带有抗振的系统的电路板组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电路板组件、特别是多层电路板。所述电路板组件包括至少两块彼此平行地布置且相互连接的电路板。根据本发明，在开头提及的类型的电路板组件中，使其中一块电路板的至少一个面区域借助于弹性地和/或减振地构造的元件与所述电路板组件的另一块电路板相连接，使得借助于所述电路板的所述面区域和所述元件形成抗振的系统、特别是弹簧-质量系统、抗振的弯曲条带或抗弯曲振动的板。
【专利说明】带有抗振的系统的电路板组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电路板组件、特别是多层电路板。该电路板组件包括至少两个彼此平行地布置且相互连接的电路板。
【背景技术】
[0002]在从现有技术中已知的、配备有例如传感器的电子结构元件的电路板中，已知这样的问题，即，电路板可能与布置在其上的结构元件一起受到激励进行自振，这可能妨碍要由传感器检测的检测结果。该问题例如出现在构造成振动接收器的传感器中，例如传音器、压力传感器或加速度传感器。此外，可能存在这样的问题，即，电路板的振动频率落在传感器的检测频率范围中并且由此导致与待检测的测量参数没有因果关联的检测结果。
【发明内容】
[0003]根据本发明，在开头提及的类型的电路板组件中使一块电路板的至少一个面区域借助于弹性地和/或减振地构造的元件与电路板组件的另一块电路板相连接，使得借助于电路板的所述面区域和所述元件形成抗振的系统、特别是弹簧-质量系统、抗振的弯曲条带或抗弯曲振动的板。
[0004]由此，所述面区域和与所述面区域相连接的结构元件、例如构造成根据接收的振动产生反映振动的传感器信号的振动接收器、特别是压力传感器、转速传感器或加速度传感器，可以与所述面区域一起在弹性地构造的元件上振动。
[0005]优选地，所述弹性地构造的元件附加地构造成减振的并且为此可在振动时形成内部的减振部。由此，可有利地形成带有振动减振器的弹簧-质量系统。
[0006]在多层地构造的包括至少两个、优选地多个电路板层的电路板组件中，所述弹性地构造的且更为优选地减振地构造的元件可有利地布置在两块电路板之间。这些电路板分别形成多层地构造的电路板组件的一个层。
[0007]例如，该电路板组件为多层地构造的HDI电路板(HDI =高密度互连)或者ECP电路板(ECP =嵌入式元件封装)。电路板组件、特别是多层电路板中的单个电路板的导体电路可优选地借助于贯穿式触点(也被称为Via)相互连接。借助于Via也可形成在彼此邻近的电路板之间的热连接。
[0008]优选地，所述面区域与电子的结构元件相连接。该电子的结构元件例如为传音器、加速度传感器、转速传感器或压力传感器。
[0009]例如，加速度传感器可具有震动的质量和与该质量相连接的压电元件。在另一实施方式中，加速度传感器为微机械传感器、特别是MEMS传感器(MEMS =微电子机械系统)，其构造成用于以电容的方式检测传感器质量的偏转。传感器质量例如为几毫克重并且具有与横梁相连接的、沿着横梁纵向彼此间隔开的桥接部，这些桥接部可在两个形成电容的电极之间振动。该传感器质量例如特别是以振动的方式被保持在电场中。该传感器质量的振动可通过作用到传感器质量上的加速度在频率和/或振幅中变化，从而根据该变化可检测该加速度的频率和/或振幅。
[0010]在转速传感器中，该加速度传感器的质量可根据转动的转速的离心力被偏转并且由此根据该偏转、特别是与该偏转成比例的电容变化或压电电压检测加速度。
[0011]该压力传感器优选地构造成，用于检测静态的空气压力、特别是空气压力的变化并且产生传感器信号，该传感器信号反映空气压力或空气压力的变化。为此，可使接线盒(Dose)的对压力敏感的膜片与能够检测膜片的偏转的压电元件或电容的元件相连接。
[0012]借助于该电子的结构元件，有利地可形成附加的质量，其可与所述面区域一起在弹性地构造的元件上振动。也可设想另一电子的结构元件作为对震动敏感的传感器、例如微处理器。
[0013]优选地，包括电路板的面区域、电子的结构元件和弹性地构造的元件的弹簧-质量系统的谐振频率小于可被传感器检测的频率。有利地，可由此实现良好地减弱振动。更为有利地，该传感器可与落在传感器的频率检测范围中的谐振、特别是电路板的弯曲振动谐振脱离。
[0014]在一个优选的实施方式中，面区域与电路板的与所述面区域邻近的面在振动、特别是弯曲振动方面脱离，其中，电路板具有用于该面区域的凹口并且该面区域布置在该凹口中。例如，该面区域与包围该面区域的面区域借助于槽、特别是锯割的槽脱离且由此分离。例如可以借助于锯割或借助于激光切割实现脱离。借助于由此形成的脱离，该面区域可相对于包围电路板的该面区域的面区域自由地在弹性的元件上振动。
[0015]优选地，该面区域与电路板的面、特别是电路板的包围该面区域的面借助于箔、特别是覆盖箔相连接。优选地，该箔具有比电路板更小的厚度尺寸。因此，有利地可密封在电路板和电路板的抗振的面区域之间的空隙、特别是间隙。有利地，污物不能通过该密封进入电路板之间的空隙中。例如，该箔至少在一侧利用粘合剂覆层。这种特别是自粘接的箔也可有利地在装备电路板之后且也在将电子的结构元件与电路板相焊接之后封闭在该面区域和包围该面区域的电路板的面之间为了脱离而形成的间隙。
[0016]在一个优选的实施方式中，弹性地构造的元件具有硅元素。通过该硅元素，该元件有利地除了弹性的特性之外还具有减振特性。更为有利的是，硅元素能够很大程度上抵抗不同的化学试剂。
[0017]在另一实施方式中，该弹性地构造的元件为塑料泡沫、特别是聚氨酯泡沫。通过该塑料泡沫可有利地成本适宜地提供该弹性的元件。
[0018]优选地，该弹性地和/或减振地构造的元件借助于注塑到另一块电路板上而接合到电路板的凹口中。例如，该弹性地构造的元件可借助于嵌入方法被结合到中间层中。因此，平行于该电路板邻近地布置的另一块电路板可形成振动支座以及用于弹性元件和与该弹性元件相连接的面区域的固定点。
[0019]在一个优选的实施方式中，弹性地构造的元件布置在通过该电路板和另一块电路板形成的平面之间。以这种方式，该面区域可有利地与包围该面区域的电路板布置在相同的平面中。通过借助于该弹性的元件的脱离，在多层的电路板复合件中不再由于弹簧-质量系统结构而在高度方面消耗结构空间。
[0020]本发明也涉及一种带有根据以上描述的类型的电路板组件的电路布置。在该电路布置中，电路布置的结构元件中的至少一部分与电路板的面区域机械地连接和/或附加地电连接，该面区域形成抗振的系统、特别是弹簧-质量系统、抗振的弯曲条带或抗弯曲振动的板。
[0021]优选地，该面区域具有的面积使得传感器可固定在该面积上。例如，弹簧-质量系统的方形的面区域具有在一厘米和五厘米之间的边长。也可设想在微米范围内的抗振的系统，从而根据待实现的谐振频率，带有具有50微米边长的方形尺寸的MEMS传感器在没有MEMS传感器的电子接线的情况下在薄的电路板(例如带有在多层的电路板组件的100至150微米的电路板厚度)中可小于I厘米，优选地小于500微米。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1示出了带有由电路板的面区域和弹簧元件形成的抗振的系统的电路板组件的实施例；
[0023]图2示出了在图1中以剖视图示出的电路板组件的俯视图；
[0024]图3以俯视图示出了带有由电路板的面区域和减振元件形成的抗振的系统的电路板组件的实施例；
[0025]图4以剖视图示出了图3中的电路板组件；
[0026]图5示出了带有由电路板的面区域和减振元件形成的抗振的系统的电路板组件的实施例，其中，所述面区域形成带有自由振动的端部的板簧；
[0027]图6以剖视图示出了图5的电路板组件；
[0028]图7示出了带有在图3和4中的电路板组件的两个传递函数的图表。
【具体实施方式】
[0029]图1示出了电路板组件I的实施例。该电路板组件I具有电路板5和与该电路板5相连接的电路板7。该电路板5和7彼此平行地布置，其中，在电路板5和7之间至少在面的一部分上布置有使电路板5和7彼此连接的中间层33。例如，该电路板5和7是纤维加强的、特别是玻璃纤维加强的环氧树脂电路板。在该实施例中，电路板组件I形成多层的电路板，其中，电路板5和7分别形成一个层，这两个层将中间层33 (也被称为内层)包围在其之间。例如，该中间层33通过环氧树脂层形成。电路板5和7分别在至少一侧具有铜箔。该铜箔例如可通过RCC-箔(RCC=涂树脂铜)形成。在该实施例中，电路板组件I还具有多个电子的结构元件。示出了电子的结构元件14和16，其分别布置在电路板7的一侧。在该实施例中，结构元件14和16由集成电路形成。电路板组件I还具有电子的结构元件20和22，其分别构造成电容。该结构元件20和22分别布置在中间层33中，并且由此布置在电路板5和7之间。也示出了电子的结构元件18，在该实施例中，其为集成电路，该结构元件18布置在电路板5的一侧并且与电路板5、特别是电路板5的铜电路相连接。
[0030]电路板7具有面区域9，其已经(例如借助于锯割)与电路板7分离。由此，该面区域9形成一种盖，该盖被环绕该盖的间隙25包围。该间隙25例如通过锯割或激光切割电路板7形成。有利地，在连接电路板7和电路板5之前形成该间隙。在薄的电路板中，可将多块电路板叠置并且共同地被激光切割或锯割。因此，该薄的电路板不会断裂，更为有利地，可成本适宜地在一个工序中形成多块电路板。
[0031]电路板7的面区域9借助于弹簧元件11与电路板5相连接。在该实施例中，该弹簧元件11通过硅橡胶形成。在该实施例中，弹簧元件11也具有减振的性能。[0032]在电路板7的面区域9上还布置有传感器13。该传感器13例如为压力传感器、特别是传音器、加速度传感器或转速传感器。该传感器13借助于接合线(Bond-Draht) 35和37与电路板7相连接并且在该处与至少一个铜导体电路相连接。在另一实施方式中，传感器借助于Flip-Chip技术或借助于贯穿式触点(也被称为Via)电连接。
[0033]传感器13与电路板7的面区域9 一起形成抗振的系统、特别是弹簧-质量系统的质量。在该实施例中，该弹簧元件11布置在电路板5和7之间。中间层33在弹簧元件11的区域中具有凹口，从而在该处形成空腔，弹簧元件11布置在该空腔中。由此，弹簧元件11布置在电路板7和5之间、特别是在面区域9和电路板5之间延伸的空腔中。
[0034]借助于由此形成的抗振的系统，可有利地使传感器13与电路板5和同电路板5相连接的组件在机械的振动方面脱离。
[0035]在该实施例中，环绕的间隙25通过粘附的箔30覆盖。该粘附的箔30例如为聚酰亚胺箔，其覆盖间隙25并且有利地具有附加的减振的性能。如果传感器13与面区域9 一起在弹簧元件11上振动，则该箔30可与该振动运动一起弹性地运动并且借助于振动运动的往复行程的弹性的变形产生对于弹簧元件11的减振性能的附加减振。
[0036]由此形成的弹簧-质量系统的谐振频率f = ω/2 π根据以下公式计算:
[0037]ω =—
Nm
[0038]其中，ω =角频率，
[0039]s =弹簧元件的弹簧刚度，
[0040]m =传感器和面元件的质量。
[0041]图2示出了在图1中以剖视图示出的电路板组件的俯视图。示出了具有缺口的电路板7。
[0042]在该缺口中布置有尺寸比该缺口更小的面元件9，从而在面元件9和电路板7之间在缺口中形成环绕的包围面元件9的间隙25。传感器13布置在电路板7的该面区域9上并且与该面区域9相连接。
[0043]图3示出了电路板组件2的实施例。该电路板组件2在该实施例中具有两个电路板5和7。电路板7具有很长地在电路板7的电路板平面中延伸的缺口，其形成间隙29。在该间隙29的一个端部的区域中，另一间隙28横向于该间隙29延伸。在间隙29的另一端部的区域中，间隙24在与间隙28相同的方向上延伸。间隙24和28的面对间隙29的端部分别通过桥接部与间隙29分离，其中，该桥接部构造在电路板7中。桥接部例如通过在锯出间隙28、29和24时保留的电路板7的电路板材料形成。由此，所述桥接部模制在电路板7上。间隙27相对于间隙29平行地延伸并且在间隙24和28的远离间隙29的端部的区域中延伸。由此，借助于间隙24、28、29和27包围电路板7的面区域8，该面区域8借助于桥接部与电路板7相连接。该面区域8可由此(以悬置在桥接部上的方式)在电路板7中横向于电路板7的电路板平面往复振动。该面区域8的往复振动引起面区域8的变形，其例如在朝向振幅的端点区域的第一振动模式的情况中为缓冲垫的形式。
[0044]在面区域8上布置有传感器13。该传感器13例如为压力传感器、加速度传感器或传音器。[0045]图4以剖视图示出了在图3中以俯视图示出的电路板组件2。该剖面穿过间隙27。由此形成多层的电路板组件的多层的结构，其在该实施例中包括三个层，即，电路板5和电路板7和布置在其之间的中间层32。该中间层32在该实施例中具有空腔，减振元件12布置在其中。该减振元件12例如通过塑料泡沫、特别是聚氨酯泡沫、通过硅橡胶或通过凝胶元件、特别是娃凝胶元件形成。
[0046]该传感器可与面区域8 一起横向于电路板7的电路板平面往复振动，其中，面区域8悬置在桥接部上并且借助于该桥接部与电路板7相连接。
[0047]由此，面区域8的振动、特别是谐振频率基本上通过电路板7的电路板材料的弯曲刚度及其尺寸确定。该电路板材料例如为纤维加强的、特别是玻璃纤维加强的环氧树脂。该面区域8的振动的振幅在该实施例中不仅通过电路板7、特别是电路板7的面区域8的减振特性自身确定、而且通过减振元件12的减振特性确定，该减振元件使面区域8与电路板5相连接并且布置在面区域8和电路板5之间的空隙中。例如在预设面元件8的弯曲刚度的情况下，抗振的系统的谐振频率可通过间隙24、27、28和29的长度确定。例如,该谐振频率可根据经验获得。
[0048]在图7中示出了面区域8的振动的频率曲线。
[0049]图5示出了电路板组件3的实施例。在该实施例中，该电路板组件3包括三个层，其中通过一块纤维加强的电路板分别形成一个层，即在该实施例中形成电路板5和电路板
7。该电路板5和7通过中间层34相互连接。该中间层34例如通过环氧树脂层形成。该中间层34具有空腔31，在该空腔31中设置有减振元件15。在该实施例中，该减振元件15仅仅部分地填充空腔31。在该实施例中，电路板7具有U形的缺口，其形成U形的间隙26。
[0050]该U形的间隙包围电路板7的面区域10，其中，空腔31在电路板7的面区域10和电路板5之间延伸。在该实施例中，面区域10具有纵向延伸的形状。由此，该面区域10可从将间隙26的U形侧边的端部连接的线39起开始振动到空腔31中并且从电路板表面7振动出来。
[0051]在此，面区域10可(与跳板相似地)沿着其纵向延伸弹性地弯曲。如此形成的抗振的系统的弹性特性、特别是谐振频率基本上通过面元件10沿着其纵向延伸的弯曲刚度确定、并且在面元件10的宽度已确定时通过面元件10的自由振动的长度确定。
[0052]在面元件10的一个端部的区域中布置有减振元件15。该减振元件15将面元件10的端部区域与电路板5连接。该减振元件15布置在电路板5和面区域10之间的空腔31中。借助于该减振元件15可减弱面区域3横向于电路板7的电路板平面的振动运动。该减振元件15例如通过娃橡胶或凝胶元件、特别是娃凝胶元件形成。
[0053]图6示出了在图5中已经示出的电路板组件3的俯视图。示出了传感器13，其在形成电路板7的电路板区段的纵向延伸的面区域10的端部的区域中与面区域10相连接。还示出了包围面区域10的间隙26。该间隙26可例如借助于锯割或激光切割产生。
[0054]图7示出了在图4中示出的电路板7的面区域8的振动的传递函数。传感器13与该面区域8相连接。由此，传感器13与该面区域8 —起形成抗振的系统。图7示出了图表40。该图表40具有频率轴42和振幅轴44。在振幅轴44上以分贝示出了振动的传递量。图表40示出了面区域8的未被减弱振动的传递函数46。在面区域8未减弱振动的情况中，该电路板组件2不具有减振元件12。可看出面元件8的显著的谐振频率50。该传递函数46快速地下降到更高的频率。由此抗振的系统减弱到更高的频率。由此，该抗振的系统可有利地与更高的频率脱离。
[0055]还示出了传递函数48。该传递函数48反映了借助于减振元件12与电路板5相连接的面区域8的振动。还示出了谐振频率52，其大于谐振频率50。可看出在谐振52的区域中比在传递函数46的谐振50的区域中更小的振幅。该更小的振幅有利地通过减振元件12的减振引起。该传递函数从谐振频率52开始快速下降到更高的频率，从而由此可有效地产生振动脱离。在该实施例中，该谐振频率50在约5000赫兹，谐振频率52为约7000赫兹。可看出，传感器13从大于10000赫兹的频率开始有效地与振动脱离。由此，该传感器13可有效地通过振动、特别是电路板组件的电路板5和7的弯曲振动脱离。由此有利地，传感器的检测范围、特别是传感器13的检测范围的位于谐振频率50或52之上的频率范围不会或仅仅程度很小地受到电路板组件的振动的损害。
【权利要求】
1.一种电路板组件(1、2、3)，其包括至少两块彼此平行地布置且相互连接的电路板(5、7)，其特征在于，使一块电路板(7)的至少一个面区域(8、9、10)借助于弹性地和/或减振地构造的元件(11、12、15)与所述电路板组件(1、2、3)的另一块电路板(7)相连接，使得借助于所述电路板(7)的所述面区域(8、9、10)和所述元件(11、12、15)形成抗振的系统、特别是弹簧-质量系统、抗振的弯曲条带或抗弯曲振动的板。
2.按照权利要求1所述的电路板组件(1、2、3)，其特征在于，所述面区域(8、9、10)与电子的结构元件(13)相连接。
3.按照权利要求1或2所述的电路板组件(1、2、3)，其特征在于，所述结构元件(13)为振动接收器，所述振动接收器能够根据接收的振动产生反映所述振动的传感器信号。
4.按照上述权利要求中任一项所述的电路板组件(1、2、3)，其特征在于，所述面区域(8、9、10)与所述电路板(7)的与所述面区域(8、9、10)邻近的面在振动方面脱离，其中，所述电路板(7)具有用于所述面区域(8、9、10)的凹口并且所述面区域布置在所述凹口中。
5.按照上述权利要求中任一项所述的电路板组件(1、2、3)，其特征在于，所述面区域(8、9、10)与所述电路板的面借助于箔相连接，其中，所述箔具有比所述电路板更小的厚度尺寸。
6.按照上述权利要求中任一项所述的电路板组件(1、2、3)，其特征在于，所述元件(11、12、15)具有硅。
7.按照上述权利要求中任一项所述的电路板组件(1、2、3)，其特征在于，所述元件(11、12、15)具有塑料泡沫。
8.按照上述权利要求中任一项所述的电路板组件(1、2、3)，其特征在于，所述元件(11、12、15)借助于注塑到所述另一块电路板(5)上而接合到所述电路板(7)的凹口中。
9.按照上述权利要求中任一项所述的电路板组件(1、2、3)，其特征在于，所述元件(11、12、15)布置在通过所述电路板和所述另一块电路板形成的平面之间。
10.带有按照上述权利要求中任一项所述的电路板组件(1、2、3)的电路布置，其特征在于，所述电路布置的结构元件(13)中的至少一部分与所述电路板组件(1、2、3)的抗振的面区域(8、9、10)机械地连接和/或附加地电连接。
【文档编号】H05K1/14GK103493606SQ201280019645
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月20日 优先权日:2011年4月28日
【发明者】U·汉森 申请人:罗伯特·博世有限公司