CN110603693A - 电子模块和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子模块，所述电子模块包括至少一个已装备的电路载体，所述电路载体具有用于与配对插头电接触的插头连接端。所述电路载体至少部分被至少一种固化的包裹材料包围，以形成保护外壳。所述插头连接端在此包括带有至少一个插头凸缘的插头主体，其中，所述插头主体由所述至少一种固化的包裹材料构成。此外，通过所述插头凸缘形成用于配对插头的容纳孔，其中，所述容纳孔延伸至插头底部，所述插头底部是由所述电路载体的未被包裹材料覆盖的局部区域构成。

Description

电子模块和制造方法
技术领域
本发明涉及按照独立权利要求的前序部分所述的一种电子模块以及一种用于该电子模块的制造方法。
背景技术
例如用于发动机或者安全气囊的控制装置的传统电子电路通常被安装在单独的壳体中。控制装置向外的电接触通常是通过电插头提供，所述电插头是在注塑过程中单独制成。这样的注塑插头例如具有插头接触件，这些插头接触件刺入插头主体中。所述插头与载有电子电路的电路载体接触。为了容纳电路载体，壳体被设计成多件式并且例如由铝压铸件或者由塑料构件构成。为了保护电子电路不受环境影响，在壳体构件之间需要有密封件。
没有安装压力敏感构件且还要受到较大的环境影响(发动机油或者变速器油)的电路，目前已经通过注塑方法被包装成电子模块。如果电子模块的外部接触通过插销实现，那么还要把例如基于热塑性塑料的单独的预注塑件用作可接触的插头元件。替代地，也可以使用SMD插头。
这种插头可以作为系列商品有多种变型。但是，为了即使在插头区域中也确保电子电路的介质保护，需要在插头与电路载体接触时使插头主体相对于电子电路的外壳密封。必须在例如是控制装置的使用寿命内保持这样的密封。
发明内容
本发明的目的在于，对具有插头连接端的电子模块的封装进行简化并且同时对在插头连接端的区域中的密封性进行优化。
该目的是通过具有独立权利要求的特征部分的特征的电子模块以及用于电子模块的制造方法实现。
本发明涉及一种电子模块，该电子模块包括至少一个已装备的电路载体，该电路载体具有用于与配对插头电接触的插头连接端。电路载体至少部分被至少一种固化的包裹材料包围，以形成保护外壳。插头连接端在这里包括带有至少一个插头凸缘的插头主体，其中，插头主体由所述至少一种固化的包裹材料构成。此外，还通过插头凸缘形成用于配对插头的容纳孔，其中，该容纳孔延伸至插头底部，该插头底部是由电路载体的未被包裹材料覆盖的局部区域构成的。
通过借助于固化的包裹材料的封装，包括电子电路的已装备的电路载体可以得到有效保护而免受环境影响，比如温度、介质、机械作用等等。因此可以省去在其它情况下常见的单独壳体。此外，插头主体同样是由一种包裹材料构成，由此例如使得能够同时形成电子模块的插头连接端和/或基于相同的制造方法在一个工序中与保护外壳一起形成电子模块的插头连接端。优选地，插头主体与插头凸缘直接形成在保护外壳上。在这里，在一种有利实施方式中，保护外壳与插头主体由相同的固化的包裹材料一体形成。这尤其是在基于应用情况对保护外壳的要求是通过固化的包裹材料得到满足并且在电子模块的装配中和工作中在插头连接端上产生的插接力可以通过相同的包裹材料的机械强度无损坏地吸收的情况下提供。替代地，保护外壳和插头主体材料连接并且由不同包裹材料构成。在这种情况下，例如用于插头主体的包裹材料可鉴于特别高的插接力而进行相应选择。例如在两种包裹材料在制造步骤期间相互接触时非常简单地产生材料连接，其中，至少一种包裹材料在这个时刻尚未固化，并且然后在时间上相继地基于固化过程(例如通过温度处理)和/或干燥过程和/或以其他方式在化学上和/或在物理上有条件地被激活地实现固化。
原则上得到最大优点，即目前需要的位于插头与其他类型外壳之间的密封元件可以完全省去。以这种方式，进一步降低了零件数量、电子模块的复杂度以及用于实现电子模块的必要的过程步骤。因此，相对于已知的解决方案，可以降低成本。
在电子模块的一种有利的实施方式中，插头凸缘伸出保护外壳。因此，该插头凸缘可以个别地与配对插头的插头几何形状，特别是插头长度相适应，其中，保护外壳优选地仅遵循尽可能紧凑的外部几何形状。此外，插头凸缘因此还可以简单地具有固定和/或密封区域，基于配对插头与电子模块的插头连接端的工作可靠的机电接触优化该固定和/或密封区域。
在一种优选实施方式中，电路载体被设计成“刚柔结合”电路板或者“半柔性”电路板，所述电路板包括至少两个电路板区域，这些电路板区域被布置成相互成角度，特别是成直角。对于“半柔性”电路板，连接两个电路板区域的转向区域是由电路板厚度的局部变薄部，例如由表面深铣部构成，由此直至规定的转向半径，都可实现电路板区域的柔性的成角度的布置。对于“刚柔结合性”电路板，两个刚性的电路板区域又是通过柔性的聚酰亚胺区段连接。在两种实施方式中，两个电路板区域相互电连接。电路板区域布置不同的这种实施方式使得插头连接端在电子模块上沿着优先考虑的方向定向成为可能。因此，通过一个较大的电路板区域得到电子模块的一种特别有利的结构，该较大的电路板区域优选基本承载电子电路的电分模件。相反较小的电路板区域至少包括或者只包括插头连接端并且固定了相对于电子模块其余部分旋转90°的插头连接端。可接触的插头连接端的这种定向已经证实在多种传统的控制装置结构中是适宜的。
优选地，在电子模块的一种实施方式中显示出特别的优势，在该实施方式中，电路载体至少在插头底部的区域中具有用于成型模具的支承和/或密封区域并且所述支承和/或密封区域设计成通过支承用于形成插头主体和/或保护外壳的成型模具将插头底部设计成电路载体的未被包裹材料覆盖的局部区域。支承和/或密封区域同样被实施为平坦的，这是已通过大多数标准化电路载体的结构形式得到的。因此，所需的对成型模具的支承和/或密封力可以简单地作用于电路载体的未装备的表面区域。此外，力作用还可以灵活地与相应的表面相适应，从而不可能发生电路载体损坏。此外，还可以有利地实现在插头底部中留有可以通过成型模具与包裹材料隔开的受保护的装载面。因此，优选地，在插头底部中设有至少一个插头接触件，特别是采用连接销的形式。因此，可以不需要在插头接触件上对包裹材料进行常见的密封或者不需要例如在常见的单独的注塑插头中随后将插头接触件插入插头主体中。在插头接触件上的连接条件也保持在最优状态，因为否则由于密封问题在注塑包封的插头接触件经常出现的有问题的注塑缺陷，例如突出的薄壁材料皮或者材料堆积部，在这些插头接触件上根本不会出现。就此而言，因此可以高质量形成包封的电子模块的插头连接件。
在电子模块的一种改进方案中，支承和/或密封区域是由铜涂层、金涂层或者玻璃纤维层构成的，这些材料层设置在电路载体的外侧上。因此可以进一步提高在放置的成型模具上的密封作用和电路载体在成型模具的力作用范围内的承载能力。原则上，铜或者金涂层可以作为金属化层被涂敷在电路载体的基材上，同样电路载体的基材已经可以适用于相同功能以及替代的相当的金属化层。优选地，支承和/或密封区域的环绕的边缘区域被固化的包裹材料覆盖。通过该覆盖区域，插头底部有利地受到保护以免引起已涂敷的材料层脱层。更优选的是，已涂敷的材料层作为相应有效的支承和/或密封区域至少在所述至少一个插头接触件的区域中有间隔地凹空，特别是在设置多个插头接触件，例如连接销的情况下，以防止发生相互电连接。
在电子模块的一种实施方式中通过以下方式产生特别的优点，使得电路载体至少在插头底部的区域中具有导体结构，所述导体结构设置在电路载体的中间层中或者设置在电路载体的与插头底部对置的一面上并且与所述至少一个插头接触件接触。支承和/或密封区域因此可以被实施为连续的而没有否则需要隔开的导体结构区段的中断处。此外，导体结构被置于成型模具作用的危险区之外，从而排除在形成保护外壳和/或插头主体时发生损坏。
在电子模块的该实施方式中的另外的改进之处是通过以下方式产生，即，电路载体在插头主体的区域中具有通孔，这些通孔被插头主体的包裹材料贯穿，使得插头主体至少与电路载体机械连接。通过这种方式，在配对插头插入和拔出时出现的插接力可以无损坏危险地被电子模块吸收。特别地，因此由于插接力引起固化包裹材料发生脱层可以通过附加的形状锁合来克服。设置在电路载体的两面上的包裹材料通过位于电路载体中的通孔相互材料连接时尤其优化了该形状锁合。多个通孔彼此隔开并且优选被实施为呈规则图案设置，特别是呈这样的设置，该设置包围插头底部和/或所述至少一个插头接触件。如果插头连接端设置在电路载体的边缘区域中，那么附加地或者替代地，插头主体可以包围电路载体的一个边缘部分。
一般地，在插头主体上还可以形成加强肋，这些加强肋可以延伸至插头凸缘。这些加强肋还提高了插头连接端的机械承载能力。
本发明还涉及一种用于特别是在前面描述的实施方式中的电子模块的制造方法，该电子模块包括至少一个已装备的电路载体，该电路载体具有用于与配对插头电接触的插头连接端，其中，电路载体至少部分被至少一种固化的包裹材料包围以形成保护外壳并且包括至少一个插头接触件，该插头接触件设计成形成用于配对插头的插头连接端，该制造方法包括以下步骤：
-将所述至少一个已装备的电路载体放入成型模具的腔室中，
–将成型模具的分模件支承在电路载体的支承和/或密封区域上，该支承和/或密封区域完全地包围所述至少一个插头接触件，
–将可固化的包裹材料注入所述腔室中，其中，至少是电路载体的通过支承成型模具的分模件来隔开的局部区域未被所述包裹材料覆盖，
–使注入的包裹材料固化，以形成保护外壳以及在插头接触件的区域中形成具有插头凸缘的插头主体。
腔室在这里形成了用于待形成的电子模块的外形几何形状。成型模具通常被实施为多件式，以便能够在打开状态下放入已装备的电路载体。在关闭状态下，在腔室中的剩余自由空间全部被注入的包裹材料填满。为了使插头接触件不被包裹材料覆盖，该插头接触件在将成型模具支承在电路载体上时优选容纳在成型模具的分模件的凹部中。
在该方法的一种有利实施方式中，通过成型模具的分模件形成用于配对插头的至少一个容纳孔，其中，该容纳孔延伸至插头底部，该插头底部是通过电路载体的未被包裹材料覆盖的局部区域形成。优选地，成型模具的分模件被设计成采用移动式成型模具的形式，从而可以实现容纳孔的可靠脱模。
优选地，包裹材料通过压铸或者注塑方法(转移模制、注射成型)，以及附属的特殊方法来注入。
电路载体的与支承和/或密封区域对置的一面有利地通过支撑元件、特别是采用直立的或者可移动的销(所谓的可伸缩销)、优选以被弹簧加载的方式被固定在成型模具中。以这种方式，这些销然后可以通过反力对由成型模具的分模件引入到电路载体中的支承和/或密封力进行支撑并且防止电路载体弯曲。
原则上，包裹材料可以考虑热固性塑料、热塑性塑料或者弹性体。
附图说明
由以下对优选实施例的描述以及根据附图给出本发明的其它优点、特征和细节。
在附图中：
图1用剖视图示出了电子模块的第一实施方式，
图2用示意剖视图示出了在借助于成型模具的制造过程期间的电子模块，
图3示出了在电路载体上的用于成型模具的分模件的支承和/或密封面的详图，
图4用剖视图示出了电子模块的一种替代实施方式，该电子模块具有相对于如图1的第一实施方式方向发生了转动的插头连接端，
图5示出了电子模块的一种改进方案，描绘了插头主体在电路载体的通孔中的机械固定。
具体实施方式
在附图中，功能相同的元件分别用相同的附图标记表示。
在图1中用剖视图示出了电子模块100的第一实施方式。该电子模块100包括至少一个已装备的电路载体10。在本实施例中，在电路载体10的顶面11和底面12上设有电结构元件20并且这些电结构元件与电路载体10的导体结构形成电子电路。已装备的电路载体10几乎全部被固化的包裹材料50包围。因此，例如在顶面和底面11、12上的电结构元件全部被包裹材料50覆盖。总体上，通过包裹材料50形成电子模块100的保护外壳60。通过保护外壳60，电子电路以及电路载体10得到保护免受环境影响，例如温度、有害介质和/或机械应力的影响。电子模块100还包括用于配对插头40’(用虚线示出)的插头连接端40。插头连接端40优选具有与电路载体10的顶面以及底面11、12垂直的插入方向S。插头连接端40基本上通过带有插头凸缘42的插头主体41以及通过至少一个插头接触件30构成。插头主体41在这里与由固化的包裹材料50形成的保护外壳60一体形成并且伸出保护外壳60。包裹材料50例如是热塑性塑料、热固性塑料或者弹性体，特别是适用于注塑和/或压铸方法的那些材料。通过插头凸缘42形成容纳孔45，该容纳孔延伸至插头底部46。插头底部46在这里由电路载体10的未被包裹材料50覆盖的局部区域构成。因此插头底部46在它的边缘区域被容纳孔45的侧面环绕地包围。就此而言，电路载体10的未被包裹材料50覆盖的局部区域是其它由包裹材料50构成的插头主体41的与之连成一体的分模件。为此，电路载体10至少在插头底部46的区域中具有用于成型模具200的支承和/或密封区域47，其中，支承和/或密封区域47设计成通过支承形成插头主体41和/或保护外壳60的成型模具将插头底部46设计成电路载体10的未被包裹材料50覆盖的局部区域。这还要在针对图2和图3的说明中进行详细描述。
此外在本实施例中，在插头底部46中还设有多个插头接触件30。例如，形成作为连接销的插头接触件30，这些连接销从电路载体10的顶面竖起并且以它们的相应一个端部被焊入或者压入电路载体10中，以形成与电路载体10的导体结构的相应电连接。优选地在绘图平面上向内在电路载体10上设有另外的连接销，从而插头连接端40包括多个连接排，比例如两排或者多排。
图2示出了在制造期间在即将从成型模具200脱模之前的制造时刻的电子模块100。成型模具200优选由多个分模件201、202、203、204多件式地形成并且在闭合的状态下在腔室210内包括为了制造电子模块100而被放入的电路载体10。在这里，在插头接触件30区域中，成型模具的一个分模件201直接放置在电路载体10的顶面11上。在这里，成型模具200的分模件201优选具有凹部201a以用于在电路载体10上的支承期间容纳插头接触件30。在电路载体10的支承和/或密封区域47上实现支承，该支承和/或密封区域被设计成特别是闭合地环绕插头接触件30且被设计成平坦的。在图3中再次放大地示出了该支承和/或密封区域。优选地，支承和/或密封区域47由铜涂层或者由玻璃纤维层构成，该铜涂层或者玻璃纤维层例如设置在电路载体10的顶面11上。以这种方式，成型模具200的分模件201可以用力地压靠在支承和/或密封区域47上，以便在随后的用于形成插头底部46的注塑过程中使电路载体10的通过支承而被遮盖的局部区域不被注入到成型模具200的腔室210中的包裹材料50覆盖。为了不危及成型模具的分模件201的紧实且密封的支承，电路载体至少在插头底部46的区域中具有导体结构，该导体结构设置在电路载体10的中间层或者设置在电路载体10的与插头底部46相对的一面上并且与所述至少一个插头接触件30接触。此外，在电路载体10的与支承和/或密封区域对置的一面上设有可移动且有弹性的支撑元件220作为成型模具201的分模件201的配合支座。
包裹材料50优选通过压铸方法或者通过注塑方法被注入腔室210中，直至成型模具200与已装备的电路载体10之间的间隙全部被包裹材料50填满。以这种方式形成了电子模块100的外部几何形状，该外部几何形状包括保护外壳60和插头连接端40。特别地，通过成型模具200的分模件201至少形成用于配对插头40’的容纳孔。该容纳孔延伸至插头底部46，该插头底部通过电路载体10的未被包裹材料50覆盖的局部区域形成。通过固化过程使包裹材料50固化并且在脱模过程中通过将成型模具200的所有的可运动的分模件201、202、203、204移出来开启成型模具200，可以取出包括插头连接端40的电子模块100。
替代地，可以使用注塑或者压铸方法，其中，将不同包裹材料50注入腔室中，以便由一种包裹材料形成插头主体41而由另一种包裹材料形成保护外壳60。此外，对于特定的应用情况提出以下方案，在事先已通过注塑或者压铸方法形成了插头主体41之后，借助于Fill&Damm(填充和拦截)方法形成保护外壳60的一部分或者整个保护外壳60。在Fill&Damm(填充和拦截)方法中，设置在电路载体10上的边框元件用可固化的浇注材料无压力地进行浇注并且固化。在两种变形实施方式中，插头主体41和保护外壳60在固化过程之后相互材料连接。
在图4中用侧视图示出了电子模块100的一种替代实施方式。该实施方式与如图1的实施方式的不同点在于：插头连接端40转动了一个角度，特别是90°。这可以通过以下方式实现，电路载体10被设计成“半柔性”电路板。在这里，可以让电路载体10的第一电路板区域10a和第二电路板区域10b通过一个柔性区域15相互成角度地设置。未示出的是用于这种设置的另一种可能方案，即通过“刚柔结合性”电路板来提供，其中，柔性区域15例如是通过聚酰亚胺区段构成。在所示实施例中，第一电路板区域10a具有电子电路的所有电结构元件20，相反地，第二电路板区域10b只包括插头连接端40的部件。此外，在电子模块100的任意实施方式中，在插头主体41与保护外壳60之间可以形成至少一个或者多个加强肋65。特别是隔开设置并且遵循插头凸缘42的形状走向的至少一部分，这样可以获得具有很大机械承载能力的插头连接端40的电子模块100。
附加地或者替代地，在插头主体41此外还与电路载体10机械地固定的任意实施方式中也可以得到机械稳定性。如在图5的顶侧视图中在电子模块100的第一实施方式的例子中所示的那样，电路载体10在插头主体41的区域中具有通孔17，这些通孔被插头主体41的包裹材料50贯穿。优选地，在电路载体10的底面和顶面这两面上的包裹材料50穿过通孔17相互连接。通孔17可以如在图5的位于下面的部分示出的俯视图中按照图案排列相互隔开地设置并且部分或者全部包围插头接触件30或者说插头底部46。如果插头连接端40，如在前面的例子中所示，设置在电路载体10的边缘区域中，那么插头主体41的下部区域包围电路载体10的至少一个边缘部分18，以便产生机械加强作用。

Claims (15)

1.电子模块(100)，所述电子模块包括至少一个已装备的电路载体(10)，所述电路载体具有用于与配对插头(40’)电接触的插头连接端(40)，其中，所述电路载体(10)至少部分被至少一种固化的包裹材料(50)包围，以形成保护外壳(60)，其特征在于，
所述插头连接端(40)包括具有至少一个插头凸缘(42)的插头主体(41)，其中，所述插头主体(41)由所述至少一种固化的包裹材料(50)构成并且所述插头凸缘(42)形成用于所述配对插头(40’)的容纳孔(45)；并且其中所述容纳孔(45)延伸至插头底部(46)，所述插头底部由所述电路载体(10)的未被所述包裹材料(50)覆盖的局部区域构成。
2.如权利要求1所述的电子模块(100)，其特征在于，所述保护外壳(60)和所述插头主体(41)由相同的固化的包裹材料(50)一体形成。
3.如权利要求1所述的电子模块(100)，其特征在于，所述保护外壳(60)和所述插头主体(41)材料连接并且由不同包裹材料(50)构成。
4.如前述权利要求中任一项所述的电子模块(100)，其特征在于，所述插头凸缘(42)伸出所述保护外壳(60)。
5.如前述权利要求中任一项所述的电子模块(100)，其特征在于，所述电路载体(10)被设计成刚柔结合电路板或者半柔性电路板，所述电路板包括至少两个电路板区域(10a、10b)，所述电路板区域被布置成相互成角度，特别是成直角。
6.如权利要求5所述的电子模块(100)，其特征在于，较小的电路板区域(10b)至少包括所述插头主体(41)。
7.如前述权利要求中任一项所述的电子模块(100)，其特征在于，所述电路载体(10)至少在所述插头底部(46)的区域中具有用于成型模具(200、201)的支承和/或密封区域(47)，所述支承和/或密封区域设计成通过支承用于形成所述插头主体(41)和/或所述保护外壳(60)的所述成型模具(200、201)将所述插头底部(46)设计成所述电路载体(10)的未被所述包裹材料(50)覆盖的局部区域。
8.如权利要求7所述的电子模块(100)，其特征在于，所述支承和/或密封区域(47)通过设置在所述电路载体(10)的外侧面(11、12)上的铜涂层、金涂层或者玻璃纤维层构成。
9.如前述权利要求中任一项所述的电子模块(100)，其特征在于，在所述插头底部(46)中设有至少一个插头接触件(30)，特别是形式为连接销的插头接触件。
10.如权利要求9所述的电子模块(100)，其特征在于，所述电路载体(10)至少在所述插头底部(46)的区域中具有导体结构，该导体结构设置在所述电路载体(10)的中间层中或者设置在所述电路载体(10)的与所述插头底部(46)对置的一侧上并且与所述至少一个插头接触件(30)接触。
11.如前述权利要求中任一项所述的电子模块(100)，其特征在于，所述电路载体(10)在所述插头主体(41)的区域中具有通孔(17)，这些通孔被所述插头主体(41)的包裹材料(50)贯穿，使得所述插头主体(41)与所述电路载体(10)至少是机械连接。
12.用于特别是如权利要求1至11中任一项所述的电子模块(100)的制造方法，所述电子模块包括至少一个已装备的电路载体(10)，所述电路载体具有用于与配对插头(40’)电接触的插头连接端(40)，其中，所述电路载体(10)至少部分被至少一种固化的包裹材料(50)包围，以形成保护外壳(60)，并且所述电路载体包括至少一个插头接触件(30)，所述插头接触件设计成，形成用于所述配对插头(40’)的所述插头连接端(40)，所述方法包括以下方法步骤：
-将所述至少一个已装备的电路载体(10)放入成型模具(200)的腔室(210)中，
-将所述成型模具(200)的分模件(201)支承在所述电路载体(10)的支承和/或密封区域(47)上，所述支承和/或密封区域完全包围所述至少一个插头接触件(41)，
-将可固化的包裹材料(50)注入所述腔室(210)中，其中，至少所述电路载体(10)的通过支承所述成型模具(200)的分模件(201)限定的局部区域(201)未被所述包裹材料(50)覆盖，
-使注入的包裹材料(50)固化，以形成保护外壳(60)并且在所述插头接触件(30)的区域中形成带有插头凸缘(42)的插头主体(41)。
13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，通过所述成型模具(200)的分模件(201)模制出至少一个用于所述配对插头(40’)的容纳孔(45)，其中，所述容纳孔(45)延伸至插头底部(46)，所述插头底部由所述电路载体(10)的未被所述包裹材料(50)覆盖的局部区域构成。
14.如权利要求12或13中任一项所述的制造方法，其特征在于，通过压铸方法或者通过注塑方法注入所述包裹材料(50)。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述电路载体(11、12)的与所述支承和/或密封区域(47)对置的一侧通过支撑元件(220)固定在所述成型模具(200)中，以便对通过所述成型模具(200)的分模件(201)引入所述电路载体(10)中的支承和/或密封力进行支撑。
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