DE2504021B2

DE2504021B2 - Waschdichte schutzvorrichtung fuer elektromechanische bauteile und verfahren zur abdichtung eines solchen bauteiles

Info

Publication number: DE2504021B2
Application number: DE19752504021
Authority: DE
Inventors: Erwin 8000 München; Schedele Helmut 8206 Högling Müller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-01-31
Filing date: 1975-01-31
Publication date: 1977-02-10
Also published as: BE838095A; CH598738A5; FR2299716A1; DE2504021A1; JPS51101860A; ATA3976A; SE7600835L; IT1054521B; ES444085A1; GB1490951A; AT343744B; ZA76198B; AU1033076A; FR2299716B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine waschdichte Schutzvorrichtung für elektromechanische Bauteile, insbesondere Relais, welche jeweils einen mit Anschlußstiften versehenen Sockel und eine über den Sockel gesteckto Staubschutzkappe aufweisen sowie mit einer auf die Anschlußstifte geschobenen und die Ränder der Staubschutzkappe schachtelartig umschließenden Schutzwanne versehen sind; ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Abdichtung eines Bauteiles mittels der obengenannten Schutzvorrichtung.

Bei elektromechanischen Bauteilen, beispielsweise Relais, die auf Leiterplatten eingesetzt werden sollen, wird gefordert, daß während der Montage keine flüssigen Lötmittel, Reinigungsmittel und entsprechende Dämpfe in das Gehäuseinnere eindringen können. Dies ist erforderlich, weil bei der üblichen Schwall-, Tauch- oder Schlepplötung sowohl das Lötmittel als auch die verwendeten Flußmittel auf die Bauteilseite gelangen, in ein offenes Gehäuse eindringen und Kontakte verunreinigen können. Außerdem werden nach dem Lötvorgang die mit Flußmittel verunreinigten Stellen der Leiterplatte und des Bauteils gewaschen, beispielsweise in einem UltraschaSl- Reinigungsbad. Nach dieser Reinigung wird dann die Leiterplatte mit einem schutzlack überzogen. Da die üblichen Staubschutzkappen das Eindringen der Lot- und Reinigungsmittel nicht verhindern können, muß also das Bauteil für die Montage auf einer Leiterplatte zusätzlich abgedichtet werden.

Da die Verwendung von hermetisch abgedichteten und mit Schutzgas gefüllten Gehäusen wirtschaftlich nicht zu vertreten ist, wenn sie nicht durch die Anwendung bedingt ist, wird angestrebt, handelsübliche Relais möglichst einfach gegen Spritzwasser abzudichten. So wurde bereits vorgeschlagen, die Staubschutzkappe mit einer über die Anschlußstifte gesteckten Bodenplatte zu verschweißen. Allerdings konnte dieses Verfahren nicht voll befriedigen. Denn einerseits erfordert dieses Verschweißen einen beträchtlichen Aufwand, wenn man eine vollkommen dichte Schweißnaht über den gesamten Umfang des Bauteils garantieren will. Andererseits dringen die Lot- und Reinigungsmittel nicht nur an den Spalten zwischen Sockel und Staubschutzkappe in das Gehäuseinnere, sondern vielfach auch entlang der Anschlußstifte. Mit dem erwähnten Schweißverfahren gelingt es jedoch nicht, die in der Bodenplatte notwendigen Durchbrüche für die Anschlußstifte ausreichend abzudichten.

In derdeutschen Offenlegungsschrift 21 29 918 wurde weiterhin u- a. eine wannenförmige Schutzeinrichtung vorgeschlagen, welche die Anschlußstifte des Bauteils in möglichst engen Durchbrochen umschließt und außerdem schachtelartig .über-die Staubschutzkappe greift Allerdings gewährleistet auch eine solche Schutzwanne allein noch keine genügende Abdichtung gegen Wasser oder sonstige flüssige ReinignngsmitteL

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein elektromechanisches Bauteil der eingangs erwähnten Art so mit einer Schutzwanne zu versehen, daß beim Löten und Waschen des Bauteils bzw. einer mit dem Bauteil bestückten Leiterplatte keinerlei flüssige Mittel in das Gehäuseinnere eindringen könnea Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Schutzwanne aus einem vernetzten, unter Wärmeeinwirkung zumindest partiell schrumpfbaren Kunststoff besteht und auf ihren dem Bauteil zugewandten Innenoberfiächen mit einem bei der Schrumpftemperatur der Schutzwanne verflüssigbaren Klebstoff beschichtet ist

Die erfindungsgemäße Schutzwanne umschließt das Bauteil aufrund der Schrumpfkräfte, wobei die Klebstoffbeschichtung dafür sorgt, daß die Seitenwände der Scliutzwanne mit den Seitenwänden der Staubschutzkappe an ihren sämtlichen Berührungsflächen gleichmäßig aneinander haften. Vor allem aber umschließt der auf dem Boden der Schutzwanne vorgesehene Klebstoff die Anschlußstifte des Relais und füllt die im Boden der Schutzwanne vorgesehenen Löcher völlig aus. Dadurch wild das Bauteil sowohl an den Seitenwänden als auch an den Anschlußstiften vollkommen abgedichtet.

Selbst wenn durch das Schrumpfen der Schutzwanne die Löcher für die Anschlußstifte des Bauteiles etwas vergrößert werden, können sie durch den verflüssigbaren und dann wieder erhärtenden Klebstoff ausgefüllt und abgedichtet werden. Um jedoch eine Ausweitung dieser Löcher zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn die Schutzwanne im Bereich der Seitenwände stärker schrumpfbar ist als im Bereich des Bodenteiles. Eine solche partielle Schrumpfung wird durch eine entsprechend partielle Reckung und/oder durch eine bestimmte Formgebung bei der Herstellung der Wanne erreicht Auf diese Weise ergibt sich im Bereich der Anschlußstifte bzw. der für sie vorgesehenen Durchbrüche in der Schutzwanne praktisch keine Schrumpfung.

Als Werkstoff für die Schutzwanne werden bekannte schrumpfbare Kunststoffe verwendet, beispielsweise aus der Gruppe der Polyolefine. Als Klebstoff dient ein Kunststoffkleber, der mit der Innenobe-fläche der Schutzwanne verbunden wird und während des Aufschrumpfens sich verflüssigt. Die Schrumpftemperatur liegt üblicherweise zwischen 100 und 150⁰C. Nach dem Aufschrumpfen kann der Kleber entweder aushärten oder zumindest während des Abkühlens sich verfestigen. Natürlich ist bei der Werkstoffauswahl für die Schutzwanne und für den Kleber zu berücksichtigen, daß die verwendeten Kunststoffe keine schädlichen Ausdünstungen für die Kontakte im Inneren des Bauteils entwickeln, und daß sie von den üblichen Reinigungsmitteln (z. B. Isopropylalkohol, Freon und deren Gemische) nicht angegriffen werden.

Im Bodenteil der Schuizwanne sind, wie erwähnt, Löcher für die Anschlußstifte des Bauteiles vorgesehen. Diese Löcher sind zur Innenseite der Wanne hin konisch erweitert oder — zumindest angefast. So kann die Schutzwanne die Anschlußstifte nach außen hin eng umschließen, ohne daß allzu hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit der Wanne gestellt werden. Die angefasten Durchbruche gestatten ein leichtes Einführen der Anschlußstifte und dienen außerdem als Klebstoffreservoir an diesen besonders gefährdeten Stellen. Der Klebstoff überdeckt beim Beschichten der S Schutzwanne die erwähnten Löcher und füllt die konischen Erweiterungen aus. R»im Aufsetzen des Bauteils kann diese Klebstoffschicht von den Anschlußstiften leicht durchstochen werden. Ist jedoch an einer Stelle ein Loch vorgesehen, ohne daß ein Anschlußstift

ίο durchgesteckt wird, bleibt das Loch durch den Klebstoff auch nach dem Aufschrumpfen der Wanne verschlossen. Deshalb können Schutzwannen einheitlich für verschiedene Belegung von Anschlußstiften einheitlich vorgelocht und trotzdem völlig abgedichtet werden. Dies ist besonders wichtig bei Relais mit einheitlicher Bauform, jedoch unterschiedlicher Kontaktbestückung.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, daß das Bodenteil der Schutzwanne zumindest an seiner Außenseite ein Profil aufweist.

Beim Aufsetzen auf eine Leiterplatte entstehen so Abzugskanäle für die Lötdämpfe. Soweit am Relaissokkel bereits ein Profi! vorgesehen ist, kann die Bodenwand der Schutzwanne diesem Profil angepaßt werden. Die Bauhöhe des Realais wird dann durch die

-:5 Schutzwanne nur unwesentlich vergrößert.

Die Abdichtung des erfindungsgemäßen Bauteils erfolgt zweckmäßigerweise so, daß zunächst die aus Kunststoff gespritzte und mit Durchbrüchen im Bodenteil versehene Schutzwanne vernetzt und dann partiell gereckt wird, daß sie anschließend auf ihren Innenflächen mit Klebstoff beschichtet, dann über die Anschlußstifte des Bauteils gesteckt und durch Erwärmung aufgeschrumpft wird. Um ein gleichmäßiges Anliegen der Schutzwanne an dem Bauteil zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, deren Wände während des Aufschrumpfens oder unmittelbar danach mittels Andruckbacken gegen das Bauteil zu pressen. Geschieht das Anpressen der Schutzwanne nach der Erwärmung, so können die Andrückbacken aus beliebigem Material bestehen. Vorteilhafter ist es jedoch, mit geheizten Backen gleichzeitig aufzuschrumpfen und anzudrücken.

In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensweise ist vorgesehen, mit infrarot-strahlungsdurchlässigen Quarzglasbacken während des Erwärmungsvorgangs auf die Abdichtflächen zu drücken. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Wärmezufuhr von Infrarotquellen für jede der fünf Abdichtflächen verhältnismäßig einfach zu dosieren ist Dabei ist es zweckmäßig, das Material der Schutzwanne schwarz einzufärben, um eine optimale Absorption der Wärmestrahlung zu erreichen. Durch unterschiedliche Wärmezufuhr kann auch eine partiell unterschiedliche Schrumpfung erreicht werden.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt

F i g. 1 ein erfindungsgemäß abgedichtetes Bauteil im Schnitt,

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig.3 eine Vorrichtung zum Aufschrumpfen einer Schutzwanne.

In der Fig. 1 ist als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Bauteil ein Relais 1 dargestellt, dessen Staubschutzkappe la über einen Sockel 16 gesteckt ist. Mit den Lötstiften 2 soll es auf einer Leiterplatte 3 befestigt werden, wobei die Lötstifte 2 in den Bohrungen 4 der Leiterplatte verlötet werden. Dies kann beispielsweise

durch Schwall-, Tauch- oder Schlepplötung erfolgen. Nach dem Lötvorgang muß die Möglichkeit bestehen, die mit Flußmittel verunreinigten Stellen auf der Leiterplatte 3 oder auf dem Bauteil 1 z. B. in einem Ultraschallreinigungsbad zu waschen. Erst nach dieser s Reinigung kann dann die Lieterplatte zuverlässig mit einem Schutzlack überzogen werden.

Um zu verhindern, daß Lötdämpfe, Fluß- und Reinigungsmittel an den Lötstiften 2 entlang oder im Spalt Ic zwischen Schutzkappe Xa und Sockel 16 in das Bauteilinnere eindringen können, ist eine Schutzwanne 5 über die Lötstifte 2 geschoben. Zu diesem Zweck sind im Bodenteil 5a vorgeformte Löcher 5b mit einer Fase 5e vorgesehen. Die Seitenwände 5c umgreifen schachteiförmig die Staubschutzkappe Xa.

Die Schutzwanne 5 besteht aus einem vernetzten schrumpfbaren Kunststoff und ist innen mit einem Klebstoff 6 beschichtet. Besonders stark ist die Klebstoffbeschichtung auf dem Bodenteil 5a. Die Schutzwanne wird auf das Relais 1 aufgeschoben und unter Temperatureinwirkung dicht aufgeschrumpft. Je nach dem verwendeten Kunststoff werden dabei Temperaturen zwischen 100 und 150° erzeugt. Der Klebstoff 6 ist so ausgewählt, daß er bei der Aufschrumpftemperatur flüssig wird und alle verbleibenden Spalten abdichtet, insbesondere die Löcher 5£> im Bodenteil 5a. Das Relais 1 wird auf diese Weise waschdicht geschlossen.

Die F i g. 2 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1 die Durchführung eines Anschlußstiftes 2 durch den Bodenteil 5a der Schutzwanne 5. Das Loch 5b weist zum Bauteil 1 hin eine konische Erweiterung 5e auf oder ist zumindest mit einer Fase versehen. So umschließt die Schutzwanne 5 nach außen hin die Anschlußstifte 2 relativ eng, ohne daß das Einstecken des Bauteils 1 in die Schutzwanne aufgrund von Toleranzen erschwert würde. Beim Beschichten der Schutzwanne 2 mit Klebstoff 6 werden die Löcher 5b und die Erweiterungen 5e mit Klebstoff 6 ausgefüllt und überdeckt. Da die Klebstoffschicht 6 im Gegensatz zu dem vernetzten Kunststoff der Schutzwanne 5 leicht deformierbar ist, kann sie bei der Montage von den Anschlußstiften 2 durchstochen werden. Beim Erwärmen verbindet sich der flüssige Klebstoff in den konischen Ausnehmungen 5e besonders gut mit dem Anschlußstift 2 und dichtet die Durchbrüche zuverlässig ab. Da die Klebstoffschicht über den Löchern 5b erst durch die Anschlußstifte durchstoßen wird und ansonsten verschlossen bleibt, kann eine Schutzwanne für Bauteile mit gleicher Abmessung einheitlich vorgelocht werden, auch wenn die Zahl der Anschlußstifte unterschiedlich ist. So können beispielsweise Relais mit unterschiedlicher Kontaktbestückung mit einer einheitlichen Schutzwanne abgedichtet werden.

Durch unterschiedliche Reckung bei der Herstellung der Schutzwanne 5 wird erreicht, daß sie im Bereich der Seitenwände 5c besonders stark, dagegen im Bereich der Lötstifte 2 fast überhaupt nicht schrumpft. Dadurch wird eine Ausweitung der Löcher 5b vermieden. Im übrigen ist der Boden 5a der Schutzwanne 5 mit einem Profil 5d versehen, um ein leichtes Abziehen der Lötdämpfe zwischen den Erhebungen zu ermöglichen.

Die F i g. 3 zeigt eine von mehreren Möglichkeiten, während des Aufschrumpfens eine gleichmäßige Verbindung zwischen dem Bauteil t und der Schutzwanne 5 herzustellen. Da beim Aufschrumpfen die größten Kräfte an den Kanten auftreten, ist es zweckmäßig, die Wände der Schutzwanne großflächig anzudrücken, um keine Aufwellungen zuzulassen. Dargestellt ist eine Vorrichtung mit fünf Quarzglasbacken Ta bis 7e, welche in der dargestellten Pfeilrichtung gegen den Boden und gegen die Seitenwände der Schutzwanne 5 angepreßt werden. Die Backe 7a, die für die Bodenwand der Schutzwanne 5 bestimmt ist, ist mit Bohrungen 9 für die Lötstifte 2 des Bauteils 1 versehen. Die Erwärmung der Schutzwanne 5 erfolgt mit Infrarotquellen Sa bis 8e, deren Wärmestrahlung des Quarzglas durchdringt und die Schutzwanne auf die Schrumpftemperatur bringt Um die Wärmestrahlung optimal zu absorbieren, wird der Kunststoff für die Schutzwanne zweckmäßigerweise schwarz eingefärbt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Waschdichte Schutzvorrichtung für elektroraechanische Bauteile, insbesondere Relais, welche jeweils einen mit Anschlußstiften versehenen Sockel und eine über den Sockel gesteckte Staubschutzkappe aufweisen, sowie mit einer auf die Anschlußstifte geschobenen und die Ränder der Staubschutzkappe schachtelartig umschließenden Schutzwanne verse- «° hen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwanne (5) aus einem vernetzten, unter Wärmeeinwirkung zumindest partiell schrumpfbaren Kunststoff besteht und auf ihren dem Bauteil (1) zugewandten Innenoberflächen mit einem bei der Schrumpftemperatur der Schutzwanne verflüssigbaren Klebstoff (6) beschichtet ist.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwanne (5) im Bereich der Seitenwände (5c) stärker schrumpfbar ist als im Bereich des Bodenteiles (5a).

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwanne aus einem Kunststoff der Gruppe der Polyolefine besteht. ²S

4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (5a) der Schutzwanne (5) stärker mit Klebstoff (6) beschichtet ist als die Seitenwände (5c).

5. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schutzwanne (5) für die Anschlußstifte (2) vorgesehene Durchbrüche (5b) zum Bauteil (1) hin mit einer konischen Erweiterung(5e) versehen sind.

6. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schutzwanne (5) vorgesehene, jedoch nicht von einem Anschlußstift (2) belegte Durchbrüche (5b) von der Klebstoffschicht (6) ausgefüllt und überdeckt sind.

7. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (5a) der Schutzwanne (5) zumindest an seiner Außenseite ein Profil (5c/) aufweist.

8. Verfahren zur Abdichtung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Kunststoff gespritzte Schutzwanne vernetzt und zumindest partiell gereckt wird, daß sie anschließend auf ihren Innenflächen mit Klebstoff beschichtet, dann über die Anschlußstifte des Bauteils gesteckt und durch Erwärmung aufgeschrumpft wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwanne (5) im Bereich der Anschlußstifte (2) des Bauteils (1) weniger und im Bereich der Außenwände (5c) stärker gereckt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Beschichtung mit Klebstoff die in der Schutzwanne vorgesehenen Durchbrüche {5b) überdeckt und erst beim Aufstekken auf die Anschlußstifte (2) wieder durchbrochen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (5a, 5c) der Schutzwanne (5) während oder nach dem Aufschrumpfen gegen das Bauteil (1) gepreßt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwanne zum Aufschrumpfen mittels Heißluft erwärmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwanne während des Aufschrumpfens mittels heizbarer Backen gegen das Bauteil (1) gepreßt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwanne mittels Quarzglasbacken(7a,7b...7e)gegen das Bauteil(I) gepreßtwird.

15. Verfahren nach Anspruch 1.4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Schutzwanne mittels Infrarotquellen (8a...8e) vorgenommen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrumpfung der Schutzwanne (5) durch partiell unterschiedliche Wärmezufuhr gesteuert wird.