CN110831365A - 具有印刷电路板的组件及固定印刷电路板的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种具有印刷电路板(103)的壳体组件(100)以及一种将印刷电路板(103)固定在壳体组件(100)中的方法。组件(100)包括：第一壳体部分(101)，其具有从第一壳体部分(111)的基部向上延伸的第一保持元件(102)；第二壳体部分(104)，其具有从第二壳体部分(104)的盖向下延伸的第二保持元件(109)；印刷电路板(103)，其可附接到第一保持元件(102)的开口端；其中，当第一壳体部分(101)与第二壳体部分(104)接合时，第一保持元件(102)的开口端适于接收第二保持元件(109)的远端。

Description

具有印刷电路板的组件及固定印刷电路板的方法

技术领域

本公开涉及一种具有印刷电路板的壳体组件以及一种将印刷电路板固定在壳体组件中的方法。

背景技术

印刷电路板(PCB)，也称为印刷线路板(PWB)，主要用于在诸如电阻器、集成电路和连接器之类的部件之间建立连接。当部件附接并焊接到其上时，其变成电路，然后称为印刷电路板组件(PCBA)。印刷电路板组件通常包括类似的一组基本元件。这些包括执行预期电路功能的电子部件、支撑部件并提供它们之间互连的印刷电路板、用作印刷电路板组件之间的电气接口的一个或多个连接器以及用于将部件和硬件安装到电路板上、将PCB附接到系统、提供热路径并且支撑和加固组件的系统和机械部件的其余部分。

PCB对环境条件非常敏感。根据使用PCB的设备类型，会出现不同的要求，比如系统的机械完整性、抗热或振动负载的耐久性以及防止电磁干扰(EMI)。为了满足这些要求，PCB安装在框架上或盒状结构中。

电子盒通常包括一个或多个盖和安装印刷电路板的主体。印刷电路板是电子产品中最常用的互连技术。随着现代电子和机械部件的封装密度的增加，PCB的要求得到了发展。这些要求现在包括更精细的导体轨道和更薄的层压板，这些层压板存在于不断增加的层数中。集成电路(IC)尤其是在过去十年中变得非常复杂。这反过来又产生了将它们安装到电路板上的新设计和制造要求。

PCB通常通过螺钉或所谓的卡锁保持器连接到电子盒。与卡锁保持器相比，螺钉在PCB上占用的空间更小。然而，已经发现需要由卡锁保持器提供的更刚性连接，尤其是对于较大的PCB。

这些要求导致PCB固定的实施呈上升趋势。通过更好更严格控制/成本效益的处理，PCB具有更高的功能/密度、改进的可靠性和更低的成本。此外，全球范围内合同制造的优势有效地确保了PCB的设计和制造具有国际公认的质量。印刷电路板可根据其各种属性进行分类。现在使用更简单和可理解的分类，其基于构成总布线组件或结构的布线平面或层的数量以及是否存在镀通孔。这种对电路板进行分类的方法具有直接与电路板规格相关的优点。

PCB制造过程涉及许多机械操作以制备电路板。该过程始于获得可能大至2米×2米或更大的层压板。因此，诸如切割尺寸、钻孔和成形的机械过程在印刷电路板的最终质量中起重要作用。与其他PCB加工步骤不同，大多数机械操作需要大量手动操作电路板。每个机械操作在公差和精度方面都有自己的一套要求。一般来说，公差应该尽可能窄，因为它们在功能上确实需要。在每个机械操作中，正确选择工具及其锋利度对于获得可接受的加工光洁度非常重要。由于层压板的树脂脆性，不锋利的和钝的工具导致碎裂。必须保持较低的加工力的正确应用。由于固有的层压结构，过大的加工力可能导致部分分层，从而削弱层间粘合强度。

振动是电子系统中最重要的负载条件之一。随着微电子工业的快速发展、高密度组装的广泛应用和电子产品服务环境的更加严苛，微组件装置通常会面临不同的振动和冲击环境效应，这会增加弹塑性变形和蠕变变形，使疲劳损伤迅速累积。这可能导致PCB组件的故障，因此可靠性变得越来越重要。因此，我们不能忽视的一点是振动环境下的芯片会产生疲劳失效。电子组件由附接到安装在电子盒中的PCB的电子部件形成。因此，电子系统的振动分析通常在三个主要级别中处理：(i)电子盒，(ii)印刷电路板，以及(iii)电子部件。

在现有技术中，已知许多用于将功能部件固定在壳体中的方法，例如采用正互锁、摩擦力保持、材料整体结合或这些的组合。这些方法中的一些涉及许多处理步骤，并且在这种程度上需要长的公差链。

例如，在现有技术中，已知一种用于将功能部件固定在壳体中的方法。在第一步骤期间，准备第一壳体部分，其中待固定的功能部件布置在临时固定位置。在第二步骤期间，使第二壳体部分与第一壳体部分接触，使得功能部件布置在壳体部分之间的接合方向(X)上。在第三步骤期间，来自至少一个壳体部分的材料熔化成使得当在壳体部分之间形成材料整体结合时，位于壳体部分之间的功能部件被夹持就位。在文献US9073149中描述了这种方法。在该文献中，需要更多数量的处理步骤来固定功能部件。此外，功能部件的夹持仅基于第一壳体部分与第二壳体部分的附接。这种夹持不能承受壳体将经受的振动冲击，例如在车辆中。

在文献US8759710中描述了另一种方法，其中描述用于通过两个部件之一的塑性变形来形状锁定连接两个部件的过程。为了使用于形成形状锁定连接的工具不与连接配对件的塑化区域直接接触，使用工具与待通过形状锁定而连接的两个部件之间的第三部件，其同时进入与待通过形状锁定而连接的两个部件之一粘合结合。用于产生连接配对件之一的塑性状态和用于形成粘合结合的热能通过电磁辐射施加通过第三部件。该现有技术文献仅涉及两个部件的连接，没有公开关于两个部件的连接如何能够固定PCB。用于连接部件的部分的类似方法还在文献US9030835中描述。

一些研究涉及电子系统中发生的不同振动问题。这些研究有不同的目标，比如了解电子系统中的振动现象、振动隔离、焊点的寿命预测及可靠性计算。用于分析电子组件中的振动的分析方法得出的结论是电子设备中的故障主要取决于机械负载，并且这些机械故障主要在部件引线和焊点中观察到。

因此，需要一种提供PCB在壳体中的牢固固定以承受例如由振动或扭转运动引起的应力的方法。

发明内容

本公开通过提出一种用于将PCB固定在壳体中的方法克服了现有技术文献的限制，该方法需要较少数量的步骤并且同时增加固定的PCB的坚固性。从那里开始，本公开提出了一种用于将印刷电路板固定在壳体中的方法以及由此获得的布置，这克服了现有技术的缺点，因此能够以相对较少的处理步骤实现简单、基本上稳固的固定且因此实现低成本。

该目的通过独立权利要求的主题解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

根据本公开的有利实施例，提供了一种用于容纳印刷电路板PCB的组件。该组件包括：第一壳体部分，其具有从第一壳体部分的基部向上延伸的至少一个第一保持元件；第二壳体部分，其具有朝向第一壳体部分的从第二壳体部分的盖向下延伸的至少一个第二保持元件，其中当第一壳体部分与第二壳体部分接合时，第一保持元件的开口端适于接收第二保持元件的远端。

根据本公开的有利实施例，第一壳体部分与第二壳体部分在组件中的接合通过激光焊接实现。

根据本公开的有利实施例，组件中的第一保持元件的开口端是分段的，形成莲座。

根据本公开的有利实施例，组件中的第一保持元件具有中空腔的形式。

根据本公开的有利实施例，组件中的印刷电路板PCB可附接到第一保持元件的开口端。

根据本公开的有利实施例，组件中的第二保持元件优选地具有锥形心轴的形状，具有适于接收在中空腔中而不接触中空腔的基部的会聚端。

根据本公开的有利实施例，从第一保持元件的开口端开始的长度的约三分之二被分段。

根据本公开的有利实施例，当第一壳体部分与第二壳体部分接合时，第一保持元件的区段蠕变到PCB上。

根据本公开的有利实施例，当第一壳体部分与第二壳体部分接合时，第一保持元件朝向基部呈锥形。

根据本公开的有利实施例，提供了一种包括根据本公开的壳体组件的电子组件。

根据本公开的有利实施例，提供了一种用于将印刷电路板PCB固定在壳体中的方法。该方法包括以下步骤：将第一壳体部分与第二壳体部分对准，所述第一壳体部分具有从第一壳体部分的基部向上延伸的第一保持元件，所述第二壳体部分具有从第二壳体部分的盖向下延伸的第二保持元件，其中，所述印刷电路板PCB可附接到第一保持元件的开口端；将第二壳体部分的盖与第一壳体部分激光焊接，其中第一保持元件的开口端是分段的，形成莲座，并且其中第一保持元件具有中空腔的形式，优选地是中空圆柱。

根据本公开的方法的有利步骤，第一壳体部分的壁与第二壳体部分的盖激光焊接。

根据本公开的方法的有利步骤，由激光焊接产生的径向力固定PCB。

根据本公开的方法的有利步骤，第二保持元件具有锥形心轴的形状，具有适于接收在中空腔中而不接触中空腔的基部的会聚端。

根据本公开的方法的有利步骤，当第一壳体部分与第二壳体部分接合时，第一保持元件的区段蠕变到PCB上。

附图说明

在下文中，参考附图更详细地描述本发明。附图中的类似或相应的细节用相同的附图标记标出。

附图并入说明书中并且形成说明书的一部分以说明本发明的若干实施例。这些附图与描述一起用于解释本发明的原理。附图仅用于说明如何制造和使用本发明的优选和替代示例，而不应被解释为将本发明限制于仅示出和描述的实施例。此外，实施例的若干方面可以单独地或以不同的组合形成根据本发明的解决方案。因此，可以单独地或以其任意组合考虑以下描述的实施例。所描述的实施例仅是可能的配置，并且必须记住，如上所述，各个特征可以彼此独立地提供，或者在实施本发明时可以完全省略。通过以下对如附图中所示的本发明各个实施例的更具体的描述，其进一步的特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：

图1示出了作为示例的具有待固定的PCB的组件的布置的横截面；

图2示出了PCB上的分段的第一保持元件的横截面顶视图；

图3示出了分段的第一保持元件的透视顶视图；

图4示出了具有待固定的PCB的组件的替代布置的横截面的示例；

图5示出了在替代布置中在PCB上的分段的第一保持元件的横截面顶视图；

图6示出了在执行焊接步骤之前根据本发明的组件的另一示例的横截面侧视图；

图7示出了在执行焊接之后的图6的组件。

具体实施方式

将参考附图更详细地解释本发明。

作为示例，图1示出了用于实施根据本公开的方法的组件100。该组件包括第一壳体部分101、印刷电路板103和第二壳体部分104。第一壳体部分101和第二壳体部分104通过激光焊接连接，并且由于连接过程，固定印刷电路板。可由第一壳体、第二壳体和PCB制造根据本发明的组件，其用于例如容纳和固定PCB，特别是用于保护其例如免受环境影响、侵蚀性介质及机械作用。

因此，作为示例，努力使壳体不透气体、液体或其他介质，并且必要地在传感器壳体的情况下，特别是用于恶劣环境的传感器壳体的情况下，使壳体变得坚固。通过材料整体粘合过程，除了连接接头配对件外，还可以实现必要的不渗透性和强度。作为示例，壳体部分101和104可以由塑料或金属或其他合适的材料制成，并且还可以想到第一和第二壳体部分包括不同的材料。

在壳体中，PCB103应尽可能地在位置上精确地容纳和固定，例如使得其可被固定防止滑动或发出嘎嘎声，并且不受公差的影响。此外，PCB103应保持在精确位置，比如距第一壳体部分101的基部或第二壳体部分104的盖指定距离。为了实现这种永久固定，特别是不受公差影响的位置精确的固定，并且根据本公开，第一步骤将第一壳体部分101与第二壳体部分104对准，第一壳体部分101具有从第一壳体部分的基部111向上延伸的第一保持元件102，第二壳体部分104具有从第二壳体部分的盖向下延伸的第二保持元件109，其中印刷电路板(PCB)103可拆卸地附接到第一保持元件102的开口端。PCB103布置在第一壳体部分101中的临时固定位置，尽管相对于PCB在第一步骤被放置在其中的第一壳体部分101的术语“临时固定位置”也可以指最终特定的固定位置。当第一壳体部分101与第二壳体部分104接合时，第一保持元件的开口端适于接收第二保持元件109的远端。

第二保持元件109(也可以称为圆顶)可以具有略微锥形(即圆锥形)形状，以便于在分段部分107的区段之间引入第二保持元件109。

为此，附接到第一壳体部分101的基部111的第一保持元件102呈中空腔110的形式，优选地具有圆柱形形状。第一保持元件102的远离第一壳体部分101的基部111的端部被分段，如图2中详细示出。

例如，图2中示出了四个分段部分107a、107b、107c、107d，用于说明本公开的方法。这些分段部分对称地布置，具有围绕第一保持元件102的中心轴线的莲座形状。从第一保持元件102的开口端开始的长度的约三分之二是分段的。因此，PCB103充分定位在第一保持元件102的开口端下方。第二保持元件109优选地具有锥形心轴的形状，其具有适于接收中空腔110而不接触中空腔110的基部的会聚端。

当第二壳体部分104与第一壳体部分101对准时，第二壳体部分104的盖上的第二保持元件109容纳在附接到第一壳体部分101的基部的第一保持元件102的中空腔110中。第二保持元件穿过分段部分107a-107d。在第一壳体部分101与第二壳体部分103对准之后，这两个壳体部分在点106处被激光焊接，如图1所示。该激光焊接产生的力足以将第二保持元件109推入到第一壳体部分102的中空腔110中。此外，在最终安装状态下，分段部分107不接触第二壳体部分104。

可选地，激光沿方向X撞击第二壳体部分104的盖上方的玻璃板108，如图1所示。

玻璃板108对激光束是透明的。这进一步增强了用于连接两个壳体部分的激光焊接的压力。优选地，玻璃板108具有与第二壳体部分104的第二保持元件109位于其中的区域相邻的开口105。该开口具有以下优点：第二保持元件109抵抗分段部分107的机械扩展阻力而自身进入腔110中。由此，可以在最终安装状态下实现力矢量，其指向内部(沿着方向X)并且大于由加热时的内压或振动引起的操作期间产生的力。因此，在其整个使用寿命期间，PCB103将不会从第一保持元件102处的落座区域抬起。

当滑入腔110中时，第二保持元件109在第一保持元件102的开口端上的分段部分107a-107d上施加力。该力沿径向作用在第一保持元件102的分段端107a-107d上并且使它们蠕变到PCB103上。因此，PCB固定在壳体中。

根据本公开的PCB103的固定确保了固定的坚固性不受具有固定的PCB的壳体在使用中将经受的振动和扭转应力的影响。在PCB103上的第一保持元件102的开口端的径向设置的分段端107a-107d限定了最佳几何形状，其消散了壳体在操作中经受的机械和振动应力。例如，车辆中的电子部件经受冲击和振动环境。必须相应地设计部件。根据本公开的PCB的布置导致比现有技术中存在的电子部件的布置更低的疲劳极限。

图3示出了分段的第一保持元件107a-107d的透视顶视图。该图清楚地示出了第二保持元件109与穿过第一保持元件102的分段部分107a-107d的第一保持元件102接合。由在第二壳体部分104的盖上的激光焊接产生的力推动第一保持元件102内的第二保持元件109。在这样做时，分段部分107a-107d在PCB上蠕变并因此将PCB固定在壳体中。第一保持元件102的端部的分段导致暴露于振动应力以消散，而不会使PCB从其固定位置移动。

图4和图5示出了本公开的替代实施例。下面仅描述与图1、2和3中所示的前一实施例的不同。否则，完全参考前面的文本。

壳体部分204的盖另外在第二保持元件与第一保持元件的连接处被激光焊接。第一保持元件202包括中心圆顶212以实现该焊接206。应注意，即使在这种布置中，分段部分207a-207d的蠕变也将PCB固定在壳体中。附加焊接点仅用于增强盖将第二保持元件推到第一保持元件上所用的力。第一保持元件的分段部分的蠕变是由第二保持元件施加在第一保持元件上的力引起的。此外，在最终安装状态下，分段部分207不接触第二壳体部分204。

应注意，根据本公开的壳体的布置是考虑到壳体在振动负载下的动态特性而设计的。激励通过穿过第一壳体部分的基部传递到印刷电路板。因此，附接到第一壳体部分的基部的第一保持元件的开口端的分段的蠕变确保了振动负载被阻尼，并且PCB不会从其固定位置移动。

图6和7示出了在组装期间根据本公开的组件的另一有利示例。除了第二保持元件309的形状之外，该布置对应于图1和2中所示的第一示例。根据该改进，第二保持元件309具有锥形部分314，其与分段部分307接合。因此，更有效地迫使各个分段307a-307d分开。图6和7示出了根据该实施例的两个组装步骤。如图6所示，第二壳体部分304(其也可以称为盖)与第一壳体部分301对准。第一板308(例如由玻璃制成)沿X方向被按压，直到侧壁316阻挡盖的进一步移动。

在图7中所示的下一步骤中，通过按压第二板318以执行激光焊接(如力箭头F1所示)，进一步增强机械压力。第二板318可以例如由玻璃或任何其他合适的材料形成。该附加压力导致作用在分段部分307上的增强的径向力，如力箭头F2所示。第二板318有利地在第二保持元件309附近具有开口305。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各个元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一保持元件、部件、区域、层或部分可被称为第二保持元件、部件、区域、层或部分。

为了便于描述，这里可以使用空间相对术语比如“近端”、“远端”、“下部”、“上方”、“上部”等来描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系，如图中所示。应当理解，除了图中所示的定向之外，空间相对术语旨在包括使用或操作中的装置的不同定向。例如，如果图中的装置被翻转，则描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将被定向在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方的定向。装置可以以其他方式定向(旋转90°或其他定向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。

如本文所用，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”及其变体指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。应当理解，当一个元件被称为“连接”或“联接”到另一个元件时，它可以直接连接或联接到另一个元件，或者可以存在中间元件。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不会以理想化或过于正式的方式解释，除非在此明确定义。

应理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。本文描述的各个部件的尺寸、材料类型、定向以及各个部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且决不是限制性的，而仅仅是示例性实施例。在阅读以上描述后，在权利要求的精神和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域普通技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应该参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的普通英语等同物。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。

虽然已经参考本公开的示例性实施例具体示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的意图的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。示例性实施例应仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。因此，本公开的范围不是由本发明的上述描述限定，而是由所附权利要求限定，并且该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

附图标记列表

100、200、300 组件

101、201、301 第一壳体部分

102、202、302 第一保持元件

103、203、303 PCB

104、204、304 第二壳体部分

105、305 开口

106、206、306 激光焊接点

107、107a-107d 第一保持元件的分段部分

108、208、308 第一(玻璃)板

109、209、309 第二保持元件

110、310 腔

111、211 第一壳体部分的基部

212 中心圆顶

314 锥形部分

316 侧壁

318 第二板

Claims (15)

1.一种用于容纳印刷电路板(103，203)的组件(100，200)，包括：

第一壳体部分(101，201)，该第一壳体部分具有从第一壳体部分的基部(111)向上延伸的至少一个第一保持元件(102，202)；

第二壳体部分(104，204)，该第二壳体部分具有朝向第一壳体部分的从第二壳体部分的盖向下延伸的至少一个第二保持元件，

其中，当所述第一壳体部分与第二壳体部分接合时，所述第一保持元件(102，202)的开口端适于接收所述第二保持元件(109)的远端。

2.根据权利要求1所述的组件(100，200)，其中，所述第一壳体部分(101，201)与第二壳体部分(101，201)的接合通过激光焊接实现。

3.根据权利要求2所述的组件(100，200)，其中，所述第一保持元件的开口端是分段的，形成莲座。

4.根据权利要求1至3之一所述的组件(101，201)，其中，所述第一保持元件(102，202)具有中空腔(110)的形式。

5.根据权利要求1至4之一所述的组件(101，201)，其中，印刷电路板(103，203)可附接到所述第一保持元件(102，202)的开口端。

6.根据权利要求1所述的组件(101，201)，其中，所述第二保持元件(109)优选地具有锥形心轴的形状，具有适于接收在所述中空腔中而不接触中空腔的基部的会聚端。

7.根据权利要求1所述的组件(101，201)，其中，从所述第一保持元件(102，202)的开口端开始的长度的约三分之二被分段。

8.根据权利要求1所述的组件(101，201)，其中，当所述第一壳体部分(101，201)与第二壳体部分(102，202)接合时，所述第一保持元件(102，202)的区段蠕变到所述印刷电路板(103，203)上。

9.根据权利要求1所述的组件(101，202)，其中，当所述第一壳体部分(102，202)与第二壳体部分接合时，所述第一保持元件(102，202)朝向所述基部呈锥形。

10.一种电子组件，包括根据权利要求1至9中任一项所述的壳体组件。

11.一种用于将印刷电路板固定在壳体中的方法，该方法包括以下步骤：

将第一壳体部分与第二壳体部分对准，所述第一壳体部分具有从第一壳体部分的基部向上延伸的第一保持元件，所述第二壳体部分具有从第二壳体部分的盖向下延伸的第二保持元件，其中，所述印刷电路板可附接到第一保持元件的开口端，

将所述第二壳体部分的盖与第一壳体部分激光焊接，其中，所述第一保持元件的开口端是分段的，形成莲座，并且其中，所述第一保持元件具有中空腔的形式，优选地是中空圆柱。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一壳体部分的壁与所述第二壳体部分的盖被激光焊接。

13.根据权利要求11和12之一所述的方法，其中，由激光焊接产生的径向力固定印刷电路板。

14.根据权利要求11至13之一所述的方法，其中，所述第二保持元件具有锥形心轴的形状，具有适于接收在所述中空腔中而不接触中空腔的基部的会聚端。

15.根据权利要求11至14之一所述的方法，其中，当所述第一壳体部分与第二壳体部分接合时，所述第一保持元件的区段蠕变到所述印刷电路板上。

Images