DE19742178C1 - Elektrische Leitungsdurchführung durch eine Gehäusewand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine dichte elektrische Leitungsdurch­ führung durch eine Gehäusewand aus Kunststoff gemäß dem Ober­ begriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer dichten elektrischen Leitungsdurchführung.

Bei Kraftfahrzeugen besteht zunehmend die Anforderung, eine Steuerelektronik im Motor oder im Getriebe zu integrieren. Hierzu muß die auf einen Schaltungsträger aufgebrachte Steue­ relektronik gegenüber den in Motoren und Getrieben verwende­ ten Ölen, die chemisch höchst aggressive Additive enthalten, abgeschirmt werden. Zugleich müssen aber elektrische Leitun­ gen durch die Abschirmung hindurchgeführt werden, um Kompo­ nenten eines Motors oder eines Getriebes elektronisch steuern zu können.

Eine Verbindungsanordnung, die für derartige Bedingungen tauglich ist, ist aus der Patentschrift EP 0 513 263 B1 be­ kannt. Eine flexible Folie, die Leiterbahnen trägt, ist zwi­ schen einem Verschlußteil und einem Gehäuse hindurchgeführt und stellt eine elektrische Verbindung zwischen einem Bauteil im Inneren des Gehäuses und einem Bauteil außerhalb des Ge­ häuses her. Um eine Abdichtung zwischen der flexiblen Folie und dem Verschlußteil oder dem Gehäuse zu erzielen, muß die flexible Folie mit einer Dichtung umgeben werden. Die Abdich­ tung des Verschlußteils gegenüber dem Gehäuse und der flexi­ blen Folie ist verhältnismäßig aufwendig. Zusätzlich müssen Verschlußteil und Gehäuse aneinander definiert befestigt wer­ den, um eine Abdichtung zuverlässig zu bewirken.

Aus der Offenlegungsschrift DE 195 17 455 A1 ist eine gas­ dichte Durchführung eines Leiters durch ein Befestigungsteil aus Kunststoff bekannt, bei dem auf den Leiter ein Schrumpf­ schlauch geklebt ist. Der Schrumpfschlauch geht mit dem Kunststoff des Befestigungsteils eine Verbindung ein. Soll eine Vielzahl von Leitern durch das Befestigungsteil geführt werden, so muß eine Vielzahl von Leitern mit Schrumpfschläu­ chen versehen und für das Umspritzen mit Kunststoff fixiert werden. Aufgrund des Umspritzens mit Kunststoff, wobei sehr hohe Temperaturen entstehen, weist der Leiter unmittelbar au­ ßerhalb des Gehäuses keine Isolierung auf. Aufgrund der wei­ chen und elastischen Eigenschaften eines Schrumpfschlauchs ist es schwierig, eine hermetische Abdichtung gegenüber einem flüssigen Umgebungsmedium zu erzielen.

Die Patenschrift US 5,491,300 betrifft ein Durchgangsgehäuse, das zum Einführen von flexiblen Leiterbahnträgern in einen flüssigkeitsgekühlten Supercomputer dient. Die flexiblen Lei­ terbahnträger sind im Durchgangsgehäuse mit Kunststoff ver­ gossen. Das Durchgangsgehäuse ist in das Gehäuse des Super­ computers eingesetzt.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine einfache und besonders zuverlässige, dichte elektrische Leitungsdurchführung durch eine Gehäusewand bereitzustellen.

Dieses Ziel wird mit einer elektrischen Leitungsdurchführung und einem Verfahren erreicht, wie sie in den unabhängigen An­ sprüchen definiert sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Herstellung der elektrischen Leitungsdurchführung durch die Gehäusewand ist bereits in den Prozeß der Fertigung der Kunststoffgehäusewand integriert. Neben dem Spritzgießen der Gehäusewand sind keine zusätzlichen Fertigungsschritte nötig, um eine elektrische Verbindung durch die Gehäusewand zu be­ werkstelligen und eine Abdichtung zwischen einem Leiter und der Gehäusewand oder zwischen zwei Hälften der Gehäusewand zu erzielen. Erfindungsgemäß läßt sich eine Dichtigkeit gegen­ über in Motoren und Getrieben verwendeten Flüssigkeiten wie Öl und Benzin besonders zuverlässig erreichen. Dies ist be­ deutsam, wenn die elektrische Leitungsdurchführung eine in ein Automatikgetriebe integrierte und gegenüber dem Getriebe­ öl abgekapselte Steuerelektronik mit außerhalb der Kapselung liegenden Bauteilen wie Stecker, Sensoren oder Aktuatoren verbindet. Wird die Verbindung im Laufe der Zeit undicht, so wird die Steuerelektronik durch Eindringen des Öls zerstört. Zur Erneuerung der Steuerelektronik muß das Getriebe ausge­ baut werden, wodurch erhebliche Kosten entstehen.

Besonders vorteilhaft ist, daß die durch die Gehäusewand zu führenden Leiterbahnen in der Gehäusewand entflochten werden können. Hierzu müssen die Leiterbahnen lediglich jeweils be­ züglich der Innenseite und der Außenseite der zu spritzenden Gehäusewand fixiert werden. Der Verlauf der Leiterbahnen oder der flexiblen Folien innerhalb der zu spritzenden Gehäusewand ist gleichgültig.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Gehäuses, durch dessen linke und rechte Wand jeweils eine Leiterbahnfolie geführt ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1 in der Ebene II-II;

Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 1 in der Ebene III-III;

Fig. 4 eine Unteransicht eines Kunststoffgehäuses mit im wesentlichen umlaufend eingespritzter Leiterbahnfo­ lie;

Fig. 5 eine Unteransicht eines Kunststoffgehäuses mit drei eingespritzten Leiterbahnfolien;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Gehäusewand, in der Leiterbahnen aus einem Niveau in unterschiedliche Niveaus geführt werden;

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Gehäusewand, in der Leiterbahnen aus einem Niveau in unterschiedlichen Niveaus entflochten werden;

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Hälfte eines Spritzguß­ werkzeugs; und

Fig. 9 die Vorderansicht der Hälfte des Spritzgußwerkzeugs von Fig. 8 und zusätzlich seine zweite Hälfte.

Fig. 1 zeigt ein Kunststoffgehäuse 1 mit einer Gehäusewand 11, die einen Hohlraum 12 einschließt. Das Gehäuse ist von unten her durch eine Gehäuseöffnung 13 zugänglich. Zwei Lei­ terbahnfolien 2 sind auf entgegengesetzten Seiten des Gehäu­ ses in die Gehäusewand 11 eingespritzt. Alternativ kann auch eine einzige durchgehende Leiterbahnfolie denselben Zweck wie die beiden Leiterbahnfolien erfüllen.

Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt in der Ebene II-II durch Fig. 1 veranschaulicht den Verlauf der Leiterbahnfolie 2 durch die Gehäusewand 11. Eine Leiterbahn 21 der Leiterbahn­ folie ist von einer Deckfolie 23 und einer Basisfolie 24 ab­ gedeckt. Sowohl die Deckfolie als auch die Basisfolie beste­ hen aus Polyimid. Die Leiterbahnfolie weist zu beiden Seiten der Gehäusewand 11 Kontaktstellen 25 oder Pads auf. An den Kontaktstellen 25 wird eine elektrische Verbindung mit elek­ tronischen Bauteilen oder Schaltungen hergestellt.

Fig. 3 zeigt einen gegenüber der Fig. 2 um 90° gedrehten Schnitt durch die Gehäusewand 11. Hierbei wird deutlich, daß die Leiterbahnfolie 2 mehrere Leiterbahnen 21 aufnimmt. Die Leiterbahnen sind zwischen der Deckfolie 23 und der Basisfo­ lie 24 in einem Kleber 22 eingebettet.

Beim Spritzgießen des Kunststoffgehäuses kommt es zu einer Art Schmelzprozeß zwischen dem Kunststoff der Gehäusewand 11 und dem Kunststoff der Deckfolie 23 sowie der Basisfolie 24, wenn die Schmelztemperatur der Basis- und Deckfolie unterhalb der Temperatur des gespritzten Kunststoffs ist. Je nach Tem­ peratur- und Materialwahl kann ein Verschmelzen, ein Ver­ schweißen oder ein Ineinanderfließen der Materialien der Lei­ terbahnfolie und des Gehäuses bewirkt werden. Dabei entsteht eine physikalische und/oder chemische Verbindung zwischen den Kunststoffen der Leiterbahnfolie und der Gehäusewand.

Als ölbeständiger Kunststoff eignet sich für die Gehäusewand beispielsweise ein faserverstärktes Polyamid. Aufgrund der Anbindung oder Verbindung zwischen Leiterbahnfolie 2 und Ge­ häusewand 11 entsteht eine absolut öldichte und temperaturbe­ ständige Durchführung der Leiterbahnfolie 2 durch die Gehäu­ sewand 11. Diese Dichtigkeit wird auch nicht durch das Abküh­ len der Gehäusewand nach dem Spritzgießen oder durch Tempera­ turwechsel bei einem späteren Einsatz in einem Getriebe oder dergleichen beeinträchtigt.

Die in Fig. 4 dargestellte Unteransicht auf ein Gehäuse zeigt eine über den gesamten Querschnitt der Gehäusewand 11 im wesentlichen umlaufend eingespritzte Leiterbahnfolie 2. Die Leiterbahnfolie weist Ausnehmungen 26 auf, damit Kunst­ stoff durch diese beim Spritzgießen fließen kann. Hierdurch entsteht eine Verbindung zwischen einem Unterteil und einem Oberteil des Gehäuses.

Im Gehäuseinneren kann ein Schaltungsträger, insbesondere ein LTCC-Substrat (Low Temperature Cofired Ceramics), auf die Leiterbahnfolie 2 mit einem elektrisch leitenden Kontaktkle­ ber zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktstellen 25 der Leiterbahnfolie 2 und den entspre­ chenden Kontaktstellen des Schaltungsträgers geklebt werden.

Ein solcher Schaltungsträger wird zuvor auf eine metallische Platte mit einem Wärmeleitkleber angebracht. Die metallische Platte mit dem Schaltungsträger wird dann durch die Gehäuse­ öffnung 13 hindurchgeführt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Schaltungsträger auf der metallischen Platte, vorzugsweise einer Platte aus Aluminium, und der Leiterbahn­ folie 2 herzustellen. Die metallische Platte kann gleichzei­ tig dazu dienen, die Gehäuseöffnung 13 nach außen zu ver­ schließen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, können von einer Leiterbahnfolie 2 umgebene Leiterbahnen 21 an beliebigen Stellen in die Gehäu­ sewand 11 eingespritzt werden.

Fig. 6 zeigt drei Leiterbahnen 21, die von einem einheitli­ chen Niveau im Gehäuseinnenraum (rechts) in unterschiedliche Niveaus außerhalb des Gehäuses (links) geführt werden. Hierzu wird die Leiterbahnfolie 2 in der zu spritzenden Gehäusewand 11 aufgetrennt, so daß die einzelnen Leiterbahnen 21 in un­ terschiedliche Niveaus zur Gehäuseaußenseite geführt werden können. Um auf einfache Weise einen Schaltungsträger kontak­ tieren zu können, ist es regelmäßig erforderlich, daß sich Leiterbahnen auf einem einheitlichen Niveau befinden.

In Fig. 7 ist ein horizontaler Querschnitt durch eine Gehäu­ sewand 11 gezeigt und in einer Unteransicht von der Gehäuse­ öffnung 13 her dargestellt. In der Gehäuseinnenseite (rechts) sind mehrere Leiterbahnfolien 2, die jeweils eine Leiterbahn 21 abdecken, in einem einheitlichen Niveau in Bezug auf einen Schaltungsträger im Gehäuseinneren, aber zueinander (horizon­ tal) versetzt angeordnet. Die Leiterbahnen kreuzen sich in der Gehäusewand 11, um an der Gehäuseaußenseite (links) in einer gewünschten Reihenfolge angeordnet zu werden. Dabei sind die Leiterbahnen an der Gehäuseaußenseite in diesem Bei­ spiel in unterschiedlichen vertikalen Niveaus angeordnet.

Fig. 8 zeigt eine Hälfte eines zweiteiligen Spritzgußwerk­ zeugs 3, auf die eine teilweise mit Kunststoff umspritzte flexible Leiterbahnfolie 2 gelegt ist. Obwohl dies nicht dar­ gestellt ist, bildet das Spritzgußwerkzeug einen geschlosse­ nen, hohlen Ring, in den Kunststoff gespritzt wird. Der Ring wird durch eine geschlossene, umlaufende Außenwand 34 und ei­ ne geschlossene, umlaufende Innenwand 35 gebildet.

Es wird ein Spritzling 4 durch Umspritzen eines Abschnitts der flexiblen Leiterbahnfolie 2 mit Kunststoff gebildet, der später innerhalb der Gehäusewand 11 liegen wird. Insbesondere ist die Leiterbahnfolie 2 an den Stellen mit Kunststoff um­ spritzt, an denen sich Leiterbahnen 21 und die Leiterbahnfo­ lie auftrennen oder eine Leiterbahn 21 abzweigt. Der Spritz­ ling 4 verhindert, daß die Leiterbahnfolie 4 beim Spritzen der Gehäusewand 11 reißt. Zugleich kann der Spritzling 4 bei der Fixierung der Leiterbahnfolie 2 durch das Spritzgußwerk­ zeug genutzt werden.

Fig. 9 zeigt eine Vorderansicht des Spritzgußwerkzeugs 3, nachdem die zweite Hälfte 31 des Spritzgußwerkzeugs auf die erste Hälfte 32 gesetzt wurde. Damit ist die Leiterbahnfolie 2 außerhalb der zu spritzenden Gehäusewand zwischen dem Un­ terteil 32 und dem Oberteil 31 des Spritzgußwerkzeugs 3 me­ chanisch fixiert. Die Anlageflächen 33 der Hälften 32 und 31 des Spritzgußwerkzeugs liegen auf der Leiterbahnfolie 2 auf. An Stellen, an der keine Leiterbahnfolie vorhanden ist, lie­ gen die Hälften aneinander auf, wie dies im Zwischenraum zwi­ schen den verzweigten Armen der Leiterbahnfolie gezeigt ist.

Beim Spritzen des Kunststoffgehäuses 1 wird ein Hohlraum 36 im Spritzgußwerkzeug 3 mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt und somit auch die Leiterbahnfolie 2 umspritzt.

Eine Entflechtung von Leiterbahnen erfolgt jeweils durch das Fixieren einer von einer Leiterbahnfolie umgebenen Leiterbahn an einer Fixierstelle 31 der Innenwand 35 des Spritzgußwerk­ zeugs 3 und an einer beliebig dazu gewählten Fixierstelle 31 an der Außenwand 34 des Spritzgußwerkzeugs. Die Leiterbahnen 21 können sich innerhalb des Spritzgußwerkzeugs im Hohlraum 36 und später innerhalb der Gehäusewand 11 kreuzen.

Sollen die Leiterbahnen wie in Fig. 6 gezeigt in unter­ schiedlichen Niveaus angeordnet werden, so kann dies über ei­ ne stufenartige Struktur der Anlageflächen 33 des Spritzguß­ werkzeugs erfolgen. Die Leiterbahnen 21 liegen dann an der Innenwand 35 und/oder an der Außenwand 34 des Spritzgußwerk­ zeugs 3 auf mehreren Stufen und somit auf mehrere Niveaus verteilt.

Claims (6)

1. Dichte elektrische Leitungsdurchführung durch eine Gehäu­ sewand (11) aus Kunststoff mittels Leiterbahnen (21), die in einen Leiterbahnträger (2) eingebettet sind und elektrische Kontaktstellen (25) zu beiden Seiten der Gehäusewand aufwei­ sen, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterbahnträger (2) von der Gehäusewand (11) umspritzt ist und Leiterbahnen (21) ei­ nes Leiterbahnträgers in der Gehäusewand (11) auf unter­ schiedliche Niveaus geführt sind.

2. Dichte elektrische Leitungsdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterbahnträger (2) eine flexible Folie mit einer Deckfolie (23) und einer Basisfolie (24) ist, zwischen denen Leiterbahnen (21) angeordnet sind.

3. Dichte elektrische Leitungsdurchführung nach dem vorherge­ henden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfolie (23) und die Basisfolie (24) mit der Gehäusewand (11) physi­ kalisch und/oder chemisch verbunden sind.

4. Dichte elektrische Leitungsdurchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterbahnträger (2) im wesentlichen umlaufend in ein Gehäuse (1) eingespritzt ist.

5. Dichte elektrische Leitungsdurchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leiterbahnträger (2) in die Gehäusewand eingespritzt und dort in unterschiedlichen Ebenen entflechtet sind.

6. Verfahren zum Herstellen einer dichten elektrischen Leitungsdurchführung durch eine Gehäusewand (11) eines Kunststoffgehäuses (1), gekennzeichnet durch die Schritte:

• 1. eine flexible Folie (2), die eine Leiterbahn (21) auf­ weist, wird jeweils an der Innenseite und Außenseite der zu spritzenden Gehäusewand (11) zwischen zwei Hälften ei­ nes Spritzgußwerkzeugs fixiert,
• 2. das Kunststoffgehäuse (1) wird mit einer Temperatur ge­ spritzt, die über der Schmelztemperatur der flexiblen Fo­ lie liegt.