CN1701646A - 电子控制单元 - Google Patents

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Abstract

一种柔性电路板组件包括：具有由弯曲区域(320)分离的第一部分和第二部分的柔性电路板(304)，和具有由弯曲区域(310)分离的第一部分和第二部分的基本刚性的衬底(306)。刚性衬底(306)具有内表面(322)和外表面。电路板(304)的第一和第二部分分别粘附到衬底(306)的第一和第二部分，使得当弯曲衬底时，电路板(304)的柔性区域(320)必然也弯曲。弯曲区域(320)具有朝外自衬底(306)的内表面(322)延伸的凹槽(314)，且当衬底(306)弯曲时，围绕单个弯曲轴，凹槽的尺寸容纳电路板的柔性区域(320)。该凹槽提供减小应力的电路板的大弯曲半径。

Description

电子控制单元
技术领域
本发明涉及一种自动化电子控制单元，更具体地，涉及一种在自动化电子控制单元组件中弯曲的柔性电路的使用。
背景技术
自动化引擎的控制单元设置在经受周围高温和极度振动环境的封闭空间中。通常，为了增强热性能和抗引擎振动，把包括控制电路的印刷电路板粘附到刚性板上，该刚性板可以弯曲以产生减小的尺寸模块且用作散热器。例如，使用具有弯曲柔性电路的印刷电路板的应用中，由于用来封装电子控制单元，把印刷电路板装配到铝的刚性板上。刚性板对印刷电路板提供机械支撑，并通过把元件的热量传送到下层的刚性板来帮助印刷电路板上的元件所产生的热量消散。
现在参考图1和2，描述现有技术中的电子控制单元(ECU)100。图1是电子控制单元100的端视图的等轴透视图。图2是电子控制单元100的截面侧视图。电子控制单元100包括通过使用粘合剂202粘附到刚性板106的柔性印刷电路板104。通常，电路板104具有装配在电路板的表面上的大量电子元件102。粘合剂102设置在刚性板106和印刷电路板104之间，且用来固定印刷电路板到刚性板。当把印刷电路板固定到平面刚性板上后，把刚性板和印刷电路板组件折叠，结果折叠的印刷电路板由两个主要隔板204、208以相互的角度构成，且通过具有通常小于3毫米的曲率半径的多重紧密半径弯曲210的蜿蜒弯曲部分206来连接。例如，电路板104可使用PolybentTM工艺弯曲，如美国专利号5,998,738中所描述，这里结合其文本为参考。
由于电子控制单元的功能性随着时间的过去而升高，相应的电路变得密集而且复杂。结果，电子控制单元从两层印刷电路板例如印刷电路板104的使用变迁到四层印刷电路板的使用。即使当柔性电路保持两层电路，但是四层印刷电路板的制造工艺导致更厚的柔性电路206。由于更厚的柔性电路206，当弯曲时柔性电路板公知会撕裂并裂开，导致必须丢弃的控制模块。丢弃的控制模块导致过度的制造成本和浪费，特别是由于折叠之前印刷电路板必须组装上元件。
不久前对电路板的弯曲部分而不是平面部分提出了一种解决方案。另一种解决方案是在弯曲期间加热电路板。在电路板的制造或电子控制单元的装配中，这两种解决方案都需要额外的工艺步骤。
由此，对于提供折叠印刷电路板组件的方法和装置存在需要，其不会导致柔性电路的裂开和撕裂。
附图说明
本发明具有新颖性的特征在权利要求中具体地陈述。本发明及其进一步的目的和优点，通过结合附图，参考下列说明而得到更好的理解，相同的参考号表示相同的元件，其中：
图1是现有技术的电子控制单元的端视图的等轴透视图。
图2是图1的电子控制单元的侧视图的截面透视图。
图3是依照本发明的实施例的电子控制单元的端视图的等轴透视图。
图4是依照本发明的实施例的图3的电子控制单元的侧视图的截面图。
图5是依照本发明的另一个实施例的电子控制单元的端视图的等轴透视图。
图6是依照本发明的实施例，在弯曲之前把粘合剂施加到刚性板上的，图3的刚性板的顶视图。
图7是依照本发明的实施例，在弯曲之前和电路板装配到刚性板上之后，且焊料糊网印到电路板上的图3的电子控制单元的顶视图。
图8是依照本发明的另一个实施例的电子控制单元的端视图的等轴透视图。
图9是依照本发明的另一个实施例的图8中的电子控制单元的侧视图的截面透视图。
图10是依照本发明的实施例的、装配包括刚性板和柔性电路板的电子控制组件的工艺的逻辑流程图。
具体实施方式
本发明提供一种用于折叠电子控制单元的印刷电路板组件而不造成柔性电路的裂开和撕裂的方法和装置。电子控制单元(ECU)包括具有第一部分穿过柔性区域互连到第二部分的柔性电路板。电子控制单元还包括足够坚硬的衬底(例如铝)或具有第一部分穿过弯曲区域互连到第二部分的刚性板。刚性板和电路板的各个第一和第二部分一起粘合为平面组件。当ECU折叠时，柔性电路的柔性区域假定为具有大半径的弯曲，导致比现有技术减少了裂缝和裂开。本发明的各个实施例中，使柔性电路的柔性区域中的大半径的设想通过刚性板中弯曲区域的缝隙和凹槽而变得容易。
通常，本发明的一个实施例涉及包括基本坚硬的衬底或具有通过弯曲区域分离的第一部分和第二部分的刚性板的电子控制单元组件系统。坚硬衬底具有内表面和外表面。电子控制单元还包括具有通过柔性区域分离的第一部分和第二部分的柔性电路板。衬底的弯曲区域包括从衬底的内表面朝外延伸的凹槽，具有容纳电路板的柔性区域的凹槽尺寸。电路板的第一和第二部分以基本平面的构造分别粘附到衬底的第一和第二部分，例如通过使用粘合剂。在0度和180度之间的角度折叠电子控制单元，使得刚性板的内表面限定包含电路板的电子控制单元的内部区域。当折叠时，由于通过超过刚性板的内部区域延伸到衬底的弯曲区域中形成的凹槽中来折叠，电路板的柔性区域获得至少一个大半径弯曲的形状。
本发明的另一个实施例涉及包括基本坚硬的衬底或具有通过弯曲区域分离的第一部分和第二部分的刚性板的电子控制单元组件系统。坚硬衬底具有内表面和外表面。电子控制单元还包括具有通过柔性区域分离的第一部分和第二部分的柔性电路板。衬底的弯曲区域包括在衬底的内表面和外表面之间以接纳电路板的柔性区域的缝隙尺寸延伸的缝隙。电路板的第一和第二部分以基本平面的构造分别粘附到衬底的第一和第二部分，例如通过使用粘合剂。在0度到180度之间的角度折叠电子控制单元，使得刚性板的内表面限定包含电路板的电子控制单元的内部区域。当折叠时，由于通过超过刚性板的内部区域延伸到衬底的弯曲区域中形成的凹槽中来折叠，电路板的柔性区域获得至少一个大半径弯曲的形状。本实施例可包括在衬底的外表面上覆盖缝隙的盖。此外，这些实施例可包括粘附到衬底以形成包含电路板的密封模块的外壳。
本发明的另一个实施例涉及在电子控制单元组件中形成电路板的方法，包括提供具有由柔性区域分离的第一部分和第二部分的柔性电路板、基本坚硬的衬底或具有由弯曲区域分离的第一部分和第二部分的刚性板。该方法包括在衬底的弯曲区域中形成缝隙或凹槽的步骤，自其内表面朝外延伸，具有接纳电路板的柔性区域的缝隙或凹槽尺寸。该方法包括把电路板的第一部分和第二部分分别粘附到衬底的第一和第二部分的附加步骤。这样可包括施加粘合剂到平面刚性板的表面上和通过粘合剂在刚性板的表面上装配柔性电路板平面的子步骤。该方法还包括在衬底的第一部分和弯曲区域的结合处弯曲衬底的步骤，使得电路板的柔性区域变形到衬底的缝隙或凹槽中。
现在参考图3和4，描述覆盖柔性电路板的示例性电子控制单元300。图3是依照本发明的实施例自等轴透视图的电子控制单元300的端视图。图4是电子控制单元300的截面侧视图。控制单元300包括至少一个电子元件302、电路板304和基本坚硬的衬底(刚性板)306。电子元件302代表任何可装配到印刷电路板的电子元件或器件，例如电池、电容器、电阻器、半导体芯片、二极管、电感器和线圈。电子元件302装配在电路板304的表面上，如图3和4所示。这可以在电路板装配到刚性板306上之前或期间，通过焊料回流部件到平板电路板来形成。通常，电路板304具有大量装配在电路衬底的表面上的电子元件302。这些电子元件302通过设置在电路板304的表面上或中间层上或穿过中间层的大量导电焊垫或突起(未示出)、导电轨迹(未示出)、导电通孔(未示出)彼此电连接。
优选地，电路板304是由本领域技术人员公知的大量材料中的任何一种制造的印刷电路板，例如环氧玻璃、FR4、树脂涂覆的铜和聚酰亚胺。本发明的一个实施例中，电路板304是平板，通过常规方法使用与环氧树脂浸渍的多层组合玻璃来形成。优选三层或多层环氧玻璃和四层电路。电路板304固定到刚性板306的内表面322，当电路板和刚性板弯曲时其表面包含刚性板的内表面。电路板304通过粘合剂402固定到表面322，该粘合剂优选压感粘合剂(PSA)带或膜。本发明的另一个实施例中，粘合剂402可以是网印在刚性板306上的热可愈的液态粘合剂。本领域技术人员了解把电路板304固定到表面322的多种技术，例如以螺丝钉或其他可放置在表面322上的粘合层叠薄片机械固定，这里可使用这些而不脱离本发明的范围。
刚性板306围绕电路板304并设计为把电路板304和电子元件302与破坏电路板和电子元件的电荷屏蔽。刚性板306还提供机械支撑以及对电路板304散热。优选地，刚性板306由可对电路板304提供坚硬机械支撑的足够坚硬的材料制造，即，作为刚性板或稳定器，且设计为使电子元件与热、水、化学制品和静电荷屏蔽的部件，例如铝、铜、钢、工程级塑料、镁和锌或任何阻挡汽车中通常具有的化学制品和元件的材料。刚性板306优选由在电子控制单元300的工作期间从元件302传送热的热导材料制成，由此帮助元件散热。但是，本领域技术人员了解，电子控制单元300可使用于低功率运作，刚性板306的放热量和热导率为次重要的。
弯曲或折叠电路板304和刚性板306。如图3和4所示，电路板304弯曲为近似“L”形。但是，本发明可使用大于0且小于180度的任何角度。优选地，使用PolybentTM工艺弯曲电路板304和刚性板306，如美国专利号5,998,738所述，这里结合其文本作为参考。PolybentTM工艺基本上采用平板电路板304和刚性板306并折叠电路板和刚性板。虽然本发明的一个实施例中使用PolybentTM工艺弯曲电路板304和刚性板306，但是可以使用本领域技术人员公知的任何技术来弯曲电路板和刚性板。可以沿着穿过刚性板的第一部分和弯曲区域之间的刚性板的主轴的第一结合315处、沿着穿过弯曲区域和第二部分之间的刚性板的另一个主轴的第二结合313处或其两者，来弯曲刚性板。优选地，在刚性板的第一部分和结合近似90度弯曲的弯曲区域之间的第一结合315处弯曲，使得弯曲区域基本与衬底的第一和第二部分中较长的一个基本上共面。
当弯曲刚性板306时，刚性板306的第一部分沿着第一结合315朝着刚性板306的第二部分308折叠，提供小于180度的内表面322的角度。设置刚性板306的第一、第二和弯曲部分312、308和310来限定ECU300的内部区域318。当折叠衬底和刚性板时，刚性板306的弯曲区域310包括在电路板304中易于L形折叠的至少一个缝隙314，且互连刚性板306的第一部分312和第二部分308的两侧桥接316交叉弯曲区域310。
在折叠工艺期间，缝隙314使得电路板304的柔性区域320延伸超过刚性板306的内部区域318，由此替代现有技术中电子模块100的刚性板106内侧的小半径螺旋206，使得电路板304以大半径L形折叠。通过L形折叠，与现有技术的同等尺寸电子模块100中的曲率半径210弯曲相比，缝隙314准许在电路板304的柔性电路部分的柔性区域320中大曲率半径弯曲。大曲率半径404的弯曲，优选不小于3毫米的曲率半径，且优选不小于5毫米，当电路板304弯曲时，大大地减小了柔性区域320的撕裂和裂开率。而且，通过使刚性板的第一和第二部分之间具有10毫米宽度的弯曲区域，以更低的图形来制作单元300。电子控制单元300还可以包括弹簧盒盖322，可固定在刚性板306的弯曲区域310上和延伸超过折叠的刚性板306的内部区域318的柔性电路304的弯曲部分320上。该弹簧盒盖322防止例如灰尘、水和其他化学制品元素通过缝隙314进入刚性板和破坏电子元件302。
应当理解，可以在刚性板306的任意外侧表面上装配连接器(未示出)，通过刚性板中的孔电连接到电路板304。例如，现在参考图5，替代弹簧盒盖322，连接器502可连接到电路板304的柔性区域320，延伸过刚性板306的内部区域318。连接器502可包括多个电传导插针504和多个相连孔506。相反，电路板304的柔性区域320可包括多个用于接收连接器502的多个插针504的多个连接孔508。刚性板306还可包括对准连接器502的多个相连孔的多个相连孔510。当完成电子控制单元100的装配时，多个连接孔508中的每一个容纳多个插针504的插针，由此在电路板304和外部电子件之间，通过连接器502，提供电接面。此外，连接器502中的多个相连孔506中的每一个与刚性板306的多个相连孔510中的一个对准，以收容可以将连接器固定到刚性板和衬底的扣件。
图6是依照本发明的实施例的，在弯曲之前，具有施加到刚性板306的表面322的粘合剂402的刚性板306的顶视图。图6所述，通过弯曲区域310中包括的桥接316，把刚性板306的第二部分308互连到第一部分312。图6还描述了当弯曲衬底和刚性板时，电路板304中易于L形折叠的弯曲区域310的缝隙314。
图7是依照本发明的实施例的，当电路板304平面装配到粘合剂402上、且由此到刚性板306上后，且焊料糊702网印到衬底上后的电子控制单元300的顶视图。优选元件302为表面装配元件，可自动设置到电路板304上。本领域技术人员了解元件302不必表面装配。例如，元件302可以是相互设置在电路板304上的穿孔部件。但是，通过使用网印到刚性板306上的液态粘合剂402和进一步使用表面装配元件302，可以使装配电子控制单元300的工艺完全自动化。
如图7所示，电路板304包括粘附到刚性板306的第二部分308的第二部分708，位于相邻刚性板306的弯曲区域310处(但未接合)的柔性电路710的柔性区域，和粘附到刚性板306的第三部分312的第一部分712。示出柔性区域隔板710划分为多个区域714、716和718，每一个覆盖刚性板306的多个缝隙314的一个，且还包括覆盖刚性板306的多个桥接316的每一个的多个切断区域720。但是，应当理解，可提供更少或更多的柔性区域、缝隙和切断区域。
现在参考图3、4和7，当折叠电路板304和刚性板306时，电路板304的柔性区域710的三个区域714、716和718中的每一个的至少部分延伸到或延伸过缝隙314，且由此延伸过刚性板306的内部区域318。当折叠衬底304和刚性板306时，通过使得电路板304延伸过内部区域318，缝隙314易于电路板304的L形折叠。L形折叠导致与现有技术的螺旋形曲率半径210、现有技术电子控制模块100的柔性电路206相比，折叠的电路板304中的较大曲率半径404弯曲，由此当弯曲现有技术模块100的柔性电路206时，减小了裂开和撕裂的发生。
现在参考图8和9，依照本发明的优选实施例描述覆盖柔性电路板的电子控制单元800，图8是由等轴透视图的电子控制单元800的端视图。图9是电子控制单元800的截面侧视图。与电子控制单元300相似，电子控制单元800包括装配到刚性板802的电路板304和装配到电路板304的多个元件302。而且，与控制单元300相似，电子控制单元800的折叠导致刚性板802的第二部分804沿着第一结合815朝着刚性板802的第一部分808折叠。第一和第二部分808和804通过刚性板802的弯曲区域806互连，与第一和第三部分808和804一起限定刚性板802的内部区域810。
但是，替代图3-7中的刚性板306的缝隙314，刚性板802包括：当弯曲刚性板802和衬底304时，在用于在电路板304中容纳L形折叠的弯曲区域806中形成的至少一个凹槽812。优选地，凹槽具有5毫米的深度朝外自刚性板的内表面延伸。当弯曲电子控制单元800时，电路板304的柔性区域710变形且延伸到凹槽812中以形成替代皱缩为螺旋形的大半径的L形。而且，通过使刚性板的弯曲区域在刚性板的第一和第二部分之间具有10毫米的宽度，以较低的图形制造该单元。此外，通过在刚性板802中提供凹槽812来替代缝隙314，当弯曲并耦合到外壳中后(未示出)，可以把电路板304完全地包含在刚性板802中。通过完全地包容电路板304，刚性板802能够保护电路板304和元件302免受灰尘、水和其他化学制品因素，而不需如图3的弹簧盒盖322。如前所述，使用公知工艺，在单元的外表面上的任何位置可提供连接器(未示出)，并延伸过刚性板或外壳以连接到电路板。
图10是装配电子控制组件的工艺的逻辑流程图1000，包括依照本发明的任意实施例的刚性板和柔性电路板。通过提供1002具有由弯曲区域分离的第一部分和第二部分的基本坚硬的衬底和具有由柔性区域分离的第一部分和第二部分的柔性电路板来开始逻辑流程图1000。优选地，提供步骤1002包括提供由多层浸渍有环氧树脂的组合玻璃构成的多层电路板，形成有导电轨迹、导电通孔和导电焊垫，用于紧固和互连电子元件，还进一步包括焊料回流元件到电路板的步骤。更优选地，提供步骤1002包括提供在刚性板的第一和第二部分之间的具有10毫米宽度的弯曲区域。通过将电路板的第一和第二部分分别粘附到1004衬底的第一和第二部分来继续逻辑流程。这可包括施加粘合剂到刚性板并在粘合剂上装配电路板平面，且由此装配到刚性板的内表面上。在衬底的第一部分和弯曲区域的结合处柔性电路板和刚性板折叠或弯曲1006。优选弯曲刚性板和电路的第一和第二部分，使得从内表面所测得的，电路板和衬底的第一和第二部分相互弯曲小于180度角。更优选地，弯曲刚性板和电路，使得从内表面所测，电路板和衬底的第一和第二部分相互弯曲小于90度角。关于柔性电路板和刚性板的折叠，折叠的柔性电路板的柔性区域获得L形。
本发明的一个实施例中，又一步骤包括在刚性板的弯曲区域中形成至少一个缝隙的步骤1008，进一步包括穿过弯曲区域互连刚性板的第一和第二部分的多个桥接。此时，缝隙的尺寸容纳电路板的柔性区域，使得弯曲步骤1006中电路板的柔性区域变形到衬底的缝隙中已通过缝隙延伸过刚性板的内部区域，由此在柔性电路板的柔性区域中易于折叠L形。该实施例可需要在刚性板上的缝隙上和延伸于缝隙外的部分柔性电路板上装配弹簧盒盖的步骤。本发明的又一实施例中，包括多个插针的连接器装配在刚性板上并电连接到电路板。
本发明的优选实施例中，又一步骤包括在刚性板的弯曲区域中形成至少一个凹槽的步骤1010，从刚性板的内表面向其外表面朝外延伸。此时，凹槽的尺寸容纳电路板的柔性区域，使得弯曲步骤1006中电路板的柔性区域变形到衬底的凹槽中以通过凹槽延伸过刚性板的内部区域，由此易于在柔性电路板的柔性区域中折叠L形。优选地，凹槽具有5毫米的深度，朝外自刚性板的内表面延伸。
与现有技术的电子控制单元100的电路板104的螺旋折叠相比，通过在电路板304中易于折叠L形，与电子模块100的小尺寸曲率半径弯曲相比，本发明的电子控制单元300、800准许在电路板304的柔性电路部分中大曲率半径弯曲。当弯曲电路板304时，大曲率半径弯曲大大地减少了柔性电路部分的撕裂和裂开率。此外，通过提供给刚性板的弯曲区域仅10毫米的宽度，大半径准许电子控制单元300、800使用较低的总体图形。
虽然参考具体实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，不脱离本发明的主要范围可进行各种改变和等效替换。此外，不脱离本发明的范围，可对本发明的教导进行各种修正来适用具体情形或材料。由此，发明的目的不限于这里公开的具体实施例，发明将包括落入权利要求的范围中的各种实施例。

Claims (10)

1.一种具有柔性电路板组件的电子控制单元，包括：
具有由柔性区域分离的第一部分和第二部分的柔性电路板；和
具有由弯曲区域分离的第一部分和第二部分的基本刚性的衬底，刚性衬底具有内表面和外表面，电路板的第一和第二部分分别粘附到衬底的第一和第二部分上，弯曲区域具有朝外自衬底的内表面延伸的凹槽，凹槽的尺寸容纳电路板的柔性区域。
2.根据权利要求1的控制单元，其中，自内表面所测得的，相互弯曲电路板和衬底的第一和第二部分小于180度角。
3.根据权利要求2的控制单元，其中，衬底的凹槽中的电路板的柔性区域具有不小于3毫米的单个弯曲半径，且衬底的弯曲区域具有不大于10毫米的第一和第二部分之间的宽度。
4.根据权利要求1的控制单元，其中，电路板是形成有导电轨迹、导电通孔和导电焊垫的多层电路板，用于紧固并互连电子元件。
5.根据权利要求1的控制单元，其中，弯曲区域与衬底的第一和第二部分中较长的一个基本上共面。
6.一种形成电子控制单元组件中的电路板的方法，该方法包括步骤：
提供具有由弯曲区域分离的第一部分和第二部分的基本刚性的衬底和具有由柔性区域分离的第一和第二部分的柔性电路板；
在衬底的弯曲区域中形成凹槽，朝外自其内表面延伸，凹槽的尺寸容纳电路板的柔性区域；
把电路板的第一和第二部分分别粘附到衬底的第一和第二部分上；和
在衬底的第一部分和弯曲区域的结合处弯曲衬底，使得电路板的柔性区域变形到衬底的凹槽中。
7.根据权利要求6的方法，其中，弯曲步骤包括：弯曲衬底使得自内表面所测得的，电路板和衬底的第一和第二部分相互弯曲小于180度角。
8.根据权利要求6的方法，其中，弯曲步骤包括：弯曲衬底，使得衬底的凹槽中电路板的柔性区域具有不小于3毫米的弯曲半径，且其中，提供步骤包括向衬底的弯曲区域提供不大于10毫米的第一和第二部分之间的宽度。
9.根据权利要求6的方法，其中，提供步骤包括：提供浸渍有环氧树脂的多层组合玻璃构成的多层电路板，形成有导电轨迹、导电通孔和导电焊垫，用于紧固和互连电子元件，还包括焊料回流电子元件到电路板的步骤。
10.根据权利要求6的方法，其中，粘附步骤包括：施加粘合剂到平坦衬底的内表面并在衬底的表面上装配柔性电路板平板的子步骤。
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