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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektronischer Baugruppen, in denen zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften eine Einbettung in Vergussmaterial erforderlich ist.
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Bei der Herstellung elektronischer Komponenten für viele Anwendungszwecke ist es nach der Bestückung entsprechender Trägermaterialien, etwa beispielsweise von Leiterplatten, oder anderen Baugruppenträgern mit integrierten Leiterbahnabschnitten und dergleichen, häufig erforderlich, zumindest gewisse Komponenten in ein geeignetes dielektrisches Material einzubetten, um damit ein gewisses gefordertes Verhalten der elektronischen Baugruppe zu erreichen. Beispielsweise kann für gewisse elektronische Baugruppen das mechanische Verhalten unter anspruchsvollen Bedingungen verbessert werden, wenn insbesondere große und relativ schwere Komponenten, etwa Induktivitäten, Transformatoren, und dergleichen, zusätzlich zu den elektrischen Anschlüssen, mit weiteren Mitteln mechanisch mit dem Trägersubstrat verbunden werden. Beispielsweise gibt es viele Einsatzzwecke, in denen eine hohe mechanische Rüttelbelastung auftritt, wie dies etwa für elektronische Komponenten in Fahrzeugen der Fall ist. Auch sind viele andere elektronische Geräte, die für mobile Einsatzzwecke vorgesehen sind, erhöhten mechanischen Belastungen, etwa Stoßbelastungen, und dergleichen ausgesetzt. In anderen Situationen ist es erforderlich, eine zuverlässige Einbettung in ein Material mit hoher Spannungsfestigkeit zu gewährleisten, wenn relativ hohe Spannungen zumindest in Teilbereichen der elektronischen Schaltung zu verarbeiten sind. Durch die Einbettung in ein Vergussmaterial wird eine deutlich höhere Isolationsfestigkeit bei geringeren Abständen zu benachbarten elektronischen Bauelementen im Vergleich zu einer Baugruppe erreicht, in der das oder die in Frage stehenden elektronischen Komponenten von Luft umgeben sind. Des Weiteren kann auch ein besseres Temperaturverhalten gegebenenfalls erreicht werden, wenn die Vergussmasse speziell so gewählt wird, dass diese ein erhöhtes Wärmeleitvermögen aufweist. Das heißt, durch die generell größere Oberfläche und durch die unmittelbare Anbindung an zumindest das Trägermaterial ergibt sich ein besseres Wärmeaustauschverhalten der Bauteiloberfläche mit der Umgebung, da die Vergussmasse als Wärmeleitmedium dienen kann.
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Aus diesen Gründen ist es insbesondere in Anwendungen, in denen relativ hohe Spannungen bei sehr kompakten Abmessungen zu verarbeiten sind, eine bewährte Technik, eine oder mehrere Hochspannung führende Komponenten in Vergussmaterial einzubetten. Eine Anwendung in dieser Hinsicht sind Zündmodule für Gasentladungsleuchten, in denen relativ hohe Spannungen, beispielsweise einige 10000 Volt, erforderlich sind, um beim Einschalten der Gasentladungsleuchte den erforderlichen elektrischen Durchbruch in dem Gas zu erzeugen, woraufhin dann der weitere Betrieb der Entladungsleuchte bei tieferen Spannungen erfolgt. In derartigen Zündmodulen wird typischerweise eine induktive Komponente, etwa ein Zündtransformator vorgesehen, an dessen Sekundärwicklung die hohe Zündspannung abgegriffen und einem Hochspannungsanschluss der Gasentladungsleuchte, etwa einer Xenonleuchte, zugeführt wird. Zum Beispiel erfahren Gasentladungsleuchten, etwa Xenonleuchten, eine zunehmende Anwendung als Scheinwerfer in allen Arten von Fahrzeugen aufgrund der günstigen Eigenschaften im Hinblick auf Lichtausbeute, Stromaufnahme und Haltbarkeit des Leuchtmittels. Zum Betrieb der Entladungsleuchte im Fahrzeug muss daher die relativ geringe Bordspannung von gegenwärtig 12 oder 24 Volt typischerweise in die hohe Zündspannung von beispielsweise 30000 Volt und mehr umgewandelt werden, während der weitere Betrieb dann bei einer Spannung von mehreren 100 Volt erfolgt, die ebenfalls aus der Bordspannung durch ein geeignetes Vorschaltgerät bereitgestellt wird. Somit ist insbesondere eine zuverlässige elektrische Isolation der die Hochspannung führenden Komponenten, etwa des Zündtransformators des Zündmoduls, aber auch, zu einem etwas weniger ausgeprägten Maße, anderer Komponenten im Zündmodul und dem Vorschaltgerät erforderlich.
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Aufgrund der Anforderungen für eine zunehmende Miniaturisierung insbesondere für elektronische Komponenten im Fahrzeugbereich oder auch in vielen anderen Bereichen werden die zur Verfügung stehenden Isolationsstrecken geringer, während die zu handhabenden Spannungen gleichbleiben, so dass immer höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Isolation, insbesondere der Hochspannung führenden Bauelemente gestellt werden. Gleichzeitig müssen nicht nur hochwertige Vergussmaterialien eingesetzt werden, sondern diese sind auch in zuverlässiger und reproduzierbarer Weise zu verarbeiten, so dass gleichbleibend die erforderlichen engen Toleranzbereiche bei der Montage elektronischer Baugruppen nicht überschritten werden. Das Einhalten eng vorgegebener Toleranzbereiche, etwa im Hinblick auf die Abmessungen, die Qualität des Vergussmaterials und insbesondere die Haftung an den umliegenden Trägermaterialien, ist insbesondere auch wichtig, um die geforderten elektrischen Eigenschaften über die gesamte veranschlagte Lebensdauer des Bauelements hinweg sicherzustellen. Beispielsweise ist ein mangelfreies Einbetten der entsprechenden elektronischen Baugruppe bzw. des entsprechenden elektronischen Bauelements äußerst wichtig im Hinblick auf Erreichen einer hohen mechanischen Stabilität auch bei Auftreten hoher Belastungen, wie Rüttelbelastung, große Temperaturunterschiede und des Weiteren. Beispielsweise können zyklisch auftretende hohe Temperaturunterschiede, wie sie etwa in Fahrzeugen, und dergleichen besonders häufig anzutreffen sind, dazu führen, dass entsprechende mechanische Verspannungen auftreten, die gegebenenfalls zu erhöhten Scherkräften zwischen dem Vergussmaterial, dem Bauelement und gegebenenfalls den Trägermaterialien führen, die eine geringfügige Ablösung des Vergussmaterials vom Bauelement und/oder vom umgebenden Trägermaterial hervorrufen können. Durch diese Unregelmäßigkeiten kann sich die Isolationsfestigkeit ändern, da beispielsweise Feuchtigkeit, Kontaminationen und dergleichen eindringen können. Auch in Kombination mit den erhöhten mechanischen Belastungen, die insbesondere im Fahrzeugbereich auftreten, wird eine zunehmende Beeinträchtigung des Isolationsverhaltens häufig beobachtet. Bei der zunehmenden Miniaturisierung entsprechender Baugruppen führt unter Umständen bereits eine geringe Unregelmäßigkeit, die etwa durch die zuvor beschriebenen Mechanismen hervorgerufen wird, zu einem unzuverlässigen Verhalten oder gegebenenfalls zu einem totalen Ausfall der Baugruppe, beispielsweise eines Zündmoduls, das somit zu einem vorzeitigen Ausfall des Scheinwerfers führt, dessen Leuchtmittel ansonsten eine wesentlich längere Standzeit aufweist. Eine Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit von Hochspannung führenden elektronischen Baugruppen, etwa von Zündmodulen, wird bei zunehmender Verringerung der Abstände von Bauteilen beispielsweise aufgrund des Vorgangs zum elektrischen Anschließen des in Betracht stehenden Bauelements hervorgerufen. Zum Beispiel werden Hochspannung führende Zündtransformatoren unter Anwendung von Schweißverfahren, etwa durch Laserschweißen, oder auch durch übliche Lötverfahren mit entsprechenden Leitbahnen nach der Bestückung des Baugruppenträgers verbunden. Bei einem Verschweißen wird etwa Schmauch an den angrenzenden Flächen des Trägermaterials abgeschieden, die als Vergusskammer beim nachfolgenden Vergießen des Zündtransformators dienen. Aufgrund der anwesenden Schmauchablagerungen wird jedoch beim nachfolgenden Vorgang des Einfüllens des Vergussmaterials in die entsprechende Vergusskammer und beim Ausheizen und Aushärten eine unzureichende Vergussanhaftung hervorgerufen, die wiederum zu einer weniger zuverlässigen Einbettung des Hochspannung führenden Zündtransformators führt. Insbesondere bei kompakten Abmessungen sind die begrenzenden Seitenwandbereiche der Vergusskammer, in die der Transformator eingesetzt wird, nur mit einem relativ geringen Abstand zum Transformator vorgesehen und führen dazu zu einer stärkeren Abscheidung von Kontaminationsmaterial. In ähnlicher Weise tritt eine Kontamination der Vergusskammer beim Löten auf, da hierbei ein Flussmittel erforderlich ist, das ebenfalls zu einer beeinträchtigten Vergussanhaftung beim nachfolgenden Vergießen führt. Eine ähnliche Problematik tritt auch in vielen anderen elektronischen Baugruppen auf, in den einzelne Bauelemente oder Bauelementgruppen lokal in ein Gussmaterial einzubetten sind, während andere Bereiche zunächst zugänglich bleiben sollen. Auch in diesen Situationen wird typischerweise eine entsprechende Vergusskammer hergestellt, indem entsprechende Seitenwände im Substrat vorgesehen werden, die das entsprechende Bauelement oder die Bauelementgruppen umschließen. Beim elektrischen Kontaktieren der infrage stehenden Bauelemente kann es somit ebenfalls zu einer Kontamination der Vergusskammerinnenflächen kommen, insbesondere wenn sehr kompakte Abmessungen erforderlich sind, so dass auch hier eine unzuverlässige Vergussanhaftung auftreten kann.
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Aus der Schrift
DE 691 14 451 T2 ist eine geschichtet aufgebaute Personendatenkarte bekannt, die dadurch gebildet wird, dass Leiterzüge auf einer weitgehend ebenen, wärmestabilisierten, mit einer dünnen metallischen Schicht beschichteten Polyesterfolie geätzt werden, wodurch eine Leiterplatte gebildet wird. Auf der Leiterplatte wird mindestens ein Halbleiterplättchen befestigt und die Leiterplatte wird mit einem weitgehend ebenen Armierungselement verbunden, das in erster Linie aus einer wärmestabilisierten Polyesterfolie besteht, deren Dicke größer ist als die Höhe des Halbleiters über der Leiterplatte. Dabei besitzt das Armierungselement ein Durchgangsloch zur Aufnahme des Halbleiters und weist an seiner Ober- bzw. Unterseite Klebstoff auf. In das Durchgangsloch wird ein Epoxyvergußmittel eingespritzt, um das Halbleiterplättchen zusätzlich zu versteifen. Mit der Ober- bzw. Unterseite des Aufbaus aus dem Leiterplatte/Armierungselement wird eine Folie aus Polyvinylchloridmaterial verbunden, wobei die Polyvinylchloridfolien auf einer Seite mit Klebstoff versehen sind, und die zusammengefügte Personendatenkarte solange hitze- und druckbeaufschlagt wird, bis die verschiedenen Materialien zu einem einheitlichen Aufbau verklebt sind.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen eine verlässlichere Einbettung eines oder mehrerer Bauelemente unter Vermeidung zumindest einiger der zuvor beschriebenen Probleme gelingt.
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Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhaftere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 16 definiert.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe. Das Verfahren umfasst das Fixieren eines elektrischen Bauelements auf einer Grundplatte eines Baugruppenträgers und das Aufstecken einer mit einer Einfüllöffnung versehenen Vergusshülse auf die Grundplatte, wobei die Vergusshülse das elektrische Bauelement seitlich umschließt. Das Verfahren umfasst ferner das Abdichten der Vergusshülse zu der Grundplatte durch Zuführen einer ersten Vergussmasse und Ausführen einer Wärmebehandlung, um eine das elektrische Bauelement enthaltende Vergusskammer zu bilden. Schließlich wird das elektrische Bauelement durch Füllen der Vergusskammer durch die Einfüllöffnung mit einer zweiten Vergussmasse vergossen.
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Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird es ermöglicht, dass ein oder mehrere in Frage stehende elektronische oder elektrische Bauelemente zunächst mit dem Trägermaterial verbunden und bei Bedarf auch elektrisch angeschlossen werden, so dass eine dabei auftretende Kontamination zumindest von Seitenflächen einer Vergusskammer nicht erfolgt. Nach der Fixierung und dem elektrischen Anschließen des Bauelements wird dann die Vergusshülse, die einen beliebigen geeigneten Querschnitt zum Umfassen des Bauelements besitzen kann, aufgesteckt, um damit eine laterale Begrenzung einer Vergusskammer zu erzeugen. Daher sind die entsprechenden inneren Seitenwandbereiche der Vergusshülse in einem für das spätere Vergießen vorteilhaften, nicht kontaminierten Zustand. Des Weiteren wird eine Abdichtung der Vergusshülse mit der Grundplatte des Baugruppenträgers durchgeführt, indem zunächst ein erstes Vergussmaterial lokal zwischen der Vergusshülse und der Grundplatte vorgesehen und bei höherer Temperatur behandelt wird. Somit wird nach dem Aushärten des ersten Vergussmaterials eine zuverlässige Anbindung und somit Abdichtung der Vergusshülse zu der Grundplatte erreicht. Bekanntlich besitzen Vergussmaterialien bei erhöhter Temperatur eine sehr geringe Viskosität, so dass bei Vorhandensein selbst kleinster Spalten und Zwischenräume ein Austritt des Vergussmaterials beim Vergießvorgang stattfindet. Aufgrund des Abdichtens der durch die Vergusshülse bereitgestellten Vergusskammer, wird zunächst nur eine geringe Menge des ersten Vergussmaterials lokal zwischen der Grundplatte und der Vergusshülse vorgesehen und ausgehärtet, so dass entsprechende Spalte zuverlässig abgedichtet sind und somit ein nachfolgender weiterer Vergussprozess zuverlässig ohne Materialwanderung in benachbarte Bereiche folgen kann. Somit können beliebige Bereiche auf der Grundplatte des Baugruppenträgers für das Vergießen nach dem Bestücken ausgewählt werden und mit einer entsprechenden Vergusskammer lateral umschlossen werden, wobei durch das Abdichten der Vergusshülse zuverlässige Bedingungen während des eigentlichen Vergießens des durch die Vergusshülse ausgewählten Bereichs erreicht werden. In vielen Anwendungszwecken ist gegebenenfalls eine Temperierung des Baugruppenträgers nach der Bestückung erforderlich, so dass das Abdichten der Vergusshülse im Rahmen dieses Wärmebehandlungsprozesses stattfinden kann, ohne dadurch einen zusätzlichen Prozessschritt erforderlich zu machen.
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In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst das Fixieren des elektrischen Bauelements das Kontaktieren von Anschlüssen des elektrischen Bauelements mit in der Grundplatte vorgesehenen Leiterbahnen. Auf diese Weise kann die häufig beim Herstellen der elektrischen Verbindungen auftretende Kontamination keine Auswirkung zumindest auf Seitenflächen der nachfolgend herzustellenden Vergusskammer ausüben.
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In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Anschlüsse des elektrischen Bauelements durch Bohrungen der Grundplatte, wobei die Bohrungen beim Kontaktieren abgedichtet werden. In diesem Falle können beispielsweise Anschlussdrähte des elektrischen Bauelements durch die Grundplatte hindurchgeführt und geeignet bearbeitet werden, etwa verlötet bzw. verschweißt werden, wobei hierbei eine Anbindung an weitere Leiterbahnen erfolgt. Gleichzeitig können diese Bohrung mit geringer Toleranz bereitgestellt werden, so dass ein zuverlässiges Abdichten der Bohrungen beim Kontaktieren gewährleistet ist. Daher ergibt sich eine abgedichtete Bodenfläche für die nachfolgend herzustellende Vergusskammer.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Fixieren des elektrischen Bauelements das Verbinden eines im Bereich der Vergusskammer aus der Grundplatte hervorstehenden Anschlussbereichs einer Leiterbahn mit einem zugeordneten Anschluss des elektrischen Bauelements vor dem Aufstecken der Vergusshülse. Durch diese Vorgehensweise wird erreicht, dass separat zu kontaktierende Anschlüsse des elektrischen Bauelements, etwa ein Hochspannungsanschluss eines Zündtransformators oder einer anderen induktiven Komponente, in gut zugänglicher Weise mit einer geeigneten Leiterbahn, die zumindest abschnittsweise im Material der Grundplatte eingebettet ist, verbunden werden kann, ohne dass eine Kontamination von Seitenwänden der nachfolgend zu bildenden Vergusskammer erfolgt. Wie eingangs erläutert ist, ist insbesondere die elektrische Anbindung von Hochspannung führenden Anschlüssen bei der zunehmenden Miniaturisierung von Baugruppen äußerst problematisch und führt in konventionellen Verfahren, d. h. in Verfahren, in denen eine Vergusskammer vor dem Bestücken des Trägermaterials bereitgestellt wird, zu schwierigeren Prozessbedingungen, da etwa ansprechende Kontaminationen in sehr aufwendiger Weise entfernt werden müssen oder aber entsprechend größere Abstände der Vergusskammerseitenwände zu der in Frage stehenden Komponente vorgesehen werden müssen. In der vorliegenden Erfindung kann der aus der Grundplatte hervorstehende Anschlussbereich der Leiterbahn eine beliebige geeignete Länge aufweisen, so dass sich auch ein relativ großer Abstand zu der Grundplatte beim Verbindungsprozess ergibt, um damit eine etwaige Kontamination der Fläche der Grundplatte zu reduzieren. Somit können noch bessere Bedingungen geschaffen werden, ohne dass jedoch die Abstände zu benachbarten elektronischen Bauelementen zu vergrößern sind.
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Vorteilhafterweise wird der Anschlussbereich der Leiterbahn mit dem zugeordneten Anschluss des elektrischen Bauelements durch Verschweißen oder durch Löten mit einem Flussmittel verbunden. Somit können bewährte Prozesstechniken eingesetzt werden, ohne dass die nachteiligen, zuvor dargelegten Wirkungen auftreten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Zuführen der ersten Vergussmasse die folgenden Schritte: zunächst wird eine Vergusseinrichtung zur zeitweiligen Aufnahme der ersten Vergussmasse mit einer Öffnung vorgesehen, die beim Aufstecken der Vergusshülse von einer Seitenwand der Vergusshülse begrenzt wird; daraufhin wird die erste Vergussmasse in die Vergusseinrichtung eingefüllt. Auf diese Weise wird ein geeignetes Reservoir für die Aufnahme des ersten Vergussmaterials bereitgestellt, so dass eine definierte Menge in geeigneter Weise im Zustand hoher Viskosität angrenzend zu der Vergusshülse positioniert werden kann. Dazu wird die Öffnung durch die Seitenwand der Vergusshülse ausreichend abgeschlossen, um eine Handhabung des Baugruppenträgers mit dem ersten Vergussmaterial zu ermöglichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die erste Vergussmasse beim Ausführen der Wärmebehandlung durch Kapillarwirkung aus der Vergusseinrichtung heraus geführt und dringt in Spalte zwischen der Vergusshülse und der Grundplatte ein. Bekanntlich besitzen viele bewährte Vergussmaterialien eine sehr geringe Viskosität bei erhöhter Temperatur, so besitzen etwa silikonbasierte Materialien eine geringere Viskosität als Wasser besitzen, so dass selbst kleinste Spalte ausgefüllt werden. Durch geeignetes Anordnen der Vergusseinrichtung ergibt sich somit eine Kapillarwirkung durch die geringen Spalte zwischen der Vergusshülse und der Grundplatte, so dass eine zuverlässige Benetzung und beim anschließenden Aushärten des ersten Vergussmaterials eine zuverlässige Abdichtung in allen Spalten erreicht wird.
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In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist das elektrische Bauelement ein Hochspannung führendes Bauelement. Damit ergeben sich insbesondere die zuvor genannten Vorteile im Hinblick auf eine weitere Miniaturisierung von kritischen Komponenten im Hinblick auf die Isolationsfestigkeit, etwa von Zündmodulen und dergleichen. Beispielsweise ist das elektrische Bauelement in Form eines Zündtransformators zur Zündung einer Gasentladungsleuchte vorgesehen. Somit ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, den Zündtransformator des Zündmoduls in zuverlässiger Weise in Vergussmaterial einzubetten, wobei die nachteiligen Auswirkungen einer unzureichenden Vergussanhaftung an der Vergusskammer vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe durch einen Komponentensatz eines Baugruppenträgers zur Aufnahme elektronischer Bauelemente gelöst. Der Komponentensatz umfasst eine Grundplatte aus Kunststoff mit einer zur Fixierung einer Vergusshülse dienenden Fixiereinrichtung. Des Weiteren umfasst der Komponentensatz einen aus der Grundplatte herausgeführten Anschlussbereich einer Leiterbahn, der in einem von der Vergusshülse zu umschließenden Bereich der Grundplatte positioniert ist. Ferner ist eine auf oder in der Grundplatte angeordnete Vergusseinrichtung zur zeitweiligen Aufnahme einer Vergussmasse vorgesehen, wobei die Vergusseinrichtung angrenzend zu dem von der Vergusshülse zu umschließenden Bereich angeordnet ist und eine von der Vergusshülse zu begrenzende seitliche Öffnung aufweist. Schließlich umfasst der Komponentensatz die Vergusshülse, die auf die Grundplatte nach Anbringen eines elektrischen Bauelements auf der Grundplatte aufsteckbar und durch die Fixiereinrichtung fixierbar ist.
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Der erfindungsgemäße Komponentensatz enthält somit geeignete Komponenten, um ein oder mehrere elektrische Bauelemente auf der Grundplatte aufzubringen und diese beispielsweise mit dem aus der Grundplatte herausgeführten Anschlussbereich zu verbinden. Auf diese Weise gelingt es, wie dies bereits zuvor erläutert ist, eine Kontamination einer später zu bildenden Vergusskammer zu verringern oder zu vermeiden. Des Weiteren enthält der Komponentensatz die Vergusshülse und eine dazu geeignet ausgebildete Fixiereinrichtung auf der Grundplatte, so dass durch Aufstecken der Vergusshülse eine genau definierte Vergusskammer erzeugt wird, die in einem nachfolgenden Vergießprozess, beispielsweise gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren, mit Vergussmaterial ausgefüllt werden kann, um damit ein oder mehrere elektrische Bauelemente in einem dielektrischen Material einzubetten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Fixiereinrichtung ein oder mehrere aus der Grundplatte hervorragende Fixierelemente auf. Durch diese Fixierelemente wird eine präzise Positionierung der Vergusshülse erreicht, wobei die Höhe der aus der Grundplatte hervorragenden Fixierelemente geeignet gewählt werden kann, um die erforderliche mechanische Stabilität zu erhalten. In einigen anschaulichen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Fixierelemente auch entsprechende Aussparungen besitzen, um damit zumindest einen Teil der Vergusseinrichtung bereitzustellen, d. h. die Fixierelemente können entsprechende Reservoire mit zugehörigen Öffnungen beinhalten, die beim Aufstecken durch die Seitenwände der Vergusshülse begrenzt werden. Insbesondere wenn mehrere derartige Fixierelemente bzw. Vergusseinrichtungselemente über den Umfang des in Frage stehenden Bereichs herum vorgesehen werden, kann eine sehr zuverlässige Zuführung einer Vergussmasse erfolgen, um etwa bei Bedarf zunächst die Vergusshülse zu der Grundplatte abzudichten, wie dies auch zuvor beschrieben ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Fixiereinrichtung eine oder mehrere Aussparungen in der Grundplatte auf. Dadurch kann mit entsprechenden komplementären Bereichen in der Vergusshülse eine sehr zuverlässige Fixierung erreicht werden, ohne dass ein entsprechender Platzbedarf in lateraler Richtung auf der Grundplatte erforderlich ist. Damit kann eine sehr kompakte Bauweise erreicht werden, da weitere elektronische Komponenten in unmittelbarer Nähe zu den von der Vergusshülse umschließenden Bereich angeordnet werden können.
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In einer anschaulichen Ausführungsform weist die Fixiereinrichtung eine umlaufende Nut auf, die dem Querschnitt der Vergusshülse nachgebildet ist. Das heißt, die Vergusshülse bildet mit der Nut eine relative große Kontaktfläche, so dass insgesamt ein größerer Oberflächenbereich zum Abdichten der Vergusshülse zu der Grundplatte geschaffen wird, während zusätzlich die zuvor genannten Vorteile im Hinblick auf eine genaue Positionierung ohne zusätzlichen lateralen Platzbedarf erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt die Grundplatte eine Grundfläche von 150 mm2 oder weniger, wobei in weiteren Ausführungsformen eine Grundfläche von 120 mm2 oder weniger vorgesehen ist. Das heißt, durch den erfindungsgemäßen Komponentensatz gelingt eine zuverlässige Einbettung einzelner Bereiche der Grundplatte auch für sehr kompakte Abmessungen, beispielsweise wenn Hochspannung führende Bauelemente einzubetten sind, ohne dass die zuvor geschilderten Nachteile im Hinblick auf eine Kontamination der Vergusskammer auftreten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt die Leiterbahn einen vollständig in Kunststoff eingebetteten zentralen Leiterbereich, der mit einem weiteren Anschlussbereich verbunden ist, der zum Verbinden mit einem Hochspannungsanschluss einer Gasentladungsleuchte dient. Daher kann der erfindungsgemäße Komponentensatz vorteilhaft für Zündmodule von Gasentladungsleuchten eingesetzt werden, wobei die teilweise erfolgte Einbettung des Hochspannungsleiters in das Kunststoffmaterial der Grundplatte dazu beiträgt, dass insgesamt sehr kompakte Abmessungen möglich sind, die dann auch keine weiteren nachteiligen Auswirkungen beim Einbetten des Zündtransformators hervorrufen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Grundplatte ferner mehrere im Material der Grundplatte eingebettete Leiter auf. Auf diese Weise können bei Bedarf alle erforderlichen elektrischen Verbindungen von weiteren elektronischen Komponenten bereitgestellt werden, wobei ein kompakter Aufbau, eine hohe Sicherheit im Hinblick auf Isolationsfestigkeit und mechanische Belastbarkeit und dergleichen erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Fixiereinrichtung zur Fixierung von Vergusshülsen mit unterschiedlichen Querschnittsgrößen ausgebildet. Aufgrund dieser konstruktiven Maßnahme ist es möglich, einen hohen Grad an Flexibilität für die Auslegung und Montage elektronischer Baugruppen zu erreichen. Beispielsweise können elektrische Bauelemente mit verschiedener Größe auf der gleichen Art an Grundplatte zuverlässig vergossen werden, wobei eine nicht für die Vergusskammer genutzte Fläche, etwa bei Vorsehen eines kleineren zu vergießenden Bauelements, durch andere Komponenten belegt werden kann, ohne dass viele verschiedene Varianten des Komponentensatzes erforderlich sind.
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Weitere Ausführungsbeispiele sind in den angefügten Patentansprüchen beschrieben und werden auch detaillierter in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei auf die begleitenden Figuren Bezug genommen wird, in denen:
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1a schematisch eine perspektivische Ansicht eines Baugruppenträgers zeigt, in welchem ein Bereich mit Vergussmaterial ausgegossen werden soll gemäß anschaulicher Ausführungsformen;
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1b schematisch im Querschnitt den Baugruppenträger mit einer Fixiereinrichtung zur Positionierung einer Vergusshülse gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigt;
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1c schematisch im Querschnitt den Baugruppenträger in einer fortgeschrittenen Phase des Montageprozesses gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigt;
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1d eine Draufsicht auf die Grundplatte eines Komponentensatzes zeigt, mit einer Fixiereinrichtung in Form einer umlaufenden Nut und einer entsprechenden Vergusseinrichtung gemäß anschaulicher Ausführungsformen; und
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1e bis 1g Komponenten eines Komponentensatzes zur Herstellung eines Zündmoduls während diverser Montagephasen gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen in perspektivischer Darstellung zeigen.
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1a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer elektronischen Baugruppe 100, die einen Baugruppenträger 150 aufweist, der beispielsweise eine Grundplatte 153 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial umfasst. Der Träger 150 kann weitere Komponenten aufweisen, die mit der Grundplatte 153 verbunden sind oder integrale Bestandteile der Grundplatte 153 repräsentieren, d. h. die während eines gemeinsamen Herstellungsprozesses an der Grundplatte angeformt wurden, wie dies auch nachfolgend noch detaillierter beschrieben ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind entsprechende Komponenten des Trägers 150 nicht gezeigt. Des Weiteren umfasst der Träger 150 ein geeignetes elektrisches Verdrahtungs- und Anschlusssystem (nicht gezeigt), um damit ein oder mehrere elektrische bzw. elektronische Bauelemente 130, 131 in der durch die zugrundeliegende Schaltung erforderlichen Weise zu verbinden. Dazu können in der Grundplatte 153, auf der Grundplatte oder teilweise in und auf der Grundplatte geeignete Leiterbahnen vorgesehen sein, wie dies später detaillierter beschrieben ist. Die elektronischen bzw. elektrischen Bauelemente 131, 130 repräsentieren beliebige Komponenten, wie sie für die Funktionsweise der Baugruppe 100 erforderlich sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise das Bauelement 130 ein Hochspannung führendes Bauelement, etwa ein Zündtransformator eines Zündmoduls, ein beliebiger anderer Hochspannungstransformator, etwa für Spannungswandler, und dergleichen, wobei zumindest eine in dem Bauelement 130 zu verarbeitende Spannung eine Hochspannung repräsentiert. In anderen Ausführungsformen repräsentiert das Bauelement 130 ein induktives Element, etwa eine Spule, und dergleichen, in der hohe Spannungen anliegen, oder es ist eine Hochspannungskaskade vorgesehen, und dergleichen. Wie zuvor erläutert ist, kann insbesondere das Bauelement 130 ein relativ großvolumiges Bauelement repräsentieren, so dass auch eine entsprechende großvolumige Einbettung erforderlich ist, um etwa die mechanische Belastbarkeit sowie die elektrische Isolationsfestigkeit in hohem Maße bereitzustellen. Andererseits soll die Zugänglichkeit des Bauelements 131 nach dem Einbetten des Bauelements 130 zumindest zunächst bestehen bleiben, so dass eine „lokale” Einbettung des Bauelements 130 erforderlich ist. Das heißt, nach Aufbringen der Komponenten 131 und 130 und einer entsprechenden Fixierung dieser Komponenten, was beispielsweise das Verbinden mit einem Verdrahtungssytem, welches der Träger 150 beinhalten kann, ist ein Vergießvorgang durchzuführen, in welchem selektiv das Bauelement 130 mit dem gewünschten Vergussmaterial ummantelt wird.
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1b zeigt eine schematische Querschnittsansicht der elektronischen Baugruppe 100 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform, in der der Träger 150 eine Fixiereinrichtung 160 aufweist, die in Form eines oder mehrerer aus der Grundplatte 153 hervorragender Elemente 162a, 162b aufgebaut ist. Beispielsweise kann die Fixiereinrichtung 160 einen umlaufenden „Wulst” präsentieren, so dass in diesem Falle ein einzelnes Fixierelement 162a vorgesehen ist. In anderen Ausführungsformen sind entsprechende Unterbrechungen vorgesehen, so dass sich einzelne Elemente 162a, 162b ergeben. Die Fixiereinrichtung 160 ist dabei so ausgebildet, dass die laterale Position einer Vergusshülse 140, die gestrichelt dargestellt ist, und die während einer geeigneten Montagephase auf die Grundplatte 153 aufzusetzen ist, in genauer Weise vorgegeben ist. Das heißt, durch die Vergusshülse 140 wird in Verbindung mit dem Träger 150, die somit zusammen einen Komponentensatz eines Baugruppenträgers repräsentieren, eine Vergusskammer 140a definiert, die das Bauelement 130 lateral, also seitlich umschließt und nach oben hin geöffnet ist, um das Einfüllen eines gewünschten Vergussmaterials zu ermöglichen und dieses während des Ausheizens und des nachfolgenden Aushärtens in Position zu halten. Das heißt, durch die Vergusshülse 140 in Verbindung mit der Fixiereinrichtung 160 wird die Größe und damit das Volumen der Vergusskammer 140a in präziser Weise durch konstruktive Maßnahmen festgelegt, so dass eine zuverlässige und präzise Verarbeitung zum Einbetten des Bauelements 130 erreicht wird.
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1c zeigt schematisch die elektronische Baugruppe 100 gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform und während einer weiter fortgeschrittenen Montagephase. Wie gezeigt, besitzt in dieser Ausführungsform die Fixiereinrichtung 160 Aussparungen in der Grundplatte 153, etwa in Form einer umlaufenden Nut 161, in die die Vergusshülse 140 nach der Montage des Bauelements 130 eingesteckt wird. Durch diese Art der Fixierung wird einerseits eine sehr präzise Lage der Hülse 140 erreicht, während andererseits ein relativ großer Oberflächenbereich zwischen der Grundplatte 153 und der Hülse 140 innerhalb der Nut 161 bereitgestellt wird, an welchem ein erstes Vergussmaterial 132 anhaften kann, um damit eine zuverlässige Abdichtung der Hülse 140 in Bezug auf die Grundplatte 153 zu erreichen. Dazu wird in der gezeigten Ausführungsform eine Wärmebehandlung 101 ausgeführt, in der somit eine geeignete erhöhte Temperatur insbesondere auf das erste Vergussmaterial 132 einwirkt, und damit eine entsprechende Verflüssigung und eine Unterwanderung aller Spalte zwischen der Hülse 140 und der Grundplatte 153 innerhalb der Nut 161 zu erreichen. Zu diesem Zweck kann das Material 132 vor dem Einstecken der Vergusshülse 140 zumindest in einigen Oberflächenbereichen 140u vorgesehen werden, beispielsweise durch eine geeignete Benetzung, so dass bei der Wärmebehandlung 101 aufgrund der äußerst geringen Viskosität und der damit hervorgerufenen Kapillarwirkung eine zuverlässige Benetzung aller in der Nut 161 auftretenden Oberflächenbereiche erreicht wird. Nach der Wärmebehandlung 101 und nach dem Aushärten des ersten Vergussmaterials 132 wird somit eine zuverlässige Anbindung zwischen der Grundplatte 153 und der Vergusshülse 140 geschaffen, die für ein zuverlässiges Abdichten der Vergusskammer 140a sorgt.
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1d zeigt schematisch eine Draufsicht der elektronischen Baugruppe 100 gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform. In der dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich eine Vergusseinrichtung 170 vorgesehen, die während der Wärmebehandlung 101 (siehe 1c) das Vergussmaterial 132 bereithält und bei Verringerung der Viskosität des Vergussmaterials 132 zu einer Benetzung der Oberflächen der Grundplatte 153, die mit den Oberflächen 140u (siehe 1c) in Kontakt sind, beiträgt. In dem gezeigten Beispiel ist dazu die Vergusseinrichtung 170 in Form eines mit der Grundplatte 153 vorgesehenen Reservoirs oder aus der Grundplatte 153 herausragenden „Behälters” vorgesehen mit einer Öffnung 171, die durch die Seitenwandfläche 140s der Vergusshülse 140 begrenzt und damit in ausreichender Weise verschlossen wird, so dass das Vergussmaterial 132 im Zustand höherer Viskosität zuverlässig in Position gehalten wird. Andererseits ist die Vergusseinrichtung 170 strömungsmäßig mit der Nut 161 über die Öffnung 171 verbunden, so dass sich bei Erhöhung der Temperatur und damit Verringerung der Viskosität unter anderem durch Kapillarwirkung eine Benetzung der Oberflächen 140u innerhalb Nut 161 ergibt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 1c erläutert ist. Das heißt, durch das Vorsehen der Vergusseinrichtung 170 kann in sehr zuverlässiger Weise eine dosierbare Menge des Vergussmaterials 132 bereitgestellt werden, was zu einer zuverlässigen Abdichtung der Vergusskammer 140a führt, so dass ein effizienter und gut reproduzierbarer Fertigungsablauf erreicht wird. Durch den Komponentensatz, der die Vergusshülse 140 und den Träger 150 umfasst, kann damit ein lokales Einbetten einer oder mehrerer elektrischer Bauelemente in zuverlässiger Weise erfolgen, indem zunächst die Grundplatte 153 in geeigneter Weise bestückt und danach durch das Aufstecken der Vergusshülse 140 und das Abdichten durch das erste Vergussmaterial 132 die Vergusskammer 140a bereitgestellt wird. Daraufhin kann das eigentliche Vergießen des Bauelements 130 durch Einfüllen eines weiteren Vergussmaterials in die Vergusskammer 140a erfolgen.
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1e zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des Baugruppenträgers 150 gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform, in der der Träger 150 für ein Zündmodul für eine Entladungsleuchte vorgesehen ist. In der gezeigten Ausführungsform weist die Grundplatte 153 die Fixiereinrichtung 160 in Form der Nut 161 auf, wie dies auch zuvor mit Bezug zu den 1c und 1d beschrieben ist. Ferner ist angrenzend zu den von der Nut 161 eingeschlossenen Bereich die Vergusseinrichtung 170 vorgesehen, so dass die Öffnung 171 mit der Nut in Kontakt ist. Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform entsprechende Leiterbahnen 156 zumindest teilweise eingebettet in dem Material der Grundplatte 153 vorgesehen, um damit den Anschluss elektronischer Bauelemente, beispielsweise eines Kondensators, einer Funkenstrecke, eines Zündtransformators und dergleichen zu ermöglichen. Zum Beispiel sind im Bereich der von der Nut 161 eingeschlossenen Fläche der Grundplatte 153 entsprechende Bohrungen 156a vorgesehen, die eine Kontaktierung entsprechender Leiterbahnen durch Durchführen entsprechender Anschlussdrähte der einzubauenden elektronischen Komponente ermöglichen. In der gezeigten Ausführungsform ist ferner ein Hochspannungsanschluss 151b in diesem Bereich vorgesehen, der sich aus der Grundplatte 153 erstreckt und mit einem zentralen, in 1e nicht gezeigten Spannungsleiter verbunden ist, der im Material des Trägers 150 eingebettet ist. Ein weiterer Anschluss 151a, der somit durch den eingebetteten Hochspannungsleiter mit dem Anschluss 151b verbunden ist, dient beispielsweise in Kombination mit einer Kammer 152 dazu, den Endbereich einer Gasentladungsleuchte aufzunehmen und einen entsprechenden elektrischen Kontakt herzustellen. Ferner können weitere Komponenten des Trägers 150 vorgesehen werden, wie dies für die Gestaltung eines entsprechenden Zündmoduls vorteilhaft ist.
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1f zeigt schematisch die elektronische Baugruppe 100, d. h. in der dargestellten Ausführung in Form eines Zündmoduls, in einer weiter fortgeschrittenen Montagephase. Wie gezeigt, ist das elektrische Bauelement 130, das in diesem Falle einen Zündtransformator repräsentiert, auf die Grundplatte 153 aufgesetzt. Ferner ist ein Anschlussbereich 130a, der beispielsweise einen sekundärseitigen Hochspannungsanschluss repräsentiert, mit dem Anschluss 151b verbunden, der wiederum über einen eingebetteten Leiterbahnbereich 151c mit dem Anschluss 151a verbunden ist, der seinerseits zur Verbindung mit einer Gasentladungsleuchte 120 dient. Ferner können weitere Anschlüsse des Transformators 130 in geeigneter Weise mit den Leiterbahnen 156 über die Bohrungen 156a (siehe 1e) angeschlossen werden. Zu diesem Zweck wird der Transformator 130 aufgesetzt und die entsprechenden Anschlussleiter, die sich durch die Bohrungen 156a (siehe 1e) erstrecken, werden geeignet angeschlossen, etwa durch Laserschweißen, durch andere Schweißverfahren oder durch Löten. Dabei können für die Bohrungen 156a sehr enge Toleranzen vorgesehen werden, so dass sich beim Vorgang des Verbindens gleichzeitig eine Abdichtung der Bohrungen 156a erreichen lässt. In ähnlicher Weise werden die Anschlüsse 130a und 151b verbunden, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, wobei aufgrund der fehlenden Seitenflächen einer Vergusskammer eine entsprechende Kontamination vermieden wird, wie dies auch bereits zuvor erläutert ist. Dabei kann der Anschlussbereich 151b entsprechend den Erfordernissen mit einer ausreichenden Länge bereitgestellt werden, so dass auch eine Kontamination der Grundplatte 153 gering bleibt.
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1g zeigt schematisch das Zündmodul 100 in einer weiter fortgeschrittenen Montagephase. In dieser Phase ist die Vergusshülse 140 auf die Grundplatte 153 aufgesetzt und wird durch die Fixiereinrichtung 160 fixiert, wie dies auch zuvor erläutert ist. Des Weiteren ist die Vergusshülse 140 zu der Grundplatte 153 effizient abgedichtet, wobei dies in der gezeigten Ausführungsform durch Ausführen einer Wärmebehandlung auf der Grundlage eines ersten Vergussmaterials erreicht wird, das mit Hilfe der Vergusseinrichtung 170 zugeführt wird, wie dies auch zuvor mit Bezug zu den 1c und 1d erläutert ist, in der die Wärmebehandlung 101 beschrieben ist. Das heißt, nach der Wärmebehandlung 101, die beispielsweise im Rahmen einer ohnehin erforderlichen Ausheizung des Moduls 100 durchgeführt werden kann, ist die Vergusskammer 140a für den eigentlichen Schritt des Vergießens des Bauelements 130 verfügbar. Dazu wird eine geeignete Vergussmasse 134 in die Vergusskammer 140a eingefüllt, beispielsweise durch eine Einfüllöffnung 140b, die einen beliebigen Teil des Querschnitts der Vergusshülse 140 einnehmen kann. Daraufhin wird eine weitere Wärmebehandlung ausgeführt, um die Vergussmasse 134 zu verflüssigen, wobei ein Austritt aus der Vergusskammer 140a zuverlässig durch die vorhergehende Abdichtung unterdrückt wird. Weiterhin ist aufgrund der reduzierten oder unterdrückten Kontamination zumindest der Seitenwände der Vergusshülse 140 eine zuverlässige Vergussanhaftung an der Hülse 140 gegeben, so dass sich insgesamt eine hohe mechanische und elektrische Zuverlässigkeit ergibt, wobei dennoch geringe gewünschte Abmessungen zu anderen elektronischen Bauelementen, beispielsweise zu dem Bauelement 131 in Form eines Kondensators, einer Funkenstrecke (nicht gezeigt) und dergleichen, ermöglicht werden. Folglich können im Gegensatz zu konventionellen Zündmodulen weitere Komponenten in ein gemeinsames Gehäuse integriert werden, beispielsweise die Komponenten für ein elektronisches Vorschaltgerät, so dass die gesamte elektronische Ansteuerung der Gasentladungsleuchte zusammen in unmittelbarer Nähe der Gasentladungsleuchte vorgesehen werden können.
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In weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) ist die Fixiereinrichtung 160 so ausgebildet, dass die Hülse 140 mit verschiedenen Querschnittsgrößen aufgesteckt und fixiert werden kann, so dass unterschiedliche Versionen des Zündmoduls 100 oder anderer elektronischer Baugruppen auf der Grundlage des gleichen Trägers 150 bereitgestellt werden können. Beispielsweise werden verschiedene umlaufende Nuten vorgesehen, die jeweils mit dazugehörigen Vergusseinrichtungen 170 in Verbindung stehen, so dass die Vergusshülse 140 mit einem geeigneten Durchmesser ausgewählt und in die entsprechende Nut eingeführt werden kann. Der dadurch gegebenenfalls zur Verfügung stehende Platz bei Verwendung eines kleineren Querschnitts der Vergusshülse kann dann durch weitere Komponenten belegt werden, so dass sich eine höhere Flexibilität bei der Gestaltung der elektronischen Baugruppe 110 ergibt, ohne dass eine Vielzahl unterschiedlicher Varianten des Trägers 150 erforderlich ist. Lediglich im entsprechenden Komponentensatz, d. h. der Kombinationen aus dem Träger 150 und der Vergusshülse 140, wird eine Vergusshülse mit der gewünschten Größe ausgewählt.
