有带隆起部的电绝缘覆盖层的印刷电路板组件及制造方法

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板组件，该印刷电路板组件具有带隆起部的电绝缘覆盖层，以及一种制造这种印刷电路板组件的方法。

背景技术

在印刷电路板的情况下，人们通常会增加危险元件与高压电位的距离，以避免电压通过空气(即通过所谓的空气间隙)产生电击穿，或者避免在通常是印刷电路板本身的表面上形成爬电距离(Kriechstrecke)。例如，可以通过给表面和/或印刷电路板上接触的相关元件涂漆来减少爬电距离的形成。这是一个相当普遍的过程，但效果有限，因为涂抹的油漆厚度通常非常有限。

对元件进行灌封，例如使用所谓的球顶(即，使用封装材料，例如树脂基灌封材料)可以大大减少空气间隙和爬电距离。然而，可能出现的问题是，元件上的球顶层厚度不得低于一个最小值，这在生产中很难精确控制。此外，热机械交变载荷(热-冷循环)和不同的热膨胀系数会导致球顶从印刷电路板上脱落，从而也会从有关的元件上脱落，由此降低甚至破坏绝缘能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是使印刷电路板与至少一个元件的电绝缘特别简单和可靠。

根据本发明的印刷电路板组件包括印刷电路板，它具有至少一个电绝缘底层和至少一个布置在其上的导电层。此外，印刷电路板组件还包括布置在导电层的背对底层的一侧的元件，该元件与导电层导电连接。例如，该元件可以是温度传感器形式的传感器。该元件可以是电气元件或电子元件，它与印刷电路板的导电层导电连接。例如，该元件可以通过焊接工艺

因此，电绝缘覆盖层与印刷电路板一起在元件周围形成了一种绝缘外壳。电气绝缘覆盖层的隆起部特别是在印刷电路板组件的高度方向上向上的一种拱起。例如，隆起部的形状可以是一种圆顶的形状。特别是，电绝缘覆盖层的隆起部可以与元件的形状相适应，使得元件可以很容易地被隆起部所骑越或封罩。特别是，电绝缘覆盖层对印刷电路板组件形成一种盖子，即它在高度的方向上向上将其封罩。因此，与印刷电路板的导电层进行导电连接的元件被三维成型的电绝缘覆盖层所封罩。例如，电绝缘覆盖层可以首先为此目的而预成型，然后层压到组装好的印刷电路板上。这使得该印刷电路板组件特别适合在高压环境下使用，例如在800伏范围内的电压下。

根据本发明的印刷电路板组件使得在高压范围内简单而安全地对例如温度传感器的形式的元件进行电气绝缘而不必接受绝缘所需的安装空间方面的主要限制。本发明还使得例如使用柔性印刷电路板成为可能，甚至不需要局部加固，这特别有助于节省温度传感器在充电插座、开关盒或高压电池中的集成空间。与印刷电路板组件的其他部分相比，绝缘覆盖层可以相对较薄，这意味着额外的热的量可以减少到最低限度，因此，例如，可以保持印刷电路板的标准组装过程。

特别是根据本发明的印刷电路板组件，在元件的区域不需要额外的加固。此外，通过选择电绝缘覆盖层的材料和相应的材料厚度，可以很简单地控制绝缘能力或绝缘性能。电绝缘覆盖层的形状是这样的：在需要电绝缘的元件的区域存在空腔，在该空腔中元件被封罩在印刷电路板和电绝缘覆盖层之间。因此，根据本发明的印刷电路板组件能够使布置在印刷电路板上的元件得到特别简单和可靠的电绝缘，特别是即使在高压环境下。

本发明的一个可能的实施方案规定，电绝缘覆盖层有一个帽檐状的边缘区域，该边缘区域在周向侧与电绝缘覆盖层的隆起部的下部区域相接，其中帽檐状的边缘区域直接与导电层或印刷电路板的另一个电绝缘覆盖层连接，该电绝缘覆盖层在元件的区域内有凹缺。电绝缘覆盖层的边缘区域也可以直接与底层连接。换句话说，电绝缘覆盖层可以是帽子状的，其中电绝缘覆盖层的帽檐状的边缘区域起到了将其与印刷电路板的其他部分连接起来的作用，从而可以确保有关元件的特别可靠的封罩。因此，隆起部的圆顶状结构在圆周侧与帽檐状的边缘区域相接。帽檐状的边缘区域可以被设计成平坦的，从而可以特别容易地例如直接与同样被设计成平坦的导电层连接，或者与印刷电路板的同样被设计成平坦的另一个电绝缘覆盖层连接。这种准帽子形状的电绝缘覆盖层的设计使得它特别容易与印刷电路板组件的其他部分连接，从而确保元件的可靠封罩。帽檐状的边缘区域可以扩展到覆盖整个印刷电路板。此外，它还可以具有例如用于其它元件或与导电层接触的凹缺，特别是在覆盖整个印刷电路板的情况下。

本发明的另一个可能的实施方案规定，电绝缘覆盖层的隆起部在横向上以及在上方与元件间隔开。因此，电绝缘覆盖层不与要电绝缘的元件直接接触。例如，如果印刷电路板组件由于温度变化而膨胀或收缩，那么在元件和电气绝缘覆盖层的隆起部之间就有更多的间隙。这就保证了对要绝缘的元件不会由于热引起的尺寸变化而产生机械应力。因此，电绝缘覆盖层以其隆起部近似呈钟形地被放置在需要电绝缘的元件上，而不接触到元件。

根据本发明的另一个可能的实施方案，规定该印刷电路板为柔性印刷电路板。电绝缘覆盖层也可以是柔性的，例如，至少具有与柔性印刷电路板基本相同的柔性。因此，印刷电路板可以与电绝缘覆盖层一起弯曲，这在设计和应用方面有更大的自由度。因此，整个印刷电路板组件可以适配于非常小的区域或者适配于具有不规则形状的区域，这例如在刚性印刷电路板的情况下是困难的或不可能的。

本发明的另一个可能的实施方案规定，电绝缘覆盖层是由热成型的薄膜制成。例如，该薄膜材料可包括热塑性材料。例如，该薄膜可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。替代地，电绝缘覆盖层也可以由聚酰亚胺制成，而不是热塑性材料。在后一种情况下，电绝缘覆盖层可以例如通过沉积过程被制造或铸造。通过用热成型的薄膜制造电绝缘覆盖层，可以使电绝缘覆盖层变得特别薄壁和灵活。此外，有可能以特别可靠和具有成本效益的方式大批量地生产电绝缘覆盖层。

根据本发明的另一个可能的实施方案，规定电绝缘覆盖层是由底层形成的。例如，可以首先在底层的一个特定区域产生隆起部，然后将该区域例如折叠起来，使隆起部包围至少一个元件。其优点在于，需要处理的单个部件较少。例如，有可能用以这种方式生产的电绝缘覆盖层覆盖整个印刷电路板。根据印刷电路板的形状，这可能比用单独的部件制作电绝缘覆盖层要便宜。

根据本发明用于制造根据本发明的印刷电路板组件或根据本发明的印刷电路板组件的可能实施例的方法包括以下步骤：提供印刷电路板，该印刷电路板至少具有一个电绝缘底层和布置在该电绝缘底层上的导电层；在导电层背对底层的一侧布置元件；以及将该元件与导电层导电连接；通过在印刷电路板上布置电绝缘覆盖层来封罩在导电层上布置的元件，其中，覆盖层的在印刷电路板组件的高度方向上形成的隆起部被布置在元件的区域内，在其后方，元件被封罩在导电层和电绝缘覆盖层之间。例如，该元件可以通过表面安装技术方式的组装(SMT-Bestückung)连接到印刷电路板上，并与之进行导电连接。因此，它可以是表面安装的元件，其例如借助于可焊接的连接面作为一种平面组件或平面元件被直接安装到印刷电路板上。根据本发明的印刷电路板组件的优点和可能的实施方案可被视为根据本发明的方法的优点和可能的实施方案，反之亦然。特别是，该方法可包括生产根据本发明的印刷电路板组件或根据本发明的印刷电路板组件的可能实施方案的所有必要步骤。

根据本发明的方法的一个可能的实施方案是，电绝缘覆盖层是由平坦的薄膜生产的，该薄膜在隆起部形成过程中被塑型。例如，平坦的薄膜可以以连续材料的形式提供，然后以适合电绝缘覆盖层的所需尺寸被偏转和/或分离，此时被分离的薄膜部分在隆起部形成的过程中被塑型。这使得大规模生产电绝缘覆盖层变得特别容易。

根据本发明的方法的另一个可能的实施方案规定，电绝缘覆盖层中的隆起部是通过热成型产生的。例如，电绝缘覆盖层中的隆起部可以通过深拉工艺与相应的所需热作用相结合来产生。热成型的特点通常是工具成本相对较低。在热成型中使用的工具通常只是单侧的，这意味着只需要一半的模具或一个模具工具。在热成型工艺之前，电绝缘覆盖层被加热到超过其软化温度，然后加热的电绝缘覆盖层例如通过真空或负压的方式被吸到相关的工具上，从而形成隆起部。然后将完成的电绝缘覆盖层冷却，直到达到固化温度，这样电绝缘覆盖层的形状就稳定了，可以从相关工具上脱离出来。

根据该方法的另一个可能的实施方案，规定电绝缘覆盖层中的隆起部是通过压头，特别是借助深拉法产生的。这可能是有利的，例如，在隆起部非常小的情况下。那么以冲压头进行的成型工艺会是有利的。

根据本发明的方法的另一个可能的实施方案规定，印刷电路板与电气绝缘覆盖层在元件周围的区域通过层压连接。通过这种方式，可以确保印刷电路板和电绝缘覆盖层之间有特别可靠的二维连接。因此，有关元件也可以在所有空间方向上被特别可靠地封罩起来。

在该方法的另一个可能的实施方案中，规定底层在区域内成型以形成至少一个隆起部，然后折叠起来以产生电绝缘覆盖层。这种方法的一个优点是，需要处理的单个部件较少。例如，有可能用以这种方式生产的覆盖层覆盖整个印刷电路板。根据印刷电路板的形状，这可能比用单独的部件制作电绝缘覆盖层要便宜。例如，电绝缘覆盖层和底层可以由同一块薄膜形成，也就是说，基底薄膜被折叠起来，利用隆起部封罩元件。首先，例如印刷电路板可以被组装起来。然后在底层形成至少一个隆起部。然后将底层折叠起来，与剩余的底层(包括导电层和可能存在的任何其他覆盖层)层压在一起。

本发明的进一步优点、特征和细节可从以下对可能的实施例的描述以及结合附图获得。在描述中提到的特征和特征的组合以及在下面的附图说明中和/或仅在附图中显示的特征和特征的组合不仅可以在每种情况下指示的组合中使用，而且还可以在其他组合中使用或单独使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

在附图中：

图1是印刷电路板组件的示意性侧视图，该印刷电路板组件包括被布置在印刷电路板上的元件，该元件被具有隆起部的电绝缘覆盖层所封罩；

图2是该印刷电路板组件的另一个可能的实施方案；

图3是制造图2所示印刷电路板组件的实施方案的制造步骤示意图。

相同或功能相同的元件在图中具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1中显示了印刷电路板组件10的示意性侧视图。印刷电路板组件10包括印刷电路板12，该印刷电路板具有电绝缘底层14和布置在其上的导电层16。此外，印刷电路板12还包括电绝缘覆盖层18，该电绝缘覆盖层在放置元件20的区域周围凹陷，从而暴露出元件20区域周围的导电层16。可以看出，元件20被布置在导电层16的背对底层14的一侧，其中该元件与导电层16导电连接。

此外，印刷电路板组件10包括电绝缘覆盖层22，该电绝缘覆盖层在印刷电路板组件10的高度方向z上具有隆起部24，在该隆起部中，元件20被封罩在导电层16和覆盖层22之间。

电绝缘覆盖层22具有帽檐状的边缘区域26，它在周向侧与隆起部24的下部区域邻接。帽檐状的边缘区域26与印刷电路板12的电绝缘覆盖层18相连。可以看出，电绝缘覆盖层22的隆起部24在横向并且在上方与元件20间隔开。因此，隆起部24以圆顶或钟形的方式围跨元件20，而不接触元件20。印刷电路板12可以是柔性印刷电路板，其中，电绝缘覆盖层22也可以设计成像印刷电路板12一样具有相应的柔性。

例如，电绝缘覆盖层24可以由热成型的薄膜制成。元件20例如可以是温度传感器。

在图2中，印刷电路板组件10的另一个可能的实施方案以示意性侧视图显示。这里所示的实施方案与图1所示的实施方案不同在于，印刷电路板12不再额外具有自己的电绝缘覆盖层18。在这种情况下，电绝缘覆盖层22直接连接到导电层16。

图3示意性地显示了方法步骤A至D的顺序，这些步骤用于制造根据图2所示实施例的印刷电路板组件10。首先，尚未塑型的电绝缘覆盖层22被布置在工具28上。例如，电绝缘覆盖层22可以由热塑性平坦薄膜制成。在尚未塑型的电绝缘覆盖层22被布置在工具28上后，通过热成型，在形成隆起部24时制造该电绝缘覆盖层22。为此，可以对工具28例如施加负压，使得电绝缘覆盖层22被适当地吸向工具28。在此步骤之前，尚未形成的导电层22可以被加热到超过其软化温度。此后，加热的覆盖层22对工具28进行热成形，以形成隆起部24。之后，形成的电绝缘覆盖层可以被冷却，例如通过鼓风机，直到电绝缘覆盖层达到其固化温度。

在下一个步骤中，至少部分组装好的印刷电路板12(其上已经焊接了元件20)相对于热成型的覆盖层22被定位。在随后的层压过程中，至少部分组装的印刷电路板12被连接到热成型的电绝缘覆盖层12。为此，如这里所示意的那样，可以使用另一个工具30，例如，对印刷电路板组件10施加压力，其中，工具28、30也可以用来在层压过程中加热印刷电路板组件10的相应元件。

附图标记列表

10 印刷电路板组件

12 印刷电路板

14印刷电路板的电绝缘底层

16印刷电路板的导电层

18印刷电路板的电绝缘覆盖层

20 元件

22 电绝缘覆盖层

24 电绝缘覆盖层的隆起部

26电绝缘覆盖层的帽檐状边缘区域

28 工具

30 工具

A-D 方法步骤

z印刷电路板组件的高度方向