CN1930931B - 控制设备 - Google Patents

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Abstract

具有平行的插头馈电线的控制设备的特征在于，如此来接触插头(2)，以致可利用电子部件(5)来装备印刷电路板(1)的底面的尽可能大的区域，并且该多层印刷电路板(1)的尽可能大的区域也可配备有用于连接这些电子部件(5)的印制导线(6)。这由此来解决，即通过弯曲区域(1.3)将印刷电路板(1)的第一部分(1.1)与承载插入式连接器(2)的第二部分(1.2)相连接。在这种情况下，第一和第二部分(1.1和1.2)具有至少四个层，而弯曲区域(1.3)具有至少两个层。

Description

控制设备
本发明涉及一种控制设备，尤其是涉及一种用于汽车的、具有在其中安置了多层印刷电路板的外壳的控制设备。
公知具有平行的插头馈电线(Steckerabgang)的控制设备的结构形式，可是这些结构形式由于其结构形式而具有可观的位置需求。在平行的插头馈电线中，接插件被布置在控制设备的外壳的端面上，以致插入式连接器的接合方向平行于外壳的底板延伸。该结构形式由于降低的结构高度而证实为有利的。
一方面公知的是(DE 37 33 072 A1)，应用插入式连接器，在这些插入式连接器中如此来弯曲插接接触(Steckerkontakt)，以致这些插接接触一方面垂直于印刷电路板平面，并且由于触针的弯曲，插头的接合方向平行于该印刷电路板平面延伸。
在该公知的结构形式中证实为不利的是，接插件与印刷电路板之间的插接接触分布在其中的区域不能装备有电气或电子部件，并且因此不能使用印刷电路板的该部分。
由于控制设备允许占用的结构空间变得越来越小，所以必须在印刷电路板的通过插入式连接器减小的部分上布置必要的部件。由此产生了对印刷电路板和对电路装置的布局的很大的要求。
实现平行或垂直的插头馈电线的其它公知的可能性在于，将柔性的印刷电路板(所谓的柔性薄膜)层压到大多为铝板的固定的基板上，并且在此忽略印刷电路板与插入式连接器之间的弯曲区域。例如从DE43 03 908 A1、EP 0 706 311 B1或者US 6,655,017 B1中公知这种结构。可是，在这种情况下，证实为不利的是，只能获得两层的柔性的印刷电路板薄膜，并且另一方面通过层压到刚性板上只可在一侧装备。由此又提高了电路装置的底面需求，并且不具有相对于具有弯曲的插接接触的插入式连接器的优点。
柔性薄膜也不适于具有现代微控制器的用途，因为这里需要至少四层或多层印刷电路板。利用柔性薄膜进一步也不适于，将插入式连接器与多个连接插销接触。连接插销的数量由于其两层的结构而受到限制。
除此以外，插入式连接器只能利用柔性薄膜来焊接。柔性薄膜不适于压入触针，由此必须放弃与压入接触的可靠接触。
利用柔性的印刷电路板薄膜所构造的控制设备的其它的缺点由此得出，即电路装置由于缺少屏蔽层而在电磁兼容性(EMV)方面是易受干扰的。
将多层印刷电路板与插入式连接器相连接的其它公知的可能性在于，该多层印刷电路板与插入式连接器又通过所插接的或所焊接的电缆来连接(US 4,858,071A)。可是，在这种情况下必须将在多层印刷电路板中主要在内层分布的逻辑信号引导到印刷电路板的外层中。可是，这种所谓的拆散(Entflechten)也又必需印刷电路板上的位置。该位置大多大于弯曲的插头插针(Steckerpin)的位置需求。在所插接的连接中，附加的插入式连接器又必需控制设备中的附加的面积和体积，以致这里未赢得结构空间。
插入式连接器在这里是一种部件，该部件实现了将电导线进行连接并且被确定用于利用匹配的配合件来建立和/或分离连接。插入式连接器是在按照规定应用时(在电压的情况下)不准插接或分离的装置。插入式连接器本身由插入式连接器外壳和接触面或者插接接触组成。可是，插入式连接器在这里是一种插接装置，也就是一种在按照规定应用时在电压或负载的情况下准许插接或分离的装置。
本发明的任务是创造一种控制设备和一种用于制造控制设备的方法，该控制设备在相同的底面的情况下为电气部件和/或电子部件提供更多的位置。
根据本发明通过一种具有权利要求1所述特征的控制设备并且通过一种具有权利要求6所述特征的、用于制造控制设备的方法来解决该任务。
控制设备具有外壳、单件的多层印刷电路板和插入式连接器。该印刷电路板具有装备有电气部件和/或电子部件的第一部分、与插入式连接器电气和机械连接的第二部分以及连接多层印刷电路板的第一和第二部分的第三部分。该第三部分是弯曲区域，该弯曲区域如此来构造，以致可以如此来弯曲单件印刷电路板的第二部分，以至于插入式连接器可被布置在外壳的因此为此所设置的凹槽(Ausnehmung)中。印刷电路板的第一和第二部分在这种情况下具有至少四个层，印刷电路板的第三部分具有两层。
这里，应将被涂敷到载体材料上的金属涂覆层(Kaschierung)理解为印刷电路板的层。在这种情况下，载体材料既可单侧地又可双侧地被涂覆。印刷电路板的一个层可以包括印制导线和/或接地面和供电面。
该结构提供了以下优点，即多层印刷电路板通过多层的弯曲区域与针对插入式连接器的同样为多层的连接区域相连接。在这种情况下，插入式连接器的接触垂直于印刷电路板的第二部分。通过该装置进一步提高了印刷电路板的底面的、在其上可以布置电气部件和/或电子部件的部分。
在印刷电路板的第三部分中，印刷电路板是柔性的或者是可弯曲的。这里，“柔性的”意味着，印刷电路板在弯曲之后没有阻碍地大致返回到其初始形状。“可弯曲的”意味着，印刷电路板可以无损伤地弯曲，并且在弯曲之后，在很大程度上保持在已将它弯曲到的形状中。
插入式连接器的接触是压入接触。为了在插入式连接器的接触和印刷电路板之间进行电气和机械接触，将这些压入接触压入到印刷电路板的第二部分的金属化的凹槽中。
在从属权利要求中说明了本发明的有利的扩展方案。
因此在印刷电路板的第一部分中，没有布置用于在部件与插入式连接器的接触之间进行直接连接的印制导线。通过印刷电路板的第二和第三部分的印制导线来实现电气部件和/或电子部件与插入式连接器的接触之间的连接。
印刷电路板的第一部分还可以在双侧被装备，印刷电路板的装备有电气部件和/或电子部件的区域由此几乎加倍。
印刷电路板优选的是一种刚柔性的印刷电路板。该刚柔性的印刷电路板至少在印刷电路板的柔性部分中具有柔性的、例如由聚酰亚胺制成的载体材料(芯部)。该芯部在两侧分别配置有金属涂覆层，而在刚性区域(这里即印刷电路板的第一和第二部分)中配置有由例如玻璃纤维和环氧树脂(FR4)的刚性载体材料(基础材料)制成的其它层以及同样配置有金属涂覆层。这些层可以分别通过粘接层(半固化片)来连接。
因此，将如此构造的印刷电路板在由具有柔性中间层、聚酰亚胺芯部的层所组成的柔性部分中如此来弯曲，以致插入式连接器的接触元件在弯曲状态下平行于印刷电路板的第一部分的印刷电路板平面来延伸。
在第二优选的实施形式中，在应用作第三部分(因此用作弯曲区域)的区域中，印刷电路板以切削加工的方式被处理，以致在该部分中减小了层的数量并且也减小了印刷电路板厚度，并且形成了可弯曲至少一次的区域(即印刷电路板的第三部分)。
在第三优选的实施形式中，印刷电路板由所谓的半柔性材料制成。该半柔性印刷电路板只允许一次弯曲，并且于是还只能静态地要求。基础材料是专用的树脂和聚酰亚胺(例如CEM1)。
这些上述实施形式的任意的组合也是可能的。
印刷电路板可进一步具有第二弯曲区域，该第二弯曲区域被布置在印刷电路板的第二部分的、背向第一弯曲区域的侧面上，并且在弯曲状态下大致平行于印刷电路板的第一部分的第四印刷电路板部分跟随着该第二弯曲区域。通过印刷电路板的这种大致“U”形的装置，进一步提高了印刷电路板的第一和第四部分的可装备的区域。在这种情况下，于是通过印刷电路板的柔性的区域和通过印刷电路板的被布置在插入式连接器上的同样为刚性的部分，连接了印刷电路板的两个刚性的第一和第四部分。由此，在印刷电路板的第一和第四部分之间，形成了简单的节省位置的电气连接。
在印刷电路板的与插入式连接器电气和机械连接的第二部分上，也可以布置部件(尤其是隔直流电容器)，这些隔直流电容器用于改善电磁兼容性并用作防止静电放电的保护。对于这些隔直流电容器，由此作为优点得到，即这些电容器直接被布置在插塞接点上，也就是这些电容器被布置在其最大作用的地点上，并且也在印刷电路板的第一部分的区域中不必需底面。
在这种情况下，原则上区分两种实施形式。一方面是实心的压入接触，在压入区域中实心地构造这些压入接触，并且在这些压入接触中，通过印刷电路板穿孔的变形来获得(aufbringen)对于压入连接所必需的力，实心的压入接触被压入到该印刷电路板穿孔中。另一方面是弹性的接触元件，在压入区域中弹性地构造这些弹性的接触元件，并且在这些弹性的接触元件中，通过弹性压入接触的变形来获得对于压入连接所必需的力。
因此，在装备了印刷电路板之后，可以将具有压入接触的如此构造的插入式连接器与该印刷电路板电气和机械连接。因此可以例如将也已经在其上涂敷了退耦电容器的完整装备的印刷电路板首先置入外壳中，随后封闭该外壳，并且紧接着从外部利用印刷电路板的第二部分来挤压该插入式连接器。
以下参考示意性附图来详细阐述本发明的多个实施例。其中：
图1示出了本发明控制设备的部件分解图，
图2示出了如其被置入到根据图1的控制设备中那样的印刷电路板，以及
图3a、b和c示出了控制设备的印刷电路板的多个实施例。
图1示出了一种控制设备、例如用于汽车的发动机控制设备或者变速箱控制设备。也可以设想用于汽车的发动机和变速箱或者其它控制功能和调节功能的组合的控制设备。该控制设备具有在这里由外壳底板3.1和外壳盖3.2所组成的外壳3。由底板3.1和盖3.2所构成的外壳具有可以将插入式连接器2置入其中的端面的开口10。所置入的插入式连接器封闭了该外壳。
在底板3.1和盖3.2之间，在槽中置入了填料(Dichtung)11，在这种情况下，既可涉及一种由合成材料预制的填料也可以涉及一种固化的或不固化的液体填料。在外壳3和插入式连接器2之间同样置入填料2.11。
在所安装的状态下被布置在外壳3的内部的印刷电路板1与插入式连接器2电气和机械连接。
该多层印刷电路板1具有刚性的第一部分1.1，至少部分地在双侧利用部件5来装备该刚性的第一部分1.1。印刷电路板的同样为刚性的第二部分1.2与插入式连接器2电气和机械连接。第三部分1.3被布置在印刷电路板1的第一部分1.1和第二部分1.2之间，并且电气和机械地连接该第一部分1.1和第二部分1.2。
该第三部分1.3是可弯曲的，也就是为了将印刷电路板1装配到外壳3中，可以将具有插入式连接器2的第二部分1.2至少一次弯曲到该部分1.3中，以致可以将插入式连接器2置入该外壳的端面的开口10中。
可替换地，可以首先将弯曲的印刷电路板1置入外壳3中，并且在封闭外壳之前或之后，也就是在安装底板3.1与盖3.2之后，将插入式连接器2置入开口10中。在这种情况下，如果如此来构造插入式连接器2的触针2.1和印刷电路板1的第二区域1.2中的凹槽，以致该触针2.1可以简单地被压入到印刷电路板1的凹槽中，并且如此在触针2.1和印刷电路板1.2之间形成电气和机械连接，则是有利的。
在其中由于电气部件5的高的损耗功率而必须散出热量的区域中，有利的是，将印刷电路板1.1的第二侧面直接与外壳3的底板3.1相连接，并且如此创造了用于散出由损耗功率所产生的热量的良好导热的路径。底板3.1因此作为冷却器起作用。
在其中在双侧装备该印刷电路板的印刷电路板1的第一部分1.1的区域中，底板3.2具有凹槽12。在印刷电路板1的朝向底板3.1的侧面上所装备的部件突出到该凹槽12中。第一部分1.1的仅在单侧所装备的区域平放在底板3.1上，由此在该区域中优化了印刷电路板1和底板3.1之间的热接触电阻。
这里，将印刷电路板1实施为四层的印刷电路板。可是，在图1中只示意性地示出了印刷电路板1的上面的外层的两条印制导线6。
图2示出了与插入式连接器2相连接的印刷电路板1的透视图。那里示出了印刷电路板1的朝向外壳3的底板3.1的侧面。印刷电路板1的第一部分1.1的下侧又具有电气部件5和两个印刷电路板6。在这种情况下，对于所有被布置在印刷电路板1的第一部分1.1的下面的外层上的印制导线，示例性地示出了印制导线6。
在印刷电路板1的第二部分1.2的背向插入式连接器2的侧面上，示出了电容器7(也参阅图3b)，该电容器7一方面与第一触针2.1而另一方面与第二触针2.1或者与地电气连接，并且用作所谓的旁路电容器。电容器7提高了控制设备的电磁兼容性(EMV)，并且保护电路免受不希望的静电放电(ESD)。
证实为特别有利的是，尽可能靠近触针2.1来布置这些电容器7，因为这些电容器7在那里靠近干扰的形成地来发挥其最大作用。也能将如电容器7那样的部件固定在第二部分1.2的朝向插入式连接器2的侧面上(参阅图3c)。
图3a、3b和3 c示出了印刷电路板1的三个实施例，如这些印刷电路板1可被用于控制设备中那样。在这里，印刷电路板1在未弯曲的状态下被示为沿印刷电路板1的剖面，该状态实现了利用电气部件和/或电子部件进行简单装备，因为可以没有附加花费地以常规的自动装配机(Bestueckungsautomate)来简单地装备未弯曲的、平面的印刷电路板。
这里为了简单起见，示意性地仅示出了具有其触针2.1的插入式连接器2和这些触针2.1与印刷电路板1的单条印制导线6的接触。图3a、3b和3c中的点是通向各条印制导线6.1、6.2、6.3或者6.4的电气连接。
在部分1.1中，印刷电路板1具有四个层。这些层分别具有金属涂覆层(这里为印制导线6.1、6.2、6.3、和6.4)。在这些印制导线6之间布置了三层印刷电路板材料8.1、8.2和8.3。印刷电路板材料8尤其是纤维增强型的环氧树脂(FR4)。在印刷电路板材料8与印制导线6之间，分别布置了未示出的电绝缘的粘接层。该结构也适用于插入式连接器2被布置在其中的印刷电路板的部分1.2。在区域1.1和1.2之间布置了可弯曲的第三部分1.3，该第三部分1.3在图3a中具有两个凹槽9.1和9.2。一方面已经在制造时空出了这些凹槽9.1和9.2，以致具有芯部8.2的仅仅两层的印制导线6.2和6.3位于该部分1..3中。在这种情况下应注意，芯部的材料(例如聚酰亚胺)允许部分1.3中的印刷电路板1可以弯曲至少一次。为了进行装备，如此构造的印刷电路板1在部分1.3中具有支撑13，这些支撑13在那里直至本来的弯曲增强了印刷电路板1，并且因此简化了印刷电路板的操作。
可替换地，也可以在制造首先被制成四层的印刷电路板1之后，随后以切削加工的方式引入凹槽9.1和9.2，其方式是再去除两层。
图3b示出了具有插入式连接器2的印刷电路板1的其它的实施例。这里，相同或类似的元件已配置有与根据图3a的实施例中的参考符号相同的参考符号。可是，图3b中的印刷电路板1在部分1.3中只具有一个凹槽9，以致在部分1.3中，外层6.1和内层6.2连接了印刷电路板1的第一部分1.1和第二部分1.2。同样在制造时可以空出或随后以切削加工的方式去除该凹槽9。单侧的凹槽9同时带来处理技术上的优点，因为只须从一侧加工印刷电路板1。
图3c示出了印刷电路板的其它的实施例。这里分别通过弯曲区域1.3将两个在双侧可装备的部分1.1与印刷电路板1的承载插入式连接器2的部分1.2相连接。为了进行装配，将印刷电路板1弯曲成“U”形，以致部分1.1大致上下重叠，并且触针2.1大致平行于印制导线6延伸。部分1.2既连接被布置在第一部分1.1上的部件与触针2.1。该部分1.2也还附加地用于连接印刷电路板1的两个第一部分1.1。凹槽9.1和9.2在这里如在图3b中所说明的那样来实施，可是也可以根据图3a中所说明的实施例来实施。
在根据图3c的实施例中，通过多层的部分1.2，既可以实现三列或多列的插入式连接器，又可以实现印刷电路板1的部分1.1的电气连接。
由于部分1.1和1.2的连接既通过印刷电路板1的外层又通过内层6来实现，所以，如果通过借助焊料或其它的接触方式所布置的柔性印制导线来连接刚性的印制导线，则可以减小用于拆散印制导线的位置需求，如例如可能必需的位置需求那样。
如果借助切削加工的方法来制造凹槽9，则可以首先常规地装备印刷电路板1，因为该印刷电路板1在此时刻还没有柔性的或可弯曲的部分。于是在装备之后的工作步骤中形成了凹槽9，其方式是例如将单侧的凹槽9或者如在图3a中所示出的那样的双侧凹槽9.1和9.2铣削到印刷电路板3a中。
在图3b和3c中，同样示意性地示出了在印刷电路板1的第二部分1.2上的部件(这里为电容器7)的布置。

Claims (9)

1.控制设备，该控制设备具有
-外壳(3)，
-单件的多层印刷电路板(1)，其中，一个层具有至少一个被涂敷到载体材料上的金属涂覆层，和
-所述印刷电路板具有装备有电气部件和/或电子部件(5)的第一部分(1.1)，其中，该第一部分(1.1)具有至少四个层(6，8)，
其中，所述印刷电路板(1)具有第二部分(1.2)，该第二部分(1.2)同样具有至少四个层(6，8)并且与插入式连接器(2)的触针(2.1)电气和机械连接，
-所述印刷电路板(1)具有第三部分(1.3)，该第三部分(1.3)电气和机械连接所述印刷电路板(1)的第一部分(1.1)和第二部分(1.2)，并且该第三部分(1.3)具有至少两个层(6，8)，其中，所述印刷电路板(1)在该第三部分(1.3)中是柔性的或者至少是可弯曲的，以及
-其中，所述插入式连接器(2)的触针(2.1)通过压入连接与所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)的印制导线(6.1，6.2，6.3，6.4)相连接。
2.按权利要求1所述的控制设备，其特征在于，在所述第二部分(1.2)上布置了部件(7)，所述部件(7)与触针(2.1)和/或与所述第二部分(1.2)的印制导线(6.1，6.2，6.3，6.4)电气连接。
3.按权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，所述印刷电路板(1)的第一部分(1.1)至少部分地在双侧装备有电气部件和/或电子部件(5)。
4.按权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，通过所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)的印制导线(6.1，6.2，6.3，6.4)电气连接所述插入式连接器(2)的至少两个触针(2.1)。
5.按权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备是用于汽车的控制设备。
6.用于制造控制设备的方法，该方法具有以下的步骤：
-利用电气部件和/或电子部件(5)来装备印刷电路板(1)的第一部分(1.1)，
-将所述印刷电路板(1)置入外壳(3)的底板(3.1)中，其中将所述印刷电路板(1)的第一部分(1.1)和第二部分(1.2)电气和机械连接的所述印刷电路板(1)的第三部分(1.3)被构造为弯曲区域，其中在所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)置入到所述外壳(3)中之前或在置入到所述外壳(3)中时，通过所述印刷电路板(1)的第三部分(1.3)的弯曲，以致用于固定在所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)上的插入式连接器能够被布置在所述外壳(3)的为此所设置的凹槽中，其中以小于180度的角度来布置所述印刷电路板(1)的第一部分(1.1)和第二部分(1.2)的平面，
-将所述插入式连接器固定在所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)上，以及
-利用盖(3.2)封闭所述外壳(3)，其中所述插入式连接器(2)的触针(2.1)与所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)的印制导线(6.1，6.2，6.3，6.4)之间的电气连接通过压入来建立。
7.用于制造控制设备的方法，该方法具有以下的步骤：
-利用电气部件和/或电子部件(5)来装备印刷电路板(1)的第一部分(1.1)，
-将插入式连接器固定在所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)上，
-将所述印刷电路板(1)置入外壳(3)的底板(3.1)中，其中将所述印刷电路板(1)的第一部分(1.1)和第二部分(1.2)电气和机械连接的所述印刷电路板(1)的第三部分(1.3)被构造为弯曲区域，其中在所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)置入到所述外壳(3)中之前或在置入到所述外壳(3)中时，通过所述印刷电路板(1)的第三部分(1.3)的弯曲，以致所述插入式连接器能够被布置在所述外壳(3)的为此所设置的凹槽中，其中以小于180度的角度来布置所述印刷电路板(1)的第一部分(1.1)和第二部分(1.2)的平面，以及
-利用盖(3.2)封闭所述外壳(3)，其中所述插入式连接器(2)的触针(2.1)与所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)的印制导线(6.1，6.2，6.3，6.4)之间的电气连接通过压入来建立。
8.按权利要求6或7所述的用于制造控制设备的方法，其特征在于，在固定所述插入式连接器(2)之前，将部件(7)固定在所述印刷电路板(1)的第二部分(1.2)上。
9.按权利要求6或7所述的用于制造控制设备的方法，其特征在于，所述角度是约90度。
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