EP1340291B1

EP1340291B1 - Verfahren zum herstellen eines elektrischen bauteils sowie diesbezüglicher bauteil

Info

Publication number: EP1340291B1
Application number: EP01991796A
Authority: EP
Inventors: Roman Naas; Dieter Rheinfeld
Original assignee: VWH Vorrichtungs- und Werkzeugbau Herschbach GmbH
Current assignee: VWH Vorrichtungs- und Werkzeugbau Herschbach GmbH
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: ATE459996T1; EP1340291A1; ES2343404T3; WO2002047211A1; DE50115376D1; AU2002231667A1; DE10060664A1; PT1340291E

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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 derartiger Sensorbauteile in einem mehrstufigen Verfahren, indem zunächst eine Verlötung 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 Verrasten mittels eines Clips 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 Vorgehensweise 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 Vorgehensweise nicht ohne weitere aufwändige Massnahmen, das empfindliche Sensorelement, z.B. den Thermofühler, gegenüber Umwelteinflüssen in effektiver Weise abzuschirmen. Bekannt ist es ferner ( US 5 971 733 A ), zur Bildung eines Flachsteckers an den Enden von einem Paar elektrischen Leiterdrähten plattchenförmige Steckkontakte anzuklemmen und anschliessend die Steckkontakte zusammen mit benachbarten Bereichen der Leiterdrähte in ein vorgeformtes Positionierungeinlegeteil in einer funktionsüblichen Positionierung anzuordnen und zu halten. Die Einheit aus Positionierungseinlegeteil und an den Steckkontakten angeklemmten Leiterdrähten wird dann in eine an den Umrisslinien eines Flachsteckergehäuses angepasste Kunstoffgiessform eingelegt und mit einem Kunststoffmaterial umspritzt. Das Positionierungsteil verbleibt im fertigen Flachstecker, obschon ihm nach dessen Bildung keine Funktion mehr zukommt. Das bekannte Verfahren setzt demzufolge aufwändige und damit eine Grossserienfertigung verkomplizierende und verteuernde vorbereitende Massnahmen für eine genaue Positionierung der Steckkontakte im Flachstecker voraus und ist ausserdem für die Verbindung von Anschlusselementen mit Leiterpfaden einer Leiterplatte ungeeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren 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 bzw. positionierende Einlegeteile 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. Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der Kunststoff-Formteil als Steckergehäuse ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A,B: in einer Hauptansicht bzw. geschnittenen Ansicht längs der Schnittlinie IB-IB in Fig. 1A einen elektrischen Sensorbauteil gemäss einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Fertigungsstufe,
Fig. 2A,B: in Ansichten analog zu Fig. 1A,B den elektrischen Sensorbauteil in einer zweiten Fertigungsstufe,
Fig. 3A,B: in Ansichten analog zu Fig. 1A,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. 1A,B zeigen den Sensorbauteil gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Fertigungsstufe. Der Sensorbauteil umfasst eine streifenförmige 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. 2A,B gezeigten Fertigungsschritt das vorgefertigte Teil gemäss Fig. 1A,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. 1A,B gezeigten Teil ein Kunststoff Formteil angeformt, der in Fig. 2A,B das allgemeine Bezugszeichen 6 trägt und in seiner äusseren Umrisskonfiguration in beliebiger Weise gestaltet sein kann. Wesentlich ist, dass das Kunststoffmaterial 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. 2A,B gezeigte Teil Endstufe in der Fertigung des Sensorbauteiles darstellen. Vorzugsweise wird jedoch in einem weiteren Fertigungsschritt, der in Fig. 3A,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 Kunststoffinaterial 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. 1A,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 Ausführungsforinen 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

Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils, bestehend aus einer Leiterplatte (1) mit metallischen Leiterpfaden, mit den Leiterpfaden in leitendem Kontakt stehenden metallischen Anschlusselementen (5) und einem wenigstens benachbarte Bereiche der Leiterplatte und der Anschlusselemente umschliessenden Formteil (6) aus einem Kunststoffmaterial, welches die folgenden Schritte, umfassend:
Bildung eines Einlegeteils mit an den Leiterpfaden elektrisch leitend vorfixierten Anschlusselementen (5);

Eingeben des Einlegeteil in eine dem Formteil angepasste Spritzgiessform dergestalt, dass wenigstens die benachbarten Bereiche der Anschlusselemente, der Leiterplatte (1) und der Leiterpfade in einer Schmelze aus dem Kunststoffmaterial eingebettet werden, wenn diese in die Spritzgiessform eingefüllt wird;

Einfüllen der Schmelze in die Spritzgiessform, und

Erstarrenlassen der Schmelze, wodurch die Anschlusselemente und die Leiterpfade dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet, dass

der Schritt der Bildung des Einlegeteils das Einbringen von einer der Anzahl an Anschlusselementen (5) entsprechenden Anzahl an Ösen (4) in der Leiterplatte (1) mit einer Abmessung, die kleiner als diejenige von an den Anschlusselementen vorgesehenen Endbereichen ist, und das Einpressen der Endbereiche der Anschlusselemente (5) in die Ösen (4) umfasst, um die Anschlusslemente kraftschlüssig in den Ösen vorzufixieren
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (5) unter einem spitzen, insbesondere rechten Winkel zu den Leiterpfaden vorfixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) im wesentlichen vollständig in dem Kunststoffmaterial eingebettet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formteil (6) als Steckeraufnahmegehäuse ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bildung des wenigstens die benachbarten Bereiche der Anschlusselemente (5), der Leiterplatte (1) und der Leiterpfade einbettenden Formteils (6) an diesem ein weiteres Formteil (7) 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.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Formteil (7) als Steckeraufnahmegehäuse ausgebildet ist.