用于对机动车的电子部件进行电磁屏蔽的装置的制作方法

1.本发明涉及一种根据独立权利要求的类型的、用于对机动车的电子部件进行电磁屏蔽的装置。


背景技术：

2.由文献de 19709243 c1已知一种用于机动车的控制器。金属壳体具有带有侧壁的中央部分，侧壁包围成主空间，其中设置有两个金属壳体盖和带有电子电路的印刷电路板。


技术实现要素：

3.本发明的任务在于，进一步减小装置的干扰放射和易受干扰性。该任务通过独立权利要求的特征得以解决。
4.特别地，通过在屏蔽层和印刷电路板之间和/或在两个壳体半部之间设置电磁密封部，确保了特别可靠和安全的电磁屏蔽，或者说从emv(电磁兼容性)的角度来看确保了针对关键区域(电子部件和/或印刷电路板区域)的屏蔽。因此，可以安全地避免电磁场能够穿过的可能的间隙。
5.在有利的改进方案中规定，电磁密封部构造为密封件、特别是预分配或分配的密封件或嵌入密封件，和/或电磁密封部至少包括电磁屏蔽构件。因此，可以可靠地不仅实现机械密封而且实现电磁密封。
6.在有利的改进方案中规定，印刷电路板具有至少一个屏蔽层、特别是平面地构造的屏蔽层，以便将电磁保护区域相对于非电磁保护区域划界。由此能够确保，通过将屏蔽层集成到印刷电路板中，以特别简单的方式实现可靠的屏蔽。对此特别有利地规定，印刷电路板具有用于接触电磁密封部的接触区域，和/或印刷电路板具有至少一个金属化通孔(durchkontaktierung)，以便以导电的方式连接接触区域和屏蔽层。由此可以形成盆形的、封闭的物体(或者说一种笼状物)，该物体向外环绕插头区域，并以这种方式和方法可靠地屏蔽印刷电路板的电磁关键区域。于是能够进一步提高和改善屏蔽的质量。
7.在有利的改进方案中规定，屏蔽结构和/或电磁密封部和/或接触结构和/或(多个)金属化通孔将非电磁保护区域包围在封闭的(或者说笼状的)、特别是环形的或护套形的结构中。由此能够实现针对电磁关键区域的完全屏蔽。
8.在有利的改进方案中规定，设有多个非电磁保护区域，这些非电磁保护区域分别被屏蔽结构和/或电磁密封部所包围。通过这种方式可以设置多个插头区域，其可以根据需要进行定制设计。围绕这些岛(inseln)，电子结构元件可以在电磁保护区域中任意地定位在印刷电路板上。由此提高了印刷电路板的布局设计的自由度。
9.在有利的改进方案中规定，接触区域安放在印刷电路板的上侧面和下侧面上，和/或(多个)金属化通孔从印刷电路板的两侧将屏蔽层与所属的接触区域连接。由此能够特别容易地电磁屏蔽插头区域，所述插头区域定位在控制器壳体的角部或者凹槽(nische)中。
10.在有利的改进方案中规定，插头和/或插头触点穿透屏蔽层和/或插头和/或插头
触点被引导穿过金属化通孔之间、特别是两个金属化通孔之间，和/或屏蔽层和/或金属化通孔的用于插头和/或插头触点的相应的贯通开口具有实现屏蔽的尺寸，例如在贯通开口构造为波导管(hohlleiter)的情况下。由此，此外能够以足够的程度实现对电磁区域的相应屏蔽。
11.在有利的改进方案中规定，印刷电路板相对于至少两个可更换地布置的电子组件横向地布置，和/或在印刷电路板上、特别地在电磁保护区域中设有至少一个插接连接部，该插接连接部能够与插头和至少一个电子组件接触。特别是在可更换的电子组件的情况下，可以在单独的印刷电路板上设置客制化的插头实施方式，而电子组件本身可以以标准化的方式与客户无关地提供。只必须提供带有插头配置的印刷电路板的特殊屏蔽。
12.在有利的改进方案中规定，设有用于至少部分地封闭可更换的电子组件的壳体；并且设有至少一个与壳体可拆卸地连接的前侧，通过该前侧使得布置在壳体内部中的、可更换的电子组件可触及；以及设有后侧壳体盖。通过至少部分地包围电子组件的壳体，可以为这些零部件提供相应的屏蔽。此外，电子组件的可更换性可以针对更改的硬件要求快速且可靠地实现。
13.在有利的改进方案中规定，壳体盖至少是至少部分地屏蔽印刷电路板的壳体的组成部分，和/或所述壳体盖包括用于至少一个插头和/或至少所述屏蔽结构的至少一个通道和/或包括用于所述印刷电路板的平行于所述壳体盖的至少一个容纳部，所述容纳部用于接触所述可更换的电子组件。在模块化电子设计中，只有在特别是后侧壳体盖中设有针对插头区域的相应的屏蔽部。由此进一步简化了设计方案。
14.在有利的改进方案中规定，至少部分地包围可更换的电子组件的壳体在内部包括至少一个容纳部、特别是导轨或型材，以便容纳至少一个可更换的电子组件，和/或在壳体上布置有至少一个冷却器。由此可以进一步简化电子组件的更换。此外，中央冷却器可以允许不同的电子组件的高发热。
15.其他有利的改进方案由其他从属权利要求并且由说明书得出。
附图说明
16.附图示出了：
17.图1是具有180
°
插头引出端的装置的示意性的剖面图；
18.图2是具有90
°
插头引出端的替代装置的示意性的剖面图；
19.图3是具有90
°
插头引出端的另一替代装置的示意性的剖面图；
20.图4是具有电磁密封部和屏蔽结构的印刷电路板的透视剖面图；
21.图5是具有两个印刷电路板的替代实施例的剖面图，其中两个印刷电路板分别通过其自身的插头进行接触；
22.图6是图5的截取区段的放大图；以及
23.图7以爆炸图示出了另外的装置的完整透视图，其具有多个可更换的电子部件。
具体实施方式
24.本发明通过多个实施例进行示意性说明，并在下文中参照附图进行详细描述。
25.图1示出了装置10、特别是机动车的控制器的示意性剖面图。装置10包括壳体35。
壳体35例如由两个壳体半部36、37组成。电磁密封部13布置在两个壳体半部36、37之间。电磁密封部13一方面用于机械地密封两个壳体半部36、37之间的可能的间隙。另一方面，选择电磁密封部13的材料以实现电磁屏蔽来。
26.壳体35包围至少一个印刷电路板34。印刷电路板34具有至少一个非电磁保护区域15和至少一个电磁保护区域17。非电磁保护区域15通过至少一个屏蔽结构32与电磁保护区域17分开。在屏蔽结构32和印刷电路板34之间又设有电磁密封部13。电磁密封部13一方面用于机械地密封屏蔽结构32和印刷电路板34之间的可能的间隙。另一方面，电磁密封部13的材料是以发生电磁屏蔽来选择的。通过针对印刷电路板34设置的屏蔽结构32和电磁密封部13，印刷电路板34被划分为一个或多个非电磁保护区域15和一个或多个电磁保护区域17。在电磁保护区域17中可以布置有在电磁方面或从emv的角度看关键的电子部件64。
27.在图1所示的实施例中，插头30或插头触点29横向于印刷电路板34的表面取向，也就是说，插头还具有180
°
插头引出端。屏蔽结构32和电磁密封部13以及位于下面的接触区域21和(多个)金属化通孔25都具有封闭的(或笼状的)结构，其至少围绕着一个或多个外部的插头30。
28.为了进一步对电磁保护区域17进行电磁屏蔽，印刷电路板34具有接触区域21。接触区域21与电磁密封部13形成导电连接部。在此其例如是印刷电路板34的铜或金表面，正如针对印刷电路板34的电接触的通常做法。接触区域21在印刷电路板34的表面具有封闭的、例如环形或矩形等的结构。接触区域21的封闭结构将电磁保护区域17与非电磁保护区域15分开。此外设有至少一个屏蔽层27，用于在印刷电路板34内实现进一步的电磁屏蔽。该屏蔽层27由导电材料制成，例如铜或类似物，并且是印刷电路板34的组成部分。所述屏蔽层27平面地构造。屏蔽层27通过一个或多个金属化通孔25与位于印刷电路板34的表面上的接触区域21电连接。为了进行屏蔽，一个或多个金属化通孔25也构造为(多个)封闭的、例如护套形等等的结构/笼状物。正如图4示例性地显示的那样，在相邻的金属化通孔25之间的距离越小，屏蔽效果就越有效。
29.在图4中更详细地示出了由接触区域21、(多个)金属化通孔25和屏蔽层27形成的槽形(或笼形的)结构。在透视图中，印制电路板34的不同层以剖视方式示出。印刷电路板34包括位于表面的周向的接触区域21，布置在下面的(多个)周向的、构造为护套形的金属化通孔25。一个或多个金属化通孔25在接触区域21和印刷电路板34的平面地构造的屏蔽层27之间建立导电连接。在屏蔽结构32和接触区域21之间布置有电磁密封部13，屏蔽结构32可以是壳体35的组成部分。电磁密封部13同样构造为与接触区域21相对应的环绕的和/或封闭的结构。正如图4中替代性地显示的那样，也可以设有多个相邻布置的金属化通孔25。由此可以实现具有相应的电磁屏蔽效果的笼状结构。例如，金属化通孔25可以构造为柱形的或类似形状，并且相互间隔距离地构造。
30.根据图2所示的实施例与根据图1所示的实施例的不同之处在于，插头30具有90
°
插头引出端。于是插头30基本上在印刷电路板34的端部上，与印刷电路板的延伸部同轴地布置。插头30和插头触点29又被布置在非电磁保护区域15中。壳体半部36具有横向于印刷电路板34的表面凸出的屏蔽结构32，该屏蔽结构又通过电磁密封部13与印刷电路板34的位于表面的接触区域21电磁屏蔽地连接。下方的壳体半部37的也通过电磁密封部13与印刷电路板34的下侧面连接。印刷电路板34的下侧面也具有用于电磁屏蔽结构的接触区域21。此
外设有至少一个金属化通孔25，其与(位于印刷电路板34的上侧面和下侧面上的)两个接触区域21导电接触，从而对它们进行电磁屏蔽。在相邻的金属化通孔25之间的距离越小，屏蔽效果就越有效。非电磁保护区域15与电磁保护区域17的电磁屏蔽是通过屏蔽结构32、电磁密封部13、在印刷电路板34的上侧面的接触区域21、(多个)金属化通孔25以及在印刷电路板34的下侧的接触区域21实现的。在电磁保护区域17中设有印刷电路板34的示例性部分，以及可能有其他未详细说明的印刷电路板，在这些印刷电路板上相应布置有从emv的角度看关键的电子部件64。形成壳体35的两个壳体半部36、37在远离插头的一侧通过电磁密封部13相互密封地并且电磁屏蔽地相互连接。
31.电磁密封部13由一种材料制成，该材料屏蔽电磁辐射并且同时确保壳体半部36、37之间或屏蔽结构32和印刷电路板34之间的机械密封性。在此，其可以是预分配的电磁密封部13或者在装置装配过程中分配的密封件。替代地，也可以使用嵌入密封件。对于电磁密封部13来说例如使用具有某些颗粒、比如金属颗粒、碳等等的填充硅树脂。替代地，例如由铜或类似材料制成的弹簧或弹簧元件也可以作为电磁密封部13使用。电磁密封部13特别是在与印刷电路板34的接触区域21连接的实施例中可以构造为导电的。然而替代地，电磁密封部13也可以由导电性差的或不导电的材料制成。
32.在图1中，屏蔽层27仅由插头触点29穿透。在smd(表面贴装器件)插头中，插头触点29被金属化通孔所取代。这使得信号可以从非电磁保护区域15传递到电磁保护区域17，反之亦然。在此，贯通开口的尺寸要确保所需的屏蔽效果，例如作为波导管或类似物。在需要时，输入到电磁保护区域17中的信号也可以在印刷电路板34上配备有相应的滤波器。
33.在图2所示的实施例中，插头触点29的信号从非电磁保护区域15到电磁保护区域17以及反向的传输是通过印刷电路板34的内层进行的。在这种情况下，信号导体路径在金属化通孔25之间穿过。在此，贯通开口的尺寸要确保所需的屏蔽效果，例如作为波导管或类似物。在相邻的金属化通孔25之间的距离越小，屏蔽效果越有效。在需要时，输入到电磁保护区域17中的信号也可以配备有相应的滤波器。
34.按照图3所示的实施例与图2所示的实施例的不同之处在于，屏蔽结构在印刷电路板34的下侧面移动到印刷电路板边缘处。正如在图1中所示的实施例那样，还需要(一个或多个)额外的屏蔽层27。正如已结合图1所描述的那样实现插头触点29的穿透。
35.图5所示的实施例与先前所示的实施例的不同在于，在壳体35中布置有两个印刷电路板34，它们分别与插头30接触。这两个印刷电路板34可以分别是单个控制器或控制器功能的构件。例如，设有具有90
°
插头引出端的两个插头30。同样地，在壳体35的内部的电磁保护区域17和布置有插头30的非电磁保护区域15之间实现了电磁隔离。完整的电磁屏蔽结构通过设置上壳体半部36形成，该上壳体半部由作为壳体35的一部分的屏蔽结构32、电磁密封部13、接触区域21、金属化通孔25、平行于印刷电路板34的表面朝向插头30延伸的屏蔽层27、通到上印刷电路板34的下侧面的另一金属化通孔25、布置在该印刷电路板34的下侧面上的接触区域21、通过与该接触区域21连接的电磁密封部13、与该电磁密封部13连接并横向于印刷电路板34延伸的另一屏蔽结构32、可能是壳体35的一部分的与位于该另一印刷电路板34上侧面的接触区域21连接的另一电磁密封部13、位于另一印刷电路板34上的与该另一印刷电路板34的另一屏蔽层27导电地连接的另一金属化通孔25形成。另一印刷电路板34的平面地构造的另一屏蔽层27远离插头侧。在背离插头一侧的另一屏蔽层27的端部上设
有另一金属化通孔25，其使该另一屏蔽层27的下侧面与位于另一印刷电路板34的下侧面上的另一接触区域21导电地连接。另一壳体半部37的屏蔽结构32通过电磁密封部13以密封和电磁屏蔽的方式与位于另一印刷电路板34的下侧面上的另一接触区域21相连接。下壳体半部37在背离插头的端部与另一壳体半部36通过电磁密封部13连接。由此在壳体35的内部形成电磁保护区域17。
36.在图6中示例性地放大示出了图5左上的截取区段。由此可看出作为壳体36的组成部分的屏蔽结构32是如何通过电磁密封部13与位于印刷电路板34上侧面处的接触区域21连接的。金属化通孔25在接触区域21和印刷电路板34的屏蔽层27之间形成接触。如前所述，可以设有多个彼此相邻布置的金属化通孔25，如在图4中示例性地示出的。在相邻的金属化通孔25之间的距离越小，屏蔽效果就越有效。在屏蔽层27的靠近插头30的另一侧面上，金属化通孔25(或者说多个金属化通孔25)与屏蔽层27以及位于印刷电路板34的下侧面上的接触结构21建立电接触，而该电接触又通过电磁密封部13与壳体36的屏蔽结构32形成电磁屏蔽连接部。
37.屏蔽层27仅由插头触点29穿透。在smd插头中，插头触点29被金属化通孔所取代。这使得信号可以从非电磁保护区域15传递到电磁保护区域17，反之亦然。在此，贯通开口的尺寸要确保所需的屏蔽效果，例如作为波导管或类似物。需要时，输入电磁保护区域17的信号也可以在印刷电路板34上配备有相应的滤波器。
38.在图7中，作为另一实施例，装置10包括至少部分地包围至少两个电子组件50的壳体11。该壳体11在后侧通过后侧壳体盖22或壳体半部36封闭，特别是通过机械固定部24，如螺丝连接。例如，后侧壳体盖22可以是压铸件，尤其优选地是铝压铸件。后侧壳体盖22支撑印刷电路板34，印刷电路板取向为垂直于可更换的电子组件50。根据使用情况，多个插头30穿过后侧壳体盖22伸出。在后侧壳体盖22和壳体11之间优选设有密封件。
39.至少一个冷却器40布置在壳体11的至少一侧上。通过接口能够提供或移除冷却介质。例如，可以使用水或也可使用空气等流体作为冷却介质。冷却器40与壳体11导热连接，并且用于在电子组件50中产生的热量的散热。在壳体11上设有多个紧固部12。在实施例中，紧固部12构造为导轨，并且用于容纳布置在车辆中的托架。紧固部12优选在装置10的角部处、在装置10的后侧壳体盖22和前侧20之间延伸。紧固部12是壳体11的一件式构件。前侧20使得布置在装置10内部的可更换的电子组件50可触及。前侧20可通过机械固定部24打开和关闭。
40.在壳体11的侧表面14的内侧分别设有多个容纳部。这些容纳部基本上是轨道形的容纳部，其用于容纳、插入和/或夹持可更换的电子组件50。优选地，所述容纳部是壳体11的一体式构件。此外，在壳体11的至少一个、优选两个端面上设有凹部28，用于容纳密封件26。所述凹部28用于容纳壳体11上的径向密封轮廓。通过这种方式，可以达到一定的ip(进入保护)保护等级和emv保护等级。所述凹部28可以通过对壳体11进行有利的铣削进行适配，从而可以容纳密封件26。优选地，壳体11构造为挤压型材。尤其优选地，壳体11由连续挤压的铝型材制成。
41.后侧壳体盖22在面向壳体11内部的一侧上具有相应的屏蔽结构32。这些屏蔽结构32向内朝向印刷电路板34的方向稍稍突出。屏蔽结构32在其朝向印刷电路板34的端部处包括电磁密封部13。在装配状态下，电磁密封部13与位于印刷电路板34的外侧面上的接触区
域21接触，正如结合图1所描述的那样。在与金属化通孔25和屏蔽层27的连接中，实现由虚线显示的非电磁保护区域15的电磁分离，该非电磁保护区域包围(外置的)插头30。示例性地，为两个外置的插座设有两个非电磁保护区域15，其从印刷电路板34内部的屏蔽层27向外围绕插头30延伸。然而相反地，位于内部的插接连接部31布置在非电磁保护区域15之外，也即布置在印刷电路板34的电磁保护区域17中。后侧壳体盖22在角部处分别具有容纳部23，并且用于紧固印刷电路板34。屏蔽层27仅由插头30的(在该图中未明确示出的)插头触点29穿透。在smd插头中，插头触点29被金属化通孔所取代。这使得信号可以从非电磁保护区域15传递到电磁保护区域17，反之亦然。在此确定例如作为波导管或类似物的贯通开口的尺寸以确保所需的屏蔽效果。在需要时，输入到电磁保护区域17中的信号也可以在印刷电路板34上配备有相应的滤波器。
42.印刷电路板34平行于后侧壳体盖22并且横向于可更换的电子组件50布置。在背离壳体11的内部16的一侧上，插头30接触在印刷电路板34上，插头延伸穿过后侧壳体盖22，以便在车辆中形成接触。在印刷电路板34的另一侧上布置有相应的插接连接部31，可更换的电子组件50在插入状态下可以通过所述插接连接部与插头30接触。所述插接连接部31例如可以是所谓的板边连接器(edge-card-verbinder)或类似物。
43.若干可更换的电子组件50已经插入到壳体11的内部中。在前面的区域中示例性地示出了可更换的电子组件50的构造。可更换的电子组件50包括壳体52。壳体52示例性地由两个壳体半部54构成。壳体半部54包围至少一个电子单元62、66或带有布置在其上的电子部件64、66的印刷电路板。所述壳体52可以由两个拧紧的金属片半部54组成。
44.在本实施例中设有电子单元62，其几乎在壳体11的整个宽度上延伸，并具有若干电子部件64。例如，电子单元62可以是印刷电路板或所谓的底板或主板。在电子单元62下方示例性地设有其他电子单元66，其带有其他电子部件64，特别地带有产生热损失的电子部件64。电子部件64优选以如下方式布置在各自的电子单元62、66上，从而使得它们的上侧面分别面向相邻的壳体半部54。带有所属的电子部件64的电子单元62、66特别地包括高性能计算机核心，其在机动车中执行尤其密集的计算功能。在此例如，其可以是自主或半自主驾驶功能、信息娱乐、不同总线系统(以太网、can、lin等)之间的通信接口或网关功能、某些用于授予授权的安全应用，例如为了从外部进入机动车，或机动车中其他与特别高计算能力相关的操作。电子部件64尤其优选地是高性能处理器、多核处理器或高度集成电路(soc，片上系统)，其特点是高功率损耗。
45.相应地，从侧面分别显示了用于将可更换的电子组件50与相应的容纳部中的壳体11的紧固和/或热接触的连接机构58。连接机构58特别是用于将壳体52与壳体11夹紧。通过这种夹紧实现了电子组件50相对于壳体11的良好的热接触和/或电接触。例如所谓的楔形锁(wedge-locks)被用作连接机构58。这种连接机构58优选地实现壳体52的壳体边缘与容纳部18的可拆卸地楔入或夹紧。
46.在壳体52的下侧面上设有至少一个散热结构60。具有尤其良好的导热性的构件可用作散热结构60，比如所谓的蒸汽室(vapor chamber)、热管(heatpipe)或脉动热管(pulsating heatpipe)。替代地，可以使用铜板、导热箔或尤其是导热层。散热结构60的作用是将产生特别多热量的电子部件64的热量损失导出到电子组件50的夹紧的边缘或者说导出给散热器。
47.装置10特别地用于机动车领域的emv关键结构元件。特别具有高emv要求的可更换的电子组件50可特别用于实现汽车领域的计算密集型功能，如半自动或自动驾驶、通信模块、网关功能、信息娱乐、安全应用等。这些功能可以分别在可更换的电子模块50中实现。由于电子组件50可以很容易地进行更换，这种可更换性也允许以后对目前的硬件进行改造。