DE102020003087A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils - Google Patents

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Marius Sillmann
Jürgen Goldmann
Franz Padinger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1), welches eine Leiterplatte (2) und eine Mehrzahl darauf angeordneter elektrischer Komponenten (3) umfasst.Erfindungsgemäß werden die elektrischen Komponenten (3) auf der aus Kunststoff ausgebildeten Leiterplatte (2) mittels eines Fixierklebstoffs (9) vorfixiert und danach mit einem UV-Klebstoff (8) vollständig vergossen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2014 008 262 A1 beschrieben, ein hintergrundbeleuchtetes Autoemblem, bei dem nur das Automarkenzeichen beleuchtet wird, bekannt. Das LED-hintergrundbeleuchtete Automarkenemblem im Heckbereich eines Kraftfahrzeuges ist mit dem Standlicht und dem Abblendlicht sowie direkt mit der Kennzeichenbeleuchtung im Heckbereich gekoppelt und wird auch hiermit an- und ausgeschaltet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • In einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, welches eine Leiterplatte und eine Mehrzahl darauf angeordneter elektrischer Komponenten umfasst, werden erfindungsgemäß die elektrischen Komponenten auf der aus Kunststoff ausgebildeten Leiterplatte mittels eines Fixierklebstoffs vorfixiert und danach mit einem UV-Klebstoff, d. h. mit einem mittels ultravioletter Strahlung aushärtbaren Klebstoff, vollständig vergossen. Es erfolgt somit eine zweistufige Verklebung der elektrischen Komponenten. Als Bauteil wird dabei insbesondere ein Emblem ausgebildet, insbesondere ein beleuchtetes Emblem, insbesondere ein Markenemblem eines Fahrzeugherstellers, welches an einem Fahrzeug anbringbar ist. Die elektrischen Komponenten, welche mittels des Fixierklebstoffs vorfixiert werden, umfassen insbesondere LEDs (Licht emittierende Dioden) zur Beleuchtung des Emblems. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine umwelteinflussstabile und lichtoptimierte Verklebung der elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte aus Kunststoff sichergestellt.
  • Insbesondere zur Ausbildung des Emblem wird vorteilhafterweise die, insbesondere aus Polymethylmethacrylat (PMMA) ausgebildete, Leiterplatte mit den darauf vorfixierten elektrischen Komponenten nach Aushärten des zur Vorfixierung verwendeten Fixierklebstoffs mit einer Abdeckung verbunden, insbesondere verklebt. Die Abdeckung ist beispielsweise aus Polycarbonat (PC) und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und/oder aus einem oder mehreren anderen Materialien ausgebildet. Beispielsweise ist die Abdeckung verchromt, wobei sie dann beispielsweise aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC/ABS) oder aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder aus einem oder mehreren anderen Materialien ausgebildet ist. Das Verkleben erfolgt insbesondere, indem ein Klebekanal zwischen der Leiterplatte und der, wenn sie verchromt ist, auch als Chromcover bezeichneten Abdeckung vollständig mit dem UV-Klebstoff gefüllt wird und der UV-Klebstoff anschließend durch die transluzente Leiterplatte hindurch mittels einer UV-Lampe bestrahlt und dadurch ausgehärtet wird. Diese Form der Verklebung führt dazu, dass Scherkräfte nicht mehr direkt auf die einzelnen elektrischen Komponenten wirken, sondern auf die gesamte Vorfixierung aller Komponenten des Bauteils. Die elektrischen Komponenten bleiben dadurch auf Leiterbahnen der Leiterplatte kleben und das Bauteil besteht durch das beschriebene Verfahren geforderte Rahmenbedingungen für Umwelteinflüsse.
  • Mittels des hier beschriebenen Verfahrens erfolgt somit die Herstellung des Bauteils, insbesondere des beleuchteten Emblems, derart, dass die elektrischen Komponenten vor Umwelteinflüssen, die insbesondere zu Feuchtigkeitseintrag und somit zu einer Korrosion der Leiterbahnen der Leiterplatte führen, geschützt sind, insbesondere auch bei Temperaturen zwischen -30°C und 80°C und auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Bauteils. Des Weiteren wird mittels des Verfahrens sichergestellt, dass durch die LEDs ein homogenes Lichtbild am Emblem erzeugt wird.
  • Ohne die erfindungsgemäße Vorfixierung der elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte, d. h. bei einem ausschließlichen Vollverguss der elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte, wären die elektrischen Komponenten zwar beispielsweise zumindest bei Raumtemperatur ebenfalls geschützt, jedoch unterscheiden sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten aller Komponenten des Bauteils bei großen Temperaturunterschieden derart stark, dass die Scherkräfte, die vom UV-Klebstoff auf die elektrischen Komponenten übertragen werden würden, so groß sind, dass die elektrischen Komponenten von den Leiterbahnen gerissen werden würden. Des Weiteren lässt sich bei diesem ausschließlichen Vollverguss ohne die vorherige Vorfixierung kein homogenes Lichtbild erzeugen.
  • Diese Nachteile werden somit durch das hier beschriebene Verfahren vermieden. Durch die Vorfixierung der elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte wird verhindert, dass die Scherkräfte zwischen dem UV-Klebstoff und den elektrischen Komponenten zu hoch werden. Zudem werden dadurch die insbesondere aus Silber ausgebildeten Leiterbahnen vor einer chemischen Reaktion mit dem UV-Klebstoff geschützt.
  • Das Vorfixieren der elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte erfolgt beispielsweise, indem der Fixierklebstoff zum Vorfixieren der elektrischen Komponenten mittels eines Ventils, insbesondere mittels eines Jet-Ventils, an einer insbesondere als SMD-Bestücker ausgebildeten Bestückervorrichtung, mittels welcher die elektrischen Komponenten auf die Leiterplatte aufgebracht werden, zumindest abschnittsweise auf die Leiterplatte und die elektrischen Komponenten aufgebracht wird, insbesondere derart, dass er die Leiterbahnen benetzt und die elektrischen Komponenten umschließt und auf der Leiterplatte befestigt. Bei den LEDs wird der Fixierklebstoff dabei vorteilhafterweise derart aufgebracht, dass die LEDs in Hauptabstrahlrichtung freigelassen werden, d. h. nicht mit dem Fixierklebstoff bedeckt werden, um unerwünschte Farbeinflüsse eines von den LEDs abgestrahlten Lichts zu vermeiden, welche durch Medienwechsel entstehen würden, d. h. durch einen unerwünschten Wechsel des Mediums, welches das Licht durchstrahlt. Alternativ zum Aufbringen des Fixierklebstoffs mittels der Bestückervorrichtung kann der Fixierklebstoff auch an einem anderen Ort und/oder mit einer anderen Vorrichtung aufgebracht werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • 1 schematisch eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Bauteils ohne Verklebung seiner Komponenten,
    • 2 schematisch eine Draufsicht auf eine Leiterplatte des Bauteils mit punktuell vorfixierten elektrischen Komponenten,
    • 3 schematisch eine Draufsicht auf eine Leiterplatte des Bauteils mit flächig vorfixierten elektrischen Komponenten, und
    • 4 schematisch eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Bauteils mit verklebten Komponenten.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Anhand der 1 bis 4 wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils 1 beschrieben. Das Bauteil 1 umfasst eine Leiterplatte 2 und eine Mehrzahl darauf angeordneter elektrischer Komponenten 3.
  • Das Bauteil 1 ist im dargestellten Beispiel ein beleuchtetes Emblem, insbesondere ein Markenemblem eines Fahrzeugherstellers, welches an einem Fahrzeug anbringbar ist. Die elektrischen Komponenten 3 umfassen insbesondere LEDs zur Beleuchtung des Emblems, und im dargestellten Beispiel zusätzlich elektrische Widerstände.
  • Das Bauteils 1 umfasst, wie bereits erwähnt, die Leiterplatte 2, welche hier aus Kunststoff, im dargestellten Beispiel aus Polymethylmethacrylat (PMMA), ausgebildet ist. Auf der Leiterplatte 2 sind Leiterbahnen 4, insbesondere aus Silber, angeordnet. Auf den Leiterbahnen 4 sind die elektrischen Komponenten 3 angeordnet.
  • Die Leiterplatte 2 ist vorteilhafterweise opak und transluzent ausgebildet, so dass von den LEDs abgestrahltes Licht diffus streuend hindurchstrahlen kann. Die Leiterplatte 2 bildet somit auch einen Diffusor.
  • Zum Schutz der elektrischen Komponenten 3 und zur Ausbildung des Emblems ist eine Abdeckung 5 vorgesehen. Diese Abdeckung 5 ist beispielsweise aus Polycarbonat (PC) und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und/oder aus einem oder mehreren anderen Materialien ausgebildet. Beispielweise ist diese Abdeckung 5 verchromt. Sie wird dann beispielsweise auch als Chromcover bezeichnet. Bei einer verchromten Ausbildung der Abdeckung 5 ist die Abdeckung 5 beispielsweise aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC/ABS) oder aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder aus einem oder mehreren anderen Materialien ausgebildet. Die Abdeckung 5 bildet beispielsweise ein Dekorteil des Bauteils 1. An einer den LEDs zugewandten Innenseite der Abdeckung 5 ist eine, beispielsweise weiße, Reflektorfolie 6 angeordnet. Durch diese Ausbildung des Bauteils 1 wird die mittels Lichtstrahlen S dargestellte Abstrahlung des Lichts der LEDs erreicht.
  • Um das als Emblem ausgebildete Bauteil 1 am Fahrzeug befestigen zu können, ist im dargestellten Beispiel zudem ein Klebeband 7 vorgesehen, welches an einer von den LEDs abgewandten Unterseite der Leiterplatte 2 angeordnet ist.
  • Insbesondere für das als am Fahrzeug anbringbares Emblem ausgebildete Bauteil 1 ist es erforderlich, die Leiterplatte 2 mit der Abdeckung 5 derart zu verbinden, dass die elektrischen Komponenten 3 auf der Leiterplatte 2 vor Umwelteinflüssen, die insbesondere zu einem Feuchtigkeitseintrag und somit zu einer Korrosion der Leiterbahnen 4 führen, geschützt sind. Dieser Schutz muss auch bei Temperaturen zwischen -30°C und 80°C und auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Bauteils 1 sichergestellt sein. Des Weiteren soll mittels der LEDs ein homogenes Lichtbild zur Beleuchtung des als Emblem ausgebildeten Bauteils 1 erzeugt werden.
  • Um dies zu erreichen, ist beispielsweise ein Vollverguss der elektrischen Komponenten 3, zum Beispiel mittels eines UV-Klebstoffs 8, denkbar. Bei einem solchen ausschließlichen Vollverguss wären die elektrischen Komponenten 3 zwar bei Raumtemperatur gegen Umwelteinflüsse geschützt, jedoch unterscheiden sich bei großen Temperaturunterschieden Wärmeausdehnungskoeffizienten aller Komponenten des Bauteils 1 derart stark, dass Scherkräfte, die vom UV-Klebstoff 8 auf die elektrischen Komponenten 3 übertragen werden, so groß sind, dass die elektrischen Komponenten 3 von den Leiterbahnen 4 gerissen werden. Des Weiteren lässt sich auf diese Weise kein homogenes Lichtbild erzeugen.
  • Daher ist im hier beschriebenen Verfahren vorgesehen, die elektrischen Komponenten 3 zunächst auf der aus Kunststoff ausgebildeten Leiterplatte 2, insbesondere mittels eines Fixierklebstoffs 9, vorzufixieren und erst danach den Vollverguss vorzunehmen. D. h. die die elektrischen Komponenten 3 werden, nachdem sie auf der Leiterplatte 2 vorfixiert wurden, mit dem UV-Klebstoff 8 vollständig vergossen, wodurch vorteilhafterweise auch die Abdeckung 5 mit der Leiterplatte 2 verbunden wird.
  • Durch dieses Vorfixierung der elektrischen Komponenten 3 auf der Leiterplatte 2 aus Kunststoff wird verhindert, dass die Scherkräfte zwischen dem UV-Klebstoff 8 und den elektrischen Komponenten 3 zu hoch werden, und zudem werden die aus Silber ausgebildeten Leiterbahnen 4 vor einer chemischen Reaktion mit dem UV-Klebstoff 8 geschützt.
  • Zur Vorfixierung wird beispielsweise mittels eines Ventils, insbesondere mittels eines Jet-Ventils, in einer insbesondere als SMD-Bestücker ausgebildeten Bestückervorrichtung, mittels welcher auch die elektrischen Komponenten 3 auf die Leiterplatte 2 aufgebracht werden, der Fixierklebstoff 9 aufgebracht, insbesondere derart, dass der Fixierklebstoff 9 die Leiterbahnen 4 benetzt und die elektrischen Komponenten 3 umschließt und auf der Leiterplatte 2 befestigt. Bei den LEDs wird der Fixierklebstoff 9 dabei vorteilhafterweise derart aufgebracht, dass die LEDs in Hauptabstrahlrichtung freigelassen werden, um unerwünschte Farbeinflüsse durch Medienwechsel zu vermeiden. Alternativ zum Aufbringen des Fixierklebstoffs 9 mittels der Bestückervorrichtung kann der Fixierklebstoff 9 auch an einem anderen Ort, d. h. nicht unbedingt an dem Ort, an welchem die Bestückung der Leiterplatte 2 erfolgt, und/oder mit einer anderen Vorrichtung aufgebracht werden. Das Aufbringen des Fixierklebstoffs 9 erfolgt dann jedoch insbesondere ebenfalls derart, dass der Fixierklebstoff 9 die Leiterbahnen 4 benetzt und die elektrischen Komponenten 3 umschließt und auf der Leiterplatte 2 befestigt. Bei den LEDs wird der Fixierklebstoff 9 dabei vorteilhafterweise ebenfalls derart aufgebracht, dass die LEDs in Hauptabstrahlrichtung freigelassen werden, um unerwünschte Farbeinflüsse durch Medienwechsel zu vermeiden.
  • Die Leiterplatte 2 mit den vorfixierten elektrischen Komponenten 3 wird nach einem Aushärten des Fixierklebstoffs 9 mit der Abdeckung 5 verklebt. Hierbei wird ein Klebekanal K zwischen der Leiterplatte 2 und der Abdeckung 5 vollständig mit dem UV-Klebstoff 8 gefüllt und anschließend durch die transluzente Leiterplatte 2 hindurch mittels einer UV-Lampe ausgehärtet. Diese Form der Verklebung führt dazu, dass die Scherkräfte nicht mehr direkt auf die einzelnen elektrischen Komponenten 3 wirken, sondern auf die gesamte Vorfixierung aller beteiligten Komponenten. Die elektrischen Komponenten 3 bleiben dadurch auf den Leiterbahnen 4 kleben und das mittels dieses Verfahrens hergestellte Bauteil 1 besteht auch geforderte Rahmenbedingungen der Umwelteinflüsse.
  • Die Vorfixierung der elektrischen Komponenten 3 auf der Leiterplatte 2 kann punktuell erfolgen, wie in 2 gezeigt, oder flächig, wie in 3 gezeigt.
  • Die punktuelle Vorfixierung der elektrischen Komponenten 3 kann sehr platzsparend und mit wenig Material, insbesondere Fixierklebstoff 9, und mit wenig Aufwand umgesetzt werden. Bei dieser punktuellen Vorfixierung werden die elektrischen Komponenten 3 jeweils nur an ihren Seiten punktuell auf der Leiterplatte 2 fixiert. Diese punktuelle Vorfixierung ist allerdings deutlich schwächer als die flächige Vorfixierung.
  • Bei der flächigen Vorfixierung werden die elektrischen Komponenten 3, vorteilhafterweise einschließlich der insbesondere aus Silber ausgebildeten Leiterbahnen 4, mit dem Fixierklebstoff 9 umschlossen. Je nach elektrischer Komponente 3, insbesondere bei den LEDs, kann es notwendig sein, die jeweilige elektrische Komponente 3 oben freizulassen und nur an allen Seiten, d. h. umfangsseitig, auf der Leiterplatte 2 zu befestigen. Diese flächige Vorfixierung ist deutlich stabiler als die punktuelle Vorfixierung.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform des Bauteils 1 ohne Vorfixierung mittels des Fixierklebstoffs 9 und ohne Verklebung mittels des UV-Klebstoffs 8, wodurch keine umweltstabile Verklebung erreicht ist. Wie anhand der weiteren Ausführungsform des Bauteils 1 in 4 gezeigt, werden im Gegensatz zu dieser in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Bauteils 1, um eine umweltstabile Verklebung zu erreichen, in dem hier beschriebenen Verfahren zunächst die elektrischen Komponenten 3 auf die beschriebene Weise entweder punktuell oder flächig auf der Leiterplatte 2 vorfixiert, insbesondere mittels des Fixierklebstoffs 9. Anschließend wird diese Vorfixierung, d. h. der Fixierklebstoff 9, ausgehärtet.
  • Vorteilhafterweise wird danach, insbesondere kurz vor dem vollständigen Verkleben mittels des UV-Klebstoffs 8, die gesamte Leiterplatte 2 plasmabehandelt, insbesondere auch eine Oberfläche der LEDs. Dies erfolgt, um eine Delamination des UV-Klebstoffs 8 von einem Silikonverguss der LEDs und eine daraus resultierende Entstehung von Luftblasen oberhalb der LEDs zu vermeiden, da dies einen Medienwechsel und somit eine Farbinhomogenität des von den LEDs abgestrahlten Lichts zur Folge hätte. Durch die Plasmabehandlung wird eine Haftungsverbesserung, insbesondere der Silikonvergussoberfläche der LEDs, für den UV-Klebstoff 8 erreicht.
  • In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird auch die Reflektorfolie 6 plasmabehandelt, um eine bessere Haftung des UV-Klebstoffs 8 zu erreichen.
  • Anschließend wird die Leiterplatte 2 mit den vorfixierten elektrischen Komponenten 3 mit der Abdeckung 5 verklebt. Hierbei wird die Abdeckung 5 mit der darin bereits angeordneten Reflektorfolie 6 auf die Leiterplatte 2 aufgesetzt und, wie oben bereits beschrieben, der Klebekanal K zwischen der Leiterplatte 2 und der Abdeckung 5 vollständig mit dem UV-Klebstoff 8 gefüllt und anschließend durch die transluzente Leiterplatte 2 hindurch mittels einer UV-Lampe ausgehärtet.
  • Das Klebeband 7 kann beispielsweise bereits zu Beginn, d. h. bereits vor den beschriebenen Verfahrensschritten, oder beispielsweise zum Schluss, d. h. nach den beschriebenen Verfahrensschritten, oder beispielsweise während des beschriebenen Verfahrensablaufs auf die Unterseite der Leiterplatte 2 aufgebracht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bauteil
    2
    Leiterplatte
    3
    elektrische Komponente
    4
    Leiterbahn
    5
    Abdeckung
    6
    Reflektorfolie
    7
    Klebeband
    8
    UV-Klebstoff
    9
    Fixierklebstoff
    K
    Klebekanal
    S
    Lichtstrahl
  • 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 102014008262 A1 [0002]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1), welches eine Leiterplatte (2) und eine Mehrzahl darauf angeordneter elektrischer Komponenten (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Komponenten (3) auf der aus Kunststoff ausgebildeten Leiterplatte (2) mittels eines Fixierklebstoffs (9) vorfixiert werden und danach mit einem UV-Klebstoff (8) vollständig vergossen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emblem ausgebildet wird, wobei die aus Polymethylmethacrylat ausgebildete Leiterplatte (2) mit einer verchromten Abdeckung (5) aus Polycarbonat und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol verbunden wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) mit der verchromten Abdeckung (5) verklebt wird, indem ein Klebekanal (K) zwischen der Leiterplatte (2) und der verchromten Abdeckung (5) vollständig mit dem UV-Klebstoff (8) gefüllt wird und der UV-Klebstoff (8) anschließend durch die transluzente Leiterplatte (2) hindurch mittels einer UV-Lampe bestrahlt und dadurch ausgehärtet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierklebstoff (9) zum Vorfixieren der elektrischen Komponenten (3) mittels eines Ventils an einer Bestückervorrichtung, mittels welcher die elektrischen Komponenten (3) auf die Leiterplatte (2) aufgebracht werden, zumindest abschnittsweise auf die Leiterplatte (2) und die elektrischen Komponenten (3) aufgebracht wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102014008262A1 (de) 2014-06-06 2015-12-17 Dieter Geng Hintergrundbeleuchtetes autoemblem bei dem nur das automarkenzeichen beleuchtet wird

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