CN102498756A - 电子单元及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子单元(10)。电子单元(10)包括装备有至少一个电子部件(3)和一个电路板直触连接件(9)的电路板(1)，其中，电路板(1)设置在用导热介质(7)填充的壳体(2)内。设有封闭塞(8)，该封闭塞由粘合剂层构成并将具有电路板直触连接件(9)的接触区(4)与具有所述至少一个电子部件(3)的电路区(5)隔开。

Description

电子单元及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电子单元，包括装备有至少一个电子部件和一个电路板直触连接件的电路板，其中，电路板设置在用导热介质填充的壳体内。

背景技术

几乎任何电子装置均具有包括一个或多个电路板或电路载体的电子单元。电路板是电子部件的载体。这些电子部件机械地固定在电路板上并相互导电连接。作为电子部件，特别是可考虑电感、线圈、小型电容、触头或电阻。电路板上也经常设置直接集成的电路，也就是微芯片。

电路板由电绝缘的材料如塑料制成。为此主要使用由树脂和纸张或玻璃纤维织物构成的制品。替代地，作为制造电路板或电路载体的材料，也可以使用聚四氟乙烯或陶瓷，如氧化铝陶瓷和低温共烧结陶瓷(LTCC)。

为了将电子部件导电连接，通常在电路板上设有铜导线，这些铜导线可以采用光刻法或通过铣削来制成并通过电镀加厚。在电路板的使用中，电流流过电导线和电子部件。公知的是，电导线内由于其电阻而产生导线损耗，这种损耗称为焦耳热或电热并使电***升温。

但焦耳热对电路板或电子部件却造成问题。因为恰恰对于电子部件，实践中重要的是不仅要保持平均工作温度低于一个确定的材料温度，高于该确定的温度材料，材料就会不可逆地受到损坏或损毁。而且还要注意的是避免出现峰值温度。这源于电子部件的温度负荷与使用寿命之间近似指数的关系。这意味着，在工作温度相对较小地提高时，电子部件的使用寿命就会急剧缩短。因此显而易见的是，无论是在平均温度还是峰值温度下产生的热均须可靠地排出并由此冷却电子部件。

为保证散热或冷却，公知的是将玻璃作为电路板的材料使用。此外公知的是使用多层电路板，其中在各个层的上面或底面加工出细槽，所述槽在将各个层组装之后构成小型冷却通道，从而电路板可以利用冷却水进行冷却。还公知的是，通过与周围环境的热连接设置专门的散热件。但上述类型的电路板在结构上复杂并因此其制造复杂且成本高。此外，冷却能力不能始终令人满意。

此外公知的是，为了冷却电路板或处于其上的电子部件，构造一种电子单元，在该电子单元中，电路板设置在壳体内，其中壳体由导热良好的介质填充。按照这种方式，部件上产生的热能够可靠且均匀地从该部件导出到周围环境并由此使部件冷却。在此已证明特别有利的是，使用粉末状填料作为导热良好的介质。这种填料大多在电子单元的安装完毕状态下通过壳体的可封闭的开口充入。

但这特别是在这种具有带电路板直触连接件的电路板的电子单元上出现问题。电路板直触连接件是电路板的一种接口，通过该接口可以形成与其他电子单元或电子装置(如计算机或评估单元)的相对接口的直接连接。电路板直触连接件特别是可以***相应插座内的插头。这种类型的电子单元特别是在消费性电子行业和娱乐业中公知和广泛使用。在汽车行业中的最初应用是已知的。

为使这种类型的电路板直触连接件可以如愿使用，它必须是可以随时从壳体的外部到达的。这在最简单的情况下是通过插塞连接件向外从壳体伸出来实现。但电路板直触连接件因此承受机械负荷。因此优选的是，电路板直触连接件由壳体部件包围，从而保证不会受到机械负荷。

在具有电路板直触连接件的电子单元中的问题是，接触部位必须露出，而电子部件相反则需要完全由导热介质包围。因此在电路板与壳体之间需要密封件，以由此防止导热介质从壳体泄漏。导热介质在壳体内的可靠固定以及由该介质填充的壳体内腔的完全密封或封闭通过这里使用的密封件很难实现。但只要导热介质从壳体泄漏，就无法再保证足够的散热，电子单元的使用寿命明显缩短。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有电路板直触连接件的电子单元，该电子单元具有可靠的冷却并且制造简单，此外具有很长的使用寿命。

上述目的通过一种具有权利要求1所述特征的电子单元以及通过一种具有权利要求5所述特征的用于制造电子单元的方法得以实现。

依据本发明，设有由粘合剂层构成的封闭塞。由此可以特别简单且成本低廉地制造封闭塞。此外，封闭塞在完全硬化之后才获得其最后的坚固特性。因此封闭塞可以与电路板或壳体的几何形状或厚度无关地构造。

通过封闭塞将具有电路板直触连接件的接触区与具有至少一个电子部件的电路区隔开，可靠地保证了将导热介质可靠固定在壳体内。按照这种方式，可以避免导热介质从壳体泄漏。这样避免了如在从现有技术已知的电子单元的密封件中可能出现的不密封性。特别在导热介质是粉末的情况下，确保粉末不从壳体泄漏。

按照这种方式，电子部件始终完全由导热介质包围，由此保证足够的散热或冷却。无论是平均温度还是峰值温度的升高均可以这样得到避免。而相反地使电路板直触连接件不能与导热介质接触，从而接触部位始终是可自由到达的并可以毫无问题地形成与其他电子单元的连接。

此外，处于电路板上的电子部件大多是非常易损的。通过用导热介质可靠地包围电子部件，还持久地防止这些电子部件受到机械负荷，这进一步提高了依据本发明的电子单元的使用寿命。

因此依据本发明的电子单元或按照依据本发明的方法制造的电子单元可以特别简单和成本低廉地制造，此外具有很长的使用寿命。

附图说明

现借助后面的附图对本发明进行详细说明。其中：

图1示出依据本发明的电子单元在导热介质填充过程期间的剖面图；

图2示出依据本发明的电子单元在粘合剂填充过程期间的剖面图；

图3示出制成的依据本发明的电子单元的剖面图。

具体实施方式

图1示出具有电路载体或电路板1的电子单元10。电路板1可以由塑料(例如树脂)和纸张或玻璃纤维材料构成。但电路板1或电路载体也可以由从现有技术中公知的其他材料制成。在这里，陶瓷，最好是氧化铝陶瓷具有重要意义。特别重要的是电路板1由电绝缘的材料制成，以防止短路。电路板1上设有至少一个，但大部分情况下设有多个与电路板1机械连接的电子部件3。下面基于电路板1设有多个电子部件3的情况进行说明。但本发明后面的说明同样适用于具有仅包括一个电子部件3的电路板1的电子单元10。这些电子部件3例如可以是电感、线圈、小型电容、触头或电阻以及集成电路。设置在电路板1上的电子部件3在现有技术中已充分公开并在这里不再详述。电子部件3设置在电子单元10的电路区5内。

除了具有电子部件3的该电路区5外，电子单元10还包括接触区4。在接触区4内，电路板1具有电路板直触连接件9。这种电路板直触连接件9用于将电路板1，进而将电子单元10与其他电子装置，例如像计算机等连接。为此，电路板直触连接件9优选是用于构成插塞连接的直接插头。这是一种特别简单和便于装配(拆装)的电连接件。这种类型的插塞连接特别是在消费性电子行业和娱乐业的不同领域中的控制装置上广泛使用。在汽车业中的最初应用是已知的。

装备有电子部件3的电路板1设置在壳体2内。壳体2可以以两件式地构成。因此壳体包括一个底和一个盖。代替地，壳体2也可以一体地构造为***式壳体。壳体2在其一面具有用于电路板直触连接件9的插接口11。壳体2的其他面基本上封闭。此外，壳体2通常由金属或塑料材料构成。

在电子单元10的电路区5内，在电子单元10工作时在电路板以及电子部件3的电导线内产生焦耳热，这正如已经介绍的那样。为导出这些热并且特别是由此冷却电子部件3，用导热介质7填充设置在电子部件3与壳体2之间的空腔。特别有利的是，导热介质是粉末状的介质7。粉末状的导热介质7的制造通常是简单且成本低廉的。此外，粉末状的导热介质7几乎可以以任意细粒形式形成，由此形成粉末的大表面，散热进而冷却能力得到大大改善。

此外有利的是，作为导热介质7使用陶瓷粉末。因为陶瓷粉末具有电绝缘的特性，所以由此防止电子单元10在使用期间短路。但除了其作为电绝缘体的特性外，陶瓷的其他优点是热传导能力足以良好地将在电子部件3或电路板1上产生的热导出并由此使其冷却。但另一方面，该热传导能力却低于许多金属，特别是铜，这作为热导体在现有技术中是已知的。由此在作为热导体的陶瓷粉末中，为了避免峰值温度而储存的能量缓慢地被重新排到周围环境，由此电路板1和电子部件3几乎不承受负荷。

为产生所期望的冷却效果，重要的是电子部件3基本上完全由导热介质7裹住。按照这种方式形成一种立体冷却，从而在三维空间内进行散热。

为使电子部件3始终得到足够冷却并且没有导热介质泄漏，设有封闭塞8。封闭塞8由粘合剂，优选由自硬化的粘合剂构成并由此可与电路板1以及壳体2的尺寸和/或形状相匹配。此外，封闭塞8将接触区4有效地与电路区5隔开，从而导热介质7可靠地保留在电路区5内并在这里发挥其冷却作用，电路板直触连接件9因此不会受到导热介质7的污染或覆盖。

依据本发明的电子单元10如下所述地进行制造。首先将壳体2基本上垂直地定向。然后使插接口11处于其上面，导热介质7可以优选借助配料针6充入插接口内。在依据本发明的电子单元10中，通过电路板直触连接件9基本上对称的结构实现了，导热介质7能够通过壳体的插接口11在电路板直触连接件9或电路板1的两侧加入。由此可以取得非常好的填充结果。为改善介质7的分布以及其压实程度，有利的是在填充过程期间使壳体2振动。按照这种方式，确保电子部件3完全地且不夹杂绝热的气孔地由导热介质7包围。由此保证电路板1以及电子部件3上产生的热的良好散热。但需要注意的是，电路板1的电路板直触连接件9不被介质7覆盖，由此保证构成插塞连接的可能性。

如果达到这种填充高度，那么必须将壳体2在其插接口11上封闭或密封，如图2所示，以便使介质7可靠固定在壳体2内。为此，依据本发明例如通过分散来在介质7的表面上涂覆粘合剂层。粘合剂利用同一配料针6通过壳体的插接口11加入壳体2中，亦如介质7那样。代替地也可以使用两个不同的配料针6。由此确保各自所要填充的材料不相应的另一种材料污染。

在选择粘合剂方面，该粘合剂应与导热介质7的特性相匹配。特别是粘合剂应具有适当的粘度，以避免过多的粘合剂进入介质7的内部，优选完全避免这一点。因为如果粘合剂与导热介质7混合在一起的话，那么介质7的有利特性会由于产生不均匀的混合物而变差。

在依据本发明用粘合剂填充壳体2方面需要注意的是，该粘合剂完全覆盖介质7的表面。在粘合剂完全硬化之后，该粘合剂形成完全封闭和密封壳体2的插接口11的封闭塞。因此封闭塞8有效地将具有电路板直触连接件9的接触区4与具有电子部件3的电路区5彼此隔开。导热介质7由此固定在电子单元10的电路区5内。按照这种方式，可以可靠地防止导热介质7意外泄漏并始终保证足够的冷却。另一方面，确保电路板直触连接件9保持从外部的良好的可达性和不被导热介质污染。

这特别重要，因为恰恰具有电路板直触连接件9的电子单元通常并非是敞开且良好可见地构造，而是受保护且被遮盖地设置。因此导热介质7可能的损耗不能由电子单元10的使用者发觉。由于导热介质7可能从壳体2泄漏，电子部件3的个别区域或整个部件3不再与导热介质7接触。这使得升高的温度和/或峰值温度会无减弱地影响电子部件3。出于上述原因，这会导致电子单元10的使用寿命受到大大限制。如果个别电子部件3损毁，那么因此通常必须更换整个电子单元10，这样增加了使用者的成本。

此外，依据本发明制造的电子单元10可以非常灵活地使用，因为导热介质7毫无问题地与不同的电路板1和部件3相配合。依据本发明的电子单元10因此可以与电路板1的几何形状、厚度和尺寸或固定在其上面的电子部件3及其数量和配置无关地制造。与这些参数无关，始终保证电路板1以及电子部件3由导热介质7环绕地可靠地流过。在制造依据本发明的电子单元10时，无需像现有技术中常见的情况那样，必须设有多个与每个单个部件3相匹配的冷却件。确切地说，仅需使用唯一的导热介质7，利用其始终可靠地保证电路板1以及电子部件3的足够散热。局部出现峰值温度也几乎避免了，因为这种峰值温度恰恰是在电路板1以及电子部件3未被导热介质7可靠包围的情况下出现，正如现有技术的解决方案中的情况那样。按照这种方式，依据本发明的电子单元10的使用寿命和可靠性得到改善。

从依据本发明与电路板1以及电子部件3的类型无关地制造电子单元10中，此外得出的结论是，可以使用堆砌式***，这样明显降低依据本发明的电子单元10的制造成本。迄今为止，这用现有技术中公开的解决方案是不可能实现的。

此外，电路板1的可能的必要更换进一步变得容易。为此仅须去除粘合剂层，然后可以将导热介质7毫无问题且无残留地从壳体2去除。因此可以利用同一壳体和装备有电子部件3的新电路板1来依据本发明的方法制造新的电子单元10。这样进一步节省成本。

Claims (9)

1.电子单元(10)，该电子单元包括装备有至少一个电子部件(3)和一个电路板直触连接件(9)的电路板(1)，其中，所述电路板(1)设置在用导热介质(7)填充的壳体(2)内，其特征在于，设有封闭塞(8)，该封闭塞由粘合剂层构成并将具有所述电路板直触连接件(9)的接触区(4)与具有所述至少一个电子部件(3)的电路区(5)隔开。

2.按权利要求1所述的电子单元(10)，其特征在于，所述导热介质(7)是粉末，特别是陶瓷粉末。

3.按权利要求1或2所述的电子单元(10)，其特征在于，所述粘合剂层由自硬化的粘合剂构成。

4.按权利要求1至3之一所述的电子单元(10)，其特征在于，所述电路板直触连接件(9)是用于形成插塞连接的插头。

5.用于制造具有电路板(1)的电子单元(10)的方法，该电路板装备有至少一个电子部件(3)和一个电路板直触连接件(9)并设置在用导热介质(7)填充的壳体(2)内，其特征在于，在所述导热介质(7)的表面上涂覆形成封闭塞(8)的粘合剂层，该封闭塞将具有所述电路板直触连接件(9)的接触区(4)与具有所述至少一个电子部件(3)的电路区(5)隔开。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，作为所述导热介质(7)，使用粉末，特别是陶瓷粉末。

7.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在填充所述导热介质(7)期间使所述壳体(2)振动。

8.按权利要求5至7之一所述的方法，其特征在于，所述粘合剂，特别是其粘度与所述导热介质(7)的特性相匹配，使得基本上没有粘合剂进入所述导热介质(7)中。

9.按权利要求5至8之一所述的方法，其特征在于，使用自硬化的粘合剂。

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