CN1918951A - 柔性电路板组件 - Google Patents

Abstract

一种柔性电路板组件，包括具有由折弯区域(206)分隔的第一部分(204)和第二部分(208)的刚性电路板(104)。切割多个沟槽(30、40、50)至折弯区域(206)。基本平行于折弯该折弯区域(206)的轴切割这些沟槽(30、40、50)。优选地，这些沟槽(30、40、50)位于电路板(104)的内侧折弯半径上，但可以位于外径上，或者可位于二者之上。

Description

柔性电路板组件

技术领域

本发明主要涉及印刷电路板，并且更具体地，涉及在柔性组件中使用刚性电路板。

背景技术

汽车发动机的控制单元被安置在遭受高环境温度和极度振动的环境中的有限空间内。通常，为了增强热性能以及发动机振动保护，将包括控制电路的印刷电路板附连至硬化器，该硬化器可以折弯，形成减小尺寸的模块并且还释放热量。例如，在使用具有折弯的柔性电路的印刷电路板的应用中，其用于封装电子控制单元，该印刷电路板被安装至铝硬化器。该硬化器为印刷电路板提供机械支持，并且通过从印刷电路板上的元器件向下面的硬化器传导地传输热量来辅助耗散这些元器件产生的热量。

现在参考图1和图2，示出现有技术的电子控制单元(ECU)100。图1是电子控制单元100的等角投影端视图。图2是电子控制单元100的侧面剖视图。电子控制单元100包括利用粘合剂202附连至硬化器106的柔性印刷电路板104。通常，电路板104具有在其表面上安装的多个电子元器件102。粘合剂202布置在硬化器106和印刷电路板104之间，并且起到将印刷电路板固定至硬化器的作用。在固定至扁平硬化器后，折叠硬化器和印刷电路板组件，形成折叠的印刷电路板，包括彼此呈一定角度的两个主要部分204、208，这两个部分由硬化器106的可折弯区域116的凹处112中包围的折弯部分206连接。为了在电路板中提供折弯，使用柔性电路板。不幸的是，柔性电路板的成本高于它们的刚性对应物。例如，柔性玻璃纤维编织环氧树脂(FR4)电路板的成本高于刚性FR4电路板。价格差异基本上是由制造商在通过面板电镀和焊接掩模操作中处理柔性板时遇到的问题造成，这导致更低的产量和因此更高的成本。

此外，柔性电路板变得更加复杂。由于电子控制单元的功能随着时间的推移而增多，对应的电路变得日益密集并且复杂。结果，电子控制单元已经从使用两层印刷电路板，例如电路板104，演进至使用四层印刷电路板。四层印刷电路板制造工艺的一个结果是更厚的柔性电路，即使当折弯部分保留两层电路时也是如此。由于它们的厚度，已知柔性电路板在折弯时容易破裂并分离，除非使用大的折弯半径，这导致必须被丢弃的控制模块。丢弃的控制模块导致过高的制造成本和浪费，主要因为印刷电路板在折叠前必须安装元器件。

一种解决方案是在电路板的折弯部分比平坦部分提供更少的层。另一解决方案是在折弯过程中加热电路板。这两种解决方案在电路板制造或者电子控制单元组装中需要额外的不常用的处理步骤。

因此，需要一种方法与装置，在柔性印刷电路板组件中提供刚性电路板的益处。

附图说明

认为是新颖的本发明特征在所附权利要求中具体阐明。通过参考下述说明并结合附图可最好地理解本发明及其进一步的目标与优势，在附图中，相同的引用标记表示相同的元件，其中：

图1是现有技术的电子控制单元的等角投影端视图；

图2是图1的电子控制单元的侧面剖视图；

图3是根据本发明第一实施例的柔性电路板的侧面剖视图；

图4是根据本发明第二实施例的柔性电路板的侧面剖视图；

图5是根据本发明第三实施例的柔性电路板的侧面剖视图；

图6是根据本发明实施例的图3的硬化器在折弯之前的俯视图，该硬化器施加有粘合剂；

图7是根据本发明实施例的图3的电子控制单元在折弯之前并在硬化器上安装电路板和在电路板上筛选焊料膏之后的俯视图；

图8是具有图3的柔性电路板组件的电子控制单元的侧面剖视图；以及

图9是组装根据本发明实施例的用于电子控制单元的柔性电路板组件的工艺逻辑流程图，该电子控制单元包括硬化器和电路板。

具体实施方式

本发明提供一种用于在柔性印刷电路板组件中使用的刚性电路板的方法与装置。该电子控制单元(ECU)包括刚性电路板，该刚性电路板的第一部分通过配置为柔性的折弯区域与第二部分互连。该电子控制单元进一步包括基本刚性的基板(例如，铝)或者硬化器，具有通过带有凹处的折弯区域与第二部分互连的第一部分。硬化器和电路板的各自第一和第二部分接合在一起成为扁平组件。当随后折叠ECU时，电路板的折弯区域呈现折弯。利用专门配置的刚性板相对于利用现有技术的柔性电路板，可导致节约成本。在本发明的各种实施例中，电路板折弯区域中的折弯由硬化器折弯区域中的孔径或者凹处促成。

通常，本发明的一个实施例包含一种电子控制单元组件系统，该系统包括具有由折弯区域隔开的第一部分和第二部分的基本刚性的基板或者硬化器。该刚性基板具有内表面和外表面。电子控制单元进一步包括刚性电路板，该电路板具有由折弯区域隔开的第一部分和第二部分，折弯区域被配置为具有沿平行于折弯区域的折弯轴延伸的凹槽。基板的折弯区域包括从基板的内表面向外延伸的凹处，该凹处的大小适于容纳电路板的折弯区域。通过基本平坦的配置，例如通过使用粘合剂，将电路板的第一与第二部分附连至基板的相应第一与第二部分。以零和一百八十度间的角度折叠电子控制模块，使得硬化器的内表面限定包含该电路板的电子控制模块的内部区域。当折叠时，电路板的折弯区域形成具有大折弯半径的形状，这是通过延伸超过硬化器的内部区域进入基板的折弯区域内形成的凹处而折叠的结果。

本发明的另一实施例包含一种用于形成电子控制单元组件内的电路板的方法，该方法包括提供具有由折弯区域隔开的第一部分和第二部分的刚性电路板以及具有由折弯区域隔开的第一部分和第二部分的基本刚性的基板或者硬化器。该方法包括在电路板的折弯区域中形成一系列凹槽以使其柔软的步骤。其它步骤包括在基板的折弯区域中形成从其内表面向外延伸的凹处，该凹处的大小适于容纳电路板的折弯区域。该方法包括将电路板的第一和第二部分附连至基板的相应第一和第二部分的附加步骤。这包括将粘合剂施加至扁平硬化器的内表面以及通过该粘合剂将柔性电路板平装在硬化器的表面上的子步骤。该方法进一步包括在第一部分与第二部分间的折弯区域中折弯刚性基板的步骤，使得电路板的折弯区域变形进入基板的凹处。

现在参考图3-5，示出了用于电子控制单元100中组件的电路板的各种实施例。在这些实施例中，显示四层电路板。然而，本发明适用于任何层数。图3是根据本发明第一实施例的电路板104的侧面剖视图，采用机械加工或者刻划至刚性电路板的折弯区域206的一系列V形刻槽30。图4是根据本发明第二实施例的电路板104的侧面剖视图，采用机械加工或者刻划至刚性电路板的折弯区域206的一系列U形刻槽40。图5是根据本发明第三实施例的电路板104的侧面剖视图，采用机械加工或者刻划至刚性电路板的折弯区域206的一系列基本呈矩形的刻槽50。尽管示出凹槽向下延伸通过四层电路板的一半(两层)，但是可采用不同的深度。此外，也可以等效地采用不同的横截面形状。由于易于加工，示出的这些实施例代表最普遍的形状。

参考图8，控制单元100包括至少一个电子元器件102、电路板104以及基本刚性的基板(硬化器)106。电子元器件102代表可安装至印刷电路板的任何电子元器件或者装置，例如电池、电容器、电阻器、半导体芯片、二极管、电感以及线圈。电子元器件102被安装至电路板104的表面上。这可通过在硬化器106上组装电路板之前或期间将零件回流焊至扁平电路板来完成。通常，电路板104具有安装在电路基板上的多个电子元器件102。这些电子元器件102通过布置在电路板104的表面上以及布置在其内部各层上或穿过各层的多个导电焊盘或者凸台(未示出)、导电迹线(未示出)以及导电孔(未示出)彼此电气连接。

电路板104是通过本领域技术人员任一已知材料(例如环氧玻璃、FR4、涂树脂铜箔和聚酰亚胺)制造的印刷电路板。优选地，以多层形式通过刚性FR4材料制造电路板。优选地，提供四层或更多层的FR4材料，并且多达五层电路。当然，在折弯区域中，电路不能在凹槽上延伸，因此电路被限制于没有被开槽工艺打扰的电路板层。

电路板104固定于硬化器106的内表面。电路板104通过粘合剂202固定于该内表面，粘合剂优选地是压敏粘合(PSA)胶带或者薄膜。在本发明的另一实施例中，粘合剂202可以是丝网印刷在硬化器106上的热固性液体粘合剂。本领域的普通技术人员知道，存在多种技术将电路板104固定至表面，例如机械紧固件，如螺栓等，或者可置于表面上的粘合板，此处可以使用它们，而不脱离本发明的范围。

组装之后，硬化器106包围电路板104，并且被设计为屏蔽电路板104以及电子元器件102，防止可损坏电路板和电子元器件的电荷。硬化器106还为电路板104提供机械支持和传导放热。优选地，硬化器106由足够硬的材料制造，这些材料为电路板104提供牢固的机械支持，也就是，起到硬化器或者稳定器的作用，并具有设计为屏蔽电子元器件的元素，防止热、水、化学物质以及静电荷，这些材料例如铝、铜、钢、工程级塑料、镁以及锌或者耐受在汽车内常见的化学物质与元素的任何材料。优选地，硬化器106还由导热材料制造，导热材料在电子控制单元100的操作期间从元器件102传输热量，因此辅助这些元器件释放热量。然而，本领域的普通技术人员知道，电子控制单元100可用于低功率操作，其中热量问题以及硬化器106的热传导的重要性不大。

电路板104和硬化器106被折弯或者折叠至近似‘U’形。然而，在本发明中可以使用任何大于零度和小于一百八十度的角度。可以利用本领域技术人员已知的任何技术折弯电路板和硬化器。可以在沿着硬化器的第一和第二部分与折弯区域间的硬化器上的主轴的两个交接处折弯硬化器。优选地，在交接处将硬化器折弯九十度，形成‘U’形组件，使得折弯区域基本垂直于基板的第一和第二部分，那么这两个部分大致彼此平行。

图6是在折弯之前，并且在硬化器106的内表面施加有粘合剂202的硬化器106的俯视图。如图所示，硬化器106的第二部分108通过包括在折弯区域中的桥116与f101互连。图6进一步表示折弯区域的凹处112。桥116与凹处112在折弯基板与硬化器时便于在电路板104中形成‘U’形折叠。

图7是电路板104平装在粘合剂102上并因此在硬化器106上之后，并且在焊料膏筛选至基板和安装的元器件102上后，电子控制单元100的俯视图。优选地，元器件102是利用本领域的公知技术自动放置在电路板104上的表面安装元器件。本领域的普通技术人员明白，元器件102不必是可表面安装的。例如，元器件102可以是手工安装在电路板104上的通孔零件。然而，通过利用筛选至硬化器106上的液体粘合剂202并且进一步利用表面安装器件102，可以全自动地完成电子控制单元100的组装工艺。

如图7中所示，电路板104的第二部分208附连至硬化器106的第二部分108，电路板104的折弯区域206与硬化器106的折弯区域112相邻放置(但未接合)的柔性电路板104，以及电路板104的第一部分204附连至硬化器106的第一部分101。折弯区域被显示为分为三个部分，每一部分与硬化器106的多个凹处112之一交迭，并且进一步包括多个开孔部分120，它们与硬化器106的多个桥116的每一个交迭。然而应当明白，可以提供更少或者更多的折弯区域、孔径以及开孔。在电路板104的折弯区域206中提供凹槽(图3中示出为30)，该凹槽与该组件的折弯轴103平行。应当明白，还可使用图4的凹槽40、图5的凹槽50以及其它类型的凹槽。

现在参考图8，根据本发明优选实施例说明用于容纳柔性电路板组件的电子控制单元100。图8是电子控制单元800的侧面剖视图。当折叠电路板104和硬化器106时，电路板104的折弯区域206的三个部分的每一个的至少一部分延伸进入凹处112，并且因此延伸超过硬化器106的内部区域。通过在折叠电路板104和硬化器106时允许电路板104延伸超过内部区域，凹处112促成电路板104的‘U’形折叠。该‘U’形折叠在电路板104的折弯区域206中导致大的曲率半径，因此在折弯电路板104时减少可能出现的任何破裂与分离。

在实际中，刚性FR4板将具有一系列沟槽，这些沟槽沿着或者被刻划至平行于折弯轴的表面，该折弯轴处于将在折弯中挤压的侧面上。但是，本发明可以等效地使用位于折弯外径上的沟槽，这将导致沟槽上的张应力，最终可导致应力裂纹。然而，沟槽可位于外径上或者既位于外径上也位于内径上。在任何情况下，沟槽将使板足够柔软，以通过七毫米半径折弯。这可利用五个V形沟槽实现，这些沟槽在约0.33毫秒的顶部具有开口。起始电路板具有从约0.5至1.0毫米的厚度。沟槽的深度使得沟槽底部的剩余板厚度约为0.25至0.38毫米。

也可以采用使刚性FR4柔软的其它方法，例如热压折弯区中的板以减小所选区域的厚度，在折弯以使板变得更加柔软之前进行加热，化学刻蚀使所选区域变薄，化学溶解FR4材料以软化折弯区，或者对板打上小孔。尽管可以使整个折弯区域变薄，但沟槽和在其间形成的筋肋提供在这整个变薄的区域中不可用的横向硬度。应当明白，连接器(未示出)可安装在硬化器外表面上的任何地方，以通过硬化器中的适当孔连接至电路板。

图9是组装根据本发明任何实施例的电子控制组件的柔性电路板组件的工艺逻辑流程图1000，该电子控制组件包括硬化器和电路板组件。逻辑流程图1000以提供1002基本刚性的基板和刚性电路板开始，其中基板具有由折弯区域分隔的第一部分和第二部分，电路板具有由折弯区域分隔的第一部分和第二部分。优选地，提供步骤1002包括提供由多层FR4材料构成的多层电路板，该多层电路板形成有导电迹线、导电孔以及导电焊盘，用于向电路板固定并互连电子元器件，并且进一步包括将元器件回流焊至电路板的步骤。

逻辑流程图继续，在折弯区域中切割1003多个沟槽，这些沟槽基本平行于折弯区域折弯所围绕的轴。该切割可根据上面对于图3-5的说明完成。

逻辑流程图继续，将电路板的第一和第二部分附连1004至基板的相应第一和第二部分。这包括向硬化器施加粘合剂以及在粘合剂上并因此在硬化器的内表面上平装电路板。然后在硬化器的第一和第二部分与折弯区域的交接处围绕折弯区域折叠或者折弯1006电路板和硬化器。优选地，折弯硬化器和电路的第一部分以及第二部分，使得当从内表面测量时，电路板和基板的第一部分以及第二部分被相对折弯约一百八十度。更优选地，折弯硬化器和电路，使得沟槽沿折弯区域的内径压缩。响应于折叠电路板和硬化器，折叠的柔性电路板的折弯区域呈现‘U’形。

在本发明的一个实施例中，进一步的步骤包括在硬化器的折弯区域中形成1008至少一个凹处，该凹处从硬化器的内表面向外延伸，到达其外表面，并且进一步包括在折弯区域上互连硬化器的第一和第二部分的多个桥。在这种情况下，凹处的大小适于容纳电路板的折弯区域，使得在折弯步骤1006，电路板的折弯区域变形进入基板的凹处，经由凹处延伸超过硬化器的内部区域，因此在柔性电路板的折弯区域中促成‘U’形折叠。优选地，凹处具有至少五毫米的深度，从硬化器的内表面向外延伸。

本发明允许利用刚性电路替换柔性印刷电路板，可在所选区域中充分折弯该刚性电路，以允许折叠至模块。这无需焊接折弯跳线以连接两个刚性电路板，或者无需处理需要在组装工艺中支持的非常薄的板。

尽管已经参考特定实施例具体示出并说明了本发明，但本领域的技术人员将明白，在不脱离本发明的广阔范围的情况下可进行各种改变和替代其元件的等效。此外，可进行多种修改，以使特定情形或者材料适应本发明的教导，而不脱离其本质范围。因此，本发明并不局限于此处公开的特定实施例，本发明将包括落入权利要求范围之内的所有实施例。

Claims (8)

1.一种柔性电路板组件，包括：

刚性电路板，具有由折弯区域分隔的第一部分和第二部分，所述刚性电路板具有多个层；以及

在所述折弯区域中切割的多个沟槽，基本平行于折弯所述折弯区域的轴来切割所述沟槽，其中所述沟槽被切割穿透所述刚性电路板的至少一半。

2.权利要求1所述的组件，其中所述沟槽被切割穿透所述刚性电路板的约三分之二。

3.权利要求1所述的组件，其中所述刚性电路板包括玻璃纤维编织环氧树脂材料。

4.权利要求1所述的组件，其中所述沟槽布置在所述折弯区域的内径上。

5.权利要求1所述的组件，其中所述沟槽具有V形轮廓。

6.权利要求1所述的组件，其中所述沟槽具有基本呈矩形的轮廓。

7.权利要求1所述的组件，其中当从所述刚性电路板的内表面测量时，在所述折弯区域中以至多一百八十度的角度折弯所述刚性电路板。

8.权利要求1所述的组件，其中所述刚性电路板包括从所述刚性电路板的第一部分向第二部分布置的电气迹线，该电气迹线跨越分隔所述刚性电路板折弯区域中未切割层之一上的所述第一和第二部分的折弯区域。

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