WO2024002844A1 - Transfermoldverfahren zum umspritzen eines elektronischen bauteils, moldeinrichtung zum ausführen des transfermoldverfahrens - Google Patents

Transfermoldverfahren zum umspritzen eines elektronischen bauteils, moldeinrichtung zum ausführen des transfermoldverfahrens Download PDF

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WO2024002844A1 PCT/EP2023/066917 EP2023066917W WO2024002844A1 WO 2024002844 A1 WO2024002844 A1 WO 2024002844A1 EP 2023066917 W EP2023066917 W EP 2023066917W WO 2024002844 A1 WO2024002844 A1 WO 2024002844A1
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pellets
transfer molding
molding device
electronic component
filler
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Ismet KINTS
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Vitesco Technologies Germany Gmbh
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    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/565—Moulds

Definitions

  • Transfer molding process for overmolding an electronic component molding device for carrying out the transfer molding process
  • the invention relates to a transfer molding process for overmolding an electronic component, wherein for overmolding the electronic component plastic pellets are used, which are preheated by means of a high-frequency preheating device before being arranged in the transfer molding device.
  • the invention also relates to a molding device for carrying out the transfer molding process.
  • An object of the invention is to provide a transfer molding method and a molding device for practicing the transfer molding method in which the manufacturing cost is reduced.
  • a transfer molding process for overmolding an electronic component comprising the steps:
  • a transfer molding process for overmolding an electronic component.
  • the electronic component is preferably, but not limited to, a transmission control unit for a motor vehicle.
  • the electrical and/or electronic components can be protected from corrosive media, such as oil.
  • the electronic component is preferably an inverter for a traction drive, a control device for a motor vehicle and/or a control device for a battery, in particular a Battery management system, is.
  • the electronic component preferably has a circuit board with electronic components arranged thereon.
  • a tube is provided that has at least one opening.
  • the at least one opening is preferably formed on a distal end face and/or an end side of the tube.
  • the tube has an opening at the respective distal end.
  • the tube can, but is not limited to, be designed as a hollow cylinder. In other words, the pipe can also be referred to as a container.
  • pellets made of a plastic material are filled into the pipe via the at least one opening.
  • the at least one opening is usually closed, preferably via a cover element, so that the pellets are enclosed in the tube.
  • the pellets arranged in the pipe are preheated using a high-frequency preheater.
  • the pellets arranged in the tube are heated via the high-frequency preheater within the tube to a temperature so that the pellets change from a solid state to a viscoelastic state.
  • This is preferably done at a temperature of the pellets of greater than 50°C and less than 100°C, in particular at greater than 60°C and less than 90°C, including the limits.
  • the pellets have a soft consistency or the pellets are deformable.
  • the pellets After the pellets have been preheated, they are removed from the pipe in a fourth step. This is preferably done via the at least one opening. If one opening is closed with a lid, this must be removed beforehand in order to remove the pellets from the opening. It is conceivable that with two openings spaced apart from one another, the preheated pellets are pushed out via at least one opening.
  • the preheated pellets are inserted into a transfer molding device having an electronic component.
  • the preheated pellets are fed to the transfer molding device.
  • a stamp arranged in the transfer molding device is displaced so that the plastic material of the pellets surrounds the electronic component at least in sections and/or partially.
  • the stamp By moving the stamp, the plastic material of the pellets is pressed into a cavity containing the electronic component, so that the plastic material at least partially envelops the electronic component.
  • a transfer molding process for overmolding an electronic component in which the manufacturing costs can be reduced, since the required amount of plastic for overmolding can be precisely adjusted due to the pellets and the residence time of the pellets in the transfer molding device is reduced by preheating the pellets in the high frequency -Preheater can be reduced.
  • the wear of the transfer molding device can also be reduced, which can have an advantageous effect on the longevity of the transfer molding device. With the increased longevity, manufacturing costs can also be reduced. It is conceivable that the tube is fixed within the high-frequency preheating device during the preheating period of the pellets or is loosely inserted into the high-frequency preheating device.
  • the tube is rotatably mounted in the high-frequency preheating device and is rotated and/or rotated about the longitudinal axis of the tube at least temporarily during the preheating period of the pellets. In this way, the pellets can be preheated evenly.
  • a temperature is measured within the high-frequency preheating device during the preheating period or preheating phase of the pellets.
  • a surface temperature of the pipe and/or a temperature of the pellets is measured. If a surface temperature of the pipe is measured, a conclusion can preferably be drawn about the temperature of the pellets. It is conceivable that, alternatively or additionally, the temperature of the pellets is measured directly. The degree of preheating of the pellets or the viscoelasticity of the pellets can be determined via the measured temperature.
  • the preheating of the pellets is carried out until the pellets reach a predefined temperature. Consequently, when a predefined limit temperature or a predefined temperature threshold is reached, the preheating phase of the pellets is ended. In this way, the duration of the preheating phase can be precisely monitored to ensure uniform preheating of the pellets for different transfer molding processes.
  • any suitable thermometer can be used to determine the pellet temperature.
  • An advantageous development of the invention is that the temperature of the pellets is measured using an infrared thermometer. It is conceivable that the tube and/or the lid are designed to be transparent at least in sections and through the transparent area in the lid and/or the temperature of the pellets is measured in the pipe using the infrared thermometer.
  • thermoelectric material is continuously measured during the preheating phase of the pellets.
  • the preheating phase can thus be ended promptly when a temperature threshold is reached, which can have an advantageous effect on production time and thus also on production costs.
  • an advantageous development of the invention is that a preheating period of the pellets depends on
  • the pellets are simply preheated in the high-frequency preheating device so that they are softened and preferably have a viscoelastic consistency. This consistency is usually not sufficient for the electronic component to be overmolded using the preheated plastic without voids and/or defects.
  • An advantageous development of the invention therefore provides that the transfer molding device and/or a stamp head of the stamp is heated.
  • the temperature of the transfer molding device and/or the stamp head is above a temperature of the preheated pellets.
  • the transfer molding device and/or the stamp head has a temperature of greater than 120°C, preferably greater than 140°C, and most preferably greater than 160°C on a contact surface containing the pellets, the limits being included.
  • the preheated pellets can thus be further softened or liquefied in order to at least partially encapsulate or flow around the electronic component.
  • a preferred embodiment of the invention is that the transfer molding device and/or the stamp head is heated before and/or during the displacement step of the stamp. Accordingly, it can be provided that before the preheated pellets are arranged in the transfer molding device, they and/or the stamp head are preheated to a minimum temperature. This has the advantage that the transfer molding process can be accelerated. Alternatively and/or in addition, it can be provided that the transfer molding device and/or the stamp head is heated during the displacement of the stamp. This means that the pellets located further outside, i.e. the pellets with the greatest distance from the electronic component, can also be brought to the appropriate temperature for encapsulation of the electronic component.
  • the invention in a second aspect, relates to a molding device for overmolding an electronic component and for carrying out the transfer molding process according to the invention, comprising a high-frequency preheating device and a transfer molding device.
  • the tube is preferably made of a material that has non-polar properties.
  • the material of the pipe has a plastic, in particular a polyethylene (PE).
  • PE polyethylene
  • the tube is made entirely of plastic.
  • a pipe that has a plastic is preferably made of a metal and has a plastic coating.
  • the tube can have a fiber reinforcement, in particular a glass fiber reinforcement and/or a carbon fiber reinforcement.
  • a fiber reinforcement in particular a glass fiber reinforcement and/or a carbon fiber reinforcement.
  • the pellets are made of plastic and/or have a plastic material. It is conceivable that the plastic and/or the plastic material has a filler.
  • the filler preferably has electrically insulating properties. In other words, the filler is not electrically conductive or has negligible electrical conductivity.
  • the filler is preferably, but not limited to, a glass-based filler, in particular a silicate glass.
  • the filler preferably has a grain size between 5 pm and 300 pm, more preferably between 8 pm and 200 pm, and most preferably between 10 pm and 100 pm, including the limits.
  • a filling level of the filler greater than 50% by mass and less than 90% by mass is advantageous, particularly preferably greater than 60% by mass and less than 90% by mass, and most preferably greater than 70% by mass and less than 90% by mass, whereby the boundaries are included.
  • the higher the filling level of the filler in the pellets the more important pre-plasticization is, especially one Sufficient and homogeneous pre-plasticization of the pellets using the high-frequency preheating device so that the plastic material surrounding the filler is softened and the softened pellets can therefore be displaced in the transfer molding device with a reduced stamp pressure.
  • the pre-plasticization can increase the flow path length of the softened pellets, which means larger areas can be overmolded.
  • a cycle time of a transfer molding process can be reduced because the pre-plasticization reduces the flow resistance of the plastic material and therefore only a reduced additional heating of the pellets in the transfer molding device is required.
  • the heat already introduced during the pre-plasticization can also start crosslinking within the plastic material, which can have an advantageous effect on the cycle time.
  • the filler in the plastic material acts like reinforcement.
  • an overmolding can be realized in this way that is particularly stiff and dimensionally stable. This can be advantageous if the electronic component is only overmolded on one side or the plastic material is only applied on one side.
  • the overmolding formed with the filler can have a reduced thickness, which can have an advantageous effect on the weight and dimensions.
  • the pellets and/or the plastic material are particularly advantageously formed from an epoxy-based thermoset material or have an epoxy-based thermoset material.
  • a material has increased thermal stability for the application range up to preferably 200 ° C.
  • increased media tightness can be provided for corrosive media.
  • the material is dimensionally stable in the area of application.
  • the epoxy-based thermoset material of the pellets can provide electrical insulation Covering can be provided, which can also have a high electrical penetrating power.
  • the high-frequency preheating device has at least two roller electrodes arranged at a distance from one another, with at least one roller electrode being designed to be rotatable about its longitudinal axis, and the tube being placed on the roller electrodes. In this way, the tube can be rotated during the preheating phase of the pellets so that the pellets are heated evenly and thus softened.
  • pellets PE made of a plastic material are filled into the tube RO via the at least one opening OE.
  • the plastic material preferably has a filler.
  • the filler is particularly preferably a silicate glass.
  • a filling level of the plastic is preferably greater than 70% by mass and less than 85% by mass.
  • the at least one opening OE is closed, preferably via a cover element, so that the pellets PE are enclosed in the tube RO.
  • the PE pellets have a diameter of 9.8 mm. Preferably, only pellets with a diameter of 9.8 mm are used. However, it can also be envisaged that pellets with a different diameter are used, with the deviation being a maximum of 10% in both directions.
  • the plastic material of the PE pellets is an epoxy-based thermoset material or has an epoxy-based thermoset material.
  • the plastic material has a filler, which in the present exemplary embodiment is a glass-based filler.
  • the filler has a filling level of 70% by mass to 90% by mass.
  • the pellets PE arranged in the tube RO are preheated using a high-frequency preheating device HVG.
  • the plastic material changes from a solid state to a viscoelastic state. In the present case, this takes place at a temperature of the pellets between 70°C and 85°C.
  • the residence time of the pellets PE within the transfer molding device TM can be reduced, so that the manufacturing process of the transfer molding can be accelerated, whereby the manufacturing costs can be reduced.
  • a fifth step 140 the preheated pellets PE are inserted into a transfer molding device TM having an electronic component EB.
  • the transfer molding device TM has at least a first tool half EWH and a second tool half ZWH which can be placed on the first tool half EWH.
  • the two tool halves EWH, ZWH create a cavity KA formed, in which the electronic component EB is arranged.
  • the preheated pellets PE are fed to the transfer molding device TM.
  • a stamp ST arranged in the transfer molding device TM is displaced so that the plastic material of the pellets PE penetrates into the cavity KA and at least partially and/or partially surrounds the electronic component EB.
  • the heating of the transfer molding device TM and/or the stamp head STK takes place before and/or during the displacement step of the stamp ST. This has the advantage that the transfer molding process can be accelerated, which can reduce manufacturing costs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transfermoldverfahren (TMV) zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils (EB), umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Rohres (RO), das wenigstens eine Öffnung (OE) aufweist; - Befüllen des Rohres (RO) über die Öffnung (OE) mit Pellets (PE) aus einem Kunststoffmaterial; - Vorwärmen der in dem Rohr (RO) angeordneten Pellets (PE) über ein Hochfrequenz-Vorwärmgerät (HVG); - Entnahme der vorgewärmten Pellets (PE) aus dem Rohr (RO); - Einsetzen der vorgewärmten Pellets (PE) in eine ein elektronisches Bauteil (EB) aufweisende Transfermoldvorrichtung (TM); - Verlagerung eines in der Transfermoldvorrichtung (TM) angeordneten Stempels (ST), so dass das Kunststoffmaterial der Pellets (PE) das elektronische Bauteil (EB) zumindest abschnittsweise und/oder teilweise umgibt. Zudem betrifft die Erfindung eine Moldeinrichtung (ME) zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils (EB) und zum Ausführen des Transfermoldverfahrens (TMV).

Description

Beschreibung
Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils, Moldeinrichtung zum Ausführen des Transfermoldverfahrens
Die Erfindung betrifft ein Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils, wobei zum Umspritzen des elektronischen Bauteils Kunststoffpellets verwendet werden, die vor der Anordnung in der Transfermoldvorrichtung mittels eines Hochfrequenz-Vorwärmgeräts vorgewärmt werden. Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Moldeinrichtung zum Ausführen des Transfermoldverfahrens.
Bekannt ist, dass elektronische Bauteile zumindest abschnittsweise mittels eines Kunststoffs umspritzt werden. Problematisch bei den bekannten Verfahren ist, dass die zu umspritzende Menge des Kunststoffs je nach zu umspritzenden Bauteil sehr stark variiert. Ist lediglich eine geringe Kunststoffmenge erforderlich, so werden kalte Kunststoffpellets in die Transfermoldvorrichtung gegeben und dort auf die entsprechende Temperatur aufgewärmt, um in einem Anschluss mittels eines verlagerbaren Stempels den aufgeweichten Kunststoff in eine Vergusskammer des Transfermoldvorrichtung zu befördern. Nachteilig hierbei ist die zum Teil ungleichmäßige Erwärmung der Pellets in der Transfermoldvorrichtung und die höhere Verweilzeit der Pellets in der Transfermoldvorrichtung, um diese entsprechend aufzuwärmen bzw. zu erhitzen. Insbesondere die höhere Verweilzeit in der Transfermoldvorrichtung kann zu höheren Herstellungskosten führen. Bei größeren Kunststoffmengen wird der Kunststoff in einem Extruder vorplastifiziert. Aufgrund der abrasiven Additive im Kunststoffmaterial ist der Verschleiß im Extruder erhöht. Zudem ist je nach Verweilzeitüberschreitung eine „Opferpuppe“ zu erstellen, die das vorplastifizierte Kunststoffmaterial aus einer Ausstoßzone entfernt. Mit anderen Worten ist somit der Materialverbrauch und der Materialverschleiß erhöht, was zusätzliche Kosten verursachen kann. Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Transfermoldverfahren und eine Moldeinrichtung zum Ausüben des Transfermoldverfahrens bereitzustellen, bei dem die Herstellungskosten reduziert sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
In einem ersten Aspekt wird erfindungsgemäß eine Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils bereitgestellt, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Rohres, das wenigstens eine Öffnung aufweist;
- Befüllen des Rohres über die Öffnung mit Pellets aus einem Kunststoffmaterial;
- Vorwärmen der in dem Rohr angeordneten Pellets über ein Hochfrequenz-Vorwärmgerät;
- Entnahme der vorgewärmten Pellets aus dem Rohr;
- Einsetzen der vorgewärmten Pellets in eine ein elektronisches Bauteil aufweisende Transfermoldvorrichtung;
- Verlagerung eines in der Transfermoldvorrichtung angeordneten Stempels, so dass das Kunststoffmaterial der Pellets das elektronische Bauteil zumindest abschnittsweise und/oder teilweise umgibt.
Mit anderen Worten ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils bereitgestellt wird. Das elektronische Bauteil ist vorzugsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, ein Getriebesteuergerät für ein Kraftfahrzeug. Durch das Umspritzen des elektronischen Bauteils können die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile vor korrosiven Medien, wie beispielsweise Öl, geschützt werden. Vorstellbar ist ebenfalls, dass das elektronische Bauteil vorzugsweise ein Inverter für einen Traktionsantrieb, eine Steuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug und/oder eine Steuereinrichtung für eine Batterie, insbesondere ein Batteriemanagementsystem, ist. Das elektronische Bauteil weist vorzugsweise eine Leiterplatte mit darauf angeordneten elektronischen Bausteinen auf.
In einem ersten Schritt wird ein Rohr bereitgestellt, das wenigstens eine Öffnung aufweist. Die wenigstens eine Öffnung ist vorzugsweise an einer distalen Stirnseite und/oder einer Endseite des Rohres ausgebildet. In der Regel weist das Rohr jeweils eine Öffnung an dem jeweiligen distalen Ende auf. Das Rohr kann, jedoch nicht darauf beschränkt, hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann das Rohr auch als ein Behälter bezeichnet werden.
In einem zweiten Schritt werden Pellets aus einem Kunststoffmatenal über die wenigstens eine Öffnung in das Rohr befüllt. Für gewöhnlich wird nach der Anordnung der Pellets die wenigstens eine Öffnung, vorzugsweise über ein Deckelelement, verschlossen, so dass die Pellets in dem Rohr eingeschlossen sind. Durch die Verwendung von Pellets, kann die erforderliche Menge des Kunststoffmaterials zum Umspritzen des elektronischen Bauteils in dem Rohr angeordnet werden. Somit kann der Materialbedarf präzise abgestimmt werden, wodurch die Materialkosten reduziert werden können.
In einem dritten Schritt werden die in dem Rohr angeordneten Pellets mittels eines Hochfrequenz-Vorwärmgerät vorgewärmt. Mit anderen Worten werden die in dem Rohr angeordneten Pellets über das Hochfrequenz-Vorwärmgerät innerhalb des Rohres auf eine Temperatur erwärmt, sodass die Pellets von einem festen Zustand in einen viskoelastischen Zustand übergehen. Dies erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur der Pellets von größer 50°C und kleiner 100°C, insbesondere bei größer 60°C und kleiner 90°C, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. In dem viskoelastischen Zustand weisen die Pellets eine weiche Konsistenz auf bzw. sind die Pellets verformbar. Durch das Vorwärmen der Pellets kann die Verweilzeit der Pellets innerhalb der Transfermoldvorrichtung reduziert werden, so dass der Herstellungsvorgangs des Transfermoldverfahrens beschleunigt werden kann. Somit können die Herstellungskosten reduziert werden. Über das Hochfrequenz-Vorwärmgerät können die Pellets in einfacher und preiswerter Weise durch Induktion auf die entsprechende Temperatur vorgewärmt werden, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirken kann.
Nach dem Vorwärmen der Pellets werden diese in einem vierten Schritt aus dem Rohr entnommen. Dies erfolgt vorzugsweise über die wenigstens eine Öffnung. Sofern die eine Öffnung mit einem Deckel verschlossen ist, wird dieser zuvor abgenommen, um die Pellets aus der Öffnung zu entnehmen. Denkbar ist, dass bei zwei zueinander beabstandeten Öffnungen die vorgewärmten Pellets über wenigsten eine Öffnung herausgedrückt werden.
In einem fünften Schritt werden die vorgewärmten Pellets in eine ein elektronisches Bauteil aufweisende Transfermoldvorrichtung eingesetzt. Mit anderen Worten werden die vorgewärmten Pellets der Transfermoldvorrichtung zugeführt.
Im Anschluss wird in einem sechsten Schritt ein in der Transfermoldvorrichtung angeordneter Stempel verlagert, so dass das Kunststoffmaterial der Pellets das elektronische Bauteil zumindest abschnittsweise und/oder teilweise umgibt. Durch die Verlagerung des Stempels wird das Kunststoffmaterial der Pellets in eine das elektronische Bauteil aufweisende Kavität gepresst, so dass das Kunststoffmaterial zumindest abschnittsweise das elektronische Bauteil umhüllt. Durch die Vorplastifizierung der Pellets kann der Verschleiß der Transfermoldvorrichtung reduziert werden, was die Langlebigkeit der Transfermoldvorrichtung erhöhen und die Herstellungskosten reduzieren kann.
Auf diese Weise wird ein Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils bereitgestellt, bei dem die Herstellungskosten reduziert werden können, da aufgrund der Pellets die erforderliche Kunststoffmenge zum Umspritzen präzise eingestellt werden kann und die Verweilzeit der Pellets in der Transfermoldvorrichtung durch das Vorwärmen der Pellets in dem Hochfrequenz-Vorwärmgerät reduziert werden kann. Ebenso kann der Verschleiß der Transfermoldvorrichtung reduziert werden, was sich vorteilhaft auf die Langlebigkeit der Transfermoldvorrichtung auswirken kann. Mit der erhöhten Langlebigkeit können zudem die Herstellungskosten reduziert werden. Denkbar ist, dass das Rohr innerhalb des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts während der Vorwärmdauer der Pellets fixiert ist oder lose in das Hochfrequenz-Vorwärmgerät eingelegt wird. Alternativ dazu kann vorgesehen sind, dass das Rohr in dem Hochfrequenz-Vorwärmgerät rotierbar gelagert ist und zumindest zeitweise während der Vorwärmdauer der Pellets um die Längsachse des Rohres gedreht und/oder rotiert wird. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Vorwärmung der Pellets ermöglicht werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass innerhalb des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts während der Vorwärmdauer bzw. Vorwärmphase der Pellets eine Temperatur gemessen wird. Vorzugsweise wird eine Oberflächentemperatur des Rohres und/oder eine Temperatur der Pellets gemessen. Wird eine Oberflächentemperatur des Rohres gemessen, so kann darüber vorzugweise ein Rückschluss auf die Temperatur der Pellets erfolgen. Denkbar ist, dass alternativ oder zusätzlich direkt die Temperatur der Pellets gemessen wird. Über die gemessene Temperatur kann der Grad der Vorwärmung der Pellets bzw. die Viskoelastizität der Pellets ermittelt werden.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Vorwärmung der Pellets bis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur der Pellets durchgeführt wird. Folglich wird bei Erreichen einer vordefinierten Grenztemperatur bzw. eines vordefinieren Temperaturschwellenwerts die Vorwärmphase der Pellets beendet. Auf diese Weise kann die Dauer der Vorwärm phase präzise überwacht werden, um eine einheitliche Vorwärmung der Pellets für unterschiedliche Transfermoldverfahren sicherzustellen.
Grundsätzlich kann jedes geeignete Thermometer zur Ermittlung der Pellettemperatur verwendet werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Temperatur der Pellets über ein Infrarotthermometer gemessen wird. Vorstellbar ist, dass das Rohr und/oder der Deckel zumindest abschnittsweise transparent ausgebildet sind und durch den transparenten Bereich im Deckel und/oder im Rohr mittels des Infrarotthermometers die Temperatur der Pellets gemessen wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Temperatur der Pellets während der Vorwärm phase der Pellets kontinuierlich gemessen wird. Somit kann die Vorwärmphase bei Erreichen eines Temperaturschwellenwerts zeitnah beendet werden, was sich vorteilhaft auf Herstellungszeit und somit auch auf die Herstellungskosten auswirken kann.
Alternativ und/oder in Ergänzung zur Überwachung der Vorwärm phase der Pellets über die Pellettemperatur liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass eine Vorwärmdauer der Pellets abhängig ist von
- einer Füllmenge der Pellets,
- einem maximalen Durchmesser der Pellets,
- einer thermischen Matenaleigenschaft der Pellets und
- einer Frequenz des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts.
Mit anderen Worten kann durch die verschiedenen Parameter aus zuvor ermittelten Versuchen eine Dauer für die Vorwärmung der Pellets ermittelt werden, so dass diese Parameter in Ergänzung und/oder als Alternative zur Temperaturüberwachung der Pellets genutzt werden können. Die Dauer der Vorwärmung verlängert sich vorzugsweise, wenn die Füllmenge der Pellets erhöht und/oder der Durchmesser der Pellets vergrößert wird. Ebenso können die thermischen Matenaleigenschaften der Pellets, beispielsweise die Viskositätseigenschaften des Kunststoffmatenals der Pellets, sowie die gewählt Frequenz des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts einen Einfluss auf die Dauer der Vorwärmung haben.
Die Pellets werden in dem Hochfrequenz-Vorwärmgerät lediglich vorgewärmt, so dass diese aufgeweicht sind und vorzugsweise eine viskoelastische Konsistenz aufweisen. Diese Konsistenz reicht in der Regel nicht aus, dass die elektronische Komponente mittels des vorgewärmten Kunststoffs lunkerfrei und/oder fehlstellenfrei umspritzt werden kann. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass die Transfermoldvorrichtung und/oder ein Stempelkopf des Stempels erwärmt wird. Die Temperatur der Transfermoldvorrichtung und/oder des Stempelkopfes liegt dabei oberhalb einer Temperatur der vorgewärmten Pellets. Vorzugsweise weist die Transfermoldvorrichtung und/oder der Stempelkopf an einer die Pellets aufweisenden Kontaktfläche eine Temperatur von größer 120°C, vorzugsweise von größer 140°C, und ganz besonders bevorzugt von größer 160°C, auf, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Somit können die vorvorgewärmten Pellets weiter aufgeweicht bzw. verflüssigt werden, um das elektronische Bauteil zumindest abschnittsweise zu umspritzen bzw. zu umströmen.
In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass die Erwärmung der Transfermoldvorrichtung und/oder des Stempelkopfes vor und/oder während des Verlagerungsschritts des Stempels erfolgt. Demnach kann vorgesehen sein, dass vor der Anordnung der vorgewärmten Pellets in der Transfermoldvorrichtung diese und/oder der Stempelkopf auf eine Mindesttemperatur vorgewärmt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Transfermoldvorgang beschleunigt werden kann. Alternativ und/oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass während der Verlagerung des Stempels eine Erwärmung der Transfermoldvorrichtung und/oder des Stempelkopfes erfolgt. Somit können auch die weiter außerhalb liegenden Pellets, also die Pellets mit dem größten Abstand zum elektronischen Bauteil, auf die entsprechende Temperatur zum Umspritzen des elektronischen Bauteils gebracht werden.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Moldeinrichtung zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils und zum Ausführen des erfindungsgemäßen Tranfermoldverfahrens, aufweisend ein Hochfrequenz-Vorwärmgerät und eine T ransfermoldvorrichtung.
Das Rohr ist vorzugsweise aus einem Werkstoff ausgebildet, der unpolare Eigenschaften aufweist. Besonders vorbevorzugt, jedoch nicht darauf beschränkt, weist der Werkstoff des Rohres einen Kunststoff, insbesondere ein Polyethylen (PE) auf. Denkbar ist, dass das Rohr vollständig aus Kunststoff ausgebildet ist. Vorstellbar ist, dass ein Rohr, das einen Kunststoff aufweist, vorzugsweise aus einem Metall ausgebildet istund eine Kunststoffbeschichtung aufweist.
Das Rohr kann eine Faserverstärkung, insbesondere eine Glasfaserverstärkung und/oder eine Carbonfaserverstärkung aufweisen. Durch derartige Rohre kann eine Wärme des von den Elektroden des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts erzeugten induktiven Felds in das Rohrinnere eindringen, um die Pellets vorzuwärmen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Pellets einen maximalen Durchmesser und/oder einen maximalen Querschnitt aufweisen, der größer als 5 mm ist und kleiner als 100 mm ist, insbesondere größer 25 mm und kleiner 70 mm ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Je nach Größe der Pellets kann die Genauigkeit der erforderlichen Kunststoffmenge eingestellt werden. Kleinere Pellets haben zudem den Vorteil, dass diese schnell vorgewärmt werden können. Besonders vorteilhaft haben sich Pellets mit einem maximalen Durchmesser und/oder maximalen Querschnitt zwischen 8 mm und 50 mm erwiesen.
Die Pellets sind aus Kunststoff ausgebildet und/oder weisen ein Kunststoffmatenal auf. Denkbar ist, dass der Kunststoff und/oder das Kunststoffmatenal einen Füllstoff aufweist. Bevorzugt weist der Füllstoff elektrisch isolierende Eigenschaften auf. Mit anderen Worten ist der Füllstoff elektrisch nicht leitfähig oder weist eine vernachlässigbare elektrische Leitfähigkeit auf. Der Füllstoff ist vorzugsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, ein glasbasierter Füllstoff, insbesondere ein Silikatglas. Der Füllstoff hat vorzugsweise eine Korngröße zwischen 5 pm und 300 pm, besonders bevorzugt zwischen 8 pm und 200 pm, und ganz besonders bevorzugt zwischen 10 pm und 100 pm, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Vorteilhaft ist ein Füllgrad des Füllstoffs größer 50 Masse-% und kleiner 90 Masse-%, besonders bevorzugt größer 60 Masse-% und kleiner 90 Masse-%, und ganz besonders bevorzugt größer 70 Masse-% und kleiner 90 Masse-%, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Je höher der Füllgrad des Füllstoffs der Pellets ist, desto wichtiger ist eine Vorplastifzierung, insbesondere eine hinreichende und homogene Vorplastifzierung, der Pellets mittels des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts, damit das den Füllstoff umgebende Kunststoffmatenal erweicht wird und somit die erweichten Pellets mit einem reduzierente Stempeldruck in der Transfermoldvorrichtung verlagert werden können. Durch die Vorplastifizierung der Pellets, insbesondere der den Füllstoff aufweisenden Pellets, kann ein Verschleiß der Transfermoldvorrichtung erheblich reduziert werden, da anderenfalls der hohe Füllstoffgehalt eine Verarbeitung der Pellets einschränkt und die Abrasivität des Füllstoffs die Transfermoldvorrichtung zu stark abnutzt. Überdies kann durch die Vorplastizierung eine Fließweglänge der erweichten Pellets vergrößert werden, wodurch flächenmäßig größere Bereiche umspritzt werden können. Ferner kann eine Zykluszeit eines Transfermoldvorgangs reduziert werden, da durch die Vorplastizierung ein Fließwiderstand des Kunststoffmaterials reduziert ist und somit lediglich eine reduzierte zusätzlich Erwärmung der Pellets in der Transfermoldvorrichtung erforderlich ist. Durch die bereits im Rahmen der Vorplastizierung eingebrachte Wärme kann auch eine Vernetzung innerhalb des Kunststoffmaterials starten, was sich vorteilhaft auf die Zykluszeit auswirken kann.
Der Füllstoff in dem Kunststoffmaterial wirkt wie eine Bewehrung. Mit anderen Worten kann auf diese Weise eine Umspritzung realisiert werden, die besonders steif und formstabil ist. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das elektronische Bauteil nur von einer Seite umspritzt wird bzw. das Kunststoffmaterial nur auf einer Seite aufgetragen ist. Zudem kann die mit dem Füllstoff ausgebildete Umspritzung eine reduzierte Dicke aufweisen, was sich vorteilhaft auf das Gewicht und die Abmessungen auswirken kann.
Besonders vorteilhaft sind die Pellets und/oder ist das Kunststoffmaterial aus einem epoxibasierenden Duroplastmaterial ausgebildet oder weist ein epoxibasierendes Duroplastmaterial auf. Ein derartiges Material weist für den Anwendungsbereich bis vorzugsweise 200°C eine erhöhte thermisch Stabilität auf. Ebenso kann eine erhöhte Mediendichtheit für korrosive Medien bereitgestellt werden. Zudem ist das Material im Anwendungsbereich formstabil. Überdies kann mit dem epoxibasierenden Duroplastmaterial der Pellets eine elektrisch isolierende Umhüllung bereitgestellt werden, die zudem eine hohe elektrische Durchschlagkraft aufweisen kann.
Abschließend liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass das Hochfrequenz-Vorwärmgerät wenigstens zwei zueinander beabstandet angeordnete Rollenelektroden aufweist, wobei zumindest eine Rollenelektrode um deren Längsachse rotierbar ausgebildet ist, und das Rohr auf den Rollenelektroden aufgelegt ist. Auf diese Weise kann das Rohr während der Vorwärm phase der Pellets rotiert werden, so dass die Pellets gleichmäßig erwärmt und somit aufgeweicht werden.
Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des Transfermoldverfahrens auch Merkmale der Moldeinrichtung sein. Dies gilt auch umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel ist nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Es soll den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in dem Ausführungsbeispiel offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Das Ausführungsbeispiel wird anhand von Zeichnungen näher erläutert.
In diesen zeigen:
Fig. 1 ein Transfermoldverfahren und eine Moldeinrichtung, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 1 ist ein Transfermoldverfahren TMV mit einer Moldeinrichtung EM zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils EB gezeigt. Das elektronische Bauteil EB ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Getriebesteuergerät für ein Kraftfahrzeug. Durch das Umspritzen des elektronischen Bauteils EB können die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile EB vor korrosiven Medien, wie beispielsweise Öl, geschützt werden.
In einem ersten Schritt 100 wird ein Rohr RO bereitgestellt, das wenigstens eine Öffnung OE aufweist. Die wenigstens eine Öffnung OE ist an einer distalen Stirnseite und/oder an einem distalen Ende des Rohres RO ausgebildet. In der Regel weist das Rohr RO jeweils eine Öffnung OE an dem jeweiligen distalen Ende des Rohres RO auf.
In einem zweiten Schritt 110 werden Pellets PE aus einem Kunststoffmaterial über die wenigstens eine Öffnung OE in das Rohr RO befüllt. Vorzugsweise weist das Kunststoffmaterial einen Füllstoff auf. Der Füllstoff ist besonders bevorzugt ein Silikatglas. Ein Füllgrad des Kunststoffs ist vorzugsweise größer 70 Masse-% und kleiner 85 Masse-%. Für gewöhnlich wird nach der Anordnung der Pellets PE in dem Rohr RO die wenigstens eine Öffnung OE, vorzugsweise über ein Deckelelement, verschlossen, so dass die Pellets PE in dem Rohr RO eingeschlossen sind. Durch die Verwendung von Pellets PE, kann die genaue erforderliche Menge des Kunststoffmaterials zum Umspritzen des elektronischen Bauteils EB in dem Rohr RO angeordnet werden. Somit kann der Materialbedarf genau abgestimmt werden, wodurch die Materialkosten reduziert werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiels, jedoch nicht darauf beschränkt, weisen die Pellets PE einen Durchmesser von 9,8 mm auf. Vorzugsweise werden ausschließlich Pellets mit einem Durchmesser von 9,8 mm genutzt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Pellets mit einem unterschiedlichen Durchmesser verwenden werden, wobei die Abweichung maximal 10% in beide Richtungen ist. Das Kunststoffmaterial der Pellets PE ist ein epoxibasiertes Duroplastmaterial bzw. weist ein epoxibasierendes Duroplastmaterial auf. Das Kunststoffmaterial weist einen Füllstoff auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein glasbasierter Füllstoff ist. Der Füllstoff hat eine Füllgrad von 70 Masse-% bis 90 Masse-%. In einem dritten Schritt 120 werden die in dem Rohr RO angeordneten Pellets PE mittels eines Hochfrequenz-Vorwärmgerät HVG vorgewärmt. Das Hochfrequenz-Vorwärmgerät HVG weist zwei untere Rollenelektroden RE auf. Zumindest eine Rollenelektroden RE ist um dessen Längsachse drehbar und/oder rotierbar gelagert. Denkbar ist, dass beide unteren Rollenelektroden RE rotierbar bzw. drehbar ausgebildet sind. Auf den unteren Rollenelektroden RE ist das mit den Pellets PE gefüllte Rohr RO angeordnet. Oberhalb des Rohres RO ist eine obere Elektrode EL angeordnet. Mit anderen Worten ist das Rohr RO zwischen der oberen Elektrode EL und den unteren Rollenelektroden RE angeordnet. Zwischen der oberen Elektrode EL und der unteren Rollenelektroden RE wird induktives Feld erzeugt, wodurch Wärme entsteht. Über diese Wärme werden die in dem Rohr angeordneten Pellets PE erwärmt. Durch das Erwärmen der Pellets PE geht das Kunststoffmaterial von einem festen Zustand in einen viskoelastischen Zustand über. Dies erfolgt vorliegend bei einer Temperatur der Pellets zwischen 70°C und 85°C. Durch das Vorwärmen der Pellets kann die Verweilzeit der Pellets PE innerhalb der Transfermoldvorrichtung TM reduziert werden, so dass der Herstellungsvorgangs des Transfermoldens beschleunigt werden kann, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
Nach dem Vorwärmen der Pellets PE werden diese in einem vierten Schritt 130 aus dem Rohr RO entnommen. Dies erfolgt über die wenigstens eine Öffnung OE. Sofern die eine Öffnung OE mit einem Deckelelement verschlossen ist, wird dieser zuvor abgenommen, um die Pellets PE aus der Öffnung OE zu entnehmen. Denkbar ist, dass bei zwei zueinander beabstandeten Öffnungen OE die vorgewärmten Pellets PE über wenigsten eine Öffnung OE herausgedrückt werden.
In einem fünften Schritt 140 werden die vorgewärmten Pellets PE in eine ein elektronisches Bauteil EB aufweisende Transfermoldvorrichtung TM eingesetzt. Die Transfermoldvorrichtung TM weist wenigstens eine erste Werkzeughälfte EWH und eine auf die erste Werkzeughälfte EWH aufsetzbare zweite Werkzeughälfte ZWH auf. Durch die beiden Werkzeughälften EWH, ZWH wird eine Kavität KA ausgebildet, in der das elektronische Bauteil EB angeordnet ist. Mit anderen Worten werden die vorgewärmten Pellets PE der Transfermoldvorrichtung TM zugeführt.
Im Anschluss wird in einem sechsten Schritt 150 ein in der Transfermoldvorrichtung TM angeordneter Stempel ST verlagert, so dass das Kunststoffmaterial der Pellets PE in die Kavität KA eindringt und das elektronische Bauteil EB zumindest abschnittsweise und/oder teilweise umgibt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Transfermoldvorrichtung TM und/oder ein Stempelkopf STK des Stempels ST erwärmt wird. Die Temperatur der Transfermoldvorrichtung TM und/oder des Stempelkopfes SK liegt dabei oberhalb einer Temperatur der vorgewärmten Pellets PE. Vorzugsweise weist die Transfermoldvorrichtung TM und/oder der Stempelkopf SK an einer die Pellets PE aufweisenden Kontaktfläche eine Temperatur zwischen 160°C und 185°C auf, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Somit können die vorvorgewärmten Pellets PE weiter aufgeweicht bzw. verflüssigt werden, um das elektronische Bauteil EB zumindest abschnittsweise zu umspritzen bzw. zu umströmen.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Erwärmung der Transfermoldvorrichtung TM und/oder des Stempelkopfes STK vor und/oder während des Verlagerungsschritts des Stempels ST erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass der Transfermoldvorgang beschleunigt werden kann, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Transfermoldverfahren (TMV) zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils (EB), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Rohres (RO), das wenigstens eine Öffnung (OE) aufweist;
- Befüllen des Rohres (RO) über die Öffnung (OE) mit Pellets (PE) aus einem Kunststoffmaterial;
- Vorwärmen der in dem Rohr (RO) angeordneten Pellets (PE) über ein Hochfrequenz-Vorwärmgerät (HVG);
- Entnahme der vorgewärmten Pellets (PE) aus dem Rohr (RO);
- Einsetzen der vorgewärmten Pellets (PE) in eine ein elektronisches Bauteil (EB) aufweisende Transfermoldvorrichtung (TM);
- Verlagerung eines in der Transfermoldvorrichtung (TM) angeordneten Stempels (ST), so dass das Kunststoffmaterial der Pellets (PE) das elektronische Bauteil (EB) zumindest abschnittsweise und/oder teilweise umgibt.
2. Transfermoldverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts (HVG) während der Vorwärmung der Pellets (PE) eine Temperatur der Pellets (PE) gemessen wird.
3. Transfermoldverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Pellets (PE) über ein Infrarotthermometer gemessen wird.
4. Transfermoldverfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung der Pellets (PE) bis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur der Pellets (PE) durchgeführt wird.
5. Transfermoldverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorwärmdauer der Pellets abhängig ist von
- einer Füllmenge der Pellets (PE),
- einem maximalen Durchmesser und/oder Querschnitt der Pellets (PE),
- einer thermischen Materialeigenschaft der Pellets (PE) und
- einer Frequenz des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts (HVG).
6. Transfermoldverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfermoldvorrichtung (TM) und/oder ein Stempelkopf des Stempels (ST) erwärmt wird.
7. Transfermoldverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Transfermoldvorrichtung (TM) und/oder des Stempelkopfes vor und/oder während des Verlagerungsschritts des Stempels (ST) erfolgt.
8. Transfermoldverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pellets (PE) aus einem Kunststoffmaterial verwendet werden, die einen Füllstoff aufweisen.
9. Transfermoldverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pellets (PE) ein glasbasierter Füllstoff verwendet wird.
10. Transfermoldverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Pellets (PE) mit einem Füllstoff verwendet werden, wobei ein Füllgrad des Füllstoffs größer 50 Masse-% und kleiner 90 Masse-% ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind.
11. Moldeinrichtung zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils (EB) zum Ausführen eines Transfermoldverfahrens (TMV) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend
- ein Hochfrequenz-Vorwärmgerät (HVG) und
- eine Transfermoldvorrichtung (TM).
12. Moldeinrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (RO) einen Kunststoff aufweist und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
13. Moldeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets (PE) einen maximalen Durchmesser und/oder einen maximalen Querschnitt aufweisen, der größer als 5 mm ist und kleiner als 100 mm ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind.
14. Moldeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets (PE) aus einem epoxibasierenden Duroplastmaterial ausgebildet sind oder eine epoxibasierendes Duroplastmaterial aufweisen.
15. Moldeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der Pellets (PE) einen Füllstoff aufweist.
16. Moldeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein glasbasierter Füllstoff ist.
17. Moldeinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllgrad des Füllstoffs größer 50 Masse-% und kleiner 90 Masse-% ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind.
18. Moldeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenz-Vorwärmgerät (HVG) wenigsten zwei zueinander beabstandet angeordnete Rollenelektroden (RE) aufweist, wobei wenigstens eine Rollenelektrode (RE) um deren Längsachse rotierbar ausgebildet ist, und das Rohr (RO) auf den Rollenelektroden (RE) aufgelegt ist.
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