EP1340291A1 - Verfahren zum herstellen eines elektrischen bauteils sowie diesbezüglicher bauteil - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines elektrischen bauteils sowie diesbezüglicher bauteil

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EP1340291A1
EP1340291A1 EP01991796A EP01991796A EP1340291A1 EP 1340291 A1 EP1340291 A1 EP 1340291A1 EP 01991796 A EP01991796 A EP 01991796A EP 01991796 A EP01991796 A EP 01991796A EP 1340291 A1 EP1340291 A1 EP 1340291A1
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EP
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connection elements
conductor paths
base part
molded part
molded
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Roman Naas
Dieter Rheinfeld
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VWH Vorrichtungs- und Werkzeugbau Herschbach GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/40Securing contact members in or to a base or case; Insulating of contact members
    • H01R13/405Securing in non-demountable manner, e.g. moulding, riveting

Definitions

  • the invention relates to a ner driving for producing an electrical component and the component itself.
  • the invention relates in particular to the provision of sensor components, such as those used in motor vehicles for detecting various parameters, such as the ambient temperature.
  • production has been carried out in a multi-stage ner driving, by first soldering connection elements with conductor paths of a circuit board on which the actual sensor element is mounted.
  • a hinged connector housing was created using a plastic injection molding process. This housing was then placed in a final production stage around the printed circuit board and the soldered-on connection elements and, in contrast, firmly fixed by snapping it in place using a clip or the like.
  • the soldering process, the formation of a separate connector housing and its assembly mean additional manufacturing steps which make the product more expensive, especially since these are products which have to be provided in large numbers.
  • the invention has for its object to provide a ner driving of the type mentioned, which allows a more economical provision of electrical components of the type in question.
  • soldering, welding or adhesive steps to create a permanent electrical connection between the connection elements and the conductor paths are to be avoided.
  • the method is intended to enable the production of such electrical components that are largely shielded from harmful environmental influences.
  • connection elements are held in an electrically conductive connection with the conductor paths of the circuit board without soldering, welding or gluing. The manufacturing steps previously required for this are accordingly saved.
  • the molded plastic part created by the injection molding process naturally hermetically shields the connection point between the connection elements and conductor paths against environmental influences such as moisture. If desired, the entire printed circuit board, including the sensor element, could be embedded in the molded plastic part.
  • An electrical component constructed in accordance with the invention comprises the construction features mentioned in claim 8.
  • Fig. 4 is a sectional view taken along section line IV-IV in Fig. 3B.
  • the sensor component comprises a strip-shaped printed circuit board or a base part 1 made of insulating material, such as a synthetic resin, on which conductor paths (not shown) made of electrically conductive material, such as copper, are applied or vapor-deposited in a suitable manner.
  • a sensor element (not shown), which is in electrically conductive connection with the conductor paths, can be fastened to or near an axial end of the base part 1. Near the other axial end of the base part 1, a pair of through holes are provided, which contain eyes or eyes 4 made of metallic material, which are in electrically conductive connection with the conductor paths.
  • connection elements or pins 5 are inserted into the eyelets 4 and protrude from a surface of the base part 1 at an angle, preferably a right angle.
  • peripheral devices not shown, for example display devices or the like.
  • the sole fixing of the connection elements 5 in the eyelets 4 is not sufficient in that they are pressed into the eyelets 4 in order to ensure a permanent electrical connection over longer operating times.
  • FIGS. 2A, B the prefabricated part according to FIGS.
  • connection elements 5 near the eyelets 4 in addition the eyelets 4 themselves and an adjoining area of the base part 1 come into contact with a melt made of a suitable plastic material when this is inserted into the injection mold to fill the mold.
  • the injection molding of plastic material in the presence of inserts is basically known to the person skilled in the art and therefore does not need to be explained in more detail here.
  • the aforementioned manufacturing step forms a plastic molded part on the part shown in FIGS. 1A, B, which has the general reference number 6 in FIGS. 2A, B and can be designed in any manner in its outer outline configuration. It is essential that the plastic material of the molded part 6 creates sufficient stability after the melt solidifies in order to permanently fix the mutual positional relationship of the connection elements 5 and the eyelets 4, so that shaking movements cannot make any changes to this fixation.
  • the manufacturing step of molding the plastic molded part 6 on the base part 1 thus not only creates a “housing” that has a desired advantageous outline configuration, but at the same time secures the electrical connection of the connection elements 5 with the eyelets 4 or conductor paths and corresponds in this respect to those previously used for this provided soldering or the like.
  • the part shown in FIGS. 2A, B can represent the final stage in the manufacture of the sensor component.
  • a further plastic molded part is preferably molded onto the molded part 6.
  • the other molded part bears the reference numeral 7 and creates a connector housing, which the exposed End regions of the connection elements 5 surrounds and can accommodate a plug (not shown) of a cable line.
  • the further molded part 7 is molded onto the molded part 6 by inserting the part according to FIG.
  • the plastic material can differ from the plastic material of the molded part 6 in at least one material parameter in order to achieve desired advantageous properties or effects.
  • Material parameters can be the material composition, nature, color, hardness, temperature resistance, etc.
  • a preferred plastic material for the molded part 6 is polybutylene terephthalate (PBT) and for the molded part 7 polyamide (PA). Other combinations of materials can also be provided.
  • molded parts 6, 7 from different injection molding processes, only one molded part made of a suitable plastic material can be formed in one manufacturing step, which simultaneously permanently fixes the connection elements 5 with respect to the base part 1 and a connector housing with a configuration corresponding to the molded part 7 creates.
  • FIG. 4 shows that a pair of connection elements 5 are embedded in the molded part 6 parallel to one another and are thus permanently connected to the eyelets 4. If desired, the connection elements 5 near the eyelets 4 can have enlarged areas 8 which improve the firm anchoring of the connection elements 5 in the plastic material of the molded part 6.
  • connection elements 5 are preferably in the form of press-in connections (not shown) trained, which under the name AMP Action Pin from the company AMP Kunststoff GmbH, Amperestr. 7-11, D-63225 Langen / Germany.
  • the molded part which permanently fixes the connection elements relative to the base part, is formed only in the area of the base part near the eyelets, the molded part can also embed the entire base part including the sensor element, if desired. It is further understood that each manufacturing step mentioned may involve the simultaneous production of a large number of parts.

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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
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  • Multi-Conductor Connections (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils sowie diesbezüglicher Bauteil
Die Erfindung betrifft ein Nerfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils sowie den Bauteil selbst.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Bereitstellung von Sensorbauteilen, wie sie in Kraftfahrzeugen zur Erfassung verschiedener Parameter, wie der Umgebungstemperatur, zum Einsatz kommen. Bislang erfolgte die Fertigung in einem mehrstufigen Nerfahren, indem zunächst eine Nerlötung von Anschlusselementen mit Leiterpfaden einer Leiterplatte, an der das eigentliche Sensorelement montiert ist, vorgenommen wurde. In einem getrennten weiteren Schritt wurde ein aufklappbares Steckergehäuse durch einen Kunststoffspritzgiessvorgang geschaffen. Dieses Gehäuse wurde anschliessend in einer letzten Fertigungsstufe um die Leiterplatte und die angelöteten Anschlusselemente gelegt und fest dagegen durch Nerrasten mittels eines Klips oder dgl. fixiert. Der Lötvorgang, die Bildung eines separaten Steckergehäuses und dessen Montage bedeuten zusätzliche, das Produkt verteuernde Fertigungsstufen, zumal es sich vorliegend um Produkte handelt, die in grosser Anzahl bereitgestellt werden müssen. Ein weiterer Nachteil der bisherigen Norgehensweise ist, dass zwischen dem Gehäuse und der Lötverbindungsstelle keine feuchtigkeitdichte Beziehung zustande kommt und daher Umwelteinflüsse sich leicht schädlich auf die elektrische Verbindung zwischen den Anshlusselementen und den Leiterpfaden auswirken können. Auch ermöglichte es die bisherigen Norgehensweise nicht ohne weitere aufwändige Massnahmen, das empfindliche Sensorelement, z.B. den Thermofühler, gegenüber Umwelteinflüssen in effektiver Weise abzuschirmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nerfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das eine wirtschaftlichere Bereitstellung von elektrischen Bauteilen der in Rede stehenden Art erlaubt. Insbesondere sollen Löt-, Schweiss- oder Klebeschritte zur Schaffung einer dauerhaften elektrischen Verbindung zwischen den Anschlusselementen und den Leiterpfaden vermieden werden. Ferner soll das Verfahren die Herstellung von solchen elektrischen Bauteilen ermöglichen, die gegen schädliche Umwelteinflüsse weitestgehend abgeschirmt sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Anschlusselemente in elektrisch leitender Verbindung mit den Leiterpfaden der Leiterplatte ohne Lötung, Schweissung oder Klebung gehalten sind. Die dazu bislang erforderlichen Fertigungsschritte werden demgemäss eingespart. Der durch den Spritzgiessvorgang geschaffene Kunststoff-Formteil schirmt die Verbindungsstelle zwischen den Anschlusselementen und Leiterpfaden naturgemäss hermetisch gegenüber Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit, ab. Wenn erwünscht, könnte die gesamte Leiterplatte, einschliesslich des Sensorelementes in dem Kunststoff-Formteil eingebettet sein. Ein erfindungsgemäss aufgebautes elektrisches Bauteil umfasst die im Anspruch 8 genannten Aufbaumerkmale.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 A,B in einer Hauptansicht bzw. geschnittenen Ansicht längs der Schnittlinie IB-IB in Fig. 1 A einen elektrischen Sensorbauteil gemäss einer Ausfuhrungsform der Erfindung in einer ersten Fertigungsstufe,
Fig. 2A,B in Ansichten analog zu Fig. 1 A,B den elektrischen Sensorbauteil in einer zweiten Fertigungsstufe, Fig. 3A,B in Ansichten analog zu Fig. 1 A,B den elektrischen Sensorbauteil in einer dritten Fertigungsstufe, und
Fig. 4 eine geschnittene Ansicht längs der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3B.
Obschon die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit einem elektrischen Sensorbauteil, z.B. für die Erfassung der Umgebungs- oder anderer Temperaturen in einem Kraftfahrzeug beschrieben wird, versteht es sich, dass die Erfindung auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt ist. Sie kann vielmehr vorteilhaft immer dann angewandt werden, wenn es gilt, metallische steife Anschlusselemente, wie Stecker, Stifte, elektrisch permanent mit Leiterpfaden an einem Basisteil aus isolierendem Material, z.B. aus einem Kunstharz, permanent elektrisch zu verbinden, ohne dass hierfür Lötungen, Schweissungen oder Klebungen vorgenommen werden müssen.
Fig. 1 A,B zeigen den Sensorbauteil gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Fertigungsstufe. Der Sensorbauteil umfasst eine streifenformige Leiterplatte bzw. einen Basisteil 1 aus isolierendem Material, wie einem Kunstharz, auf dem in geeigneter Weise Leiterpfade (nicht gzeigt) aus elektrisch leitendem Material, wie Kupfer, aufgebracht bzw. aufgedampft sind. An oder nahe bei einem axialen Ende des Basisteils 1 kann ein Sensorelement (nicht gezeigt) befestigt sein, das mit den Leiterpfaden in elektrisch leitender Verbindung steht. Nahe dem anderen axialen Ende des Basisteiles 1 sind ein Paar Durchgangslöcher vorgesehen, welche Augen oder Ösen 4 aus metallischem Material enthalten, die mit den Leiterpfaden in elektrisch leitender Verbindung stehen.
In den Ösen 4 sind steife Anschlusselemente oder Stifte 5 eingesetzt, die von einer Oberfläche des Basisteiles 1 unter einem Winkel, vorzugsweise rechten Winkel, abstehen. Die Anschlusselemente 5 bestehen, wie die Leiterpfade und Ösen 4, aus elektrisch leitendem Material. Sie dienen zur Ableitung der Signale des Sensorelementes an periphere, nicht gezeigte Einrichtungen, z.B. Anzeigegeräte oder dgl. Bei Betrieb in schwingender Umgebung, z.B. einem Kraftfahrzeug, reicht die alleinige Fixierung der Anschlusselemente 5 in den Ösen 4 dadurch, dass diese in den Ösen 4 eingedrückt sind, nicht aus, um eine permanente elektrische Verbindung über längere Betriebszeiten zu gewährleisten. Erfindungsgemäss wird deshalb in einem weiteren, in Fig. 2 A,B gezeigten Fertigungsschritt das vorgefertigte Teil gemäss Fig. 1 A,B als Einlegeteil in eine grundsätzlich herkömmlich asugebildete Spritzgiessform (nicht gezeigt) eingebracht, uzw. dergestalt, dass ein Bereich der Anschlusselemente 5 nahe den Ösen 4, ausserdem die Ösen 4 selbst sowie ein daran angrenzender Bereich des Basisteiles 1 mit einer Schmelze aus einem geeigneten Kunststoffmaterial in Berührung kommen, wenn dieses in die Spritzgiessform zur Füllung der Form eingeben wird. Das Spritzgiessen von Kunststoffmaterial in Gegenwart von Einlegeteilen ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und braucht an dieser Stelle deshalb nicht näher erläutert werden.
Durch den vorgenannten Fertigungsschritt wird an dem in Fig. 1 A,B gezeigten Teil ein Kunststoff-Formteil angeformt, der in Fig. 2 A,B das allgemeine Bezugszeichen 6 trägt und in seiner äusseren Umrisskonfiguration in beliebiger Weise gestaltet sein kann. Wesentlich ist, dass das Kunststoff material des Formteiles 6 eine ausreichende Stabilität nach Erstarren der Schmelze schafft, um die gegenseitige Lagebeziehung der Anschlusselemente 5 und der Ösen 4 permanent zu fixieren, so dass auch Rüttelbewegungen an dieser Fixierung keine Änderungen vornehmen können. Der Fertigungsschritt des Anformens des Kunststoff-Formteils 6 am Basisteil 1 schafft somit nicht nur ein eine gewünschte vorteilhafte Umrisskonfiguration aufweisendes „Gehäuse", sondern sichert gleichzeitig die elektrische Verbindung der Anschlusselemente 5 mit den Ösen 4 bzw. Leiterpfaden und entspricht in dieser Hinsicht den bislang hierfür vorgesehenen Lötungen oder dgl.
Grundsätzlich kann der in Fig. 2 A,B gezeigte Teil Endstufe in der Fertigung des Sensorbauteiles darstellen. Vorzugsweise wird jedoch in einem weiteren Fertigungsschritt, der in Fig. 3 A,B gezeigt ist, ein weiteres Kunststoff-Formteil an dem Formteil 6 angeformt. Der weitere Formteil trägt das Bezugszeichen 7 und schafft ein Steckergehäuse, welches die freiliegenden Endbereiche der Anschlusselemente 5 umgibt und einen Stecker (nicht gezeigt) einer Kabelleitung aufnehmen kann. Der weitere Formteil 7 wird am Formteil 6 angeformt, indem der Teil gemäss Fig. 2 A,B in eine Spritzgiessform mit einer Konfiguration entsprechend dem Formteil 7 eingegeben und in die Spritzgiessform eine Schmelze aus einem Kunststoffmaterial eingespritzt wird, so dass sich dieses mit dem Kunststoffmaterial des anfänglichen Formteiles 6 integral verbinden kann. Das Kunststoffmaterial kann sich in wenigstens einem Materialparameter von dem Kunststoffmaterial des Formteiles 6 unterscheiden, um gewünschte vorteilhafte Eigenschaften oder Effekte zu erzielen. Materialparameter können sein die Materialzusammensetzung, -beschaffenheit, Farbe, Härte, Temperaturbeständigkeit etc.. Ein bevorzugtes Kunststoffmaterial für den Formteil 6 ist Polybutylen-Terephthalat (PBT) und für den Formteil 7 Polyamid (PA). Andere Materialkombinationen können ebenfalls vorgesehen werden.
Darauf hinzuweisen ist, dass anstelle von Formteilen 6, 7 aus unterschiedlichen Spritzgiessvorgängen auch nur ein Formteil aus einem geeigneten Kunststoffmaterial in einem Fertigungsschritt gebildet werden kann, der gleichzeitig die Anschlusselemente 5 gegenüber dem Basisteil 1 permanent fixiert und eine Steckergehäuse mit einer Konfiguration entsprechend dem Formteil 7 schafft.
Fig. 4 zeigt, dass ein Paar Anschlusselemente 5 parallel zueinander im Formteil 6 eingebettet und dadurch mit den Ösen 4 permanent fest verbunden sind. Wenn erwünscht, können die Anschlusselemente 5 nahe den Ösen 4 erweiterte Bereiche 8 haben, die die feste Verankerung der Anschlusselemente 5 in dem Kunststoffmaterial des Formteiles 6 verbessern.
Obschon es in vielen Fällen ausreicht, zur Vorfixierung die Anschlusselemente 5 gemäss Fig. 1 A,B lediglich mit etwas grösserem Durchmesser als die Ösen 4 zu dimensionieren, so dass die Anschlusselemente 5 mit einer geeigneten Kraft in die Ösen 4 eingepresst werden müssen, wird bevorzugt, dass die in die Ösen 4 eingreifenden Endbereiche der Anschlusselemente 5 so ausgebildet sind, dass dadurch der Friktionssitz in den Ösen 4 verbessert wird. Vorzugsweise sind zu diesem Zweck die Endbereiche der Anschlusselemente 5 als Einpressverbindungen (nicht gezeigt) ausgebildet, die unter der Bezeichnung AMP Action Pin von der Firma AMP Deutschland GmbH, Amperestr. 7-11, D-63225 Langen/Deutschland bezogen werden können.
Obschon bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung der Formteil, der die Anschlusselemente gegenüber dem Basisteil permanent fixiert, nur im Bereich des Basiteils nahe den Ösen ausgebildet ist, kann, wenn erwünscht, der Formteil auch den gesamten Basisteil einschliesslich des Sensorelementes einbetten. Es versteht sich ferner, dass jeder erwähnte Fertigungsschritt eine gleichzeitige Fertigung einer Vielzahl von Teilen umfassen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils, bestehend aus einem Basisteil mit metallischen Leiterpfaden, mit den Leiterpfaden in leitendem Kontakt stehenden metallischen Anschlusselementen und einem wenigstens benachbarte Bereiche des Basisteils und der Anschlusselemente umschliessenden Formteil aus einem Kunststoffmaterial, welches die folgenden Schritte umfasst:
a) kraftschlüssiges elektrisch leitendes Vorfixieren der Anschlusselemente an den Leiterpfaden;
b) Eingeben des aus dem Schritt a) erhaltenen Teiles als Einlegeteil in eine dem Formteil angepasste Spritzgiessform dergestalt, dass wenigstens die benachbarten Bereiche der Anschlusselemente, des Basisteils und der Leiterpfade in einer Schmelze aus dem Kunststoffmaterial eingebettet werden, wenn diese in die Spritzgiessform eingefüllt wird;
c) Einfüllen der Schmelze in die Spritzgiessform, und
d) Erstarrenlassen der Schmelze, wodurch die Anschlusselemente und die Leiterpfade dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente zur Vorfixierung kraftschlüssig in Aufhahmeöffhungen der Leiterpfade eingedrückt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente unter einem spitzen, insbesondere rechten Winkel zu den Leiterpfaden vorfixiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil im wesentlichen vollständig in dem Kunststoffmaterial eingebettet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens die benachbarten Bereiche der Anschlusselemente, des Basisteils und der Leiterpfade einbettende Formteil als Steckeraufhahmegehäuse ausgebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bildung des wenigstens die benachbarten Bereiche der Anschlusselemente, des Basisteils und der Leiterpfade einbettenden Formteils an diesem ein weiteres Formteil aus einem Kunststoffmaterial durch Spritzgiessen angeformt wird, das sich von dem Kunststoffmaterial des einen Formteils in wenigstens einem der Materialparameter, wie Materialzusammensetzung, Materialbeschaffenheit, Farbe, Härte, Temperaturbeständigkeit unterscheidet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Formteil als Steckeraufhahmegehäuse ausgebildet ist.
8. Elektrisches Bauteil, bestehend aus einem Basisteil (1) mit metallischen Leiterpfaden, mit den Leiterpfaden in leitendem Kontakt stehenden metallischen Anschlusselementen (5) und einem wenigstens benachbarte Bereiche des Basisteils, der Leiterpfade und der Anschlusselemente umschliessenden Formteil (6) aus einem Kunststoffmaterial, wobei die Anschlusselemente mit den Leiterpfaden elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (5) mit den Leiterpfaden durch ein integral an dem Basisteil und den Anschlusselementen durch Spritzgiessen angeformtes Formteil (6) in dauerhafter gegenseitiger elektrischer Verbindung gehalten sind.
9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Sensorelement umfasst.
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