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Die
vorliegende Erfindung betrifft, nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1, eine Leiterbahnstruktur mit elektrischen oder elektronischen
Bauteilen, wobei die Leiterbahnstruktur zum zumindest bereichsweisen
Verguss mit einem Kunststoffwerkstoff vorgesehen ist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Schutzgehäuse mit zu einer Leiterbahnstruktur
form- und flächenkomplementären Einrichtungen
zur Befestigung des Schutzgehäuses
an der Leiterbahnstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Darüber
hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur elektrisch
leitenden Anordnung eines elektrischen oder elektronischen Bauteils
an einer Leiterbahnstruktur zur Bildung einer Baugruppe nach dem
Anspruch 12.
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Bei
der Herstellung mechatronischer Komponenten, wie beispielsweise
dem Bürstenhaltergehäuse eines
Generators, werden häufig
Spritzgussverfahren verwendet der Gestalt, dass solche, eine Leiterbahnstruktur
aufweisende Komponenten, mit einem Kunststoffwerkstoff vergossen
werden.
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Eine
hohe Integrationsdichte von Bauteilen und Komponenten führt nun
dazu, dass oftmals bereits vormontierte Bauteile, wie beispielsweise
keramische Kondensatoren oder Widerstände, in diesem Spritzgussverfahren
mit umschlossen werden. Dabei wird die Leiterbahnstruktur mit dem
vormontierten elektrischen oder elektronischen Bauteilen in eine Spritzgussform
eingebracht und unter hohem Druck von beispielsweise bis zu 1600
bar und einer hohen Temperatur von beispielsweise bis zu 350 °C von dem
geschmolzenen Kunststoffwerkstoff umgeben.
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Es
hat sich nun gezeigt, dass die beim Spritzgussverfahren vorherrschenden
hohen Drücke dazu
führen
können,
dass die vormontierten elektrischen oder elekt ronischen Bauteile
von der Leiterbahnstruktur schlichtweg weggerissen werden, was zu
hohen Ausschussraten führt
und darüber
hinaus bei solchen Leiterbahnstrukturen, deren elektrische oder
elektronische Bauteile auf der Leiterbahnstruktur verbleiben, und
nicht weggerissen werden, die beim Spritzgussverfahren vorherrschenden
hohen Temperaturen zu einer thermischen Überbelastung der Bauteile führen.
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Die
Industrie stellt keine elektrischen oder elektronischen Bauteile
zur Verfügung,
die speziell auf die hohen thermischen Belastungen beim Vergießen der
Leiterbahnstruktur mit einem Kunststoffwerkstoff ausgelegt sind,
sodass zwangsweise solche Komponenten verbaut werden, die nur für die Belastungen
des späteren
regulären
Betriebs ausgelegt sind.
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Die
beim Vergießen
vorherrschenden hohen Temperaturen können daher zu einer zum Ausfall
der elektrischen oder elektronischen Bauteile führenden Schädigung im zweistelligen Prozentbereich
führen. Bei
denjenigen Bauteilen, die die thermische Überbelastung überstehen,
kommt es zu einer Vorschädigung
bzw. vorgezogenen Alterung des Bauteils und darüber hinaus entsteht das Problem,
dass aufgrund der Tatsache, dass die bauteilspezifischen kritischen Maximaltemperaturen überschritten
werden, keine statistischen Modelle zur Verfügung stehen, die diese undefinierte
Art der Vorschädigung
berücksichtigen. Die
einerseits zum Ausfall führenden
hohen mechanischen Belastungen während
des Vergießens
können
daher zu einem sofortigen Unbrauchwerden der Leiterbahnstrukturen
führen
und die hohen thermischen Belastungen können auch Ursache für hohe Ausfallraten
der Leiterbahnstrukturen während
des späteren
Betriebs sein.
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Ausgehend
hiervon liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde,
eine Leiterbahnstruktur mit elektrischen oder elektronischen Bauteilen
zu schaffen, die zum zumindest bereichsweisen Verguss mit einem
Kunststoffwerkstoff vorgesehen ist, die die beim Vergießen herrschenden
hohen mechanischen Belastungen vormontierter Komponenten beseitigt
und darüber
hinaus auch die thermische Belastung der Komponenten verringert.
Auch soll die Erfindung ein Schutzgehäuse für vorzumontierende oder vormontierte
elektrische oder elektro nische Bauteile zur Anordnung an der Leiterbahnstruktur
schaffen und eine Verfahren zur elektrisch leitenden Anordnung eines
elektrischen oder elektronischen Bauteils einer Leiterbahnstruktur
zur Bildung einer Baugruppe bereitstellen.
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Die
Erfindung weist nunmehr zur Lösung
dieser Aufgabe hinsichtlich der Leiterbahnstruktur die Merkmale
nach dem Anspruch 1 auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind
in den weiteren Ansprüchen
beschrieben.
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Darüber hinaus
schafft die Erfindung eine Schutzgehäuse nach den Merkmalen des
Anspruchs 8, wobei vorteilhafte Ausgestaltung hiervon in den weiteren
Ansprüchen
beschrieben sind und die Erfindung zeichnet sich darüber hinaus
hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12 aus.
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Die
Erfindung sieht nun eine Leiterbahnstruktur vor mit elektrischen
oder elektronischen Bauteilen, wobei die Leiterbahnstruktur zum
zumindest bereichsweisen Verguss mit Kunststoffwerkstoff vorgesehen
ist und mindestens ein an der Leiterbahnstruktur festgelegtes Schutzgehäuse vorgesehen
ist mit einem Innenraum zur Aufnahme mindestens eines elektrischen
oder elektronischen Bauteils und das Schutzgehäuse Durchlässe besitzt zur elektrischen
Verbindung von Anschlüssen
des Bauteils mit der Leiterbahnstruktur und so ausgebildet ist, dass
das Bauteil gegen thermische und mechanische Belastungen beim Vergießen und/oder
im Betrieb geschützt
ist.
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Durch
das an der Leiterbahnstruktur festlegbare Schutzgehäuse – wobei
auch beispielsweise eine einstückige
Ausbildung mehrerer derartiger miteinander verbundener Schutzgehäuse mit
jeweils einem oder mehreren darin angeordneten elektrischen oder
elektronischen Bauteilen möglich
sind – werden die
darin angeordneten Bauteile gegen die beim Vergießen herrschenden
Drücke
geschützt
und auch gegen die hohen thermischen Belastungen, da die elektrischen
oder elektronischen Bauteile nicht mehr vollständig direkt mit dem Vergusswerkstoff
in Kontakt gelangen.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Schutzgehäuse aus
einem Kunststoffwerkstoff gebildet ist, der dem zum Vergießen der
Leiterbahnstruktur vorgesehenen Kunststoffwerkstoff entspricht.
Diese Ausbildung führt
dazu, dass der mit hohen Temperaturen beim Vergießen vorliegende
Kunststoffwerkstoff das Schutzgehäuse anlöst und somit eine gute mechanische
Verbindung zwischen dem Schutzgehäuse und dem umgebenden Vergusswerkstoff
gegeben ist.
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Das
Schutzgehäuse
selbst kann auch ein Verbundwerkstoff sein, das in einem separaten Spritzgussverfahren
gefertigt worden ist.
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Als
geeignete Werkstoffe kommen vor allem thermoplastische Kunststoffe
in Frage. Dabei hat sich herausgestellt, dass Polyphenylene besonders
geeignet sind. Polyphenylene enthalten aromatische Ringstrukturen,
die über
Sauerstoff- oder Schwefelbrücken
miteinander verknüpft
sind. Der hohe Vorteil bei der Verwendung von Polyphenylenen liegt
an ihrer außerordentlichen
Hochtemperaturbeständigkeit und
ihrer schweren Entflammbarkeit. Es hat sich herausgestellt, dass
Polyaryletherketone, Polyaryletheretherketone und Polyphenylensulfid
besonders geeignet sind.
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Dabei
ist die Verwendung von Polyphenylensulfid besonders bevorzugt.
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Polyphenylensulfid
weist neben der bereits erwähnten
Hochtemperaturbeständigkeit
und schweren Entflammbarkeit auch eine sehr hohe Steifigkeit und
Härte wie
auch ein ausgezeichnetes Kriechverhalten auf. Die Verwendung von
Polyphenylensulfid kann auch mit Glasfasern verstärkt erfolgen.
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Die
chemischen und mechanischen Eigenschaften der genannten Werkstoffe
beeinflussen die Funktion und Qualität der elektrischen oder elektronischen
Bauteile nicht und führen
insbesondere auch nicht zu Ausgasvorgängen, die Fehlstellen in den Bauteilen
verursachen könnten.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Schutzgehäuse zumindest
abschnittsweise mit metallischen Bereichen zur Erhöhung der
Druckstabilität
des Schutzgehäuses
und zur Verteilung der das Schutzgehäuse beim Vergießen der
aufschlagenden Wärme über weitgehend
das gesamte Schutzgehäuse
versehen ist.
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So
kann das Schutzgehäuse
beispielsweise ein integriertes Schutzrohr aufweisen, welches zu
einer hohen Druckstabilität
führt und
darüber
hinaus zu einer gleichmäßigen Verteilung
des Temperaturprofils über
das gesamte Schutzgehäuse
führt,
sodass lokale Temperaturspitzen im elektrischen oder elektronischen
Bauteil vermieden werden. Ganz allgemein können die Form und die Abmessungen,
wie beispielsweise die Wandstärke
des Schutzgehäuses, unter
Berücksichtigung
der während
des Spritzgießverfahrens
herrschenden Fertigungsparameter so angepasst werden, dass das darin
angeordnete elektrische oder elektronische Bauteil einerseits gegen mechanische
Verformung ausreichend geschützt
ist und die im Bauteil beim Spritzgießverfahren herrschenden Temperaturen
nicht die maximal zulässigen
Temperaturen überschreiten.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die für das Herausleiten
der elektrischen Anschlüsse
des im Schutzgehäuse
angeordneten Bauteile notwendigen Durchlässe des Schutzgehäuses hinsichtlich
ihrer Form und Abmessungen so an die Anschlüsse des Bauteils angepasst sind,
dass eine Dichtwirkung gegenüber
dem zum Vergießen
vorgesehenen Kunststoffwerkstoff erreicht wird. Über eine den Fertigungsparametern
angepasste Auswahl der Passungen und Toleranzen des Gehäuses kann
nunmehr eine ausreichende Formstabilität und Dichtwirkung erreicht
werden. Da während
des Spritzgießverfahrens
bei Drücken
von beispielsweise bis 1600 bar die Tendenz bestehen kann, dass
Vergussmasse durch die zum Herausleiten den elektrischen Anschlüsse notwendigen
Durchlässe
des Schutzgehäuses
eindringen, können
im Bereich dieser Durchlässe
beispielsweise metallische Einlagen vorgesehen sein, durch die die
elektrischen Anschlüsse
der Bauteile mit einer Passung hindurchgeführt werden und somit der Anteil
an Vergussmasse, der durch die durchlässigen Durchtritt minimiert
wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Form
und die Abmessungen des Schutzgehäuses derart an das Bauteil
angepasst sind, dass die Bauteiltemperatur beim Vergießen unterhalb
einer bauteilspezifischen Maximaltemperatur verbleibt, deren Überschreiten
eine thermische Schädigung
des Bauteils verursachen würde.
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Wie
vorstehend bereits erläutet
wurde, wird die Vergussmasse beim Vergießen der Leiterbahnstruktur
mit einem hohen Verarbeitungsdruck in die Spritzgussform eingebracht,
sodass es nach der Erfindung vorgesehen ist, dass das Schutzgehäuse an der
Leiterbahnstruktur zugewandten Bereichen mit zur Leiterbahnstruktur
form- und flächenkomplementären Einrichtungen
zur Befestigung des Schutzgehäuses
an der Leiterbahnstruktur versehen ist. Mit dieser Ausbildung wird
erreicht, dass das Schutzgehäuse
an der Leiterbahnstruktur festgelegt wird und durch die beim Vergießen vorherrschenden
hohen Drücke,
die zu einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung der Gehäusewandungen
des Schutzgehäuses
führen,
nicht von der Leiterbahnstruktur getrennt wird. Zu diesem Zweck
können
an dem Schutzgehäuse
Elemente, wie beispielsweise Kanten, Absätze, Vertiefungen und dergleichen
vorgesehen sein, die eine Befestigung an einzelnen Strukturen der
Leiterbahnstruktur zulassen, sodass das Schutzgehäuse nach
der Art einer Rastverbindung fest mit der Leiterbahnstruktur verklippst
werden kann und sich somit während
des Spritzgussprozesses nicht von der Leiterbahnstruktur lösen kann.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anschlüsse des
Bauteils mit Zugentlastungseinrichtungen versehen sind. Es bedeutet
dies mit anderen Worten, dass die im Schutzgehäuse angeordneten Bauteile in
der Form zweidimensionaler oder dreidimensionaler Zugentlastungseinrichtungen
versehen sind. Die zum Einsatz kommenden elektrischen oder elektronischen
Bauteile bestehen selbst wiederum aus unterschiedlichen Werkstoffen,
wie beispielsweise Kunststoffwerkstoffen, metallischen Leitern,
keramische Strukturen, die unterschiedliche Elastizitätsmoduli
und unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzen. Diese Bauteile werden während des Spritzgussverfahrens
mit Temperaturen belastet, die zwar unterhalb der kritischen zulässigen Maximaltemperatur
liegen, die aber aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
zu Formänderungen
führen. Auch
während
des Betriebs der Leiterbahnstruktur treten, beispielsweise bei dem
Eingangs genannten Bürstenhalter
im Generator weitere Temperaturbereiche von beispielsweise –30 °C bis 175 °C auf, sodass es
wiederum zu unterschiedlichen Relativdehnungen kommt. Diese zyklischen
Temperaturbelastungen führen
zu zyklischen Spannungen im Bauteil, die die zu erwartende Betriebsdauer
des Bauteils verringern können.
Um nun den Einfluss dieser zyklischen Spannungen auf die Lebensdauer
des Bauteils zu verringern, ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass
das elektrische oder elektronische Bauteil über die im Bereich der Anschlüsse vorgesehen
Zugentlastungseinrichtungen entlastet wird. Wenn es sich bei dem
Bauteil beispielsweise um einen keramischen Kondensator handelt,
so führt
ein Anstieg der Bauteiltemperatur und damit auch der Anschlüsse von
beispielsweise –30 °C auf 150 °C zu einer
deutlichen Längenänderung
der metallischen Anschlüsse des
Bauteils, während
der keramische Bauteilkörper eine
deutlich geringere Ausdehnung erfährt. Die im Bereich der Anschlüsse vorgesehenen
Zugentlastungen können
nunmehr diese unterschiedlichen Wärmeausdehnungen kompensieren,
sodass sich über dem
keramischen Kondensator kein ausfallförderndes Spannungsprofil aufbauen
kann.
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Die
Erfindung schafft nun auch Schutzgehäuse mit zu einer Leiterbahnstruktur
form- und flächenkomplementären Einrichtungen
zur Befestigung des Schutzgehäuses
an der Leiterbahnstruktur, wobei das Schutzgehäuse einen Innenraum besitzt
zur Aufnahme mindestens eines elektrischen oder elektronischen Bauteils
und Durchlässe
aufweist zur elektrischen Verbindung von Anschlüssen des Bauteils mit der Leiterbahnstruktur
und wobei das Schutzgehäuse
derart ausgebildet ist, dass es das Bauteil gegen thermische und
mechanische Belastungen beim Vergießen der Leiterbahnstruktur und/oder
im Betrieb der Leiterbahnstruktur schützt.
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Mittels
der zur Leiterbahnstruktur form- und flächenkomplementären Einrichtungen
kann das Schutzgehäuse
an der Leiterbahnstruktur befestigt werden, beispielsweise mittels
einer Rastverbindung. Das Schutzgehäuse weist einen Innenraum auf,
in dem ein oder mehrere elektrische oder elektronische Bauteile
angeordnet werden können,
sodass am Bauteil vorgesehene elektrische Anschlussleitungen über Durchlässe des
Schutzgehäuses
zur elektrischen Verbindung mit der Leiterbahnstruktur nach außen geführt werden
können
und das Schutzgehäuse
bezüglich
beispielsweise Außenabmessungen und
Wandstärke
so an das aufzunehmende oder die aufzunehmenden Bauteile angepasst
ist, dass das Bauteil einerseits gegen mechanische Belastungen während des
Vergießens
der Leiterbahnstruktur mit einer Vergussmasse geschützt ist
und von dem Schutzgehäuse
auch so gegen thermische Belastungen geschützt wird, dass eine kritische
Maximaltemperatur des Bauteils, oberhalb derer eine thermische Beschädigung des
Bauteils eintreten würde,
vermieden wird.
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Das
nach der Erfindung vorgesehene Schutzgehäuse kann darüber hinaus
metallische Bereiche, beispielsweise in der Form von Einlagen, Schutzrohren
oder dergleichen besitzen, die die Druckstabilität des Schutzgehäuses erhöhen und
die die das Schutzgehäuse
beim Vergießen
beaufschlagende Wärme über das
gesamte Schutzgehäuse
so verteilen, dass unzulässige
Temperaturspitzen des im Schutzgehäuse aufgenommenen elektrischen oder
elektronischen Bauteils vermieden werden.
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Auch
kann das Schutzgehäuse
nach einer Weiterbildung der Erfindung so ausgebildet sein, dass
die Durchlässe
für das
Herausleiten der elektrischen Anschlussleitungen des oder der Bauteile
an diese so form- und flächenkomplementär angepasst sind,
dass einen Dichtwirkung gegenüber
dem zum Vergießen
vorgesehenen Kunststoffwerkstoff erreicht wird.
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Schließlich schafft
die Erfindung auch noch ein Verfahren zur elektrisch leitenden Anordnung
eines elektrischen oder elektronischen Bauteils an einer Leiterbahnstruktur
zur Bildung einer Baugruppe, wobei nach dem Verfahren zunächst ein
Schutzgehäuse
an der Leiterbahnstruktur befestigt wird, beispielsweise mittels
einer Rastverbindung zwischen metallischen Bereichen der Leiterbahnstruktur
und komplementär
zu diesen ausgebildeten Ausnehmungen des Schutzgehäuses, sodass
das Schutzgehäuse
mit der Leiterbahnstruktur verklippst werden kann und wonach nach
der Anordnung des Schutzgehäuses
in einem Innenraum des Schutzgehäuses
das Bauteil mit im Bereich der Anschlüsse vorgesehenen Zugentlastungen
eingebracht wird und die Anschlüsse
des Bauteils elektrisch leitend mit der Leiterbahnstruktur zur Bildung
einer Baugruppe verbunden werden und sodann die Baugruppe mittels
eines Spritzgussverfahrens zumindest bereichsweise mit einem Kunststoffwerkstoff
vergossen wird.
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Als
Alternative hierzu kann das elektrische oder elektronische Bauteil
auch vor der Anordnung des Schutzgehäuses an der Leiterbahnstruktur
in dem Schutzgehäuse
angebracht werden, sodass dann das Schutzgehäuse mit dem im Innenraum mit einer
Zugentlastung der Anschlüsse
angeordneten Bauteil an der Leiterbahnanordnung befestigt wird und
sodann die Anschlüsse
elektrisch leitend mit der Leiterbahnanordnung zur Bildung einer
Baugruppe verbunden werden und dann die Baugruppe mittels eines
Spritzgussverfahrens zumindest bereichsweise mit einem Kunststoffwerkstoff
vergossen wird.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in:
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1 ein
Schutzgehäuse
gemäß einer
Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung in einer Längsschnittansicht mit einem
in Innenraum des Schutzgehäuses
angeordneten keramischen Kondensator;
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2 eine
Draufsichtansicht auf eine Leiterbahnstruktur mit drei Schutzgehäusen nach 1, wobei
der Verdeutlichung der Darstellung halber eines der Schutzgehäuse in einer
Längsschnittansicht geschnitten
dargestellt ist; und
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3 ein
Diagramm zur Darstellung des Temperaturverlaufs in einem keramischen
Kondensator zum Vergleich bei der Anordnung des Kondensators in
einem Schutzgehäuse
nach der Erfindung und bei direkter Anordnung auf der Leiterbahnstruktur
ohne ein erfindungsgemäßes Schutzgehäuse.
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Bei
dem in 1 dargestellten Schutzgehäuse 1 handelt es sich
um eine längsge streckte Ausführungsform,
die zur Aufnahme eines ebenfalls längsgestreckt ausgebildeten
keramischen Kondensators 2 ausgebildet ist.
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Das
in 1 dargestellte Schutzgehäuse 1 wird aus Polyphenylensulfid
(PPS) in einem Spritzgussverfahren als Verbundbauteil mit einem
radial außen
liegenden Hüllrohr 3 aus
Metall gebildet. Das Hüllrohr 3 erstreckt
sich dabei weitgehend über
die gesamte axiale Länge
eines im Schutzgehäuse 1 innen
liegenden Innenraums 4, der der Aufnahme des keramischen
Kondensators 2 dient.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist das Schutzgehäuse 1 zweiteilig
ausgebildet mit einem kegelstumpfförmig zulaufenden Hauptkörper 5 und
einem der kegelstumpfförmigen
Spitze 6 des Hauptkörpers 5 gegenüberliegenden
Deckel 7.
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Bei
der Anordnung des Schutzgehäuses 1 an
der in 2 dargestellten Leiterbahnstruktur 8 befindet
sich die Spitze 6 des Schutzgehäuses 1 der Haupteinströmrichtung
der flüssigen
Vergussmasse aus Polyphenylensulfid gegenüberliegend angeordnet, sodass
mit der kegelstumpfförmigen
Spitze 6 ein Effekt der Ableitung der einströmenden Vergussmasse
an der Kegelspitze 6 erreicht werden kann.
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Die
Kegelspitze 6 wird von einem Durchlass 9 durchsetzt,
durch den eine Anschlussleitung 10 des keramischen Kondensators 2 aus
dem Schutzgehäuse 1 herausgeführt werden
kann.
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Der
Innendurchmesser des Durchlasses 9 entspricht dabei weitgehend
dem Außendurchmesser
der Anschlussleitung 10, sodass durch diese Konfiguration
eine Abdichtwirkung gegenüber
der unter hohem Druck einströmenden
Vergussmasse erreicht werden kann.
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Der
der kegelstumpfförmigen
Spitze 6 gegenüberliegend
angeordnete Deckel 7 weist ebenfalls einen Durchlass 11 zum
Herausführen
einer Anschlussleitung 12 des keramischen Kondensators 2 auf,
wobei der Innendurchmesser des Durchlasses 11 weitgehend
dem Außendurchmesser
der Anschlussleitung 12 zur Herbei führung einer Dichtwirkung gegenüber der
Vergussmasse entspricht.
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Wie
es ohne weiteres anhand von 1 der Zeichnung
ersichtlich ist, weist der Deckel 7 an seinem dem Hauptkörper 5 zugewandten
Ende einen Vorsprung 13 auf, der form- und flächenkomplementär zu einer
am Hauptkörper 5 ausgebildeten
Ringnut 14 verläuft.
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Damit
kann der Deckel 7 mit dem Hauptkörper 5 zum weitgehend
hermetischen Abschließen des
Innenraums 4 verschlossen werden, indem der Deckel 7 mit
dem Vorsprung 13 in das offene Ende des Hauptkörpers 5 eingeführt wird. 1 der
Zeichnung zeigt, dass sich das Hüllrohr 3 nicht
bis über den
Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Deckel 7 und
dem Hauptkörper 5 erstreckt,
sodass beim Einführen
des Deckels 7 in den Hauptkörper 5 der außenliegende
Bereich des Hauptkörpers 5 geringfügig in Richtung
nach radialer außen
ausweichen kann, während
der stirnseitige Endbereich mit dem Vorsprung 13 des Deckels 7 in
Richtung nach radialer innen gerichtet ausweichen kann, bis der Vorsprung 13 in
den Bereich der Ringnut 14 gelangt und somit der Vorsprung 13 in
die Ringnut 14 einschnappt und eine weitgehend hermetische
Abdichtung des Innenraums 4 gegenüber der Vergussmasse erreicht
wird.
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Wie
es ohne weiteres anhand von 1 der Zeichnung
ersichtlich ist, sind die Anschlussleitungen 10 und 12 des
keramischen Kondensators 2 im Innenraum 4 des
Schutzgehäuses 1 mäanderförmig ausgebildet,
sodass durch diese Ausbildung eine Zugentlastung der Anschlussleitungen 10 und 12 erreicht
wird.
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Diese
Zugentlastung führt
nun dazu, dass bei einer aufgrund des Vergießens mit der heißen Vergussmasse
oder auch im Betrieb der an einer Leiterbahnstruktur 8 angeordneten
Konfiguration aus Schutzgehäuse 1 und
keramischem Kondensators 2 auftretenden thermischen Belastung
aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffe unvermeidbare Relativdehnungen
nicht zu auf den keramischen Kondensator 2 wirkenden thermisch
bedingten Verspannungen führen
können.
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2 der
Zeichnung zeigt nun lediglich beispielhalber eine Leiterbahnstruktur 8 mit
durchbrochenen Leiterbahnen 15 an denen bei der dargestellten
Ausführungsform
drei Schutzgehäuse 16, 17 und 18 angebracht
sind. Zur Verdeutlichung der Darstellung halber ist dabei das Schutzgehäuse 16 in
einer Längsschnittdarstellung
mit innen liegendem keramischen Kondensator 2 gezeigt,
während
die Schutzgehäuse 17 und 18 geschlossen
dargestellt sind, in einem Zustand also, in dem die Leiterbahnstruktur 8 mit
den daran angeordneten Schutzgehäusen
zum Vergießen
mit einer nicht dargestellten Vergussmasse vorgesehen ist.
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Bei
der in 2 der Zeichnungen dargestellten Leiterbahnstruktur 8 handelt
es sich lediglich um ein Beispiel zur Erläuterung der Erfindung, es ist
aber ohne weiteres klar, dass es sich hierbei auch um ein Substrat
handeln kann.
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Wenn
nun beispielsweise ein Bürstenhaltergehäuse eines
Generators eine Baugruppe mit Leiterbahnstrukturen mit elektrischen
oder elektronischen Bauteilen, wie es beispielsweise in 2 der Zeichnungen
dargestellt ist, hergestellt werden soll, so können die mit im Innenraum der
Schutzgehäuse 16, 17 und 18 mit
jeweiligen Zugentlastungen der Anschlüsse angeordneten Bauteile an
der Leiterbahnanordnung befestigt werden und die Anschlüsse elektrisch
leitend mit der Leiterbahnanordnung zur Bildung einer Baugruppe
verbunden werden. In einem nächsten
Arbeitsschritt kann sodann die Baugruppe mittels eines Spritzgussverfahrens
zumindest bereichsweise mit einem Kunststoffwerkstoff vergossen werden. 2 der
Zeichnung zeigt nun eine Ausführungsform
einer Leiterbahnstruktur 8 mit daran angeordneten Schutzgehäusen vor
dem Vorgang des Vergießens
mit der Vergussmasse aus beispielsweise Polyphenylensulfid.
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Aufgrund
der Anordnung der elektrischen oder elektronischen Bauteile in Form
beispielsweise keramischer Kondensatoren werden diese Bauteile einerseits
gegen die beim Vergießen
auftretenden hohen mechanischen Belastungen geschützt und
andererseits auch gegen die hier vorliegenden hohen Temperaturen,
sodass die Bauteile gegen eine Vorschädigung geschützt sind.
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3 der
Zeichnung zeigt nun ein Diagramm zur Erläuterung des Temperaturverlaufs
eines keramischen Kondensators während
des Umspritzens der Leiterbahn struktur mit einer Vergussmasse aus
Polyphenylensulfid im Vergleich, wenn der keramische Kondensator
sich innerhalb des Schutzgehäuses
angeordnet befindet Kurve 2 und wenn er direkt an der Leiterbahnstruktur
ohne schützendes
Schutzgehäuse
angeordnet ist Kurve 1.
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Jedes
elektrische oder elektronische Bauteil besitzt eine kritische Maximaltemperatur
Tkrit, deren einmalige Überschreitung während der
Fertigung bereits zu einer Vorschädigung des Bauteils führen kann.
Bei dem genannten Beispiel des keramischen Kondensators beträgt diese
Temperatur Tkrit 260 °C.
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Ein
typischer Spritzgussprozess zeichnet sich nun dadurch aus, dass
das zu umschmelzende Objekt zu einem Zeitpunkt t = 0 in die Spritzgussform eingebracht
wird und dabei eine Temperatur T = T1 aufweist.
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In
der sich daran anschließenden
Vorheizphase steigt die Temperatur des zu umschmelzenden Bauteils
von der Temperatur T1 zur Temperatur T2 an. Die Temperatur T2 des
im Schutzgehäuse
angeordneten Bauteils unterscheidet sich von der Temperatur des
direkt an der Leiterbahnstruktur angebrachten Bauteils aufgrund
der langen Vorheizphase nicht oder nur unwesentlich, sodass in diesem
Bereich die Kurve 1 weitgehend deckungsgleich mit der Kurve 2 verläuft.
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Zum
Zeitpunkt t = 1 wird unter hohem Druck und unter hoher Temperatur
das Vergussmaterial in die Form gepresst und verursacht bei dem
direkt an der Leiterbahnstruktur ohne Schutzgehäuse angeordneten keramischen
Kondensator einen mit steilem Gradienten ablaufenden Temperaturanstieg
zu der Temperatur T3, wobei die kritische
Bauteiltemperatur Tkrit deutlich überschritten
wird. Es macht dies deutlich, dass bei dem direkt an der Leiterbahnstruktur
ohne Schutzgehäuse 1 angeordneten
keramischen Kondensator eine Vorschädigung eingetreten ist, der
Ausfall des Kondensators ist vorbestimmt.
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Im
Gegensatz hierzu verläuft
bei dem im Schutzgehäuse 1 angeordneten
keramischen Kondensator der Temperaturanstieg entlang der Kurve 2 mit
einem deutlich niedrigerem Gradienten und die Temperatur des keramischen
Kondensators bleibt unterhalb der kritischen Bauteiltemperatur Tkrit. An die jeweiligen Aufheizphasen während des
Umspritzens mit der Vergussmasse anschließend treten dann Abkühlphasen
auf, auch die Temperatur des ohne Schutzgehäuse an der Leiterbahnstruktur
angebrachten keramischen Kondensators sinkt entlang der Kurve 1 wieder
unterhalb der kritischen Bauteiltemperatur Tkrit ab,
der Kondensator bleibt aber vorgeschädigt.
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Die
Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass durch den Einsatz
des Schutzgehäuses
die kritische Maximaltemperatur des elektrischen oder elektronischen
Bauteils an der Leiterbahnstruktur während des Umspritzens der Leiterbahnstruktur
mit der unter hohem Druck und unter hoher Temperatur einströmenden Vergussmasse
nicht erreicht wird. Durch die Anordnung der elektrischen oder elektronischen
Bauteile innerhalb des Schutzgehäuses
mit einer Zugentlastung im Bereich der Anschlussleitungen wird darüber hinaus
vermieden, dass aufgrund unterschiedlicher Relativdehnungen unterschiedlicher
Werkstoffe des Schutzgehäuses
und/oder der elektrischen oder elektronischen Bauteile eine Schädigung der
Bauteile hervorrufenden thermisch bedingten Spannungen auftreten.
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Hinsichtlich
vorstehend im Einzelnen nicht näher
erläuterter
Merkmale der Erfindung wird im Übrigen
ausdrücklich
auf die Ansprüche
und die Zeichnungen verwiesen.
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- 1
- Schutzgehäuse
- 2
- Kondensator
- 3
- Hüllrohr
- 4
- Innenraum
- 5
- Hauptkörper
- 6
- Kegelspitze
- 7
- Deckel
- 8
- Leiterbahnstruktur
- 9
- Durchlass
- 10
- Anschlussleitung
- 11
- Durchlass
- 12
- Anschlussleitung
- 13
- Vorsprung
- 14
- Ringnut
- 15
- Leiterbahnen
- 16
- Schutzgehäuse
- 17
- Schutzgehäuse
- 18
- Schutzgehäuse