专利名称：电子电路、特别是电子开关的安装的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的电子电路装置。
安装在安装板上的电子电路具有广泛的应用，如用于控制器、家用电器或电动工具中。尤其是那些在电动工具中被用来驱动电动机的电路，它们与电动工具的开关的壳体中的安装板装配在一起。
这样的电子电路装置具有电气和/或电子器件。这些器件被安装在一个安装衬底上。对这些器件进行电连接的导电铜膜线也位于该安装衬底上。例如在文献DE 4114854A1中披露了一种电动工具中的开关，特别是那些由充电电池供电的，其壳体中包含有驱动电路的安装衬底的电动工具的开关。安装衬底中包括一个印刷电路板，例如是基于硬纸或FR4技术的印刷电路板或其他陶瓷面板。
在电子电路装置的操作过程中，器件中会产生热量。为了防止器件的热损伤，以致破坏外部的装置，必须通过印刷电路板和散热器进行散热。已经发现，在热量损耗比较高的电路装置中，尤其是在大功率电动工具的电子开关中，用于控制转速，或者转距的断开或者类似事务的电子电路被安装在开关的壳体内，印刷电路板限制了热量的有效散发。这已经产生了相应的负作用，甚至导致开关的过早失效。这个问题尤其关系到那些由充电电池供电，大电流通过开关的电动工具。
本发明的目的就是提供一种具有更好的散热的电子电路装置。一个特定的目标是改善如大功率电动工具所采用的电子开关的散热。
对于通用类型的电子电路配置，该目的通过权利要求1的特征部分的技术特征来实现。
本发明的电路装置的安装衬底包括一个金属部件。金属部件的一个表面上，更准确的说是正对器件和导电铜膜线的表面上涂有一层电气绝缘涂层，至少一个器件和/或至少一条导电铜膜线设置在该涂层上。这样的电路装置使得在器件中产生的热量能够特别有效的散发。从属权利要求对本发明作了进一步的细化。
金属部件最好由铝或铝合金如AlMg3合金构成。一个阳极氧化铝层，特别是具有大约30至50um厚度的阳极氧化铝层可以用作电气绝缘涂层。这样的阳极氧化铝层不仅具有较高的热导性，而且具有良好的电气绝缘特性，因此特别适合本发明的电路装置。
但是，金属部件也可以由其他具有较高的热导性金属，如铜，钢等类似物或这样的金属合金构成。金属部件最好是平板状的，其厚度例如至少是2mm。一个陶瓷层可以作为电气绝缘涂层。陶瓷材料尤其是陶瓷坯泥可以压印、滚压、喷洒或类似的方法在金属部件的表面。如果有必要，该层可以随后烧入。聚合物层如环氧层等也可以用作电气绝缘涂层。聚合物类材料，尤其是聚合树脂可以压印、滚压、喷洒进金属部件的表面。如果有必要，该层可以随后烘焙。最后，可以使用一个薄膜，特别是一个塑料薄膜来作为电气绝缘层。薄膜的材料可以粘性粘合、覆膜或类似的方法施于金属部件的表面。所述的涂层通过简单的制作区分。进而，这种方式的电气绝缘涂层需要可能获得直流情况下至少400V的绝缘强度，交流情况下至少2KV的绝缘强度。
在一个实施例中，为了节省独立的部件，金属部件本身即是一个散热器。冷却肋片可以随后装配于其表面，背对电气绝缘涂层。这样的金属部件可以由一个冲压坯体制成。
厚膜技术可用做制做电气绝缘涂层上的导电铜膜线的一种简单方法。为此，导电铜膜线由铜线、银钯合金等构成，以浆膏的形式如铜膏、银钯合金膏等以对应于导电铜膜线布局的方式涂在涂层上。印制电阻可以同样的形成通过电阻膏涂在涂层上。导电铜膜线和/或印制电阻被随后烧入。元器件可以在真空中焊接在电气绝缘层上。
根据本发明的电路装置中的至少一个器件经常会是一个功率半导体，其热消耗很高。这种情况下，涂层可以有一个缺口，这样功率半导体直接安装于金属部件，从而改善散热。为了防止热量聚集在功率半导体上，如果必要的话，功率半导体也可能制成一个没有外壳的集成电路芯片的形状，与涂层中的导电铜膜线胶粘连接。如果热消耗允许，当然也可能将功率半导体安装在涂层上。
根据本发明的电路装置尤其有利的是用作一个电子开关。这样的电子开关特别用在电动工具中，如由充电电池供电，工作于直流电压下的电动工具中，或工作于交流电压下的电动工具中。开关具有一个壳体，壳体中设有安装衬底，安装衬底也可以设于在壳体的一个表面上，特别作为壳体部分和/或作为壳体的侧搭扣罩子，此时安装衬底作为壳体的一部分用作安装器件的底座。另外，安装衬底同时还可以用作一个散热器，背对涂层的金属部件的表面伸出壳体作为一个散热器。这种多功能部件简化了开关，节约了成本。
如果安装衬底同时还用作壳体的一部分，则它可能是非平面的和/或物理形状为盖状的。这样可以确保装配和安装开关时的简化处理。另外的壳体部分，特别是由塑料制成的，以罩体的形状与之配合，从而形成完整的壳体。在适当的配置下，罩体可以密封的形式置于罩体上，从而改善开关对于灰尘的密封性。
当这样的电子开关用在电动工具中，功率半导体，如MOSFET、三端可控硅器件、硅控整流器、快速恢复式整流二极管等常被安排在壳体中为电动机提供电流。这种情况下，最好在涂层中提供至少一个缺口，这样功率半导体可以直接安装在金属部件上。功率半导体随后可以焊接在金属部件上。这使得热量可以有效地从开关内部散发出来，从而延长了开关的寿命。另外，分压的阻性铜膜线可以通过电阻膏的形式涂在涂层上，然后烧入。
本发明的优点特别在于，改善了电路装置的散热，从而电路装置的工作具有更好的可靠性，很少有过早失效的情况发生，电路装置的寿命延长了。
如果本发明的电子电路装置用于一个电子开关，则该开关适合工作在大功率条件下。特别的，该电路装置可以设于电子开关的壳体内，即使是在那些功率比较大的情形下。而以前，在这种情形下，类似的电路装置必须与电动工具的开关隔开，例如以电动机的制冷气流的方式。
而且，本发明还节约了成本，因为不需要独立的散热器。减去独立的散热器也减小了电路装置的物理尺寸，该电路装置从而可以容纳在有限的安装空间，例如在电动工具狭窄的手柄中。
本发明的示例性的实施例及各种不同的实施方式和细化将在下面的文字中结合附图进行详细的描述，其中
图1是一个电子开关的侧视图。
图2是沿图1的线2-2的剖面图。
图3是图2的进一步细化的剖面图。
图4是图3所示的安装衬底作为一个独立的部分的平面图。
图5是图2所示的剖面图的另一实例性实施例。
图6是图2所示的剖面图的另一实例性实施例。
图1示出了一个可用在电动工具，准确地说是特别用在由充电电池供电，工作于直流电压下的电动工具中的电子开关1。该开关1具有一个壳体2；一个按钮开关形式的操作部分16设于壳体2上，这样就可以由用户振动来手动操作该电动工具；一个合闸手柄状的操作部分17，用于控制该电动工具以顺时针或逆时针运行；设于壳体2上的连接终端18，用做到充电电池的电连接。下面的文字部分将进一步描述，如果采用适当的配置，当然这种方式下的开关1也可以用在工作于交流电压的电动工具中。
如图2所示，控制电动工具中的电动机的转速的电子电路装置3安装在壳体2中。电路装置3还可以包括断开电动机(例如可用于利用电动工具执行旋凿工作)的转距，或者一些其它的电动工具功能。电路装置3因此至少包括一些电动工具的电动机的控制器件。壳体2还包括开关1的另外一些部件，众所周知的，如连接系统等。虽然此处不做详细的描述。
电路装置3具有电气和/或电子器件4，安装在安装衬底5上。连接至器件4或类似器件并产生电连接性的导电铜膜线6也配置在安装衬底5上，这也可在图4中详细观察到。根据本发明，安装衬底5包括一个金属部件7。电气绝缘涂层9，也可以称为非导电涂层9涂于金属部件7的一个表面8，准确的说是特指背对器件4和导电铜膜线6的表面8。电路装置的至少一个器件4和/或至少一条导电铜膜线6设于涂层9上。大多数的器件4(可能的特例将在下面作出解释)及所有的导电铜膜线6最好都设于涂层9上，这样由涂层9所提供的电气绝缘可以使得器件4和导电铜膜线6与金属部件7之间没有电气连接。
在一个建议的细化设计中，金属部件7由铝或其他铝合金构成。例如，AlMg3已被发现特别适合于这个目的。电气绝缘层9则由铝金属部件7的表面8上的阳极氧化铝层构成。阳极氧化铝层厚度最好为30至50um，一方面为了获得器件4和金属部件7间高的热导性，另一方面是为了获得与金属部件7间的良好的电气绝缘性。
金属部件7也可以由铜、钢或其他高热导性金属或金属合金构成。电气绝缘涂层9也可以包含一陶瓷层。陶瓷糊浆可以作为陶瓷材料用来产生该陶瓷层，并被压印、滚压、喷洒或以其他方式涂于金属部件7的表面8。如果必要，所涂的陶瓷糊浆然后可被烧入表面8中。一聚合物层，如一环氧聚合物层同样适于涂层9。该聚合物材料例如可以被压印、滚压、喷洒或以其他方式涂于金属部件7的表面8，例如作为未烘焙的聚合树脂。如果必要，该聚合物材料然后可以以已知的方式进行烘焙。一个薄片，如一个塑料薄片同样也可以作为涂层9。薄片的材料则可被粘性粘合、覆膜或以其他方式施于金属部件7的表面8。
已经发现，涂层9可被设计应用于直流电压，以获得至少400V的绝缘长度。交流情况下，涂层9的厚度需要具有至少2000V的绝缘强度。尤其当电路装置3安装在电动工具的电子开关1内时，这样的绝缘强度可能是必需的。
金属部件7可以具有任意希望的形状，如与壳体2的基座15匹配的形状。金属部件7经常是一平板状的，正如可从图2中详细观察到的。平板的厚度最好是至少2mm，这样可以确保良好的散热。另外，金属部件7也可以是一个散热器的形式。如图3所示，本例中，在背对电气绝缘涂层9的表面8’上具有冷却肋条10。为了简化作为散热器的实施，金属部件7可以制成一个冲压坯体(EXTRUDEDBODY)。
电气绝缘涂层9上的导电铜膜线6可由铜、银钯合金等制成。为了这个目的，这些材料可以采用厚膜技术，作为一种合适的浆膏，即作为铜膏、银钯合金膏等施于涂层9。浆膏以满足导电铜膜线6结构需要的方式被施用，例如压印。必要的话，涂料也可以烧入涂层9。印制电阻同样也可以通过电阻膏被压印，随后被烧入涂层。这从图4中的阻性铜膜线可以看出。器件4最好在真空状态下焊接在电气绝缘涂层9上。这些器件，当然也可以是SMD器件19，如图4所示。
如图4所示，至少一个器件是功率半导体11，12。安装衬底5上涂层9相应于功率半导体11，12的区域有一缺口13。功率半导体11，12直接安装在金属部件7的缺口，例如这可以通过焊接来实现。由于电动工具中的功率半导体11，12具有相对较高的热量消耗，这种方法确保热量消耗能够有效散发。如果散热充分，功率半导体11，12当然也可以安装在涂层9上。为了进一步提高散热效率，功率半导体11，12可以是没有外壳的集成电路芯片的形式，例如与涂层9上的相应导电铜膜线6具有胶粘连接，虽然在处理没有任何细节示出。
如上所述，安装衬底5安装于电子开关1的壳体2中。如图2所示，安装衬底5方便的安装在壳体2的一个表面上。金属部件7上背对涂层9的表面8’可以伸出壳体2作为一个散热器，尤其是具有冷却肋条10，正如可从图3中看到的。根据另一细化实施例，如图5或图6所示，安装衬底5本身作为壳体的一部分，该壳体部分被用作壳体2的一个侧搭扣罩子，这样壳体2就不再需要相应的侧壁。根据壳体2的配置，用作壳体一部分的安装衬底5结构上可以是罩体20的形式，因此可以是非平面的。如图5所示，形如罩体21的另一部分壳体与其接合共同构成壳体2，这样开关1可以装配成一体特别便于安装。罩体21如通常方式的由塑料构成，而罩体20包括金属部件7。如图6所示，通过榫槽式连接22的适当配置使得罩体20和罩体21之间以简单的方式实现了密封。当然罩体20和罩体21间还可以安排有其他的密封，虽然没有详细示出。
如果电子开关1是一个由充电电池供电的大功率电动工具的电子开关，则相应的功率电动工具中流通的大电流导致产生大量的热量。本发明不仅允许控制电子器件而且允许功率电子器件容纳在壳体2的安装衬底5上的电子电路装置3上。该电路装置3中的功率电子器件至少包含一个功率半导体来提供电流，如一个MOSFET 11和/或快速恢复式整流二极管12，具有电动机转速设置的功能。但是，MOSFET 11以及快速恢复式整流二极管12如图2所示也可以设置在涂层9上。然而，这种情况下，涂层9最好具有至少一个缺口13，这样功率半导体11，12直接安装在金属部件7上，如图3和4所详细示出的。这是可能的，因为MOSFET 11和快速恢复式整流二极管12在电路装置3中具有公共的电位。由于高电流而两个功率半导体11和12所产生的大量热量不需任何其他的热阻隔即可消耗在安装衬底5上。从安装衬底5到开关1中实际的连接系统只需要少数几个电气连接点，准确地说是只需要3个电气连接点，这样可以大大减少装配和安装开关1所需花费的气力。功率半导体11和12最好焊接在金属部件7上。
如果所产生的热量允许，电力网供电的电动工具的开关1的功率半导体11当然也可以直接安装在金属部件7的缺口13中。因为，此时，电动工具工作于交流电压下，依赖于电动机的转速来提供电流的功率半导体11可能是一个三端可控硅器件或一个硅控整流器。
最后，分压器的阻性铜膜线14也位于涂层9上，分压器可由用户通过示于图1的操作部件16来设置。随后，对应于由用户通过调节操作部件16而选定的电动机的转速，阻性铜膜线14产生一个标称信号。阻性铜膜线14例如通过电阻膏的形式施于涂层9上，随后可被烧入。
本发明并不仅限于所描述及图示的电子开关1的壳体2中的电路装置3的示例性实施例。电路装置3安装在电动工具中的其他任意合适位置也无妨。本发明还覆盖了由本领域技术人员按照如权利要求所声明的范围内的工艺进行的所有实施。本发明因而不仅可用于电子开关和电动工具，而且事实上还可用于控制器、家用电器、电子监控设施、机械设备等的安装衬底上的电路装置。
附图标记列表1电子开关2壳体3电子电路装置4器件5安装衬底6导电铜膜线7金属部件8，8，8’表面(金属部件的)9(绝缘)涂层(金属部件上)10冷却肋条11MOSFET/功率半导体12快速恢复式整流二极管/功率半导体13缺口14阻性铜膜线15基座(金属部件的)16操作部件17连接终端19SMD元件
20罩体21罩体22榫槽式连接
权利要求
1.一种包括电气/或电子器件(4)的电子电路装置，包括对器件(4)等进行电连接的导电铜膜线(6)，包括一个安装衬底(5)，器件(4)和导电铜膜线(6)都设置于安装衬底(5)上，其特征在于该安装衬底(5)包含一个金属部件(7)，一个电气绝缘涂层(9)涂于金属部件(7)的一个表面上，特别是涂于正对器件(4)和导电铜膜线(6)的表面(8)上，其中至少一个器件(4)和/或至少一个导电铜膜线(6)设于涂层(9)上。
2.如权利要求1所述的电子电路装置，其特征在于金属部件(7)由铝或铝合金，如AlMg3合金构成，其中电气绝缘涂层(9)最好包含一个阳极氧化铝层，特别是厚度大约为30至50um的阳极氧化铝层，这样的阳极氧化铝层具有较高的热导性和良好的电气绝缘性。
3.如权利要求1或2所述的电子电路装置，其特征在于金属部件(7)由高热导性金属，如铜，钢等类似物或这样的金属合金构成。
4.如权利要求1、2或3所述的电子电路装置，其特征在于电气绝缘涂层(9)包含一个陶瓷层，该陶瓷层最好被压印、滚压、喷洒或以类似的形式施于金属部件(7)的表面(8)，特别是以陶瓷糊浆的形式，并且如果需要可被烧入。
5.如权利要求1、2或3所述的电子电路装置，其特征在于电气绝缘涂层(9)包含一个聚合物层，如环氧层等，聚合物的材料最好被压印、滚压、喷洒或以类似的形式施于金属部件(7)的表面(8)，特别是以聚合树脂的形式，并且如果需要可被烘焙。
6.如权利要求1、2或3所述的电子电路装置，其特征在于电气绝缘涂层(9)包含一个薄膜，特别是一个塑料薄膜，该薄膜的材料最好被粘性粘合、覆膜或以类似的形式施于金属部件(7)的表面(8)。
7.如权利要求1至6中任一所述的电子电路装置，其特征在于电气绝缘涂层(9)具有直流情况下的至少400V的绝缘强度，交流情况下至少2000V的绝缘强度。
8.如权利要求1至7中任一所述的电子电路装置，其特征在于金属部件(7)是平板状的，其厚度例如至少是2mm。
9.如权利要求1至8中任一所述的电子电路装置，其特征在于金属部件(7)具有散热器的形式，特别是在背对电气绝缘涂层(9)的表面(8’)上具有冷却肋片(10)，这样的金属部件(7)最好由一个冲压坯体制成。
10.如权利要求1至9中任一所述的电子电路装置，其特征在于电气绝缘涂层(9)上的导电铜膜线(6)由铜、银钯合金等构成，采用厚膜技术，导电铜膜线和/或印制电阻(14)最好作为一种适当的浆膏，如铜膏、银钯合金膏、电阻膏等施于涂层(9)上，如果有必要随后被烧入，器件(4)最好在真空中焊接在电气绝缘层(9)上。
11.如权利要求1至10中任一所述的电子电路装置，其特征在于至少一个器件是一个功率半导体(11，12)，涂层(9)最好具有一缺口(13)，这样功率半导体(11，12)直接安装在金属部件(17)上，或者功率半导体(11，12)安装在涂层(9)上，进一步的，功率半导体(11，12)最好制成一个没有外壳的集成电路芯片的形状，特别的，与涂层中的导电铜膜线(6)胶粘连接。
12.一个电子开关，特别用于由充电电池供电工作于直流电压或工作于交流电压的电动工具中，具有一个壳体(2)，具有如前面任一权利要求所述的电子电路装置(3)，其特征在于安装衬底(5)设于壳体(2)中和/或壳体(2)的一个表面上，特别是作为壳体的一部分和/或壳体(2)的一个侧搭扣罩子，最好是金属部件(7)的背对涂层(9)的表面(8’)伸出壳体(2)作为一个散热器。
13.如权利要求12所述的电子开关，其特征在于作为壳体一部分的安装衬底(5)是非平面的和/或物理形状为一个罩体(20)，最好还包括另一由塑料制成的与之配合的罩子形状的壳体部分(21)，从而形成一个密封的完整的壳体(2)。
14.如权利要求12或13所述的电子开关，其特征在于所述的电路装置(3)包括至少一个功率半导体，如一个MOSFET(11)、一个三端可控硅器件、一个硅控整流器、一个快速恢复式整流二极管(12)或类似器件，其中涂层(9)最好具有至少一个缺口(13)，这样功率半导体(11，12)直接安装于金属部件(7)上，特别是焊接在上面，分压器的阻性铜膜线(14)最好设于涂层(9)上，例如通过另外电阻膏的方式，可以随后被烧入。
全文摘要
本发明涉及一种具有电气和/或电子电路器件(4)的电子电路装置(3)。器件(4)安装于安装衬底(5)上。用于器件(4)的电连接的导电铜膜线(6)也安装于安装衬底(5)上。安装衬底(5)包含一个金属部件(7)。一个电气绝缘涂层(9)设于金属部件(7)的一个表面(8)，准确地说是正对器件(4)和导电铜膜线(6)的表面(8)上。至少一个器件(4)和/或至少一个导电铜膜线(6)位于涂层(9)之上。
文档编号H05K1/09GK1498410SQ02805088
公开日2004年5月19日 申请日期2002年3月22日 优先权日2001年3月24日
发明者彼得·布罗格哈默, 彼得·瓦尔, 彼得 布罗格哈默, 瓦尔 申请人:马尔夸特有限公司