DD256951A1 - REVERSING PROCESS FOR ELECTRONIC COMPONENTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ummanteln von elektronischen Bauelementen, insbesondere Temperatursensoren. Die Ummantelung erfolgt durch zwei oder mehr Schichten mittels eines Spritzgiessverfahrens. Die Aufgabe der Erfindung, das Sensorelement waehrend des Ummantelns vor thermischer Ueberlastung zu schuetzen, wird dadurch geloest, dass die spritzvergossene Kunststoffmasse einer jeden Schicht so gewaehlt wird, dass die von dieser Masse waehrend des Verfahrens aufgenommene Waermemenge stets kleiner ist als die Waermemenge, die zu einer Zerstoerung des Sensorelements fuehrt. Das Verfahren ist energie- und materialoekonomisch und laesst sich mit geringem technologischem bzw. regelungstechnischen Aufwand automatisieren.The invention relates to a method for sheathing of electronic components, in particular temperature sensors. The sheathing is carried out by two or more layers by means of an injection molding process. The object of the invention to protect the sensor element during the sheathing from thermal overload, is achieved in that the injection-molded plastic material of each layer is chosen so that the heat absorbed by this mass during the process heat is always smaller than the heat quantity to destroying the sensor element leads. The process is energy- and material-independent and can be automated with little technological or control engineering effort.
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kunststoff-Spritzgießtechnik. Es handelt sich insbesondere um ein Hüllverfahren für thermisch empfindliche Meßfühler, z. B. Temperatursensoren.The invention relates to the field of plastic injection molding. It is in particular a Hüllverfahren for thermally sensitive probe, z. B. temperature sensors.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Im bekannten Stand der Technik sind eine Vielzahl von Temperatur-Meßfühlern hinsichtlich ihrer Konstruktion und dem daraus resultierenden Herstellungsverfahren bekannt.In the known art, a variety of temperature sensors are known in terms of their construction and the resulting manufacturing process.
Sb ist es Z..B. üblich, einen Temperatur-Meßfühler herzustellen, in dem nach der elektrischen Isolation des Sensorelements dieses Element in ein Schutzrohr oder Schutzgehäuse eingebracht wird. Der verbleibende Hohlraum zwischen Wandung des Sfahutzgehäuses und isoliertem Sensorelement wird mit geeignetem Material verfüllt. Die verschiedensten Konstruktionen, die sich grundsätzlich nur durch die verwendeten Materialien und die Art ihrer Verbindung bzw. Einbringung unterschieden, sind ansder Patentliteratur gemäßSb is it Z..B. customary to produce a temperature sensor in which after the electrical insulation of the sensor element, this element is introduced into a protective tube or protective housing. The remaining cavity between the wall of the Sfahutzgehäuses and insulated sensor element is filled with suitable material. The most diverse constructions, which basically differ only by the materials used and the nature of their connection or incorporation, are according to the patent literature according to
DE-OS 3.022.470 DD-WP 53.343DE-OS 3,022,470 DD-WP 53.343
DE-OS 3.148.993 CH-PS 648.661DE-OS 3,148,993 CH-PS 648.661
DE-OS 2.148.470 DE-GM 7.136.437DE-OS 2,148,470 DE-GM 7,136,437
DD-WP 153-224 AT-PS 300.406DD-WP 153-224 AT-PS 300.406
bceMannt. Es wird hier als vorteilhaft vorgeschlagen, metallische Schutzrohre, Schutzrohre aus keramischen Massen oder Käinststoffschläuche einzusetzen.bceMannt. It is proposed here to be advantageous to use metallic protective tubes, protective tubes made of ceramic materials or synthetic material tubes.
DBe Hohlräume zwischen Schutzrohrund isoliertem Sensorelementwerden durch spezielle Metallegierungen, durch spritzfähige ader vergießbare, teilweise mit Metallpulvern versetzte Kunststoffe, wie Polyesterharze, Polyamide oder andere an sich bekannte Polymere, durch spezielle Salze, z. B. Bornitrid oder auch durch ein Vakuum ausgefüllt.The cavities between the protective tube and the insulated sensor element are replaced by special metal alloys, by moldable castable, partially metal-powdered plastics, such as polyester resins, polyamides or other per se known polymers, by special salts, for. B. boron nitride or filled by a vacuum.
nie genannten Hohlraumfüllungen dienen der Lagestabilisierung des Sensorelements im Schutzrohr und seinem Feuchtigkeitsschutz.never mentioned cavity fillings serve to stabilize the position of the sensor element in the protective tube and its moisture protection.
GSe elektrische Isolation des Sensorelements wird durch keramische Massen, durch Kunststoffe, wie Polyethylen, Polyamide, t?olyester oder Gießharze bzw. durch Silikon- oder Buna-Kautschuk vorgenommen.The electrical insulation of the sensor element is carried out by ceramic masses, by plastics such as polyethylene, polyamides, tolyesters or casting resins or by silicone or Buna rubber.
Allen vorgenannten Konstruktionen ist gemeinsam, daß sie mehr oder weniger schlecht durch automatisierte Frertigungsverfahren herstellbar sind.All the above constructions have in common that they are more or less bad to produce by automated Frertigungsverfahren.
Utes weiteren sind Verfahren zum Einhüllen elektronischer Bauelemente, wie Gleichrichter oder Schaltkreise gemäßUtes others are methods for wrapping electronic components, such as rectifiers or circuits according to
DE-OS 2.930.760 DD-WP 96.381DE-OS 2,930,760 DD-WP 96.381
DE-AS 1.540.408 DD-WP 233.241DE-AS 1,540,408 DD-WP 233,241
DD-WP 159.385 DD-WP 214.494 DD-WP 138.490DD-WP 159.385 DD-WP 214.494 DD-WP 138.490
vorbekannt.previously known.
Hie Umhüllung der Bauelemente erfolgt, z. B. durch Spritzgießen, Eingießen oder durch Tauchen in viskose oder geschmolzene Materialien.Hie wrapping of the components takes place, for. As by injection molding, pouring or by immersion in viscous or molten materials.
lh jedem Fall werden mehrere Schichten auf die verfahrensgemäß behandelten elektronischen Bauelemente aufgebracht. Die erste Schicht dient grundsätzlich der elektrischen Isolation und dem mechanischen Schutz der Anschlüsse, die zweite dem FFeuchteschutz. Für die einzelnen Schichten werden unterschiedliche Stoffe verwendet.In any case, several layers are applied to the electronic components treated in accordance with the method. The first layer basically serves the purpose of electrical insulation and mechanical protection of the connections, the second layer is used for moisture protection. Different materials are used for the individual layers.
E&gelangen geschmolzene Wachse, Silikonharze mit oxidischen Einschlüssen, Fettsäureamide, Polyester, Phenolharze, Silikongummi oder Polyurethan zum Einsatz.E & M melted waxes, silicone resins with oxidic inclusions, fatty acid amides, polyesters, phenolic resins, silicone rubber or polyurethane are used.
Konkrete Verfahrensschritte beim Durchführen der Tauchtechnologie werden insbesondere in DE-AS 1.540.408 angegeben.Concrete process steps in carrying out the immersion technology are specified in particular in DE-AS 1,540,408.
Danach wird die Umhüllung eines Gleichrichterelements durch zwei Tauchschritte in geschmolzenes Wachs (Temperatur 1400C bis 160°C, Tauchzeit 0,5 bis 5 min) und danach in flüssiges polymeres Fettsäureamid (Temperatur 2100C, Tauchzeit 1 bis3's) hergestellt.Thereafter, the enclosure of a rectifier element by two dipping steps in molten wax (temperature 140 0 C to 160 ° C, dipping time 0.5 to 5 min) and then in liquid polymeric fatty acid amide (temperature 210 0 C, immersion time 1 to 3's) is prepared.
Irr den vorgestellten Verfahren wird in keiner Weise auf den Umstand Einfluß genommen, daß temperaturempfindliche elektronische Bauelemente durch die thermische Belastung während des Hüllprozesses Schaden nehmen könnten.The proposed method does not in any way influence the fact that temperature-sensitive electronic components could be damaged by the thermal load during the enveloping process.
Die angegebenen definierten Verweilzeiten im Tauchbad gemäß DE-AS 1.540.408 und DD-WP 138.490 sind stoffbedingt undThe specified residence times in the dipping bath according to DE-AS 1,540,408 and DD-WP 138,490 are based on the substance and
werden nicht im Zusammenhang mit einer möglichen thermischen Überlastung des zu umhüllenden Bauteils betrachtet.are not considered in connection with a possible thermal overload of the component to be wrapped.
Das genannte Tauchverfahren ist technologisch aufwendig und verlangt bei einer Automatisierung einen beträchtlichen Einsatz von Regelungstechnik.The dipping method mentioned is technologically complicated and requires a considerable use of control technology in automation.
Auf die Problemstellung einer sicheren Zentrierung des elektrisch isolierten Sensorelements innerhalb einer schützenden Umhüllung wird in der Patentliteratur gemäß DD-WP 228.896 näher eingegangen und vorgeschlagen, eine Hülse mit Quersteg auf die elektrischen Anschlüsse des Sensors zu schieben. Der Außendurchmesser der Hülse entspricht dem Innendurchmesser des Schutzrohres des Temperaturfühlers.The problem of a secure centering of the electrically isolated sensor element within a protective enclosure is discussed in more detail in the patent literature according to DD-WP 228.896 and proposed to push a sleeve with cross bar on the electrical connections of the sensor. The outer diameter of the sleeve corresponds to the inner diameter of the protective tube of the temperature sensor.
Bei der Fertigung wird der Sensor mit der dazugehörigen Hülse bis zum einen an der Außenseite der Hülse angebrachten Anschlag in das Schutzrohr gesteckt und anschließend das verbleibende freie Volumen im Schutzrohr mit einer Vergußmasse ausgefüllt.During manufacture, the sensor with the associated sleeve is inserted into the protective tube up to the stop on the outside of the sleeve, and then the remaining free volume in the protective tube is filled with a potting compound.
Die vorgeschlagene Lösung benötigt jedoch ein zusätzliches Bauelement, durch das eine sichere Zentrierung nicht in jedem FallHowever, the proposed solution requires an additional component, through which a secure centering not in every case
(z. B. durch Verbiegen der elektrischen Anschlüsse des Sensorelements) gewährleistet ist. Die Handhabung der Zentrierhülse bedingt einen zusätzlichen Aufwand bei der Automatisierung des Herstellungsverfahrens für den kompletten Temperaturfühler.(eg by bending the electrical connections of the sensor element) is guaranteed. The handling of the centering requires additional effort in the automation of the manufacturing process for the complete temperature sensor.
Es ist Ziel der Erfindung, ein einfaches material-und energieökonomisches und vor allem leicht automatisierbares Verfahren zur Ummantelung von elektronischen Bauteilen, insbesondere Temperatur-Sensoren, anzugeben.It is an object of the invention to provide a simple material and energy-economical and above all easily automatable method for encasing electronic components, in particular temperature sensors.
Ausgehend vom Ziel der Erfindung ergibt sich als Aufgabe, ein Ummantelungsverfahren für Temperatursensoren auf Basis der Spritzgießtechnik anzugeben, das bei einem hohen Automatisierungsgrad auf einfache Weise eine thermische Überlastung des zu ummantelnden Sensors während des Ummanteins mit Sicherheit ausschließt und eine allseitig gleichmäßige und feuchtigkeitsdichte Ummantelung des Sensorelements ermöglicht.Based on the object of the invention, it is an object to provide a coating method for temperature sensors based on the injection molding, which at a high degree of automation in a simple manner, a thermal overload of the sensor to be coated during Ummanteins with certainty and excludes a uniform and moisture-tight sheath of the sensor element allows.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß je nach Art und Weise der mechanischen Beanspruchung und der Belastung durch den speziellen Einsatz des Temperaturfühlers das Sensorelement mit zwei oder mehr Hüllschichten versehenAccording to the invention this object is achieved in that, depending on the nature of the mechanical stress and the burden of the special use of the temperature sensor, the sensor element provided with two or more cladding layers
wird. *becomes. *
Dje Dicke der einzelnen Schichten, die das Sensorelement des Temperaturfühlers vollständig einschließen, wird in Abhängigkeit des Materialyolumens der einzelnen Hüllschicht erfindungsgemäß derart gewählt, daß durch das Wärmeleit- bzw. Wärmespeichervermögen der Materialmenge, die für die einzelne Ummantelungsschicht eingesetzt wird, nur eine solche Wärmemenge verfahrensbedingt aufgenommen und an das Sensorelement weitergegeben werden kann, die das Sensorelemeht in keiner Weise thermisch überlastet. Das heißt, daß durch die erfindungsgemäß begrenzte Masse des Materials einer Hüllschicht nur eine begrenzte Wärmemenge während des entsprechenden Spritzgießverfahrensschrittes aufgenommen und durch Wärmeleistung auf das temperaturempfindliche Sensorelement übertragen werden kann.The thickness of the individual layers, which completely enclose the sensor element of the temperature sensor, is chosen according to the invention as a function of the material yolumen of the individual cladding layer in such a way that only one such amount of heat is caused by the thermal conductivity or heat storage capacity of the amount of material used for the individual cladding layer can be taken and passed on to the sensor element, which does not thermally overload the Sensorelem. This means that only a limited amount of heat can be absorbed during the corresponding Spritzgießverfahrensschrittes and transferred by heat output to the temperature-sensitive sensor element by the invention limited mass of the material of a cladding layer.
Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um eine Spritzgießmethode für Kunststoffe handelt, lassen sich die benötigten bzw. zulässigen Materialmengen in Abhängigkeit von der Stoffart und der thermischen Belastungsgrenze des zu ummantelnden elektronischen Bauelements auf einfache Weise auswählen. Die Spritzgießform und der eingesetzte Plastwerkstoff sind so beschaffen, daß die Ummantelung wasserdicht und elektrisch isolierend ist und außerdem gleichzeitig die jeweils als letzte aufgebrachte Hüllschicht die mechanischen Anforderungen an ein Gehäuse erfüllt.Since the method according to the invention is an injection molding method for plastics, the required or permissible material quantities can be selected in a simple manner as a function of the type of material and the thermal load limit of the electronic component to be covered. The injection mold and the plastic material used are such that the sheath is waterproof and electrically insulating and also at the same time as the last applied coating layer meets the mechanical requirements of a housing.
Durch die Dimensionierung der Spritzgießformen wird garantiert, daß bei jedem Spritzgießvorgang gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nur eine definierte Materialmenge zum Einsatz gelangt, die eine ebenso definierte Wärmebelastung für das zu ummantelnde Sensorelement bewirkt.The dimensioning of the injection molds ensures that only a defined amount of material is used in each injection molding process according to the inventive method, which causes a defined heat load for the sensor element to be sheathed.
Im Vergleich zu bekannten Tauchverfahren zum Umhüllen von elektronischen Bauelementen ist durch das erfindungsgemäße Verfahren bei geringerem technologischen und regelungstechnischen Aufwand eine gegen Zerstörung der Sensorelemente durch thermische Überlastung sichere und zugleich materialökonomisch günstigere Verfahrensweise möglich.Compared to known dipping method for enclosing electronic components is by the inventive method with less technological and control engineering effort against destruction of the sensor elements by thermal overload safe and at the same time material economically more favorable procedure possible.
Dies ergibt sich u.a. dadurch, daß für die Tauchverfahren definierte Badtemperaturen und definierte Verweilzeiten im Bad in Abhängigkeit von den zu ummantelnden Bauelementen gesichert werden müssen.This results i.a. in that for the dipping process defined bath temperatures and defined residence times in the bath must be secured in dependence on the components to be coated.
Die Erfindung soll anhand der nachstehenden Zeichnungen und am Beispiel einer verwendeten Stoffpaarung näher erläutert werden. Es stellen dar:The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings and the example of a used fabric pairing. They show:
Fig.1: Form für den 1. SpritzgießvorgangFig.1: mold for the 1st injection molding
Fig.2: Ummanteltes Sensorelement nach dem 1. SpritzgießvorgangFig.2: Sheathed sensor element after the first injection molding
Fig.3: Form für den 2. Spritzgießvorgang3: mold for the second injection molding process
Fig. 4: Ummantelter Temperaturfühler nach Beendigung des Verfahrens.Fig. 4: Jacketed temperature sensor after completion of the process.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde ein Sensorelement vom Typ B 511, daseiner max. Belastungstemperatur von 150°C ausgesetzt werden darf, ummantelt.According to the method of the invention, a type B 511 sensor element having a max. Load temperature of 150 ° C may be exposed, jacketed.
Das ummantelte Sensorelement dient als Temperaturfühler für einen Einsatzbereich bis 7O0C.The sheathed sensor element serves as a temperature sensor for a range up to 7O 0 C.
Die erfindungsgemäß hergestellte Ummantelung hat gleichzeitig die Funktion der elektrischen Isolation, die der Dichtheit gegenüber Feuchte und die Gehäusefunktion zu erfüllen.The sheath according to the invention has at the same time the function of electrical insulation to fulfill the tightness against moisture and the housing function.
Die Spritzgießform 5 gemäß Fig. 1 besitzt einen Zentrierkegel 10, der beim Einlegen des Sensorelements 3 in die Form durch Einschieben bis in die Spitze eine Zentrierung ermöglicht und damit die Voraussetzung für eine gleichmäßige Ummantelung des Sensorelements beim 1. Spritzgießvorgang schafft.The injection mold 5 according to FIG. 1 has a centering cone 10, which enables the insertion of the sensor element 3 into the mold by insertion into the tip centering and thus creates the conditions for a uniform sheathing of the sensor element in the first injection molding.
Beim 1 .Spritzgießvorgang wird ein Plastmaterial eingesetzt, das durch seine Stoffeigenschaften und seine Spritztemperatur das beim 1. Spritzgießvorgang mit eingehüllte Anschlußkabel 4 oberflächlich anlöst und dadurch eine ausreichend feuchtigkeitsdichte Verbindung bewirkt.When 1 .Spritzgießvorgang a plastic material is used, which by its material properties and its spray temperature superficially dissolves the first injection molding with sheathed cable 4 and thereby causes a sufficiently moisture-proof connection.
Die Einspritzdüse 7 ist seitlich an der Form 5 vorgesehen und dient durch ihre Lage ebenfalls der Gleichmäßigkeit derThe injection nozzle 7 is provided laterally on the mold 5 and also serves by their location of the uniformity of
Ummantelung 1 durch den 1.Spritzgießvorgang. . Sheath 1 through the 1st injection molding process. ,
Die Form 6 für den 2.Spritzgießvorgang unterscheidet sich im wesentlichen nur durch die Lage der Einspritzdüse 8 an der Stirnseite der Form von der Form 5 für den 1. Spritzgießvorgang.The mold 6 for the 2.Spritzgießvorgang differs essentially only by the position of the injection nozzle 8 at the end face of the mold of the mold 5 for the first injection molding.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde erfolgreich mit folgenden Kunststoffen und Verfahrensbedingungen angewandt:The process according to the invention has been successfully used with the following plastics and process conditions:
^- Materialart Material- Spritzgieß ^ - material type material injection molding
volumen temperaturvolume temperature
1. Spritzgießvorgang PVC-W (Granulat) 0,9 cm3 2200C1. Injection molding PVC-W (granules) 0.9 cm 3 220 0 C
S8104-130(TGL20427)S8104-130 (TGL20427)
2. Spritzgießvorgang PVC-W (Granulat) 0,6cm3 235°C2. Injection molding PVC-W (granules) 0,6cm 3 235 ° C
S 01391-110 (TGL20427)S 01391-110 (TGL20427)
Ummanteltes Sensorelement: B 511, max. Belastungstemperatur: 150°CSheathed sensor element: B 511, max. Load temperature: 150 ° C
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1986
- 1986-12-30 DD DD29874786A patent/DD256951A1/en unknown
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