DE10060664A1

DE10060664A1 - Method for producing an electrical component and related component

Info

Publication number: DE10060664A1
Application number: DE10060664A
Authority: DE
Inventors: Roman Naas; Dieter Rheinfeld
Original assignee: VWH VORRICHTUNGS und WERKZEUGB
Current assignee: VWH GMBH, DE
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-06-13
Also published as: EP1340291B1; ES2343404T3; WO2002047211A1; ATE459996T1; DE50115376D1; PT1340291E; AU2002231667A1; EP1340291A1

Abstract

A method for the production of an electrical sensor component, for example a thermal probe, comprising a base piece (1), with metallic conductor paths and metallic contact elements (5) in conducting contact with the conductor paths, is disclosed. The connector elements (5) are held in a permanent mutual contact with the conductor paths, by means of a moulded plastic piece (6), which is moulded to the base piece and the connector elements by injection moulding. The fixing is achieved without soldering, welding or gluing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie den Bauteil selbst.The invention relates to a method for producing an electrical component Preamble of claim 1 mentioned type and the component itself.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Bereitstellung von Sensorbauteilen, wie sie in Kraftfahrzeugen zur Erfassung verschiedener Parameter, wie der Umgebungstemperatur, zum Einsatz kommen. Bislang erfolgte die Fertigung in einem mehrstufigen Verfahren, indem zunächst eine Verlötung von Anschlusselementen mit Leiterpfaden einer Leiterplatte, an der das eigentliche Sensorelement montiert ist, vorgenommen wurde. In einem getrennten weiteren Schritt wurde ein aufklappbares Steckergehäuse durch einen Kunststoffspritzgiessvorgang geschaffen. Dieses Gehäuse wurde anschliessend in einer letzten Fertigungsstufe um die Leiterplatte und die angelöteten Anschlusselemente gelegt und fest dagegen durch Verrasten mittels eines Klips fixiert. Der Lötvorgang, die Bildung eines separaten Steckergehäuses und dessen Montage bedeuten zusätzliche, das Produkt verteuernde Fertigungsstufen, zumal es sich vorliegend um Produkte handelt, die in grosser Anzahl bereitgestellt werden müssen. Ein weiterer Nachteil der bisherigen Vorgehensweise ist, dass zwischen dem Gehäuse und der Lötverbindungsstelle keine feuchtigkeitdichte Beziehung zustande kommt und daher Umwelteinflüsse sich leicht schädlich auf die elektrische Verbindung zwischen den Anshlusselementen und den Leiterpfaden auswirken können. Auch ermöglichte es die bisherigen Vorgehensweise nicht ohne wietere aufwändige Massnahmen, das empfindliche Sensorelement, z. B. den Thermofühler, gegenüber Umwelteinflüssen in effektiver Weise abzuschirmen.The invention relates in particular to the provision of sensor components as described in Motor vehicles for recording various parameters, such as the ambient temperature, for Come into play. So far, the production was carried out in a multi-stage process by first a soldering of connection elements with conductor paths of a circuit board, on which the actual sensor element is mounted. In a separate another Step was a hinged connector housing through a plastic injection molding process created. This housing was then made in a last stage of manufacture Printed circuit board and the soldered connection elements placed and firmly against it by locking fixed with a clip. The soldering process, the formation of a separate connector housing and its assembly means additional, more expensive manufacturing stages, especially since it In the present case, these are products that have to be provided in large numbers. On Another disadvantage of the previous procedure is that between the housing and the Solder joint no moisture-tight relationship comes about and therefore Environmental influences are slightly harmful to the electrical connection between the Connection elements and the conductor paths can affect. It also enabled the previous ones Procedure not without further complex measures, the sensitive sensor element, z. B. the thermal sensor, effectively shield against environmental influences.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemässen Art zu schaffen, das eine wirtschaftlichere Bereitstellung von elektrischen Bauteilen der in Rede stehenden Art erlaubt. Insbesondere sollen Löt-, Schweiss- oder Klebeschritte zur Schaffung einer permanenten Verbindung zwischen den Anschlusselementen und den Leiterpfaden vermieden werden. Ferner soll das Verfahren die Herstellung von solchen elektrischen Bauteilen ermöglichen, die gegen schädliche Umwelteinflüsse weitestgehend abgeschirmt sind.The invention has for its object to provide a method of the generic type that a more economical provision of electrical components of the type in question allowed. In particular, soldering, welding or gluing steps are intended to create a permanent one Connection between the connection elements and the conductor paths can be avoided. Further the method should enable the production of such electrical components that against harmful environmental influences are largely shielded.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Tei des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Anschlusselemente in elektrisch leitender Verbindung mit den Leiterpfaden der Leiterplatte ohne Lötung, Schweissung oder Klebung gehalten sind. Die dazu bislang erforderlichen Fertigungsschritte werden demgemäss eingespart. Der durch den Spritzgiessvorgang geschaffene Kunststoff-Formteil schirmt die Verbindungsstelle zwischen den Anschlusselementen und Leiterpfaden naturgemäss hermetisch gegenüber Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit, ab. Wenn erwünscht, könnte die gesamte Leiterplatte, einschliesslich des Sensorelementes in dem Kunststoff-Formteil eingebettet sein. Ein erfindungsgemäss aufgebautes elektrisches Bauteil umfasst die im Anspruch 8 genannten Aufbaumerkmale.This object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. An essential feature of the invention is that the connection elements are electrically conductive Connection to the circuit board's path without soldering, welding or gluing are held. The manufacturing steps previously required for this are accordingly saved. The molded plastic part created by the injection molding shields the Connection point between the connection elements and conductor paths naturally hermetic against environmental influences such as moisture. If desired, the entire Printed circuit board, including the sensor element, be embedded in the plastic molding. An electrical component constructed according to the invention comprises those mentioned in claim 8 Design features.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with the aid of embodiments and the drawing explained. Show it:

Fig. 1A, B in einer Hauptansicht bzw. geschnittenen Ansicht längs der Schnittlinie IB-IB in Fig. 1A einen elektrischen Sensorbauteil gemäss einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Fertigungsstufe, Fig. 1A, B in a main view and sectioned view taken along the line IB-IB in Fig. 1A an electrical sensor component according to one embodiment of the invention in a first manufacturing stage,

Fig. 2A, B in Ansichten analog zu Fig. 1A, B den elektrischen Sensorbauteil in einer zweiten Fertigungsstufe, Fig. 2A, B in views similar to Fig. 1A, B the electrical sensor component in a second production stage,

Fig. 3A, B in Ansichten analog zu Fig. 1A, B den elektrischen Sensorbauteil in einer dritten Fertigungsstufe, und Fig. 3A, B are views similar to Fig. 1A, B the electrical sensor component in a third production stage, and

Fig. 4 eine geschnittene Ansicht längs der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3B. Fig. 4 is a sectional view taken along section line IV-IV in Fig. 3B.

Obschon die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit einem elektrischen Sensorbauteil, z. B. für die Erfassung der Umgebungs- oder anderer Temperaturen in einem Kraftfahrzeug beschrieben wird, versteht es sich, dass die Erfindung auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt ist. Sie kann vielmehr vorteilhaft immer dann angewandt werden, wenn es gilt, metallische steife Anschlusselemente, wie Stecker, Stifte, elektrisch permanent mit Leiterpfaden an einem Basisteil aus isolierendem Material, z. B. aus einem Kunstharz, permanent elektrisch zu verbinden, ohne dass hierfür Lötungen, Schweissungen oder Klebungen vorgenommen werden müssen.Although the invention below in connection with an electrical sensor component, for. B. for the detection of the ambient or other temperatures in a motor vehicle it is understood that the invention does not apply to this field of application is limited. Rather, it can be used advantageously whenever it applies metallic rigid connection elements, such as plugs, pins, electrically permanent with conductor paths on a base part made of insulating material, e.g. B. from a synthetic resin, permanently electrically connect without soldering, welding or gluing have to.

Fig. 1A, B zeigen den Sensorbauteil gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Fertigungsstufe. Der Sensorbauteil umfasst eine streifenförmige Leiterplatte bzw. einen Basisteil 1 aus isolierendem Material, wie einem Kunstharz, auf dem in geeigneter Weise Leiterpfade (nicht gezeigt) aus elektrisch leitendem Material, wie Kupfer, aufgebracht bzw. aufgedampft sind. An einem axialen Ende des Basisteils 1 kann ein Sensorelement (nicht gezeigt) befestigt sein, das mit den Leiterpfaden in elektrisch leitender Verbindung steht. Nahe dem anderen axialen Ende des Basisteiles 1 sind ein Paar Durchgangslöcher vorgesehen, welche Augen oder Ösen 4 aus metallischem Material enthalten, die mit den Leiterpfaden in elektrisch leitender Verbindung stehen. Fig. 1A, B show the sensor component according to a first preferred embodiment of the invention in a first manufacturing stage. The sensor component comprises a strip-shaped printed circuit board or a base part 1 made of insulating material, such as a synthetic resin, on which conductor paths (not shown) made of electrically conductive material, such as copper, are applied or evaporated in a suitable manner. A sensor element (not shown), which is in electrically conductive connection with the conductor paths, can be attached to an axial end of the base part 1 . Near the other axial end of the base part 1 , a pair of through holes are provided, which contain eyes or eyes 4 made of metallic material, which are in electrically conductive connection with the conductor paths.

In den Ösen 4 sind steife Anschlusselemente oder Stifte 5 eingesetzt, die von einer Oberfläche des Basisteiles 1 unter einem Winkel, vorzugsweise rechten Winkel, abstehen. Die Anschlusselemente 5 bestehen, wie die Leiterpfade und Ösen 4, aus elektrisch leitendem Material. Sie dienen zur Ableitung der Signale des Sensorelementes an periphere, nicht gezeigte Einrichtungen, z. B. Anzeigegeräte oder dgl. Rigid connection elements or pins 5 are inserted into the eyelets 4 and protrude from a surface of the base part 1 at an angle, preferably a right angle. The connection elements 5 , like the conductor paths and eyelets 4 , consist of electrically conductive material. They are used to derive the signals of the sensor element to peripheral devices, not shown, for. B. display devices or the like.

Bei Betrieb in schwingender Umgebung, z. B. einem Kraftfahrzeug, reicht die alleinige Fixierung der Anschlusselemente 5 in den Ösen 4 dadurch, dass diese in den Ösen 4 eingedrückt sind, nicht aus, um eine permanente elektrische Verbindung über längere Betriebszeiten zu gewährleisten. Erfindungsgemäss wird deshalb in einem weiteren, in Fig. 2A, B gezeigten Fertigungsschritt das vorgefertigte Teil gemäss Fig. 1A, B als Einlegeteil in eine grundsätzlich herkömmlich asugebildete Spritzgiessform (nicht gezeigt) eingebracht, uzw. dergestalt, dass ein Bereich der Anschlusselemente 5 nahe den Ösen 4, ausserdem die Ösen 4 selbst sowie ein daran angrenzender Bereich des Basisteiles 1 mit einer Schmelze aus einem geeigneten Kunststoffmaterial in Berührung kommen, wenn dieses in die Spritzgiessform zur Füllung der Form eingeben wird. Das Spritzgiessen von Kunststoffmaterial in Gegenwart von Einlegeteilen ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und braucht an dieser Stelle deshalb nicht näher erläutert werden.When operating in a vibrating environment, e.g. B. a motor vehicle, the sole fixation of the connecting elements 5 in the eyelets 4 is not sufficient in that they are pressed into the eyelets 4 to ensure a permanent electrical connection over longer operating times. According to the invention, therefore, the prefabricated part in a further, in Fig. 2A, B manufacturing step shown (not shown) according to FIG. 1A, B as an insert in a generally conventional injection mold asugebildete introduced uzw. in such a way that an area of the connection elements 5 near the eyelets 4 , in addition the eyelets 4 themselves and an adjoining area of the base part 1 come into contact with a melt made of a suitable plastic material when this is inserted into the injection mold to fill the mold. The injection molding of plastic material in the presence of inserts is basically known to the person skilled in the art and therefore does not need to be explained in more detail here.

Durch den vorgenannten Fertigungschritt wird an dem in Fig. 1A, B gezeigten Teil ein Kunststoff-Formteil angeformt, der in Fig. 2A, B das allgemeine Bezugszeichen 6 trägt und in seiner äusseren Umrisskonfiguration in beliebiger Weise gestaltet sein kann. Wesentlich ist, dass das Kunststoffmaterial des Formteiles 6 eine ausreichende Stabilität nach Erstarren der Schmelze schafft, um die gegenseitige Lagebeziehung der Anschlusselemente 5 und der Ösen 4 permanent zu fixieren, so dass auch Rüttelbewegungen an dieser Fixierung keine Änderungen vornehmen können. Der Fertigungsschritt des Anformens des Kunststoff-Formteils 6 am Basisteil 1 schafft somit nicht nur ein eine gewünschte vorteilhafte Umrisskonfiguration aufweisendes "Gehäuse", sondern sichert gleichzeitig die elektrische Verbindung der Anschlusselemente 5 mit den Ösen 4 bzw. Leiterpfaden und entspricht in dieser Hinsicht den bislang hierfür vorgesehenen Lötungen oder dgl.By means of the aforementioned manufacturing step, a plastic molded part is molded onto the part shown in FIGS . 1A, B, which has the general reference number 6 in FIGS . 2A, B and can be designed in any manner in its outer outline configuration. It is essential that the plastic material of the molded part 6 creates sufficient stability after the melt solidifies in order to permanently fix the mutual positional relationship of the connecting elements 5 and the eyelets 4 , so that shaking movements cannot make any changes to this fixation. The manufacturing step of molding the plastic molded part 6 on the base part 1 thus not only creates a “housing” which has a desired advantageous outline configuration, but at the same time secures the electrical connection of the connection elements 5 with the eyelets 4 or conductor paths and corresponds in this respect to those previously used for this provided soldering or the like.

Grundsätzlich kann der in Fig. 2A, B gezeigte Teil Endstufe in der Fertigung des Sensorbauteiles darstellen. Vorzugsweise wird jedoch in einem weiteren Fertigungsschritt, der in Fig. 3A, B gezeigt ist, ein weiteres Kunststoff-Formteil an dem Formteil 6 angeformt. Der weitere Formteil trägt das Bezugszeichen 7 und schafft ein Steckergehäuse, welches die freiliegenden Endbereiche der Anschlusselemente 5 umgibt und einen Stecker (nicht gezeigt) einer Kabelleitung aufnehmen kann. Der weitere Formteil 7 wird am Formteil 6 angeformt, indem der Teil gemäss Fig. 2A, B in eine Spritzgiessform mit einer Konfiguration entsprechend dem Formteil 7 eingegeben und in die Spritzgiessform eine Schmelze aus einem Kunststoffmaterial eingespritzt wird, so dass sich dieses mit dem Kunststoffmaterial des anfänglichen Formteiles 6 integral verbinden kann. Das Kunststoffmaterial kann sich in wenigstens einem Materialparameter von dem Kunststoffmaterial des Formteiles 6 unterscheiden, um gewünschte vorteilhafte Eigenschaften oder Effekte zu erzielen. Materialparameter können sein die Materialzusammensetzung, -beschaffenheit, Farbe, Härte, Temperaturbeständigkeit etc.. Ein bevorzugtes Kunststoffmaterial für den Formteil 6 ist Polybutylen-Terephthalat (PBT) und für den Formteil 7 Polyamid (PA). Andere Materialkombinationen können ebenfalls vorgesehen werden.In principle, the part shown in FIGS. 2A, B can represent the final stage in the manufacture of the sensor component. However, in a further manufacturing step, which is shown in FIGS. 3A, B, a further plastic molded part is preferably molded onto the molded part 6 . The further molded part bears the reference number 7 and creates a plug housing which surrounds the exposed end regions of the connection elements 5 and can accommodate a plug (not shown) of a cable line. The further molded part 7 is molded onto the molded part 6 by inserting the part according to FIGS . 2A, B into an injection mold with a configuration corresponding to the molded part 7 and injecting a melt made of a plastic material into the injection mold, so that it is in contact with the plastic material of the initial molded part 6 can connect integrally. The plastic material can differ from the plastic material of the molded part 6 in at least one material parameter in order to achieve desired advantageous properties or effects. Material parameters can be the material composition, nature, color, hardness, temperature resistance, etc. A preferred plastic material for the molded part 6 is polybutylene terephthalate (PBT) and for the molded part 7 polyamide (PA). Other combinations of materials can also be provided.

Darauf hinzuweisen ist, dass anstelle von Formteilen 6, 7 aus unterschiedlichen Spritzgiessvorgängen auch nur ein Formteil aus einem geeigneten Kunststoffmaterial in einem Fertigungsschritt gebildet werden kann, der gleichzeitig die Anschlusselemente 5 gegenüber dem Basisteil 1 permanent fixiert und eine Steckergehäuse mit einer Konfiguration entsprechend dem Formteil 7 schafft.It should be pointed out that instead of molded parts 6 , 7 from different injection molding processes, only one molded part made of a suitable plastic material can be formed in one production step, which simultaneously permanently fixes the connection elements 5 with respect to the base part 1 and a connector housing with a configuration corresponding to the molded part 7 creates.

Fig. 4 zeigt, dass ein Paar Anschlusselemente 5 parallel zueinander im Formteil 6 eingebettet und dadurch mit den Ösen 4 permanent fest verbunden sind. Wenn erwünscht, können die Anschlusselemente 5 nahe den Ösen 4 erweiterte Bereiche 8 haben, die die feste Verankerung der Anschlusselemente 5 in dem Kunststoffmaterial des Formteiles 6 verbessern. FIG. 4 shows that a pair of connection elements 5 are embedded in the molded part 6 parallel to one another and are thus permanently connected to the eyelets 4 . If desired, the connection elements 5 near the eyelets 4 can have expanded areas 8 which improve the firm anchoring of the connection elements 5 in the plastic material of the molded part 6 .

Obschon es in vielen Fällen ausreicht, zur Vorfixierung die Anschlusselemente 5 gemäss Fig. 1 A, B lediglich mit etwas grösserem Durchmesser als die Ösen 4 zu dimensionieren, so dass die Anschlusselemente 5 mit einer geeigneten Kraft in die Ösen 4 eingepresst werden müssen, wird bevorzugt, dass die in die Ösen 4 eingreifenden Endbereiche der Anschlusselemente 5 so ausgebildet sind, dass dadurch der Friktionssitz in den Ösen 4 verbessert wird. Vorzugsweise sind zu diesem Zweck die Endbereiche der Anschlusselemente 5 als Einpressverbindungen (nicht gezeigt) ausgebildet, die unter der Bezeichnung AMP Action Pin von der Firma AMP Deutschland GmbH, Amperestr. 7-11, D-63225 Langen/Deutschland bezogen werden können.Although it is sufficient in many cases to dimension the connection elements 5 according to FIGS. 1A , B only with a slightly larger diameter than the eyelets 4 , so that the connection elements 5 have to be pressed into the eyelets 4 with a suitable force, it is preferred that the end regions of the connecting elements 5 engaging in the eyelets 4 are designed such that the friction fit in the eyelets 4 is improved. For this purpose, the end regions of the connection elements 5 are preferably designed as press-in connections (not shown), which are sold under the name AMP Action Pin by AMP Deutschland GmbH, Amperestr. 7-11, D-63225 Langen / Germany.

Obschon bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung der Formteil, der die Anschlusselemente gegenüber dem Basisteil permanent fixiert, nur im Bereich des Basiteils nahe den Ösen ausgebildet ist, kann, wenn erwünscht, der Formteil auch den gesamten Basisteil einschliesslich des Sensorelementes einbetten. Es versteht sich ferner, dass jeder erwähnte Fertigungsschritt eine gleichzeitige Fertigung eines Vielzahl von Teilen umfassen kann.Although in the above-described embodiments of the invention, the molding that the Connection elements permanently fixed to the base part, only close to the base part the eyelets, the molded part can, if desired, the entire base part including the sensor element. It is also understood that everyone mentioned Manufacturing step can include a simultaneous manufacture of a plurality of parts.

Claims

1.Method for producing an electrical component, consisting of a base part with metallic conductor paths, metallic connection elements in conductive contact with the conductor paths and a molded part which surrounds at least adjacent regions of the base part and the connection elements and is made of a plastic material, in which the connection elements in a first step are pre-fixed in a non-positive, electrically conductive manner on the conductor paths, characterized by the further steps:

a) Entering the part obtained from the first step as an insert into an injection mold adapted to the molded part in such a way that at least the adjacent regions of the connection elements, the base part and the conductor paths are embedded in a melt of the plastic material when it is filled into the injection mold
b) filling the melt into the injection mold, and
c) Allowing the melt to solidify, as a result of which the connection elements and the conductor paths are permanently connected to one another in an electrically conductive manner.

2. The method according to claim 1, characterized in that the connecting elements for Pre-fixation must be pressed into the openings in the conductor paths.

3. The method according to claim 2, characterized in that the connection elements under be pre-fixed at an acute, in particular right angle to the conductor paths.

4. The method according to claim 1, characterized in that the base part essentially is completely embedded in the plastic material.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least the adjacent areas of the connection elements, the base part and the conductor paths Embedding molded part is formed as a connector receptacle.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that according to the Formation of at least the adjacent areas of the connection elements, the base part and of the molded part embedding the conductor paths there is a further molded part from a Plastic material is molded by injection molding, which is different from the plastic material of the a molded part in at least one of the material parameters, such as material composition, Material quality, color, hardness, temperature resistance differs.

7. The method according to claim 6, characterized in that the further molded part as Plug receptacle housing is formed.

8.Electrical component consisting of a base part ( 1 ) with metallic conductor paths, metallic connection elements ( 5 ) in conductive contact with the conductor paths and a molded part ( 6 ) enclosing at least adjacent areas of the base part, the conductor paths and the connection elements, made of a plastic material, wherein the connection elements are electrically conductively connected to the conductor paths, characterized in that the connection elements ( 5 ) are held in permanent mutual electrical connection with the conductor paths by the molded part ( 6 ) integrally molded onto the base part and the connection elements by injection molding.

9. Component according to claim 8, characterized in that this is a sensor element includes.