.電控制器(1)，所述電控制器(I)具有帶有第一表面(5)以及對置于所述第一表面(5)的第二表面(7)的電路載體(3)； 其中在所述電路載體(3)的第一表面(5)上布置了至少一個電氣構件(9); 其中所述電路載體(3)布置在由模制物料(13)構成的模制殼體(11)中； 其特征在于， 所述第一表面(5 )和所述第二表面(7 )與所述模制物料(13)進行直接的熱接觸。
2.按權利要求1所述的電控制器(1)，此外還具有支撐元件(15)，所述支撐元件構造用于使所述電路載體(3 )穿過所述模制殼體(11)與支撐板(19 )進行機械連接； 其中所述支撐元件(15)構造成具有至少三個支撐面(17)的接觸架(21)； 其中所述電路載體(3)抵靠在所述接觸架(21)上的支撐面(17)上。
3.按權利要求2所述的電控制器(I)， 其中所述接觸架(21)具有接觸銷(23)用于接觸所述電氣構件(9); 其中所述接觸銷(23)中的至少三個接觸銷形成了所述支撐面(17)。
4.按權利要求1所述的電控制器(1)，此外還具有支撐元件(15)，所述支撐元件構造用于使所述電路載體(3 )穿過所述模制殼體(11)與支撐板(19 )進行機械連接； 其中所述支撐元件(15)構造成間隔塊(25)，所述間隔塊布置在所述支撐板(19)上。
5.按權利要求2到4中任一項所述的電控制器(I)， 其中所述支撐元件(15 )提供了所述電氣構件(9 )的電接觸。
6.按權利要求1到5中任一項所述的電控制器(I)， 其中所述模制物料(13)關于所述電路載體(3)的對稱平面(27)對稱地分布到所述第一以及第二表面(5、7)上。
7.按權利要求1到6中任一項所述的電控制器(I)， 其中所述模制物料(13 )以最大0.5mm覆蓋了所述電氣構件(9 )。
8.按權利要求1到6中任一項所述的電控制器(I)， 其中如此選擇所述模制物料(13)的材料，使得所述模制物料(13)的熱膨脹系數基本上相應于所述電路載體(3)的熱膨脹系數。
9.用于制造按權利要求1到8中任一項所述的電控制器(I)的方法，所述方法具有以下步驟: 提供具有第一表面(5)和對置于所述第一表面(5)的第二表面(7)的電路載體(3)； 將至少一個電氣構件(9)布置在所述第一表面(5)上； 將所述電路載體(3 )定位在支撐元件(15 )上，所述支撐元件將電路載體(3 )與支撐板(19)進行連接； 用模制物料(13)澆注所述電路載體(3)，使得所述第一表面(5)和所述第二表面(7)與所述模制物料(13)進行直接的熱接觸。
【文檔編號】H01L23/31GK103814440SQ201280045912
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年8月3日 優先權日:2011年9月20日
【發明者】S.拉默斯, R.里格 申請人:羅伯特·博世有限公司