DE3406256A1

DE3406256A1 - Method for sealing electromechanical components

Info

Publication number: DE3406256A1
Application number: DE19843406256
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Phys. 8000 München Steiger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-02-21
Filing date: 1984-02-21
Publication date: 1985-08-29
Also published as: DE3406256C2

Abstract

In order to seal electrical components (1), a fusion adhesive is applied onto the housing openings to be sealed in the form of a frame and is defined and locally fused-on by means of a laser beam (3). The configuration of the component is stored in a computer which guides the laser beam and deflects it via a mirror arrangement (4, 6), in an objective manner. <IMAGE>

Description

Verfahren zum Abdichten von elektromechanischen Bauele-Method for sealing electromechanical components

menten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abdichten von elektromechanischen Bauelementen, insbesondere von Relais, wobei Gehäuseöffnungen mittels einer in flüssigem Zustand eingebrachten und danach aushärtenden Dichtmasse verschlossen werden.The invention relates to a method of sealing of electromechanical components, in particular of relays, with housing openings by means of a sealing compound which is introduced in a liquid state and then hardens be locked.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 30 26 371 bekannt. Dort wird Vergußmasse in Dosierstellen im Bereich einer Gehäuseaußenseite eingebracht und mittels Kapillarwirkung an die abzudichtenden Gehäuseöffnungen geleitet. Bei diesem Verfahren wie bei ähnlichen bekannten Abdichtverfahren wird als Vergußmasse üblicherweise ein flüssiger Zweikomponentenkleber verwendet, der in einem Wärmeprozeß nachher ausgehärtet wird. Ein solches Verfahren belastet thermisch das gesamte Bauelement, es ist zeitaufwendig und nur schwer definiert durchzuführen.Such a method is for example from DE-OS 30 26 371 known. There potting compound is in metering points in the area of the outside of the housing introduced and passed to the housing openings to be sealed by means of capillary action. In this method, as in similar known sealing methods, is used as a potting compound usually a liquid two-component adhesive used, which is in a heating process is then hardened. Such a process puts a thermal load on the entire component, it is time-consuming and difficult to carry out in a defined manner.

Aus der DE-OS 31 11 285 ist es auch bereits bekannt, ein beim Abdichten eines Bauelementgehäuses freigehaltenes Lüftungsloch durch thermische Verformung des vorstehenden Lochrandes nachträglich zu verschließen. Zu diesem Zweck wird dort ein warmer Prägestempel verwendet, der allerdings eine mechanische Berührung des Bauelementgehäuses unter Krafteinwirkung mit sich bringt und insbesondere bei Bauelementen, etwa Relais, kleiner Bauart Belastungsprobleme mit sich bringen kann.From DE-OS 31 11 285 it is already known to have a sealing a component housing kept free ventilation hole due to thermal deformation of the protruding edge of the hole to be closed later. To this end, there is a warm embossing stamp is used, which, however, involves mechanical contact with the Component housing brings with it the action of force and especially with components, small relays, for example, can cause load problems.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Abdichtung eines Bauelementes mittels einer Dichtmasse anzugeben, bei dem einerseits eine Verunreinigung etwa von Anschlußstiften mit einem flüssig aufgebrachten Dichtmittel vermieden wird, bei dem andererseits ein schnelles und wirksames Abdichten des Gehäuses und ein schnelles Aushärten der Dichtmasse ohne hohe thermische Belastung des Bauelementes ermöglicht wird und bei dem insbesondere jegliche mechanische Belastung des Gehäuses vermieden werden kann.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the beginning Specify the type of sealing of a component by means of a sealant, in which on the one hand, a contamination, for example, of connecting pins with a liquid applied Sealant is avoided, on the other hand, a quick and effective sealing of the housing and rapid hardening of the sealing compound without high thermal stress of the component is made possible and in particular any mechanical stress of the housing can be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dichtmasse mittels eines Laserstrahls im Bereich der abzudichtenden Öffnung lokal erwärmt wird.According to the invention this object is achieved in that the sealing compound is locally heated by means of a laser beam in the area of the opening to be sealed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Dichtmasse jeweils nur kurzzeitig im Bereich der abzudichtenden Öffnung bestrahlt, aufgeschmolzen und ausgehärtet.With the method according to the invention, the sealing compound is in each case irradiated, melted and only briefly in the area of the opening to be sealed hardened.

Durch die lokal begrenzte Wärmedosierung des Laserstrahls ist die thermische Belastung des gesamten Bauelementes äußerst gering. Eine mechanische Belastung wird gänzlich vermieden, da das erfindungsgemäße Verfahren berührungslos arbeitet und die lokal aufgeschmolzene Dichtmasse von selbst in die abzudichtende Öffnung fließt.Due to the locally limited heat metering of the laser beam, the thermal load on the entire component extremely low. A mechanical one Stress is avoided entirely because the method according to the invention is contactless works and the locally melted sealant automatically into the one to be sealed Opening flows.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine genau definierte Bestrahlung der Dichtmasse möglich. Dabei ergeben sich eindeutige Zusammenhänge zwischen dem Grad der Aufschmelzung des Abdichtmediums und der Intensität und Einwirkdauer der Laserstrahlung, der Brennweite und dem Brennfleckdurchmesser der Fokussieroptik sowie den physikalischen Eigenschaften des Abdichtmaterials, wie Schmelztemperatur oder Wärmeleitfähigkeit. Auch die Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl über die Dichtmasse bewegt wird, bestimmt den Schmelzgrad in entscheidender Weise.A precisely defined irradiation is possible with the method according to the invention the sealant possible. There are clear connections between the Degree of melting of the sealing medium and the intensity and duration of the Laser radiation, the focal length and the focal spot diameter of the focusing optics as well as the physical properties of the sealing material, such as melting temperature or thermal conductivity. Also the speed at which the laser beam passes over the sealant is moved, determines the degree of melting in a decisive way.

Als Abdichtmasse kann in einer Ausführungsform der Erfindung beispielsweise das Gehäusematerial selbst verwendet werden, indem mit dem Laserstrahl der Rand der abzudichtenden Öffnung angeschmolzen und zum Fließen in die Öffnung gebracht wird. Für diesen Fall kann beispielsweise auch der Öffnungsrand verdickt ausgebildet bzw. mit einem Wulst versehen sein, um genügend Material zum Abschmelzen und Ausfüllen der Öffnung bereitzustellen.As a sealing compound, in one embodiment of the invention, for example the housing material itself can be used by using the laser beam to the edge melted to the opening to be sealed and made to flow into the opening will. In this case, for example, the opening edge can also be designed to be thickened or be provided with a bead to provide enough material for melting and filling to provide the opening.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird die Dichtmasse in Form eines vorgeformten Rahmens auf die Öffnungen aufgelegt und dann mit dem Laserstrahl lokal und definiert aufgeschmolzen. Die Dichtmasse kann aber auch in Form eines stangen- oder strangförmigen Schmelzklebers vor oder laufend während der Laserbestrahlung zugeführt werden. Es ist auch möglich, einzelne Formteile über Anschlußstifte des Bauelementes zu stecken und dann zu bestrahlen, um die Durchführungen für die Anschlußstifte abzudichten.In another advantageous embodiment, the sealing compound placed in the form of a preformed frame on the openings and then with the Laser beam melted locally and in a defined manner. The sealant can also be used in Form of a bar or strand-shaped hot melt adhesive before or during be fed to the laser irradiation. It is also possible to use individual molded parts To plug connector pins of the component and then to irradiate to the bushings to seal for the connector pins.

Für eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Massenfertigung ist es weiterhin möglich, den Laserstrahl über einen Rechner mit gespeicherter Grundrißform des Bauelementes und der abzudichtenden Öffnungen zu steuern und abzulenken. Durch eine geeignete Programmierung eines Rechners ist dabei das Abfahren beliebiger Abdichtstrukturen definiert und mit hoher Geschwindigkeit möglich. Dabei ist es zweckmäßig, zwei senkrecht zueinander schwenkbare Spiegel anzusteuern, über die der Laserstrahl geführt wird. Über eine Infrarotlinse kann dabei der Laserstrahl auf das zu schmelzende Material fokussiert werden.For a particularly advantageous application of the method according to the invention In mass production it is still possible to use the laser beam via a computer with saved plan shape of the component and the openings to be sealed to steer and distract. By appropriate programming of a computer is in doing so, the movement of any sealing structures is defined and at high speed possible. It is useful to have two mirrors that can be pivoted perpendicular to one another to control over which the laser beam is guided. Via an infrared lens can the laser beam can be focused on the material to be melted.

Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Anordnung zum berührungslosen Abdichten eines Bauelementes mittels Laserstrahl, Fig. 2 eine Schnittansicht II-II aus Fig. 1, Fig. 3 und Fig. 4 ein abzudichtendes Bauelement in vergrößerter Darstellung, Fig. 5 einen vorgeformten Rahmen aus Abdichtmasse, Fig. 6 eine schematische Darstellung der Einwirkung eines Laserstrahls mit den verschiedenen zu berücksichtigenden Größen.In the following, the invention is illustrated by means of exemplary embodiments Drawing explained in more detail. It shows Fig. 1 shows an arrangement for contactless Sealing a component by means of a laser beam, FIG. 2 shows a sectional view II-II from Fig. 1, Fig. 3 and Fig. 4 a component to be sealed in an enlarged view, FIG. 5 shows a preformed frame made of sealing compound, FIG. 6 shows a schematic representation the effect of a laser beam with the various sizes to be taken into account.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur vollautomatischen Abdichtung eines Gehäuses 1, im vorliegenden Beispiel des Gehäuses eines Relais, wobei nach oben aus dem Gehäuse herausstehende Anschlußstifte 2 ebenso abgedichtet werden sollen wie der Randspalt zwischen Schutzkappe und Sockel (siehe auch Fig. 3 und 4). Ein Laserstrahl mit der optischen Achse 3, der in einem nicht dargestellten Lasergenerator erzeugt wird, trifft zunächst senkrecht zur Bildebene auf einen ersten Ablenkspiegel 4, der um die Achse 5 schwenkbar ist und eine Ablenkung des Laserstrahls in Richtung der Y-Achse (Fig. 2) ermöglicht. Danach trifft dieser Laserstrahl auf einen zweiten Ablenkspiegel 6, der um eine zur Bildebene senkrechte Achse schwenkbar ist und eine Ablenkung des Laserstrahls 3 in Richtung der X-Achse (Fig. 2) bewirkt. Zweckmäßigerweise wird ein C02-Laser verwendet, der dann durch eine Infrarotlinse 7 in einer Halterung 8 fokussiert wird. Dieser fokussierte Strahl mit einer Wellenlänge von X = 10,6 Rm wird entlang der Kontur des abzudichtenden Relaisgehäuses 1 geführt und dichtet dessen Gehäuseöffnungen durch lokales Aufschmelzen eines Schmelzklebers bzw. Kunststoffes ab. Der C02-Laser wird verwendet, weil seine Wellenlänge von den üblichen Kunststoffen absorbiert wird. Je nach den Eigenschaften des verwendeten Abdichtmittels könnte gegebenenfalls auch ein anderer Laser verwendet werden, wobei unter Umständen auch anstelle der Infrarotlinse (Germanium oder Silizium) auch eine entsprechende andere Linse entsprechend der Wellenlänge des verwendeten Lasers eingesetzt werden kann.Fig. 1 shows schematically an arrangement for fully automatic sealing a housing 1, in the present example the housing of a relay, according to Pins 2 protruding from the top of the housing should also be sealed like the edge gap between the protective cap and the base (see also Fig. 3 and 4). A Laser beam with the optical axis 3 in a laser generator, not shown is generated, first strikes a first deflecting mirror perpendicular to the image plane 4, which can be pivoted about axis 5 and deflects the laser beam in the direction of the Y-axis (Fig. 2) allows. Then this laser beam hits a second one Deflection mirror 6, which is pivotable about an axis perpendicular to the plane of the picture and a Deflection of the laser beam 3 in the direction of the X-axis (Fig. 2) causes. Appropriately a C02 laser is used, which then passes through an infrared lens 7 in a holder 8 is focused. This focused beam with a wavelength of X = 10.6 Rm is guided along the contour of the relay housing 1 to be sealed and seals its housing openings by local melting of a hot melt adhesive or plastic away. The C02 laser is used because of its wavelength of the common plastics is absorbed. Depending on the characteristics of the used Another laser could optionally also be used for sealing means, wherein possibly also one instead of the infrared lens (germanium or silicon) Appropriate other lens used according to the wavelength of the laser used can be.

Die Steuerung der Ablenkspiegel 4 und 6 erfolgt über einen Rechner, der die Grundrißform des abzudichtenden Bauelementgehäuses bzw. der abzudichtenden Gehäuseöffnungen gespeichert hat. Das abzudichtende Gehäuse 1 wird über Magazine zugeführt und mit einer Hebevorrichtung in die Bearbeitungsposition gebracht. Die automatische Positionierung des Laserstrahls vor dem Abdichtprozeß kann mit geeignet angeordneten Detektoren erfolgen. So könnte beispielsweise auch mittels eines Laserstrahls eine Kante des Bauelementes abgetastet werden, um die genaue Position zu ermitteln.The deflection mirrors 4 and 6 are controlled by a computer, the plan shape of the component housing to be sealed or the one to be sealed Has saved housing openings. The housing to be sealed 1 is about magazines fed and brought into the processing position with a lifting device. the automatic positioning of the laser beam before the sealing process can be suitable with arranged detectors take place. For example, this could also be done by means of a laser beam an edge of the component can be scanned to determine the exact position.

In Fig. 3 ist im Schnitt und in Fig. 4 in Draufsicht das Gehäuse 1 aus Fig. 1 vergrößert dargestellt. Zwischen einer Schutzkappe 9 und einem Sockel 10 ist ein Randspalt abzudichten, wobei die Anschlußstifte 2 in diesem Fall ebenfalls in diesem Bereich liegen und mitabgedichtet werden. Als Abdichtmasse wird ein in Fig. 4 dargestellter vorgeformter Kunststoffrahmen 11 verwendet, der durch Stanzen oder Spritzgießen hergestellt werden kann. Dieser Rahmen 11 ist an die Kontur der abzudichtenden Randfuge angepaßt und besitzt Durchbrüche zum Aufstecken auf die Anschlußstifte 2. Falls das Bauelement etwa im Mittelbereich des Sockels eine zusätzliche abzudichtende Öffnung besitzt, kann etwa ein Rahmen 12 gemäß Fig. 5 verwendet werden, der einen oder mehrere Stege 13 aufweist. Die Stege 14, die den Raum zwischen den Anschlußstiften ausfüllen können, sind ebenfalls wahlweise vorhanden oder auch nicht.The housing 1 is shown in section in FIG. 3 and in plan view in FIG. 4 shown enlarged from Fig. 1. Between a protective cap 9 and a base 10, an edge gap is to be sealed, with the connecting pins 2 also in this case lie in this area and also be sealed. An in Fig. 4 shown preformed plastic frame 11 used by punching or injection molding. This frame 11 is to the contour of the adapted to the edge joint to be sealed and has openings for plugging onto the Connection pins 2. If the component has an additional one in the middle area of the base has to be sealed opening, a frame 12 according to FIG. 5 can be used, for example, which has one or more webs 13. The webs 14 that the space between the Terminal pins can also be optionally present or not.

Bei Bauelementen, bei denen Anschlußstifte und sonstige Gehäusefugen voneinander getrennt liegen und getrennt abgedichtet werden müssen, werden entsprechend andere Gestaltungen des Abdichtmasse-Rahmens verwendet. Entsprechend der gespeicherten Gehäusekonfiguration wird dann auch der Laserstrahl automatisch anders geführt. Anstelle des Kunststoffrahmens kann auch ein stegförmiger oder bandförmiger Schmelzkleber verwendet werden, der vor der Laserbestrahlung bereits aufgebracht ist oder während des Schmelzvorganges dosiert aufgebracht wird. Für verschiedene Anwendungszwecke könnte es auch sinnvoll sein, dem lokalen Schmelzen der Abdichtmasse eine Erwärmungsphase mit verminderter Laserleistung vorangehen zu lassen.For components in which connection pins and other housing joints are separated from each other and must be sealed separately, are accordingly other designs of the sealing compound frame are used. According to the saved Housing configuration, the laser beam is then automatically guided differently. Instead of the plastic frame, a web-shaped or band-shaped hot melt adhesive can also be used can be used, which is already applied before the laser irradiation or during of the melting process is applied in a dosed manner. For various purposes it could also be useful to warm up the local melting of the sealing compound to go ahead with reduced laser power.

In Fig. 6 ist die Einwirkung des Laserstrahls 3 über eine Linse 7 auf eine Kunststoffmasse bzw. einen Schmelzkleber 15 nochmals dargestellt. Anhand dieser Zeichnung soll gezeigt werden, welche Einflußgrößen für den Abdichtvorgang von Bedeutung sind. Grundsätzlich ist der Grad der Aufschmelzung des Abdichtmediums 15 und damit die Eindringtiefe der Schmelze in die abzudichtende Öffnung des Gehäuses abhängig von der Wellenlänge X des Laserstrahls 3, der Intensität und der Einwirkdauer der Laserstrahlung, außerdem von der Brennweite f und dem Brennfleckdurchmesser d der Fokussieroptik. Auch die physikalischen Eigenschaften des Materials wie Schmelztemperatur oder Wärmeleitfähigkeit, sind zu berücksichtigen. Auch die Geschwindigkeit v, mit der der Laserstrahl über den Kleber bzw.6 shows the action of the laser beam 3 via a lens 7 shown again on a plastic compound or a hot melt adhesive 15. Based this drawing is intended to show the factors influencing the sealing process are important. Basically, the degree of melting of the sealing medium 15 and thus the depth of penetration of the melt into the opening to be sealed in the housing depending on the wavelength X of the laser beam 3, the intensity and the duration of exposure the laser radiation, as well as the focal length f and the focal spot diameter d of the focusing optics. Also the physical properties of the material such as melting temperature or thermal conductivity, must be taken into account. The speed v, with the laser beam over the adhesive or

den Kunststoffrahmen bewegt wird, bestimmt die Schmelztiefe z in entscheidender Weise.the plastic frame is moved, determines the melting depth z in a decisive way Way.

Durch die lokal begrenzte Wärmedosierung des Laserstrahls ist die thermische Belastung des Bauelementes äußerst gering, auch kann das Abdichten von beliebigen Strukturen sehr schnell und definiert erfolgen. In der Regel ist auch ein nachträgliches Aushärten des aufgeschmolzenen und erstarrten Materials nicht mehr erforderlich. So kann ein vollständiges Abdichten eines üblichen Relais etwa in einer Zeit von 5 bis 10 s berührungslos vorgenommen werden, was den Einsatz dieses Verfahrens in der Massenfertigung sehr vorteilhaft macht.Due to the locally limited heat metering of the laser beam, the thermal load on the component extremely low, the sealing of any structures can be done very quickly and in a defined manner. Usually is too a subsequent hardening of the melted and froze Materials no longer required. So a complete sealing of a usual Relay can be made contactless in about 5 to 10 s, which is the Use of this process in mass production makes it very advantageous.

6 Patentansprüche 6 Figuren6 claims 6 figures

Claims

Claims 1. Method for sealing electromechanical Components, in particular relays, with housing openings by means of a liquid State introduced and then hardening sealant are closed, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the sealing compound (11; 15) by means of a Laser beam (3) locally heated and melted in the area of the openings to be sealed will.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the opening edge of the housing is melted by means of the laser beam (3) and made to flow into the opening.

3. The method of claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the sealing compound (11) in the form of a preformed frame on the openings is applied and then melted locally and in a defined manner with the laser beam.

4. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the sealing compound in the form of a hot melt adhesive before or during the laser irradiation is fed.

3. The method of claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the sealing compound is inserted as a molded part over connecting pins (2) and then irradiated.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, d a -d u r c h g e it does not indicate that the laser beam is stored on a computer with Plan shape of the component controlled or controlled by the computer Mirror assembly is deflected.