DE102022208910A1 - Device and method for the separable connection of bonded electronic assemblies - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Elektronikbaugruppe 1 umfassend ein Gehäuse 2, eine Elektronik 3 und eine Verklebung 4, welche ausgebildet ist die Elektronik 3 mit dem Gehäuse 2 zu verbinden, wobei ein Schneidefaden 5 in die Verklebung 4 eingebettet ist, wobei der Schneidefaden 5 von außerhalb des Gehäuses 2 zugänglich ist, und wobei der Schneidefaden 5 so in der Verklebung 4 angeordnet ist, dass die Verklebung 4 durch Zug an mindestens einem Ende des Schneidefadens 5 trennbar ist.The present invention describes an electronic assembly 1 comprising a housing 2, an electronics 3 and an adhesive 4, which is designed to connect the electronics 3 to the housing 2, with a cutting thread 5 being embedded in the adhesive 4, the cutting thread 5 coming from outside of the housing 2 is accessible, and the cutting thread 5 is arranged in the bond 4 in such a way that the bond 4 can be separated by pulling on at least one end of the cutting thread 5.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren welche es erlaubt, verklebte Elektronikbaugruppen einfach mit Hilfe eines Schneidefadens zu trennen, welcher in die Verklebung eingebettet ist.The invention relates to a device and a method which allows bonded electronic assemblies to be easily separated using a cutting thread which is embedded in the bond.
Beim Aufbau von Elektronikbaugruppen kommen viele Verklebungen zum Einsatz. Diese dienen neben der Verbindung unter anderem der mechanischen Stabilisierung oder der thermischen Anbindung der einzelnen Komponenten an das Gehäuse oder an andere Komponenten. Aufgrund der gegebenen Geometrie sind die geklebten Stellen nach der Montage nicht mehr von außen zugänglich. Eine Demontage ist zurzeit nur durch den Einsatz hoher Kräfte oder durch Zersägen möglich. Dies hat den Nachteil, dass bei der Demontage zusätzliche Beschädigungen eingebracht werden oder ein sehr hoher Zeit- oder Kraftaufwand entsteht.A lot of bonding is used when building electronic assemblies. In addition to the connection, these serve, among other things, mechanical stabilization or the thermal connection of the individual components to the housing or to other components. Due to the given geometry, the glued areas are no longer accessible from the outside after assembly. Dismantling is currently only possible by using high forces or by sawing. This has the disadvantage that additional damage is caused during dismantling or a great deal of time or effort is required.
In Elektronikbaugruppen wäre es wünschenswert eine Verklebung zu besitzen, welche ohne Beschädigung sowie ohne hohen Zeit- oder Kraftaufwand trennbar ist.In electronic assemblies, it would be desirable to have a bond that can be separated without damage and without requiring a lot of time or effort.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 10 lösen dieses Problem indem ein Schneidefaden in eine Verklebung zwischen Gehäuse und Elektronik eingebettet ist, welcher von außerhalb des Gehäuses zugänglich ist. Die Verklebung kann durch Zug an dem Schneidefaden zertrennt werden und die zuvor verklebten Elemente der Elektronikbaugruppe demontiert werden.
Der Durchmesser des Schneidefaden ist vorzugsweise kleiner als die Dicke der Verklebung, in welche der Schneidefaden eingebettet ist. Der Schneidefaden kann dabei aus einem einzelnen Faden oder mehreren verwobenen Einzelfäden bestehen. Der Schneidefaden weist vorzugsweise eine hohe Zugfestigkeit auf. Mögliche Ausführungsformen des Schneidefadens umfassen einen metallischen Draht, einen Kunststofffaden und/oder einen Faden aus Naturstoff. Metallische Drähte weisen gute mechanische Eigenschaften auf, während Kunststofffäden oder Fäden aus Naturstoff einen höheren elektrischen Widerstand aufweisen und somit die Elektronik besser vom Gehäuse isolieren.The electronic assembly according to the invention with the features of
The diameter of the cutting thread is preferably smaller than the thickness of the bond in which the cutting thread is embedded. The cutting thread can consist of a single thread or several interwoven individual threads. The cutting thread preferably has a high tensile strength. Possible embodiments of the cutting thread include a metallic wire, a plastic thread and/or a thread made of natural material. Metallic wires have good mechanical properties, while plastic threads or threads made from natural materials have a higher electrical resistance and therefore better insulate the electronics from the housing.
Als Gehäuse wird erfindungsgemäß sowohl eine feste Hülle verstanden, die die Elektronik schützend umgibt, als auch jegliche sonstige, nicht zur Elektronik gehörende Komponenten der Elektronikbaugruppe, wie zum Beispiel Kühlkörper. Die nicht zur Elektronik gehörenden Komponenten können sowohl mit dem eigentlichen Gehäuse verbunden sein, als auch unabhängig von jeglichem Gehäuse sein.According to the invention, a housing is understood to mean both a solid shell that protectively surrounds the electronics, as well as any other components of the electronics assembly that do not belong to the electronics, such as heat sinks. The components that are not part of the electronics can be connected to the actual housing or can be independent of any housing.
Des Weiteren ist bevorzugt die Adhäsionskraft zwischen Schneidefaden und Verklebung möglichst groß sein, so dass der Schneidefaden nicht aus der Verklebung gezogen wird ohne diese zu zertrennen.Furthermore, the adhesion force between the cutting thread and the bond is preferably as large as possible so that the cutting thread is not pulled out of the bond without tearing it.
Das Ende des Schneidefadens kann durch eine Öffnung im Gehäuse aus diesem herausragen und somit zugänglich gemacht werden. Das Ende des Schneidefadens kann sich jedoch auch im Gehäuse befinden und durch eine Öffnung und/oder einen Greifer von außen zugänglich gemacht werden.
Das Ende des Schneidefadens ist bevorzugt gegen einen versehentlichen Zug gesichert damit die Verklebung zwischen Elektronik und Gehäuse nicht unbeabsichtigt beschädigt oder getrennt wird.The end of the cutting thread can protrude through an opening in the housing and thus be made accessible. However, the end of the cutting thread can also be located in the housing and made accessible from the outside through an opening and/or a gripper.
The end of the cutting thread is preferably secured against accidental pulling so that the bond between the electronics and the housing is not accidentally damaged or separated.
Ein Teil des Schneidefadens ist mindestens in die Verklebung eingebettet und in dieser fixiert. Der Schneidefaden ist dabei vorzugsweise so angeordnet, dass während des Trennprozesses die Zugrichtung nicht parallel zur Richtung des Schneidefadens im Ausgangsbereich der Verklebung verläuft. Weiter vorteilhaft ist der Winkel zwischen Zugrichtung und der Richtung des Schneidefadens am Ausgang der Verklebung nahe 90°.At least part of the cutting thread is embedded in the adhesive and fixed in it. The cutting thread is preferably arranged in such a way that during the separation process the pulling direction does not run parallel to the direction of the cutting thread in the starting area of the bonding. Another advantage is that the angle between the direction of pull and the direction of the cutting thread at the exit of the bond is close to 90°.
Um einen optimalen Schneidewinkel des Schneidefadens sicherzustellen kann der Schneidefaden auch um zusätzliche Umlenkvorrichtungen, welche zu Beispiel Teil des Gehäuses oder der Elektronik sind, gewickelt werden.In order to ensure an optimal cutting angle of the cutting thread, the cutting thread can also be wrapped around additional deflection devices, which are, for example, part of the housing or the electronics.
Damit die Verklebung zwischen Elektronik und Gehäuse einfach trennbar ist, ist es nicht notwendig, dass der Schneidefaden die komplette Verklebung zerteilt. Kleine überbleibende Reste der Verklebung können durch eine geringe Krafteinwirkung getrennt werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn durch den Zug am Schneidefaden bereits möglichst mehr als 90 % der Verklebung getrennt wurden.To ensure that the bond between the electronics and the housing can be easily separated, it is not necessary for the cutting thread to cut the entire bond. Small remaining residues of the bond can be separated by applying a small amount of force. It is advantageous if, if possible, more than 90% of the bond has already been separated by pulling on the cutting thread.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.
Die Verklebung wird bevorzugt im Dispenserverfahren über eine Düse aufgetragen, womit vorteilhaft eine definierte Dicke und gegebenenfalls Struktur der Verklebung ermöglicht wird.The bond is preferably applied using a dispenser process via a nozzle, which advantageously enables a defined thickness and, if necessary, structure of the bond.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Elektronikbaugruppe wird die Elektronik auf ein Kühlelement und/oder ein Gehäuse geklebt. Das Kühlelement kann ebenfalls in das Gehäuse integriert sein. Bei einer Verklebung der Elektronik mit einem Kühlelement ist eine wesentliche Aufgabe der Verklebung die thermische Kopplung, wozu thermisch gut leitende Füllstoffe in die Verklebung gegeben werden können.In an advantageous development of the electronic assembly, the electronics are glued to a cooling element and/or a housing. The cooling element can also be integrated into the housing. When gluing electronics to a cooling element, an essential task of the bonding is thermal coupling, for which fillers with good thermal conductivity can be added to the bonding.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsbeispielen ist die Verklebung linienförmig ausgeführt. Die Linie kann dabei gerade oder gekrümmt sein. Die Vorteile einer linienförmigen Verklebung sind die einfache Auftragung im Dispenserverfahren, der geringe Klebstoffverbrauch sowie die anforderungsoptimierte Platzierung der Verklebung. Die Verklebung kann eine durchgehende lange Linie umfassen oder eine Vielzahl kürzerer Linien.In a further advantageous embodiment example, the bonding is linear. The line can be straight or curved. The advantages of a linear bond are the easy application using the dispenser process, the low consumption of adhesive and the requirement-optimized placement of the bond. The bonding can include a continuous long line or a multitude of shorter lines.
Bei einer linienförmigen Verklebung verläuft eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der Verklebung entlang einer Seitenlinie der Elektronik. Somit können äußere Belastungen auf die Verklebung reduziert werden.In the case of a linear bond, an advantageous embodiment of the bond runs along a side line of the electronics. This means that external loads on the bond can be reduced.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Elektronikbaugruppe umfasst eine flächige Ausführung der Verklebung. Durch die flächige Verklebung einer kompletten, vorzugsweise planen Fläche der Elektronik mit dem Gehäuse wird die maximal mögliche Klebefläche ausgenutzt. Dies resultiert in den maximal möglichen mechanischen Eigenschaften der Verbindung. Es können ebenso mehrere Flächen der Elektronik mit dem Gehäuse flächig verklebt werden. Eine flächige Verklebung resultiert vorteilhaft in einer maximierten thermischen Anbindung der Elektronik.A further advantageous embodiment of the electronic assembly includes a flat design of the bonding. By gluing a complete, preferably flat surface of the electronics to the housing, the maximum possible adhesive surface is utilized. This results in the maximum possible mechanical properties of the connection. Several surfaces of the electronics can also be glued to the housing. A flat bond advantageously results in a maximized thermal connection of the electronics.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist jede Verklebung mindestens einen Schneidefaden auf. Dabei kann jede Verklebung entweder einen eigenen Schneidefaden aufweisen oder einen kombinierten, welcher mehrere Verklebungen nacheinander trennen kann. Optional kann eine Verklebung auch mehrere Schneidefäden aufweisen. Durch mindestens einen Schneidefaden pro Verklebung ist es möglich die Elektronikbaugruppe in alle verklebten Einzelteile einfach zu zerlegen. Dies ermöglicht eine recyclinggerechte Produktgestaltung und vereinfacht Reparaturen.In an advantageous development, each bond has at least one cutting thread. Each bond can either have its own cutting thread or a combined one, which can separate several bonds one after the other. Optionally, an adhesive bond can also have several cutting threads. With at least one cutting thread per bond, it is possible to easily disassemble the electronic assembly into all bonded individual parts. This enables product design to be suitable for recycling and simplifies repairs.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Elektronikbaugruppe wird die Verklebung durch Zug an beiden Enden des Schneidefadens getrennt. Die Zugkraft an den Enden kann in die gleiche Richtung zeigen oder in unterschiedliche Richtungen. Dabei sollte auch hier die Zugrichtung nicht parallel zur Richtung des Schneidefadens am Ausgang der Verklebung sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass beide Enden des Schneidefadens zu einem Ende verdrillt sind.In a further advantageous embodiment of the electronic assembly, the bond is separated by pulling on both ends of the cutting thread. The pulling force at the ends can point in the same direction or in different directions. Here too, the direction of pull should not be parallel to the direction of the cutting thread at the exit of the bond. It is also conceivable that both ends of the cutting thread are twisted into one end.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Elektronik einen Stromrichter. Aufgrund der hohen Wärmeentwicklung sowie der großen Bauteile benötigen Stromrichter eine hohe Anzahl von Verklebungen zur thermischen Anbindung und zur mechanischen Koppelung. Der Stromrichter kann ein Gleichrichter, Gleichspannungswandler, Wechselrichter oder Umrichter sein. Durch die Integration eines Schneidefadens können die Verklebungen des Stromrichters einfach getrennt werden, was es erlaubt den Stromrichter schnell und kostengünstig zu reparieren oder zu recyceln.In a further advantageous development, the electronics include a power converter. Due to the high heat generation and the large components, power converters require a large number of bonds for thermal connection and mechanical coupling. The power converter can be a rectifier, DC-DC converter, inverter or converter. By integrating a cutting thread, the bonds on the power converter can be easily separated, which allows the power converter to be repaired or recycled quickly and cost-effectively.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Zerlegen einer Elektronikbaugruppe. Dies geschieht durch das Ziehen an einem Schneidefaden, welcher in eine Verklebung zwischen einer Elektronik und einem Gehäuse und/oder einem Kühlelement der Elektronikbaugruppe integriert ist. Durch die Zugkraft übt der Schneidefaden eine Scherkraft auf die Verklebung aus, wodurch diese sukzessive zerteilt wird und die Elektronik vom Gehäuse und/oder dem Kühlelement gelöst werden kann. Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 10 hat den Vorteil, dass die Elektronikbaugruppe einfach zu reparieren ist und am Lebensende recyclinggerecht und sehr kostengünstig zerlegt werden kann.The invention further includes a method for dismantling an electronic assembly. This is done by pulling on a cutting thread, which is integrated into an adhesive bond between electronics and a housing and/or a cooling element of the electronics assembly. Due to the tensile force, the cutting thread exerts a shearing force on the bond, whereby it is successively separated and the electronics can be detached from the housing and/or the cooling element. The method with the features of claim 10 has the advantage that the electronic assembly is easy to repair and can be dismantled at the end of its life for recycling and very cost-effectively.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im verklebten Zustand, -
2 eine schematische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch die erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe von1 mit einer teilweise zerteilten Verklebung, -
3 eine schematische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch dieerfindungsgemäße Elektronikbaugruppe von 1 mit einer vollständig zerteilten Verklebung, -
4 eine schematische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
5 eine schematische Schnittdarstellung einer Elektronikbaugruppe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
6 eine schematische Schnittdarstellung einer Elektronikbaugruppe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a schematic representation of a vertical section through an electronic assembly according to the invention according to a first exemplary embodiment in the glued state, -
2 a schematic representation of a vertical section through the electronic assembly according to theinvention 1 with a partially broken bond, -
3 a schematic representation of a vertical section through the electronic assembly according to theinvention 1 with a completely divided bond, -
4 a schematic representation of a vertical section through an electronic assembly according to the invention according to a second exemplary embodiment of the invention, -
5 a schematic sectional view of an electronic assembly according to a third exemplary embodiment of the invention, -
6 a schematic sectional view of an electronic assembly according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die
Die dargestellten Merkmale und weitere Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.The features and other properties shown can be isolated from one another in any form and combined with one another in any way without departing from the core of the invention.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf
Die Elektronikbaugruppe 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches in
Es ist zu beachten, dass die Zugrichtung nicht der Richtung des Schneidefadens 5 im Ausgang der Verklebung 4 entspricht.It should be noted that the pulling direction does not correspond to the direction of the cutting
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist in
Neben den zwei gegenüberliegenden flachen Flächen mit Verklebung 4 können beispielsweise auch zusätzlich oder alternativ die Seitenflächen der Elektronik 3 mit dem Gehäuse 2 verklebt sein. Die Flächen der Elektronik 3 können beispielsweise auch gebogen sein, wenn die zugehörige Fläche des Gehäuses 2 für eine Verklebung 4 zwischen den zwei Teilen entsprechend geformt ist.In addition to the two opposing flat surfaces with adhesive 4, the side surfaces of the
Die Verklebung 4 umschließt vorzugsweise eine gesamte plane Fläche der Elektronik 3. In die Verklebung 4 ist ein Schneidefaden 5 integriert, welcher ein Zick-Zack-Muster beschreibt, welches sich über die gesamte Verklebung 4 erstreckt. Optional sind unter anderem mäandernde oder bogenförmige Strukturen möglich.The
Zusätzlich ist es möglich, dass nur ein Teil der Oberfläche der Elektronik 3 flächig verklebt wird.In addition, it is possible that only part of the surface of the
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist in
Die Verklebung 4 hat die Form einer Geraden, kann aber ebenso gekrümmt sein. Die Breite der linienförmigen Verklebung 4 ist in einer bevorzugten Ausführungsform entlang der Linie weitestgehend konstant.A further preferred embodiment according to a fourth exemplary embodiment is in
The
Die Verklebung 4 wird vorzugsweise im Dispenserverfahren aufgetragen.The adhesive 4 is preferably applied using the dispenser method.
Beide Verklebungen 4 umfassen einen Schneidefaden 5, welcher die Verklebung bogenförmig umschließt. Es ist ebenso denkbar, dass der Schneidefaden 5 nur entlang der Längsachse der linienförmigen Verklebung 4 verläuft oder ein einzelner Schneidefaden 5 in mehrere Verklebungen 4 integriert ist.Both
Alternativ kann eine Verklebung 4 mehrere Schneidefäden 5 umfassen.Alternatively, an
Ein verklebtes Ende 5a des Schneidefadens 5 kann, wie in
Alternativ ist in der Verklebung 4 ein Zwischenstück 5b des Schneidefadens 5 integriert. Die beiden freien Enden 5c können beispielsweise durch eine Gehäuseöffnung 22 nach außen führen. Dies ist schematisch in der zweiten Verklebung 42 in
Es ist ebenfalls möglich, dass die Verklebung 4 durch Zug an einem der beiden freien Enden 5c des Schneidefadens 5 zertrennt wird und das andere freie Ende 5c des Schneidefadens 5 lose im oder außerhalb des Gehäuses befindet. Die beiden freien Enden 5c des Schneidefadens 5 können ebenfalls, wie beispielsweise in
Für alle beschriebenen Ausführungsbeispiele können linienförmige und flächige Verklebungen 4 auf einer Fläche zwischen Elektronik 3 und Gehäuse 2 kombiniert werden.For all of the exemplary embodiments described, linear and
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