DE102016221039A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik das eine Platine mit mehreren Bauteilen aufweist, werden in einem ersten Verfahrensschritt definierte Bereiche auf der Elektronikplatine insbesondere um empfindliche elektronische Bauteile herum mit einer formstabilen (thixotropen) und anhaftenden Schaumdichtung versehen, anschließend werden die Bauteile in einem Thermoplast-Duroplast-Spritzgussverfahren verkapselt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik
- In der Automatisierungstechnik werden vielfach elektronische Geräte (Sensoren, Aktoren, Verteilerboxen etc.) hergestellt, die aus einer kunststoffumspritzten bestückten Elektronikplatine bestehen. Aus der
DE19832533 ist z. B. ein Näherungsschalter bekannt, der aus einer kunststoffumspritzten bestückten Elektronikplatine besteht. - Vor der Kunststoffumspritzung werden die mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatten durch verschiedene Maßnahmen vorbehandelt, um thermische Belastungen u. Scher-/Schubspannungen auf die Bauteile zu minimieren und so eine dauerhafte Kontaktierung zu sichern.
- Dabei werden zum Bauteilschutz die elektronischen Bauteile mit Verguß- oder Klebermassen überdeckt bzw. lackiert oder bei ICs ein Underfill-Material verwendet bzw. diese Bauteile mit Folien abklebt.
- Bei den Umspritzverfahren handelt es sich meist um Niederdruckspritzverfahren < 100 bar und Niedertemperatur-Spritzmassen mit einem niedrigen Schmelzpunkt < 150 °C. Meist werden weiche Umspritzmassen (z.B. Macomelt) verwendet, die zur Reduktion der bei Temperaturwechsel entstehenden Schubspannungen, die auf die Bauteile wirken, dienen.
- Die Nachteile dieser bekannten Verfahren sind, dass sie nur bedingt zur Herstellung elektronischer Geräte der Automatisierungstechnik geeignet sind. So sind bei den bekannten Verfahren große elektronische Bauteile (BT), wie z. B. Kondensatoren nicht ausreichend vor Ablösung der Kontaktierung geschützt. Mit einem weichen Umspritzmaterial kann kein stabiles Gerätegehäuse für rauhe Industrieumgebungen hergestellt werden. Niedertemperatur-Spritzmassen sind nicht ausreichend wärmestabil. Sie sind z.T. unbeständig gegen Medien die in Industrieapplikationen nicht ausgeschlossen werden können (z. B. Öle, Reinigungsflüssigkeiten, Säuren, Laugen).
- Bei Hochtemperaturspritverfahren ist nur ein unzureichender thermischer Schutz der Bauteile gegeben (z.B. PA, PUR, PBT).
- Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das auch bei Hochdruck- bzw. Hochtemperaturspritzverfahren einsetzbar ist und das einen ausreichenden Bauteileschutz gewährleistet.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
- Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass die empfindlichen elektronischen Bauteile vor dem Umspritzungsprozess mit einer elastischen Dichtschaummasse selektiv ummantelt oder überdeckt werden.
- Der Dichtschaum weist vorzugsweise folgende Merkmale/Eigenschaften auf:
- • geschlossenporig, nimmt keine Flüssigkeiten auf (Schmelze, Verguß , Wasser, Öle u. Umweltmedien o.ä.)
- • hat eine hohe Haftfähigkeit auf der Leiterplatte u. Bauteilen (BT)
- • sehr temperaturbeständig; –40°C...120°C
- • thixotrop, Auftrag ist in allen Achsen ohne „ Abtropfen“ möglich
- • kann Metallteile mit Kunststoffumspritzung abdichten, Schutzart IP69K möglich
- • ein guter elektrischer Isolator, z. B. PUR-Dichtschaum
- • ein guter thermischer Isolator, reduziert die Wärmebelastung der BT bei Hochtemperatur-Umspritzung (210...240°C)
- • reduziert Schub u. Scherspannungen, die bei Temperaturwechsel auf die BT einwirken
- • als 1 o. 2-Komponenten-Material verfügbar
- • mit bekannten Autragsverfahren in 3 Achsen dosierbar (Stand der Technik, erprobt bei Dichtungslösungen Getriebe, Fahrzeug-Ölwannen, Schaltschrankabdichtungen u.v.m.)
- • umweltverträglich, keine freigesetzte Lösungsmittel sowie Lacke
- • Beschichtungsdicke ist nach Erfordernis beliebig realisierbar
- • in seinen Werkstoffeigenschaften u. Härte modifizierbar
- • Kostengünstig je kg, da großes Volumen u. wenig Masse
- • auch zusätzlich als „ Füllkörper“ zu verwenden, reduziert den Einsatz von hochpreislichen Kunststoff-Umspritzmassen
- • ohne Schadwirkung auf elektron. BT, nicht korrosiv, nicht anlösend,
- Die Erfindung ist besonders geeignet für die Herstellung von aktiven Verteilerboxen insbesondere für IO-Link Verteilerboxen, wie sie von der Fa. ifm electronic hergestellt werden. Die finale Kontur einer solchen Verteilerbox ist in
1 zu sehen. -
2 zeigt den entsprechenden Vorspritzling mit einer sehr schematisch dargestellten herkömmliche Leiterplatte, die mit einem transparenten Kunststoff gekapselt ist, um den Lichtaustritt der LEDs zu ermöglichen. - In
3 ist eine mit einer Vielzahl von Bauteilen bestückten Platine (Leiterplatte) dargestellt, bei der einige Bauteile BT mit der Dichtschaummasse D ummantelt sind.3b zeigt einen Schnittdarstellung, die3a ,3b eine Aufsicht auf die Oberseite bzw. die Unterseite der Leiterplatte. - Diese Leiterplatte kann zur Herstellung einer aktiven Verteilerbox gemäß
1 verwendet werden. - Ein Beispiel für eine entsprechende Schaumdichtung sind PUR-Schaumdichtungen, welche mittels einer Schaumanlage aufgebracht werden. Geschäumte Dichtungen haben im Gegensatz zu TPE-, Moosgummidichtungen oder anderen herkömmlichen Dichtungen, welche nicht wie die geschäumte Dichtung direkt aufgebracht werden, den Vorteil, dass sie sich genau an die Oberfläche und an Hohlräume anpassen. Polyurethanschaum, Silikonschaum oder auch FIPFG und FIPG können ebenfalls als geschäumte Dichtung zum Schutz unterschiedlicher elektronischer Bauteile verwendet werden. In speziellen Schaumanlagen kann auch duroplastisches PUR verarbeitet werden. Die geschäumte Dichtung kann eine 1K-Dichtung oder 2K-Dichtung sein. Alternativ kann CeraPur eingesetzt werden. Bei CeraPUR handelt es sich um eine 1K-Dichtung, welche mit Druckluft homogenisiert wird. Die Endweichheit der Dichtung kann stufenlos geregelt werden kann.
- Bei gespritzten Kunststoffteilen sollten Massenanhäufungen möglichst vermieden werden. Die Schaumdichtung kann in vorteilhafter Weise auch zur Unterbrechung von Materialspannungen bei Massenanhäufungen verwendet werden. Beispielsweise können auf der Leiterplatte Querstreifen aufgebracht werden, wo die Schaumdichtung keinerlei Dichtwirkung erzeugt.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19832533 [0002]
Claims (7)
- Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik das eine Platine mit mehreren Bauteilen aufweist, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: A) definierte Bereiche auf der Elektronikplatine insbesondere um empfindliche elektronische Bauteile herum werden mit einer formstabilen (thixotropen) und anhaftenden Schaumdichtung versehen B) Verkapseln der Bauteile in einem Thermoplast-Duroplast-Spritzgussverfahren
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des Spritzgussverfahrens bis ca. 700 bar Düsendruck und bis ca. 250° C liegen.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfahrensschritt B ein Vorspritzling gefertigt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfahrensschritt B mit der Verkapselung die finale Gehäusekontur des elektronischen Gerätes entsteht.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumdichtung linienförmig um ein Bauteil aufgetragen wird und die Dichtmasse den Bereich unter dem Bauteil gegen das Eindringen des Plast-Materials beim Verfahrensschritt B abdichtet.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumdichtung an einem Bauteil flächig aufgetragen wird und die Dichtmasse das Bauteil vollständig überdeckt und dadurch einen mechanischen und/oder thermischen Schutz beim Verfahrensschritt B bietet.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumdichtung ein Polyurethan-Dichtschaum ist.
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