DE3406256C2

DE3406256C2 -

Info

Publication number: DE3406256C2
Application number: DE19843406256
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Phys. 8000 Muenchen De Steiger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-02-21
Filing date: 1984-02-21
Publication date: 1991-09-12
Also published as: DE3406256A1

Description

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 oder durch thermisches Verformen der jeweiligen Öffnungsränder verschlos sen werden.The invention relates to a method for sealing electromechanical components, in particular relays, wherein housing openings by means of a liquid state introduced and then hardening sealant or by thermal deformation of the respective opening edges closed will be.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 30 26 371 bekannt. Dort wird Vergußmasse in Dosierstel len im Bereich einer Gehäuseaußenseite eingebracht und mittels Kapillarwirkung an die abzudichtenden Gehäuseöffnungen gelei tet. Bei diesem Verfahren wie bei ähnlichen bekannten Abdicht verfahren 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 known for example from the DE-OS 30 26 371 known. There is potting compound in dosing len introduced in the area of a housing outside and by means of Capillary action on the housing openings to be sealed tet. In this method as in similar known sealing A liquid casting compound is usually used Two-component adhesive used in a heating process is subsequently cured. Such a procedure is a burden thermally the entire component, it is time consuming and only difficult to perform.

Auch aus der DE-OS 27 17 348 ist ein solches Verfahren be kannt. Dort wird ein Dichtmittel, beispielsweise Flüssigharz oder ein Feststoffkleber in eine Ausnehmung zwischen einem Grundkörper und einer Schutzkappe gegeben. Die Seitenwände der Schutzkappe und des Grundkörpers greifen dabei derart überein ander, daß zwischen diesen Seitenwänden ein ringsum verlaufen der Kapillarspalt entsteht, in den das sich in den Ausnehmun gen befindende Dichtmittel eindringt. Wird als Dichtmittel Flüssigharz verwendet, so muß dieses nach dem Eindringen in den Kapillarspalt in einem Wärmeprozeß ausgehärtet werden, wird ein Feststoffkleber verwendet, so muß dieser entweder durch thermische oder mechanische Energie in den Kapillarspalt gebracht werden.Such a method is also from DE-OS 27 17 348 knows. There is a sealant, for example liquid resin or a solid adhesive in a recess between one Base body and a protective cap. The side walls of the The protective cap and the base body overlap in this way another, that run all around between these side walls the capillary gap arises, in which this is in the recesses penetrating sealant penetrates. Used as a sealant If liquid resin is used, this must be after penetrating the capillary gap is hardened in a heating process, if a solid adhesive is used, it must either through thermal or mechanical energy in the capillary gap to be brought.

In der DE-OS 30 01 456 wird ein Abdichtverfahren für Behälter für Halbleiteranordnungen beschrieben. Bei diesem Verfahren werden je ein Metallegierungs- und ein Kunststoffring an einem Deckelelement aus Metall befestigt und durch Erwärmen mitein ander verschmolzen und gleichzeitig am Deckelelement ange schmolzen. Das Schmelzen der Metallegierung muß bei einer erheblichen Temperatur geschehen, so daß auch bei diesem Ver fahren das Bauelement einer hohen thermischen Belastung ausge setzt ist.DE-OS 30 01 456 describes a sealing process for containers described for semiconductor devices. With this procedure become a metal alloy and a plastic ring on one Cover element made of metal attached and by heating other fused and at the same time on the cover element melted. The melting of the metal alloy must be at a considerable temperature happen, so that even with this Ver drive the component out of a high thermal load sets is.

In der DE-OS 30 05 662 und der Siemens-Zeitschrift 50 (1976) Heft 4, Seiten 265 bis 267 sind jeweils Verfahren zum Schmel zen von Material mittels eines Laserstrahls, um dieses Mate rial mit einem anderen zu verbinden, beschrieben. Allerdings handelt es sich bei den jeweiligen Materialien um Metalle bzw. Metallegierungen, wobei es darum geht, eine definierte Metall menge aufzuschmelzen bzw. sehr präzise Verbindungen herzustel len.In DE-OS 30 05 662 and Siemens magazine 50 (1976) Issue 4, pages 265 to 267 are processes for melting zen of material using a laser beam to this mate rial with another described. Indeed are the respective materials metals or Metal alloys, which means a defined metal melt a lot or make very precise connections len.

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 nach träglich zu verschließen. Zu diesem Zweck wird dort z. B. ein warmer Prägestempel verwendet, der allerdings eine mechanische Berüh rung 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 also known to be a Sealing of a component housing-free ventilation hole by thermal deformation of the protruding edge of the hole sluggish to close. For this purpose z. B. a warm one Embossing stamp used, however, a mechanical touch tion of the component housing under the influence of force brings and especially for components, such as relays, smaller Design can cause load problems.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge nannten Art zur Abdichtung eines Bauelementes mittels einer Dichtmasse anzugeben, bei dem einerseits eine Verunreinigung etwa von Anschlußstiften mit einem flüssig aufgebrachten Dich tmittel 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 ge mentioned type for sealing a component by means of a Specify sealing compound, on the one hand, contamination about from pins with a liquid applied you medium is avoided, on the other hand a quick and effective sealing of the housing and quick curing the sealant without high thermal stress on the component is made possible and in particular any mechanical Load on the housing can be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dichtmasse in Form eines Rahmens auf die Öffnungen aufgelegt und dann mit einem Laserstrahl im Bereich der abzudichtenden Öffnungen lokal erwärmt und aufgeschmolzen wird, oder dadurch, daß die Öffnungsränder des Gehäuses mittels eines Laserstrahls ange schmolzen und zum Fließen in die Öffnungen gebracht werden.According to the invention this object is achieved in that the Sealant placed in the form of a frame on the openings and then with a laser beam in the area to be sealed Openings are locally heated and melted, or by the fact that the Opening edges of the housing by means of a laser beam melted and brought to flow in the openings.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren wird also das Abdichtmate rial jeweils nur kurzzeitig im Bereich der abzudichtenden Öff nung bestrahlt, aufgeschmolzen und ausgehärtet. Durch die lokal begrenzte Wärmedosierung des Laserstrahls ist die ther mische Belastung des gesamten Bauelementes äußerst gering. Eine mechanische Belastung wird gänzlich vermieden, da das erfindungsgemäße Verfahren berührungslos arbeitet und das lokal aufgeschmolzene Abdichtmaterial von selbst in die abzudichtende Öffnung fließt.With the method according to the invention, the sealing material is thus rial only briefly in the area of the opening to be sealed irradiated, melted and hardened. Through the locally limited heat metering of the laser beam is the ther Mix load of the entire component is extremely low. A mechanical load is completely avoided because the The inventive method works without contact and that locally melted sealing material into the opening to be sealed flows.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren ist eine genau definierte Bestrahlung des Abdichtmaterials 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 Wärmeleitfähig keit. Auch die Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl über das Abdichtmaterial bewegt wird, bestimmt den Schmelzgrad in entscheidender Weise. With the method according to the invention one is precisely defined Irradiation of the sealing material possible. This results in clear correlations between the degree of melting of the sealing medium and the intensity and duration of exposure Laser radiation, the focal length and the focal spot diameter the focusing optics and the physical properties of the Sealing material, such as melting temperature or thermal conductivity speed. Also the speed at which the laser beam passes over the sealing material is moved, determines the degree of melting in crucial way.

Als Abdichtmasse wird in einer ersten Ausführungsform der Erfindung das Gehäusematerial selbst verwendet, wobei 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.In a first embodiment, the sealing compound is Invention uses the housing material itself, with the Laser beam melted the edge of the opening to be sealed and brought into the opening to flow. In this case For example, the opening edge can also be thickened or be provided with a bead in order to provide sufficient material for Melt and fill the opening.

In der anderen, zweiten Ausführungsform wird die Abdichtmasse als Dichtmasse in Form eines Rahmens auf die Öff nungen aufgelegt und dann mit dem Laserstrahl - wie angegeben - lokal und definiert aufgeschmolzen.In the other, second embodiment, the sealing compound as a sealing compound in the form of a frame on the public and then with the laser beam - as indicated - locally and melted defined.

Für eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsge mäßen Verfahrens in der Massenfertigung ist es weiterhin mög lich, 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 Abdichtstruk turen 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 fiction According to the mass production process, it is still possible Lich, the laser beam stored on a computer Floor plan of the component and the openings to be sealed to steer and distract. Through suitable programming a computer is the shutdown of any sealing structure structures defined and possible at high speed. Here it is useful to swivel two mutually perpendicular To control mirrors over which the laser beam is guided. The laser beam can be directed towards it via an infrared lens melting material to be focused.

Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt The invention is illustrated below using exemplary embodiments the drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Anordnung zum berührungslosen Abdichten eines Bauelementes mittels Laserstrahl, Fig. 1 shows an arrangement for contactless sealing of a component by means of laser beam,

Fig. 2 eine Schnittansicht II-II aus Fig. 1, Fig. 2 a sectional view II-II from Fig. 1,

Fig. 3 und Fig. 4 ein abzudichtendes Bauelement in ver größerter Darstellung, Fig. 3 and Fig. 4 is a device to be sealed in ver größerter representation,

Fig. 5 einen vorgeformten Rahmen aus Abdichtmasse, Fig. 5 shows a pre-shaped frame of caulk,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Einwirkung eines Laserstrahls mit den verschiedenen zu berücksichtigenden Größen. Fig. 6 is a schematic representation of the action of a laser beam with the different sizes to be considered.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur vollautomati schen Abdichtung eines Gehäuses 1, im vorliegenden Bei spiel des Gehäuses eines Relais, wobei nach oben aus dem Gehäuse herausstehende Anschlußstifte 2 ebenso abgedich tet 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 Laser strahls in Richtung der Y-Achse (Fig. 2) ermöglicht. Da nach trifft dieser Laserstrahl auf einen zweiten Ablenk spiegel 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 CO₂-Laser verwendet, der dann durch eine Infra rotlinse 7 in einer Halterung 8 fokussiert wird. Dieser fokussierte Strahl mit einer Wellenlänge von λ=10,6 µm wird entlang der Kontur des abzudichtenden Relaisgehäuses 1 geführt und dichtet dessen Gehäuseöffnungen durch loka les Aufschmelzen eines Kunststoffes ab. Der CO₂-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 the fully automatic sealing of a housing 1 , in the present case of the housing of a relay, connection pins 2 protruding upwards out of the housing and also the sealing gap between the protective cap and base (see also FIG. 3 and 4). A laser beam with the optical axis 3 , which is generated in a laser generator, not shown, first strikes perpendicular to the image plane on a first deflecting mirror 4 , which is pivotable about the axis 5 and a deflection of the laser beam in the direction of the Y axis ( Fig. 2) enables. Since after this laser beam strikes a second deflection mirror 6 , which is pivotable about an axis perpendicular to the image plane and causes a deflection of the laser beam 3 in the direction of the X axis ( FIG. 2). A CO ₂ laser is expediently used, which is then focused by an infrared lens 7 in a holder 8 . This focused beam with a wavelength of λ = 10.6 µm is guided along the contour of the relay housing 1 to be sealed and seals its housing openings by locally melting a plastic. The CO ₂ laser is used because its wavelength is absorbed by the usual plastics. Depending on the properties of the sealant used, a different laser could possibly also be used, it also being possible, under certain circumstances, to use a corresponding other lens instead of the infrared lens (germanium or silicon) corresponding to the wavelength of the laser used.

Die Steuerung der Ablenkspiegel 4 und 6 erfolgt über einen Rechner, der die Grundrißform des abzudichtenden Bauelementgehäuses bzw. der abzudichtenden Gehäuseöffnun gen gespeichert hat. Das abzudichtende Gehäuse 1 wird über Magazine zugeführt und mit einer Hebevorrichtung in die Bearbeitungsposition gebracht. Die automatische Posi tionierung 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 Posi tion zu ermitteln.The deflection mirrors 4 and 6 are controlled by a computer which has saved the outline shape of the component housing to be sealed or the housing openings to be sealed. The housing 1 to be sealed is fed via magazines and brought into the processing position with a lifting device. The automatic positioning of the laser beam before the sealing process can take place with suitably arranged detectors. For example, an edge of the component could also be scanned by means of a laser beam in order 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 Mittelbe reich 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 aus füllen können, sind ebenfalls wahlweise vorhanden oder auch nicht. The housing 1 from FIG. 1 is shown enlarged in section in FIG. 3 and in plan view in FIG. 4. An edge gap is to be sealed between a protective cap 9 and a base 10 , the connecting pins 2 in this case likewise lying in this area and being sealed with them. A preformed plastic frame 11 shown in FIG. 4, which can be produced by stamping or injection molding, is used as the sealing compound. This frame 11 is adapted to the contour of the edge joint to be sealed and has openings for plugging onto the connecting pins 2 . If the component has an additional opening to be sealed in the central region of the base, a frame 12 according to FIG. 5 can be used, which has one or more webs 13 . The webs 14 , which can fill the space between the pins, are also optionally available or not.

Bei Bauelementen, bei denen Anschlußstifte und sonstige Gehäusefugen voneinander getrennt liegen und getrennt ab gedichtet werden müssen, werden entsprechend andere Ge staltungen des Abdichtmasse-Rahmens verwendet. Entspre chend der gespeicherten Gehäusekonfiguration wird dann auch der Laserstrahl automatisch anders geführt. Für verschie dene Anwendungszwecke könnte es auch sinnvoll sein, dem lokalen Schmelzen der Abdichtmasse eine Erwärmungsphase mit verminderter Laserleistung vorangehen zu lassen.For components where pins and others Housing joints are separated and separated other Ge events of the sealing compound frame used. Correspond Then the saved housing configuration the laser beam is also automatically guided differently. For various For purposes of application, it could also make sense to local melting of the sealing compound a heating phase to go ahead with reduced laser power.

In Fig. 6 ist die Einwirkung des Laserstrahls 3 über eine Linse 7 auf eine Kunststoffmasse 15 nochmals dargestellt. Anhand dieser Zeichnung soll ge zeigt werden, welche Einflußgrößen für den Abdichtvorgang von Bedeutung sind. Grundsätzlich ist der Grad der Auf schmelzung des Abdichtmediums 15 und damit die Eindring tiefe der Schmelze in die abzudichtende Öffnung des Ge häuses abhängig von der Wellenlänge λ des Laserstrahls 3, der Intensität und der Einwirkdauer der Laserstrahlung, außerdem von der Brennweite f und dem Brennfleckdurchmes ser d der Fokussieroptik. Auch die physikalischen Eigen schaften des Materials wie Schmelztemperatur oder Wärme leitfähigkeit, sind zu berücksichtigen. Auch die Geschwin digkeit v, mit der der Laserstrahl über den Kunststoffrahmen bewegt wird, bestimmt die Schmelz tiefe z in entscheidender Weise.In Fig. 6, the action of the laser beam 3 through a lens 7 on a plastic mass 15 is shown again. On the basis of this drawing, it is to be shown which influencing variables are of importance for the sealing process. Basically, the degree of melting of the sealing medium 15 and thus the penetration depth of the melt into the opening to be sealed in the housing depends on the wavelength λ of the laser beam 3 , the intensity and duration of the laser radiation, and also on the focal length f and the focal diameter d the focusing optics. The physical properties of the material such as melting temperature or thermal conductivity must also be taken into account. The speed v at which the laser beam is moved over the plastic frame also decisively determines the melting depth z.

Durch die lokal begrenzte Wärmedosierung des Laserstrahls ist die thermische Belastung des Bauelementes äußerst ge ring, 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 wer den, was den Einsatz dieses Verfahrens in der Massenfer tigung sehr vorteilhaft macht.Due to the localized heat metering of the laser beam the thermal load on the component is extremely ge ring, can also seal any structure done very quickly and defined. Usually is also subsequent curing of the melted and solidified material is no longer required. So can a complete sealing of a common relay approximately in over a period of 5 to 10 s without contact what is the use of this method in the mass remote making it very advantageous.

Claims

1. A method for sealing electromechanical components, in particular relays, housing openings being closed by means of a hardening sealing compound, characterized in that the sealing compound ( 11 ) is placed in the form of a frame on the openings and then sealed with a laser beam in the region of the sealing Openings are locally heated and melted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the frame is inserted over connecting pins ( 2 ) and then be radiated.

3. Process for sealing electromechanical components ten, in particular relays, housing openings by ther mixed deformation of the respective opening edges closed will, characterized, that the opening edges of the housing by means of a laser beam melted and brought into the opening to flow.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that the laser beam is stored on a computer Floor plan shape of the component controlled or via one of the Computer-controlled mirror arrangement is deflected.