WO2014180624A1 - Verfahren zum herstellen einer elektronischen baueinheit und spritzgiessmaschine - Google Patents

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WO2014180624A1
WO2014180624A1 PCT/EP2014/057278 EP2014057278W WO2014180624A1 WO 2014180624 A1 WO2014180624 A1 WO 2014180624A1 EP 2014057278 W EP2014057278 W EP 2014057278W WO 2014180624 A1 WO2014180624 A1 WO 2014180624A1
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injection
injection molding
thermosetting plastic
support unit
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PCT/EP2014/057278
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Stephan Geise
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
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    • B29C45/1671—Making multilayered or multicoloured articles with an insert
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    • B29C45/1676—Making multilayered or multicoloured articles using a soft material and a rigid material, e.g. making articles with a sealing part
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    • B29C45/14639—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles for obtaining an insulating effect, e.g. for electrical components
    • B29C45/14655—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles for obtaining an insulating effect, e.g. for electrical components connected to or mounted on a carrier, e.g. lead frame
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14836—Preventing damage of inserts during injection, e.g. collapse of hollow inserts, breakage

Definitions

  • Punching grid is first partially encapsulated with a thermoplastic in order to form at least one plastic holder on the stamped grid, via which the sensor to be produced is mechanically connectable to the environment or which serves to hold the sensor element to the stamped grid.
  • the sensor element is further encapsulated with an epoxy resin, whereby a protective enclosure is formed.
  • the published patent application DE 10 2008 003 790 A1 discloses a method for producing an electronic component which has a printed circuit board.
  • the circuit board is molded with a thermoplastic.
  • the circuit board encapsulated together with the thermoplasts formed body with a thermoset, wherein the thermoplastic molding of the thermoset serves.
  • the published patent application DE 10 2010 063 614 A1 discloses a method for producing a sensor module with a sensor system according to which the
  • Pre-injection molding and the Vorumspritztling is encapsulated with a second encapsulation material to protect the sensors against contact with aggressive media.
  • Electronic assemblies are typically manufactured using a transfer molding process. After that, in a first injection molding process, for example, a stamped grid or a printed circuit board is partially encapsulated with a thermoplastic. The units produced in this case are usually packed in blisters and thus transported to a place where the units are partially encapsulated with a thermoset in a second injection molding process.
  • a first injection molding process for example, a stamped grid or a printed circuit board is partially encapsulated with a thermoplastic.
  • the units produced in this case are usually packed in blisters and thus transported to a place where the units are partially encapsulated with a thermoset in a second injection molding process.
  • the invention relates to a method for producing an electronic assembly, in particular a sensor assembly, wherein
  • the electronic assembly has at least one support unit which can be equipped or fitted with at least one electronic component, in particular a sensor, and which is at least partially made of metal, via which the electronic component can be electrically conductively connected to the environment,
  • the support unit for forming at least one arranged on the support unit functional body is partially encapsulated using an injection molding with a thermoplastic plastic, and
  • thermosetting plastic Use of an injection molding process is at least partially encapsulated with a thermosetting plastic
  • the encapsulation of the support unit with the thermoplastic material and the encapsulation of the assembly with the thermosetting plastic are carried out using a single injection mold.
  • the encapsulation of the support unit with the thermoplastic material and the encapsulation of the assembly with the thermosetting plastic are performed using a single injection mold.
  • the time between the encapsulation of the support unit with the thermoplastic material and the encapsulation of the assembly with the thermosetting plastic time can be minimized, whereby the production time for an electronic assembly produced by the method according to the invention is reduced, which also the associated production costs lowers.
  • manufacturing errors can be largely eliminated, which can result from transport of assemblies and their arrangement on injection molding tools.
  • the method according to the invention can be carried out, for example, by means of a well-controllable 2-component injection molding machine.
  • the two plastics are preferably crosslinked with one another in such a way that the electronic assembly produced withstands temperatures of up to 250 ° C.
  • thermosetting plastic Since the assemblies do not have to be transported, for example, packed in blisters, to a place where they are partially encapsulated with a thermosetting plastic, it is particularly avoided that the thermoplastic or the functional body formed therefrom of the assembly over a longer period of ambient air is exposed. This is advantageous because the thermoplastic would absorb moisture contained in this moisture by contact with ambient air and thereby swell. By such swelling of the functional body would change its shape, which is disadvantageous to the subsequent encapsulation with the
  • thermosetting plastic and unwanted large manufacturing tolerances brings with it.
  • An electronic component can be, for example, a position sensor or a speed sensor of a transmission sensor system in the sense of the invention.
  • the support unit may be formed, for example, as a stamped grid or as a printed circuit board. Two or more electronic components can also be arranged on the carrying unit. In order to connect the electronic component electrically conductively with an environment, the support unit is at least partially formed of a metal.
  • a functional body is formed on the support unit, which may be given for example as a holder for holding at least one electronic component or as a molded part for specifying a particular shape of a body, by the encapsulation of the assembly with the
  • thermosetting plastic arises.
  • two or more functional bodies can also be formed on the support unit. These may differ in their respective function or have the same function.
  • a support unit in the form of a stamped grid is used, in the context of the invention, a support unit can be used which can be equipped with an electronic component, on which the electronic component is arranged, in particular after encapsulation of the support unit with the thermoplastic material.
  • a carrying unit equipped with an electronic component is mentioned, the carrying unit can be designed, for example, as a printed circuit board on which the electronic component is already arranged before encapsulation of the carrying unit with the thermoplastic material.
  • thermosetting plastic is at least partially formed of an epoxy resin.
  • Epoxy resin is well suited for encapsulating the assembly because of its fluidity under low pressure in order to achieve the most possible positive and exact training of a formed on the assembly body, whereby a very good protection of the electronic component against contact with aggressive media and high ambient temperatures achievable is.
  • an epoxy resin is used, which is storage stable up to 20 ° C.
  • thermosetting plastic is prefabricated for example in tablet form.
  • Such plastic tablets usually have to be cool after their preparation stored and transported, since otherwise the resin contained in the tablets would react with the hardener also contained in the tablets and crosslink, whereby the given in tablet form raw material can be unusable for their further processing.
  • high logistics and material prices are associated. This can be avoided when using an up to 20 ° C storage-stable epoxy resin.
  • a free-flowing granulate in particular a free-flowing cylindrical granules, is used as the raw material for the thermosetting plastic.
  • the delivery of above-described conventional plastic tablets to the injection mold requires a device for handling the plastic tablets and a special tablet supply.
  • a free-flowing granules no elaborately constructed handling and feeding device is required, which reduces the expenditure on equipment.
  • thermosetting plastic tablets are conventionally introduced, for example, into piston chambers of injection units.
  • the plastic tablets can be pressed into the cavities of the injection molding tool, for example via transfer pistons of the injection units, in order to overmold the assembly with the thermosetting plastic.
  • the movements of the plurality of transfer pistons usually used in this case can usually only be synchronized to a small extent, so that a not inconsiderable amount of waste is produced, for example, by cavities only partially filled with the thermosetting plastic. Conventionally, therefore, there is a certain degree of process uncertainty. If, instead, free-flowing granules of thermosetting plastic are used, the scrap produced in the production of electronic components can be significantly reduced.
  • the free-flowing granules can for example be introduced into an injection cylinder of an injection unit and then be pressure-controlled injected using a screw in the cavities of the injection mold.
  • the thermosetting plastic is at least partially formed from a BMC material.
  • a BMC (Bulk Molding Compound) material has very good flow properties even at relatively low pressure, for example below 50 bar, in order to allow an exact encapsulation of the assembly without loading the assembly with high pressures
  • the BMC material can be designed without shrinkage and with a high filler content in order to be optimally suitable for carrying out the method according to the invention.
  • thermosetting plastic is carried out at a pressure below 50 bar.
  • the electronic components of a printed circuit board designed as a support unit only acted upon with a usually harmless pressure.
  • any fine bonding wires present on a printed circuit board will not be damaged at a pressure below 50 bar.
  • the injection mold is heated during the extrusion coating of the support unit with the thermoplastic material.
  • the thermosetting plastic preferably requires the same tool temperature for its crosslinking as the thermoplastic material for its solidification
  • the encapsulation of the support unit with the thermoplastic material and the encapsulation of the assembly with the thermosetting plastic with suitable heating of the injection mold can be optimally used in the invention a single injection mold can be combined.
  • the shrinkage values of the thermoplastic material and those of the thermosetting plastic are close to each other.
  • a stamped grid or a printed circuit board is used as the carrying unit.
  • a punched grid is used, for example, in the manufacture of electronic assemblies whose at least one electronic component is a speed sensor.
  • a printed circuit board is used, for example, in the manufacture of electronic components whose at least one electronic component is a position sensor.
  • the invention further relates to an injection molding machine for producing an electronic assembly, in particular a sensor assembly, comprising at least one injection molding tool and at least two injection-technically connectable to the injection molding injection units, characterized in that the injection molding machine for implementing the method according to one of the above embodiments or any combination thereof is set up.
  • the injection molding tool has two cavities, wherein the injection molding machine comprises at least one device for converting an assembly located in one cavity into the other cavity. This may be necessary in particular in the production of electronic components whose electronic component is designed as a speed sensor.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an injection molding machine according to the invention
  • FIG. 2a shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an injection mold of an injection molding machine according to the invention after encapsulation of the carrying unit with a thermoplastic
  • FIG. 2b shows a schematic representation of the injection mold shown in FIG. 2a after encapsulation of the assembly with a thermosetting plastic
  • FIG. 3a shows a schematic representation of a further embodiment of an injection mold of an injection molding machine according to the invention after encapsulating the support unit with a thermoplastic
  • FIG. 3b shows a schematic representation of the injection molding tool shown in FIG. 3a after encapsulation of the assembly with a thermoset molding
  • FIG 1 shows a schematic representation of an embodiment of an inventive injection molding machine 1 for producing an electronic assembly 2 shown in Figures 2b and 3b, which is designed as a sensor assembly.
  • the injection molding machine 1 comprises an injection molding tool 5 formed from two tool parts 3 and 4, wherein the two tool parts 3 and 4 are movable relative to one another according to the arrow 6 in order to be able to open and close the injection molding tool 5.
  • the injection mold 5 is shown in its open position.
  • a respective cavity 7 and 8 is arranged.
  • the injection molding machine 1 also has two injection units 9 and 10, which can be connected to the injection molding tool 5, with the injection unit 9 containing a thermoplastic and the injection unit 10 a free-flowing granulate of a thermosetting plastic.
  • both injection units 9 and 10 are structurally connected to the same tool part 3 or its cavity 7. Not shown core pulls can be arranged on the injection molding tool 5 in order to be able to realize various designs of electronic components 2.
  • the injection molding machine 1 is set up for carrying out the method according to the invention.
  • an exemplary method sequence will be described with reference to FIGS. 2a and 2b.
  • a support unit 1 1 is inserted in the form of a printed circuit board in the cavity 8 of the tool part 4 of the Spitzg screentechnikmaschines 5 and then transferred the injection mold 5 in its closed position shown in a first step.
  • the injection mold 5 is heated by heating to about 160 ° C to 180 ° C.
  • a thermoplastic material in the form of polyethersulfone with the injection unit 9 is formed by an injection channel 12 injected. In this case, located on the tool part 4 Kernzug 13 is shown in its engaged position.
  • a core pull 14 arranged on the tool part 3 is also in its engaged position, in which the core pull 14 closes an injection channel 15 arranged on the tool part 3.
  • thermoplastic material is formed on the support unit 1 1 of the functional body 16 in the form of a frame.
  • an assembly 17 formed from the support unit 11 and the functional body 16 is produced.
  • the core pulls 13 and 14 are transferred to their disengaged positions shown in FIG. 2b, whereby the injection channel 15 is released.
  • the functional body 16 closes the injection channel 12.
  • the assembly 17 can be encapsulated via the injection channel 15 by means of the injection unit 10 with a thermosetting plastic, as shown in Figure 2b, whereby a Umhül- treatment 18 on the module 17 and thus the electronic Building unit 2 is formed.
  • the injection mold 5 is opened and the electronic assembly 2 produced, for example, by means of an automated handling device, not shown, removed from the injection mold 5 and placed in a blister, not shown. Since the shrinkage values of the two plastics depending on the filler content is about 0.5%, the electronic assembly 2 cools stress-free and there are no interfacial gaps between a functional body 16 and the enclosure 18, which could attack, for example, aggressive media.
  • a further exemplary method sequence will be described with reference to FIGS. 3a and 3b.
  • a support unit 11 in the form of a punched grid 19 is inserted into a first cavity of the injection molding tool 5, which is supported by cavities 7 and 8 on the tool parts 3 and 7, respectively. 4 is formed.
  • the injection mold 5 is heated by heating to about 160 ° C to 180 ° C.
  • a thermoplastic material in the form of polyethersulfone is injected with the injection unit 9 through an injection channel 12.
  • the assembly 17 can be encapsulated via the injection channel 15 by means of the injection unit 10 with a thermosetting plastic, as shown in Figure 3b, whereby a sheath 18 on the assembly 17 and thus the electronic assembly 2 is formed.
  • the injection mold 5 is opened and the electronic assembly 2 produced, for example, removed by means of an automated handling device, not shown, the injection mold 5 and stored in a blister, not shown. Since the shrinkage values of the two plastics depending on the filler content is about 0.5%, the electronic assembly 2 cools stress-free and there are no interfacial gaps between a functional body 16 and the enclosure 18, which could attack, for example, aggressive media.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit (2), insbesondere einer Sensorbaueinheit, wobei - die elektronische Baueinheit (2) wenigstens eine mit zumindest einem elektronischen Bauteil, insbesondere einem Sensor, bestückbare oder bestückte und zumindest teilweise aus Metall gebildete Trageinheit (11) aufweist, über die das elektronische Bauteil elektrisch leitend mit der Umgebung verbindbar ist, - die Trageinheit (11) zur Ausbildung zumindest eines an der Trageinheit (11) angeordneten Funktionskörpers (16) unter Verwendung eines Spritzgießverfahrens teilweise mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird, und - die aus der Trageinheit (11) und dem Funktionskörper (16) gebildete Baugruppe (17) unter Verwendung eines Spritzgießverfahrens zumindest teilweise mit einem duroplastischen Kunststoff umspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Umspritzen der Trageinheit (11) mit dem thermoplastischen Kunststoff und das Umspritzen der Baugruppe (17) mit dem duroplastischen Kunststoff unter Verwendung eines einzigen Spritzgießwerkzeugs (5) durchgeführt werden.

Description

Beschreibung Titel
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER ELEKTRONISCHEN BAUEINHEIT UND SPRITZGIESSMASCHINE
Stand der Technik
Es ist bekannt, eine elektronische Baueinheit mit einem elektronischen Bauteil derart herzustellen, dass das elektronische Bauteil zumindest teilweise von einer schützenden Umhüllung umgeben ist, beispielsweise um das elektronische Bauteil vor einem Kontakt mit in seiner Umgebung befindlichen Gasen, Flüssigkeiten und/oder herrschenden Temperaturen zu schützen. Zum Beispiel gilt es, in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs angeordnete elektronische Baueinheit in Form von Sensoren vor einem unmittelbaren Kontakt mit dem aggressiven Ge- triebeöl und den in dem Getriebe herrschenden Temperaturen zu schützen, um einen dauerhaften Betrieb dieser Sensoren sicherstellen zu können.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 000 428 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors bekannt, der ein Stanzgitter und ein an dem Stanzgitter angeordnetes elektronisches Sensorelement aufweist. Das
Stanzgitter wird zunächst teilweise mit einem Thermoplasten umspritzt, um wenigstens einen Halter aus Kunststoff an dem Stanzgitter auszubilden, über den der herzustellende Sensor mechanisch mit der Umgebung verbindbar ist oder der zum Halten des Sensorelementes an dem Stanzgitter dient. Zum Schutz ge- gen das Sensorelement umgebende aggressive Medien und hohe Temperaturen ist das Sensorelement des Weiteren mit einem Epoxidharz umspritzt, wodurch eine schützende Umhüllung ausgebildet wird.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2008 003 790 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauteils, das eine Leiterplatte aufweist. Die Leiterplatte ist mit einem Thermoplasten umspritzt. Des Weiteren ist die Leiterplatte zusammen mit dem aus dem Thermoplasten gebildeten Körper mit einem Duroplasten umspritzt, wobei der Thermoplast der Formgebung des Duroplasten dient.
Der Offenlegungsschrift DE 10 2010 063 614 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorbaugruppe mit einer Sensorik zu entnehmen, nach dem die
Sensorik mit einem ersten Umspritzmaterial zur Ausbildung eines
Vorumspritzlings und der Vorumspritztling mit einem zweiten Umspritzmaterial umspritzt ist, um die Sensorik gegen einen Kontakt mit aggressiven Medien zu schützen.
Elektronische Baueinheiten werden in der Regel unter Verwendung eines Transfermolding-Verfahrens hergestellt. Hiernach wird in einem ersten Spritzgießpro- zess beispielsweise ein Stanzgitter oder eine Leiterplatte teilweise mit einem Thermoplasten umspritzt. Die hierbei hergestellten Einheiten werden üblicher- weise in Blistern verpackt und so an einen Ort transportiert, an dem in einem zweiten Spritzgießprozess die Einheiten teilweise mit einem Duroplasten umspritzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit, insbesondere einer Sensorbaueinheit, wobei
- die elektronische Baueinheit wenigstens eine mit zumindest einem elektronischen Bauteil, insbesondere einem Sensor, bestückbare oder bestückte und zu- mindest teilweise aus Metall gebildete Trageinheit aufweist, über die das elektronische Bauteil elektrisch leitend mit der Umgebung verbindbar ist,
- die Trageinheit zur Ausbildung zumindest eines an der Trageinheit angeordneten Funktionskörpers unter Verwendung eines Spritzgießverfahrens teilweise mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird, und
- die aus der Trageinheit und dem Funktionskörper gebildete Baugruppe unter
Verwendung eines Spritzgießverfahrens zumindest teilweise mit einem duroplastischen Kunststoff umspritzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Umspritzen der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff und das Umspritzen der Baugruppe mit dem duroplastischen Kunststoff unter Verwendung eines einzigen Spritzgießwerkzeugs durchgeführt werden. Erfindungsgemäß werden das Umspritzen der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff und das Umspritzen der Baugruppe mit dem duroplastischen Kunststoff unter Verwendung eines einzigen Spritzgießwerkzeugs durchgeführt. Hierdurch kann der Transport von Baugruppen von ihrem Herstellungsort zu einem Ort, an dem die Baugruppen teilweise mit einem duroplastischen Kunststoff umspritzt werden, entfallen, was die Herstellung von elektronischen Baueinheiten vereinfacht und mit einer Reduzierung von Herstellungskosten verbunden ist. Zudem ist durch das erfindungsgemäße Verfahren die zwischen dem Umspritzen der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff und dem Umspritzen der Baugruppe mit dem duroplastischen Kunststoff liegende Zeitspanne minimierbar, wodurch die Herstellungszeit für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte elektronische Baueinheit reduziert wird, was die damit verbundenen Herstellungskosten ebenfalls senkt. Des Weiteren können durch das erfindungsgemäße Verfahren Fehler bei der Herstellung weitestgehend eliminiert werden, welche durch einen Transport von Baugruppen und deren Anordnung an Spritzgießwerkzeugen entstehen können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mittels einer gut regelbaren 2-Komponenten-Spritzgießmaschine durchgeführt werden. Vorzugsweise werden die beiden Kunststoffe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren derart miteinander vernetzt, dass die hergestellte elektronische Baueinheit Temperaturen von bis zu 250° C standhält.
Da die Baugruppen nicht, beispielsweise in Blistern verpackt, zu einem Ort transportiert werden müssen, an dem sie teilweise mit einem duroplastischen Kunststoff umspritzt werden, wird insbesondere vermieden, dass der thermoplastische Kunststoff bzw. der daraus gebildete Funktionskörper der Baugruppe über einen längeren Zeitraum der Umgebungsluft ausgesetzt ist. Dies ist vorteilhaft, da der thermoplastische Kunststoff durch einen Kontakt mit Umgebungsluft in dieser enthaltene Feuchtigkeit aufnehmen und hierdurch aufquellen würde. Durch ein solches Aufquellen würde der Funktionskörper seine Formgebung ändern, was sich nachteilig auf die nachfolgende Umspritzung mit dem
duroplastischen Kunststoff auswirken kann und ungewünscht große Fertigungstoleranzen mit sich bringt.
Ein elektronisches Bauteil kann im Sinne der Erfindung beispielsweise ein Positionssensor oder ein Drehzahlsensor einer Getriebesensorik sein. Die Trageinheit kann beispielsweise als Stanzgitter oder als Leiterplatte ausgebildet sein. An der Trageinheit können auch zwei oder mehrere elektronische Bauteile angeordnet sein. Um das elektronische Bauteil elektrisch leitend mit einer Umgebung verbinden zu können, ist die Trageinheit zumindest teilweise aus einem Metall gebildet.
Durch das teilweise Umspritzen der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff wird an der Trageinheit ein Funktionskörper ausgebildet, welcher beispielsweise als Halter zum Halten von wenigstens einem elektronischen Bauteil oder als Formbauteil zur Vorgeben einer bestimmten Formgebung eines Körpers gegeben sein kann, der durch das Umspritzen der Baugruppe mit dem
duroplastischen Kunststoff entsteht. Durch das teilweise Umspritzen der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff können an der Trageinheit auch zwei oder mehrere Funktionskörper ausgebildet werden. Diese können sich in ihrer jeweiligen Funktion voneinander unterscheiden oder dieselbe Funktion aufweisen. Wird eine Trageinheit in Form eines Stanzgitters verwendet, kann im Sinne der Erfindung von einer mit einem elektronischen Bauteil bestückbaren Trageinheit die Rede sein, an der das elektronische Bauteil insbesondere nach dem Umspritzen der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff angeordnet wird. Ist hingegen von einer mit einem elektronischen Bauteil bestückten Trageinheit die Rede, kann die Trageinheit beispielsweise als Leiterplatte ausgebildet sein, an der das elektronische Bauteil bereits vor dem Umspritzen der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff angeordnet ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der duroplastische Kunststoff zumindest teilweise aus einem Epoxidharz gebildet. Epoxidharz ist für das Umspritzen der Baugruppe wegen seiner Fließfähigkeit unter geringem Druck gut geeignet, um eine möglichst formschlüssige und exakte Ausbildung eines an der Baugruppe ausgebildeten Körpers zu erreichen, wodurch ein sehr guter Schutz des elektronischen Bauteils gegen einen Kontakt mit aggressiven Medien und hohen Umgebungstemperaturen erreichbar ist. Vorzugsweise wird ein Epoxidharz verwendet, welcher bis zu 20° C lagerstabil ist.
Herkömmlich wird der duroplastische Kunststoff beispielsweise in Tablettenform vorgefertigt. Solche Kunststofftabletten müssen meist nach ihrer Herstellung kühl gelagert und transportiert werden, da ansonsten das in den Tabletten enthaltene Harz mit dem ebenfalls in den Tabletten enthaltenen Härter reagieren und vernetzen würde, wodurch die in Tablettenform gegebene Rohmasse für ihre weitere Verarbeitung unbrauchbar werden kann. Mit einer entsprechenden Kühlung des duroplastischen Kunststoffs sind hohe Logistik- und Materialpreise verbunden. Dies kann bei Verwendung eines bis zu 20° C lagerstabilen Epoxidharzes vermieden werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird als Rohmaterial für den duroplastischen Kunststoff ein rieselfähiges Granulat, insbesondere ein rieselfähiges Zylindergranulat, verwendet. Die Zuführung von oben beschriebenen herkömmlichen Kunststofftabletten zu dem Spritzgießwerkzeug macht eine Einrichtung zur Handhabung der Kunststofftabletten und eine spezielle Tablettenzuführung erforderlich. Bei Verwendung eines rieselfähigen Granulats ist hingegen keine aufwändig konstruierte Handhabungs- und Zuführeinrichtung erforderlich, was den apparativen Aufwand reduziert.
Zur Herstellung von elektronischen Baueinheiten werden Baugruppen in Kavitä- ten eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt. Parallel werden herkömmlich die oben genannten Kunststofftabletten beispielsweise in Kolbenkammern von Spritzeinheiten eingebracht. Die Kunststofftabletten können beispielsweise über Transferkolben der Spritzeinheiten in die Kavitäten des Spritzgießwerkzeugs eingepresst werden, um die Baugruppe mit dem duroplastischen Kunststoff zu umspritzen. Die Bewegungen der dabei in der Regel eingesetzten Vielzahl von Transferkolben sind meist nur in geringem Umfang synchronisierbar, so dass ein nicht unerhebliches Ausmaß an Ausschuss beispielsweise durch nur teilweise mit dem duroplastischen Kunststoff gefüllte Kavitäten entsteht. Herkömmlich ist daher ein gewisses Maß an Prozessunsicherheit gegeben. Wird stattdessen ein rieselfähiges Granulat aus duroplastischem Kunststoff eingesetzt, kann der bei der Herstellung von elektronischen Baueinheiten anfallende Ausschuss deutlich reduziert werden. Das rieselfähige Granulat kann beispielsweise in einen Spritzgießzylinder einer Spritzeinheit eingebracht und anschließend druckgeregelt unter Verwendung einer Schnecke in die Kavitäten des Spritzgießwerkzeugs eingespritzt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der duroplastische Kunststoff zumindest teilweise aus einem BMC-Material gebildet wird. Ein BMC(„Bulk Molding Compound")-Material hat auch bei relativ geringem Druck, beispielsweise unter 50 bar, sehr gute Fließeigenschaften, um eine exakte Umspritzung der Baugruppe zu ermöglichen, ohne die Baugruppe mit hohen Drücken zu belasten. Das BMC-Material kann ohne Schwindung und mit einem hohen Füllstoffgehalt ausgelegt werden, um für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens optimal geeignet zu sein.
Es wird weiter als vorteilhaft erachtet, wenn das Umspritzen der Baugruppe mit dem duroplastischen Kunststoff bei einem Druck unter 50 bar durchgeführt wird. Hierdurch werden beispielsweise die elektronischen Bauteile einer als Leiterplatte ausgebildeten Trageinheit nur mit einem in der Regel unschädlichen Druck beaufschlagt. Zudem werden eventuell an einer Leiterplatte vorhandene feine Bonddrähte bei einem Druck unter 50 bar nicht beschädigt.
Vorteilhafterweise wird das Spritzgießwerkzeug während des Umspritzens der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff beheizt. Da der duroplastische Kunststoff vorzugsweise die gleiche Werkzeugtemperatur zu seiner Vernetzung wie der thermoplastische Kunststoff zu seiner Verfestigung benötigt, können die Umspritzung der Trageinheit mit dem thermoplastischen Kunststoff und die Umspritzung der Baugruppe mit dem duroplastischen Kunststoff bei geeigneter Beheizung des Spritzgießwerkzeugs optimal im Rahmen der Erfindung unter Verwendung eines einzigen Spritzgießwerkzeugs miteinander kombiniert werden. Bevorzugt liegen die Schwindungswerte des thermoplastischen Kunststoffs und diejenigen des duroplastischen Kunststoffs eng beieinander.
Ferner wird vorgeschlagen, dass als Trageinheit ein Stanzgitter oder eine Leiterplatte verwendet wird. Ein Stanzgitter findet beispielsweise bei der Herstellung von elektronischen Baueinheiten Anwendung, deren wenigstens ein elektronisches Bauteil ein Drehzahlsensor ist. Eine Leiterplatte findet beispielsweise bei der Herstellung von elektronischen Baueinheiten Anwendung, deren wenigstens ein elektronisches Bauteil ein Positionssensor ist. Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren eine Spritzgießmaschine zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit, insbesondere einer Sensorbaueinheit, aufweisend wenigstens ein Spritzgießwerkzeug und zumindest zwei wirktechnisch mit dem Spritzgießwerkzeug verbindbare Spritzeinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben eingerichtet ist.
Mit einer solchen Vorrichtung sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile verbunden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Spritzgießwerkzeug zwei Ka- vitäten auf, wobei die Spritzgießmaschine wenigstens eine Einrichtung zum Umsetzen einer in der einen Kavität befindlichen Baugruppe in die andere Kavität umfasst. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von elektronischen Baueinheiten erforderlich sein, deren elektronisches Bauteil als Drehzahlsensor ausge- bildet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine,
Figur 2a: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Spritzgießwerkzeug einer erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine nach dem Umspritzen der Trageinheit mit einem thermoplastischen Kunststoff, Figur 2b: eine schematische Darstellung des in Figur 2a gezeigten Spritzgießwerkzeugs nach dem Umspritzen der Baugruppe mit einem duroplastischen Kunststoff,
Figur 3a: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Spritzgießwerkzeug einer erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine nach dem Umspritzen der Trageinheit mit einem thermoplastischen Kunststoff, und
Figur 3b: eine schematische Darstellung des in Figur 3a gezeigten Spritz- gießwerkzeugs nach dem Umspritzen der Baugruppe mit einem duroplastischen
Kunststoff.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine 1 zum Herstellen einer in den Figuren 2b und 3b gezeigten elektronischen Baueinheit 2, welche als Sensorbaueinheit ausgebildet ist. Die Spritzgießmaschine 1 umfasst ein aus zwei Werkzeugteilen 3 und 4 gebildetes Spritzgießwerkzeug 5, wobei die beiden Werkzeugteile 3 und 4 entsprechend dem Pfeil 6 relativ zueinander bewegbar sind, um das Spritzgießwerkzeug 5 öffnen und schließen zu können. In Figur 1 ist das Spritzgießwerkzeug 5 in seiner geöffneten Stellung gezeigt. An beiden Werkzeugteilen 3 und 4 ist jeweils eine Kavität 7 bzw. 8 angeordnet. Die Spritzgießmaschine 1 weist des Weiteren zwei wirktechnisch mit dem Spritzgießwerkzeug 5 verbindbare Spritzeinheiten 9 und 10 auf, wobei die Spritzeinheit 9 einen thermoplastischen Kunststoff und die Spritzeinheit 10 ein rieselfähiges Granulat eines duroplastischen Kunststoffs enthält. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Spritzeinheiten 9 und 10 wirktechnisch mit demselben Werkzeugteil 3 bzw. dessen Kavität 7 verbunden. An dem Spritzgießwerkzeug 5 können nicht gezeigte Kernzüge angeordnet sein, um verschiedenste Ausgestaltungen von elektronischen Baueinheiten 2 realisieren zu können.
Die Spritzgießmaschine 1 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Im Folgenden wird ein beispielhafter Verfahrensablauf anhand der Figuren 2a und 2b beschrieben. Für die Herstellung einer elektronischen Baueinheit 2 in Form eines Positionssensors wird in einem ersten Schritt eine Trageinheit 1 1 in Form einer Leiterplatte in die Kavität 8 des Werkzeugteils 4 des Spitzgießwerkzeugs 5 eingelegt und anschließend das Spritzgießwerkzeug 5 in seine gezeigte geschlossene Stellung überführt. Das Spritzgießwerkzeug 5 wird durch Beheizung auf etwa 160° C bis 180° C erwärmt. Im Spritzgießwerkzeug 5 wird durch einen Einspritzkanal 12 ein thermoplastischer Kunststoff in Form von Polyethersulfon mit der Spritzeinheit 9 eingespritzt. Dabei befindet sich ein an dem Werkzeugteil 4 angeordneter Kernzug 13 in seiner gezeigten eingerückten Stellung. Ein an dem Werkzeugteil 3 angeordneter Kernzug 14 befindet sich ebenfalls in seiner eingerückten Stellung, in der der Kernzug 14 einen an dem Werkzeugteil 3 angeordneten Ein- spritzkanal 15 verschließt. Durch das Umspritzen der Trageinheit 1 1 mittels des durch den Einspritzkanal 12 eingespritzten thermoplastischen Kunststoffs wird an der Trageinheit 1 1 der Funktionskörper 16 in Form eines Rahmens ausgebildet. Es wird also eine aus der Trageinheit 1 1 und dem Funktionskörper 16 gebildete Baugruppe 17 hergestellt. Nach einer Abkühlzeit vorgebbarer Länge werden die Kernzüge 13 und 14 in ihre in Figur 2b gezeigten ausgerückten Stellungen überführt, wodurch der Einspritzkanal 15 freigegeben wird. Der Funktionskörper 16 verschließt den Einspritzkanal 12. Anschließend kann die Baugruppe 17 über den Einspritzkanal 15 mittels der Spritzeinheit 10 mit einem duroplastischen Kunststoff umspritzt werden, wie es in Figur 2b gezeigt ist, wodurch eine Umhül- lung 18 an der Baugruppe 17 und somit die elektronische Baueinheit 2 ausgebildet wird. Nach einer Beheizungszeit vorgebbarer Länge wird das Spritzgießwerkzeug 5 geöffnet und die hergestellte elektronische Baueinheit 2 beispielsweise mittels einer nicht gezeigten automatisierten Handhabungseinrichtung dem Spritzgießwerkzeug 5 entnommen und in einem nicht dargestellten Blister abge- legt. Da die Schwindungswerte der beiden Kunststoffe je nach Füllstoffgehalt bei etwa 0,5 % liegen, kühlt die elektronische Baueinheit 2 spannungsfrei ab und es entstehen keine Grenzflächenspalte zwischen einem Funktionskörper 16 und der Umhüllung 18, an denen beispielsweise aggressive Medien angreifen könnten. Im Folgenden wird ein weiterer beispielhafter Verfahrensablauf anhand der Figuren 3a und 3b beschrieben.
Für die Herstellung einer elektronischen Baueinheit 2 in Form eines Drehzahlsensors wird in einem ersten Schritt eine Trageinheit 1 1 in Form eines Stanzgit- ters 19 in eine erste Kavität des Spitzgießwerkzeugs 5 eingelegt, die durch Kavi- täten 7 und 8 an den Werkzeugteilen 3 bzw. 4 gebildet wird. Das Spritzgießwerkzeug 5 wird durch Beheizung auf etwa 160° C bis 180° C erwärmt. Im Spritzgießwerkzeug 5 wird durch einen Einspritzkanal 12 ein thermoplastischer Kunststoff in Form von Polyethersulfon mit der Spritzeinheit 9 eingespritzt. Durch das Umspritzen der Trageinheit 1 1 mittels des durch den Einspritzkanal 12 eingespritzten thermoplastischen Kunststoffs werden an der Trageinheit 1 1 die Funkti- onskörper 16 in Form von Haltern ausgebildet, wobei der in Figur 3a untere Funktionskörper 16 zum mechanischen Verbinden der in Figur 3b gezeigten elektronischen Baueinheit 2 mit der Umgebung dient, während der in Figur 3a oben gezeigte Funktionskörper 16 als Halter für ein nicht gezeigtes elektronisches Bauteil dient. Es wird also eine aus der Trageinheit 1 1 und den Funktionskörpern 16 gebildete Baugruppe 17 hergestellt. Nach einer Abkühlzeit vorgebbarer Länge wird die Baugruppe 17 mittels einer nicht gezeigten Einrichtung zum Umsetzen der Baugruppe 17 der ersten Kavität des Spritzgießwerkzeugs 5 entnommen und in eine weitere Kavität 20 des Spritzgießwerkzeugs 5 eingelegt, wozu das Spritzgießwerkzeug 5 kurzzeitig geöffnet wird. Anschließend kann die Baugruppe 17 über den Einspritzkanal 15 mittels der Spritzeinheit 10 mit einem duroplastischen Kunststoff umspritzt werden, wie es in Figur 3b gezeigt ist, wodurch eine Umhüllung 18 an der Baugruppe 17 und somit die elektronische Baueinheit 2 ausgebildet wird. Nach einer Beheizungszeit vorgebbarer Länge wird das Spritzgießwerkzeug 5 geöffnet und die hergestellte elektronische Baueinheit 2 beispielsweise mittels einer nicht gezeigten automatisierten Handhabungseinrichtung dem Spritzgießwerkzeug 5 entnommen und in einem nicht dargestellten Blister abgelegt. Da die Schwindungswerte der beiden Kunststoffe je nach Füllstoffgehalt bei etwa 0,5 % liegen, kühlt die elektronische Baueinheit 2 spannungsfrei ab und es entstehen keine Grenzflächenspalte zwischen einem Funktionskörper 16 und der Umhüllung 18, an denen beispielsweise aggressive Medien angreifen könnten.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit (2), insbesondere einer Sensorbaueinheit, wobei
die elektronische Baueinheit (2) wenigstens eine mit zumindest einem elektronischen Bauteil, insbesondere einem Sensor, bestückbare oder bestückte und zumindest teilweise aus Metall gebildete Trageinheit (1 1 ) aufweist, über die das elektronische Bauteil elektrisch leitend mit der Umgebung verbindbar ist,
die Trageinheit (1 1 ) zur Ausbildung zumindest eines an der Trageinheit (1 1 ) angeordneten Funktionskörpers (16) unter Verwendung eines Spritzgießverfahrens teilweise mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird, und
die aus der Trageinheit (1 1 ) und dem Funktionskörper (16) gebildete Baugruppe (17) unter Verwendung eines Spritzgießverfahrens zumindest teilweise mit einem duroplastischen Kunststoff umspritzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Umspritzen der Trageinheit (1 1 ) mit dem thermoplastischen Kunststoff und das Umspritzen der Baugruppe (17) mit dem duroplastischen Kunststoff unter Verwendung eines einzigen Spritzgießwerkzeugs (5) durchgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
duroplastische Kunststoff zumindest teilweise aus einem Epoxidharz gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohmaterial für den duroplastischen Kunststoff ein rieselfähiges Granulat verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der duroplastische Kunststoff zumindest teilweise aus einem BMC-Material gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umspritzen der Baugruppe (1 1 ) mit dem duroplastischen Kunststoff bei einem Druck unter 50 bar durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießwerkzeug (5) während des Umspritzens der Trageinrichtung (1 1 ) mit dem thermoplastischen Kunststoff beheizt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trageinheit (1 1 ) ein Stanzgitter oder eine Leiterplatte verwendet wird.
8. Spritzgießmaschine (1 ) zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit (2), insbesondere einer Sensorbaueinheit, aufweisend wenigstens ein Spritzgießwerkzeug (5) und zumindest zwei wirktechnisch mit dem Spritzgießwerkzeug (5) verbindbare Spritzeinheiten (9, 10), dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgießmaschine (1 ) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
9. Spritzgießmaschine (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießwerkzeug (5) zwei Kavitäten (7, 8, 20) aufweist, wobei die Spritzgießmaschine (1 ) wenigstens eine Einrichtung zum Umsetzen einer in der einen Kavität (7, 8) befindlichen Baugruppe (17) in die andere Kavität (20) umfasst.
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