DE102018222746A1 - Semiflex PCB arrangement for a mechatronic system - Google Patents
Semiflex PCB arrangement for a mechatronic system Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018222746A1 DE102018222746A1 DE102018222746.2A DE102018222746A DE102018222746A1 DE 102018222746 A1 DE102018222746 A1 DE 102018222746A1 DE 102018222746 A DE102018222746 A DE 102018222746A DE 102018222746 A1 DE102018222746 A1 DE 102018222746A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- pcb
- semiflex
- arrangement
- spacer
- sections
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 53
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- CEOCDNVZRAIOQZ-UHFFFAOYSA-N pentachlorobenzene Chemical compound ClC1=CC(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1Cl CEOCDNVZRAIOQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 9
- 150000003071 polychlorinated biphenyls Chemical class 0.000 claims 2
- 206010041953 Staring Diseases 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 101100116570 Caenorhabditis elegans cup-2 gene Proteins 0.000 description 3
- 101100116572 Drosophila melanogaster Der-1 gene Proteins 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0277—Bendability or stretchability details
- H05K1/0278—Rigid circuit boards or rigid supports of circuit boards locally made bendable, e.g. by removal or replacement of material
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
- H05K1/148—Arrangements of two or more hingeably connected rigid printed circuit boards, i.e. connected by flexible means
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/04—Assemblies of printed circuits
- H05K2201/042—Stacked spaced PCBs; Planar parts of folded flexible circuits having mounted components in between or spaced from each other
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/20—Details of printed circuits not provided for in H05K2201/01 - H05K2201/10
- H05K2201/2036—Permanent spacer or stand-off in a printed circuit or printed circuit assembly
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine 3D-Semiflex-PCB-Anordnung (1) für ein mechatronisches System (8), insbesondere einen Antrieb mit einem Elektromotor (9) und daran direkt mechanisch angekoppelter Steuerungselektronik, umfassend:- eine Semiflex-PCB (2) mit elektronischen Steuerungskomponenten, die zwei sich übereinander im Wesentlichen parallel zueinander erstreckende starre PCB-Abschnitte (3, 4) und mindestens einen diese verbindenden semiflexiblen PCB-Abschnitt (5, 6) aufweist, der durch zwei aufeinanderfolgende Semiflex-Biegungen um etwa 90° (5b, 5c; 6b, 6c) sowie einen zwischen diesen 90°-Semiflex-Biegungen (5b, 5c; 6b, 6c) liegenden ebenen, zu beiden starren PCB-Abschnitten (3, 4) im Wesentlichen senkrechten Verbindungsabschnitt (5a, 6a) gebildet ist; sowie- einen zwischen den zwei starren PCB-Abschnitten (3, 4) angeordneten Abstandshalter (7), der zu deren mechanischer Fixierung in einem vorbestimmten Abstand zueinander mehrere ebene Abstützflächen (7a) aufweist, die jeweils an hierzu korrespondierenden ebenen Anlageflächen (3a, 4a) der zwei starren PCB-Abschnitte (3, 4) und am ebenen Verbindungsabschnitt (5a, 6a) des mindestens einen semiflexiblen PCB-Abschnitts (5, 6) anliegen.The invention relates to a 3D semiflex PCB arrangement (1) for a mechatronic system (8), in particular a drive with an electric motor (9) and control electronics directly mechanically coupled thereto, comprising: - a semiflex PCB (2) with electronic ones Control component which has two rigid PCB sections (3, 4) which extend essentially parallel to one another and at least one semi-flexible PCB section (5, 6) connecting them, which is separated by two successive semiflex bends by approximately 90 ° (5b, 5c; 6b, 6c) and a flat connecting section (5a, 6a) which is located between these 90 ° semiflex bends (5b, 5c; 6b, 6c) and is essentially perpendicular to both rigid PCB sections (3, 4) ; and - a spacer (7) arranged between the two rigid PCB sections (3, 4), which has a plurality of flat support surfaces (7a) for mechanical fixing thereof at a predetermined distance from one another, each of which has corresponding flat contact surfaces (3a, 4a ) of the two rigid PCB sections (3, 4) and on the flat connecting section (5a, 6a) of the at least one semi-flexible PCB section (5, 6).
Description
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft eine Semiflex-Leiterplattenanordnung (kurz: Semiflex-PCB-Anordnung) für ein mechatronisches System, insbesondere einen Antrieb mit einem Elektromotor und daran direkt mechanisch angekoppelter zugehöriger Steuerungselektronik. Die Erfindung richtet sich auch auf ein entsprechendes mechatronisches System sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Betrieb.The invention relates to a Semiflex printed circuit board arrangement (in short: Semiflex PCB arrangement) for a mechatronic system, in particular a drive with an electric motor and associated control electronics directly mechanically coupled thereto. The invention is also directed to a corresponding mechatronic system and methods for its production and operation.
Stand der TechnikState of the art
Semiflexible Leiterplatten (kurz: Semiflex-PCB; semiflexible printed circuit board) sind als eine Alternative zu starrflexiblen Leiterplatten, die neben starren PCB-Abschnitten aus faserverstärktem Kunststoff flexible Abschnitte z. B. aus Polyimid-Folien umfassen, bekannt, wenn die Leiterplatte etwa bei der Montage nur einmal an bestimmten Stellen gebogen werden muss. Hierzu wird ein typischerweise aus mehreren Schichten aus faserverstärktem Kunststoff aufgebauter Schichtstapel einer Leiterplatte bei deren Herstellung bis auf wenige Lagen durch Fräsen oder durch vorgestanzte Lagen mit ausgesparten Abschnitten verjüngt. Der so verjüngte Abschnitt lässt sich dann einige wenige Male biegen (semiflexibler PCB-Abschnitt).Semiflexible printed circuit boards (in short: Semiflex-PCB; semiflexible printed circuit board) are an alternative to rigid-flexible printed circuit boards, which in addition to rigid PCB sections made of fiber-reinforced plastic, flexible sections e.g. B. from polyimide films, known if the circuit board needs to be bent only once at certain points during assembly. For this purpose, a layer stack of a printed circuit board, typically made up of several layers of fiber-reinforced plastic, is tapered to a few layers by milling or by pre-punched layers with recessed sections during their manufacture. The section so tapered can then be bent a few times (semi-flexible PCB section).
Die Semiflex-Technik wird von mehreren Herstellern auf dem Markt eingesetzt, meist für um 90° gebogene PCB-Anordnungen. Es besteht jedoch Bedarf zur weiteren Miniaturisierung insbesondere hochintegrierter mechatronischer Systeme, die mechanische Subsysteme wie Elektromotoren mit deren Steuerungselektronik in einer hochpräzisen und zugleich robusten Bauweise vereinen sollen.The Semiflex technology is used by several manufacturers on the market, mostly for PCB arrangements bent by 90 °. However, there is a need for further miniaturization, in particular of highly integrated mechatronic systems, which are intended to combine mechanical subsystems such as electric motors with their control electronics in a highly precise and at the same time robust construction.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß sind eine 3D-Semiflex-PCB-Anordnung für ein mechatronisches System gemäß Anspruch 1 sowie ein entsprechendes mechatronisches System und zugehörige Herstellungs- und Betriebsverfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der Beschreibung für die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf das mechatronische System und die Verfahren, wie auch umgekehrt.According to the invention, a 3D Semiflex PCB arrangement for a mechatronic system according to claim 1 and a corresponding mechatronic system and associated manufacturing and operating methods are provided according to the independent claims. Further embodiments are specified in the dependent claims. All further features and effects mentioned in the claims and the description for the 3D Semiflex PCB arrangement also apply in relation to the mechatronic system and the methods, and vice versa.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine 3D-Semiflex-PCB-Anordnung für ein mechatronisches System, insbesondere einen Antrieb mit einem Elektromotor und daran direkt mechanisch angekoppelter zugehöriger Steuerungselektronik, vorgesehen, wobei die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung Folgendes umfasst:
- - eine Semiflex-PCB (kurz für: semiflexible printed circuit board; semiflexible Leiterplatte) mit elektronischen Steuerungskomponenten, die zwei sich übereinander im Wesentlichen parallel zueinander erstreckende starre PCB-Abschnitte und mindestens einen diese mechanisch und elektrisch verbindenden semiflexiblen PCB-Abschnitt aufweist, der durch zwei aufeinanderfolgende Semiflex-Biegungen um etwa 90° sowie einen dazwischen liegenden ebenen, zu beiden starren PCB-Abschnitten im Wesentlichen senkrechten Verbindungsabschnitt gebildet ist; sowie
- - einen zwischen den zwei starren PCB-Abschnitten angeordneten Abstandshalter, der zur mechanischer Fixierung der zwei starren PCB-Abschnitte in einem vorbestimmten Abstand zueinander mehrere ebene Abstützflächen aufweist, welche jeweils an hierzu korrespondierenden ebenen Anlageflächen der zwei starren PCB-Abschnitte und am ebenen Verbindungsabschnitt des mindestens einen semiflexiblen PCB-Abschnitts anliegen.
- - A semiflex PCB (short for: semiflexible printed circuit board; semiflexible printed circuit board) with electronic control components, which has two rigid PCB sections which extend essentially parallel to one another and at least one semiflexible PCB section which mechanically and electrically connects them and which has two consecutive semiflex bends of approximately 90 ° as well as an intermediate planar connecting section which is essentially perpendicular to both rigid PCB sections is formed; such as
- - A spacer arranged between the two rigid PCB sections, which has a plurality of flat supporting surfaces for mechanically fixing the two rigid PCB sections at a predetermined distance from one another, each of which on corresponding flat contact surfaces of the two rigid PCB sections and on the flat connecting section of the at least one semi-flexible PCB section.
Durch zwei aufeinanderfolgende 90°-Semiflex-Biegungen ist der semiflexible PCB-Abschnitt insgesamt um 180° gebogen, wodurch die platzsparende parallele Anordnung der zwei starren PCB-Abschnitte übereinander gewährleistet ist. Sein zwischen den aufeinanderfolgende 90°-Semiflex-Biegungen angeordneter ebener, zu beiden starren PCB-Abschnitten im Wesentlichen senkrechter Verbindungsabschnitt ermöglicht es dabei beispielsweise, ein unerwünschtes Knicken des semiflexiblen PCB-Abschnitts beim Biegeprozess zuverlässig zu vermeiden und/oder eine hohe Präzision der gegenseitigen Ausrichtung und Positionierung der zwei starren PCB-Abschnitte und des semiflexiblen PCB-Abschnitts bei der Herstellung der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung zu erreichen und zu kontrollieren. Insbesondere kann dadurch z. B. die lokale Stressbeanspruchung des Basismaterials und der Leiterbahnen im semiflexiblen PCB-Abschnitt im Bereich der 90°-Semiflex-Biegungen minimiert und homogenisiert werden, was die Robustheit und die Leistungsfähigkeit der gesamten Semiflex-PCB erhöht. (Hierin wird unter „im Wesentlichen“ insbesondere eine herstellungs- oder konstruktionsbedingte mögliche Abweichung von bis zu etwa 10% von betreffenden Abmessungen oder Raumrichtungen verstanden.)The semi-flexible PCB section is bent by a total of 180 ° by two successive 90 ° Semiflex bends, which ensures the space-saving parallel arrangement of the two rigid PCB sections one above the other. Its planar connecting section, which is arranged between the successive 90 ° semiflex bends and is essentially perpendicular to both rigid PCB sections, makes it possible, for example, to reliably prevent undesired kinking of the semi-flexible PCB section during the bending process and / or to ensure a high degree of mutual alignment and to achieve and control positioning of the two rigid PCB sections and the semi-flexible PCB section in the manufacture of the 3D semiflex PCB assembly. In particular, z. B. the local stress on the base material and the conductor tracks in the semi-flexible PCB section in the area of the 90 ° semiflex bends can be minimized and homogenized, which increases the robustness and performance of the entire Semiflex PCB. (In this context, “essentially” means in particular a manufacturing or construction-related possible deviation of up to about 10% from the relevant dimensions or spatial directions.)
All dies wird durch den beschriebenen Abstandshalter unterstützt und erleichtert, der nicht nur in der fertigen 3D-Semiflex-PCB-Anordnung, sondern auch bei deren Herstellung als Montage- und Positionierhilfe oder Werkzeug und ferner nicht nur im Betrieb des mechatronischen Systems, sondern auch beim Transport der fertigen 3D-Semiflex-PCB-Anordnung als mechanische Versteifung oder Stabilisierung dienen kann.All of this is supported and facilitated by the spacer described, which not only in the finished 3D Semiflex PCB arrangement, but also in its manufacture as an assembly and positioning aid or tool and also not only in the operation of the mechatronic system, but also can also serve as mechanical stiffening or stabilization when transporting the finished 3D Semiflex PCB arrangement.
Die beschriebene 180°-Biegung des semiflexiblen PCB-Abschnitts ermöglicht eine erhebliche Miniaturisierung der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung, d. h. des elektronischen Subsystems des mechatronischen Systems, beispielsweise in den Anwendungsfällen, in denen der verfügbare Bauraum in lateraler Richtung der starren PCB-Abschnitte begrenzt ist.The described 180 ° bend of the semi-flexible PCB section enables a considerable miniaturization of the 3D semi-flexible PCB arrangement, i. H. of the electronic subsystem of the mechatronic system, for example in the applications in which the available space is limited in the lateral direction of the rigid PCB sections.
Ferner ist die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung aufgrund von deren dreidimensionaler Bauweise bei gleichzeitiger mechanischer Präzision und Stabilität durch die hierin dargelegte Konstruktion grundsätzlich beliebig skalierbar, was die Einsatzmöglichkeiten zusätzlich erweitert.Furthermore, the 3D Semiflex PCB arrangement is fundamentally scalable as a result of its three-dimensional construction with simultaneous mechanical precision and stability due to the construction described here, which further expands the possible uses.
Der Abstandshalter kann aus jedem zur hierin dargelegten Funktionalität geeigneten Material, wie z. B. aus Kunststoff und/oder Metall, und insbesondere, jedoch nicht zwingend monolithisch, gefertigt sein. Die spezifische Materialwahl kann im Einzelfall stark von der Dimensionierung und/oder anwendungsspezifischen Anforderungen des mechatronischen Systems abhängen. Grundsätzlich sollte der Abstandshalter zumindest in seinen Abstützflächen, die an der Leiterplatte anliegen, elektrisch isolierend sein. Ferner können je nach Vibrationsanforderungen im Hinblick auf die direkte mechanische Ankopplung an einem mechanischen Subsystem, wie einem Elektromotor, Eigenresonanzen der mechanischen Schwingungen des Abstandshalters zu vermeiden sein, was beispielsweise durch Materialien mit einem geeigneten Elastizitätsmodul erfüllt sein kann. Je nach Betriebstemperaturen im mechatronischen System kann ferner eine Temperaturfestigkeit und Beibehaltung erforderlicher mechanischer Eigenschaften bei diesen Temperaturen für das Material des Abstandshalters erforderlich sein. Jeweils geeignete Werkstoffe und Werkstoffkombinationen sind dem Fachmann an sich bekannt.The spacer may be made of any material suitable for the functionality set forth herein, such as. B. made of plastic and / or metal, and in particular, but not necessarily monolithic. The specific choice of material can depend heavily on the dimensions and / or application-specific requirements of the mechatronic system. In principle, the spacer should be electrically insulating, at least in its support surfaces which bear against the printed circuit board. Furthermore, depending on the vibration requirements with regard to the direct mechanical coupling to a mechanical subsystem, such as an electric motor, natural resonances of the mechanical vibrations of the spacer can be avoided, which can be achieved, for example, by materials with a suitable modulus of elasticity. Depending on the operating temperatures in the mechatronic system, temperature resistance and maintenance of the required mechanical properties at these temperatures may also be required for the material of the spacer. Suitable materials and material combinations are known per se to the person skilled in the art.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung ist der ebene Verbindungsabschnitt des mindestens einen semiflexiblen PCB-Abschnitts als ein Verstärkungsbereich durch eine relativ zu den angrenzenden Bereichen des mindestens einen semiflexiblen PCB-Abschnitts beispielsweise stufenförmig erhöhte Dicke gebildet. Insbesondere kann sich ein derartiger Verstärkungsbereich im Wesentlichen mittig zwischen den zwei 90°-Semiflex-Biegungen erstrecken. Der Verstärkungsbereich kann unter anderem als Positionier- und Fixier-Hilfe beim Biegeprozess dienen. Er kann insbesondere in Form eines rechteckigen PCB-Laminat-Stegs ausgebildet sein.In a specific embodiment, the flat connecting section of the at least one semi-flexible PCB section is formed as a reinforcement area by a thickness that is increased in steps, for example, in a step-wise manner relative to the adjacent areas of the at least one semi-flexible PCB section. In particular, such a reinforcement area can extend essentially centrally between the two 90 ° Semiflex bends. The reinforcement area can serve, among other things, as a positioning and fixing aid during the bending process. In particular, it can be designed in the form of a rectangular PCB laminate web.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung weist der Abstandshalter ferner Befestigungselemente für eine direkte, insbesondere starre, mechanische Ankopplung der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung an einem mechanischen Subsystem des mechatronischen Systems, insbesondere an einem Elektromotor eines oben erwähnten als Antrieb ausgebildeten mechatronischen Systems, auf. Dadurch können insbesondere eine präzise und robuste Positionierung und Fixierung der Steuerungselektronik am mechanischen Subsystem gewährleistet werden, die wiederum hochgenaue Verstellungen des mechanischen Subsystems beim Betrieb des mechatronischen Systems ermöglichen.In a specific embodiment, the spacer furthermore has fastening elements for a direct, in particular rigid, mechanical coupling of the 3D Semiflex PCB arrangement to a mechanical subsystem of the mechatronic system, in particular to an electric motor of a mechatronic system mentioned above as a drive. In particular, this enables precise and robust positioning and fixing of the control electronics to the mechanical subsystem, which in turn enables highly precise adjustments of the mechanical subsystem during operation of the mechatronic system.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung sind Materialien und/oder Abmessungen und/oder die relative Anordnung der Semiflex-PCB und des Abstandshalters zueinander und/oder die Anordnung elektronischer Steuerungskomponenten an der Semiflex-PCB derart, dass die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung auch bei hohen Betriebstemperaturen von oder (von Raumtemperatur) bis zu etwa 120 °C, 130 °C, 140 °C, 150 °C oder 160 °C, und insbesondere dauerhaft, ohne Beeinträchtigung der Funktionalität einsetzbar ist. Dadurch kann die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung insbesondere auch für mechatronische Systeme in einem Kraftfahrzeug einsetzbar sein, wie z. B. für Motorkühler oder andere Rundläufer oder auch Stellantriebe im Motorraum. Insbesondere kann dies durch die Wahl eines Abstandshaltermaterials mit geeigneter Temperaturfestigkeit und Beibehaltung erforderlicher mechanischer Eigenschaften bei diesen Temperaturen realisiert sein. Ferner können beispielsweise an demjenigen der zwei starren PCB-Abschnitte, der im zusammengesetzten Zustand des mechatronischen Systems direkt am mechanische Subsystem angekoppelt ist, weniger wärmeemittierende und/oder weniger wärmeempfindliche elektronische Steuerungskomponenten und/oder auch mit geringerer Komponentendichte angeordnet sein, als an dem anderen, vom mechanischen Subsystem abgewandten starren PCB-Abschnitt, für den aufgrund dieses Positionierungsunterschieds mehr Kühlungsmöglichkeiten durch umgebende Luft oder einen nahe dran angeordneten Kühler realisierbar sind.In a specific embodiment, materials and / or dimensions and / or the relative arrangement of the Semiflex-PCB and the spacer to one another and / or the arrangement of electronic control components on the Semiflex-PCB are such that the 3D-Semiflex-PCB arrangement is also possible at high Operating temperatures from or (from room temperature) up to about 120 ° C, 130 ° C, 140 ° C, 150 ° C or 160 ° C, and in particular permanently, can be used without impairing functionality. As a result, the 3D Semiflex PCB arrangement can in particular also be used for mechatronic systems in a motor vehicle, such as, for. B. for engine coolers or other rotary machines or actuators in the engine compartment. In particular, this can be achieved by choosing a spacer material with a suitable temperature resistance and maintaining the required mechanical properties at these temperatures. Furthermore, less heat-emitting and / or less heat-sensitive electronic control components and / or also with a lower component density than the other, for example on that of the two rigid PCB sections which is coupled directly to the mechanical subsystem in the assembled state of the mechatronic system, Rigid PCB section facing away from the mechanical subsystem, for which, due to this positioning difference, more cooling possibilities can be realized by surrounding air or a cooler arranged close to it.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung sind Materialien und/oder Abmessungen und/oder die relative Anordnung der Semiflex-PCB und des Abstandshalters zueinander und/oder die Anordnung elektronischer Steuerungskomponenten an der Semiflex-PCB derart, dass die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung auch bei hohen Vibrationen von oder bis zu etwa der 25-fachen, 30-fachen oder 35-fachen Erdbeschleunigung (kurz: 25g, 30g, 35g), und insbesondere dauerhaft, ohne Beeinträchtigung der Funktionalität einsetzbar ist. Dadurch kann die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung insbesondere auch für mechatronische Systeme in einem Kraftfahrzeug einsetzbar sein, wie z. B. für Motorkühler oder andere Rundläufer oder auch Stellantriebe im Motorraum. Derart hohe Vibrationen können beispielsweise aufgrund einer festen (d. h. direkten) mechanischen Anbindung (d. h. Ankopplung) der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung an einem Elektromotor durch dessen Betriebsvibrationen bedingt sein. Insbesondere kann die genannte Vibrationsverträglichkeit durch die Wahl eines Abstandshaltermaterials mit geeigneten Abmessungen und einem geeigneten Elastizitätsmodul, bei denen keine Eigenresonanzen der mechanischen Schwingungen des Abstandshalters bei genannten Vibrationen entstehen.In a specific embodiment, materials and / or dimensions and / or the relative arrangement of the Semiflex-PCB and the spacer to one another and / or the arrangement of electronic control components on the Semiflex-PCB are such that the 3D-Semiflex-PCB arrangement is also possible at high Vibrations of or up to about 25 times, 30 times or 35 times the acceleration due to gravity (short: 25g, 30g, 35g), and in particular can be used permanently without impairing functionality. As a result, the 3D Semiflex PCB arrangement can in particular also be used for mechatronic systems in a motor vehicle, such as, for. B. for engine coolers or other rotary machines or actuators in the engine compartment. Such High vibrations can be caused, for example, by a firm (ie direct) mechanical connection (ie coupling) of the 3D Semiflex PCB arrangement to an electric motor due to its operating vibrations. In particular, the aforementioned vibration tolerance can be achieved by choosing a spacer material with suitable dimensions and a suitable modulus of elasticity, in which there are no inherent resonances of the mechanical vibrations of the spacer in the case of said vibrations.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der mindestens eine semiflexible PCB-Abschnitt zwei semiflexible PCB-Abschnitte, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander jeweils von einem seitlichen Randbereich miteinander verbundener Seiten der zwei starren PCB-Abschnitte ausgehen (vgl.
Bei dieser Ausführungsform können die zwei semiflexiblen PCB-Abschnitte z. B. in Form von relativ schmalen Semiflex-Streifen mit einer je nach Anwendung skalierbaren Breite von beispielsweise weniger als einem Fünftel, Viertel oder Drittel einer Gesamtbreite der betreffenden Seite eines starren PCB-Abschnitts ausgebildet sein. Es können neben den genannten zwei auch weitere, dazwischen angeordnete Semiflex-Streifen dieser Art vorgesehen sein.In this embodiment, the two semi-flexible PCB sections e.g. B. in the form of relatively narrow semiflex strips with a scalable width depending on the application of, for example, less than a fifth, quarter or third of a total width of the relevant side of a rigid PCB section. In addition to the two mentioned, other semiflex strips of this type arranged in between can also be provided.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Abstandshalter als ein Trägerrahmen ausgebildet, der zwischen seinen mehreren ebenen Abstützflächen Ausnehmungen und/oder Leerräume beispielsweise zum Einsparen von Gewicht und Material aufweist. Zur Gewährleistung einer bestmöglichen Abstützung und mechanischer Robustheit der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung erstrecken sich dabei die ebenen Abstützflächen des Abstandshalters und die hierzu korrespondierenden ebenen Anlageflächen mindestens eines der zwei starren PCB-Abschnitte entlang mindestens eines Fünftels, Viertels, Drittels oder einer Hälfte seines Perimeters. Insbesondere kann dabei mindestens einer der zwei starren PCB-Abschnitte im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein und seine an den zugehörigen Abstützflächen des Abstandshalters anliegenden ebenen Anlageflächen sich entlang eines Großteils einer jeweiligen Gesamtlänge von zwei, drei oder allen vier seiner Seitenränder erstrecken.According to one embodiment, the spacer is designed as a support frame which has recesses and / or empty spaces between its several flat support surfaces, for example to save weight and material. To ensure the best possible support and mechanical robustness of the 3D Semiflex PCB arrangement, the flat support surfaces of the spacer and the corresponding flat contact surfaces extend at least one of the two rigid PCB sections along at least a fifth, a quarter, a third or a half of it Perimeters. In particular, at least one of the two rigid PCB sections can be of essentially rectangular design and its flat contact surfaces which bear against the associated support surfaces of the spacer extend along a large part of a respective total length of two, three or all four of its side edges.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein mechatronisches System mit einer 3D-Semiflex-PCB-Anordnung der hierin dargelegten Art vorgesehen, das insbesondere als ein Antrieb mit einer rotatorischen elektrischen Maschine ausgebildet ist, an deren einer Stirnseite die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung mit zugehöriger Steuerungselektronik mittels des Abstandshalters befestigt ist. Insbesondere kann dabei das mechatronische System mindestens einen Sensor zu seiner Überwachung umfassen und die Semiflex-PCB ferner mindestens einen elektronischen Sensorbaustein zum Ansteuern und/oder Auslesen des mindestens einen Sensors aufweisen.According to a further aspect, a mechatronic system with a 3D Semiflex PCB arrangement of the type set out here is provided, which is designed in particular as a drive with a rotary electrical machine, on one end face of which the 3D Semiflex PCB arrangement with an associated one Control electronics is attached by means of the spacer. In particular, the mechatronic system can include at least one sensor for monitoring it and the Semiflex PCB can also have at least one electronic sensor module for controlling and / or reading out the at least one sensor.
Beispielsweise kann die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung im mechatronischen System dessen elektronisches Subsystem zum Bereitstellen einer erforderlichen elektrischen Spannung für dessen mechanisches Subsystem, wie einen elektromotorischen Steller oder Rundläufer, darstellen, damit dieses ein angefordertes Drehmoment erzeugen kann. Durch die hochintegrierte Bauweise mit einer direkten mechanischen Ankopplung der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung am mechanischen Subsystem können dabei hochgenaue Verstellungen des mechanischen Subsystems, insbesondere hochdynamisch und mit hoher Positioniergenauigkeit, realisierbar sein. Insbesondere ist es daher auch für Anwendungen im Automotive-Bereich bestens geeignet, wie z. B. für diverse Aktuatoren und Stellsysteme, insbesondere im Motorraum, oder ein Lenkungssystem oder ein Motorkühlsystem in einem Kraftfahrzeug.For example, the 3D Semiflex PCB arrangement in the mechatronic system can represent its electronic subsystem for providing a required electrical voltage for its mechanical subsystem, such as an electromotive actuator or rotary machine, so that it can generate a requested torque. Due to the highly integrated design with a direct mechanical coupling of the 3D Semiflex PCB arrangement to the mechanical subsystem, highly precise adjustments of the mechanical subsystem, in particular highly dynamic and with high positioning accuracy, can be realized. In particular, it is therefore also ideal for applications in the automotive sector, such as. B. for various actuators and control systems, especially in the engine compartment, or a steering system or an engine cooling system in a motor vehicle.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen einer 3D-Semiflex-PCB-Anordnung der hierin dargelegten Art für ein mechatronisches System insbesondere der hierin dargelegten Art, mit den Schritten:
- - Bereitstellen einer sich im Wesentlichen in einer Ebene erstreckenden Semiflex-PCB, die zwei starre PCB-Abschnitte und mindestens einen diese verbindenden, dazwischen liegenden semiflexiblen PCB-Abschnitt umfasst;
- - Bestücken der bereitgestellten Semiflex-PCB mit elektronischen Steuerungskomponenten für das mechatronische System;
- - Bereitstellen eines Abstandshalters, der mehrere nach außen weisende ebene Abstützflächen aufweist;
- - Biegen des mindestens einen semiflexiblen PCB-Abschnitts in seinen zwischen den zwei starren PCB-Abschnitten aufeinanderfolgenden Bereichen jeweils um etwa 90° mithilfe des Abstandshalters, indem jeweils zu den ebenen Abstützflächen des Abstandshalters korrespondierende ebene Anlageflächen der zwei starren PCB-Abschnitte und ein ebener Verbindungsabschnitt des semiflexiblen PCB-Abschnitts zum Anliegen an den zugehörigen Abstützflächen des Abstandshalters gebracht und dadurch relativ zu diesem positioniert und mechanisch stabilisiert werden; und
- - insbesondere ein dauerhaftes Befestigen der so um den Abstandshalter gebogenen Semiflex-PCB an dem Abstandshalter.
- Provision of a semiflex PCB which extends essentially in one plane and which comprises two rigid PCB sections and at least one intermediate semi-flexible PCB section connecting them;
- - equipping the provided Semiflex PCB with electronic control components for the mechatronic system;
- - Providing a spacer having a plurality of outward planar support surfaces;
- - Bending of the at least one semi-flexible PCB section in its areas that follow each other between the two rigid PCB sections by approximately 90 ° with the aid of the spacer, in each case by corresponding flat contact surfaces of the two rigid PCB sections corresponding to the flat supporting surfaces of the spacer and a flat connecting section the semi-flexible PCB section is brought to bear on the associated support surfaces of the spacer and thereby positioned relative to this and mechanically stabilized; and
- - In particular a permanent fastening of the semiflex PCB bent around the spacer to the spacer.
Insbesondere durch das Anlegen eines ebenen Verbindungsabschnitts eines semiflexiblen PCB-Abschnitts an einer zugehörigen Abstützfläche des Abstandshalters kann sichergestellt werden, dass der betreffende semiflexible PCB-Abschnitt beim Biegeprozess und insbesondere auch der Befestigung der Semiflex-PCB am Abstandshalter nicht verrutscht, sondern stets exakt die hierin dargelegte vorgesehene Position und Ausrichtung einnimmt. Dadurch kann beispielsweise der Herstellungsprozess vereinfacht und die mechanische Beanspruchung der Semiflex-PCB währenddessen minimiert werden sowie etwaige Beschädigungen zuverlässig vermieden werden.In particular, by placing a flat connecting section of a semi-flexible PCB section on an associated support surface of the spacer, it can be ensured that the semi-flexible PCB section in question does not slip during the bending process and in particular also when the Semiflex PCB is attached to the spacer, but always exactly that assumed intended position and orientation. As a result, the manufacturing process can be simplified, for example, the mechanical stress on the Semiflex PCB can be minimized and any damage can be reliably avoided.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines mechatronischen Systems der hierin dargelegten Art in Form eines Antriebs mit einer rotatorischen elektrischen Maschine vorgesehen, mit den Schritten:
- - Bereitstellen einer 3D-Semiflex-PCB-Anordnung der hierin dargelegten Art durch ein Verfahren der hierin dargelegten Art, wobei der Abstandshalter ferner Befestigungselemente zur Befestigung der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung an der rotatorischen elektrischen Maschine aufweist, und
- - Befestigen der bereitgestellten 3D-Semiflex-PCB-Anordnung an einer vorbestimmten Position an einer Stirnseite der rotatorischen elektrischen Maschine mittels der Befestigungselemente des Abstandshalters, wodurch die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung an diese Stirnseite direkt mechanisch angekoppelt wird.
- Providing a 3D Semiflex PCB assembly of the type set forth herein by a method of the type set forth herein, the spacer further comprising fasteners for attaching the 3D Semiflex PCB assembly to the rotary electrical machine, and
- - Fixing the provided 3D Semiflex PCB arrangement at a predetermined position on an end face of the rotary electrical machine by means of the fastening elements of the spacer, whereby the 3D Semiflex PCB arrangement is mechanically coupled directly to this end face.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betrieb eines mechatronischen Systems der hierin dargelegten Art vorgesehen, wobei
- - in einem von der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung, insbesondere von deren Semiflex-PCB, eingenommenen Raumbereich in einem Betriebszustand des mechatronischen Systems hohe Temperaturen von oder (von Raumtemperatur) bis zu etwa 120 °C, 130 °C, 140 °C, 150 °C oder 160 °C, insbesondere dauerhaft, herrschen; und/oder
- - die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung in einem Betriebszustand des mechatronischen Systems hohen Vibrationen von oder bis zu etwa der 25-fachen, 30-fachen oder 35-fachen Erdbeschleunigung, insbesondere dauerhaft, ausgesetzt ist.
- - In a room area occupied by the 3D Semiflex PCB arrangement, in particular by its Semiflex PCB, in an operating state of the mechatronic system, high temperatures of or (from room temperature) up to approximately 120 ° C, 130 ° C, 140 ° C , 150 ° C or 160 ° C, especially permanent, prevail; and or
- - The 3D Semiflex PCB arrangement in an operating state of the mechatronic system is exposed to high vibrations of or up to approximately 25 times, 30 times or 35 times gravitational acceleration, in particular permanently.
FigurenlisteFigure list
Die obigen Aspekte und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Die Zeichnungen sind rein schematisch, sie sind insbesondere nicht als maßstabsgetreu zu lesen. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer 3D-Semiflex-PCB-Anordnung der hierin dargelegten Art für ein mechatronisches System; -
2 eine perspektivische Seitenansicht der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung der1 , aus Darstellungsgründen ohne den zugehörigen Abstandshalter; -
3 eine perspektivische Ansicht des Abstandshalters der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung der1 ; -
4 eine perspektivische Ansicht eines mechatronischen Systems in Form eines Antriebs mit einer rotatorischen elektrischen Maschine, an deren Stirnseite die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung der1 befestigt ist; und -
5 einen axialen Querschnitt des mechatronischen Systems der4 .
-
1 a perspective view of a 3D Semiflex PCB assembly of the type set forth herein for a mechatronic system; -
2nd a side perspective view of the 3D Semiflex PCB assembly of FIG1 , for illustration purposes without the associated spacer; -
3rd a perspective view of the spacer of the 3D Semiflex PCB arrangement of the1 ; -
4th a perspective view of a mechatronic system in the form of a drive with a rotary electrical machine, on the front side of the 3D Semiflex PCB arrangement of the1 is attached; and -
5 an axial cross section of the mechatronic system of4th .
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Varianten und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung gemäß dem ersten Aspekt sowie des mechatronischen Systems und der entsprechenden Herstellungs- und Betriebsverfahren gemäß den weiteren Aspekten können sinngemäß bei den in
Hierzu weist die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung 1 der
Ferner weist die 3D-Semiflex-PCB-Anordnung 1 der
Rein beispielhaft gehen die semiflexiblen PCB-Abschnitte
Möglich sind rein beispielhaft Gesamtabmessungen der 3D-Semiflex-PCB-Anordnung 1 von etwa 60 mm Länge, 60 mm Breite und 40 mm Höhe, wobei die Länge und Breite in Richtung der starren PCB-Abschnitte
Wie in
Die rotatorische elektrische Maschine
Das zylindrische Gehäuse
Das mechatronische System
Ferner weist das mechatronische System
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018222746.2A DE102018222746A1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Semiflex PCB arrangement for a mechatronic system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018222746.2A DE102018222746A1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Semiflex PCB arrangement for a mechatronic system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018222746A1 true DE102018222746A1 (en) | 2020-06-25 |
Family
ID=70969215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018222746.2A Withdrawn DE102018222746A1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Semiflex PCB arrangement for a mechatronic system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018222746A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3117576A1 (en) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | Valeo Vision | LIGHT SOURCE SUPPORT ASSEMBLY |
WO2024082678A1 (en) * | 2022-10-20 | 2024-04-25 | 博世华域转向系统有限公司 | Small-size dual-redundancy electric power steering motor controller structure |
-
2018
- 2018-12-21 DE DE102018222746.2A patent/DE102018222746A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3117576A1 (en) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | Valeo Vision | LIGHT SOURCE SUPPORT ASSEMBLY |
WO2022128698A1 (en) * | 2020-12-16 | 2022-06-23 | Valeo Vision | Light source support assembly |
WO2024082678A1 (en) * | 2022-10-20 | 2024-04-25 | 博世华域转向系统有限公司 | Small-size dual-redundancy electric power steering motor controller structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102012207599B4 (en) | Control unit, in particular for a motor vehicle | |
DE112012003286B4 (en) | Non-vibrating structure for an electrical circuit of an electric compressor | |
DE112017002406B4 (en) | Drive device and pump device | |
DE19539975A1 (en) | Position sensor, especially for a rotating shaft | |
DE102011002007A1 (en) | Motorized equipment | |
DE112015003987T5 (en) | Circuit assembly, electrical distributor and circuit assembly manufacturing method | |
DE102015116028A1 (en) | Auslenkungsdetektions six-axis force sensor | |
DE102018222746A1 (en) | Semiflex PCB arrangement for a mechatronic system | |
EP2450923A2 (en) | Condensor system and method for manufacturing same | |
DE102019207666A1 (en) | Stator of an electrical machine with a temperature sensor | |
DE202009000925U1 (en) | module unit | |
DE102015216419B4 (en) | Electronic device having a housing with a printed circuit board arranged therein | |
DE10243637A1 (en) | Printed circuit board with at least one rigid and at least one flexible area, and method for producing rigid flexible printed circuit boards | |
DE102017130342A1 (en) | Reinforced electronic device for an electric motor | |
EP3289621A1 (en) | Thermoelectric device and method for producing same | |
DE3783960T2 (en) | TWO-DIMENSIONAL PIEZOELECTRIC DRIVE SYSTEM. | |
DE202009006871U1 (en) | electric motor | |
DE102015221535A1 (en) | Electronic device and manufacturing method therefor | |
EP2188885B1 (en) | Stator for a linear motor | |
EP2800250A1 (en) | Electric machine with a protective cover and stator for the same | |
DE102012214721A1 (en) | Method for producing three-dimensional printed circuit board assembly, involves bending connecting element such that main surfaces of printed circuit boards are coincided with each other | |
DE102012016997B4 (en) | Circuit card holder and device with circuit card holder | |
EP2482427B1 (en) | Electric drive | |
EP0540955B1 (en) | Device for fastening a bar-shaped permanent magnet | |
DE19747289B4 (en) | Method for PCB mounting of a stepper motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |