DE102022120682A1

DE102022120682A1 - Einbetten einer Leiterplatte in Vergussmasse

Info

Publication number: DE102022120682A1
Application number: DE102022120682.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Dorn
Original assignee: Kyocera Avx Components Werne GmbH
Current assignee: Kyocera Avx Components Werne GmbH
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2024-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe. Um ein Verfahren bereitzustellen, dass eine zuverlässige und präzise Herstellung einer elektrischen Baugruppe ermöglicht ist vorgesehen, dass eine mindestens ein elektrisches Bauteil 16 aufweisende Leiterplatte 14 mit mindestens einer die Leiterplatte 14 von einer Oberseite 22 zu einer Unterseite 24 durchdringenden Öffnung bereitgestellt wird. In der Öffnung 26 wird ein Einsatzelement 18 angeordnet. Die Leiterplatte 14 wird mit dem Einsatzelement 18 in einer mindestens ein Halteelement 38 aufweisenden Form 36 angeordnet. und mittels des Halteelements 38 in der Form 36 positioniert. Zur Erzeugung einer die Leiterplatte 13 mindestens zum Teil umgebenden Vergussschicht 12 wird in die Form eine fließfähige Vergussmasse 44 eingebracht. Während des Einbringens der Vergussmasse 44 wird die Leiterplatte 14 durch das an dem Einsatzelement 18 angeordnete Halteelemente 38 innerhalb der Form 36 in Position gehalten. Zur Entnahme der elektrischen Baugruppe (10) wird das Halteelement 38 von dem Einsatzelement getrennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe.
Zur Herstellung elektrischer Baugruppen ist es bekannt, eine mindestens ein elektrisches Bauteil, z.B. einen Stecker mit Kontaktabschnitten aufweisende Leiterplatte, beispielsweise in einem bekannten Spritzgießverfahren, in einer Form anzuordnen und während des Einbringens einer fließfähigen Vergussmasse in die Form zur Erzeugung einer die Leiterplatte zum Teil umgebenden Vergussschicht mittels eines an der Leiterplatte angeordneten Haltelements in Position zu halten.
Die DE 10155 537 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugsensors nach dem Spritzgussverfahren. Ein oder mehrere Einlegeteile, beispielsweise elektronische Bauelemente oder vorgefertigte Gehäuseelemente, werden in eine Spritzform eingelegt und vor dem Umspritzen durch ein oder mehrere Halteelemente positioniert. Hierbei werden das oder die Halteelemente während des Umspritzens aus dem mit Kunststoffmaterial zu füllenden Füllbereich entfernt.
Es kann als Aufgabe angesehen werden, ein Verfahren bereitzustellen, dass eine zuverlässige und präzise Herstellung einer elektrischen Baugruppe ermöglicht.
Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Herstellung einer Vergussschicht um eine Leiterplatte kann in der Fertigung problematisch sein, wenn die Position der Leiterplatte nicht ausreichend gesichert ist. Während des Einbringens einer Vergussmasse kann eine Leiterplatte mit einem Stützelement in Position gehalten werden. Beim Trennen des Stützelements von der Leiterplatte können sich für das Eindringen von fluiden Medien, z.B. Wasser, anfällige Einbuchtungen und/oder Krater in der Vergussschicht bilden und somit kann die Haltbarkeit und Beständigkeit der elektrischen Baugruppe erheblich reduziert sein. Wird ein Stützelement deutlich vor der vollständigen Füllung der Form mit der fließfähigen Vergussmasse von der Leiterplatte entfernt, damit Krater und/oder Einbuchtungen zumindest teilweise von der Vergussmasse ausgefüllt werden können, wird die Leiterplatte dann nicht mehr innerhalb der Form in Position gehalten, sodass die Leiterplatte ggf. von der gewünschten Position abweichen kann.
Der Erfinder hat erkannt, dass ein Halteelement mit einem Einsatzelement zusammenwirken und längere Zeit, bspw. bis zur vollständigen Füllung der Form mit der fließfähigen Vergussmasse in Kontakt bleiben kann. Hierdurch kann ein unerwünschter thermisch induzierter Verzug der Leiterplatte reduziert werden. Indem das Haltelement die Leiterplatte für eine längere Dauer, ggf. über die vollständige Füllung der Form hinaus bis zur Entnahme der elektrischen Baugruppe in Position hält, kann einer unerwünschten von der Position abweichenden Fehlausrichtung der Leiterplatte innerhalb der fließfähigen Vergussmasse entgegengewirkt werden. Das vorteilhaft in der Vergussschicht verbleibende Einsatzelement ermöglicht ferner in Wirkverbindung mit einem Verbindungselement, z.B. einer Schraube, eine einfache und stabile Befestigung der elektrischen Baugruppe.
Erfindungsgemäß wird eine mindestens ein elektrisches Bauteil aufweisende Leiterplatte mit mindestens einer die Leiterplatte von einer Oberseite zu einer Unterseite durchdringenden Öffnung bereitgestellt. Die Leiterplatte ist beispielsweise polygonförmig, z.B. rechteckig, ellipsenförmig oder kreisförmig ausgebildet. An der Leiterplatte können auch mehr als ein elektrisches Bauteil, beispielsweise Kondensatoren, Widerstände, Transistoren oder dergleichen angeordnet sein. Weiter weist die Leiterplatte vorzugsweise elektrische leitfähige Leiterbahnen und/oder elektrische Bauelemente zur Bildung einer elektrischen Schaltung auf. Die Leiterbahnen können dabei geometrische Leiterstrukturen bilden, insbesondere z.B. eine Sensorstruktur zur Erfassung und Verarbeitung eines Sensorsignals.
Die Oberseite und die Unterseite der Leiterplatte sind im Abstand voneinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Ober- und Unterseite der Leiterplatte deckungsgleich ausgebildet, d.h. in Form und Größe gleich. Die Öffnung ist ein freier Bereich der Leiterplatte und weist einen sich von der Oberseite bis zur Unterseite oder umgekehrt erstreckenden, beispielsweise polygonförmigen oder kreisförmigen Querschnitt auf. Vorzugsweise erstreckt sich der Querschnitt der Öffnung senkrecht zu der Oberseite und/oder der Unterseite der Leiterplatte.
In der Öffnung wird erfindungsgemäß ein Einsatzelement angeordnet. Das Einsatzelement kann derart ausgebildet sein, dass das Einsatzelement kraftschlüssig, beispielsweise über eine Pressverbindung, mit der Öffnung, bevorzugt einer Innenfläche der Öffnung verbunden wird. Zum Anordnen in der Öffnung kann das Einsatzelement in Richtung auf die Unterseite oder bevorzugt in Richtung auf die Oberseite der Leiterplatte, besonders bevorzugt senkrecht zur Unterseite und/oder zur Oberseite der Leiterplatte verstellt werden. Das in der Öffnung angeordnete Einsatzelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass wenigstens ein Abschnitt des Einsatzelements von der Unterseite und/oder der Oberseite der Leiterplatte hervorsteht. Beispielsweise ist das Einsatzelement als Stiftelement ausgebildet. Bevorzugt wird jedoch als Einsatzelement eine Buchse in der Öffnung angeordnet. Das Einsatzelement kann einen Rand der Öffnung mindestens auf einer Seite - Oberseite oder Unterseite- der Leiterplatte überdecken. Bevorzugt weist das Einsatzelement einen den Rand der Öffnung auf der Oberseite der Leiterplatte überdeckenden Flanschabschnitt auf.
Erfindungsgemäß wird die Leiterplatte mit dem Einsatzelement in einer mindestens ein Halteelement aufweisenden Form angeordnet und in der Form mittels des Halteelements positioniert. Zum Positionieren der Leiterplatte in der Form werden das Haltelement und/oder die Leiterplatte relativ zueinander verstellt, wobei das Halteelement an dem Einsatzelement, bevorzugt in dem Einsatzelement angeordnet wird. Das Positionieren der Leiterplatte kann während des Anordnens der Leiterplatte oder nach dem Anordnen der Leiterplatte in der Form erfolgen. Beispielsweise kann die Leiterplatte zuerst in der Form angeordnet und anschließend mittels eines z.B. verstellbar ausgebildeten Halteelements innerhalb der Form positioniert, also gegenüber der Form ausgerichtet werden. Alternativ kann die Leiterplatte mit dem Einsatzelement auf einem z.B. fest ausgebildeten Halteelement angeordnet und dadurch auch in der Form positioniert werden.
Das Halteelement ist vorzugsweise zylinderartig und/oder stiftartig ausgebildet und weist einen sich entlang einer Längsachse des Halteelements erstreckenden, beispielsweise polygonförmigen, ellipsenförmigen oder vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt auf.
In die Form wird erfindungsgemäß eine fließfähige Vergussmasse zur Erzeugung einer die Leiterplatte mindestens zum Teil umgebenden Vergussschicht eingebracht. Die Form ist dazu ausgebildet, die fließfähige Vergussmasse aufzunehmen und zur Erzeugung der Vergussschicht eine Gestalt zu geben. Die fließfähige Vergussmasse wird in die Form eingebracht, z.B. eingefüllt, eingegossen oder eingespritzt. Beginnend an einem Einbringungspunkt fließt die Vergussmasse in die Form und füllt diese vorzugsweise gleichmäßig aus. Bevorzugt ist die Form derart ausgebildet, dass die Vergussschicht eine an wenigstens einen Teil der Leiterplatte und/oder des oder der elektrischen Bauteile angepasste Gestalt und/oder äußere Kontur aufweist. Beispielsweise weist die Form hierzu Erhebungen und Vertiefungen auf. Bereiche der Leiterplatte und/oder Abschnitte von elektrischen Bauteilen und/oder elektrische Bauteile, die nicht von der Vergussmasse umgeben werden sollen, sind z.B. abgedichtet in einer Vertiefung der Form angeordnet. Unter Umgeben wird verstanden, dass die Vergussschicht an die Leiterplatte und/oder die elektrischen Bauteile angrenzend gebildet wird. Die wenigstens teilweise vernetzte und/oder ausgehärtete und/oder abgekühlte Vergussmasse wird als Vergussschicht bezeichnet.
Die Leiterplatte wird erfindungsgemäß während des Einbringens der Vergussmasse durch das an dem Einsatzelement angeordnete Halteelement innerhalb der Form in Position gehalten. Während die fließfähige Vergussmasse in die Form eingebracht wird und diese ausfüllt, bleibt das Halteelement an dem Einsatzelement angeordnet.
Erfindungsgemäß wird das Halteelement zur Entnahme der elektrischen Baugruppe von dem Einsatzelement getrennt. Die Trennung des Halteelements von dem Einsatzelement kann beispielsweise durch eine Relativbewegung der elektrischen Baugruppe und des Halteelements zueinander bewirkt werden. Die Relativbewegung kann beispielsweise durch Bewegung der Form und/oder Bewegung des Halteelements und/oder die Entnahme der elektrischen Baugruppe erfolgen.
Je nach Größe der Leiterplatte reicht das Halteelement bereits aus, um die Leiterplatte während des Einbringens der Vergussmasse in Position zu halten. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Leiterplatte während des Einbringens zumindest eines Teils der Vergussmasse zusätzlich durch Anliegen mindestens eines relativ zur Leiterplatte verstellbaren Stützelements an der Leiterplatte in Position gehalten wird. Das Stützelement wird vorzugsweis in Richtung auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Leiterplatte verstellt und liegt beim Einbringen der fließfähigen Vergussmasse an der Oberseite und/oder der Unterseite der Leiterplatte an. Das Stützelement wird im Abstand von dem Einsatzelement an der Leiterplatte angeordnet. Zur Verstellung des Stützelements relativ zu der Leiterplatte kann beispielsweise die Form und/oder bevorzugt das Stützelement verstellt werden. Hierzu weist die Form bevorzugt ein Mittel zum Verstellen des Stützelements, beispielsweise einen Linearantrieb oder einen Kolben auf. Vorzugsweise wird das Stützelement während des oder nach dem Positionieren der Leiterplatte in der Form relativ zur Leiterplatte verstellt. Besonders bevorzugt wird das Stützelement entlang einer senkrecht zu der Oberseite und/oder Unterseite der Leiterplatte angeordneten Bewegungsbahn verstellt. Durch das an der Leiterplatte anliegende Stützelement kann die Leiterplatte während des Einbringens der Vergussmasse besonders zuverlässig in Position gehalten werden.
Das Stützelement wird vorzugsweise vor dem vollständigen Ausfüllen der Form mit der fließfähigen Vergussmasse von der Leiterplatte getrennt. Beispielsweise wird das Stützelement von der Leiterplatte getrennt, wenn die Form zu mindestens 50 %, bevorzugt zu mindestens 60%, besonders bevorzugt zu mindestens 70 % von der fließfähigen Vergussmasse ausgefüllt ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass das Stützelement frühestens von der Leiterplatte getrennt wird, sobald das Stützelement zumindest teilweise von der Vergussmasse umgeben ist. Das Stützelement wird besonders bevorzugt vor dem Halteelement von der Leiterplatte getrennt. Der Einbringungspunkt der fließfähigen Vergussmasse kann beliebig, beispielsweise im Winkel, z.B. senkrecht zu der Oberseite und/oder der Unterseite der Leiterplatte oder bevorzugt parallel zu der Oberseite und/oder der Unterseite der Leiterplatte an der Form angeordnet sein. Bei einem parallel zu der Oberseite und/oder Unterseite angeordneten Einbringungspunkt wird das Stützelement vorzugsweise entfernt, sobald das Stützelement zumindest teilweise, bevorzugt vollständig in Umfangsrichtung einer Längsachse des Stützelements von der Vergussmasse umgeben ist. Dadurch dass das Stützelement frühestens von der Leiterplatte getrennt wird, sobald die fließfähige Vergussmasse das Stützelement, vorzugsweise in Umfangsrichtung umgibt, wird ermöglicht, dass die Leiterplatte insbesondere zu Beginn des Einbringens der Vergussmasse zusätzlich gestützt wird. Indem das Stützelement vor dem Ausfüllen der Form entfernt wird, kann gewährleistet werden, dass die fließfähige Vergussmasse auch den Bereich, an dem das Stützelement an der Leiterplatte angelegen hat, füllt.
Je nach Ausbildung der Form und/oder Ausrichtung der Form bezogen auf die Gebrauchslage der Form, beispielsweise bei einer horizontalen Ausrichtung der Form, kann es ausreichen, dass das oder die Halteelemente einseitig an der Leiterplatte angeordnet werden. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass feste oder verstellbare Halteelemente und/oder feste oder verstellbare Stützelemente zum Positionieren und/oder Halten der Leiterplatte beidseitig der Leiterplatte an dem Einsatzelement oder der Leiterplatte angeordnet werden. Unter beidseitig der Leiterplatte wird verstanden, dass die Halteelemente an der Oberseite und der Unterseite der Leiterplatte angeordnet werden. Feste Halteelemente sind starr an der Form angeordnet und werden vorzugsweise über eine Relativbewegung zwischen der Form und der Leiterplatte relativ zur Leiterplatte verstellt. Verstellbare Halteelement sind relativ zur Form verstellbar und können unabhängig von der Form relativ zur Leiterplatte verstellt werden. Das Halteelement kann verstellbar oder bevorzugt fest ausgebildet sein. Vorzugsweise weist das Haltelement einen Anschlagsabschnitt, z.B. einen Abschnitt mit einem im Vergleich zum restlichen Halteelement vergrößerten Querschnitt auf, mit dem das Halteelement an dem Einsatzelement angeordnet wird. Besonders bevorzugt wird auf der Unterseite und der Oberseite der Leiterplatte mindestens ein festes und ein verstellbares Halteelement angeordnet. Indem feste und verstellbare Halteelemente beidseitig der Leiterplatte angeordnet werden kann gewährleistet werden, dass die Leiterplatte besonders zuverlässig während des Einbringens der Vergussmasse in Position gehalten wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte mehrere im Abstand voneinander und über eine Oberfläche der Leiterplatte verteilt angeordnete Öffnungen aufweist, an denen jeweils ein Einsatzelement angeordnet wird. Unter der Oberfläche der Leiterplatte wird vorzugsweise die Oberseite und/oder die Unterseite der Leiterplatte verstanden. Die Öffnungen können zufällig oder bevorzugt gleichmäßig an der Leiterplatte verteilt angeordnet sein. Es kann je nach Größe der Leiterplatte an ausgewählten oder allen Einsatzelementen jeweils ein Halteelement zur Positionierung und zum Halten der Leiterplatte angeordnet werden. Bevorzugt wird die Leiterplatte durch mehrere jeweils an verschiedenen Einsatzelementen angeordnete Halteelemente in Position gehalten. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung können ein oder mehrere Halteelemente flexibel an einer oder mehreren Einsatzelementen angeordnet werden.
Das Einsatzelement kann in beliebiger Weise, beispielsweise manuell, z.B. per Hand in der Öffnung angeordnet werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Leiterplatte eine die Öffnung umgebende Kontaktfläche aufweist und das Einsatzelement, bevorzugt in einem SMD-Verfahren, auf der Kontaktfläche angeordnet wird. Hierbei wird unter einem SMD-Verfahren ein sogenanntes Pick-and-Place-Verfahren verstanden. Die Kontaktfläche ist bevorzugt ein beschichtungsfreier Bereich der Oberseite oder der Unterseite der Leiterplatte, wobei die Leiterplatte beispielsweise mit Lötstopplack beschichtet ist. Die Kontaktfläche kann einen die Öffnung umgebenden, beispielsweise kreisförmigen, ellipsenförmigen oder polygonförmigen Umfang aufweisen. Bevorzugt ist der Umfang der Kontaktfläche an einen Umfang der Öffnung angepasst.
Besonders bevorzugt wird das Einsatzelement durch mindestens ein Haltemittel, bevorzugt ein Klebstoff und/oder ein Lotwerkstoff, an der Kontaktfläche der Leiterplatte gehalten. Das Haltemittel ist z.B. als Lotwerkstoff bereits während eines Herstellungsprozesses der Leiterplatte auf der Kontaktfläche der Leiterplatte angebracht worden oder kann insbesondere als Klebstoff vor dem Anordnen des Einsatzelements in der Öffnung auf der Kontaktfläche aufgetragen werden. Ganz besonders bevorzugt wird das Einsatzelement in demselben SMD-Verfahren an der Leiterplatte angeordnet wie das oder die elektrischen Bauteile. Ein Verlöten des Einsatzelements mit der Kontaktfläche der Leiterplatte kann hierbei beispielsweise zusammen mit einem Verlöten der elektrischen Bauteile mit der Leiterplatte in einer bekannten Lötvorrichtung, z.B. einem Ofen erfolgen. Das Einsatzelement wird vorzugsweise vor dem Anordnen der Leiterplatte in der Form mit der Kontaktfläche der Leiterplatte verlötet. Indem das Einsatzelement in einem SMD-Verfahren, vorteilhaft demselben SMD-Verfahren wie das oder die elektrischen Bauteile, auf der Leiterplatte angeordnet wird, kann die Herstellungszeit der elektrischen Baugruppe reduziert werden. Dadurch dass das Einsatzelement während des Einbringens der Vergussmasse mittels des Haltemittels an der Kontaktfläche gehalten wird, kann auf vorteilhafte Weise eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen dem Einsatzelement und der Leiterplatte ermöglicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einsatzelement beim Einbringen der Vergussmasse in Umfangsrichtung zumindest teilweise von der Vergussmasse eingebettet wird und nach dem Trennen des Halteelements innerhalb der Vergussschicht verbleibt. Hierbei wird unter teilweise verstanden, dass das Einsatzelement, vorzugsweise eine in radialer Richtung einer Längsachse des Einsatzelements angeordnete Mantelfläche des Einsatzelements, in Umfangsrichtung zumindest zu 50 %, bevorzugt zumindest zu 70 %, besonders bevorzugt zumindest zu 90 % bezogen auf einen vollständigen Umfang des Einsatzelements und/oder der Mantelfläche des Einsatzelements eingebettet wird. Ganz besonders bevorzugt wird das Einsatzelement in Umfangsrichtung vollständig von der Vergussmasse eingebettet. Indem das Einsatzelement zumindest teilweise von der Vergussmasse eingebettet wird und nach dem Trennen des Halteelements innerhalb der Vergussschicht verbleibt, kann gewährleistet werden, dass bei einer Befestigung der elektrischen Baugruppe hohe Montagekräfte auf das Einsatzelement einwirken können.
Das Einsatzelement kann beispielsweise in Richtung der Längsachse des Einsatzelements vollständig von der Vergussmasse eingebettet werden. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass das Einsatzelement nach dem Einbringen der Vergussmasse von einer Außenfläche der Vergussschicht hervorsteht. Die Außenfläche der Vergussschicht ist im Abstand von der Leiterplatte, bevorzugt der Oberseite und/oder der Unterseite der Leiterplatte angeordnet. Das Einsatzelement weist bevorzugt eine im Winkel, bevorzugt senkrecht zu der Längsachse des Einsatzelements angeordnete Anschlussfläche auf, welche im Abstand von der Außenfläche der Vergussschicht angeordnet ist. Dadurch dass das Einsatzelement mit der Anschlussfläche von der Außenfläche der Vergussschicht hervorsteht, wird auf vorteilhafte Weise ermöglicht, dass das Einsatzelement, insbesondere die Anschlussfläche für eine mechanische Verbindung frei bleibt. Hierdurch wird eine einfache und zuverlässige Befestigung der elektrischen Baugruppe, z.B. mittels eines an und/oder in dem Einsatzelement angeordneten Verbindungselements, bspw. einer Schraube ermöglicht.
Als fließfähige Vergussmasse kann beispielsweise ein Verbundwerkstoff, bevorzugt ein Kunststoffwerkstoff, beispielsweise Silikon oder die Komponenten eines reaktiven Werkstoffs, z.B. Polyurethan in die Form eingebracht werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass als fließfähige Vergussmasse eine Kunststoffschmelze in die Form eingebracht wird und das Halteelement nach einem Erstvernetzen der Vergussmasse von dem Einsatzelement getrennt wird. Die Kunststoffschmelze wird vorzugsweise in einem bekannten Spritzgießverfahren unter hohem Druck in eine als Kavität eines Spritzgießwerkzeugs ausgebildete Form eingespritzt. Die Leiterplatte wird während des Einspritzens der Kunststoffschmelze mittels des Halteelements und vorteilhaft mittels des Stützelements in Position gehalten, wodurch die Leiterplatte auch bei hohen Einspritzdrücken nicht von der eingestellten Position abweicht. Das Stützelement wird, vorzugsweise wie vorstehend beschrieben, vor dem Halteelement von der Leiterplatte getrennt. Unter Erstvernetzen wird verstanden, dass die Vergussschicht zumindest an der Außenfläche abgekühlt, d.h. formfest ist, wobei ein Kern der Vergussschicht, welcher um die Leiterplatte angeordnet ist, noch im fließfähigen Zustand vorliegt. Dadurch dass als fließfähige Vergussmasse eine Kunststoffschmelze in die Form eingebracht wird, kann die Vergussschicht besonders zuverlässig und präzise hergestellt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Einsatzelement ein Verbindungselement zur Befestigung der elektrischen Baugruppe in der Gebrauchslage angeordnet wird. Das Verbindungselement, z.B. eine Schraube, ein Stift oder ein Bolzen wird bevorzugt in dem Einsatzelement angeordnet und liegt besonders bevorzugt nach dem Einwirken von Montagekräften, beispielsweise zum Anziehen einer Schraube, an der Anschlussfläche des Einsatzelements an. Die elektrische Baugruppe kann beispielsweise an einer weiteren elektrischen Baugruppe, einem Gehäuse oder einem Einbauelement eines Gehäuses befestigt werden. Je nachdem, wo und/oder wie die elektrische Baugruppe befestigt wird, kann die Gebrauchslage der elektrischen Baugruppe z.B. horizontal oder vertikal angeordnet sein. Beispielsweise wird die elektrische Baugruppe in einem geringen Abstand zu einem Signalgeber angeordnet. Dadurch dass die elektrische Baugruppe vorteilhaft mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, weist die in der Vergussschicht angeordnete Leiterplatte der elektrische Baugruppe einen konstanten Abstand zu dem Signalgeber auf, wodurch ein vom dem Signalgeber abgegebenes Signal fehlerreduziert von der elektrischen Baugruppe verarbeitet werden kann.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine elektrische Baugruppe und
2-8 beispielhafte Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der elektrischen Baugruppe in Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 1.

In 1 ist eine Draufsicht auf eine elektrische Baugruppe 10 dargestellt. Die elektrische Baugruppe 10 weist eine von einer Vergussschicht 12 umgebene Leiterplatte 14 (vgl. 2) mit einem elektrischen Bauteil 16 in Form eines Steckers auf. Auf der Leiterplatte 14 sind drei Einsatzelemente 18 in Form von Buchsen verteilt angeordnet. Die Einsatzelemente 18 sind jeweils in der Vergussschicht 12 eingebettet und weisen eine mechanische Anschlussfläche 20 zur Anlage für ein Verbindungselement, z.B. einer Schraube auf.
In den 2 bis 8 sind beispielhafte Schritte eines Verfahrens zur Herstellung der elektrischen Baugruppe 10 dargestellt. Zunächst wird, wie in 2 dargestellt, die Leiterplatte 14 mit drei jeweils die Leiterplatte 14 von einer Oberseite 22 bis zu einer Unterseite 24 durchdringenden Öffnungen 26 bereitgestellt.
Die Leiterplatte 14 ist kreisförmig ausgebildet. Die Öffnungen 26 sind über die Oberseite 22 der Leiterplatte 14 verteilt angeordnet. Ferner weist die Leiterplatte 14 jeweils um die Öffnungen 26 angeordnete Kontaktflächen 28 auf, welche als beschichtungsfreie Bereiche der Oberseite 22 der Leiterplatte 14 ausgebildet sind. Die Leiterplatte 14 ist mit Ausnahme der Kontaktflächen 28 mit Lötstopplack beschichtet. Ein Umfang 30 der Kontaktfläche 28 ist kreisförmig ausgebildet und an einen Umfang 32 der Öffnung 26 angepasst. Auf der Kontaktfläche 28 ist ein bereits während eines Herstellungsprozesses der Leiterplatte 14 auf der Kontaktfläche 28 angebrachtes Haltemittel in Form eines Lotwerkstoffs 34 angeordnet.
In den Öffnungen 26 werden, wie in 2 und 3 exemplarisch für eine Öffnung 26 dargestellt, jeweils die Einsatzelemente 18 angeordnet. Die Einsatzelemente 18 werden mit dem elektrischen Bauteil 16 in einem SMD-Verfahren, d.h. in einem sogenannten Pick-and-Place-Verfahren auf der Leiterplatte 14 angeordnet. Die Einsatzelemente 18 werden beim Anordnen in den Öffnungen 26 jeweils auf den Kontaktflächen 28 angeordnet und in einer bekannten Lötvorrichtung in Form eines Ofens, ebenso wie das elektrische Bauteil 18 mit der Leiterplatte 14 verlötet. Hierdurch werden die Einsatzelemente 18 jeweils durch das Haltemittel, bzw. den Lotwerkstoff 34 an den Kontaktflächen 28 der Leiterplatte 14 gehalten.
In einem nächsten Schritt wird die Leiterplatte 14 mit den Einsatzelementen 18 gemäß 4 in einer als Kavität eines Spritzgießwerkzeuges 35 ausgebildeten Form 36 angeordnet, welche feste Halteelemente 38 und verstellbare Stützelemente 39 aufweist. Die Halteelemente 38 und die Stützelemente 39 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Stifte ausgebildet. Während des Anordnens in der Form 36 wird die Leiterplatte 14 positioniert. Hierzu wird die Leiterplatte 14 relativ zu festen Halteelementen 38 verstellt. Hierbei werden die Halteelemente 38 jeweils in den Einsatzelementen 18 angeordnet. Die Halteelemente 38 sind zylinderartig ausgebildet und weisen einen sich entlang einer Längsachse L1 des Halteelements 38 erstreckenden kreisförmigen Querschnitt 40 auf. Ferner weisen die Halteelemente 38 jeweils einen Anschlagsabschnitt 42 auf, der einen im Vergleich zum restlichen Halteelement 38 vergrößerten Querschnitt 40 aufweist. Mit dem Anschlagsabschnitt 42 werden die Halteelemente 38 jeweils an den Anschlussflächen 20 der Einsatzelemente 18 angeordnet.
Zusätzlich zu den Halteelementen 38 weist die Form 36 verstellbare Stützelemente 39 auf. Die Halteelemente 38 und die Stützelemente 39 werden beidseitig der Leiterplatte 14, also an der Oberseite 22 und der Unterseite 24, an den Einsatzelementen 18 oder der Leiterplatte 14 angeordnet. Die Stützelemente 39 sind jeweils relativ zur Form 36 und zur Leiterplatte 14 verstellbar. Die Stützelemente 39 werden, wie in 5 dargestellt, nach dem Positionieren der Leiterplatte 14 mittels der Halteelemente 38 entlang einer senkrecht zu der Oberseite 22 und der Unterseite 24 der Leiterplatte 14 angeordneten Bewegungsbahn in Richtung auf die Oberseite 22 und die Unterseite 24 verstellt.
Zur Erzeugung der die Leiterplatte 14 umgebenden Vergussschicht 12 wird gemäß 6 in die Form 36 eine als Kunststoffschmelze ausgebildete fließfähige Vergussmasse 44 eingebracht. Beginnend an einem Einbringungspunkt 46 wird die Vergussmasse 44 in einem bekannten Spritzgießverfahren unter hohem Druck in die Form 36 eingespritzt und füllt diese gleichmäßig aus. Elektrische Bauteile 18 die nicht von der Vergussmasse 44 umgeben werden sollen, sind abgedichtet in einer Vertiefung 45 der Form 36 angeordnet.
Die Leiterplatte 14 wird während des Einspritzens der Vergussmasse 44 mittels der Halteelemente 38 und mittels der Stützelemente 39 in Position gehalten. Während die Vergussmasse 44 in die Form 36 eingebracht wird und diese ausfüllt, bleiben die Halteelemente 38 jeweils an den Einsatzelementen 18 angeordnet. Die Stützelemente 39 werden vor dem vollständigen Ausfüllen der Form 36 mit der Vergussmasse 44 von der Leiterplatte 14 getrennt.
Gemäß 6 werden die Stützelemente 39 jeweils von Leiterplatte 14 getrennt, sobald Stützelemente 39 vollständig in Umfangsrichtung einer Längsachse L2 der Stützelemente 39 von der Vergussmasse 44 umgeben sind.
Eine sich jeweils in Richtung einer Längsachse L3 des Einsatzelements 18 erstreckende Mantelfläche 48 der Einsatzelemente 18 wird, wie in 7 dargestellt, in Umfangsrichtung vollständig von der Vergussmasse 44 eingebettet. Nach dem Einbringen der Vergussmasse 44 stehen die Einsatzelemente 18 jeweils mit der im Abstand von der Oberseite 22 der Leiterplatte 14 angeordneten Anschlussfläche 20 von einer Außenfläche 50 der Vergussschicht 12 hervor, wodurch die Anschlussflächen 20 für eine mechanische Verbindung mit einem Verbindungselement frei bleiben.
Nach dem vollständigen Ausfüllen der Form 36 und einem Erstvernetzen der Vergussmasse 44, d.h. dass die Vergussschicht 12 zumindest an der Außenfläche 50 formfest ist, werden die Halteelemente 38, wie in 8 dargestellt, von den Einsatzelementen 18 getrennt. Das Trennen der Halteelemente 38 erfolgt durch eine entgegengesetzte Bewegung von zwei Hälften 52 des Werkzeugs 35, sodass die elektrische Baugruppe 10 relativ zu der Form 36 und den Halteelementen 38 bewegt wird.
Indem die Haltelemente 38 die Leiterplatte 14 bis zur Entnahme der elektrischen Baugruppe 1 in Position halten, kann einer unerwünschten von der Position abweichenden Fehlausrichtung der Leiterplatte 14 innerhalb der fließfähigen Vergussmasse 44 entgegengewirkt werden.
Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination für das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe vorgesehen sein, um deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren, auch wenn diese zu unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben worden sind.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder in den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
Bezugszeichenliste

10: elektrische Baugruppe
12: Vergussschicht
14: Leiterplatte
16: elektrisches Bauteil/Stecker
18: Einsatzelement/Buchse
20: Anschlussfläche
22: Oberseite der Leiterplatte
24: Unterseite der Leiterplatte
26: Öffnung
28: Kontaktfläche
30: Umfang der Kontaktfläche
32: Umfang der Öffnung
34: Haltemittel/Lotwerkstoff
35: Spritzgießwerkzeug
36: Form/Kavität
38: Halteelement
39: Stützelement
40: Querschnitt des Halteelements
42: Anschlagsabschnitt
44: fließfähige Vergussmasse/Kunststoffschmelze
45: Vertiefung der Form
46: Einbringungspunkt
48: Mantelfläche des Einsatzelements
50: Außenfläche der Vergussschicht
52: Hälfte des Werkzeugs
L1: Längsachse des Halteelements
L2: Längsachse des Stützelements
L3: Längsachse des Einsatzelements

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10155537 B4 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe, mit den Schritten - Bereitstellen einer mindestens ein elektrisches Bauteil (16) aufweisenden Leiterplatte (14) mit mindestens einer die Leiterplatte (14) von einer Oberseite (22) zu einer Unterseite (24) durchdringenden Öffnung (26); - Anordnen eines Einsatzelements (18) in der Öffnung (26); - Anordnen der Leiterplatte (14) mit dem Einsatzelement (18) in einer mindestens ein Halteelement (38) aufweisenden Form (36) und Positionieren der Leiterplatte (14) in der Form (36) mittels des Halteelements (38); - Einbringen einer fließfähigen Vergussmasse (44) in die Form (36) zur Erzeugung einer die Leiterplatte (14) mindestens zum Teil umgebenden Vergussschicht (12), - wobei die Leiterplatte (14) während des Einbringens der Vergussmasse (44) durch das an dem Einsatzelement (18) angeordnete Halteelement (38) innerhalb der Form (36) in Position gehalten wird; - Trennen des Halteelements (38) von dem Einsatzelement (18) zur Entnahme der elektrischen Baugruppe (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (14) während des Einbringens zumindest eines Teils der Vergussmasse (44) zusätzlich durch Anliegen mindestens eines relativ zur Leiterplatte (14) verstellbaren Stützelements (39) an der Leiterplatte (14) in Position gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (39) frühestens von der Leiterplatte (14) getrennt wird, sobald das Stützelement (39) zumindest teilweise von der Vergussmasse (44) umgeben ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass feste oder verstellbare Halteelemente (38) und/oder feste oder verstellbare Stützelemente (39) zum Positionieren und/oder Halten der Leiterplatte (14) beidseitig der Leiterplatte (14) an dem Einsatzelement (18) oder der Leiterplatte (14) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (14) mehrere im Abstand voneinander und über eine Oberfläche (22, 24) der Leiterplatte (14) verteilt angeordnete Öffnungen (26) aufweist, an denen jeweils ein Einsatzelement (18) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (14) eine die Öffnung (26) umgebende Kontaktfläche (28) aufweist und das Einsatzelement (18), bevorzugt in einem SMD-Verfahren, auf der Kontaktfläche (28) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (18) durch mindestens ein Haltemittel (34), bevorzugt ein Klebstoff und/oder ein Lotwerkstoff, an der Kontaktfläche (28) der Leiterplatte (14) gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (18) beim Einbringen der Vergussmasse (44) in Umfangsrichtung zumindest teilweise von der Vergussmasse (44) eingebettet wird und nach dem Trennen des Halteelements (38) innerhalb der Vergussschicht (44) verbleibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (18) nach dem Einbringen der Vergussmasse (44) von einer Außenfläche (50) der Vergussschicht (12) hervorsteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als fließfähige Vergussmasse (44) eine Kunststoffschmelze in die Form (36) eingebracht wird und das Halteelement (38) nach einem Erstvernetzen der Vergussmasse (44) von dem Einsatzelement (18) getrennt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Einsatzelement (18) eine Buchse in der Öffnung (26) angeordnet wird.
Verfahren nach einer der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Einsatzelement (18) ein Verbindungselement zur Befestigung der elektrischen Baugruppe (10) in der Gebrauchslage angeordnet wird.