机电部件以及用于生产机电部件的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的机电组件。本发明还涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的、用于生产机电组件的方法。

背景技术：

呈集成电路形式的机电组件通常包括在载体电路板上组合成电气电路安排的电子部件以及例如安装有传感器的机械部件。替代性地，这些电子部件也可以与位于壳体中的冲压格栅(stanzgitter)连接。根据现有技术，将这些机电组件借助于连接元件装配在例如由铝制成的底板上，该底板用于机械地稳定和冷却该机电组件。使用此类机电组件例如作为机动车辆中的控制装置，例如作为变速器控制器。

通常借助于盖件来保护控制装置免受外部影响，例如变速器油。在此，在该载体电路板与该盖件之间使用密封件、粘合剂或材料配合的连接件。

例如安排在该载体电路板上的模块式电子组件和电子部件分别由一个分离的壳体包围。

例如通过具有电气连接销的冲压格栅进行这些电子组件和电子部件的电气接触，这些电气连接销沿着腔的脱模而引出。替代性地，借助于对从该塑料壳体中伸出的电路板元件的后侧接触来进行电气接触。

用塑料包围的电子部件的尺寸在从用于微芯片的几毫米至用于各种电路载体上的完整电子器件的几厘米的范围内。在该机电组件的模块式实施方式中，必须保护向外引导的电气端子免受金属屑和/或腐蚀性介质影响。这借助于涂层、额外的塑料部件或盖板而是可行的。然而，由此产生更高的制造耗费。

技术实现要素：

本发明所基于的目的在于，提出一种改善的机电组件以及一种用于生产机电组件的方法。

在该机电组件方面，根据本发明用在权利要求1中提出的特征实现该目的；并且在该方法方面，用在权利要求9中提出的特征实现该目的。

本发明的有利改进是从属权利要求的主题。

一种机电组件包括具有至少一个经装配的平面侧的载体电路板，在该平面侧上安排有以下部件：

-多个电子部件，以及

-至少一个机械插入件，该机械插入件用于将至少一个电子部件机械地固定在该载体电路板上。根据本发明设置一个一体式形成的封装物，该封装物形状配合且材料配合地包围安排在该经装配的平面侧上的所有部件。

该机电组件尤其适合用作机动车辆的控制装置，例如用作变速器控制装置。

在此，该载体电路板形成为电路载体，其中，这些电子部件以不带壳体的半导体部件形式(也已知为“裸片(英语：baredies)”)和/或以带壳体的半导体部件形式直接安排在该载体电路板的平面侧上。不带壳体的半导体部件借助于电气连接元件(例如焊线和导电的粘合连接件)与该载体电路板并且因此与安排在该载体电路板上的其他电子部件连接。带壳体的半导体部件是借助于包覆注射模制或壳体而被保护免受外部影响的电子部件，并且通过任意的连接借助于焊接工艺或插接工艺与该载体电路板并且因此与其他部件连接。存在三种可能性将这些电子部件定位在该载体电路板上。一方面以带壳体和/或不带壳体的部件形式直接置于该载体电路板上。另一方面也可以设想的是，将不带壳体的部件装配在一个电路板元件(例如hdi电路板)上，并且将该电路板元件借助于粘合剂(例如导热粘合剂)材料配合地连接到该载体电路板上。

在此，该至少一个机械插入件是将该电子部件的位置固定在该载体电路板上的机械固定元件。该机械插入件可以额外地用于电气接触和/或加强该电子部件。机械插入件例如是传感器拱顶(sensordom)。

该封装物完全且一体式地包围在该载体电路板的经装配的平面侧上的所有部件，使得这些电子部件、该至少一个机械插入件以及用于电气接触这些电子部件的所有其他连接元件被保护免受外部影响，例如金属屑、变速器油。由于该封装物的一体式设计，这些电子部件之间的间隙也是闭合的，使得避免开放式的接口。借助于该封装物，使得电子保护与具有相对于现有技术降低的构造空间需求的壳体概念的优化组合能够因此用于机电组件。此外，基于该封装物显著改善了相对于使用多个必须彼此密封的壳体的密封功能。

优选地，该封装由一种可固化的封装材料构成，使得能够特别简单地生产在该封装物与这些部件之间的形状配合和材料配合。

在本发明的构型中，该可固化的封装材料包括一种热固性塑料，该热固性塑料具有电气绝缘的特性，使得避免了在这些电子部件之间的短路。该热固性塑料例如是环氧基聚合物。

根据本发明的优选的构型，该硬封装材料设置有至少一种无机填料。二氧化硅或氧化铝例如适合作为无机填料。由此，该封装物的热学膨胀系数可以以如下方式适配于该载体电路板、尤其适配于该载体电路板包括的材料，使得可以避免或至少降低该封装物的变形。该封装物的热膨胀同样可以通过这些热特性，尤其热膨胀、刚性和玻璃化转变温度来进行适配。

在本发明的另一个构型中，该封装物具有至少一个强化肋。

该强化肋例如以蜂窝结构的形式或者以交叉的肋的形式实施。替代性地，其他的几何形状和/或多个强化肋也是可以设想的。该强化肋能够实现对该机电组件的强化，由此可以省去在现有技术中描述的底板、尤其铝制底板。因此即使在较高的机械负荷下在安装过程中和/或运行中也确保该机电组件的机械稳定性。替代性地或额外地可行的是，安排另一个强化结构，例如一个用塑料包覆注射模制的金属格栅或金属板。

本发明的另一个构型提出，该封装物至少部分地包围该载体电路板的与该经装配的平面侧对置的平面侧。因此，该封装物用于额外地加强和保护未装配的后侧，例如作为切屑防护物。替代性地，在该后侧上也可以安排一个电子部件或多个电子部件(例如传感器)，这些部件借助于该封装物被保护免受外界影响。

根据本发明的一个构型，该机电组件包括一个电气电路安排和至少一个传感器。

该电子电路安排例如形成为模块式的，并且包括多个彼此电气连接的部件，这些部件组合成开关回路。作为至少一个传感器，例如可以使用霍尔传感器和/或压力传感器。额外地，该机电组件包括用于将这些电子部件与其他电子部件电气接触的多个电气连接元件，例如机动车辆变速器的引导电流的部分。

根据本发明的另一个构型，在该电子电路安排与该载体电路板之间安排一个电路板元件，该电路板元件例如是hdi电路板。该电路板元件能够借助于粘合剂(例如导热粘合剂)与该载体电路板材料配合地连接。在此，该电子电路安排例如包括不带壳体的部件，尤其不带壳体的半导体部件。替代性地也可行的是，将该电子电路安排直接安排在该载体电路板上。这通过带壳体的和不带壳体的部件都是可行的。

此外，提出一种用于生产机电组件的方法，其中，载体电路板的至少一个平面侧装配有多个电子部件，其中，至少一个电子部件通过至少一个机械插入件机械地固定在该载体电路板的平面侧上。根据本发明，该多个电子部件和该至少一个机械插入件设置有可固化的封装材料(例如热固性塑料，尤其环氧化物)，该封装材料在固化时与这些电子部件以及该至少一个机械插入件形状配合且材料配合地连接并且一体式地封装这些部件。

该方法能够实现生产封装物并且将封装物连接至接收多个电子部件的载体电路板。由此可以相对于现有技术优化该封装物的生产耗费和材料成本。此外，借助于该封装物保护在该载体电路板上的所有电气接口。

根据本发明的构型，将该可固化的封装材料填充到成型模具中，其中，将具有经装配的平面侧(这些电子部件以及该至少一个机械插入件安排在该平面侧上)的该载体电路板浸入该成型模具中。由此，带有这些电子部件的固化封装材料和该至少一个机械插入件的介质密封的、形状配合和材料配合的复合物是可行的。

根据本发明的替代性构型，将可固化的封装材料注射到该载体电路板的经装配的平面侧上。

在此，带有这些电子部件的固化封装材料和该至少一个机械插入件的介质密封的、形状配合和材料配合的复合物同样是可行的。

附图说明

以下借助于附图详细说明本发明的实施例。

在附图中示出：

图1示出了根据现有技术的机电组件的示意性截面图，

图2示出了根据现有技术的替代性机电组件的示意性截面图，

图3示出了在成品状态下的机电组件的根据本发明实施例的示意性截面图，

图4示出了在成品状态下的机电组件的根据本发明替代性实施例的示意性截面图，以及

图5示出了在生产步骤中的根据图3的机电组件的示意性截面图。

元件标号说明

1载体电路板

1.1电路板元件

2电气电路安排

2.1电子组件

2.2焊线

3第一传感器

4第二传感器

4.1第二机械插入件

5粘合剂

6第一覆盖元件

6.1塑料包套

7第一密封元件

8第一机械插入件

8.1金属支撑件

8.2塑料包裹体

9第二覆盖元件

10第三覆盖元件

11第二密封元件

12封装物

13成型模具

14强化肋

e机电组件

g底板

m封装材料

z竖轴

具体实施方式

彼此对应的部件在所有附图中设置有相同的参考符号。

图1以截面图示出了根据现有技术的机电组件e。

机电组件e例如设置为用于机动车辆的控制装置，尤其设置为变速器控制装置。

机电组件e包括一个底板g、一个载体电路板1，该载体电路板在所示实施例中在平面侧上具有带有第一机械插入件8的第一传感器3以及带有第二机械插入件4.1的第二传感器4。机电组件e还包括具有施加在平面侧上的模块式电气电路安排2的电路板元件1.1。

底板g用于机械稳定和冷却安排在载体电路板1和电路板元件1.1上的电气部件，在此，即该第一传感器和该第二传感器3、4以及该电子电路安排2。底板g可以实施为金属底板，例如铝制底板。

载体电路板1形成为所谓的绕流电路板并且具有至少一个带有导电铜轨的层用于电气连接。在未示出的实施例中，载体电路板1也可以在两侧装配。

所示出的电气电路安排2在电路板元件1.1上形成为模块式的，并且包括电子组件2.1，例如晶体管、电阻、存储器组成部件等。

在所示出的实施例中，电气电路安排2借助于两条焊线2.2与载体电路板1导电地连接。这些焊线2.2例如实施为铝制厚焊线或铝制薄焊线。替代性地，这些焊线2.2也可以由金构成。此外，替代于两条焊线2.2，也可以仅安排一条焊线2.2或多条焊线2.2。

借助于材料配合实现电气电路安排2到底板g的机械连接，其中，电气电路安排2通过电路板元件1.1与底板g连接。在所示实施例中，电路板元件1.1借助于粘合剂5(例如，导热粘合剂)与底板g材料配合地连接。电路板元件1.1例如形成为所谓的hdi电路板(高密度互连电路板)。

电气电路安排2由一个第一覆盖元件6包围，该第一覆盖元件安排在载体电路板1的平面侧上并且包围电气电路安排2以及焊线2.2。在此，该第一覆盖元件6力配合和/或形状配合和/或材料配合地与载体电路板1的平面侧连接。在所示实施例中，在载体电路板1的平面侧与该第一覆盖元件6之间的连接区域设置有一个第一密封元件7。在此，该第一密封元件7可以形成为固体密封件或替代性地形成为注射密封件或粘性材料。

该第一传感器3在载体电路板1的平面侧上与电气电路安排2间隔开地安排并且例如实施为霍尔传感器、压电传感器或类似装置。该第一机械插入件8形成为混合注塑部件并且包括用于电气接触和机械固定该第一传感器3的一个金属载体8.1，以及一个塑料包裹体8.2，该塑料包裹体使该第一机械插入件8的一个部分电气绝缘。在此，该第一机械插入件8材料配合和/或力配合和/或形状配合地与载体电路板1的平面侧连接。

该第一传感器3与该第一机械插入件8共同由一个第二覆盖元件9包围，该第二覆盖元件在本实施例中安排在塑料包裹件8.2处。在此，该第二覆盖元件9力配合和/或形状配合和/或材料配合地与该第一机械插入件8连接。

该第二传感器4在载体电路板1的平面侧上与该第一传感器3间隔开地安排并且例如实施为压力传感器或类似装置。在所示实施例中，该第二机械插入件4.1形成为导电轨，借助于该导电轨，该第二传感器4与载体电路板1机械且导电地连接。该导电轨例如可以是箔片或包覆注射模制的冲压格栅。

该第二传感器4与该第二机械插入件4.1共同由一个第三覆盖元件10包围，该第三覆盖元件力配合和/或形状配合和/或材料配合地与载体电路板1的平面侧连接。类似于该第一覆盖元件6，该第三覆盖元件10设置有一个第二密封元件11，该第二密封元件在本实施例中安排在载体电路板1的平面侧与该第三覆盖元件10之间的连接区域处。类似于该第一密封元件7，该第二密封元件11可以形成为固体密封件或替代性地形成为注射密封件或粘性材料。

这些覆盖元件6、9、10用于保护载体电路板1上的这些部件免受外部影响。换言之：借助于分开的覆盖元件6、9、10保护了电气电路安排2、该第一传感器3和该第二传感器4以及这些机械插入件4.1、8例如免受变速器油影响。设置该第一密封元件7、该第二密封元件11以及在塑料包裹体8.2与该第二覆盖元件9之间的材料配合的连接以密封这些覆盖元件6、9、10。

图2示出了具有类似于图1所示的构造的根据现有技术的机械组件e的截面图。

在此，不同之处在于：替代于该第一覆盖元件6，借助于塑料包套6.1保护在电路板元件1.1上的电气电路安排2。电路板元件1.1借助于粘合剂5(在此，同样导热粘合剂)与底板g材料配合地连接。根据本图示，通过冲压格栅或柔性箔片进行对载体电路板1的电气接触。替代性地，这种电气接触也可以通过引出电路板元件1.1来进行，从而例如借助于焊料与载体电路板1直接接触。机电组件e的其余构造类似于图1。

为了减少部件并且介质密封及耐温地密封机电组件e的部件，本发明提出了一种一体式形成的封装物12，该封装物共同包围安排在载体电路板1上的所有部件。就所示实施例而言也就是说：电气电路安排2、第一传感器3和第二传感器4以及其机械插入件4.1、8由共用的封装物12保护免受外部影响。

为此，图3以截面图示出了具有封装物12的机电组件e的根据本发明的实施例，其中，如前所述，机电组件e包括电气电路安排2、第一传感器3和第二传感器4以及其机械插入件4.1、8。封装物12还包括强化肋14。强化肋14例如以蜂窝结构的形式或者以交叉的肋的形式实施。替代性地也能安排多个强化肋14。

在此，不安排这些覆盖元件6、9、10。而是借助于一体式的封装物12(该封装物形状配合且材料配合地包围这些部件)保护这些所示的部件免受外部影响。在此，也借助于封装物12来闭合在电气电路安排2与这些传感器3、4及其机械插入件4.1、8之间的间隙，使得由于不存在开放式接口而相对于现有技术改善机电组件e尤其在运行中的安全性。此外，借助于强化肋14可以省去底板g，并且可以通过贯穿接触(也称作热通孔)来进行对电气部件的冷却。

图4示出了机电组件e的根据本发明的替代性实施例。

类似于图3所示的实施例，机电组件e包括电气电路安排2和传感器3、4及其机械插入件4.1、8。

在此，电气电路安排2不是如图3中所示通过电路板元件1.1与载体电路板1连接，而是直接安排在载体电路板1的平面侧上并且与该平面侧连接。电气电路安排2的这些电子部件与载体电路板1焊接或粘合，使得不需要用于电气连接的焊线2.2。在此也可以使用用于电子电路安排2的带壳体或无壳体的部件。

此外，如图3已经描述的，电气电路安排2和这些传感器3、4以及其机械插入件4.1、8由封装物12形状配合且材料配合地包围。

以下借助于图5详细描述封装物12。

在此，图5以截面图示出了在用成型模具13生产封装物12的过程中根据图3的机电组件e。

成型模具13具有载体电路板1的经装配的平面侧的简化的阴模并且额外地具有用于使强化肋14成型的腔。

封装材料m位于成型模具13中，该封装材料以颗粒形式、或者以液态形式填充到该成型模具13中并且加热或加温。尤其设置热固性塑料作为封装材料m。热固性塑料例如是与无机填料混合的环氧基聚合物。二氧化硅或氧化铝例如适合作为无机填料。借助于无机填料，封装物12的热膨胀系数可以依赖于填充量而适配于载体电路板1、且尤其适配于载体电路板1的材料，使得可以避免或至少降低封装物12的变形。

为了生产和安装封装物12，将具有经装配的平面侧的载体电路板1浸入成型模具13中，使得电气电路安排2、第一感器3、第二传感器4以及其机械插入件4.1、8完全由成型模具13中的液态封装材料m包围。优选地真空密封地闭合成型模具13。

在化学固化和冷却液态封装材料m后，封装物12形状配合和材料配合地与电气电路安排2、第一感器3、第二传感器4、其机械插入件4.1、8以及载体电路板1的平面侧连接。

由此可行的是，借助于唯一的封装物12包裹模块式的电气电路安排2和额外地定位在载体电路板1上的传感器3、4及其机械插入件4.1、8。

由此，相对于现有技术减少了安装步骤和密封措施。

用于生产和安置封装物12的所述方法也已知为模压机。替代性地注模机也是可行的，其中，载体电路板1的经装配的平面侧安排在成型模具13的腔中并且接着将加热的液态封装材料m通过浇铸通道系统或活塞系统经由通道引入成型模具13中。在此，不需要真空密封地闭合成型模具13。此外，注塑也是可行的，其中，液态的封装材料m通过这些部件周围的浇口注射在载体电路板1上。

也可以设想的是，封装物12借助于所谓的片状模制复合材料安置到载体电路板1上。在此，根据上述组装的材料在未固化的状态中作为箔片安排在载体电路板1的经装配的平面侧上。首先通过热工艺进行片状模制复合材料的熔化，其中，围绕载体电路板1上的待包装的部件形状配合地放置并且接着固化该片状模制复合材料。由此，能够实现在载体电路板1上的部件、载体电路板1自身与封装物12之间的介质密封的、胶粘的复合物。热工艺可以借助于成型模具在常压的炉中或真空中启动。

在图3所示的具有成品封装物12的机电组件e中，在封装物12、电气电路安排2、传感器3、4及其机械插入件4.1、8以及载体电路板1的平面侧之间实现介质密封和耐温的复合物。

因此，本发明能够实现电子保护和壳体概念的优化组合，该壳体概念能够实现将极为平坦的壳体作为封装物12。在此，相对于现有技术减少了部件数目和用于密封载体电路板1上的部件的生产步骤。这种组合也是可行的，这是因为所示的解决方案与其他控制装置(在这些控制装置中例如使用基于陶瓷的基体)相比，使用可以包括逻辑部件和功率部件的统一的有机的基体技术。由此，减少了在热膨胀方面的差异。

由此获得本发明的另一个优点，即，借助于共用的封装物12能够避免或至少减少变形(双金属效应)和层离(由于不同的热膨胀导致的热机械应力)。

此外，由于该封装材料m的黏度，本发明能够实现安排在载体电路板1上的至少一种强化模式，该强化模式在本实施例中借助于强化肋14实现。

由此可以在没有根据图1或2的金属底板g的情况下实施机电组件e，以进行加强。设置有封装物12的机电组件e可以直接装配在变速器壳体或液压板上，例如借助于螺钉、铆钉、粘合剂、层压板和类似物。因此即使在较高的机械负荷下在安装过程中和/或运行中也确保机电组件e的机械稳定性。

通过排出损耗热量例如可以借助于引入载体电路板1中的前述贯穿接触(热通孔)来进行对机电组件e的冷却。额外地，可以借助于填充有高导热性的颗粒的热固性塑料进行冷却，由此将机电组件e在两侧电连接至机动车辆中的其他部件是可以设想的。

此外可行的是，替代于统一的封装材料m，使用在热固化中连接的不同封装材料m。封装材料m可以具有不同的特性，例如不同的热膨胀系数、导热系数、成本等。由此，封装物12的成本优化的材料选择是可行的。

本发明使得还能够减少部件和成本，这是因为借助于封装物12保护引导电流的部分免受与空气或周围环境的化学反应。因此，替代于成本密集的材料，如用于焊线2.2、金属化和其他引导电流的部分的金或铝，也可以使用未涂覆的铜。

因此，借助于封装物12也对机电组件e的间隙进行包裹，使得这些间隙被保护免受外部影响，例如可能导致短路的电子部件之间的金属屑，以及化学侵蚀性的介质，例如变速器油。因此，相对于现有技术，除了这些电子部件外也保护在载体电路板1上的固定元件、连接元件和自由空间。

基于封装材料m的前述黏度，额外地也可行的是，例如设置具有呈塑料层形式的封装物12的载体电路板1的未装配的平面侧，由此，导致封装物12改善地粘附在经装配的平面侧上以及额外地强化机电组件e。可以通过引入载体电路板1中的凹陷或通过在电路板元件1.1与载体电路板1之间的区域中的凹陷对机电组件e进行两侧包裹。

此外，对机电组件e的两侧包装也可以用作可能的焊接口的盖件，由此，例如保护第一传感器3的第一机械插入件8免受外部影响，例如化学侵蚀性的介质。因为封装物12不同强度地粘附在不同的表面上，可以额外地进行对电路板表面的涂覆或激活措施，借助于这些措施减小了封装物12与载体电路板1分离的风险。

替代于所示实施例，也可以在对置的平面侧上进行对载体电路板1的装配，该对置的平面侧在观察方向上构成载体电路板1的后侧或底侧。在此，将填充有高导热性的颗粒的热固性塑料用作封装材料m。由此，对机电组件e的冷却可以通过封装物12直接用温度控制单元，例如液压板进行。

此外，除了强化结构之外，也可以设想在封装物12中呈材料凹陷形式的中断，其中，释放了载体电路板1上的区域。这些中断例如用于安装目的或接收插接连接件的电气端子。