CN102378525A - 电气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气装置，该电气装置具有：一包括载体(2)和电气器件(3-8)的部件(1)，其中，器件(3-8)固定在所述载体(2)上预先给定的位置处并且突伸出所述载体(2)；一与所述部件(1)固定连接的、与该部件(1)具有一定间隔(13)的、覆盖所述器件(3-8)并且配设有凹处(15-19)的保护体(12)，其中，所述凹处(15-19)与所述预先给定的位置对置地布置，以便所述器件(3-8)插入所述凹处(15-19)；一布置在所述保护体(12)和所述部件(1)之间的间隔(13)中的、既与所述保护体(12)接触又与所述部件(1)接触的中间层(24)，该中间层(24)设计成弹性的。

Description

电气装置
技术领域
本发明涉及一种电气装置，该电气装置具有一个包括载体和电气器件的部件、一个与该部件固定连接并且具有一定间隔的、覆盖器件并且配设有凹处的保护体和一布置在保护体和部件之间的所述间隔中的、既与保护体接触又与器件接触的中间层，其中，器件固定在载体上预先给定的位置处并且突伸出该载体，并且凹处与预先给定的位置对置地布置，以便器件插入凹处。此外，本发明还涉及一种用于封装部件的电气器件的方法，该部件包括一些器件和载体，该方法包括以下步骤：将这些器件固定在载体上预先给定的位置处，以便突伸出该载体；制造具有凹处的保护体并且将该保护体与部件连接，以便凹处与预先给定的位置对置，将这些器件插入凹处并且在部件和保护体之间保持间隔，在该间隔中设有一中间层，使该中间层既与保护体接触又与部件接触。
背景技术
现有技术公开了具有电气器件的部件相对其周围环境的密封装置，以防潮、耐高温并且不受振动造成的损坏。这种保护例如由电绝缘的保护体实现，该电绝缘的保护体与部件连接并且覆盖器件。用于将这种保护体安装到部件上或用于将该部件置入这种保护体的方法称作铸封或封装。
该电气器件一般例如通过通孔敷镀或表面接触与印制电路板钎焊。在铸封方法最简单的形式中，将器件定位在由树脂浇铸的铸模中，由此器件完全由树脂包围。在树脂硬化之后，围绕该器件形成了坚硬的并且耐抗性能的保护体。铸模可以形成外壳并且永久地与保护体保持连接。
在其它铸封方法中，铸模在树脂硬化之后被移除并且可以用于其它的部件。作为另一种保护电气器件的可能，已知所谓的“浸渍涂层”或浸渍涂布，其中，部件浸入树脂构成的浸池中，从而在这些器件上产生厚而硬的保护层，该保护层构成保护体并且完全包围部件。
但用铸封方法会带来一些问题，如不期望地并且有害地影响器件。例如会出现由树脂硬化时的收缩过程引起的不期望的压力和机械应力。器件还可能受到在树脂硬化时由于放热过程引起的高温的损坏。此外，作用在器件上的机械应力是有害的，该机械应力由印制电路板、器件和硬化树脂不同的热膨胀性能而引起。因为树脂一般具有与空气不同的磁导率，所以例如当树脂侵入变压器、线圈或功能性取决于空气缝隙的磁导率的其它电气器件的空气缝隙时，同样也会出现器件电气特性的变化。此外，如果器件是对压力敏感的，器件电气特性的变化还可能由于树脂硬化时的收缩或在工作中树脂的热膨胀而出现。压敏器件例如是压电石英、玻璃包覆的舌簧续电器以及由铁粉制成的线圈铁芯。最后，器件可能由于在硬化时形成的化学副产物而受损。
机械应力尤其导致在表面贴装器件(SMD器件)中造成损害，该器件由于它相对较弱的钎焊连接更容易与印制电路板分离。此外，如果印制电路板具有电缆插接器，则不能使用铸封方法，因为树脂浸入插接器会阻挡插接器可移动的元件并因此损坏插接器的功能。
US 6 583 355 B2记载了一种印制电路板，其布置在外壳中并且在该处被保护壳包围。为避免机械应力，在外壳中设有弹性的并且被保护壳包围的囊泡。在制造保护壳时出现的机械应力可以通过定位在保护壳中的囊泡来补偿。
此外，在DE 42 24 122 A1中记载了一种封装电路，其中，该电路完全被浇注料包围。为消除在浇注料硬化时出现的不期望的应力，在浇注料内部设置一个缓冲元件。
即使通过现有技术中开发的补偿装置减少了机械应力，但也不能完全避免该机械应力。尤其已证实，补偿装置不能够充分地抵消机械应力，因此不能可靠地防止器件的适用性受损。
通过US 6 035 524所述的方法部分地解决了该问题，据此，同时形成冷却体的保护体并不通过所配备的印制电路板的包封制造，而是与印制电路板分开地制造。保护体具有配属于器件的凹处，并且这样与所配备的印制电路板连接，使得器件装入凹处中。此外，保护体相对印制电路板和器件具有间隔，该间隔填充有电绝缘的、导热性良好的并且粘接的中间层。该中间层形成器件和保护体之间的热耦合并且例如由乳香树脂、树脂、漆、润滑剂或凝胶构成。
但保护体和印制电路板不同的热膨胀特性仍然会带来这样的危险，即，在器件上出现可能导致器件功能性受损或受影响的局部机械应力。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于包封具有电气器件的部件的可能性，其中，可以避免或至少减少由于载体和保护体不同的热膨胀性能而在器件区域内出现的机械应力。
按本发明该技术问题通过一种电气装置解决，该电气装置具有：一包括载体和电气器件的部件，其中，器件固定在载体上预先给定的位置处并且突伸出载体；一与部件固定连接的、与该部件具有一定间隔的、覆盖器件并且配设有凹处的保护体，其中，凹处与预先给定的位置对置地布置，以便器件插入凹处；一布置在保护体和部件之间的间隔中的、既与保护体接触又与部件接触的弹性中间层。
按本发明，在部件和保护体之间的间隔中设有弹性的中间层，当力引入该中间层时，它弹性地变形。因此中间层形成了用于由于部件和保护体不同的热膨胀而出现的机械应力的缓冲装置。在此，中间层同时用作部件和保护体之间的间隔垫片，以防止载体与保护体直接接触。从而避免或至少明显减少由于载体和保护体不同的热膨胀性能而对器件造成的损害和功能性的影响。
这些器件优选相互间隔地布置在载体上。这些器件优选布置在载体的相同侧上。尤其是这些器件朝相同方向突伸出载体。按本发明的扩展设计，载体设计成板状或至少局部成板状。载体尤其是一个印制电路板，通过该印制电路板例如通过钎焊连接使这些器件优选导电地连接。
这些凹处尤其配给这些器件。保护体面朝载体并且配有凹处的前侧与由载体和器件形成的空间结构优选匹配或优选至少近似地匹配。尤其是凹处在此的尺寸为，使得至少一个或多个器件与保护体之间具有间隔，尤其是环绕的间隔。此外，优选至少一个或多个器件与保护体具有端侧间隔。从而确保这些器件不会或仅很小程度地与保护体直接接触。由此也可以防止或至少明显减少这些器件受到由于保护体和部件不同的膨胀特性引起的机械应力。
按本发明的一种扩展设计，这些器件之一和保护体之间的环绕间隔不同于这些器件中的另一个和保护体之间的环绕间隔。如果需要这些器件之一尽可能少地将热量排放到保护体上，则该器件和保护体之间更大的环绕间隔可以例如用作热障。此外，这些器件之一和保护体之间的端侧间隔不同于这些器件中的另一个与保护体之间的端侧间隔。
优选中间层部分地或至少部分地填充部件和保护体之间的间隔。尤其是中间层与载体、与保护体并且优选也与至少一个或多个器件接触。所述至少一个或多个与中间层接触的器件优选由中间层固定和/或稳定和/或加固和/或对中。因此，能够实现防止至少一个或多个与中间层接触的器件受到局部机械应力的作用。中间层有利地至少在凹处之间的区域内设置在保护体的前侧。优选中间层延伸到至少一个或多个凹处中，尤其至少在边缘侧。
按本发明的扩展方案，中间层延伸到至少一个或多个环绕的间隔中。优选中间层延伸到至少一个或多个端侧的间隔中。至少一个或多个器件优选通过中间层与保护体连接。
中间层优选具有良好的导热性能，因此至少一个或多个器件和/或载体的热量能够传递到保护体中。按本发明的一种扩展方案，保护体形成一个冷却体或连接到冷却体的热耦合件。因此通过中间层的传导作用可以进行部件的冷却。
但在产生大量热量的器件，例如大功率晶体管中，通过中间层进行热偶会产生问题。如果不能导出足够的热量，这些器件在工作中会过热。此外，这些(产生大量热量的)器件会至少局部地这样加热保护体，使得其它器件热负载过大。也不排除中间层的材料渗漏到插接器的内部并因此阻碍其可动元件的可能性。
因此优选至少器件之一插入的至少一个凹处没有或基本上没有中间层。由此实现，插入凹处的至少一个器件不与中间层接触。因此优选至少一个或多个器件不与中间层接触。由此可以避免在一些器件中与中间层或中间层的材料有关的缺点。此外，优选所述至少一个凹处的尺寸设计得这样大，使得插入该凹处的器件在各侧均与保护体间隔地定位。如上所述，由此可以形成用于保护体的热障。
虽然如此，优选至少另一个器件插入的至少另一个凹处配有中间层。尤其是在这种情况下所述至少另一个器件与中间层接触。因此可以根据器件的特性利用中间层的优点并且克服中间层的缺点。因此，中间层不必设计成在器件和保护体之间的整个面。尤其是将中间层设置在多个相互间隔的位置上就足够了。
此外，存在这个问题，一些器件例如电解质电容器具有会被中间层材料堵塞的通风孔。当该器件负载较高时，在这些器件中形成的气体就不能再向外导出，这会毁坏这些器件。因此，优选在至少一个器件和载体之间设置一个不具有中间层的自由腔。若该器件是在其面朝载体一侧上具有通风孔的电解质电容器，则气体会释放到自由腔中。
作为补充或备选，优选在至少一个器件和对应凹处的底部之间设置一个端侧的自由腔，其中，凹处的底部没有中间层。若该器件是在其背对载体的一侧上具有通风孔的电解质电容器，则气体可以释放到端侧的自由腔中。
如上所述，保护体面朝载体的并且配有凹处的前侧与由载体和器件形成的空间结构优选至少近似地匹配。尤其是载体上的器件形成一些突起，保护体与这些突起互补地具有凹处。因此为保证这些器件的完全封装，保护体与部件的形状匹配。
优选凹处的外周轮廓与器件的外周轮廓至少近似地匹配。优选至少一个或多个凹处的尺寸设计成，使得至少一个或多个器件和保护体之间在各侧均留有间隔。保护体优选以不同的间距与器件间隔。尤其根据器件的尺寸来设计凹处的尺寸。优选保护体中的凹处在其尺寸方面也与器件的功能和/或放热情况匹配。对于放热较大的器件，对应的凹处例如可以选择得更大，以形成与保护体之间较大的空间或间隔。
这些器件优选垂直或基本上垂直地从载体突出。凹处优选直线延伸或基本上直线延伸。因此可以较容易地将器件装入凹处。限定这些凹处或其中几个凹处的环绕壁优选垂直或基本上垂直于载体地延伸。
凹处尤其具有相互间的间隔。优选在每个凹处中布置一个或至少一个器件。此外，还可以在至少一个凹处中设置两个或多个器件。这在两个或多个器件相对紧密地并排布置在载体上时是有利的。那么凹处可以具有分别与器件匹配的不同深度。
保护体前侧位于凹处之间的区域优选与载体的走向匹配。尤其是保护体前侧位于凹处之间的区域在一个平面上。
中间层优选部分地或至少部分地填充保护体和载体之间的间隔并且优选既与保护体也与载体接触。优选在至少一个凹处中，中间层额外地部分或至少部分填充保护体和配属于该凹处的器件之间的间隔。优选中间层在此与器件和保护体接触。因此，中间层优选与载体、保护体和器件接触。
中间层优选保证器件和保护体之间的间隔并因此用作间隔垫片。优选中间层仅布置在有用的区域内。按本发明的一种设计方案，也可以用中间层填充保护体和载体和/或器件之间间隔的仅一部分，优选只需要保证部件和保护体之间的间隔和/或部件与保护体之间期望的热传递和/或器件相对于外界期望的密封就足够了。因此，可以为器件提供足够的空间。尤其是并非每种器件都要与保护体保持相同的间距。
优选器件通过载体、保护体和中间层封装并优选也与外界密封。因为保护体优选与由载体和器件形成的空间结构匹配并且中间层除了弹性缓冲作用优选也具有密封作用，所以可以相对较容易地实现这种封装和与外界的密封。
按本发明的一种扩展方案，设计一个背侧的保护体，其中，所述两个保护体通过至少一个机械固定器件，例如螺栓固定地相互连接。部件尤其布置在保护体之间。此外，可以在背侧的保护体和部件之间设一弹性层。
保护体优选通过至少一个固定器件固定在载体上。固定器件例如可以由中间层形成或包括该中间层。优选保护体借助中间层固定在部件上。尤其是保护体借助中间层固定在载体和/或至少一个或多个器件上。优选保护体借助中间层与部件粘接。尤其是保护体借助中间层与载体和/或至少一个或几个器件粘接。中间层为此优选具有粘结的特性。通过这种中间层可以以简单的方式实现器件的封装，因为并不强制地需要附加的固定器件。作为补充或备选，保护体可以通过至少一个机械固定器件，例如螺栓固定在部件上。尤其是作为补充或备选，保护体可以通过至少一个机械固定器件固定在载体和/或至少一个或多个器件上。此外，固定器件优选用作间隔垫片，尤其是用于保持部件和保护体之间的间隔。
中间层例如由弹性体构成。尤其是中间层由一个硅酮弹性体或基于硅酮的弹性体构成。通过这种弹性体，可以实现保护体与部件的粘接。作为备选，橡胶也可以用作弹性体。在这种情况下，优选使用至少一个机械固定器件。中间层优选电绝缘。尤其是载体和/或部件借助中间层与保护体电绝缘。此外，中间层优选导热。尤其是载体和/或部件借助中间层与保护体热耦合。
按本发明的一种设计方案，至少一个凹处的底部与布置在该凹处中的器件导热地接触。因此可以通过保护体实现该器件的直接冷却。这种设计方案对放热较大的器件来说是适合的。
优选由部件和保护体形成的装置完全或至少部分地被外罩包围。外罩附加地保护器件以防例如潮湿和/或从外界带入的振动。因此，在极度恶劣的天气和环境条件下也可以实现电气装置的使用。外罩优选在铸造工艺中由尤其在浇铸之后硬化的浇注料制成。因此，该装置优选完全或至少部分地由外罩注塑包封。
如果使用概念“浇注料”，则优选是指在浇铸中为液体并且随后硬化的物料。硬化的浇注料优选形成固体材料和/或基本上为固体的材料和/或形状稳定的材料和/或基本上形状稳定的材料。作为浇注料例如可以使用聚氨酯或环氧树脂。但根据使用场合也可以将例如聚酰胺亚胺、金属或另一种材料用作浇注料。
按本发明的一种扩展设计，将由部件和保护体构成的装置装入容器中。
优选保护体具有一个通入凹处之一的、尤其是其中装入冷却体的贯穿孔，该冷却体与布置在该凹处中的器件导热地接触。尤其在由器件产生的热量不应被导入保护体中时，这对于放热量较大的器件，例如大功率晶体管或大功率晶体管装置来说是适合的。优选容器的凸起延伸到贯穿孔中，该凸起尤其与器件导热地接触，因此凸起形成冷却体。冷却体优选是金属的。
按本发明的一种扩展方案，该装置与容器的壁间隔地或至少局部间隔地布置，并且完全或至少部分被外罩包围，该外罩设置在装置和容器的壁之间。外罩优选通过用浇注料浇铸装置和容器壁之间的间隔而制成。
容器优选形成外壳，其尤其对器件提供附加的保护。例如通过容器可以实现对器件的电屏蔽。容器例如由塑料或金属，尤其由铝或钢材，例如特种钢制成。
概念“电气器件”也包括电子器件。此外，电气器件可以包括一个或多个电气元件和/或电子元件。
保护体优选是一个固体或基本上为固态的物体。保护体例如由环氧树脂、聚酰胺亚胺或金属，例如铝制成。
电气装置和/或由载体和器件构成的装置优选布置在风能设备的风轮之上或之中并优选形成叶片变桨驱动器(Blattwinkelverstellantrieb)的控制装置或至少是控制装置的一部分，借助该叶片变桨驱动器可使一个或至少一个风轮叶片相对风轮轮毂旋转，风轮叶片可旋转地支承在该风轮轮毂上。叶片变桨驱动器包括尤其是一个或至少一个电动机，电气装置和/或由载体和器件构成的装置优选与该电动机电耦合。优选电气装置和/或由载体和器件构成的装置固定在电动机上。电气装置和/或由载体和器件构成的装置优选包括一个或至少一个与电动机导电连接的变流器，该变流器具有至少一个或多个器件。
此外，本发明还涉及一种用于封装部件的电气器件的方法，该部件包括一些器件和载体，该方法的步骤如下：
-将这些器件固定在载体上预先给定的位置处，以便器件突伸出该载体，
-制造具有凹处的保护体，
-使保护体与部件连接，以便凹处与预先给定的位置相对置，将器件插入凹处并且在部件和保护体之间保持间隔，在该间隔中设计一个中间层，并使该中间层既与保护体接触又与部件接触，其中，中间层设计成弹性的。
按本发明的装置尤其通过按本发明的方法制造，因此能够按所有与按本发明的装置相关阐述的设计方案改进此方法。此外，可以按所有与按本发明的方法相关阐述的设计方案改进按本发明的装置。
保护体优选与部件分开地制造，尤其是在将该部件与保护体连接之前制造。
按本发明的一种实施方案，在保护体和器件和/或载体之间设置中间层。在保护体与部件连接之前，优选将中间层施加在保护体上。之后优选将具有中间层的保护体安装到部件上或将部件安装到中间层上。优选由该中间层确保保护体和部件之间的间隔，因此该中间层形成间隔垫片。
按本发明的另一种实施方案，将中间层施加到保护体上的至少一个区域内。优选将中间层施加到各凹处之间的区域内的保护体前侧上，优选在至少一个凹处中至少置入边缘侧。
优选将凹处配给器件。尤其是保护体中的凹处设置在与预先给定的位置对应的位置上。优选保护体与由载体和器件形成的空间结构匹配或至少近似匹配，优选以互补的方式匹配。因此，这些器件在部件与保护体连接时可以插入凹处中。保护体有利地通过铸造、挤压、切削或铣削等工艺制造。
按本发明的一种实施方案，器件通过保护体与部件的连接或组合而被封装，此外优选相对于外界密封。尤其是在此使中间层与载体接触。此外，优选使中间层与至少一个或多个器件接触。作为补充或备选，使中间层与至少一个或多个(其它)器件优选不接触。
优选中间层在至少一个区域内或多个区域内设置在保护体和部件之间的间隔中。优选中间层尤其在器件的区域内与保护体和载体接触，并且优选还与至少一个或多个器件接触。这些区域之间的过渡部可以是无缝的或配设有中断部。
优选给由部件和与该部件连接的保护体构成的装置配设外罩，该外罩完全或至少部分地包围该装置并且优选相对于外界密封。尤其是由部件和与该部件连接的保护体构成的装置完全或至少部分地用浇注料注塑包封，该浇注料优选在硬化之后形成外罩。浇注料尤其不与电气器件接触，因此，这些器件不会由于浇注料而出现损伤或功能性影响。
按本发明的一种实施方案，将由部件和与该部件连接的保护体构成的装置置入一个容器中并且优选通过至少一个固定器件与容器连接。固定器件例如包括粘接剂和/或机械固定器件，例如螺栓。
该装置优选与容器壁间隔地或至少局部间隔地布置。所述的至少一个固定器件优选也用作间隔垫片。尤其是该装置和容器壁之间的间隔用浇注料浇铸。因此，该装置完全或至少部分地由浇注料包围，该浇注料在硬化之后形成外罩。容器优选形成铸模。尤其是容器形成外壳。
按本发明的第一种变型方案，将配有外罩的装置保留在容器中。
按本发明的第二种变型方案，将配有外罩的装置与容器分离。随后将配有外罩的装置优选装入一个尤其除容器之外附加设置的外壳中。
外壳(与是否由容器形成或附加设置无关)尤其用于改善部件相对其周围环境的屏蔽，并因此提供一种附加的保护。
按一种备选方案，制备一个与由载体和器件形成的空间结构相仿或至少近似相仿的掩模并且通过使用掩模来制造保护体。优选掩模布置在铸模中并且优选通过至少一个固定器件与铸模连接。固定器件尤其是可拆卸的，并且例如包括一个机械的固定器件，例如螺栓。掩模尤其是或接近于是带有器件的载体的阳模(Positivabdruck)。优选掩模与铸模的壁间隔地或至少局部间隔地布置，其中，所述至少一个固定器件优选也用作间隔垫片。
在将掩模布置在铸模中之后，优选用浇注料浇铸铸模，该浇注料随后硬化。在浇注料硬化之后，使掩模与铸模分离，其中，硬化的浇注料形成保护体。此外，可以使保护体与铸模分离。但铸模优选形成一个外壳，因此保护体可以保留在铸模中。
随后将中间层施加到保护体上和/或部件上并且使部件与保护体和/或外壳连接。为此尤其将部件装入该外壳中。优选将部件安放到中间层上并与保护体连接，以便将这些器件插入凹处中并使中间层与载体接触。若铸模形成外壳，那么该铸模与由部件和保护体形成的装置尤其固定地连接。
该方法借助掩模保证器件不会受到浇注料引起的损伤或功能性影响。在浇铸铸模时，浇注料仅包围允许承受浇注料硬化时应力的掩模。
为制造掩模，例如可以扫描由载体和器件形成的空间结构。基于由扫描获得的信息可以制成掩模。但若已具有部件的阴模，例如保护体，则可以将该阴模置入铸模中，由此通过将浇注料注入铸模来制造掩模。
由部件和与之连接的保护体构成的装置优选装配在风能设备的风轮之上或之中。优选该装置在此由外罩包围和/或布置在外壳中。尤其部件与一个布置在风轮之上或之中的叶片变桨驱动器导电地耦合，优选借助该叶片变桨驱动器使风轮叶片相对风轮轮毂旋转，风轮叶片可旋转地支承在该风轮轮毂上。优选该装置也与叶片变桨驱动器的电动机机械地耦合。
附图说明
以下根据优选的实施形式并且参照附图进一步阐述本发明。在附图中：
图1是具有载体和设置于载体上的电气器件的部件的部分剖切的侧视图；
图2是图1的部件和与部件空间结构匹配的保护体的部分剖切的侧视图；
图3是保护体上局部施加了中间层的按图2的视图；
图4是按图3的视图，其中，部件与施加有中间层的保护体连接成按本发明第一种实施形式的装置；
图5是按图4的装置在装入外壳的状态中的部分剖切的侧视图；
图6是按图5的视图，其中，用浇注料浇铸外壳；
图7是按本发明第二种实施形式的装置的部分剖切的侧视图；
图8是设置在外壳中的掩模的部分剖切的侧视图；
图9是按图8的视图，其中，用浇注料浇铸外壳并且
图10是按图9的视图，其中，用按图1的部件代替掩模。
具体实施方式
由图1至6清楚可见一种按本发明第一种实施形式的用于封装电气器件的方法。部件1包括其上设有电气器件3至8的、印制电路板形式的载体2。各器件分别相互间隔地布置在印制电路板2上并且表示不同类型的、可以安装在印制电路板上的电气器件。器件3表示一种具有空气缝隙9的变压器，该空气缝隙9优选应当保持没有夹杂物。器件4是一个插接器。器件5是一个与印制电路板2间隔布置的电解质电容器，以便电容器5和印制电路板2之间设计一个自由腔10。电容器5通过连接电线固定在印制电路板2上并且在印制电路板2的区域内优选具有通风孔。该器件6是一个带有玻璃外壳的二极管，该玻璃外壳仅允许承受较小的机械载荷。器件7是SMD卡。此外，器件8形成能够通过表面11冷却的晶体管装置，尤其是IGBT模块。
当以下论及“该”器件或“所述”器件时，优选是指前述的器件3至8中的每一个，除非明确指出一个确定的器件。
为防止这些器件受环境影响，保护体12与载体2连接，以使这些器件封装在载体2和保护体12之间并由此受到保护。保护体12这样与载体2连接，从而在载体2与保护体12之间保持间隔13。此外，在这些器件和保护体12之间设有环绕间隔14和端侧间隔37。因此，保护体12既不与载体2直接接触又不与这些器件直接接触。
保护体12与部件1的由载体2和所述器件形成的空间结构匹配。保护体12尤其具有凹处15至19，这些凹处15至19近似与所述器件的尺寸和形状一致。凹处15尤其用于容纳器件3，凹处16用于容纳器件4，凹处17用于容纳器件5并且凹处19用于容纳器件8。此外，凹处18用于容纳器件6和7，因此凹处18形成一个用于器件6和7的共用凹处。各凹处的尺寸设计得都比各自对应的器件大。
在保护体12和载体2之间的间隔13中以及在凹处15、17和18中(即在保护体12与器件3、5、6和7之间的间隔14中)设有弹性的中间层24，借助该中间层24将部件1与保护体12连接。而凹处16和19没有或基本上没有中间层24。此外，凹处17的底部没有中间层24。凹处15在空气缝隙9的区域内也没有中间层24。因此，部件1和保护体12之间的间隔仅局部地填充有中间层24，该中间层24还用作部件1和保护体12之间的间隔垫片。
如上所述，一些凹处没有或至少局部没有中间层24。在器件4和保护体12之间围成的、凹处16中的腔21没有或基本上没有中间层24，因此中间层材料不会进入插接器4中并且阻碍该插接器4可移动的元件。在器件5和保护体12之间围成的、凹处17中的腔22没有或基本上没有中间层24，因此该中间层不会堵塞设计在电容器5端侧的通风孔。在器件8和保护体12之间围成的、凹处19中的腔23没有或基本上没有中间层24，因此该中间层不会在器件8和保护体12之间形成热桥。此外，在凹处19中，环绕的间隔14相比其它的凹处设计得更大以形成热障，因此由器件8放出的热量在尽可能小的范围内导入保护体12。
因此，中间层24仅局部设置在部件1和保护体12之间。尤其是当对于设置在这些凹处中的器件的功能性有用时，一些凹处没有或至少局部没有中间层24。
与由载体2和所述器件形成的空间结构匹配的保护体12通过在先的预加工方法制造。例如保护体12可以通过铸造、切削、挤压、铣削和/或其它成型工艺制造。因此，保护体12独立于部件1地制造，即在该部件1与保护体12连接之前制造。
将由部件1和与该部件1连接的保护体12构成的装置20装入外壳25中，其中，在该装置20和外壳25的壁之间局部地保持一段间隔30。外壳25的凸起27延伸穿过保护体12中的贯穿孔28，该贯穿孔28过渡为凹处19。凸起27贴靠在器件8的表面11上并且用作器件8的冷却体。此外，部件1并且因此该装置20通过此处形式为螺栓的机械固定器件26与凸起27并且因此与外壳25固定连接。
作为机械固定器件26的补充或备选，装置20还可以通过一种粘接剂29固定在外壳25上。用浇注料31填充形成于该装置20和外壳25的壁之间的间隔或间隙30，其中，载体2背对保护体12的一侧也被浇注料31覆盖。在浇注料31硬化之后，装置20持久地封装在浇注料31中，这在示出按本发明第一种实施形式的电气装置38的图6中可以清楚看出。
由于保护体12单独的制造，可以使用具有不同特性的不同材料来制造该保护体。例如作为用于保护体12的材料可以是环氧树脂，尤其是双组分的环氧树脂，它例如具有E＝2.7MPa的弹性模量、20MPa的屈服极限、T＝-40至150℃的工作温度、约60℃的玻璃转化温度和Tg＝80ppm/K的热膨胀系数(代替ppm/K也可以记为μm/m/K)。载体或印制电路板材料的热膨胀系数优选位于20至30ppm/K范围内。环氧树脂的值80ppm/K可接受地接近于30ppm/K这个值，因此当温度在运行时受到较小的波动(例如在0至40℃之间)并且保持在环氧树脂的玻璃化转变温度Tg以下时，材料膨胀的差别保持较小。环氧树脂的导热性能尤其为0.18W/(m*K)并且其耐压强度尤其为16kV/mm。此外，环氧树脂的吸水能力优选很小。这种环氧树脂形成良好的浇注材料并且由现有技术已知。
但更适合于保护体12的材料是聚酰胺-酰亚胺(PAI)，例如PAI4275。在此尤其是指含有20％石墨和3％聚四氟乙烯(PTFE)的聚酰胺。该材料具有25ppm/K的热膨胀系数，这接近于印制电路板材料的热膨胀系数值20ppm/K，因此，几乎不会由于温度的波动而在载体2和保护体12之间出现相对运动并因此几乎也不会出现机械应力。附加地，PAI在-190至260℃的温度范围内具有较高的强度并且具有很好的耐压强度。此外，PAI具有275℃的玻璃转化温度，因此也可以在电气器件最高的工作温度中使用。
但由于PAI具有较高的粘度和超过200℃的溶化温度，该材料不能在普通的铸造工艺中使用，在普通的铸造工艺中器件会与浇注料进行较紧密的热接触。据此，在不接触电气器件的情况下单独地制造保护体12。为了制造保护体12，可以使用已知的制造工艺，例如也可以使用注塑。在此，保护体12单独的制造称作预罐封(Pre-Potting)。
以下按第一种实施形式描述制造方法。
通过将所述器件固定在载体2上来制成部件1。部件1例如由图1清楚可见。
保护体12独立于部件1制造并且在此与由载体2和所述器件形成的部件1的空间结构匹配。因此，保护体12具有凹处15至19，在图2中明显可见，布置在载体2上的器件可以插入所述凹处15至19中。按图3随后将具有粘接特性的弹性的中间层24施加到保护体12的表面上，借助该弹性的中间层24，载体2与保护体12持久地连接，这在图4中清楚可见。在此，中间层24优选确保载体2与保护体12之间保持期望的间隔。
作为中间层24优选的材料，使用硅酮弹性体或基于硅酮的弹性体，其在硬化之前具有较小的粘度并且在硬化之后具有较高的弹性(较小的弹性模量)、较高的耐压强度和较小的热膨胀系数。这种弹性体例如具有2850mPA*s的粘度，在硬化之后45肖氏-A的硬度以及250ppm/K的热膨胀系数。
在将保护体12与载体2连接之后，这样形成的装置20是防水的，并因此能够无损地在潮湿的环境中工作。此外，装置20抗震并且能抵御其它的外界影响。装置20优选形成相互连为一体的，尤其是整体式的结构。
由于中间层24的耐压强度较高以及其电绝缘特性，保护体12也可以具有金属材料或由金属材料组成。在这种情况下，保护体12可以形成一个用于部件1和/或器件的外部壳体或具有用于部件1和/或器件的外部壳体的功能。该金属材料优选是或包括铝。
按图5，将组装为一体的装置20装入外壳25中，其中，装置20通过固定器件26和/或涂覆在间隔垫片39上的粘接剂29固定在外壳25中。装置20在此与外壳25的壁间隔地或至少局部间隔地定位。保护体12在器件8的区域内具有贯穿的凹槽28，以使器件8与外壳25的凸起27接触。按图6，用例如由聚氨酯或环氧树脂组成的液体浇注料31浇铸外壳25。当浇注料31硬化之后，外壳25、浇注料31和装置20形成一个相互连接在一起的，尤其是整体式的结构。
作为基于硅酮的弹性体的备选，也可以使用另一种弹性材料和/或弹性体材料用于中间层24。中间层24例如可由一种非粘性的弹性的材料32组成，这在示出了按本发明第二种实施形式的装置20的图7中清楚可见，其中，与第一种实施形式相同或相似的特征采用与第一种实施形式中相同的附图标记表示。此外，载体2由背侧的保护体33覆盖，其中，两个保护体12和33通过在此形式为螺栓的机械固定器件34彼此固定相连。此外，在背面的保护体33和载体2之间设有一弹性层41。按图7，优选将橡胶用于中间层24和/或弹性层41。按图7的装置20尤其形成按本发明第二种实施形式的电气装置。
对第二种实施形式的进一步描述参阅第一种实施形式的说明。按第二种实施形式的装置20尤其可以代替按第一种实施形式的装置20。
参照图8至10描述本发明的第三种实施形式，其中，与先前实施形式相似或相同的特征采用与先前实施形式中相同的附图标记表示。按图8将形成部件1近似的阳模的掩模35装入外壳25中，该部件1按图1构造并且具有载体2和固定于该载体2上的器件。在形成至少一个中间腔36的情况下，掩模35通过此处为螺栓形式的机械固定器件40固定在外壳25中，其中，外壳25同时形成铸模。随后，由图9清楚可见用液体浇注料31浇铸外壳25。在此，用浇注料31填充掩模35和外壳25的壁之间的中间腔36，其中，作为浇注料31可以使用聚氨酯或环氧树脂。当浇注料31硬化之后，使掩模35分离，其中，由硬化的浇注料31形成的本体12构成掩模35的阴模并因此构成部件1近似的阴模。之后将弹性的粘性中间层24施加到本体12上，然后将带有所述器件的载体2安装到本体12上，由此该本体形成保护体。该本体12、外壳25和器件1因此形成彼此连接到一起的，尤其是整体式的结构，这在示出了按本发明第三种实施方式的电气装置38的图10中可以清楚看出。对该第三种实施形式的进一步描述参阅第一种实施形式的说明。
为防止水或水蒸气进入载体2和保护体12之间的空腔，部件1与保护体12的连接在所有实施形式中优选在惰性环境中进行。
附图标记清单
1部件
2载体/印制电路板
3变压器
4插接器
5电解质电容器
6具有玻璃外壳的二极管
7SMD卡
8晶体管装置
9空气缝隙
10自由腔
11晶体管装置的表面
12保护体
13间隔
14间隔
15保护体的凹处
16保护体的凹处
17保护体的凹处
18保护体的凹处
19保护体的凹处
20装置
21腔
22腔
23腔
24中间层
25外壳
26固定器件/螺栓
27外壳的凸起
28贯穿的孔
29粘接剂
30间隔/缝隙
31浇注料
32非粘性的弹性材料/橡胶
33背面的保护体
34固定器件/螺栓
35掩模
36掩模和外壳之间的中间腔
37间隔
38电气装置
39间隔垫片
40固定器件/螺栓
41弹性层

Claims (30)

1.一种电气装置，该电气装置具有：
-一包括载体(2)和电气器件(3-8)的部件(1)，其中，所述器件(3-8)固定在所述载体(2)上预先给定的位置处并且突伸出所述载体(2)，
-一与所述部件(1)固定连接的、与该部件(1)具有一定间隔(13)的、遮盖所述器件(3-8)并且配设有凹处(15-19)的保护体(12)，其中，所述凹处(15-19)与所述预先给定的位置对置地布置，以便所述器件(3-8)插入所述凹处(15-19)，
-一布置在所述保护体(12)和所述部件之间的间隔(13)中的、既与所述保护体(12)接触又与所述部件(1)接触的中间层(24)，
其特征在于，所述中间层(24)设计成弹性的。
2.如权利要求1所述的电气装置，其特征在于，所述器件(3-8)相互间隔地布置在所述载体(2)上。
3.如权利要求1或2所述的电气装置，其特征在于，所述保护体(12)面朝所述载体(2)并且配有所述凹处(15-19)的前侧与由所述载体(2)和所述器件(3-8)形成的空间结构匹配或至少近似匹配。
4.如权利要求1至3之一所述的电气装置，其特征在于，所述凹处的尺寸为，使得所述器件(3-8)与所述保护体(12)之间具有环绕的间隔(14)。
5.如权利要求4所述的电气装置，其特征在于，所述器件之一(3)和所述保护体(12)之间的环绕间隔(14)不同于所述器件中的另一个(8)和所述保护体(12)之间的环绕间隔(23)。
6.如权利要求1至5之一所述的电气装置，其特征在于，所述中间层(24)至少部分地填充所述部件(1)和所述保护体(12)之间的间隔(13)并且与所述载体(2)、所述保护体(12)和所述器件的至少一个(3)相接触。
7.如权利要求6所述的电气装置，其特征在于，所述至少一个与所述中间层(24)接触的器件由所述中间层(24)固定并且对中。
8.如权利要求1至7之一所述的电气装置，其特征在于，所述凹处的至少一个(19)没有或基本上没有所述中间层(24)。
9.如权利要求1至8之一所述的电气装置，其特征在于，所述器件的至少一个(8)不与所述中间层(24)接触。
10.如权利要求1至9之一所述的电气装置，其特征在于，所述器件(3-8)由所述载体(2)、所述保护体(12)和所述中间层(24)封装并且相对于外界密封。
11.如权利要求1至10之一所述的电气装置，其特征在于，所述保护体(12)由至少一个机械固定器件(34)固定在所述载体(2)上。
12.如权利要求1至11之一所述的电气装置，其特征在于，所述保护体(12)借助所述中间层(24)与所述载体(2)粘接。
13.如权利要求1至12之一所述的电气装置，其特征在于，所述中间层(24)由弹性体构成。
14.如权利要求1至13之一所述的电气装置，其特征在于，所述凹处的至少一个(19)的底部与布置在该凹处中的器件(8)导热地接触。
15.如权利要求1至14之一所述的电气装置，其特征在于，由所述部件(1)和所述保护体(12)构成的装置(20)至少局部被外罩(31)包围。
16.如权利要求1至15之一所述的电气装置，其特征在于，由所述部件(1)和所述保护体(12)构成的装置(20)被置入容器(25)中。
17.如权利要求16所述的电气装置，其特征在于，所述保护体具有连通入所述凹处之一(19)中的贯穿的孔(28)，所述容器(25)的凸起(27)延伸到该孔(28)中，该凸起(27)与布置在该凹处(19)中的器件(8)导热地接触。
18.如权利要求15和16或17所述的电气装置，其特征在于，所述装置(20)至少局部与所述容器(25)的壁间隔地布置并且所述外罩(31)设置在所述装置(20)和所述容器(25)的壁之间。
19.一种用于封装部件(1)的电气器件的方法，该部件包括器件(3-8)和载体(2)，该方法包括以下方法步骤：
-将所述器件(3-8)固定在载体(2)上预先给定的位置处，使得所述器件(3-8)突伸出载体(2)，
-制造具有凹处(15-19)的保护体(12)，
-将所述保护体(12)与所述部件(1)连接，使得所述凹处(15-19)与所述预先给定的位置对置，将所述器件(3-8)插入凹处(15-19)并且在所述部件(1)和保护体(12)之间保持间隔，在该间隔中设置中间层(24)，并且使该中间层既与所述保护体(12)接触又与所述部件(1)接触，
其特征在于，所述中间层(24)设计为弹性的。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在连接所述保护体(12)与所述部件(1)之前将所述中间层(24)施加在该保护体(12)上。
21.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述中间层(24)在所述凹处(15-19)之间的区域内施加在所述保护体(12)前侧并且在所述凹处的至少一个(19)内至少施加在边缘侧。
22.如权利要求19至21之一所述的方法，其特征在于，所述保护体(12)以互补的方式与由所述载体(2)和所述器件(3-8)构成的空间结构匹配或至少近似地匹配。
23.如权利要求19至22之一所述的方法，其特征在于，通过将所述保护体(12)与所述部件(1)相连而封装所述器件(3-8)。
24.如权利要求19至23之一所述的方法，其特征在于，由所述部件(1)和与该部件连接的保护体(12)构成的装置(20)完全或至少局部地被浇注料(31)包围，该浇注料在硬化后形成完全或至少局部包围所述装置(20)的外罩。
25.如权利要求19至24之一所述的方法，其特征在于，由所述部件(1)和与该部件连接的保护体(12)构成的装置(20)被置入容器(25)中，并且通过至少一个固定器件与该容器(25)连接。
26.如权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述装置(20)至少局部与所述容器(25)的壁间隔地布置并且用浇注料(31)浇注所述装置(20)与所述容器(25)的壁之间的间隔，由此形成外罩。
27.如权利要求25或26所述的方法，其特征在于，所述固定器件包括机械固定器件(26)和/或粘接剂(29)。
28.如权利要求19至24之一所述的方法，其特征在于，制造一个与由所述载体(2)和器件(3-8)构成的空间结构相仿或至少近似相仿的掩模(35)，并且通过使用掩模(35)来制造所述保护体(12)。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，
-将所述掩模(35)布置在铸模中并且用浇注料(31)浇注该铸模，
-在浇注料(31)硬化后将所述掩模(35)从铸模中移除，其中，硬化的浇注料形成所述保护体(12)，
-将所述中间层(24)施加在所述保护体(12)上，
-将所述部件(1)安装到中间层(24)上并且与保护体(12)连接，使得所述器件(3-8)插入所述凹处(15-19)内，并且使中间层(24)与载体(2)接触。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述铸模形成一个与由所述部件(1)和保护体(12)构成的装置固定相连的外壳(25)。
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