DE10247567A1

DE10247567A1 - Verfahren zum Herstellen eines Trägers und Träger für elektrische Komponenten

Info

Publication number: DE10247567A1
Application number: DE2002147567
Authority: DE
Inventors: Matthias Koch; Michael Vogler; Michael Ptak
Original assignee: Witte Velbert GmbH and Co KG
Current assignee: Witte Velbert GmbH and Co KG
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Trägers für elektrische Komponenten, insbesondere eines Gehäuses (1) aus Kunststoff, wobei aus einem Blech ausgestanzte Leiterbahnen (2) bei der Fertigung des Trägers im Kunststoff-Spritzgussverfahren umspritzt und mit elektronischen Bauelementen (4) bestückt werden, wobei sie mit den Leiterbahnen (2) in eine Leitverbindung gebracht werden. Um das gattungsgemäße Verfahren zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Leiterbahnen (2) vor dem Umspritzen mit den elektronischen Bauelementen (4) bestückt werden.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Herstellen eines Trägers für elektrische Komponenten, insbesondere eines Gehäuses aus Kunststoff, wobei aus einem Blech ausgestanzte Leiterbahnen beim Fertigen des Trägers im Kunststoff-Spritzgussverfahren umspritzt werden, und mit elektronischen Bauelementen bestückt werden, wobei sie mit den Leiterbahnen in eine Leitverbindung gebracht werden.

Aus dem Stand der Technik ist ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines Trägers für elektrische Komponenten bekannt. Dort werden die aus Metall bestehenden Leiterbahnen im Kunststoff-Spritzgussverfahren umspritzt. Dabei ragen Kontaktierungsstellen der Leiterbahnen aus dem Gehäuse des Trägers. Diese Kontaktierungsstellen sind u. a. für elektronische Bauteile, wie z. B. Widerstände oder Dioden, vorgesehen. Die Verbindung der Kontaktierungsstellen der Leiterbahnen mit den elektronischen Bauteilen erfolgt durch einen Lötprozess. Ferner ist bekannt, eine Verbindung zwischen elektronischem Bauteil und den Kontaktierungsstellen der Leiterbahnen mittels einer Crimp-Verbindung (Schneid-Klemm-Verbindung) herzustellen. Diese Kontaktierungsverfahren erfolgen nach dem Kunststoff-Spritzgussverfahren. Ferner müssen die Kontaktstellen der Crimp-Verbindungen zumeist elektrisch isoliert werden, um Kurzschluss oder Korrosion vorzubeugen. Hierzu bedient man sich eines Heiß- bzw. Schmelzklebe-Vergusses. Dieser Verguss kann aber keine mechanischen Kräfte aufnehmen und auch Vibrationen nicht erschöpfend abdämpfen. Darüber hinaus handelt es sich bei dem Verguss um einen zusätzlichen Prozess, bei dem weiter noch der Nachteil des relativ hohen Materialpreises der Vergussmasse vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren zu verbessern.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Leiterbahnen vor dem Umspritzen mit den elektrischen Bauelementen bestückt werden. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die elektronischen Bauelemente zusammen mit den Leiterbahnen von dem Kunststoff voll umspritzt. Dabei übernimmt der Kunststoff die Aufgabe der elektrischen Isolation und zugleich die der mechanischen Haltgebung der elektronischen Bauelemente. Die Kraftein- bzw. ausleitung bei Vibrationen und sonstigen mechanischen Belastungen verläuft dann hauptsächlich über den Kunststoff. Des Weiteren ermöglicht dieses Verfahren eine gegenüber dem Stand der Technik reduzierte und kostengünstigere Herstellung des gesamten Trägers. Hierbei kann auf den teuren nachfolgenden Verguss-Prozess der bedrahteten elektronischen Bauelemente, wie im Stand der Technik bekannt, verzichtet werden. Insgesamt ist hierdurch ein zeit- und zyklusoptimierter und somit kostenminimierter Prozess gegeben. Bevorzugt erfolgt die Leitverbindung zwischen Leiterbahnen und Bauelementen lediglich durch mechanischen Form- oder Reibschluss, wobei zumindest die Leitverbindung allseitig umspritzt wird. Dabei ist die Leitverbindung bevorzugt eine Schneid-Klemm-Verbindung (Crimp). Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Bestückung der Leiterbahn mit den Bauelementen einhergehend mit dem Ausstanzen der Leiterbahn aus einem Blech erfolgt, wobei dann in vorteilhafter Weise die bestückten Leiterbahnen gegebenenfalls mit einer Zwischenlage als Endlosband auf einer Trommel zwischengespeichert werden können. Alternativ ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen erst unmittelbar vor dem Einlegen in die Spritzgussform bestückt werden. Weiter alternativ kann die Bestückung der Leiterbahnen einhergehend mit einem Freistanz-Prozess derselben erfolgen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Leitverbindung eine Lötverbindung ist.

Die Erfindung betrifft ferner einen Träger für elektrische Komponenten, insbesondere für elektronische Funktionsteile, wie Motoren, Stecker, Schalter, mit einem Kunststoff-Gehäuse und in der Gehäusewandung eingebetteten Leiterbahnen, welche mit elektronischen Bauteilen bestückt sind. Um einen Träger der in Rede stehenden Art hinsichtlich der elektrischen Isolation und der mechanischen Haltgebung der elektronischen Bauelemente zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Leitverbindung zwischen den Bauelementen und den Leiterbahnen vollständig in die Gehäusewand eingebettet sind. In vorteilhafter Weise sind durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung zumindest die Leitverbindungen derart eingebettet, dass diese Bereiche elektrisch isoliert und darüber hinaus vor mechanischen Beanspruchungen geschützt sind. Auch können die Bauteile vollständig in die Gehäusewand eingebettet sein. Bevorzugt ist die Leitverbindung eine rein mechanische Form- und Reibschlussverbindung, wobei weiter bevorzugt die Leitverbindung eine Schneid-Klemm-Verbindung ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der 1 bis 5 erläutert. Es zeigt:
1 ein perspektivisch dargestellter Träger für elektrische Komponenten mit einem Ausbruch einer Leitverbindung zwischen Leiterbahn und einem elektronischen Bauelement;
2 den Schnitt gemäß der Linie II-II in 1;
3 eine Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Trägers für elektrische Komponenten;
4 eine Darstellung gemäß 3, jedoch mit einer alternativen Anordnung und
5 eine schematische Darstellung von bestückten Leiterbahnen, welche auf einer Trommel (Coil) aufgerollt und durch eine Zwischenlage getrennt sind.
Mit der Ziffer 1 ist ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuse bezeichnet, welches Träger für nicht dargestellte elektrische Komponenten ist. Der verwendete Kunststoff kann bspw. ein Polyamid oder auch ein Polybutylenterephthalat sein. In der Gehäusewand des Gehäuses 1 sind Leiterbahnen 2 vollständig eingebettet, wobei selbige Leiterbahnen 2 Kontaktierungsstellen aufweisen, die in entsprechende Steckplätze 3 des Gehäuses 1 führen. Die Steckplätze 3 dienen zur Aufnahme nicht dargestellter elektrischer Komponenten, wie bspw. Motoren, Stecker oder Schalter. Ferner sind die Leiterbahnen 2 mit elektronischen Bauelementen 4 bestückt. Diese bedrahteten elektronischen Bauelemente 4 können bspw. Widerstände oder Dioden sein. Des Weiteren dient zumindest einer dieser Steckplätze zur Kontaktierung des Elektrokomponententrägers mit der Peripherie bzw. weiteren Bauteilen durch Aufstecken von Steckverbindern oder dergleichen.
Während die Kontaktierungsstellen der Leiterbahnen 2 aus der Gehäusewand des Gehäuses 1 für die elektrischen Komponenten herausragen, sind die elektronischen Bauelemente 4 voll in dem Kunststoff des Gehäuses 1 eingebettet. Zur Festlegung der elektronischen Bauelemente 4 besitzen die Leiterbahnen 2 gabelförmig ausgestaltete Kontaktstellen 5, welche jeweils von Gabelschenkeln 6 ausgebildet werden. Die Innenwandungen der Gabelschenkel 6 sind mit Widerhaken 7 versehen. Selbige Widerhaken 7 schneiden sich bei einer Bestückung der Leiterbahnen 2 mit den elektronischen Bauelementen 4 in die Anschlusskontakte 8 der elektronischen Bauelemente 4 ein. Dieses Kontaktierungsverfahren ist als eine Schneid-Klemm-Verbindung (Crimp) bekannt (vergl. insbesondere 2).
Um diese Schneid-Klemm-Verbindung vor äußeren Einflüssen, wie z. B. Oxidation der Kontaktstellen oder auch Vibrationen zu sichern, sind selbige Kontaktstellen 5 mit den elektronischen Bauelementen 4 ganz von dem Kunststoff des Gehäuses 1 umschlossen. Somit übernimmt der Kunststoff des Gehäuses 1 zugleich die Aufgabe des Isolierens und der mechanischen Haltgebung. Einer Relaxation und einem dadurch weitgehend verringerten Klemmmoment der Schneid-Klemm-Verbindung wird hierdurch entgegengewirkt, da die mechanische Verbindung durch den Kunststoff unterstützt wird. Die Kraftein- bzw. -ausleitung bei Vibrationen und sonstigen mechanischen Belastungen läuft dann hauptsächlich über den Gehäusekunststoff. Ferner übernimmt der Gehäusekunststoff die Aufgabe der elektrischen Isolierung.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses 1 gemäß der Darstellung in 1 näher erläutert: Die Darstellung in 3 zeigt ein solches Verfahren. Hierbei wird einem Stanzautomaten 9 von einer Trommel 10' Endlosblechstreifen 10 zugeführt. Einhergehend werden dem Stanzautomaten 9 durch eine Querzuführung über einen Traktor 11 die elektrischen, bedrahteten Bauelemente 4 im Taktzyklus (Hub) des Stanzprozessess zugeführt. Selbige elektronischen Bauelemente 4 sind auf Trommeln 4' in Endlosbändern lieferbar. Hierbei werden die Trommeln 4' auf nicht dargestellten Haspeln am Stanzautomaten 9 aufgestellt und von einem Traktor 11 zur Zuführung der Bauelemente 4 in den Stanzprozess abgewickelt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die automatische Zuführung der elektronischen Bauelemente 4 um 90° versetzt zur Endlosblechstreifen-Zuführung.
Bei jedem Stanzvorgang werden die Leiterbahnen 2 aus dem Endlosblechstreifen 10 gestanzt. Einhergehend wird beim Stanzen ein elektrisches Bauelement 4 eingecrimpt. Anschließend werden die bestückten Leiterbahnen 2 gegebenenfalls mit einer Zwischenlage 12 als Endlosband auf einer Trommel 13 zwischengespeichert. Eine derartige Trommel 13 zeigt die Darstellung in 5. Durch einen nicht näher beschriebenen Transport wird die Trommel 13 einem weiteren Stanzprozess zugeführt. Hierzu wird von einem Traktor 15 die Trommel 13 abgewickelt und einem weiteren Stanzautomaten 14 zugeführt. Durch den Stanzautomaten 14 werden die zuvor bestückten Leiterbahnen 2 vereinzelt und gegebenenfalls gebogen. Nach der Vereinzelung übernimmt ein Achsroboter 16 die vereinzelten Leiterbahnen 2 und führt sie einer Kunststoff-Spritzmaschine 17 zu. Gegebenenfalls erfolgt vor dem Zuführen der bestückten und vereinzelten Leiterbahnen 2 eine Qualitätsprüfung 18. Nach dem Spritzgussvorgang wird das Gehäuse 1 einer Qualitätskontrolle 19 zugeführt.
Bei dem Spritzgussprozess kann es sich um einen einzyklischen oder zweizyklischen Prozess handeln. Bei ersterem sind in der Spritzgussform Mittel vorhanden, um die Leiterbahnen mit Abstand von der Formwandung zu halten, damit sie bis auf ihre Anschlussstellen voll mit Kunststoff ummantelt sind. Bei dem zweitgenannten Verfahren wird das Einlegeteil zunächst partiell vorumspritzt, wobei noch einige Stellen des Stanzgitters offen liegen bleiben. Die Vorumspritzung bildet so Kunststoffstege, die die Leiterbahnen in einer entsprechenden Position zueinander halten. Die vorhandenen Metallstege des nunmehr vorumspritzten Stanzgitters können so freigestanzt werden. Dieses wird sodann in eine zweite Spritzform eingelegt. Es erfolgt dann der zweite Spritzvorgang, der die Leiterbahnen voll ummantelt. Bevorzugt ist jedoch das einzyklische Verfahren. Dieses eignet sich insbesondere dann, wenn aus Gründen niedriger Betriebsspannung eine Vollum-Isolation der Leiterbahnen nicht erforderlich ist, sondern wenn es lediglich erforderlich ist, dass die Bauelemente voll umspritzt sein müssen.
Sollte es nicht möglich sein, während des ersten Stanzprozesses direkt zu crimpen, weil z. B. die Taktzeit dadurch zu stark herabgesetzt wird oder ein Aufspulen der Trommel 13 aus verschiedenen Gründen nicht möglich sein sollte, besteht die Möglichkeit einer alternativen Anordnung, wie bspw. die Darstellung in 4 es zeigt. Dort werden während des Vereinzelungsprozesses die Bauelemente 4 um 90° versetzt zur Zuführung der Endlos-Leiterbahnen 2 dem Stanzautomaten 14 zugeführt und abschließend, nach der Vereinzelung umspritzt. Das Einlegen der Leiterbahnen 2 mit den kontaktierten, elektrischen Bauelementen 4 kann in beiden Fällen auch von Hand direkt in die Umspritzform erfolgen. Hierbei ist es unabhängig, ob es sich sofort um den Umspritzvorgang handelt oder um eine Vorumspritzung mit nachfolgender Fertigumspritzung.
In einer nicht dargestellten Abwandlung wird während des Stanzens z. B. in einem Laserschweiß-, bspw. Laserlöt-Prozess, ein Bauteil bspw. an das Stanzgitter kontaktiert.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Trägers für elektrische Komponenten, insbesondere eines Gehäuses (1) aus Kunststoff, wobei aus einem Blech ausgestanzte Leiterbahnen (2) bei der Fertigung des Trägers im Kunststoff-Spritzgussverfahren umspritzt werden und mit elektronischen Bauelementen (4) bestückt werden, wobei sie mit den Leiterbahnen (2) in eine Leitverbindung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (2) vor dem Umspritzen mit den elektronischen Bauelementen (4) bestückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitverbindung zwischen Leiterbahnen (2) und Bauelementen (4) lediglich durch mechanischen Form- oder Reibschluss erfolgt und zumindestens die Leitverbindung allseitig umspritzt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitverbindung eine Schneid-Klemm-Verbindung (Crimp) ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückung der Leiterbahnen (2) mit den Bauelementen (4) einhergehend mit dem Ausstanzen der Leiterbahnen (2) aus einem Blech erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die bestückten Leiterbahnen (2) gegebenenfalls mit einer Zwischenlage (12) als Endlosband auf einer Trommel (13) zwischengespeichert werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (2) erst unmittelbar vor dem Einlegen in die Spritzgussform bestückt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückung einhergehend mit einem Freistanzprozess erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitverbindung eine Lötverbindung ist.
Träger für elektronische Komponenten, insbesondere für elektronische Funktionsteile, wie Motoren, Stecker, Schalter, mit einem Kunststoffgehäuse (1) und in der Gehäusewandung eingebetteten Leiterbahnen (2), welche mit elektronischen Bauteilen (4) bestückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitverbindung zwischen den Bauelementen (4) und den Leiterbahnen (2) vollständig in der Gehäusewand eingebettet sind.
Träger nach Anspruch 9 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitverbindung eine rein mechanische Form- oder Reibschlussverbindung ist.
Träger nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitverbindung eine Schneid-Klemm-Verbindung ist.