DE10317697A1

DE10317697A1 - Apparat und Verfahren zum Schutz einer elektronischen Schaltung

Info

Publication number: DE10317697A1
Application number: DE10317697A
Authority: DE
Inventors: Andrew Glovatsky
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2003-10-30
Also published as: GB0304552D0; GB2387565B; GB2387565A; US7161092B2; US20030193113A1

Abstract

Die Erfindung stellt in einer Ausgestaltung ein System zum Einkapseln eines Substrats auf einer Fahrzeugstruktur beriet. Das System enthält das Substrat, die Fahrzeugstruktur und ein Verpackungssubstrat. Das Substrat besitzt einen oberen Teil und einen unteren Teil. Die Fahrzeugstruktur ist betriebsfähig mit dem unteren Teil des Substrats verbunden. Das Verpackungssubstrat besitzt eine Vielzahl von Schichten, wobei das Verpackungssubstrat betriebsfähig mit dem oberen Teil des Substrats verbunden ist. Das Verpackungssubstrat ist einem Randbereich des oberen Teils vom Substrat konform.

Description

Sachgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und einen Apparat zum Schutz einer elektronischer Schaltung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und einen Apparat zum Schutz einer elektronischen Schaltung vor Schäden durch elektromagnetische Aufladung.

Hintergrund der Erfindung

Typischerweise befinden sich elektronische Schaltungen oder elektronische Module in Gehäusen, wenn sie in einem elektronischen Betriebssystem eingebunden sind oder von einem Hersteller verkauft werden. Diese elektronischen Schaltungen enthalten typischerweise integrierte Schaltkreise, Widerstände, Transistoren, Dioden, Halbleiter, Prozessoren, Kondensatoren und andere an elektrische Schaltungen angeschlossene elektrische Komponenten.
Die Gehäuse schützen empfindliche elektronische Schaltungen vor Schäden durch mechanische Einwirkung. Außerdem schirmen die Gehäuse die Module vor der Umgebung ab, so dass sie nicht der Auswirkung von Kontamination, Korrosion und anderen schädliche Einflüssen ausgesetzt sind. Des Weiteren schützen die Gehäuse die Schaltungen vor Störungen elektromagnetischer Interferenzen (EMI). Die EMI-Energie ist jede unerwünschte zugeleitete oder ausgestrahlte elektrische Störung, die den Betrieb der elektrischen Schaltung störend beeinflussen kann.

Dem Stand der Technik entsprechende Gehäuse zum Schutz elektrischer Schaltungen oder elektronischer Module dichten die elektrischen Schaltungen typischerweise in einem Behälter, einer Metallschachtel oder durch eine Kapselung aus elektrisch isolierendem oder leitendem Material ab. Diese gegenwärtig verwendeten Gehäuse haben jedoch Mängel. Erstens bieten diese Gehäuse den Schaltungen keinen wirksamen Schutz vor mechanischen Schäden, der Umgebung und der EMI, da einige Behälter die Schaltungen nicht wirkungsvoll einkapseln können. Des Weiteren sind die Gehäuse teuer und erhöhen die Zahl der Fertigungsschritte und die Betriebskosten der Elektronik. Es gibt einen Bedarf an einem Gehäuse, das die Schaltung wirksam schützt und kosteneffektiv ist.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt in einer Ausgestaltung ein System bereit, in dem das Einkapseln eines Substrats auf einer Fahrzeugstruktur offenbart wird. Das System enthält das Substrat, die Fahrzeugstruktur und ein Verpackungssubstrat. Das Substrat besitzt einen oberen Teil und einen unteren Teil. Die Fahrzeugstruktur ist betriebsfähig mit dem unteren Teil des Substrats verbunden. Das Verpackungssubstrat besitzt eine Vielzahl von Schichten, wobei das Verpackungssubstrat betriebsfähig mit dem oberen Teil des Substrats verbunden ist. Das Verpackungssubstrat ist einem Randbereich des oberen Teils des Substrats konform.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein System zum Einkapseln eines Substrats auf einer Fahrzeugstruktur offenbart. Das System enthält das Substrat, die Fahrzeugstruktur und ein Verpackungssubstrat. Das Substrat besitzt einen oberen Teil und einen unteren Teil. Die Fahrzeugstruktur ist betriebsfähig mit dem unteren Teil des Substrats verbunden. Das Verpackungssubstrat besitzt mindestens drei Schichten, wobei das Verpackungssubstrat betriebsfähig mit dem oberen Teil des Substrats verbunden ist. Das Verpackungssubstrat ist einem inneren Teil des Substrats konform.

In einer noch anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein System zum Einkapseln eines Substrats auf einer Fahrzeugstruktur offenbart. Das System enthält das Substrat, die Fahrzeugstruktur und ein Verpackungssubstrat. Das Substrat besitzt einen oberen Teil und einen unteren Teil. Die Fahrzeugstruktur ist betriebsfähig mit dem unteren Teil des Substrats verbunden. Das Verpackungssubstrat besitzt mindestens drei Schichten, wobei das Verpackungssubstrat betriebsfähig mit dem oberen Teil des Substrats verbunden ist. Das Verpackungssubstrat ist einem inneren Teil und einem Randbereich des Substrats konform.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Schützen eines Substrats vor elektromagnetischer Aufladung bereitgestellt. Eine polymerartige Beschichtung wird auf ein Substrat mit einem oberen Teil und einem unteren Teil aufgebracht. Der untere Teil des Substrats ist mit der Struktur verbunden. Ein Verpackungssubstrat, das mindestens drei Schichten besitzt, ist über dem oberen Teil des Substrats angeordnet. Das Verpackungssubstrat ist betriebsfähig mit dem oberen Teil des Substrats verbunden. Außerdem ist das Verpackungssubstrat einem Randbereich des oberen Teils vom Substrat konform.

In einer wiederum anderen Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Schützen eines Substrats mit einem oberen Teil und einem unteren Teil vor elektromagnetischer Aufladung bereitgestellt. Das Substrat wird mit einer flüssigen Lösung besprüht. Der untere Teil des Substrats ist mit der Struktur verbunden. Eine entsprechende Folie mit mindestens drei Schichten ist über dem oberen Teil des Substrats angeordnet. Das Verpackungssubstrat ist betriebsfähig mit dem oberen Teil des Substrats verbunden. Das Verpackungssubstrat ist einem Randgebiet des oberen Teils vom Substrat konform.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verpackungssubstratapparat offenbart. Das Verpackungssubstrat besitzt mindestens drei Schichten. Das Verpackungssubstrat ist betriebsfähig mit dem Substrat verbunden, wobei das Verpackungssubstrat einem Randgebiet des Substrats konform ist.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verpackungssubstratapparat offenbart. Das Verpackungssubstrat besitzt mindestens drei Schichten. Das Verpackungssubstrat ist betriebsfähig mit dem Substrat verbunden, wobei das Verpackungssubstrat einem inneren Teil des Substrats konform ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a ist eine grafische Darstellung einer Nahansicht einer betriebsfähig mit einem einseitigen Substrat verbundenen Struktur in einem Fahrzeug, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 1b ist eine andere grafische Darstellung einer anderen Übersicht einer betriebsfähig mit einem einseitigen Substrat verbundenen Struktur in einem Fahrzeug, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 1c ist eine grafische Darstellung einer konformen, ein einseitiges Substrat einschließenden Folie, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung einer konformen, ein einseitiges Substrat einschließenden Folie, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung von zwei konformen, das einseitige Substrat einschließenden Folien, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung eines doppelseitigen, von zwei konformen Folien eingeschlossenen Substrats, wobei eine Struktur Strukturstützen enthält, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 5 ist eine andere grafische Darstellung eines doppelseitigen, von zwei konformen Folien eingeschlossenen Substrats, entsprechend einer anderen Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung eines einseitigen Substrats, das große, von zwei konformen Folien eingeschlossene Komponenten enthält, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung eines doppelseitigen Substrats, das ein von zwei konformen Folien eingeschlossenes Belüftungsventil enthält, entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 8 ist eine grafische Darstellung eines flexiblen doppelseitigen Substrats, das von zwei konformen Folien eingeschlossen worden ist, entsprechend einer wiederum anderen Ausgestaltung der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Vorzugsausgestaltungen

Bezug nehmend auf die Figuren ist Fig. 1a eine Darstellung einer Übersicht einer Struktur in einem Fahrzeugsystem entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung. In dieser Ausgestaltung befindet sich eine Struktur 101, die eine Magnesiumstruktur oder ein im Fahrzeugsystem enthaltener Querträger sein kann. Der Querträger stellt typischerweise eine strukturelle Stütze in einer Instrumententafel oder einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs bereit. Diese Struktur kann auch ein Computergehäuse, jede Art Fahrzeugstruktur oder jede Struktur sein, die in der Lage ist, elektrische Schaltungen aufzunehmen. In einem Fahrzeug enthalten übliche Strukturen: eine Türstruktur, eine Dachstruktur, eine Bodenstruktur oder eine Plastikteilestruktur. Die Struktur 101 kann einen vertieften Teil oder 3D-Teil enthalten, der ein Gerät 103 aufnimmt. Dieser vertiefte Teil ist betriebsfähig mit dem Gerät 103 oder einem Substrat 103 verbunden. Zusätzlich kann die Struktur 101 eine ebene Fläche, eine 3D- Fläche oder eine gekrümmte Fläche zur Aufnahme eines Geräts 103 besitzen. Diese ebene Fläche ist betriebsfähig mit dem Gerät 103 verbunden. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann das Gerät 103 eine flexible Struktur haben, die der Form des vertieften Teils oder des 3D-Teils der Struktur 101 konform sein kann. Nach Anpassen dieser flexiblen Struktur 103 an die Form des vertieften Teils der Struktur 101 wird sie betriebsfähig mit dem vertieften Teil der Struktur 101 verbunden.
Das Gerät 103 besitzt einen oberen Teil, der eine elektrische Schaltung 103a enthält. Das Gerät 103 enthält außerdem einen unteren Teil (nicht dargestellt), der betriebsfähig das Gerät 103 mit der Struktur 101 verbindet. Der untere Teil kann ebenfalls eine elektrische Schaltung (nicht dargestellt) enthalten. Wenn das Gerät 103 nur einen oberen Teil mit einer elektrischen Schaltung 103a enthält, kann das Gerät 103 als einseitiges Substrat oder einseitiges elektrisches Substrat betrachtet werden. Wenn das Gerät 103 einen oberen Teil mit einer elektrischen Schaltung 103a und den unteren Teil mit einer elektrischen Schaltung enthält, kann es als doppelseitiges Substrat oder doppelseitiges elektrisches Substrat angesehen werden. Der untere Teil kann einen flüssigen Kleber, Wärmeband oder -kleber zum Verkleben oder betriebsfähigen Verbinden des Geräts 103 mit dem vertieften Teil der Struktur 101 und/oder einem flachen Teil der Struktur 101 enthalten. Zusätzlich kann eine Vielzahl von Befestigungsmitteln durch den oberen Teil des Geräts 103 zum Verkleben oder betriebsfähigen Verbinden des Geräts 103 mit der Struktur 101 eingebracht werden. Außerdem wird das Gerät 103 durch Einbringen von Presspassstiften 107 durch einen oberen Teil von Gerät 103 betriebsfähig mit der Struktur 101 verbunden. Ein Abdicht- oder Klebemittel kann zum Verbinden des Geräts 103 mit der Struktur 101 verwendet werden.
Die elektronische Schaltung 103a kann enthalten: mindestens ein Relais, mindestens einen Widerstand, mindestens einen Kondensator, mindestens einen Prozessor und eine andere Komponente, die Teil einer elektronischen Schaltung sein kann. Diese elektronische Schaltung kann verschiedene Komponenten in einer Fahrzeuggerätegruppe, wie z. B. Klimaanlage, Zündung, Airbags, Radio, Beleuchtung oder Fenster, steuern. Das Gerät 103 kann außerdem an jedem Ende Ausgangsleitungen oder Flachdrahtsubstrate 105 enthalten. Die Ausgangsleitungen 105 können auch Lichtleiter oder lichtleitende Medien sein. Die Ausgangsleitungen 105 verbinden das Gerät 103 zum Empfangen von Energie oder Leistung vom Fahrzeug mit einer Batterie. Anschließend kann das Gerät 103 diese Leistung zu elektrischen Komponenten des Fahrzeugs, wie z. B. Radio, Zündung oder Klimaanlage, verteilen.
Fig. 1b ist eine andere grafische Darstellung einer anderen Übersicht einer Struktur in einem Fahrzeug entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung. In dieser Ausgestaltung wird eine konforme Folie zum Schutz der elektronischen Schaltung verwendet.
Diese konforme Folie kann eine flexible Struktur 111, wie in Fig. 1c gezeigt, oder eine steife Struktur 109 besitzen. In dieser Vorzugsausgestaltung ist die konforme Folie eine Kombination von mindestens zwei Folienschichten oder einer Vielzahl von Folienschichten. Vorzugsweise enthält die konforme Folie eine Kombination von mindestens drei Folienschichten. In Abhängigkeit erforderlicher Eigenschaften können in der konformen Folie 111 auch mehr Schichten unterschiedlicher Materialien vorhanden sein.
Die drei Schichten sind eine Bodenschicht, eine Mittelschicht und eine Außenschicht. Diese drei Schichten können zum Herstellen einer einzigen konformen Folie zusammen laminiert oder verklebt sein. Die Bodenschicht kann als eine Innenschicht oder eine erste Schicht betrachtet werden. Die Bodenschicht ist eine Isolationsschicht. Diese Isolationsschicht kann aus einer Folie zur elektrostatischen Entladung oder einem Polymer, wie z. B. Polyesterphthalat (PET), Polyesternapthalat (PEN), Polyethylen, Polyimid oder einem anderen isolierenden den mit dem Fachgebiet vertrauten Personen bekannten Polymer, bestehen. In dieser Ausgestaltung enthält die konforme Folie 109 eine aus PET-Material bestehende Außenschicht mit einer Dicke von 0,001 Zoll (0,0254 mm), eine aus Kupfer bestehende Mittelschicht mit einer Dicke von 0,01 Zoll (0,254 mm) und einer aus PET-Material bestehende Innenschicht mit einer Dicke von 0,001 Zoll (0,0254 mm).
Die Mittelschicht oder zweite Schicht kann vorzugsweise die elektronische Schaltung vor elektromagnetischer Aufladung schützen. Deshalb sollte die Mittelschicht aus einer Metallschicht, wie z. B. einer dünngewalzten Kupferfolie oder aus auf Innen- und Außenschicht der Folie laminiertem Aluminium, bestehen. Vorzugsweise ist die Metallschicht eine steife Tafel; jedoch kann die Metallschicht ein Gitter mit speziellen Öffnungsweiten sein, wobei die Weite von der Frequenz abhängt, vor der die darunter liegende Elektronik abzuschirmen ist.
Diese Metallschicht sollte einen Mindestdickenbereich von 0,0005 Zoll (0,0127 mm) haben. Für den Schutz der Metallschicht vor Korrosion wird Metallplattierungsmaterial verwendet, wie z. B. eine Kupferschicht, die mit den korrosionsfesten Materialien Nickel und Zinn plattiert ist. Diese Metallplattierungsmaterialien sind zum Löten der Metallschicht zwecks Erdung am Gerät 103 oder an den Ausgangsleitungen 105 nützlich.
Die Außenschicht kann sich auf eine dritte Schicht oder eine Plastikschicht beziehen. Die Außenschicht sollte eine Folie mit hoher Durchschlags- und Abriebfestigkeit, wie z. B. Tyvek, Teflon oder PET, sein. Zusätzlich kann die innerer und/oder äußere Schicht der konformen Folie mindestens eine Öffnung besitzen, so dass die Mittel- oder Metallschicht offen liegt. Diese mindestens eine Öffnung ermöglicht das Löten oder metallische Verbinden der offen liegenden Metallschicht zwecks Erdung am Gerät 103 oder an den Ausgangsleitungen 105. Die Erdungsstelle an der konformen Folie ermöglicht der konformen Folie, die von den Komponenten des Geräts 103 empfangene EMI abzuführen. Deshalb kann die konforme Folie die EMI vom Gerät 103 empfangen und entladen, so dass das Gerät 103 kühl bleibt und nicht ausfällt.
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, eine flexible konforme Folie 111 oder eine steife konforme Folie 109 zu fertigen. Die konforme Folie kann durch typisches Walzlaminieren der drei Folien in einem kontinuierlichen Walzprozess hergestellt werden. Zunächst werden die drei Folien zueinander ausgerichtet und zwischen Walzen unter Wärme und Druck zusammengewalzt, und anschließend wird die konforme Folie geformt. Eine steife konforme Folie 109 kann hergestellt werden, indem zunächst auf jeder Seite jeder der drei Schichten eine Klebeschicht aufgebracht wird, um jede Schicht mit einer anderen der drei Schichten zu verkleben. Anschließend werden die drei Schichten aufeinander gestapelt, in einer Presse positioniert, und unter Wärme und Druck wird die konforme Folie 109 geformt. Eine weitere Art zur Formung der steifen konformen Folie 109 ist die Anwendung eines Formpressverfahrens. In diesem Formpressverfahren wird mit einem Spezialwerkzeug eine Vertiefung für die Schaltung eingeprägt. Nachdem die Vertiefung eingebracht worden ist, wird im Formpressverfahren ein typisches zweiteiliges Werkzeug aus Stahl eingesetzt, womit eine flache Tafel, wie z. B. die konforme Folie 111, in ein die Vertiefung umgebendes 3D-Teil geformt wird. Die mit dem Fachgebiet vertrauten Personen erkennen, dass es weitere, durch diese Erfindung nutzbare Verfahren geben kann, eine Struktur aus einer konformen Folie 111 herzustellen.
Fig. 1c ist eine grafische Darstellung einer konformen Folie, die ein einseitiges Substrat entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung umschließt. In dieser Ausgestaltung enthält die elektrische Schaltung 103a Ausgangsleitungen 105, wobei die elektrische Schaltung 103a durch eine konforme Folie 111 oder ein Verpackungssubstrat vollkommen abgedeckt ist. In dieser Ausgestaltung enthält die konforme Folie 111 eine aus einem PET- Material gefertigte Außenschicht mit einer Dicke von 0,0001 Zoll (0,00254 mm), eine aus einem Aluminiummaterial gefertigte Mittelschicht mit einer Dicke von 0,0005 Zoll (0,0127 mm) und eine aus einem PET-Material gefertigte Bodenschicht mit einer Dicke von 0,001 Zoll (0,0254 mm). Aufgrund der Dünnheit der Folien ist die konforme Folie 111 flexibel.
Vorzugsweise gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, durch die die konforme Folie 111 der Gestalt der elektronischen Schaltung 103a oder des Geräts 103 angeglichen werden kann. Erstens kann ein Bediener ein Vakuumabdichtungsverfahren nutzen, bei dem die Folie der Form des Gerät 103 angepasst wird. Bei diesem Verfahren positioniert der Bediener die konforme Folie 111 auf einen oberen Teil der elektrischen Schaltung 103a. Anschließend kann der Bediener ein Heißschienen- oder Abdichtungsverfahren zum Schmelzen der Bodenschicht der konformen Folie 111 auf das Gerät 103 oder die elektrische Schaltung 103a oder die Ausgangsleitungen 105 nutzen. Die Heißschiene kann auf einer Außenseite der konformen Folie 111 zum Schmelzen der Bodenschicht an einen Verbindungsbereich des Randteils vom Gerät 103 angelegt werden. Die Begriffe Randbereich oder Teil der elektronischen Schaltung 103a oder des Geräts 103 können mit folgenden Begriffen austauschbar verwendet werden: ein Innenteil, wo sich z. B. die Presspassstifte 107 auf der elektronischen Schaltung 103a oder dem Gerät 103 befinden, und eine Kombination von Innenteil und Randteil der elektronischen Schaltung 103a oder des Geräts 103. Die Heißschiene kann an einen Verbindungsbereich für eine Dauer von 0,1 s bis 15 s bei einem Druck im Bereich von 0,1 psi (0,07 N/cm²) bis 10000 psi (6895 N/cm²) und einer Temperatur im Bereich von 50°C bis 500 °C angelegt werden. Üblicherweise kann die Heißschiene für eine Dauer von 1 s bis 3 s in einem Druckbereich von 10 psi (6,9 N/cm²) bis 20 psi (13,8 N/cm²) und einem Temperaturbereich von 60°C bis 200°C angelegt werden.
Die Bodenschicht der konformen Folie 111 wird mit den offenen Seiten eines Rands oder Randteils des Geräts 103 verklebt oder betriebsfähig verbunden. Der Verbindungsbereich oder die Verbindungslinie, wo die Heißschiene angelegt wird, sollte für die durch die Verbindungslinie gehenden Befestigungsmittel genügend breit sein, wie z. B. 1 mm bis 10 mm. Die Befestigungsmittel können Presspassstifte oder Schrauben sein.
Bevor mit der Schiene jedoch eine letzte offene Seite des Randbereichs vom Gerät 103 verbunden wird, wird ein Vakuumgerät zwischen die Bodenschicht der konformen Folie 111 und dem Gerät 103 eingeführt. Mithilfe des Vakuumgeräts wird die zwischen der konformen Folie 111 und der elektronischen Schaltung 103a befindliche Luft abgesaugt. Wenn die gesamte Luft abgesaugt worden ist, hat sich die Form der Folie der elektronischen Schaltung 103a oder dem Gerät 103 angepasst. Als Nächstes nutzt der Bediener die Heißschiene zum Verkleben oder betriebsfähigen Verbinden der konformen Folie 111 mit der letzten offenen Seite des Randteils der elektronischen Schaltung 103a oder des Geräts 103. Es ist wichtig, dass die Folie so an die Form des Geräts 103 angepasst wird, dass die Folie bei Gebrauch des Geräts 103 weder sich bewegen noch vibrieren kann. Die Bewegung oder das Vibrieren der Folie kann Geräusch, Verschleiß und Abrieb verursachen, was zum Kurzschluss der Komponenten führen kann, die die Folie auf dem Gerät 103 abdeckt.
Zweitens kann ein Bediener die konforme Folie 111 auf die elektronische Schaltung 103a platzieren. Danach kann der Bediener ein Heißschienen- oder ein anderes Abdichtungsverfahren zum Verschweißen oder betriebsfähigen Verbinden der konformen Folie mit dem Randteil von Gerät 103 oder der elektronischen Schaltung 103a oder den Ausgangsleitungen 105 benutzen. Die Heißschiene kann, wie zuvor beschrieben, auf einer Außenseite der konformen Folie 111 zum Schmelzen der Bodenschicht an einen Verbindungsbereich auf dem Randteil von Gerät 103 angelegt werden. Als Nächstes schmilzt die Bodenschicht der konformen Folie 111 auf der elektronischen Schaltung 103a. Damit kann die konforme Folie 111 entlang den Randteilen der elektronischen Schaltung 103a oder des Geräts 103 einen festen Sitz haben.
Schließlich kann ein Bediener die konforme Folie 111 über die Randteile vom Gerät 103 platzieren. Danach kann der Bediener, wie zuvor beschrieben, eine Abdichtung oder ein Abdichtungsverfahren zum Verschweißen oder betriebsfähigen Verbinden der konformen Folie 111 mit der elektronischen Schaltung 103a benutzen. Damit kapselt die konforme Folie 111 die elektronische Schaltung 103a ein.
Es gibt viele Arten von Abdichtungsverfahren, wie z. B. Löten, Schweißen und Verwenden eines doppelseitigen Klebebands, die zum Verbinden der konformen Folie 111 mit dem Gerät 103 benutzt werden können. Die mit dem Fachgebiet vertrauten Personen wissen, dass bei Anwendung eines Lötverfahrens oder eines Schweißverfahrens mindestens zwei Materialien miteinander verbunden werden können, so dass die Beschreibungen dieser Verfahren weggelassen worden sind. Das Abdichtungsverfahren mit doppelseitigem Klebeband erfordert einen Bediener zum Verbinden eines unteren Teils oder einer Außenschicht der konformen Folie 111 mit dem oberen Teil des Klebebands. Zusätzlich wird die andere Seite des Klebebands an die elektronische Schaltung 103a oder einen oberen Teil der Ausgangsleitungen 105 haftend gekoppelt, geklebt oder betriebsfähig mit diesen verbunden. Das Verfahren mit dem doppelseitigen Klebeband kann ebenfalls zum Verbinden mit einer anderen konformen Folie auf einem unteren Teil 103b benutzt werden. Bei diesem Verfahren wird der obere Teil des doppelseitigen Klebebands zwischen einem oberen Teil einer anderen konformen Folie und einem unteren Teil 103b haftend verbunden. Anschließend wird der untere Teil des doppelseitigen Klebebands zwischen einem unteren Teil einer anderen konformen Folie und dem oberen Teil der Struktur 101 haftend verbunden. Damit verbindet das doppelseitige Klebeband die konforme Folie 111 mit der elektrischen Schaltung 103a oder den Ausgangsleitungen 105.
Es gibt verschiedene Kleber, wie z. B. ein flüssiger Kleber und druckempfindliche Kleber, die als Dichtungsmittel für eine Langzeitverbindung der konformen Folie 111 mit dem Gerät 103 genutzt werden können. Ein typischer Klebstoff ist Silikon, und ein weitverbreiteter, druckempfindlicher Klebstoff ist Acryl. Der Flüssigklebprozess zum Verbinden der konformen Folie 111 mit dem Gerät 103 kann von zwei Minuten bis zu zwei Stunden und länger dauern. Ein anderes Abdichtungsverfahren ist ein Laminierverfahren, bei dem Epoxid oder Heißschmelzkleber verwendet wird. Das Laminierverfahren nutzt Epoxid oder Heißschmelzkleber zum physikalischen Verbinden der konformen Folie 111 mit dem Gerät 103. Der Heißschmelzprozess zum Verbinden der konformen Folie 111 mit dem Gerät 103 oder der elektrischen Schaltung 103a kann von etwa einer Sekunde bis zu etwa 20 Minuten dauern.
Schließlich ist ein anderes Abdichtungsverfahren, das angewendet werden kann, eine Heizabdichtung, wobei die konforme Folie 111 auf das Gerät 103 oder die elektronische Schaltung 103a aufgeschmolzen wird. Bei Anwendung der Heizabdichtung wird die konforme Folie innerhalb von zehn Sekunden bis fünf Minuten mit dem Gerät 103 verbunden. Jede mit dem Fachgebiet vertraute Person erkennt, dass es viele andere, durch diese Erfindung nutzbare Verfahren zum Miteinanderverbinden oder -verschweißen von zwei oder mehr Materialien gibt.
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung einer konformen Folie, die ein einseitiges Substrat entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung umschließt. In dieser Ausgestaltung wird die konforme Folie mit den Ausgangsleitungen 105, wie zuvor beschrieben, verbunden oder verschweißt. Das Verschweißen kann, wie zuvor beschrieben, durch ein Laminierverfahren, ein doppelseitiges Klebeband, einen Flüssigklebprozess oder einen Heizabdichtungsprozess erfolgen. Die Ausgangsleitungen 105 können jedoch entfernt oder nicht in das Verschweißen der konformen Folie 111 mit dem Gerät 103 oder der elektrischen Schaltung 103a einbezogen werden.
Die Figur offenbart außerdem Kapillarspalte 113, die zwischen dem Gerät 103 und den Ausgangsleitungen 105 geformt sein können. Zum Auffüllen der Kapillarspalte 113 kann ein externer Kleber verwendet werden, damit dort eine sichere Verbindung zwischen der konformen Folie 111 und dem Gerät 103 besteht. Zum Verbinden der Kapillarspalte 113 mit dem Gerät 103 kann zusätzlich ein Verbindungsverfahren oder ein Verschweißen, wie zuvor beschrieben, angewendet werden. Die Struktur 101 stellt eine Stütze für das Gerät 103, die konforme Folie 111 und die Kapillarspalte 113 bereit. Bei Verwendung dieser konformen Folie 111 ist das Gerät 103 vor elektromagnetischer Aufladung und jeder Person, die das Gerät 103 unbewusst berühren kann, geschützt. Üblicherweise wird ein großer Metall- oder Plastikwerkstoffdeckel zum Abdecken der Elektronik verwendet, wobei jedoch diese Deckel gewöhnlich zu unhandlich und zu unwirtschaftlich sind, während die konforme Folie 111 ausreicht und für einen wirksamen Schutz sorgt Außerdem verhindert die konforme Folie 111 das Überhitzen des Geräts 103, da die konforme Folie 111 die Wärme absorbiert und anschließend die Wärme über den oberen Teil der Folie nach außen abstrahlt. Des Weiteren gilt: Je dichter sich die Folie 111 am Gerät 103 befindet, desto mehr wirkt die konforme Folie 111 durch Aufnehmen der Wärme vom Gerät 103 und Abstrahlen der Wärme über den oberen Teil der konformen Folie als Wärmeabsenker. Damit stellt die konforme Folie 111 ein Mittel zum Kühlen des Geräts 103 bereit.
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung von zwei konformen Folien, die ein einseitiges Substrat, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung, umschließen. Diese Ausgestaltung umfasst zwei Folien: die konforme Folie 111 und eine konforme Folie 115. Die konforme Folie 111 kann als ein Verpackungssubstrat betrachtet werden, und die konforme Folie 115 kann als ein anderes Verpackungssubstrat betrachtet werden. Die konforme Folie 111 ist mit einem Randbereich einer elektronischen Schaltung 103a oder eines Geräts 103verbunden. Die konforme Folie 115 ist mithilfe der zuvor beschriebenen Mittel an einem Randbereich des unteren Teils 103b und dort zwischen dem unteren Teil 103b und der Struktur 101 befestigt oder betriebsfähig verbunden. Außerdem ist die konforme Folie 115 ebenfalls mit einer Unterseite der Ausgangsleitungen 105 betriebsfähig verbunden oder verschweißt. Diese konforme Folie 115 ist mit dem unteren Teil 103b und der Struktur 101 mithilfe von verschiedenen Abdichtungsverfahren und/oder Abdichtungen, wie zuvor beschrieben, verbunden.
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung eines doppelseitigen Substrats, das von zwei konformen Folien, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung, umschlossen ist. Diese Ausgestaltung umfasst, wie zuvor beschrieben, zwei Folien. Außerdem kann das Gerät 103 ein einseitiges anstelle eines doppelseitigen Substrats sein. Die konforme Folie 111 wird, wie zuvor beschrieben, mit einer elektronischen Schaltung 103a verschweißt. Die konforme Folie 115 ist mit einem Randbereich eines unteren Teils 103b mit einer elektronischen Schaltung verbunden. Die Struktur 101 enthält einen vertieften Teil mit Strukturstützen 101a und 101b zur Aufnahme des Geräts 103 mit der konformen Folie 115. Die Strukturstützen 101a und 101b können aus Plastikwerkstoff, Metall oder jedem Material gefertigt sein, das zu einer ausreichenden Abstützung einer elektronischen Schaltung in der Lage ist. Wenn sich das Gerät 103 aufheizt, wird die Wärme durch die konforme Folie 111, die konforme Folie 115 und die Struktur 101 abgeleitet, wodurch das Gerät 103 gekühlt wird.
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung eines doppelseitigen Substrats, das von zwei konformen Folien entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung umschlossen ist. Das Gerät 103 oder doppelseitige Substrat ist, wie in Fig. 4, von zwei konformen Folien 111, 115 umschlossen. In dieser Ausgestaltung besitzt die Struktur 101 jedoch keine Strukturstützen. Außerdem umfasst das Gerät 103 einen größeren Flächenbereich, so dass der vertiefte Teil der Struktur 101 nur einen Teil der konformen Folie 115 und des unteren Teils 103b aufnehmen kann, da der flache Teil der Struktur 101 den anderen Teil des unteren Teils 103b aufnehmen kann. Da das Gerät 103 einen größeren Teil außerhalb der vertieften Teile der Struktur 101 umfasst, erfolgt der Wärmeübergang anstelle der vertieften Teile über den flachen Teil der Struktur 101.
Fig. 6 ist die grafische Darstellung eines einseitigen Substrats, das große Komponenten enthält, die durch eine konforme Folie, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung, umschlossen sind. Dieses einseitige Substrat kann, wie zuvor beschrieben, elektrische Komponenten auf einer elektronischen Schaltung 103a enthalten. Diese elektrischen Komponenten können jedoch eine Höhe über 10 mm haben. Die konforme Folie 111 bedeckt die elektronischen Komponenten der elektronischen Schaltung 103a zum Schutz vor elektromagnetischer Aufladung. Der dichte Abstand der konformen Folie 111 zur elektrischen Schaltung 103a ermöglicht das Übertragen einer großen Wärmemenge von den elektrischen Komponenten der Schaltung 103a auf die konforme Folie 111.
Wenn die Wärme durch die konforme Folie 111 abgeleitet wird, kühlt sich die Schaltung 103a ab und versagt nicht. Vorzugsweise ist die konforme Folie 111 mit dem Randbereich des Geräts 103 unter Anwendung des Vakuumabdichtungsverfahrens, wie zuvor beschrieben, verbunden worden. Bei dem Vakuumabdichtungsverfahren wird zunächst die gesamte zwischen der konformen Folie 111 und dem Gerät 103 befindliche Luft abgesaugt, anschließend könnte die konforme Folie 111 mit den Ausgangsleitungen 105 unter Anwendung jedes der zuvor beschriebenen Abdichtungsverfahren oder Abdichtungen verbunden werden. Die Ausgangsleitungen 105 können mit dem Randbereich des Geräts 103 unter Anwendung jedes der zuvor beschriebenen Abdichtungsverfahren verklebt werden. Die Ausgangsleitungen 105 verbinden das Gerät mit verschiedenen elektronischen Komponenten des Fahrzeugs. Die Ausgangsleitungen 105 können außerdem ebenfalls zum betriebsfähigen Verbinden des Geräts 103 mit der Batterie zur Aufnahme von Energie oder Leistung vom Fahrzeug verwendet werden.
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung eines doppelseitigen Substrats, das von zwei konformen Folien, entsprechend einer noch anderen Ausgestaltung der Erfindung, umschlossen ist. Diese Ausgestaltung ähnelt der in Fig. 6 zwar auf vielfache Weise, jedoch enthält die konforme Folie 111 in dieser Ausgestaltung mindestens ein Belüftungsventil 117 und mindestens eine innere Antikondensationsfolie 119. Beim Aufheizen der elektrischen Schaltung 103a kann sich Feuchtigkeit auf der Schaltung sammeln. Zum Entfernen der Feuchtigkeit von der elektronischen Schaltung 103a kann mindestens eine schmale Öffnung oder ein Belüftungsventil 117 auf der Oberseite der Außenschicht der konformen Folie 111 genutzt werden, so dass die Feuchtigkeit durch die konforme Folie 111 abgelassen werden kann.
Vorzugsweise ist eine Teflonfolie über dem Belüftungsventil 117 angeordnet, so dass nicht zu viel Feuchtigkeit durch die konforme Folie 111 abgeleitet wird. Das von der konformen Folie 111 eine bestimmte Zeit genutzte Belüftungsventil 117 kann Schäden an der elektrischen Schaltung 103a verursachen, da Feuchtigkeit, die durch die Teflonfolie zu dringen vermag, die elektronische Schaltung 103a schädigt. Die innere Antikondensationsfolie 119 wird zum Schutz der elektrischen Schaltung 103a vor Schäden durch Anwendung des Belüftungsventils 117 verwendet, wobei der Kontakt der durch das Belüftungsventil 117 tretenden Feuchtigkeit mit der elektrischen Schaltung 103a verhindert wird. Die innere Antikondensationsfolie 119 bildet eine zusätzliche Folienschicht zum Schutz der elektronischen Schaltung 103a vor Schäden. Die innere Antikondensationsfolie 119 kann an die Innenschicht der konformen Folie 111 laminiert, geklebt oder gebondet sein. Damit ist die innere Antikondensationsfolie 119 in der Lage, die Feuchtigkeit am Durchtreten durch die Deckschicht der konformen Folie 111 und am Kontaktieren mit der elektronischen Schaltung 103a zu hindern. Die innere Antikondensationsfolie 119 kann aus einem kieselerdeartigen Material bestehen, das Feuchtigkeit absorbieren kann.
In einer anderen Ausgestaltung von Fig. 7 sind mindestens zwei Belüftungsventile 117 auf der konformen Folie 111 vorhanden. Die Innenschicht der konformen Folie 111 enthält jedoch nicht die innere Antikondensationsfolie 119. Zum Schutz der elektronischen Schaltung 103a vor Feuchtigkeit werden andere Verfahren, wie z. B. Überziehen des Geräts 103 mit einer polymerähnlichen Beschichtung, wie z. B. Epoxid oder Silikon, angewendet, bevor die konforme Folie 111 über dem Gerät platziert wird. Danach wird das mit Epoxid behandelte Gerät 103, wie zuvor beschrieben, betriebsfähig mit der Struktur 101 verbunden. Eine konforme Folie 111 mit mindestens drei Schichten wird anschließend über dem Gerät 103 oder dem oberen Teil 103a platziert, wobei die konforme Folie an die Form eines Randbereichs des oberen Teils 103a oder des Gerät 103, wie zuvor beschrieben, angepasst wird.
Bei einem anderen angewendeten Verfahren wird das Gerät 103 mit einer flüssigen Lösung eingesprüht, die die zuvor beschriebenen Materialien der konformen Folie 111 enthält. Danach wird das mit eingesprühte Gerät 103, wie zuvor beschrieben, betriebsfähig mit der Struktur 101 verbunden. Die konforme Folie wird anschließend über dem Gerät 103 oder dem oberen Teil 103a platziert, wobei die konforme Folie an die Form eines Randbereichs des oberen Teils 103a oder des Geräts 103, wie zuvor beschrieben, angepasst wird. Damit wird die Ansammlung von zu viel Feuchtigkeit auf der elektronischen Schaltung 103a verhindert.
Fig. 8 ist eine grafische Darstellung eines flexiblen einseitigen Substrats, das von zwei konformen Folien, entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, umschlossen ist. Diese Ausgestaltung ist zwar der in Fig. 7 sehr ähnlich, jedoch ist in dieser Ausgestaltung das Gerät 103 ein flexibles einseitiges Substrat, dessen Form dem vertieften oder 3D-Teil der Struktur 101 angepasst werden kann. Eine polymerähnliche Beschichtung 121 kann vor dem betriebsfähigen Verbinden im vertieften oder 3D-Teil 101 zum Abdecken des Geräts 103 aufgebracht werden, das anschließend mit den konformen Folien 111 und 115 umschlossen wird. Diese polymerähnliche Beschichtung 121 kann aus einem Material wie z. B. Silikon, Urethan, Acryl oder Epoxid bestehen. Außerdem kann eine polymerähnliche Beschichtung 121 aus einer Kombination von Materialien, wie z. B. Silikon, Urethan, Acryl oder Epoxid bestehen.
Die konformen Folien 111 und 115 passen ihre Form mithilfe der Einformungs- und/oder Einkapselungsverfahren, wie zuvor beschrieben, an das flexible Gerät 103 an. Dieses Gerät 103 kann ein einseitiges Substrat oder ein doppelseitiges Substrat sein. Das Gerät 103 kann winklig, facettiert oder in beliebiger Art zum Anpassen der Form an die Form der Struktur 101 geformt sein. Obwohl diese Ausgestaltung kein mindestens ein Belüftungsventil 117 und keine mindestens eine Antikondensationsfolie 119 enthält, kann jedoch dieses Zubehör ebenfalls in der Ausgestaltung enthalten sein.
Es ist beabsichtigt, dass die voranstehende detaillierte Beschreibung als Illustration und nicht als Einschränkung angesehen und erkannt wird, dass es die nachfolgenden Patentansprüche mit allen Entsprechungen sind, die den Geltungsbereich der Erfindung definieren.

Claims

1. System zum Einkapseln eines Substrats auf einer Fahrzeugstruktur, umfassend:
das Substrat mit einem oberen Teil und einem unteren Teil, wobei das untere Teil mit der Fahrzeugstruktur verbunden ist;
ein Verpackungssubstrat mit einer Vielzahl von Schichten, wobei das Verpackungssubstrat betriebsfähig mit dem oberen Teil des Substrats verbunden ist, wobei das Verpackungssubstrat einem Randbereich des oberen Teils des Substrats konform ist.

2. System nach Anspruch 1, wobei das Verpackungssubstrat eine konforme Folie ist.

3. System nach Anspruch 1, wobei der obere Teil des Substrats eine elektronische Schaltung ist.

4. System nach Anspruch 1, wobei das Verpackungssubstrat durch Verwendung einer Abdichtung betriebsfähig mit dem Substrat verbunden ist.

5. System nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein flexibles Substrat ist, so dass es an die Form der Fahrzeugstruktur angepasst werden kann.

6. System nach Anspruch 1, wobei ein anderes Verpackungssubstrat betriebsfähig mit dem unteren Teil des Substrats, und zwar dort zwischen dem unteren Teil des Substrats und der Struktur, verbunden ist.

7. Verfahren zum Schutz eines Substrats mit einem oberen Teil und einem unteren Teil vor elektromagnetischer Aufladung, umfassend:
Aufbringen einer polymerähnlichen Beschichtung auf das Substrat;
Verbinden des unteren Teils des Substrats mit einer Struktur;
Platzieren einer konformen Folie mit mindestens drei Schichten über dem oberen Teil des Substrats, wobei das Verpackungssubstrat betriebsfähig mit dem oberen Teil des Substrats verbunden ist, wobei das Verpackungssubstrat einem Randbereich des oberen Teils des Substrats konform ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine erste Schicht der mindestens drei Schichten der konformen Folie aus einem polymeren Material besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine zweite Schicht der mindestens drei Schichten der konformen Folie eine Metallschicht ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine dritte Schicht der mindestens drei Schichten der konformen Folie eine Schicht aus Plastikmaterial ist.

11. Apparat, umfassend:
ein Verpackungssubstrat mit mindestens drei Schichten, wobei das Verpackungssubstrat betriebsfähig mit dem Substrat verbunden ist und wobei das Verpackungssubstrat einem Randbereich des Substrats konform ist.