CN105340373A - 具有振动脱耦的电子构件的电路板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电路板和具有振动脱耦的电子构件的装置。根据本发明，该装置具有构造成能振动的子结构。子结构与电路板在电路板的表面区域上相连接。子结构具有至少一个用于构件的容纳盘。子结构构造成，构件与由电路板作用到子结构上的结构噪声脱耦。子结构构造为空间的模塑-互连-器件-结构，其具有至少一个通过导电层形成的电连接线路，其使得电路板与构件相连接。

Description

具有振动脱耦的电子构件的电路板

技术领域

本发明涉及一种具有电路板和振动脱耦的电子构件的装置。

背景技术

在由现有技术已知的具有电子构件、特别是传感器、例如加速度传感器的电路板中存在以下问题，传递到电路板上的机械干扰振动不应到达电子构件、特别是传感器中，只要传感器能够将这些干扰振动作为干扰信号接收，该干扰信号与要由传感器检测的有效信号叠加并且因此能够干扰有效信号的评估。

为了解决该问题，由现有技术已知弹簧和/或衰减元件，其以凝胶、弹性体或弹性泡沫的形式布置在构件和电路板之间。

发明内容

根据本发明，开头所述类型的装置具有构造成能振动的子结构。子结构与电路板在电路板的表面区域相连接。子结构具有至少一个用于构件的容纳盘。子结构构造成，使得构件与从电路板作用到子结构上的结构噪声-优选地对于大于500赫兹的频率-脱耦。优选地，容纳盘与构件相连接。子结构优选地由塑料构成，其中，构件、特别是构件的至少一个电接线端借助至少一个电连接线路与电路板、特别是电路板的电接线端相连接。子结构优选地构造为特别是空间上的模塑-互连-器件结构，其具有该至少一个电连接线路。电连接线路优选地构造为导电层、特别是表面层，其与子结构、特别是子结构的表面相连接。更优选的是，至少一个电连接线路借助于电镀、热喷涂、特别是离子喷涂、或者冷气喷涂来施加到子结构上。对于电镀，子结构例如能够借助激光在表面成型，从而借助于电镀能够在表面成型之后的步骤中生成导电层。

对于热喷涂，子结构的表面能够在待产生导电层的区域中粗糙化，以便如此在该处生成用于层生长的籽晶形成。粗糙化能够例如借助于激光作为有利成型来实施。

电路板的电接线端优选地通过焊盘、特别是印制导线部段来形成。

因此，构造成能振动的、特别是弹性的子结构能够有利地不仅形成使电构件与电路板脱耦的弹簧或者附加的衰减器，并且也利用其作为MID子结构的属性与电路板电连接。因此有利地能够取消特别构造的、尤其是柔性的电连接线路例如绞合线，其从电路板一直延伸到构件为止。

优选地，子结构通过塑料、特别是注塑产生的塑料形成。塑料例如是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、ABS(ABS＝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)或LCP(LCP＝液晶聚合物)。

在优选的实施例中，子结构具有至少一个横向于电路板的平坦延伸部、特别是电路板平面延伸的支撑腿。支撑腿在支撑腿的端部区域中与电路板相连接。更优选地，支撑腿至少间接地与容纳盘相连接。借助于支撑腿能够有利地形成扭转弹簧、或者能够按照横梁形式变形地构造的弹簧。因此，容纳盘与构件有利地与电路板间隔开-优选地平行于电路板地间隔开-地布置。

在优选的实施方式中，子结构具有至少一个振动臂。振动臂优选地模制成型到支撑腿上并且更优选地横向于支撑腿延伸。振动臂至少间接地与容纳盘相连接。因此，借助于振动臂能够有力地形成一个弹簧，容纳盘利用该弹簧能够横向于电路板的平坦的延伸部与电路板弹性连接。

在优选的实施方式中，振动臂借助于至少一个连接元件与容纳盘相连接。连接元件将振动臂的端部部段与容纳盘连接。借助于连接元件，容纳盘能够有利地与振动臂间隔开地与振动臂相连接。

优选地，子结构具有至少两个支撑腿。支撑腿分别利用电路板分离的端部部段与振动臂的与该端部部段相对置的端部部段相连接。以这种方式，振动臂能够有利地在振动臂的两个彼此对置的端部的区域中分别通过支撑腿来支撑，并且利用在支撑腿之间延伸的纵向部段横向于其纵向延伸部振动。

在振动臂仅利用一个端部连接在支撑腿处的情况下，振动臂能够利用与支撑腿分离的端部横向于其纵向延伸部振动。有利地，通过振动臂能够不仅在通过两个支撑腿支撑的情况下而且在通过仅一个支撑腿支撑的情况下也扩散在振动臂上的横向波。

在优选的实施方式中，子结构具有至少两个彼此连接的振动臂，其分别平行于电路板平面延伸并且彼此交叉。因此，能够有利地形成双弹簧，其中，双弹簧的分别通过振动臂来形成的两个单个弹簧因此彼此依次连接，从而通过振动臂形成的总弹簧的弹簧钢性比通过单个的振动臂形成的单个弹簧更小。

在子结构的优选的实施方式中，振动臂中的一个通过至少一个支撑腿与电路板连接，并且另一个振动臂通过至少一个连接元件与容纳盘连接。更优选地，该一个振动臂与两个支撑腿一起能够形成U形，并且该另一个振动臂与两个连接元件一起形成U形，这两个连接元件分别在该另一个振动臂的彼此对置的端部处模制成型到振动臂处。更优选地，如此形成的U形的开口彼此分离。

在优选的实施方式中，子结构具有平坦构造的底部元件，底部元件与电路板相连接、特别是粘接、插接或者焊接。优选地，底部元件与子结构的至少一个支撑腿连接，更优选地模制成型到至少一个支撑腿处。以这种方式能够使子结构为了与电路板相连接而简单地放置到电路板上，并且与电路板粘合和/或焊接。优选地，子结构与电路板焊接，其中焊盘为了与子结构连接而构造在电路板上，以便在焊接之后支撑子结构。为此，焊盘具有以下表面尺寸，其产生了与子结构足够强的材料配合，从而子结构也能够在电路板振荡时保持与电路板稳定地连接。焊盘优选地与子结构的电连接线路电接触，从而通过焊接连接不仅产生了子结构与电路板的机械连接还产生了电连接。

在优选的实施方式中，子结构具有至少一个蛇曲形的弹簧元件，其将容纳盘与电路板至少间接地连接。蛇曲形的弹簧元件优选地模制成型到容纳盘处和电路板处。蛇曲形的弹簧元件例如具有半波浪形状或者半圆形状。

借助蛇曲形的弹簧元件，子结构能够有利地无角地构造。

在优选的实施方式中，子结构具有至少一个S形的弹簧元件，其中，容纳盘与电路板至少间接地通过S形的弹簧元件相连接。借助S形的弹簧元件，能够有利地形成无角地构造的弹簧元件。更有利地，弹簧元件、特别是弹簧元件的弹性常数能够简单地算出。

本发明还涉及一种符合预定义类型的子结构。子结构构造成布置在电构件和电路板之间并且具有用于构件的容纳盘并且构造成，构件与从电路板作用到子结构上的结构噪声脱耦。子结构构造为空间上的调节-互连-装置-结构，其构造成，使构件的电接线端与电路板的接线端相连接。电连接线路优选地通过导电层形成。例如电连接线路借助电镀或者热喷涂生成在子结构的表面上。在不同的实施例中，电连接线路能够借助对以导电层电镀覆层的子结构进行激光消减成型来生成。在另一个实施方式中，子结构具有至少两个彼此不同的塑料，其中，在至少一个塑料上构造电连接线路。另一个塑料优选地构造成，与在电镀时的能导电的、形成导电层的材料不同。因此，仅能够在采用了该材料的塑料上构造电连接线路。

与前述装置不同地，子结构不具有电路板和构件。

附图说明

现在，根据附图和其他的实施例下面对本发明进行说明。其他有利的实施变体由附图中和从属权利要求中描述的特征给出。

图1示出了具有电构件和子结构的装置的实施例，子结构弹性地或者附加地衰减地构造并且构造成与电路板相连接，其中，子结构具有两个支撑腿和振动臂；

图2示出了具有电构件和子结构的装置的实施例，子结构弹性地或者附加地衰减地构造并且构造成与电路板相连接，其中，子结构具有两个支撑腿和两个彼此交叉的振动臂；

图3示出了具有电构件和子结构的装置的实施例，子结构弹性地或者附加地衰减地构造并且构造成与电路板相连接，并且子结构具有两个振动臂，其分别与用于电构件的容纳盘相连接；

图4示出了具有电构件和子结构的装置的实施例，子结构弹性地或者附加地衰减地构造并且为此具有S形的弹簧元件；

图5示出了具有两个对于根据图2的子结构的变换函数的图表，子结构横向于轴线12地被激发；

图6示出了具有两个对于根据图2的子结构的变换函数的图表，子结构在轴线12的方向上被激发。

具体实施方式

图1示出了装置1的实施例。装置1包括电构件5。电构件5例如是加速度传感器、特别是MEMS传感器(MEMS＝Micro-Electrical-Mechanical-System微电子机械系统)。构件5与弹性地或者附加地衰减地构造的子结构40的容纳盘6相连接。子结构40也具有支撑腿7和支撑腿8，其中，支撑腿7和8彼此平行并且彼此间隔开地延伸，并且分别利用端部部段与底部11、特别是子结构40的脚盘相连接，在该实施例中模制成型到底部11处。支撑腿7和8的与底部11分离的端部部段分别借助振动臂9间接地彼此连接。在本实施例中，振动臂9利用至少一个相对于支撑腿7和9的纵向延伸部的横向组件横向地、即垂直于支撑腿7和8的纵向延伸部延伸。在振动臂的、在支撑腿7和8之间延伸的纵向部段上，连接元件10布置到振动臂9处，该连接元件模制成型到振动臂9处。振动臂9通过连接元件10与容纳盘6相连接。在本实施例中，容纳盘6利用其平坦的延伸部平行于底部11延伸。在本实施例中，底部11与电路板45相连接、特别是粘接。

电构件5具有电接线端，例如标出其中的电接线端22。接线端22借助电连接线路23与接线端24相连接。接线端24例如通过电路板45的印刷导线的印刷导线部段形成。电接线端22和24例如能够不仅产生子结构与电路板的电连接而且也产生机械连接。在本实施例中，电连接线路23形成自身纵向延伸的铜层，其借助电镀、激光成型或者热喷涂、特别是离子喷涂涂覆到子结构40上。子结构40因此形成了模塑-互连-器件。

电构件5能够与容纳盘6一起横向于容纳盘6的平坦的延伸部沿着轴线12振动，并且此时进行横向移动、特别是来回摆动移动14。与电构件5一起形成振动质量的容纳盘6此时与振动臂9上的连接元件10一起振动。因此，振动臂9形成了用于相应于沿着轴线12的前述振动的相应振动模式的弹簧。

在本实施例中，子结构40构造成，构造其他的振动模式。例如，电构件5能够与容纳盘6一起围绕振动臂9的纵轴15地进行摆动移动，其中，摆动移动代表了一种其他的振动模式。

电构件5也能够与容纳盘6一起围绕轴线12进行旋转运动，旋转运动相当于子结构40的另一振动模式。

因此对于比子结构40的预定的共振频率更大的频率，电构件5能够有效地与电路板脱耦。有利地，电构件5通过电连接、例如通过电连接线路23保持与电路板45相连接。

图2示出了装置2的实施例。与图1中的装置1一样，装置2具有电构件5，其与容纳盘6相连接。装置2还具有子结构41，其与图1中的子结构40不同。子结构41包括容纳盘6和与容纳盘6平行地间隔开地延伸的、平坦构造的底部11。子结构还具有两个支撑腿18和19，其与图1中的支撑腿7和8一样彼此间隔开并且模制成型到底部11处。支撑腿18和19利用至少一个横向组件从底部11起延伸并且因此与底部11分离。在本实施例中，支撑腿18和19横向于底部11的平坦的延伸部延伸。支撑腿18和19借助振动臂16彼此相连接。子结构41还具有其他的振动臂17，其在振动臂16处在振动臂16的纵向部段上与振动臂16相连接，并且利用至少一个横向组件在本实施例中横向于振动臂16的纵向延伸部延伸。振动臂16和17因此形成交叉。

子结构41还具有两个连接元件20和21，其中，连接元件20在振动臂17的端部的区域中与振动臂17相连接，并且连接元件21与振动臂17在与连接元件20相对置的端部的区域中与振动臂17相连接。连接元件20和21将容纳盘6与振动臂17相连接，从而容纳盘6与振动臂7间隔开地布置。连接元件20和21如下地作用，使得振动臂17在振动臂17的两个端部的区域中与容纳盘6相连接。不仅振动臂17，而且振动臂16也能够如下地一起、或者根据子结构41的振动模式起到弹簧的作用。电构件5因此能够根据横向移动14沿着轴线12振动，其中，轴线12横向于容纳盘6的平坦延伸部。电构件5也能够与容纳盘6一起进行围绕轴线12的旋转移动13，或者围绕轴线15的旋转移动13，该轴线在振动臂16的纵向延伸部中延伸。电构件5也能够进行围绕振动臂17的纵向延伸部的旋转移动。子结构41如下地构造，使得电构件5以三个旋转的和三个横向的自由度振动地支承。子结构41也构造成，电构件5与电路板45电连接。为此，子结构41借助底部11与电路板45、例如借助粘合剂或者焊接连接与电路板的焊盘相连接。

也示出了电路板45的电接线端24，其借助电连接线路54与电构件5的电接线端22相连接。电连接线路54例如借助电镀、激光成型或者热喷涂、特别是离子喷涂生成到子结构41上。

图3示出了装置3的实施例，包括子结构42、电构件5和电构件26。装置3也还能够包括以部段的形式示出的电路板45。电构件5和26分别借助子结构42与电路板45振动脱耦地相连接，并且借助子结构42、特别是借助与子结构42相连接的电连接线路25与电路板并且在该处与电接线端24相连接。

对于构件5和26的每一个，子结构42都具有-与子结构40和41不同-一个用于构件5的容纳盘33和一个用于构件26的容纳盘34。容纳盘33和34分别利用其平坦的延伸部横向于电路板45的平坦延伸部地布置，并且因此横向于子结构42的底部11的平坦延伸部地布置。为此，容纳盘33借助振动臂31与支撑腿32相连接，并且容纳盘34借助振动臂30与支撑腿32相连接。

支撑腿32-与振动臂30和31间隔开地-与底部11相连接并且模制成型到底部11处。

容纳盘33和34利用其平坦延伸部分别指向彼此不同的方向，在本实施例中，容纳盘33和34彼此正交地布置。

电构件5例如构造成加速度传感器，其中，加速度传感器能够监测在两个彼此不同的空间方向上的加速度。电构件6例如通过其它的加速度传感器来形成，其构造成，在一个方向上、特别是横向于电构件26的平坦延伸部并且因此横向于容纳盘34的平坦延伸部并且沿着轴线29地检测加速度。轴线29沿着振动臂30的纵向延伸部延伸。

轴线12，15和29在本实施例中共同形成了正交系统。

在另一个实施方式中，振动臂30和31不是平行于电路板45地布置，而且分别以横向组件朝向底部11的平坦延伸部延伸，并且因此朝向电路板45的电路板平面。因此，振动臂30和31共同形成了V形，其中，通过V形张开的平面与电路板平面和底部11的平面正交地延伸。振动臂30和31能够与容纳盘33和34一起代替支撑腿32与图1中所示的结构相连接，从而振动臂30和31代替图1中的连接元件10作为现有的V形模制成型到振动臂9处。

在本实施例中，子结构42也具有衰减元件44。衰减元件44与至少一个振动臂、在本实施例中与这两个振动臂30和31相连接。衰减元件44在本实施例中通过衰减层、特别是EDPM层来形成。除了EDPM层之外，衰减元件44能够具有其他的层，从而衰减元件44构造成三明治元件。以这种方式，具有小型的厚度延伸的衰减元件44能够实现大幅的衰减效果。在单个的衰减元件的情况中，衰减元件44的示例性的厚度延伸为振动臂31或者振动臂30的厚度延伸的至少1.5倍。

因此，振动臂30或31的振动移动的中性的弯曲纤维能够位于衰减元件44中。如此，衰减元件44的材料由于围绕中性的弯曲纤维的剪力移动而移动，并且因此，为了衰减振动移动而能够发挥其衰减效果。

图4示出了作为装置4的组成部分的子结构43的实施例。子结构43具有两个蛇曲形的弹簧元件35和36，其共同构成了S形。弹簧元件35通过连接元件37与子结构43的容纳盘6相连接。容纳盘6承载了电构件5，其与容纳盘6相连接。弹簧元件36通过连接元件38与子结构43的底部11相连接。

在本实施例中，容纳盘6与底部11平行地间隔开地布置，并且在其之间包围了连接元件37和38和弹簧元件35和36。

因此，电构件5能够沿着横向于容纳盘6的平坦的延伸部的轴线12沿着横向方向14振动，或者也进行围绕轴线12的旋转移动13。子结构的另外的振动模式例如能够包括容纳盘6在底部11的区域中、特别是在连接元件38的区域中围绕足点的摆动移动。因此，电构件5有利地以三个横向自由度和其他的旋转自由度与例如与底部11项链的电路板45振动脱耦。

例如时加速度传感器的电构件5的电接线端22借助电连接线路39与电路板45的电接线端24相连接，电连接线路借助电镀、激光成型或者借助热喷涂涂覆到子结构43上。电连接线路39从接线端22起、即从电构件5起经过容纳盘6、即经过连接元件37、继续经过弹簧元件35和36并且经过连接元件38并且继续经过底部11一直延伸到接线端24为止。

接线端24借助电连接线路39例如借助焊接、特别是回流焊接相连接。

图5示出了具有对于根据图2的子结构41的两个变换函数50和51的图表，子结构在轴线12的方向上在底部11处被激发。示出的是频率轴线46和-在维数上-代表了变换函数的轴线47。可以看到第一共振频率52，其中，子结构41对于比频率52更大的激发频率引起与电路板的脱耦。

变换函数50代表了子结构41在轴线12方向上的响应振动，变换函数51代表了子结构41横向于轴线12的响应振动，该响应振动分别相关于在轴线12的方向上在子结构41的底部11处的激发。

图6示出了具有对于根据图2的子结构41的两个变换函数55和56的图表，子结构横向于轴线12的方向在底部11处被激发。示出的是频率轴线48和-在维数上-代表了变换函数的轴线49。可以看到第一共振频率53，其中，子结构41对于比频率52更大的激发频率引起与电路板的脱耦。变换函数55代表了子结构41在轴线12方向上的响应振动，变换函数56代表了子结构41横向于轴线12的响应振动，该响应振动分别相关于横向与轴线12的在子结构41的底部11处的激发。

传感器的检测频率范围例如直到500赫兹为止。共振频率52或53例如在1000赫兹和10000赫兹之间，从而对于必共振频率更大的频率的脱耦是有效的。因此，比共振频率更大的干扰声波能够有效地与传感器脱耦。

Claims (11)

1.一种具有电路板(45)并且具有振动脱耦的电子的构件(5，26)的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述装置(1，2，3，4)具有构造成能振动的子结构(40，41，42，43)，所述子结构与所述电路板(45)在所述电路板(45)的表面区域上相连接，并且所述子结构具有用于所述构件(5，26)的至少一个容纳盘(6，33，34)并且被构造成，使得所述构件(5，26)与由所述电路板(45)作用到所述子结构(40，41，42，43)上的结构噪声脱耦，其中所述容纳盘(6)与所述构件(5，26)连接，并且所述子结构(40，41，42，43)由塑料形成，其中所述构件、特别是所述构件(5，26)的至少一个电接线端(22)，借助至少一个通过导电层形成的电连接线路(23，25，39，54)与所述电路板(45)连接，其中所述子结构(40，41，42，43)被构造为空间的模塑-互连-器件-结构，所述模塑-互连-器件-结构具有至少一个电连接线路(23，25，39，54)。

2.根据权利要求1所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述子结构(40，41，42，43)具有至少一个横向于所述电路板(45)的平面延伸部、特别是电路板平面延伸的支撑腿(7，8，18，19，32)，所述支撑腿在所述支撑腿(7，8，18，19，32)的端部区域中与所述电路板(45)相连接并且至少间接地与所述容纳盘(6，33，34)相连接。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述子结构(40，41，42，43)具有至少一个振动臂(9，16，17，30，31)，所述振动臂成型在所述支撑腿处并且横向于所述支撑腿(7，8，18，19，32)延伸并且至少间接地与所述容纳盘(6，33，34)相连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述振动臂(9，16，17，30，31)借助连接件(10，20，21)与所述容纳盘(6，33，34)相连接，所述连接件将所述振动臂(9，16，17，30，31)的端部部段与所述容纳盘(6，33，34)相连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述子结构(40，41，42，43)具有至少两个支撑腿(7，8，18，19，32)，所述支撑腿分别利用与所述电路板分离的端部部段与振动臂(9，16，17，30，31)的彼此相对置的端部部段相连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述子结构(40，41，42，43)具有至少两个彼此连接的振动臂(9，16，17，30，31)，所述振动臂分别平行于电路板平面地延伸并且彼此交叉。

7.根据权利要求6所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述振动臂(9，16，17，30，31)中的一个振动臂通过至少一个支撑腿(7，8，18，19，32)与所述电路板(45)相连接，并且另一振动臂(9，16，17，30，31)通过至少一个连接件(10，20，21)与所述容纳盘(6，33，34)相连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述子结构(40，41，42，43)具有平坦地构造的底部元件(11)，所述底部元件与所述电路板(45)相连接，特别是粘接或者焊接。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述子结构(40，41，42，43)具有至少一个蛇曲形的弹簧元件(35，36)，其中所述容纳盘(6，33，34)借助所述弹簧元件(35，36)至少间接地与所述电路板(45)相连接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1，2，3，4)，

其特征在于，

所述子结构(40，41，42，43)具有至少一个S形的弹簧元件(35，36)，其中所述容纳盘(6，33，34)与所述电路板(45)至少间接地通过所述弹簧元件(35，36)相连接。

11.一种用于根据权利要求1至10中任一项所述的装置(1，2，3，4)的子结构(40，41，42，43)，

其中所述子结构(40，41，42，43)被构造成，布置在至少两个电子的构件(5，25)和电路板(45)之间，并且所述子结构具有用于所述构件(5，26)的容纳盘(6，33，34)并且被构造成，使得所述构件(5，26)与由所述电路板(45)作用到所述子结构(40，41，42，43)上的结构噪声脱耦，其中，所述子结构(40，41，42，43)被构造为空间的模塑-互连-器件-结构，并且所述子结构具有至少一个通过导电层形成的电连接线路，所述电连接线路被构造成，使得所述构件(5，26)的电接线端(22)与所述电路板(45)的接线端(24)连接。