CN104247587A - 具有pcb和两个外壳部分的电子单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子单元(1)，所述电子单元(1)包括被布置安装到主外壳(6、7)中的电路板PCB(2)。所述主外壳包括第一外壳部分(6)和第二外壳部分(7)，其中所述第一外壳部分(6)至少部分地导电。所述PCB(2)包括第一外层(3)、第二外层(4)和接地平面(5)，其中，在安装时所述第一外层(3)主要朝向所述第一外壳部分(6)，并且所述第二外层(4)主要朝向所述第二外壳部分(7)。此外，在安装时，所述接地平面(5)被布置为与所述第一外壳部分(6)进行电接触，以形成朝向所述第一外层(3)的第一腔室(29)和朝向所述第二外层(4)的第二腔室(30)。所述腔室(29、30)由接地平面(5)分隔开，从而在所述腔室(29、30)之间形成电磁屏蔽。

Description

具有PCB和两个外壳部分的电子单元
技术领域
本发明涉及包含有被安装到主外壳中的电路板(PCB)的电子单元。所述主外壳包括第一外壳部分和第二外壳部分，其中所述第一外壳部分至少部分地导电。所述PCB包括第一外层、第二外层和接地平面，其中在安装时所述第一外层主要朝向第一外壳部分，并且所述第二外层主要朝向第二外壳部分。
背景技术
在多个技术领域中，例如在汽车上的电子系统的控制领域中，期望提供具有盖子的密封外壳，所述密封外壳容纳有印刷电路板(PCB)，所述PCB上安装有数个电子零件。这种容纳了具有数个电子零件的PCB的所述密封外壳例如被称为电子控制单元(ECU)。所述自身具有盖子的密封外壳可防止PCB及其零件遭受机械损坏以及受到各种环境的影响。
还期望获得电磁屏蔽或改进电磁兼容性(EMC)。例如，安装时，PCB通常设有用于使ECU与汽车其它部分进行电接触的插头连接器。这样的插头连接器是电磁干扰(EMI)的一个来源，这是因为所述连接器主要被用作发送和接收信号的天线，因此期望所述连接器与对电磁干扰敏感的零件以及发射EMI的零件相分隔开。
文献US 5392197中公开了：外壳及其盖子由金属制成，以屏蔽ECU的所有零件。
然而，在上述的公开内容中，在分隔的零件之间没有形成屏蔽，所述分隔的零件会相互干扰，并且所述金属外壳及盖子价格昂贵且体积庞大。
文献WO 2011069828中公开了：使用用于屏蔽某些零件的分隔的金属盖子，这些盖子还可用作用于散热的热导体。
然而，在上述的公开内容中，需要多个分隔的金属盖子，这些分隔的金属盖子被特定构型且需要被特定安装。
发明内容
因此，需要具有电磁屏蔽的ECU，所述ECU与现有的解决方案相比功能更多且易于装配，不会产生更高的原料成本，也不会引起更复杂的装配。
因此，本发明的目的是提供具有电磁屏蔽的ECU，所述ECU与现有的解决方案相比功能更多且易于安装，不会产生更高的原料成本，也不会引起更复杂的装配。
通过电子单元可实现该目的，所述电子单元包括被布置安装到主外壳中的电路板(PCB)。所述主外壳包括第一外壳部分和第二外壳部分，其中所述第一外壳部分至少部分地导电。所述PCB包括第一外层、第二外层和接地平面，其中在安装时所述第一外层主要朝向第一外壳部分，并且所述第二外层主要朝向第二外壳部分。此外，在安装时，接地平面被布置为与第一外壳部分进行电接触，以形成朝向第一外层的第一腔室和朝向第二外层的第二腔室，其中所述的两个腔室被接地平面分隔开，从而在两个腔室之间形成电磁屏蔽。
根据实施例，第一外壳部分由金属材料制成，并且第二外壳部分由塑料材料制成。
根据另一实施例，电子单元还包括连接器，所述连接器被布置为用于建立电子单元与该电子单元外部的部件之间的电接触。所述连接器包括多个连接器脚且至少部分地被放置到第二腔室中。优选地，连接器被压装在第一外壳部分和第二外壳部分之间，并且电磁干扰(EMI)滤波器装置可被安装到连接器脚处。
根据另一实施例，第一多个零件被安装到第一外层上，并且第二多个零件被安装到第二外层上。一个外层上的所有零件在回流工艺中被安装，并且另一外层上的至少一个零件通过另一工艺被安装。所述另一工艺例如是压装、粘合或黏合。
从从属权利要求中可看出其它实施例。
本发明可实现多个优势，例如在不增加用于电子单元的部件数量的情况下可实现电磁屏蔽。
附图说明
现在将结合随附的附图对本发明进行更加详细地描述，其中：
图1示出了安装前的电子单元的示意立体图；
图2示出了安装后的电子单元的示意侧视图；以及
图3示出了安装后的电子单元的示意截面侧视图。
具体实施方式
参考图1、图2和图3，示出了电子单元1。图1示出了未装配的电子单元1的立体图，图2示出了装配好的电子单元1的立体图，以及图3示出了图2的截面，由此示出了装配好的电子单元1的内部。电子单元1可以是交通工具控制系统中的一部分，并且包括电子零件和连接器，下文将对此进行更加详细地描述。
电子单元1包括印刷电路板(PCB)2。PCB 2通常具有三个导电层：第一外层3、第二外层4和中间层5，所述外层3、4通过绝缘材料D(例如玻璃纤维)与所述中间层5分隔开。外层3、4由导电轨道和零件连接器组成，并且中间层5由接地平面组成。每个导电层3、4、5都具有镀铜的形式，通过在外层上进行蚀刻的方式将铜移除，以形成导电轨道和零件连接器。
正如本领域技术人员所熟知的，还有其它方法来形成导电轨道和零件连接器，例如丝网印刷。
电子单元1还包括第一外壳部分6和第二外壳部分7，其中所述第一外壳部分6由金属制成并被安装到交通工具的部件8处。为了便于安装，第一外壳部分6可包括具有附接孔的法兰(未示出)。
每个外壳部分6、7包括第一壁9、10以及分别对应的侧壁11、12、13、14和15、16、17、18，所述第一壁9、10平行于PCB 2并且背向所述PCB 2，所述分别对应的侧壁11、12、13、14和15、16、17、18限定了具有大体矩形截面的内部空间。
当安装PCB 2时，第一外层3主要朝向第一外壳部分6，并且第二外层4主要朝向第二外壳部分7，所述外壳部分6、7共同形成主外壳6、7，所述主外壳防止PCB 2及其零件遭受机械损坏和受到多种环境的影响。
在第二外层4上，安装有使电子单元1与电子单元1外的部件进行电接触的接头连接器19，所述接头连接器19包括多个连接器脚20。为了清晰，图1中仅示出了一个连接器脚20，但其代表着多个连接器脚。此外，在第二外层4上，安装有第一电容器22、第二电容器23、第三电容器24和电阻25。在第一外层3上，安装有电感26、电容器27和时钟信号电路28。
根据本发明，中间层5被布置为与第一外壳部分6进行电接触，从而形成朝向第一外层3的第一腔室29和朝向第二外层4的第二腔室30，其中所述腔室29、30被中间层5分隔开，并且对于电磁干扰(EMI)彼此间电磁屏蔽。
第二外壳部分7由耐用的绝缘材料制成，例如塑料材料，这使得第二腔室30与第一腔室29相互电磁屏蔽，但不会与电子单元1的外部电磁屏蔽。另一方面，第一腔室29电磁屏蔽于电子单元1外部的电磁干扰，防止所述电磁干扰进入第一腔室29。同样，第一腔室29产生的电磁干扰也无法离开所述第一腔室29。
当将第一外壳部分6安装到交通工具时，制成所述第一外壳部分6的金属提供了所需的固定，这种所需的固定能够防止对包含在电子单元1中的例如加速计及相似设备(未示出)的干扰。
为了防止电磁干扰经由连接器19进入电子单元1，以及为了防止电磁干扰在两两连接器脚20之间进行分布，在连接器脚20处放置有电磁干扰滤波器装置31(如图3所示)。电磁干扰滤波器装置31例如可由一个或数个小电容器构成，这是本领域技术人员所熟知的。
第一外层3上的零件26、27、28和第二外层4上的一些零件通过回流工艺中的两条通道被附接到PCB 2，这是本领域技术人员所熟知的。
在这一工艺中，首先，将具有粘合功能的焊膏放置在PCB 2的一个将要被附接多个零件的外层上。其次，通过拾取和放置机器将所述多个零件放置在被讨论的所述外层上，以使得所述零件的连接器被放置在焊膏中。最后，将具有被讨论的朝上的外层的PCB 2运送穿过加热工艺，其中，焊膏先融化后固化，以使所述多个零件被焊接到正确的位置。
然后，将PCB翻转180°，以使得之前焊接了多个零件的外层朝向下方。在另一外层上重复进行上述工艺，以使零件被焊接到该层并且在第二回流通道中被焊接。
在第二外层4上，第一电容器22构成能量存储电容器，并且是对电磁兼容性没有任何重要影响的相对大的零件。被安装到第一外层3上的电感26也相对较重。
如果在回流工艺的第一通道处加入电容器22，即，如果根据上文所述方法首先处理第二外层4然后翻转180°，那么所述电容器22在回流工艺的第二通道处很可能会下落。由此，只有那些在回流工艺的第二通道中当被颠倒放置时仍被焊接到适当位置的零件才会被安装到回流工艺的第二外层4处。
在这种情况下，电感26在第二通道处被添加，并且不必被颠倒地运送穿过回流工艺。
可替换地，如果第一外层4的零件被附接到回流工艺的第一通道中，则电感26在回流工艺的第二通道处可能会下落，其中，电容器22反而会被添加到回流工艺的第二通道处，而不必在回流工艺期间进行翻转。
为了避免那些在回流工艺的第二通道中会被颠倒地放置的大的零件被附接到所述回流工艺的更多通道，这个或这些零件(例如第一电容器22和电感26)在所述回流工艺的第二通道之后通过压装被添加，其中零件连接器脚21被压装到PCB 2上相应的连接器孔中，从而实现零件固定和电接触这两者。此例中，连接器19是由于其重量而适于压装的另一零件的示例。
将哪些零件放置到哪个腔室中可由腔室29、30的可用尺寸和零件的尺寸来部分地决定，只要其不会对电磁兼容性产生不利影响。在示意图中，腔室29、30相对于零件来说被相对大地示出，但在实际中，可用空间可能是非常有限的。
同样地，所述零件仅以示意性的相对尺寸被示出，而不以任一方式被限制。大电感26可以具有相对小的重量，以使其之前在回流工艺的第一通道中被安装之后能够在回流工艺的第二通道中被颠倒地放置—。
此外，上文所提到的零件仅是处于电子单元1中合适位置的合适零件的示例。例如，如果需要，连接器19通过可用的空间可至少部分地被放置到第一腔室29中。然而，优选地，至少一个电容器22(可以是能量存储电容器)被置于第二腔室30中，并且用于能量供应和数字处理的所有零件(例如电感和时钟信号电路)被置于第一腔室29中。
本发明不受限于上文所述，而是可在随附的权利要求的范围内自由改变。例如，如果存在在回流工艺之后被安装的一个或一些零件，则所述的零件不需要被压装，而是以其它方便的方式被粘合、黏合或卡接到PCB处。
PCB 2可以仅有两层，其中第一外层以如下方式被制成：在一定程度上对镀铜进行保护以获得虚拟的接地平面，从而对电磁干扰进行足够的屏蔽。PCB中也可以存在多层，可以包括多于一个接地平面以及数个信号和能量供给层。通常，这种结构进一步增强了对电磁干扰的屏蔽。此外，最常用的PCB结构是偶数层的，例如四层。
用作接地平面的层5与第一外壳部分6之间的接触可通过多种方式来实现，例如通过导电膏或从接地平面层5突出的弹性金属探针来实现。PCB的边缘可以是电镀的，其中镀层与所述接地平面电接触。
电子单元1可具有合适的形状，例如圆柱形。与图中所示相比，外壳6、7也可具有更多或更少的壁。
第一外壳部分6不必完全由金属制成，而是可以由塑料与以下金属共同制成：内侧或外侧上的内含金属、金属包衣或金属涂层。金属不必均匀分布，但其必须是一种提供电磁屏蔽的结构。此处，安装时，第一外壳部分6的内侧包括朝向PCB 2的表面，并且第一外壳部分6的外侧包括背向PCB 2的表面。
PCB 2可以是任意种类的适合的电路板，例如由玻璃纤维或任意其它适合的塑料材料制成，例如是基于陶瓷或聚四氟乙烯(PTFE)制成的。
上文提到的所有材料仅是适合的材料的示例。同样地，上文提到的零件仅是电子单元中的可能的零件的示例，提供这些示例性零件是为了增强对本发明的理解。与说明书中所提到的零件相比，此类电子单元通常包括更多的零件。
PCB例如可以被附接到第一外壳部分6的槽口或凹口(未示出)处，或者通过图3中虚线所示的PCB保持支柱32、33被附接。

Claims (13)

1.一种电子单元(1)，其包括电路板PCB(2)，所述电路板PCB(2)被布置安装到主外壳(6、7)中，所述主外壳包括第一外壳部分(6)和第二外壳部分(7)，其中所述第一外壳部分(6)至少部分地导电，所述PCB(2)包括第一外层(3)、第二外层(4)和接地平面(5)，其中，安装时所述第一外层(3)主要朝向所述第一外壳部分(6)，并且所述第二外层(4)主要朝向所述第二外壳部分(7)，所述电子单元的特征在于，安装时，所述接地平面(5)被布置为与所述第一外壳部分(6)进行电接触，以形成朝向所述第一外层(3)的第一腔室(29)和朝向所述第二外层(4)的第二腔室(30)，其中，所述第一和第二腔室(29、30)由所述接地平面(5)相分隔开，从而在所述第一和第二腔室(29、30)之间形成电磁屏蔽。
2.根据权利要求1所述的电子单元(1)，其特征在于，安装时所述第一外壳部分(6)朝向所述PCB(2)的表面以及内表面均是导电的。
3.根据权利要求1或2所述的电子单元(1)，其特征在于，所述第一外壳部分(6)由金属材料制成，并且所述第二外壳部分(7)由塑料材料制成。
4.根据前述任一权利要求所述的电子单元(1)，其特征在于，所述电子单元(1)还包括连接器(19)，所述连接器(19)被布置为建立所述电子单元(1)与所述电子单元(1)外部的部件之间的电连接，所述连接器包括多个连接器脚(20)且至少部分地被放置到所述第二腔室(30)中。
5.根据权利要求6所述的电子单元(1)，其特征在于，电磁干扰滤波器装置(31)被放置到所述连接器脚(20)处。
6.根据权利要求5所述的电子单元(1)，其特征在于，所述电磁干扰滤波器装置(31)包括至少一个电容器。
7.根据权利要求4至6中任一项权利要求所述的电子单元(1)，其特征在于，所述连接器被压装在所述第一外壳部分(6)和所述第二外壳部分(7)之间。
8.根据前述任一权利要求所述的电子单元(1)，其特征在于，第一多个零件(26、27、28)被安装到所述第一外层(3)上，并且第二多个零件(22、23、24、25)被安装到所述第二外层(4)上，其中一个外层上的所有零件在回流工艺中被安装，并且另一外层上的至少一个零件通过另一工艺被安装。
9.根据权利要求8所述的电子单元(1)，其特征在于，所述另一工艺是压装、粘合或黏合中的一种。
10.根据权利要求8或9中任一项权利要求所述的电子单元(1)，其特征在于，所述第一多个零件(26、27、28)包括用于能量供应和数字处理的零件，并且所述第二多个零件(22、23、24、25)包括能量存储零件(22)。
11.根据权利要求10所述的电子单元(1)，其特征在于，所述用于能量供应和数字处理的零件包括至少一个电感(26)和至少一个时钟信号电路(28)，并且所述能量存储零件是电容器(22)。
12.根据前述任一权利要求所述的电子单元(1)，其特征在于，所述接地平面(5)是所述PCB(2)中的中间层。
13.根据前述任一权利要求所述的电子单元(1)，其特征在于，所述第一外壳部分(6)被安装到交通工具的一个部件(8)处。
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