CN100544561C - 电子设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

电子设备包括一起放置在相同的平面内以提供布线电路(70)的金属布线板(71)、通过焊料(90)安装到布线板(71)的电子器件(80)、具有基部部分(50a)和从基部部分(50a)延伸的柱形部分(50c)的壳体(50)。布线板(71)固定到柱形部分(50c)使得布线电路(70)与基部部分(50a)分隔开。布线板(71)具有足够的厚度以抵抗用于运行电子器件(80)的大电流和释放由电子器件(80)生成的热。布线电路(70)与壳体(50)的基部部分(50a)分隔开使得由电子器件(80)生成的热在空间有效地释放。在热重熔过程中电子器件(80)一次锡焊到布线板(71)。

Description

电子设备及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子设备和制造电子设备的方法。
背景技术
用于车辆控制系统的电子设备例如防锁死制动系统(ABS)或电子稳定性控制装置(ESC)需要用于驱动促动器的电力电子器件和用于控制促动器的控制电子器件。常规地，电力电子器件和控制电子器件在多层印刷电路板上安装在一起以形成电子电路板作为电子设备的主要部件。
如在图9中所示，常规的电子电路板110包括电力电子器件P1-P3和控制电子器件S1-S3。电力电子器件P1-P3和控制电子器件S1-S3在印刷电路板9上安装在一起。电力电子器件P1-P3是螺线管式继电器、功率齐纳二极管、铝电解电容器、马达继电器等。电力电子器件P1-P3的每个以大电流运行以驱动促动器。控制电子器件S1-S3是集成电路(IC)、微型计算机、螺线管驱动器等。控制电子器件S1-S3的每个以小电流运行以控制促动器。印刷电路板9是具有多个布线层的玻璃环氧树脂板。
所有必需的电路安装在印刷电路板9上。因此电子电路板110可以容易地与壳体组装为电子设备。
因为电力电子器件P1-P3以大电流运行，印刷电路板9的布线层的每个需要抵抗大电流。此外，电力电子器件P1-P3生成热。因此，布线层需要不仅抵抗大电流而且释放热。
然而，布线层由相对地薄的金属烧结浆料或膜制成。因此，印刷电路板9需要具有大的尺寸以允许薄的布线层抵抗大电流和释放热。作为结果，电子设备在尺寸上增加。
如在图10中所示出，另一个在JP-2004-200464A中披露的常规的电子电路板120包括具有布线部分11和接线端部分12的母线10。电子器件30、31通过焊料部分40安装在布线部分11上。除焊料部分40外的布线部分11以阻焊剂60涂敷。
母线10容纳在由例如陶瓷或树脂的电绝缘材料制成的壳体20内。壳体20包括上壳体21和下壳体22。布线部分11夹在上壳体21和下壳体22之间且上壳体21和下壳体22通过机械接合或粘性接合联结在一起。因此，布线部分11联结在一起且容纳在壳体20内。接线端部分12从壳体20向外凸出。
母线10是在厚度上大于图9的电子电路板110的布线层的金属板。因此，母线10可以抵抗用于运行电子器件30、31的大电流且充分地释放由电子器件30、31生成的热。
典型地，当母线用作布线电路时，通孔器件(THD)用作电子器件。除接线端部分外的母线模制有树脂壳体且THD的导线通过激光焊接连接到接线端部分。
相比之下，在电子电路板120中表面安装器件(SMD)用作电子器件且SMD在热重熔过程中一次锡焊在母线10上。因此，与具有以激光焊接安装的THD的电子电路板相比，可获得高密度安装且电子电路板120可以以低成本制造。
然而在电子电路板120中，布线部分11夹在上壳体21和下壳体22之间以联结在一起。此解决方法限制了电路设计的灵活性。因此，电子电路板120不能实现用于ABS或ESC中的电子设备的大规模电路。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供具有增加的电路设计灵活性而不减小电流承载能力和热释放率的电子设备，且提供以低成本制造电子设备的方法。
电子设备包括在相同的平面内放置在一起以提供布线电路的布线板、通过焊膏安装到布线板的电子器件和具有基部部分和从基部部分延伸的柱形部分的壳体。布线板固定到壳体的柱形部分使得布线电路与壳体的基部部分分隔开。
布线板是具有足够厚度以抵抗用于运行电子器件的大电流和释放由电子器件生成的热的金属板。布线电路与壳体的基部部分分隔开使得由电子器件生成的热在空间中有效地释放且在焊膏上的壳体的热应力被降低。因此，电子设备可以安装在高温环境中，例如安装在车辆中。
因为电子器件通过焊膏安装在布线板上，电子器件可以在热重熔过程中一次安装到布线板。因此，与具有通过激光焊接安装的通孔器件的常规电子设备相比，此电子设备可以以低成本制造。其中固定布线板的柱形部分可以提供在壳体的基部部分上的希望的位置。因此，增加了电路设计的灵活性使得布线电路可以具有多种电路图案以提供大规模电路。
附图说明
本发明的以上的和其他的目的、特征和优点将结合参考附图从如下的详细描述中变得更加显然。各图为：
图1A是根据本发明的实施例的电子设备的顶视图且图1B是图1A的电子设备的分解视图；
图2A是电子设备的壳体的柱形部分的顶视图、图2B是沿图2A的IIB-IIB线截取的柱形部分的截面视图且图2C是示出了电子设备的布线电路的布线板固定到电子设备的壳体的柱形部分的方式的截面视图；
图3A是电子设备的布线电路的一个侧视图且图3B是电子设备的布线电路的另一个侧视图；
图4A至图6B是电子设备的制造过程的视图；
图7A是电子设备的布线电路的示意性视图且图7B是根据实施例的修改的布线电路的示意性视图；
图8A是图7A的具有用于控制焊料流动的金属层的布线电路的示意性视图、图8B是图7A的具有用于控制焊料流动的阻焊剂的布线电路的示意性视图且图8C是图7B的具有用于控制焊料流动的热阻片的布线电路的示意性视图；
图9是常规的电子设备的电路板的顶视图；和
图10是另一个常规的电子设备的电路板的透视图。
具体实施方式
如在图1A和图1B中所示，电子设备100包括具有布线板71、电子器件80和用于支撑布线电路70的壳体50的布线电路70。
布线板71放置在相同的平面上以提供布线电路70。布线板71的每个具有预先确定的形状且布线板71的一些具有通孔72，如在图3A和图3B中所示。
电子器件80通过焊膏90安装到布线板71。焊膏90例如可以是具有小于等于0.1％的重量百分比(wt％)的铅成分和低可湿性的无铅(Pb)焊料。在这样的解决方案中，可以避免有害金属铅的使用且在热重熔过程中焊膏90可以合适地在布线板71上展开。
壳体50由树脂制成且包括基部部分50a和从基部部分50a垂直地延伸的柱形部分50c。柱形部分50c具有其直径小于柱形部分50c的直径的顶部分50b。柱形部分50c的顶部分50b插入通过布线板71的通孔72。顶部分50b通过施加热和压力被变形，使得布线板71固定到柱形部分50c。因此，布线电路70安装到壳体50上与基部部分50a分隔开。
如在图2A至图2C中示出，柱形部分50c可以绕顶部分50b具有槽部分50d。槽部分50d防止以冲压过程形成通孔72时产生的毛边71使柱形部分50c破裂。
基部部分50a、柱形部分50c和顶部分50b整体地模制以提供壳体50。因此，布线电路70固定到壳体50而无特殊的固定零件，使得电子设备100可以以低成本制造。不具有通孔72的布线板71可以放置在与柱形部分50c不同的柱形部分(未示出)上且夹在其他的柱形部分和树脂构件(未示出)之间以被固定到壳体50。
如在图1A和图3A中所示，电子器件80安装在布线电路70的内侧以面向壳体50的基部部分50a。简而言之，电子器件80定位在基部部分50a和布线电路70之间。因此，即使当电子器件80具有不同的高度时布线电路70的外侧也是平的。因此，防止电子器件80捕获在某物内且被毁坏。作为替代，电子器件80可以安装在布线电路70的每侧。在这样的解决方案中，可以实现电子器件80的高密度安装，使得电子设备100能减小尺寸。
布线板71是具有足够厚度以抵抗用于运行电子器件80的大电流和释放由电子器件80生成的热的金属板。因此，电子器件80可以具有大的运行电流以驱动促动器。此外，布线板71与壳体50的基部部分50a分隔开，使得热在空间中有效地释放且在焊膏90上的壳体50的热应力被减小。
在电子设备100中，因为电子器件80通过焊膏90安装到布线板71，电子器件80在热重熔过程中一次安装到布线板71。因此，电子设备100可以实现高密度安装和低制造成本。因为其中固定了布线板71的柱形部分50c可以提供在壳体50的基部部分50a上的希望的位置，电路设计的灵活性增加。因此，布线电路70可以具有多种电路图案以提供用于例如防锁死制动系统(ABS)或电子稳定性控制装置(ESC)的车辆控制系统的大规模电路。
如上所述，电子设备100包括由布线板71构造的布线电路70。布线板71具有足够的厚度以抵抗大电流和释放由电子器件80生成的热。布线板71与基部部分50a分隔开使得由电子器件80生成的热在空间中有效地释放。因此电子设备100可以安装在高温环境中，例如安装在车辆中。因此电子设备100可以用在例如ABS或ESC的车辆控制系统中。
电子设备100如下制造：
首先，准备在图4A中示出的单件板75。单件板75具有使得布线板71通过联结板73连接在一起的形状。平的金属板通过冲压过程、刻蚀过程等成形为单件板75。因此，单件板75被容易地准备使得能降低电子设备100的制造成本。
同时，通孔72形成在布线板71的一些中。当平的金属板通过冲压过程成形为单件板75时可能产生在图2C中示出的毛边71a。如上所描述，柱形部分50c可以围绕顶部分50b具有槽部分50d。槽部分50d接收毛边71a且防止毛边71a使柱形部分50c破裂。取决于通孔72的位置和形状，毛边71a可以用作防止焊膏90在热重熔过程中溢出的障碍。
然后，如在图4B中示出，焊膏90被印在单件板75上的预先确定的区域上。如上所述，优选的是焊膏90由具有小于等于0.1％的重量百分比(wt％)的铅成分的无铅焊料制成以避免使用有害材料。因为无铅焊料具有低的可湿性，在以下描述的热重熔过程中焊膏90可以合适地在布线板71上展开。
然后，将电子器件80放置在印刷在单件板75上的焊膏90上。然后，在热重熔过程中电子器件80一次锡焊在单件板75的布线板71上。
然后，如在图5A和图5B中所示，通过将柱形部分50c的顶部分50b插入通过布线板71的通孔72将单件板75放置在壳体50的柱形部分50c上。然后，通过施加热和压力将顶部分50b变形且固定到布线板71。不具有通孔72的布线板71放置在其他柱形部分(未示出)上且夹在其他柱形部分和其他树脂构件(未示出)之间。因此，单件板75固定到壳体50。
基部部分50a、柱形部分50c和顶部分50b整体地模制以形成壳体50。因此，单件板75固定到壳体50而无特殊的固定零件，使得能降低电子设备100的制造成本。
然后，如在图6A中示出，联结板73从单件板75移开以形成布线电路70。
因此，电子设备100被制造且安装到例如如在图6B中示出的促动器200上。
以上描述的实施例可以以多种方式修改。
在图7A中示出的单件板76具有与在实施例中描述的单件板75相同的结构。简而言之，在单件板76中，布线板71通过由虚线限定的联结板73连接在一起。
相比之下，在图7B中示出的单件板77中，布线板71结合到第一热阻片78上。因此，通过第一热阻片78将布线板71连接在一起。在对应于在图6A中示出的过程中第一热阻片78从单件板77上移开。因为第一热阻片78容易被移开，能降低电子设备100的制造成本。
图8A至图8C示出了控制在重熔过程中焊膏90的流动的方法。
如在图8A中示出，在单件板76中，由与布线板71不同材料制成的金属91可以形成到其中印刷了焊膏90的区域。例如，此区域可以镀有具有比布线板71更大的可湿性的金属91。在这样的解决方案中，焊膏90在重熔过程中的流动可以限制到此区域。
如在图8B中示出，在单件板76中阻焊剂92可以围绕区域形成以防止焊膏90溢出。在这样的解决方案中，在重熔过程中焊膏90的流动可以限制到此区域。
如在图8C中示出，在单件板77中，具有区域被暴露的开口的第二热阻片79可以结合到第一热阻片78。第二热阻片79以与阻焊剂92相同的方式作用且防止焊膏90的溢出。在这样的解决方案中，在重熔过程中焊膏90的流动可以限制在此区域。
这样的变化和修改要被理解为在通过附带的权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种电子设备，其包括：
每个具有预先确定的形状的多个金属布线板(71)，布线板(71)一起放置在相同的平面内以提供布线电路(70)；
每个通过焊料构件(90)安装到布线板(71)的至少一个电子器件(80)；
用于支撑布线电路(70)的树脂壳体(50)，壳体(50)具有基部部分(50a)和多个从基部部分(50a)延伸的柱形部分(50c)，其中
布线板(71)直接固定到柱形部分(50c)以允许布线电路(70)与基部部分(50a)分隔开。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中
布线板(71)的至少一个具有通孔(72)，
柱形部分(50c)的至少一个具有插入通过通孔(72)的顶部分(50b)，和
将顶部分(50b)变形以将布线板(71)固定到柱形部分(50c)。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中
柱形部分(50c)的至少一个具有围绕顶部分(50b)的槽部分(50d)，和
槽部分(50d)接收围绕布线板(71)的通孔(72)凸出的毛边以防止毛边使得柱形部分(50c)损坏。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其中电子器件(80)安装到布线板(71)的每侧。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中电子器件(80)安装到布线板(71)的一侧以面向壳体(50)的基部部分(50a)。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的电子设备，其中焊料构件(90)由具有小于等于0.1％的重量百分比的铅成分的无铅焊料制成。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中电子器件(80)的至少一个是用于驱动促动器(200)的电力电子器件。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中电子设备安装在车辆中。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中电子设备用于防锁死制动系统或电子稳定性控制装置中。
10.一种制造电子设备的方法，其包括：
准备具有通过联结构件(73、78)连接在一起的多个布线板(71)的单件板(75、76、77)和具有基部部分(50a)和多个从基部部分(50a)延伸的柱形部分(50c)的壳体(50)；
将焊膏(90)印刷在布线板(71)的预先确定的区域上；
将多个电子器件(80)安装在焊膏(90)上；
重熔焊膏(90)以将电子器件(80)锡焊到布线板(71)；
将单件板(75、76、77)直接固定到壳体(50)的柱形部分(50c)；和
从单件板(75、76、77)移开联结构件(73、78)以形成布线电路(70)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中联结构件是与布线板(71)成整体的金属板。
12.根据权利要求10所述的方法，其中联结构件(73、78)是第一热阻片(78)且
准备步骤包括将布线板(71)结合到第一热阻片(78)。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
形成金属层(91)到其中印刷了焊膏(90)的区域，其中
金属层(91)由与布线板(71)不同的材料制成。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
围绕其中印刷了焊膏(90)的区域放置阻焊剂(92)。
15.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
将第二热阻片(79)结合到单件板(75、76、77)，其中
第二热阻片(79)具有开口，通过开口暴露了其中印刷了焊膏(90)的区域。
16.根据权利要求10所述的方法，其中焊膏(90)由具有小于等于0.1％的重量百分比的铅成分的无铅焊料制成。
17.根据权利要求10至16的任一项所述的方法，其中：
准备步骤包括在布线板(71)中形成通孔(72)；
固定步骤包括将柱形部分(50c)的顶部分(50b)插入通过布线板(71)的通孔(72)且通过施加热将顶部分(50b)变形。
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