DE102007025338B4

DE102007025338B4 - Verfahren zum Abdichten eines Gehäuses und elektrische Komponente

Info

Publication number: DE102007025338B4
Application number: DE102007025338.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Wieberger; Titus Ziegler; Ralf Hoffmann; Alexander Linke
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: CN101426351B; JP2008300352A; US8006370B2; CN101426351A; DE102007025338A1; US20080296843A1

Abstract

Verfahren zum Abdichten eines Gehäuses für eine elektrische Komponente, wobei das Gehäuse mindestens eine Gehäusewand mit mindestens einer Öffnung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst: Ausbilden eines Spalts zwischen der Innenseite dieser mindestens einen Gehäusewand und einem sich im Inneren des Gehäuses befindlichen Element (30), Einfüllen von Vergussmasse von der Außenseite dieser mindestens einen Gehäusewand durch mindestens ein Loch (16, 18) in dieser mindestens einen Gehäusewand auf ihre Innenseite, worauf folgend durch Kapillarwirkung die eingefüllte Vergussmasse in dem Spalt zu der mindestens einen Öffnung transportiert wird und diese abdichtet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abdichten eines Gehäuses für eine elektrische Komponente und auf eine solche elektrische Komponente.
Bei der Herstellung von Mikroschaltern für die Anwendungen in Kraftfahrzeugen besteht z. B. die Anforderung, das Gehäuse mit dem Boden zu verkleben und gleichzeitig die Anschlusspins abzudichten.
Gehäuseelemente sowie die daraus herausgeführten Anschlüsse werden durch eine Vergussmasse abgedichtet. Gehäuseelemente können Kappe und Sockel sein, die Anschlüsse elektrische Anschlusspins.
In diesem Verfahren wird, bedingt durch Kapillarkräfte, an den Grenzflächen der einzelnen Komponenten ein Meniskus gebildet. Wenn die Dosierung und Zugabe des Vergussmittels auf der Außenseite des Gehäuses erfolgt, ist dieser Meniskus größer, da das Vergussmittel selbst zunächst eine Mindesthöhe hat, auf die aufbauend der Meniskus entsteht. Wenn das Vergussmittel in der unmittelbaren Nähe der Grenzflächen, an denen die Abdichtung gebraucht wird, aufgebracht wird, erfolgt eine weitere Erhöhung des Meniskus durch den Ablösetropfen.
Die Meniskusbildung führt zu Problemen beim Verzinnen, da sich bedingt durch die Menisken Lötperlen bilden können. Diese Lötperlen kann man nicht ohne Weiteres beim Prüfen des Relais finden, da sie meist frei beweglich sind und deswegen nicht immer lokalisierbar sind. Deswegen müssen Herstellungsprozesse gefunden werden, die die Bildung von Lötkugeln verhindern können. Außerdem besteht der Nachteil, dass durch Meniskusbildung der enge Kontakt der Anschlusspins mit dem Gegenstück nicht mehr ohne Weiteres gegeben ist.
Die Probleme der Meniskusbildung versucht man bisher dadurch zu lösen, dass man das Vergussmittel zur Grenzfläche (Pin durch Sockel, zum Beispiel) mittels Transportkanälen oder Rippen transportiert. Hier wird die Kapillarwirkung zur Führung des Vergussmittels entlang der Transportkanäle oder Rippen bis zur abzudichtenden Grenzfläche benutzt, um diese dann abzudichten.
Ein anderer Lösungsansatz sieht vor, dass die gesamte Grundfläche strukturiert ist. Dies bedeutet, dass das Dichtmittel oder Vergussmittel sich mit Hilfe der Kapillarwirkung über die Grundplatte ausbreitet und somit auch zu den Anschlüssen gelangt. Dieser Lösungsansatz setzt voraus, dass das Dichtmittel extrem niederviskos ist und nur sehr kleine Spalte zwischen Anschlusspin und Gehäuse vorliegen. Dies hat den Nachteil, dass sehr kleine Teiltoleranzen erforderlich sind.
In der DE 29 42 258 C2 wird ein elektrisches Gerät, vorzugsweise ein Relais für Kraftfahrzeuge, beschrieben. Dieses elektrische Gerät hat eine die elektrischen Anschlüsse aufnehmende Grundplatte aus Isolierstoff und eine Schutzkappe, welche die von der Grundplatte getragenen Geräteteile umgibt und die über den äußeren Rand der Grundplatte greift und daran befestigt ist. Auf der Innenseite der Grundplatte ist eine Vergussmasse aufgebracht, welche die umlaufende Berührungsfläche zwischen der Schutzkappe und der Grundplatte abdeckt. Die Schutzkappe ist mit einem dicht über der Innenseite der Grundplatte endenden Einzelrohr für diese Gussmasse versehen und die Menge der Vergussmasse ist so dosiert, dass das Ende des Einzelrohres in die Vergussmasse auf der Innenseite der Grundplatte eintaucht.
Die DE 26 16 299 C2 bezieht sich auf eine waschdichte Schutzvorrichtung für ein elektromechanisches Bauelement, beispielswiese ein Relais, wobei eine isolierende Deckschicht über abzudichtenden Fugen oder Durchbrüchen des Gehäuses angeordnet ist, sowie auf Verfahren zum Abdichten eines solchen Bauelements. Die Deckschicht besteht aus einem saugfähigen Material, einem sogenannten Vlies und verteilt die Dichtungsmasse gleichmäßig über die gesamte abzudichtende Oberfläche des Bauelementes, sodass unter Mitwirkung der Adähsionskräfte eine gleichmäßig dünne Deckschicht entsteht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum Abdichten einer elektrischen Komponente sowie eine elektrische Komponente anzugeben, das die Meniskusbildung und deren Folgen zu verhindern vermag.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Idee zugrunde, dass eine Vergussmasse zur Abdichtung von Öffnungen einer Gehäusewand von der Innenseite der Gehäusewand angebracht wird.
Dadurch, dass das Vergussmittel von innen angebracht wird, wird die Meniskusbildung unter Gewährleistung der Abdichtung minimiert.
Vorteilhafterweise sind elektrische Anschlüsse durch die Öffnungen nach außen geführt, wobei ein Freiraum zwischen dem Gehäuse und dem elektrischen Anschluss gebildet ist.
Es ist von Vorteil, dass die Vergussmasse von außen zugeführt werden kann, um dann durch ein Loch an die Innenseite der Gehäusewand zu gelangen, da dadurch der Fertigungsprozess nicht unnötig kompliziert wird.
Von Vorteil ist weiterhin, dass bereits im Design vorgesehene Löcher, z. B. für eine Rastverbindung, zur Anbringung der Vergussmasse gebraucht werden, da dies keinen arbeitsintensiven Neuentwurf des Gehäuses nach sich zieht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Löcher in einem von den elektrischen Anschlüssen entfernten Bereich der Gehäusewand angeordnet, sodass an den elektrischen Anschlüssen eine minimale Meniskusbildung stattfindet und darüber hinaus der Ablösepunkt von der abzudichtenden Grenzfläche entfernt ist.
Wenn die Vergussmasse in einem Spalt geführt wird, kann es nicht zu einem Überschuss an Vergussmasse in dem Gehäuse kommen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform definiert ein Abstandshalter den Spalt für die Vergussmasse.
Die schon vorhandenen Strukturen auf der Innenseite des Gehäuses werden zur Weiterleitung der Vergussmasse zu den elektrischen Anschlüssen durch Kapillarkräfte verwendet. Alternativ kann die Innenfläche zum Transport der Vergussmasse aber auch mit speziell ausgestalteten Kanälen oder Kammstrukturen ausgestattet werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Gehäuse eine Grundplatte mit verschiedenen Öffnungen für Anschlusspins, Rastnase und Einführung der Vergussmasse.
Da das Vergussmittel erfindungsgemäß nicht mehr auf der Außenseite der Grundplatte aufgebracht wird, steht diese Fläche jetzt für andere Verwendungsmöglichkeiten zur Verfügung. Unter anderem kann jetzt auf der Außenseite der Grundplatte Information gedruckt werden. Diese Information könnte zum Beispiel die Firmenkennzeichnung und Daten eines elektromagnetischen Relais beinhalten
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende Einzelheiten sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Relais;
2 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Relais von unten;
3 ein Schnitt des erfindungsgemäßen Relais von der Seite;
4 ein Schnitt des erfindungsgemäßen Relais von vorne;
5 die Grundplatte des erfindungsgemäßen Relais von außen gesehen; und
6 die Grundplatte des erfindungsgemäßen Relais von innen gesehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren für verschiedene Gehäuse mit Gehäusewänden, bei denen eine Komponente durch eine Gehäusewand nach außen hindurchgeführt wird und das Gehäuse abgedichtet werden muss, angewendet werden kann. Dies umfasst z. B. Rastnasen und elektrische Anschlüsse, kann aber auch Grundplatte-Klappe, auf einen eingepassten Spulenkörper oder einen Sockel betreffen. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines elektromagnetischen Relais näher beschrieben.
1 zeigt eine dreidimensionale Außenansicht eines Relais 14 mit einer Grundplatte 10. Diese Grundplatte 10 hat mehrere Öffnungen, durch die elektrische Anschlüsse, Pins 12, hindurchgeführt werden, als auch Öffnungen 16 für Rastnasen und Löcher 18 für die Applikation von Vergussmasse.
2 zeigt das Relais 14 von unten, sodass die Pins 12 und Löcher 16, 18 sichtbar sind.
3 und 4 zeigen zwei Schnitte durch das Relais 14. In beiden Schnitten ist der Spulenkörper 30 zu sehen, der durch eine Wandung begrenzt ist, deren Unterseite zusammen mit der Innenfläche der Grundplatte einen Spalt definiert, in den die Vergussmasse gebracht wird. Die elektrischen Anschlusspins 12 werden durch die Grundplatte 10 hindurchgeführt. Die Löcher 16 sind Durchbrüche in der Grundplatte.
5 zeigt einen Plan der Grundplatte 10. Hier sind die Pins 12 und die Löcher 16, 18 deutlicher zu erkennen. Es ist ersichtlich, dass sich die Löcher 16, 18 weit entfernt von den Pins 12 befinden.
In 6 ist die Innenseite der Grundplatte 10 zu sehen. Diese weist auch die Öffnungen für Pins 12 und Löcher 16, 18 zum Applizieren der Vergussmasse auf. In der Ansicht von innen ist die Struktur der Innenseite der Grundplatte 10 deutlich zu erkennen. Diese Struktur ist durch den Herstellungsprozess bedingt und wird auch für die Führung der Vergussmasse zu Pins 12 genutzt.
Die in 1, 2 und 5 sichtbaren Rippen 11 auf der Außenseite der Grundplatte sind mit der erfindungsgemäßen Lösung redundant. Diese Rippen 11 werden dazu gebraucht, dass das Vergussmittel auf der Oberfläche zur Grenzfläche mit Hilfe der Kapillarwirkung transportiert wird. Dies ist eine zusätzliche Möglichkeit zu der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Lösung und wird so schon angewandt.
Im Folgenden soll unter Bezug auf die Figuren der Abdichtungsvorgang im Detail erläutert werden.
Da es bei der Applikation der Vergussmasse von außen auf die Grundplatte immer zu einer Meniskusbildung kommt, die mit herkömmlichen Techniken nicht mehr weiter reduziert werden kann, hat die erfindungsgemäße Lösung einen anderen Ansatz. Erfindungsgemäß wird die Vergussmasse von der Innenseite der Grundplatte 10 an die Grenzfläche angebracht.
In diesem Fall wirkt die Kapillarwirkung so, dass die Vergussmasse zu den elektrischen Anschlüssen, also Pins 12, geführt wird und der Freiraum zwischen der Grundplatte 10 und den Pins 12 aufgefüllt wird. Um dies zu ermöglichen, ist ein Spalt zwischen der Grundplatte 10 und einem sich im Innern des Relais 14 befindlichen Element 30, zum Beispiel einem Spulenkörper, vorgesehen. Dieser Spalt bewirkt, dass das Vergussmittel schnell zu den Pins 12 transportiert wird, diese von innen umfließt und zur Grundplatte 10 hin abdichtet. Der sich nach außen bildende Meniskus ist dadurch nur noch durch die Kapillarwirkung bestimmt und weist das technisch mögliche Minimum auf.
Um das Vergussmittel auf die Innenseite der Grundplatte 10 zu führen, werden bereits bestehende 16 und/oder zusätzliche 18 Löcher, Öffnungen oder Durchbrüche verwendet. Diese Löcher 16, 18 sollten so weit als möglich von den Pins 12 entfernt sein um die Meniskusbildung an den Pins 12 zu minimieren. Das Vergussmittel kann durch diese Löcher 16, 18 in den Spalt hinter der Grundplatte 10 einfließen und somit die oben beschriebene Abdichtung gewährleisten.
Wie aus 1, 2, 5 und 6 ersichtlich, haben die Löcher 16 eine Doppelfunktion. Sie werden sowohl für Rastverbindungen als auch für das Einfüllen der Vergussmasse verwendet. Dagegen sind Löcher 18 nur zum Einfüllen der Vergussmasse bestimmt und müssen deswegen beim Entwurf und der Produktion der Grundplatte eingeplant werden.
Der Abstand der Löcher 16, 18 von den Pins 12 hängt unter anderem von der Viskosität der Vergussmittels ab. Im Prinzip sollte der Abstand so groß wie möglich gewählt werden, damit es nicht doch zu einer Meniskusbildung an den Pins 12 kommt. Die Wahl des Vergussmittels wird sowohl durch die gewünschten Adhäsionseigenschaften als auch von den wirksamen Kapillarkräften beeinflusst.
Das Vergussmittel wird auf der Außenseite de Grundplatte 10 in der Nähe mindestens eines der Löcher 16, 18 angebracht, um dann durch diese Löcher 16, 18 zu fließen. Da die Löcher 16, 18 weit von den Pins 12 entfernt sind, werden die Pins 12 nur von der Innenseite der Grundplatte 10 aus abgedichtet, wie oben beschrieben. Dadurch fließt die Vergussmasse im Wesentlichen parallel zur Grundplatte 10 und damit quer zu den Löchern 16, 18.
Die Innenseite der Grundplatte 10 ist aus prozesstechnischen Gründen strukturiert, was in 4 deutlich zu sehen ist. Diese Strukturen umfassen Kanten, Kanäle und Rippen, an denen entlang sich die Vergussmasse durch Kapillarwirkung zu den Pins 12 führen um diese dann abzudichten. Die Kanten an der Innenseite sind konkav ausgeführt, um die Kapillarwirkung zu unterstützen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Drittel der Vergussmasse durch Löcher 18 eingeführt, und zwei Drittel der Vergussmasse durch Löcher 16.
Die Viskosität des Vergussmittels ist von Bedeutung, da eine vollständige Benetzung und Abdichtung zu sichern ist. Daher sind die konstante Viskosität und gleich bleibenden Fließeigenschaften des Klebstoffs sehr wichtig. Enge Viskositätsgrenzen beim Klebstoff ermöglichen ein gleich bleibendes Fließverhalten. Der Abstand der Löcher 16, 18 von den Pins 12 hängt auch von der Viskosität des Vergussmittels ab. In manchen Anwendungen kann dies kritisch sein, da sonst die Meniskusbildung an den Pins 12 nicht ausreichend kontrolliert werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Relais als Surface Mount Device (SMD) ausgeführt, aber die Pins 12 werden dennoch in Öffnungen durch die Grundplatte hindurchgeführt. In diesem Fall ist die Lötpaste, die beim Verzinnen gebraucht wird, 2 mm dick. Die Klebefugen sind jetzt nur im Innern des Relais zu finden.
Wenn noch zusätzlicher Kleber von außen angebracht werden muss, verbindet sich dieser mit dem erfindungsgemäß von innen angebrachten Kleber. Dies bedeutet, dass es nicht mehr nötig, ist die Außenseite der Grundplatte mit Kleber zu fluten, wie dies bei bekannten Techniken der Fall ist
Wie aus der bisherigen Beschreibung hervorgeht, muss das Vergussmaterial außerdem so gewählt werden, dass es sowohl auf Kunststoff als auch auf Metall benetzt und zuverlässig dichtet. Bezugszeichenliste:

Bezugsziffer Beschreibung

10 Grundplatte

11 Rippen

12 elektrischer Anschluss

14 Gehäuse

16 Loch

18 Loch

30 Spulenkörper

Claims

Verfahren zum Abdichten eines Gehäuses für eine elektrische Komponente, wobei das Gehäuse mindestens eine Gehäusewand mit mindestens einer Öffnung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst: Ausbilden eines Spalts zwischen der Innenseite dieser mindestens einen Gehäusewand und einem sich im Inneren des Gehäuses befindlichen Element (30), Einfüllen von Vergussmasse von der Außenseite dieser mindestens einen Gehäusewand durch mindestens ein Loch (16, 18) in dieser mindestens einen Gehäusewand auf ihre Innenseite, worauf folgend durch Kapillarwirkung die eingefüllte Vergussmasse in dem Spalt zu der mindestens einen Öffnung transportiert wird und diese abdichtet.
Elektrische Komponente (14) mit einem Gehäuseteil (10), wobei das Gehäuseteil (10) mindestens eine Gehäusewand mit mindestens einer Öffnung aufweist, wobei eine Vergussmasse auf der Innenseite dieser mindestens einen Gehäusewand angebracht ist, um die mindestens eine Öffnung abzudichten, und diese mindestens eine Gehäusewand mindestens ein Loch (16, 18) zum Einfüllen der Vergussmasse von der Außenseite auf die Innenseite der Gehäusewand aufweist, und zwischen der Innenseite dieser mindestens einen Gehäusewand und einem sich im Inneren des Gehäuses befindlichen Elements (30) ein Spalt vorhanden ist, damit infolge von Kapillarwirkung die eingefüllte Vergussmasse in dem Spalt zu der mindestens einen Öffnung transportierbar ist, um diese abzudichten.
Elektrische Komponente (14) nach Anspruch 2, wobei durch mindestens eine der mindestens einen Öffnung ein elektrischer Anschluss nach außen geführt ist und ein Freiraum zwischen dem Gehäuse und dem elektrischen Anschluss vorhanden ist, der mit der Vergussmasse aufgefüllt ist.
Elektrische Komponente nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei mindestens eines des mindestens einen Loches (16) in der mindestens einen Gehäusewand eine Öffnung für eine Rastverbindung ist.
Elektrische Komponente nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das mindestens eine Loch (16, 18) in einem von der mindestens einen Öffnung entfernten Bereich der mindestens einen Gehäusewand angeordnet ist.
Elektrische Komponente nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Gehäuseteil eine Grundplatte (10) ist.
Elektrische Komponente nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die elektrische Komponente (30) ein elektromagnetisches Relais ist.