用于电子电路的外壳.pdf

一种电子电路的外壳，具有带开口顶端和金属盖的金属底部，所述金属盖叠加于底部的开口顶端并形成内部室以容纳电子电路。盖的外围通过摩擦搅拌焊接被连接于底部从而形成大小可容纳电子电路的气密密封室。电气端口被电气地连接于电子电路并可从外壳的外部接近。

1.  一种用于电子电路的外壳，包括：
具有开口顶端的金属底部；
金属盖，所述金属盖叠加于所述底部的所述开口顶端，所述盖通过摩擦搅拌焊缝连接于所述底部，从而形成包含电子电路的气密密封室；
电气端口，所述电气端口电气地连接于电子电路并可从外壳的外部接近。

2.  根据权利要求1所述的用于电子电路的外壳，其中：
所述底部包括围绕所述底部的所述开口顶端的支撑台，所述盖具有与所述支撑台邻接并被所述支撑台支撑的外围部分。

3.  根据权利要求2所述的用于电子电路的外壳，其中：
所述底部包括多个相对侧壁并且包括在所述底部的两个侧壁之间延伸的中间壁，所述盖通过摩擦搅拌焊接邻接并固定于所述中间壁。

4.  根据权利要求1所述的用于电子电路的外壳，包括布置在所述底部和电子电路之间的隔热件。

5.  根据权利要求1所述的用于电子电路的外壳，包括夹在所述盖和所述底部之间的隔离壁，并且所述隔离器通过摩擦搅拌焊接被固定于所述底部和所述盖。

6.  根据权利要求1所述的用于电子电路的外壳，其中：
所述底部包括底端和从所述底端外向延伸的侧壁。

7.  一种构造用于电子电路的外壳的方法，包括以下步骤：
形成具有开口顶端的金属底部；
形成金属盖，所述金属盖被设定尺寸以叠加于并覆盖所述底部的所述开口顶端，从而在所述底部和所述盖之间形成大小可容纳电子电路的室；
将所述盖摩擦搅拌焊接于所述底部，从而气密地密封所述室；
设置电气端口，所述电气端口电气地连接于电子电路并可从外壳的外部接近。

8.  根据权利要求7所述的构造用于电子电路的外壳的方法，其中：
所述底部具有至少一个侧壁和底端，并且进一步包括以下步骤：
在所述焊接步骤期间冷却所述侧壁的至少一部分。

9.  根据权利要求8所述的构造用于电子电路的外壳的方法，进一步包括以下步骤：
在所述焊接步骤期间冷却所述底端的至少一部分。

10.  根据权利要求9所述的构造用于电子电路的外壳的方法，其中：
所述在所述焊接步骤期间冷却所述底端的至少一部分的步骤进一步包括以下步骤：
在所述焊接步骤期间冷却整个底端。

11.  根据权利要求8所述的构造用于电子电路的外壳的方法，其中：
所述冷却步骤包括以下步骤：
将具有内部流体通道的冷却件放置为与所述侧壁接触，并且使制冷剂流过所述流体通道。

12.  根据权利要求11所述的构造用于电子电路的外壳的方法，其中所述制冷剂包括液体。

13.  一种用于电子电路的外壳，包括：
具有开口顶端和开口底端的金属底部；
金属盖，所述金属盖叠加于所述底部的所述开口顶端，所述盖通过摩擦搅拌焊缝连接于所述底部，从而形成包含至少一个电子电路的气密密封室；
金属底端叠加于所述底部的所述开口底端，所述底端通过摩擦搅拌焊缝连接于所述底部，从而形成第二外壳室；
电气端口，所述电气端口电气地连接于所述至少一个电子电路并可从外壳的外部接近。

14.  根据权利要求13所述的用于电子电路的外壳，其中：
所述底部包括围绕所述底部的所述开口顶端的支撑台，所述盖具有与所述支撑台邻接并被所述支撑台支撑的外围部分。

15.  根据权利要求14所述的用于电子电路的外壳，其中：
所述底部包括多个相对的侧壁并包括在所述底部的两个侧壁之间延伸的中间壁，所述盖通过摩擦搅拌焊接邻接并固定于所述中间壁。

16.  根据权利要求13所述的用于电子电路的外壳，其中：
所述底部包括围绕所述底部的所述开口底端的支撑台，所述底端具有与所述支撑台邻接并被所述支撑台支撑的外围部分。

17.  根据权利要求13所述的用于电子电路的外壳，其中所述电子电路包括用于汽车的电路。

18.  根据权利要求17所述的用于电子电路的外壳，其中所述电路包括用于车辆的电子控制单元(ECU)。

19.  根据权利要求13所述的用于电子电路的外壳，包括包含在所述第二外壳室中的第二电子电路。

20.  根据权利要求19的用于电子电路的外壳，其中所述第二室被气密地密封。

21.  根据权利要求13所述的用于电子电路的外壳，包括在所述第二外壳室中的流体制冷剂。

用于电子电路的外壳
技术领域
本发明涉及一种用于电子电路的外壳。
背景技术
在汽车工业和其它的许多应用中，必须将电子电路封装在金属外壳内以保护电子电路免受机械冲击与碎片，并免受电磁干扰(EMI)。图1中图示说明了包含在金属外壳中的一个这样的示例性电子电路。
然后参照图1，这些以前知道的用于电子电路的外壳典型地包括具有开口顶端22的金属底部20。金属盖24然后被放置于底部20之上以形成尺寸可容纳一个或多个电子电路28的内室26。
为了保护电子电路免受碎片、湿气等的影响，弹性密封件30布置于底部20和盖24之间。底部20和盖24然后由多个紧固件32、典型地由螺栓固定在一起，所述螺栓理想地压缩密封件30并防止碎片和湿气进入室26中。在将底部20和盖24密封在一起之后，通过连接于外壳的电气端口24，电子电路28可被电气地访问。
然而在实践中，这些预先已知的用于电子电路的外壳在使用中并未完全令人满意。这些已知外壳的一个缺点是当紧固件32被上紧时盖24和/或底部20会轻微地变形。当此发生时，密封件30和底部20之间或密封件30和盖24之间会形成间隙。这样的间隙会不利地使碎片、湿气等进入室26中并破坏电路28。
这些预先已知的用于电子电路的外壳的再一缺点是杂质颗粒会积聚在靠近密封件30的外围的区域36内。这样的杂质颗粒随着时间的过去会腐蚀底部20和/或盖24并允许碎片、湿气等进入室26中。另外，在汽车应用中，路盐(road salt)和水会加速这样的腐蚀。
这些预先已知的外壳的另外的缺点是存在于组装之后底部20和盖24之间的物理间隙。此物理间隙使得EMI进入电路室26中并引起特定电路28的故障。
这些预先已知的用于电子电路的外壳的另外的缺点是紧固件32以及用紧固件组装的成本可观地增加了外壳的总成本及总重量。另外，即使当紧固件32被合适地上紧时，一些运动也会发生在底部20和盖24之间。该运动会引起底部20和盖24之间的振动及对于电子电路28的潜在危害，尤其当外壳承受恶劣操作环境时，所述恶劣操作环境例如车辆的发动机舱。
这些预先已知的用于电子电路的外壳的另外的缺点是仅仅通过松开紧固件32即可从底部20分离盖24。这反过来允许电子电路28的篡改。这样的篡改在许多情况下是极其不希望的，例如在电子电路28包括记录在永久性存储器中的里程表信息的情况下。电路28的篡改将使得存储器能够被改变从而反映小于车辆所行驶过的里程的距离。
发明内容
本发明提供一种用于电子电路的外壳，所述外壳可克服预先已知的装置的所有上述缺点。
简要地说，本发明的用于电子电路的外壳包括具有开口顶端的金属底部。金属盖叠加于底部的开口顶端并形成大小可容纳电子电路的内室。电子电路电气地连接于电气端口，而所述电气端口可从外壳的外部被接近。
底部和盖通过摩擦搅拌焊接被固定在一起，从而气密地密封电子电路的内室并因而保护电子电路免受碎片、湿气等的影响。由于摩擦搅拌焊接发生在低于传统焊接的温度下，所以可避免外壳室的明显的加热，因而可避免电子电路的加热。然而，为了进一步减少在摩擦搅拌期间对电子电路损害的可能性，在摩擦搅拌焊接期间一个或多个冷却件可选地被应用于外壳的侧面和/或底部。这些优选由液体冷却的冷却件迅速地带走摩擦搅拌焊接期间产生的热量，并因而确保在外壳内的电子电路保持免受热损害。
由于摩擦搅拌焊接气密地将底部和盖密封在一起，外壳的内室完全地免受EMI的影响。另外，底部和盖之间的所有的振动被摩擦搅拌焊接所完全消除，用于将外壳部件固定在一起的预先已知的紧固件和密封件的材料成本和组装成本也被消除。在搅拌焊接操作之后也可防止外壳被改动。
附图说明
当结合附图阅读并参考以下详细说明时，即可更好地理解本发明，其中在几幅视图中相同附图标记对应相同部件，并且其中：
图1是截面图，图示说明了现有技术的外壳设计；
图2是俯视图，图示说明了本发明的优选实施例；
图3是本发明的优选实施例的截面图；
图4是概图，图示说明了摩擦搅拌焊接(stir welding)操作；
图5是图示说明了本发明的第二优选实施例的视图；
图6是与图5相似但图示说明了其改动的视图；
图7是与图3相似但图示说明了其改动的视图；
图8是与图3相似但图示说明了其改动的视图；
图9是与图3相似的视图，但进一步图示说明了搅拌焊接操作期间的冷却机构；
图10是与图9相似但图示说明了其改动的视图；
图11是与图9相似但图示说明了其改动的视图；
图12是与图9相似但图示说明了其改动的视图；
图13是过程流程图，图示说明了本发明；和
图14是与图12相似的视图，但图示说明了其改动。
具体实施方式
首先参照图2和图3，显示了本发明的外壳40的优选的实施例。外壳40包括具有至少一个侧壁44和底端46的金属底部42。底部42由诸如铝、钢、镁等任何合适材料构成。
底部42还包括开口顶端48。另外，朝外的支撑台(ledge)50环绕盖的开口顶端48设置在侧壁44上。
外壳40还包括盖52，所述盖52由金属材料、优选地由与底部42相同的材料构成。盖52被设定尺寸以平坦地邻接底部台50并且这样做形成内室54。该室54被设定尺寸以容纳一个或多个电子电路56。
电路56被安装于电路板57，所述电路板57利用一个或多个芯片底座(chip mount)47依次地机械和热连接于外壳底部42。芯片底座47在电路56操作期间将热量从电路56散发至外壳底部42，并且所述芯片底座47优选地与底部42整体构成。
仍然参照图2和图3，至少一个电子电路被电气地连接于电气端口58，所述电气端口58可从外壳40外部接近。端口58如图2和图3中所示位于盖52之上，但也可选择地位于底部42之上。相似地，虽然图2和图3中仅显示一个端口58，但是如果需要可设置两个甚至更多端口在外壳40上。外壳还选择性地包括散热片60(图2)。
现在参照图3和图4，底部42和盖52通过摩擦搅拌焊接被气密地密封在一起，所述摩擦搅拌焊接形成围绕盖52和底部42的整个外围的摩擦搅拌焊缝62。摩擦搅拌焊接的概图在图4中显示，其中在一端具有螺纹销66的旋转圆柱工具64被插入盖52和底部42之间的对接接头中。向下力被施加于工具64上，当旋转工具64围绕盖52和底部42的外围线性位移时，其在盖52和底部42中产生热量，因而完成摩擦搅拌焊缝62。另外，虽然图2-4中所示的外壳40仅要求工具64在摩擦搅拌焊接操作期间在单平面上沿着两轴线被线性地位移，但是根据外壳40的整体形状会要求摩擦搅拌工具64沿着两根甚至三根轴线同时地位移。摩擦搅拌焊接也可用于将盖和底部点焊在一起。
虽然图3中所示的盖52是平的，但是它可为任意要求形状并可由任意传统方法形成，例如通过模压或模铸。
优选地，外壳40包括与盖52对准的向外突出的焊道终止/起始(runoff/on)短小突出部分63。摩擦搅拌焊缝在短小突出部分开始和终止。
现在参照图5，显示了外壳140的改动，其中盖152平直邻接底部144从而盖152和底部142之间的接缝153被开向外壳140的侧面144，而不是图3中所示的顶端。在此情况下，摩擦搅拌焊缝162围绕外壳140的侧面144被形成，因而产生包括电子电路56的气密密封室154。如前，这些电路56通过外壳140外侧上的电气端口58可被电气地连接。
参照图6，图5中所示的外壳的改动被显示，其中搭接接头(lap joint)155被形成在盖152和底部142之间。搭接接头155在特定条件下是有利的，它确保在组装期间盖152自动定心到底部142上。
参照图7，显示了本发明的再一改动，其中底部42包括在它的两侧壁44之间的隔离壁70。隔离壁70的顶部72被包含在凹槽74中，而所述凹槽74形成在盖52中，因而在隔离壁70和盖52之间形成搭接接头。盖52和隔离壁70之间的搭接接头以及围绕盖52和侧壁44的外围的对接接头然后通过摩擦搅拌焊接被固定在一起，因而实现盖52和隔离壁70之间的摩擦搅拌焊缝76。
如图7中所示的隔离壁70的使用在以下情况下是需要的，即整个外壳40巨大从而底部42和盖52之间的附加支撑是必要的或至少是需要的。另外，隔离壁70的使用使得隔离壁70能够形成两个独立的气密密封室54和54’，每一个室54和54’分别地包含自己的电子电路56和56’。电路56和56’的这样的隔离在需要电路56和56’之间的EMI屏蔽的情况下是需要的。
图7中的盖还可是单一件结构或多个件结构。
现在参照图8，显示了本发明的再一改动，其中一个或多个隔热件80被设置在电子电路56和底部42之间。在实践中，由诸如陶瓷的任意传统材料构成的隔热件有利于使在摩擦搅拌焊接期间产生的热与电子电路56隔绝。例如，电子电路56可被安装在由隔热件80支撑的印刷电路板57上。
现在参照图9，在一些情况下需要保护电子电路56免受在摩擦搅拌操作期间产生的即使相对小的热量。在此情况下，由于铜的高导热性而优选由铜制成的冷却件(chill)90被布置为导热性地接触一个或多个底部侧壁44而同时底部42被支撑在砧座(anvil)92上。每一个冷却件90包括至少一个流体通道，冷却流体、优选冷却液通过所述流体通道。因此，在搅拌焊接操作期间，摩擦搅拌焊接产生的热量被冷却件90散发。
对图9中所示的发明的改动在图10中被显示。图10与图9的不同在于：冷却件190不仅围绕侧壁44的一部分延伸，还围绕外壳底部42的底端46的至少一部分延伸。冷却件190和外壳底部42之间的附加的表面接触区域有利于摩擦搅拌焊接期间热量从底部42的散发。
对本发明的进一步改动在图11中显示，其中冷却件290在热方面被布置为围绕底部侧壁44接触底部，但仅接触底部42的底端46的一部分。底端46的中心部分47在摩擦搅拌焊接期间始终暴露并由砧座162支撑。
现在参照图12，本发明的进一步改动在图12中被显示，其中外壳底部不仅在它的顶端48开口，也在它的底端96开口。然后底端96被底端盖98所覆盖，所述底端盖98叠置在外壳底部42’的开口底端96上并覆盖所述开口底端96。在这种情况下，底部98形成第二内外壳室100。该外壳室100通过围绕底部98的外围的摩擦搅拌焊缝102气密地密封于外壳底部42’。合适的冷却件90选择性地用于在摩擦搅拌焊接期间冷却外壳侧壁44。
单独的电子电路可被容纳在室100中。在需要附加冷却的应用中，可选择地，气体的或液体的流体制冷剂可被包含在室100中或流过室100。
参照图14，本发明的进一步改动被显示，其中金属隔离壁99被布置在盖52和底部42之间，因而形成两个外壳空腔101和103。电路56被包含在外壳室103中，而另一外壳室可包括制冷剂，形成制冷剂通道和/或包括其它电路。图14中所示的盖52为压铸盖。
现在参照图13，为简明起见概括描述本发明的方法。在步骤110形成金属底部，并且在步骤112形成金属盖以便所述盖与所述底部互补。步骤110是否在步骤112之前没有关系，或者反之亦然。
在步骤114电子电路被安装于底部之内并且盖被组装于底部上以便电子电路被包含在底部和盖之间形成的外壳室之内。在步骤116一个或多个冷却件然后选择性地被应用于组装的底部和盖，并且在步骤118通过摩擦搅拌焊接底部和盖被最终固定在一起。
从上述可知，本发明提供一种用于电子电路的简单但高度有利的外壳，所述外壳克服了预先已知装置的所有上述问题。特别地，由于摩擦搅拌焊接操作以连续焊缝气密地将盖密封于底部，并且选择性地还将底端密封于底部，因此完全防止包含电子电路的内部外壳室被碎片和湿气所污染。另外，连续焊缝在相对低的温度下被形成，在所述温度下，即使对温度敏感的电子元件也不会被损害。
当使用在汽车应用中时本发明尤其有利，例如用于电子控制单元(ECU)、牵引控制单元(TCU)等的外壳，所述外壳遭受振动、EMI和腐蚀性化学物质。
本发明进一步优于预先已知外壳的优点是：消除了经常使用在汽车应用中以将外壳底部和盖固定在一起的预先已知紧固件和密封件的重量和成本两者。另外，外壳底部和盖之间的摩擦焊缝，以及选择性的外壳底部和底端之间的摩擦焊缝，还提供整体的结构，所述结构不仅消除外壳底部和盖之间的振动，还消除了EMI进入外壳内部的所有通道。同时，外壳一旦被损坏即显而易见，即，在不破坏或至少可视地改变外壳的外观的情况下，电路不会被直接接近。
虽然已经说明了本发明，但是在不背离由权利要求的范围所限定的本发明的精神下，对于本领域的那些普通技术人员而言对于本发明的许多修改是明显的。