DE102008059316A1

DE102008059316A1 - Elektronisches Bauteil in einem Gehäuse

Info

Publication number: DE102008059316A1
Application number: DE102008059316A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Henniger; Uwe Trenner; Helmut Karrer; Matthias Dr. Wieczorek; Christian Hirmer; Alexander Wenk
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: DE102008059316B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines elektronischen Bauteils (1) in einem Gehäuse (2) aus Kunststoff, umfassend einen Deckel (3) und ein Unterteil (4), wobei der Deckel (3) mit dem Unterteil (4) verbunden ist und der Deckel (3) nach der Verbindung mit dem Unterteil (4) an dem elektronischen Bauteil (1) mit einer vorgegebenen Kraft (F) anliegt. Dabei liegt der Deckel (3) vor der Herstellung der Verbindung mit dem Unterteil (4) auf dem elektronischen Bauteil (1) mit einer Kraft an, die nahezu der maximal zulässigen (Fmax) entspricht. Nach der Verbindung des Deckels (3) mit dem Unterteil (4) ist die am elektronischen Bauteil (1) anliegende Kraft (F) geringer als die maximale Kraft (Fmax), jedoch ausreichend hoch, um das elektronische Bauteil (1) funktionssicher zu fixieren, wobei die Kraftreduzierung auf der Beschaffenheit des Deckels (3) und/oder des Unterteils (4) beruht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines elektronischen Bauteils in einem Gehäuse, das Gehäuse und ein Verfahren zum Fixieren des Elektronischen Bauteils im Gehäuse gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Elektronische Bauteile, insbesondere Sensoren, werden im Bereich der Messtechnik, der allgemeinen Kontrolltechnik und auch insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt. Die elektronischen Bauteile müssen zum Teil in der Umgebung von aggressiven Medien, wie Getriebeölen, funktionieren, und sind zudem hohen Temperaturschwankungen und hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Sie erfassen unter anderem Größen wie Drücke, Drehzahlen und Abstände. Dazu ist es in der Regel erforderlich, dass die Lage des elektronischen Bauteils zum zu sensierenden Teil exakt eingestellt ist und über die gesamte Lebensdauer auch eingehalten bleibt. Darüber hinaus darf eine bestimmte Kraft zum Fixieren des elektronischen Bauteils in seiner Aufnahme nicht überschritten werden, da das Bauteil in der Regel druckempfindlich ist und bei zu hohen einwirkenden Kräften beschädigt werden kann.
Bisher wurden elektronische Bauteile beispielsweise in einen als Aufnahme dienenden Vorumspritzling montiert, der Vorumspritzling in eine Spritzform eingelegt und anschließend wurde das Bauteilgehäuse in einem weiteren Arbeitsgang fertig gespritzt. Dies schließt viele Fertigungsschritte ein und ist zudem relativ materialintensiv.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Bauteil in einem Gehäuse der eingangs genannten Art derart anzuordnen, dass das elektronische Bauteil über die gesamte Lebensdauer bestimmungsgemäß funktioniert, wobei das elektronische Bauteil mit gewissen Abmessungstoleranzen behaftet sein darf.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Deckel vor der Herstellung der Verbindung mit dem Unterteil auf dem elektronischen Bauteil mit einer Kraft an, die im wesentlichen der für das Bauteil maximal zulässigen Kraft entspricht. Diese maximal zulässige Kraft kann zum Beispiel dem Datenblatt des Bauteils entnommen werden. Diese maximale Kraft kann insbesondere an einem Fertigungsroboter eingestellt und dokumentiert werden. Zudem ist diese maximale, anliegende Kraft unabhängig von eventuell vorkommenden Bauteiltoleranzen. Nach der Verbindung des Deckels mit dem Unterteil ist insbesondere die am elektronischen Bauteil anliegende Kraft geringer als die maximale Kraft vor der Verbindung. Jedoch soll die anliegende Kraft ausreichend hoch sein, um das elektronische Bauteil über die gesamte Lebensdauer funktionssicher zu fixieren. Dabei beruht die Kraftreduzierung nach der Verbindung auf der Beschaffenheit des Deckels und/oder des Unterteils. Dadurch wird vorteilhafterweise das Risiko von Fahrzeugausfällen durch defekte Sensoren, sei es durch zu hohe Kraftbeaufschlagung des Deckels oder durch ungenügend fixierte Sensoren, verringert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gehäuse zu schaffen, das geeignet ist, ein elektronisches Bauteil derart aufzunehmen, dass es über die gesamte Lebensdauer bestimmungsgemäß funktioniert, wobei das elektronische Bauteil mit gewissen Abmessungstoleranzen behaftet sein darf.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gehäuse gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2. Insbesondere liegt der Deckel des Gehäuses vor der Herstellung der Verbindung mit dem Unterteil des Gehäuses auf dem elektronischen Bauteil mit einer Kraft an, die im wesentlichen der für das Bauteil maximal zulässigen Kraft entspricht. Nach der Verbindung des Deckels mit dem Unterteil ist insbesondere die am elektronischen Bauteil anliegende Kraft geringer ist als die maximale Kraft vor der Verbindung. Jedoch soll die anliegende Kraft ausreichend hoch sein, um das elektronische Bauteil über die gesamte Lebensdauer funktionssicher zu fixieren. Dabei beruht die Kraftreduzierung insbesondere auf der Beschaffenheit des Gehäusedeckels und/oder des Unterteils. Dadurch wird vor allem eine definierte, in einem zulässigen Bereich liegende, Kraftverteilung auf dem Bauteil erreicht.
Gemäß Anspruch 3 beruht die Kraftreduzierung auf dem vorgegebenen Elastizitätsmoduls des Deckels und oder des Unterteils. Der Deckel, in der Regel auch das restliche Gehäuse, ist vorzugsweise aus Polyamid oder einem anderen Polymer. Das Elastizitätsmodul des Deckels liegt insbesondere im Bereich zwischen 3 GPa und 10 Gpa.
Gemäß Anspruch 4 beruht die Kraftreduzierung auf dem vorgegebenen Dickenprofil des Deckels. Die Dicke des Deckels schwankt vorteilhafterweise zwischen 0,15 mm und 3,0 mm. Es wäre auch denkbar, dass die Deckeldicke ein sich von der Mitte nach außen verjüngendes Profil besitzt, oder umgekehrt.
Gemäß den Anspruch 5 kann der Deckel insbesondere planparallel, plan-konvex oder auch konkav-konvex ausgestaltet sein. Ein Vorteil einer in Richtung elektronisches Bauteil gewölbten Form des Deckels ist, dass dadurch eine zusätzliche Vorspannung erzielt wird.
Eine Aussparung im äußeren unteren Randbereich des Unterteils, gemäß Anspruch 6, ermöglicht bei Krafteinwirkung eine Deformierung des Unterteils insbesondere im Bereich der Aussparung. Diese Deformierung kann zur Kraftreduzierung beitragen, nachdem der Deckel mit dem Unterteil verbunden worden ist.
Die Verbindung zwischen dem Deckel und dem Unterteil des Gehäuses kann gemäß Anspruch 7 zum Beispiel durch Verschrauben, Verschweißen, Kleben oder Verstemmen hergestellt sein.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das geeignet ist, ein elektronisches Bauteil, unabhängig von eventuellen Bauteiltoleranzen, in einem Gehäuse langfristig sicher zu positionieren und zu fixieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8.
Beim Verfahren zum kraftkontrollierten Fixieren des elektronischen Bauteils im Gehäuse wird zunächst das elektronische Bauteil in das Unterteil des Gehäuses eingebracht. Anschließend wird der Deckel auf das Unterteil, beispielsweise mittels eines Roboterarmes, derart aufgesetzt, dass der Deckel mit einer nahezu maximalen Kraft an dem elektronischen Bauteil anliegt. Die maximal zulässige Kraft darf dabei aber nicht überschritten werden. Danach wird die Verbindung zwischen dem Deckel und dem Unterteil unter Beibehaltung der anliegenden, nahezu maximalen Kraft hergestellt. Der Deckel und/oder das Unterteil sind so beschaffen, dass nach dem Herstellen der Verbindung die am elektronischen Bauteil anliegende Kraft geringer ist als die maximale Kraft beim aufsetzen des Deckels, jedoch ausreichend hoch, um das elektronische Bauteil funktionssicher zu fixieren. Dadurch wird der Ausschuss durch defekte oder ungenügend fixierte Bauteile bei der Fertigung des Gehäuses gering gehalten. Die Verbindung zwischen dem Deckel und dem Unterteil des Gehäuses kann zum Beispiel durch Verschrauben, Verschweißen, Kleben oder Verstemmen hergestellt werden.
Bevorzugt kann der Deckel vor dem Aufsetzen auf das Unterteil erwärmt werden. Die Erwärmung kann partiell oder über die ganze Fläche des Deckels erfolgen. Der Temperaturverlauf über die Dicke des Deckels muss dabei nicht homogen sein. Bei der Erwärmung des Deckels sollte die Grenztemperatur zur plastischen Verformung nicht überschritten werden. Durch die Erwärmung wird das Material des Deckels weich und drückt das elektronische Bauteil mit einer verminderten Kraft in das Gehäuseunterteil und verhindert vorzugsweise somit, dass das elektronische Bauteil beschädigt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein elektronisches Bauteil in einem Gehäuse mit dem Deckel vor der Montage,
2 Gehäuse wie in 1, mit montiertem Deckel,
3 Gehäuse wie in 2, mit zusätzlicher Aussparung im Unterteil.
1 zeigt einen Sensor 1 als Beispiel für ein elektronisches Bauteil im Unterteil 4 eines Gehäuses 2. Der Sensor 1 ragt hier über den Rand 7 des Unterteils 4 hinaus. Das Höhenmaß des Sensors 1 liegt demnach an der oberen Toleranzgröße. Der Deckel 3 hat in diesem Fall ein planparalleles Profil. Der äußere Bereich des Deckels 3 weist wenigstens zwei Durchgangsöffnungen 6 auf. Am Rand 7 des Unterteils 4 sind mindestens zwei insbesondere zylinderförmige Zapfen 5 angeordnet, die durch die Durchgangsöffnungen 6 des Deckels 3 hindurchragen. Der Deckel 3 liegt mit der im wesentlichen maximal zulässigen Kraft Fmax an dem Bauteil an, bzw. wird mit der Kraft Fmax angedrückt. Die maximale Kraft Fmax liegt üblicher Weise im Bereich von 100 N. Die am Bauteil anliegende Kraft wird dann üblicher Weise im Bereich zwischen 90 und 100 N liegen.
2 zeigt den Sensor 1 im Gehäuse 2 mit montiertem Deckel 3. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen dem Deckel 3 und dem Unterteil 4 des Gehäuses 2 dichtend gegen die äußere Umgebung. Die Zapfen 5 sind in den entsprechenden Durchgangsöffnungen 6 des Deckels 3 angeordnet und verstemmt. Der Deckel 3 hat sich durch die Montage leicht verformt. Der Deckel 3 wirkt wie eine Feder. Der Deckel 3 wird insbesondere kraftüberwacht montiert und es wird eine Vorspannung auf den Sensor 1 erreicht, wobei die nun anliegende Kraft F geringer ist als die maximale Kraft Fmax, jedoch ausreichend hoch ist, um das elektronische Bauteil funktionssicher über die gesamte Lebensdauer zu fixieren. Die Kraftreduzierung liegt in der Regel zwischen 50 und 70%.
Das Profil des Deckels könnte auch plan-konvex, planparallel oder meniskusförmig sein. Die federnde Wirkung des Deckels wird dann insbesondere durch die Geometrie des Deckels 3 erreicht. Alternativ dazu kann die federnde Wirkung auch durch die Wahl des Elastizitätsmoduls des Deckelmaterials erreicht werden. Denkbar wäre auch eine Kombination aus geeigneter Deckelgeometrie und geeignetem Deckelmaterial.
3 zeigt wie 2 den Sensor 1 im Gehäuse 2 mit montiertem Deckel 3. Zusätzlich weist das Unterteil 4 eine Aussparung im äußeren unteren Randbereich auf. Dadurch wird bei Krafteinwirkung auf das Unterteil 4 eine Deformierung des Unterteils 4 insbesondere im Bereich der Aussparung 8 ermöglicht. Das Maß der Deformierung hängt insbesondere von der Dimensionierung der Aussparung 8 und vom Material des Unterteils 4 ab. Diese Deformierung trägt in der Regel auch zur Reduzierung der Kraft auf den Sensor 1 bei, nachdem der Deckel 3 mit dem Unterteil 4 verbunden worden ist.
Eine weitere, nicht gezeigte Möglichkeit, die Kraft F auf einen vorgegebenen Kraftbereich zu beschränken, ist, den Deckel 3 vor der Montage zumindest partiell zu erwärmen. Der Deckel 3 kann dabei auch ein Standarddeckel ohne große Anforderungen an das Material oder die Geometrie sein. Vorteilhafterweise verteilt sich durch den weichen Deckel 3 die Kraft F gleichmäßig über den Sensor 1. Es wird insbesondere eine formschlüssige Fixierung des Sensors 1 durch den Deckel 3 möglich. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Deckel 3 insbesondere auf Anschlag montiert werden kann, das heißt, dass der Deckel 3 im montierten Zustand auf dem Rand 7 des Unterteils 4 aufliegt.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand der vorstehenden Beschreibung so dargestellt, um das Prinzip der Erfindung und dessen praktische Anwendung bestmöglich zu erklären. Jedoch lässt sich die Erfindung bei geeigneter Abwandlung selbstverständlich in zahlreichen anderen Ausführungsformen realisieren.

1: Sensor, elektronisches Bauteil
2: Gehäuse
3: Deckel des Gehäuses
4: Unterteil des Gehäuses
5: Zapfen
6: Durchgangsöffnung im Deckel
7: Rand des Unterteils
8: Aussparung im Unterteil des Gehäuses
F: Kraft des Deckels auf den Sensor, nach der Montage des Deckels
Fmax: Maximale Kraft des Deckels auf den Sensor, vor der Montage

Claims

Anordnung eines elektronischen Bauteils (1) in einem Gehäuse (2) aus Kunststoff, umfassend einen Deckel (3) und ein Unterteil (4), wobei der Deckel (3) mit dem Unterteil (4) verbunden ist und der Deckel (3) nach der Verbindung mit dem Unterteil (4) an dem elektronischen Bauteil (1) mit einer vorgegebenen Kraft (F) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) vor der Herstellung der Verbindung mit dem Unterteil (4) auf dem elektronischen Bauteil (1) mit einer im wesentlichen maximalen Kraft (Fmax) anliegt und nach der Verbindung des Deckels (3) mit dem Unterteil (4) die am elektronischen Bauteil (1) anliegende Kraft (F) geringer ist als die maximale Kraft (Fmax), jedoch ausreichend hoch ist, um das elektronische Bauteil (1) funktionssicher zu fixieren, wobei die Kraftreduzierung auf der Beschaffenheit des Deckels (3) und/oder des Unterteils (4) beruht.
Gehäuse (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) vor der Herstellung der Verbindung mit dem Unterteil (4) an dem elektronischen Bauteil (1) mit einer im wesentlichen maximalen Kraft (Fmax) anliegt und nach der Verbindung des Deckels (3) mit dem Unterteil (4) die am elektronischen Bauteil (1) anliegende Kraft (F) geringer ist als die maximale Kraft (Fmax), jedoch ausreichend hoch ist, um das elektronische Bauteil (1) funktionssicher zu fixieren, wobei die Kraftreduzierung auf der Beschaffenheit des Deckels (3) und/oder des Unterteils (4) beruht.
Gehäuse (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftreduzierung mittels eines vorgegebenen Elastizitätsmoduls (E) des Deckels (3) und/oder des Unterteils (4) gegeben ist.
Gehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftreduzierung mittels eines vorgegebenen Profils der Dicke (D) des Deckels (3) gegeben ist.
Gehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) im wesentlichen planparallel, plan-konvex oder konkav-konvex ausgestaltet ist.
Gehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (4) eine Aussparung (8) aufweist, die eine Deformierung des Unterteils (4) im Bereich der Aussparung (8) ermöglicht, mittels der die Kraftreduzierung erreichbar ist.
Gehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) mittels Verschrauben, Verschweißen, Kleben oder Verstemmen mit dem Unterteil (4) verbunden ist.
Verfahren zum Fixieren eines elektronischen Bauteils (1) in einem Gehäuse (2) aus Kunststoff, umfassend einen Deckel (3) und ein Unterteil (4), mit den Schritten: a) Bereitstellen des Gehäuses (2), b) Einbringen des elektronischen Bauteils (1) in das Unterteil (4), c) Aufsetzen des Deckels (3) auf das Unterteil (4) derart, das der Deckel (3) mit einer im wesentlichen maximalen Kraft (Fmax) an dem elektronischen Bauteil (1) anliegt, d) Herstellen einer Verbindung zwischen dem Deckel (3) und dem Unterteil (4) derart, dass nach dem Herstellen der Verbindung die am elektronischen Bauteil (1) anliegende Kraft (F) geringer ist als die maximale Kraft (Fmax), jedoch ausreichend hoch, um das elektronische Bauteil (1) funktionssicher zu fixieren.
Verfahren zum Fixieren eines elektronisches Bauteils (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) vor dem Aufsetzen auf das Unterteil (4) erwärmt wird.
Verfahren zum Fixieren eines elektronischen Bauteils (1) nach Anspruch 8 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die dichte Verbindung zwischen dem Deckel (3) und dem Unterteil (4) mittels Verschrauben, Verschweißen, Kleben oder Verstemmen hergestellt wird.