用于电子控制单元的壳体和制造方法与流程

背景技术：

电子控制单元（ecu）壳体被用于支撑和保护包括ecu的电子电路。例如，电子控制单元（ecu）可以被用于控制车辆的内燃发动机的电子器件。壳体可以包括盘状基部、覆盖并封闭基部的罩和被支撑在基部和罩之间的印刷电路板（pcb）。电子控制单元和/或其他电子部件被安装在pcb上。pcb也可以包括一个或多个构造成接收将ecu连接到车辆发动机的电气线束的连接插头。设置在pcb上并被封罩在罩和基部之间的ecu和其他电子器件生成热，如果不被充分耗散的话，该热能够负面地影响ecu的性能。出于该原因，壳体可以包括被动冷却特征。虽然具有被动冷却特征的ecu壳体是公知的，但是期望以更低的成本提供这种壳体且这种壳体具有改进的冷却能力。

技术实现要素：

在一些方面，为电子控制单元设置壳体组件。壳体组件包括被构造成支撑印刷电路板并且由第一材料形成的框架部分；被支撑在框架部分上且由第二材料形成的热沉部分；以及印刷电路板。印刷电路板包括邻接热沉部分的第一侧和与第一侧相对的第二侧。第一材料不同于第二材料，并且第二材料是导热塑料。

壳体组件可以包括以下特征中的一个或多个：第二材料是热学上各向异性的并且被构造成沿预定方向提供比沿其他方向更大的导热性。热沉部分包括平面区域，其限定平面并且具有从平面区域的一侧向外突出的冷却肋。此外，第二材料是热学上各向异性的并且被构造成在平面区域内、沿平行于该平面的方向提供比沿垂直于该平面的方向更高的导热性，并且在冷却肋内、沿垂直于该平面的方向提供比沿平行于该平面的方向更高的导热性。第一材料是塑性材料，其具有比第二材料更大的强度。热沉部分被框架部分围绕。热沉部分包括面向外侧、与面向外侧相对并邻接印刷电路板的面向内侧，以及从面向外侧向外突出的冷却肋。热沉部分包括从面向外侧向外突出的圆顶（domed）区域，并且冷却肋被布置在圆顶区域和周边边缘之间。印刷电路板在第一侧上支撑电子部件，并且圆顶区域覆盖电子部件。沿热沉部分的周边边缘的周长形成槽，并且框架部分的一部分被接收在该槽内。印刷电路板包括被支撑在第二侧上的电子部件和在第一侧和第二侧之间延伸的导热过孔。框架部分包括周边边缘和被周边边缘围绕的贯通开口，该贯通开口的形状和尺寸适合于在其中接收并支撑热沉部分。框架部分的面向外表面包括向外突出的加劲肋。每个加劲肋均包括被布置在周边边缘的一部分处的一端和与周边边缘的该部分间隔分开的相对端，并且每个加劲肋被取向成沿与周边边缘的该部分垂直的方向延伸。

在一些方面，优化由导热塑性材料制成的部件的导热性质的方法包括为注塑成型过程提供模制成型工具和注入构造，其中模制成型工具和注入器被设置成在部件的制造期间注入的材料沿与期望的热传导方向对应的方向流动。方法也包括通过使用所述工具和注入构造来执行注塑成型以制造具有各向异性的热传导性质的部件，该性质沿期望的热传导方向提供相对于其他方向更大的导热性。

所述方法可以包括以下附加步骤和/或特征中的一个或多个：提供模制成型工具和用于模制成型工具的注入构造的步骤包括：通过执行部件的设计的热学有限元分析来确定最佳流动方向。该部件包括用于电子控制单元的壳体组件，该壳体组件包括：被构造成支撑印刷电路板并且由注塑成型的第一塑性材料形成的框架部分；以及被支撑在框架部分上且由注塑成型的第二塑性材料形成的热沉部分。第二塑性材料是具有各向异性的热传导性质的导热塑料。框架部分与热沉部分一起被注入恰当位置。该部件包括用于电子控制单元的壳体组件，该壳体组件包括平面区域，其限定平面并且具有从平面区域的一侧向外突出的冷却肋。此外，各向异性的热传导性质包括在平面区域内、沿平行于该平面的方向比沿垂直于该平面的方向更高的导热性，并且在冷却肋内、沿垂直于该平面的方向比沿平行于该平面的方向更高的导热性。

公开了用于ecu的壳体组件，其包括盘状基部、覆盖基部的罩和被夹在罩和基部之间的pcb。罩是包括框架部分和热沉部分的两件式部件，所述框架部分被构造成支撑pcb且由第一材料形成，并且所述热沉部分被支撑在框架部分上且由第二材料形成。用以形成框架部分的第一材料不同于被用以形成热沉部分的第二材料。具体地，第一材料是具有比第二材料更大的强度的塑性材料，并且第二材料是导热塑性材料。导热塑性材料是各向异性的并且被构造成沿预定方向提供比沿其他方向更大的导热性。例如，在一种实施例中，热沉部分包括平面区域，其限定平面并且具有从平面区域的一侧向外突出的冷却肋。在这种实施例中，热沉部分被构造成在平面区域内沿平行于该平面的方向提供比沿垂直于该平面的方向更高的导热性，并且在冷却肋内沿垂直于该平面的方向提供比沿平行于该平面的方向更高的导热性。

在一些实施例中，由导热塑性材料形成的罩的热沉部分被制造成使得在部件内沿预定方向提供改进的热传导。在一些实施例中，设定预定方向使得热沉部分的冷却功能被优化。

本文所公开的壳体组件有利地由注塑成型塑料形成。因此，本文所公开的壳体组件相比于其中罩由压铸铝形成的一些常规ecu壳体而言在制造上远为更加成本有效。除了降低材料成本，使用塑料还提供成本降低，原因在于用以形成所公开的壳体的模具比用以形成常规ecu壳体的模具具有远为更长的使用寿命。例如，单个注塑成型工具可以能够提供近似一百万次注入，而被用以压铸铝罩的工具通常可以能够提供近似十万次铸造。

使用塑料以形成壳体组件的其他优点是相对于其中由压铸铝形成罩的一些常规ecu壳体的重量而言减小的重量。

在一些实施例中，导热塑料的颜色是黑色，当与其中罩由压铸铝形成且因此具有银色的一些常规ecu壳体相比时，这进一步改进其辐射性质。

附图说明

图1是包括罩、pcb和基部的壳体组件的分解透视图。

图2是壳体组件的罩的俯视平面图。

图3是壳体组件的罩的仰视平面图。

图4是壳体组件的一部分的横截面视图。

图5是图4中所示的横截面视图的放大视图。

图6是壳体组件的透视横截面视图。

图7是制造壳体组件的方法的流程图。

图8是壳体组件的替代性实施例的罩的俯视平面图。

具体实施方式

参考图1-6，用于电子电路的壳体组件10包括低矮且大体为矩形装置的ecu120。壳体组件10包括基部90、封闭基部90的开放端的罩20和pcb100。pcb100布置在基部90和罩20之间使得pcb100被固定在壳体组件10内。在所示实施例中，pcb100被用以支撑连接插头112、114，ecu120和用于控制外部装置（例如内燃发动机（未示出））的其他电子部件并且提供其间的电气连接。壳体组件10牢固地支撑pcb100及其相关联的电子部件，同时提供改进的冷却性质和更低的制造成本。这通过在罩20的外表面上设置被动冷却特征和通过采用导热塑料形成该被动冷却特征来实现，其中罩20具有预先确定和限定的各向异性的热传导性质，其被构造成优化ecu的冷却和热传导，如下文详细讨论的那样。

壳体组件10的基部90是平坦的浅容器，其包括从边沿94偏移且与边沿94平行的基部表面92。边沿94形成围绕基部表面92的周边的矩形边界。边沿94包括贯通孔98，其接收通过其的紧固件99。紧固件99被用以将基部90固定到罩20。基部表面92和边沿94之间的偏移的尺寸适合于提供微小间隙以容纳布置于pcb100的电子部件，例如安装在pcb100的面向基部表面92的表面104上的电子部件。

pcb100是刚性、多层绝缘材料片，其包括导电迹线（未示出），所述迹线用以将电子部件彼此电气连接和/或将电子部件电气连接到连接插头112、114。连接插头112、114布置在pcb100的第一侧102上在pcb100的中心和pcb100的周边边缘106之间的位置处。连接插头112、114是用以接合布线线束连接器（未示出）的类型。pcb100在面向罩20的第一侧102和面向基部90的相对的第二侧104二者上支撑电子部件，诸如ecu120、电解电容器、动力部件等等。此外，pcb100包括在第一侧102和第二侧104之间延伸的导热过孔110。在一些实施例中，过孔110专用于热传导，同时在其他实施例中，过孔110既用作电传导路线又用作热传导路线。在壳体组件10内，pcb100的第一侧102邻接罩20，所述罩20包括如下文进一步讨论的冷却特征。因此，pcb及其相关联的电子器件的冷却经由pcb100和罩20之间的热传导和对流实现。此外，被支撑在pcb100的第二侧104上的电子部件借助于在pcb100的第一侧102和第二侧104之间延伸的导热过孔110被冷却。

壳体组件10的罩20被构造成封闭基部90的开放端并且提供组件的被动冷却。罩20包括框架部分22，其被构造成接合基部90的边沿94并且与基部90协作以支撑pcb100。罩20也包括热沉部分60，其被框架部分22围绕并且被支撑在框架部分22上。

框架部分22是刚性片，其具有对应于基部90的矩形形状和尺寸的周边形状和尺寸。框架部分22包括插头开口32、34，所述插头开口32、34沿框架部分22的一侧28a布置在框架部分22的中心42和框架部分22的周边边缘28之间。此外，框架部分22包括沿框架部分22的相对侧28b布置的热沉开口30。热沉开口30的形状是大体矩形并且被周边边缘28围绕。相比于框架部分的总面积a2，热沉开口30限定相对大的开口面积a1。例如，在一些实施例中，开口面积a1在总面积a2的百分之三十至百分之七十的范围内。在所示实施例中，开口面积a1是总面积a2的大约百分之四十五并且覆盖中心42。热沉开口30的形状和尺寸对应于热沉部分60的形状和尺寸，如下文进一步讨论的那样。

框架部分22的面向外表面24包括向外突出的加劲肋36。每个加劲肋36均开始于周边边缘28的一部分处，并且被取向成沿垂直于周边边缘28的该部分的方向延伸。框架部分22的面向外表面24也包括沿周边边缘28布置的向外突出的凸台38。凸台38被构造成接收并接合紧固件99。为此，每个凸台38均包括盲的螺纹内部开口39，其在框架部分22的面向内表面26处开放。

热沉部分60提供促进壳体组件10的冷却的冷却特征。热沉部分60是刚性片，其包括面向外侧64和与面向外侧相对并邻接pcb100的面向内侧66。槽70形成在热沉部分60的周边边缘68中。槽70沿热沉部分60的整个周长延伸，并且被构造成接收框架部分22的一部分。具体地，框架部分22的对应于热沉开口30的内边缘布置在槽70内，由此热沉部分60被固定到框架部分22。这种构造通过双组分注塑成型过程实现，其中框架部分22和热沉部分60在同一注塑成型工具上被一起制造在恰当位置。

热沉部分60包括限定平面78的大体平面区域72和圆顶区域76，在圆顶区域76中，热沉部分60相对于平面78向外突出。因此，在对应于圆顶区域76的位置处在热沉部分面向内侧66中形成凹部。当在平面视图中观察时，圆顶区域76是大体矩形的，并且被定位成覆盖pcb100的支撑相对大的电子部件（诸如大电解电容器）的一部分（其相应地大体居中地定位在pcb100的第一侧102上）。此外，圆顶区域76沿热沉部分60的一侧68a定位。平面区域72围绕圆顶区域76的三侧。

平面区域72被形成为具有被动冷却特征。所述特征包括从热沉部分60的面向外表面64向外突出的冷却肋74。冷却肋74在圆顶区域76和周边边缘68之间沿垂直于所述一侧68a的方向线性延伸。每个冷却肋74均包括被一体地连结到平面区域72的根部分75和与根部分75间隔分开的圆化末端77。每个冷却肋74轻微渐缩使得末端77具有小于肋在根部分75处的宽度的宽度。针对效率和为避免材料浪费优化冷却肋74的形状和高度（例如，末端77和根部分75之间的距离）。在所示实施例中，冷却肋74的高度小于圆顶区域的高度。

框架部分22和热沉部分60由不同材料形成。具体地，框架部分22由作为相对高强度塑性材料的第一材料形成。例如，框架部分由诸如由德国ludwidgshafen的basfse制造的ultradur®b4330g6hr（pbt-gf30）或其他类似的塑性材料形成。热沉部分60由具有各向异性的热性质的导热塑性材料形成。例如，第二材料由诸如由俄亥俄州avonlake的polyonecorporation制造的therma-tech®tt3300-5001ecgrey或其他类似的塑性材料形成。在所示实施例中，热沉部分60具有各向异性的导热性质，其已经经由下文讨论的制造方法被构造成优化沿期望的预定方向通过热沉部分60的热传导，以便优化热沉部分60的导热性和壳体组件10的冷却。

因此，热沉部分60被构造成沿预定方向提供比沿其他方向更大的导热性。

在所示实施例中，平面区域72的导热性在由平面区域72限定的平面78内大于沿垂直于该平面的方向的情况。此外，在冷却肋74内，导热性沿平行于肋高度方向的方向大于沿垂直于肋高度方向的方向的情况。

换言之，热沉部分60由热学上各向异性的第二材料形成并且被构造成a）在平面区域72内，沿与平面78平行的方向提供比沿包括与平面78垂直的方向的非平行方向更高的导热性，和b）在冷却肋74内，沿与平面78垂直的方向提供比沿包括与平面78平行的方向的非垂直方向更高的导热性。

用以形成热沉部分60的类型的导热塑性材料的不利特征在于它们相比于一些其他塑性材料而言是相对易碎的。出于该原因，框架部分22由具有比第二材料更高强度的第一材料形成，并且其具有足够高的强度来确保包括罩20的壳体10具有足够的结构完整性来支撑和保护车辆的发动机隔室内的ecu120。因此，能够实现使用诸如塑料的轻质材料的优点，同时提供构造成安全且牢固地装纳包括ecu120的pcb100的壳体组件10。通过将罩20形成为包括具有相对高强度的塑料框架部分22和具有优化的热传导性质的塑料热沉部分60的子组件，提供轻质、低成本的壳体组件。

此外，壳体组件10牢固地支撑pcb100及其相关联的电子部件，同时在罩20的外表面上提供被动冷却特征，其中罩20具有构造成优化ecu120的冷却和热传导的预先确定和限定的各向异性的热传导性质。例如，在所示实施例中，pcb100的第一侧102邻接罩20的热沉部分60。由支撑在pcb100的两侧102、104上的电子部件生成的热被传导到热沉部分60、通过平面区域72到达冷却肋74，冷却肋74提供大表面面积，热通过该表面面积被传递到大气。

参考图7，现在将描述制造壳体组件10的罩20以优化罩20的热传导性质的方法。所述方法基于以下实现：能够通过控制注塑成型过程使得用以形成热沉部分60的导热塑性材料设有具体的热学上的各向异性性质。所述方法利用其中能够基于如何执行塑料的注入控制和限定材料内的热学各向异性的特征。具体地，通过执行导热塑性材料的注塑成型使得导热塑性材料内的填料与预定方向对齐，相对于材料内的其他方向沿预定方向增强导热材料的导热性。

作为初始步骤（步骤200），提供用于注塑成型过程的成型工具和注入构造。注塑成型装置的模制成型工具和注入器被设置成使得在罩20的制造期间，注入的材料沿与期望的热传导的路径对应的方向流动。

在考虑到导热塑料的各向异性性质的同时，通过执行罩20的热学有限元分析（fea）确定罩20内的期望的热传导的路径。热学fea被用以识别针对罩的冷却效率优化的最佳导热性图。具体地，最佳导热性图提供将优化罩20的冷却的罩20内的热传导路径。

最佳导热性图然后被用以确定注塑成型装置内的注塑成型工具和注入器设置，所述装置将塑料注入模具内使得注入的塑料的流动方向与期望的热传导路径对齐。这相应地具有使导热塑料内的填料材料变得与期望的热传导路径对齐得作用。即，注入器和工具协作以提供注入材料的流动，其中填料材料沿对应于期望的导热性路径的预定方向取向和/或对齐。通过如此做，相对于其他方向沿期望的热传导路径增强罩20内由于注塑成型过程导致的热传导。

在罩20内，在平面区域72内的期望的热传导路径被确定为处于平面78内，该路径在平面区域72中沿与平面78平行的方向提供比沿包括与平面78垂直的非平行方向更高的导热性。此外，在冷却肋74内的期望的热传导路径被确定为垂直于平面78（例如，平行于冷却肋的高度方向），该路径在冷却肋74内沿与平面78垂直的方向提供更高的导热性。

在后续步骤（步骤202）中，通过使用步骤201中所提供的工具和注入构造执行罩20的注塑成型，以制造具有各向异性的热传导性质的部件，该性质沿期望的热传导方向提供相对于其他方向更大的导热性。在一些实施例中，包括由第一塑性材料形成的框架部分22和由第二塑性材料形成的热沉部分60的罩20通过使用双组分注塑成型过程被制造，其中框架部分22和热沉部分60在同一注塑成型工具上一起制造在恰当位置。

虽然当在平面图中观察时，壳体10，包括基部90、pcb100和罩20被示为具有矩形形状，但是基部90、pcb100和罩20不限于具有矩形形状。例如，基部90、pcb100和罩20可以具有其他多边形形状、包括切口的不规则形状，或者由应用的要求所确定的其他形状。

在图1-6中所示的实施例中，冷却肋74在圆顶区域76和周边边缘68之间沿与第一侧边缘68a垂直的方向线性延伸。然而，冷却肋74不限于这种构造。例如，在替代性实施例中，热沉部分160、冷却肋74可以沿与第一侧边缘68a平行的方向延伸（在图8中示出）或者相对于第一侧边缘68a成锐角地延伸（未示出）。

上文在某些细节上描述了系统和装置的选择性说明性实施例。应该理解的是，本文仅描述了被视为对于明确系统和装置而言所必要的结构。其他常规结构以及系统和装置的附属和辅助部件的那些结构被认为是本领域技术人员所已知且理解的。而且，虽然上文已描述了系统和装置的工作示例，但是系统和装置不限于上文所描述的工作示例，而是在不背离权利要求中所阐述的系统和装置的情况下可以实施各种设计变化。