MAENZ TORSTEN (DE)
DE102015203592A1 | 2016-09-01 | |||
DE102008043774A1 | 2010-05-20 | |||
EP1734800A2 | 2006-12-20 | |||
EP0653818A1 | 1995-05-17 |
Ansprüche 1. ) Elektronikmodul (100), umfassend zumindest einen bestückten Schaltungsträger (10) mit einem Steckeranschluss (40) zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenstecker (40'), wobei der Schaltungsträger (10) unter Ausbildung einer Schutzumhausung (60) zumindest bereichsweise von zumindest einer verfestigten Umhüllungsmasse (50) umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckeranschluss (40) einen Steckerkörper (41) mit zumindest einem Steckerkragen (42) umfasst, wobei der Steckerkörper (41) aus der zumindest einen verfestigten Umhüllungsmasse (50) gebildet ist und der Steckerkragen (42) eine Aufnahmeöffnung (45) für den Gegenstecker (40') bildet, und wobei die Aufnahmeöffnung (45) bis zu einem Steckergrund (46) reicht, welcher durch einen von der Umhüllungsmasse (50) freigehaltenen Teilbereich des Schaltungsträgers (10) gebildet ist. 2. ) Elektronikmodul (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzumhausung (60) und der Steckerkörper (41) einteilig aus der gleichen verfestigten Umhüllungsmasse (50) gebildet sind. 3. ) Elektronikmodul (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzumhausung (60) und der Steckerkörper (41) stoffverbunden sind und aus unterschiedlichen Umhüllungsmassen (50) gebildet sind. 4. ) Elektronikmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckerkragen (42) über die Schutzumhausung (60) absteht. 5. ) Elektronikmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (10) als starrflex- Leiterplatte oder als semiflex-Leiterplatte ausgebildet ist, umfassend zumindest zwei Leiterplattenbereiche (10a, 10b), die in einem Winkel, insbesondere in einem rechten Winkel, zueinander angeordnet sind. 6. ) Elektronikmodul (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinere Leiterplattenbereich (10b) zumindest den Steckerkörper (41) umfasst. 7. ) Elektronikmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (10) zumindest im Bereich des Steckergrunds (46) einen Auflage- und/oder Abdichtbereich (47) für ein Formwerkzeug (200, 201) aufweist, welcher ausgebildet ist, durch Auflage des Formwerkzeuges (200, 201) zur Ausbildung des Steckerkörpers (41) und/oder der Schutzumhausung (60) den Steckergrund (46) als den von Umhüllungsmasse (50) freigehaltenen Teilbereich des Schaltungsträgers (10) auszubilden. 8. ) Elektronikmodul (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflage- und/oder Abdichtbereich (47) gebildet ist durch eine Kupferschicht, Goldschicht oder eine Glasfaserlage, welche auf einer Außenseite (11, 12) des Schaltungsträgers (10) angeordnet ist. 9. ) Elektronikmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Steckergrund (46) zumindest ein Steckerkontakt (30), insbesondere in Form eines Anschlusspins, angeordnet ist. 10. ) Elektronikmodul (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (10) zumindest im Bereich des Steckergrundes (46) eine Leiterstruktur aufweist, welche in einer Zwischenlage oder auf der dem Steckergrund (46) gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers (10) angeordnet ist und welche mit dem zumindest einen Steckerkontakt (30) kontaktiert ist. 11. ) Elektronikmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (10) im Bereich des Steckerkörpers (41) Durchbrüche (17) aufweist, welche von der Umhüllungsmasse (50) des Steckerkörpers (41) derart durchdrungen sind, dass der Steckerkörper (41) zumindest mechanisch mit dem Schaltungsträger (10) verbunden ist. 12. ) Fertigungsverfahren für ein Elektronikmodul (100), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend zumindest einen bestückten Schaltungsträger (10) mit einem Steckeranschluss (40) zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenstecker (40'), wobei der Schaltungsträger (10) unter Ausbildung einer Schutzumhausung (60) zumindest bereichsweise von zumindest einer verfestigten Umhüllungsmasse (50) umschlossen ist und zumindest einen Steckerkontakt (30) umfasst, welcher ausgebildet ist, den Steckeranschluss (40) für den Gegenstecker (40') zu bilden, mit den Verfahrensschritten: • Einlegen des zumindest einen bestückten Schaltungsträgers (10) in eine Kavität (210) eines Formwerkzeuges (200), • Auflage eines Teilelementes (201) des Formwerkezuges (200) auf einem Auflage- und/oder Abdichtbereichs (47) des Schaltungsträgers (10), welcher den zumindest einen Steckerkontakt (41) vollständig umschließt, • Einbringen einer verfestigbaren Umhüllungsmasse (50) in die Kavität (210), wobei zumindest der durch Auflage des Teilelementes (201) des Formwerkzeugs (200) abgegrenzte Teilbereich (201) des Schaltungsträgers (10) von der Umhüllungsmasse (50) freigehalten wird, • Verfestigen der eingebrachten Umhüllungsmasse (50) unter Ausbildung der Schutzumhausung (60) und eines Steckerkörpers (41) mit einem Steckerkragen (42) im Bereich des Steckerkontaktes (30). 13. ) Fertigungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Teilelement (201) des Formwerkzeuges (200) zumindest eine Aufnahmeöffnung (45) für den Gegenstecker (40') abgeformt wird, wobei die Aufnahmeöffnung (45) bis zu einem Steckergrund (46) reicht, welcher durch den von Umhüllungsmasse (50) freigehaltenen Teilbereich des Schaltungsträgers (10) ausgebildet wird. 14. ) Fertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllungsmasse (50) durch ein Spritzpressverfahren oder durch ein Spritzgussverfahren eingebracht wird. 15. ) Fertigungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Auflage- und/oder Abdichtbereich (47) gegenüberliegende Seite des Schaltungsträgers (11, 12) durch Abstützelemente (220) im Formwerkzeug (200) gehalten wird zum Abstützen einer durch das Teilelement (201) des Formwerkzeuges (200) in den Schaltungsträger (10) eingeleitete Auflage- und/oder Abdichtkraft. |
Elektronikmodul und Fertigungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul sowie ein Herstellverfahren für das Elektronikmodul gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Herkömmliche elektronische Schaltungen, wie Sie beispielsweise für
Steuergeräte von Motoren oder Airbags zum Einsatz kommen, werden für gewöhnlich in einem separaten Gehäuse verbaut. Eine elektrische Kontaktierung des Steuergerätes nach außen wird in der Regel durch einen elektrischen Stecker bereitgestellt, welcher separat in einem Spritzgussverfahren gefertigt ist. Derartige spritzgegossenen Stecker weisen beispielsweise Steckerkontakte auf, die in einem Steckerkörper eingestitcht sind. Die Stecker werden mit einem die elektronische Schaltung tragenden Schaltungsträger kontaktiert. Zur Aufnahme des Schaltungsträgers ist das Gehäuse mehrteilig ausgeführt und ist
beispielsweise aus einem Aluminium-Druckguss oder aus
Kunststoffkomponenten gebildet. Um die elektronische Schaltung vor
Umwelteinflüssen zu schützen, ist zwischen den Gehäusekomponenten eine Dichtung erforderlich.
Schaltungen, in denen keine druckempfindlichen Bauteile verbaut werden und die zusätzlich erhöhten Umwelteinflüssen (z.B. Motoröl oder Getriebeöl) ausgesetzt sind, werden heute bereits mittels Spritzgießverfahren als
Elektronikmodule verpackt. Erfolgt die äußere Kontaktierung des
Elektronikmoduls mittels Steckerpins, so sind weiterhin separate Vorspritzlinge, beispielsweise auf Thermoplast- Basis, als kontaktierbare Steckerelemente eingesetzt. Alternativ können auch SM D-Stecker verwendet werden. Derartige Stecker sind in vielseitiger Variation als Katalogware beziehbar. Um einen Medienschutz der elektronischen Schaltung auch im Steckerbereich zu gewährleisten, ist es allerdings erforderlich, bei einer Kontaktierung des Steckers mit einem Schaltungsträger den Steckerkörper gegenüber einer Umhausung der elektronischen Schaltung abzudichten. Eine solche Abdichtung muss über die
Lebensdauer beispielsweise eines Steuergerätes aufrecht gehalten werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Elnhausen eines
Elektronikmodules mit einem Steckeranschluss zu vereinfachen und dabei die Dichtigkeit im Bereich des Steckeranschlusses zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Elektronikmodul und ein Fertigungsverfahren für ein Elektronikmodul mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Ausgegangen wird von einem Elektronikmodul, umfassend zumindest einen bestückten Schaltungsträger mit einem Steckeranschluss zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenstecker. Der Schaltungsträger ist unter
Ausbildung einer Schutzumhausung zumindest bereichsweise von zumindest einer verfestigten Umhüllungsmasse umschlossen. Der Steckeranschluss umfasst dabei einen Steckerkörper mit zumindest einem Steckerkragen, wobei der Steckerkörper aus der zumindest einen verfestigten Umhüllungsmasse gebildet ist. Ferner ist durch den Steckerkragen eine Aufnahmeöffnung für den Gegenstecker gebildet, wobei die Aufnahmeöffnung bis zu einem Steckergrund reicht, welcher durch einen von der Umhüllungsmasse freigehaltenen Teilbereich des Schaltungsträgers gebildet ist.
Durch die Einhausung mittels der verfestigten Umhüllungsmasse kann der - eine elektronische Schaltung umfassende - bestückte Schaltungsträger gegen Umwelteinflüsse, wie z.B. Temperatur, Medien, mechanische Einwirkung usw., wirkungsvoll geschützt werden. Auf ein ansonsten übliches separates Gehäuse kann somit verzichtet werden. Ferner ist der Steckerkörper ebenfalls aus einer Umhüllungsmasse gebildet, wodurch beispielsweise ermöglicht ist, einen Steckeranschluss des Elektronikmodules zeitgleich und/oder auf dem gleichen Fertigungsverfahren basierend in einem Arbeitsschritt mit der Schutzumhausung auszubilden. Bevorzugt ist der Steckerkörper mit dem Steckerkragen direkt an die Schutzumhausung angeformt. In einer vorteilhaften Ausführung sind dabei die Schutzumhausung und der Steckerkörper einteilig aus der gleichen verfestigten Umhüllungsmasse gebildet. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn aufgrund des Anwendungsfalles die Anforderungen an die
Schutzumhausung durch eine verfestigte Umhüllungsmasse erfüllt sind und die in der Montage und im Betrieb des Elektronikmodules auftretenden Steckerkräfte am Steckeranschluss durch die mechanische Festigkeit der gleichen
Umhüllungsmasse schadensfrei aufgenommen werden können. Alternativ sind die Schutzumhausung und der Steckerkörper stoffverbunden und aus
unterschiedlichen Umhüllungsmassen gebildet. In diesem Fall kann
beispielsweise die Umhüllungsmasse für den Steckerkörper in Hinblick auf besonders hohe Steckerkräfte entsprechend ausgewählt sein. Ein Stoffschluss ergibt sich beispielsweise in sehr einfacher Weise, wenn beide
Umhüllungsmassen während eines Fertigungsschrittes in Anlagenkontakt zueinander kommen, wobei zumindest einer der Umhüllungsmassen zu diesem Zeitpunkt noch nicht verfestigt ist, und die Verfestigung dann zeitlich darauf folgend aufgrund eines Verfestigungsprozess, beispielsweise mittels einer Temperaturbehandlung und/oder eines Trocknungsvorgangs und/oder auf anderer Weise chemisch und/oder physikalisch bedingt aktiviert, erfolgt. Grundsätzlich ergibt sich der große Vorteil, dass bisher erforderliche
Dichtungselemente zwischen dem Stecker und einer andersartigen Umhausung nun vollkommen entfallen können. Auf diese Weise sind die Anzahl der Bauteile, die Komplexität des Elektronikmodules und die notwendigen Prozessschritte zur Realisierung eines Elektronikmodules weiter reduziert. Gegenüber den bekannten Lösungen können somit Kosten reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Elektronikmodules steht der
Steckerkragen über die Schutzumhausung ab. Dieser kann somit individuell angepasst sein an die Steckergeometrie des Gegensteckers, insbesondere eine Steckerlänge, wobei die Schutzumhausung bevorzugt lediglich einer möglichst kompakten Außengeometrie folgt. Zusätzlich kann der Steckerkragen dadurch in einfacher Weise Befestigungs- und/oder Dichtbereiche aufweisen, die auf eine betriebssichere elektrische mechanische Kontaktierung des Gegensteckers mit dem Steckeranschluss des Elektronikmodules optimiert sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schaltungsträger als„starrflex"-
Leiterplatte oder als„semif lex"- Leiterplatte ausgebildet, umfassend zumindest zwei Leiterplattenbereiche, die in einem Winkel, insbesondere in einem rechten Winkel, zueinander angeordnet sind. Bei einer„semif lex"- Leiterplatte ist der die beiden Leiterplattenbereiche verbindende Umlenkbereich gebildet durch eine partielle Ausdünnung der Leiterplattenstärke, beispielsweise durch eine
Flächentieffräsung, wodurch bis zu einem definierten Umlenkradius eine flexible winklige Anordnung der Leiterplattenbereiche ermöglicht ist. Bei einer„starrflex"- Leiterplatte wiederrum sind die beiden starren Leiterplattenbereiche durch einen flexiblen Polyimidabschnitt verbunden. In beiden Ausführungen sind die beiden Leiterplattenbereiche elektrisch miteinander verbunden. Eine derartige
Ausführungsform mit unterschiedlich angeordneten Leiterplattenbereichen ermöglicht die Ausrichtung des Steckeranschlusses am Elektronikmodul in einer priorisierten Richtung. So ist ein besonders günstiger Aufbau des
Elektronikmodules gegeben durch einen im Vergleich größeren
Leiterplattenbereich, welcher bevorzugt im Wesentlichen die elektrischen
Bauelemente der elektronischen Schaltung trägt. Der dagegen kleinere
Leiterplattenbereich umfasst zumindest oder ausschließlich den
Steckeranschluss und legt einen um 90° zum restlichen Elektronikmodul gedrehten Steckeranschluss fest. Eine derartige Ausrichtung eines
kontaktierbaren Steckeranschlusses hat sich bereits in vielen herkömmlichen
Aufbauten von Steuergeräten bewährt.
Bevorzugt ist Ein besonderer Vorteil zeigt sich in einer Ausführungsform des Elektronikmodules, bei welcher der Schaltungsträger zumindest im Bereich des Steckergrunds einen Auflage- und/oder Abdichtbereich für ein Formwerkzeug aufweist und der Auflage- und/oder Abdichtbereich ausgebildet ist, durch Auflage des Formwerkzeuges zur Ausbildung des Steckerkörpers und/oder der
Schutzumhausung den Steckergrund als den von Umhüllungsmasse
freigehaltenen Teilbereich des Schaltungsträgers auszubilden, der Auflage- und/oder Dichtbereich eben ausgeführt, was bereits durch die Bauart der meisten standardisierten Schaltungsträger gegeben ist. In einfacher Weise kann somit eine erforderliche Auflage- und/oder Dichtkraft eines Formwerkzeuges auf eine unbestückte Flächenzone des Schaltungsträgers einwirken. Ferner kann die Krafteinwirkung flexibel auf eine entsprechende Fläche angepasst werden, so dass eine Beschädigung des Schaltungsträgers ausgeschlossen werden kann. Zusätzlich lässt sich vorteilhaft erreichen, dass im Steckergrund eine vom
Formwerkzeug zum Umhüllungsmaterial abgrenzbare geschützte
Bestückungsfläche verbleibt. Bevorzugt ist daher im Steckergrund zumindest ein Steckerkontakt, insbesondere in Form eines Anschlusspins, angeordnet. Die übliche Abdichtung eines Umhüllungsmateriales am Steckerkontakt oder das nachträgliche Einstichen eines Steckerkontaktes in einen Steckerkörper wie bei üblichen separaten spritzgegossenen Steckern kann damit entfallen. Auch bleiben die Anschlussbedingungen am Steckerkontakt optimiert, da an diesen die ansonsten aufgrund von Dichtungsproblemen an umspritzten Steckerkontakten oft auftretenden problematischen Spritzgussfehler, wie beispielsweise abstehende dünnwandige Materialhäute oder Materialanhäufungen, erst gar nicht auftreten können. Insofern sind somit Steckeranschlüsse eines umhausten Elektronikmodules mit hoher Qualitätsgüte ausbildbar.
In einer Weiterbildung des Elektronikmodules ist der Auflage- und/oder
Abdichtbereich gebildet durch eine Kupferschicht, eine Goldschicht oder eine
Glasfaserlage, welche auf einer Außenseite des Schaltungsträgers angeordnet ist. Damit kann die Dichtwirkung am aufliegenden Formwerkzeug und eine Tragfähigkeit des Schaltungsträgers im Krafteinwirkbereich des Formwerkzeuges weiter erhöht werden. Grundsätzlich kann die Kupfer- bzw. Goldschicht als Metallisierung auf einem Grundmaterial des Schaltungsträgers aufgebracht sein, ebenso kann das Grundmaterial des Schaltungsträgers bereits für die gleiche Funktion geeignet sein sowie alternative gleichwertige Metallisierungen.
Bevorzugt ist ein umlaufender Randbereich des Auflage- und/oder
Dichtbereiches von verfestigter Umhüllungsmasse überdeckt. Durch diesen Überdeckungsbereich ist der Steckergrund vor Delamination der aufgebrachten
Materiallage vorteilhaft geschützt. Weiter bevorzugt sind aufgebrachte
Materiallagen als der jeweils dann wirksame Auflage- und/oder Abdichtbereich zumindest im Bereich des zumindest eines Steckerkontaktes mit Abstand ausgespart, insbesondere bei einer Anordnung von mehreren Steckerkontakten, beispielsweise Anschlusspins, um eine elektrische Verschaltung untereinander zu unterbinden. Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei einer Ausführung des Elektronikmodules derart, dass der Schaltungsträger zumindest im Bereich des Steckergrundes eine Leiterstruktur aufweist, welche in einer Zwischenlage oder auf der dem
Steckergrund gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers angeordnet ist und welche mit dem zumindest einen Steckerkontakt kontaktiert ist. Der Auflage- und/oder Dichtbereich kann somit durchgehend ohne Unterbrechungen von ansonsten notwendigerweise abzugrenzenden Leiterstrukturabschnitten ausgeführt sein. Zusätzlich ist die Leiterstruktur aus der Gefahrenzone der Einwirkung eines Formwerkzeugs gebracht, so dass eine Beschädigung bei der
Ausbildung der Schutzumhausung und/oder des Steckerkörpers auszuschließen ist.
Zusätzliche Verbesserungen in der Ausführung des Elektronikmodules ergeben sich dadurch, dass der Schaltungsträger im Bereich des Steckerkörpers
Durchbrüche aufweist, welche von der Umhüllungsmasse des Steckerkörpers derart durchdrungen sind, dass der Steckerkörper zumindest mechanisch mit dem Schaltungsträger verbunden ist. Steckerkräfte, die beim Ein- und
Ausstecken eines Gegensteckers auftreten, können auf diese Weise ohne Beschädigungsgefahr durch das Elektronikmodul aufgenommen werden.
Insbesondere kann somit einer Delamination des verfestigten
Umhüllungsmaterials infolge von Steckkräften durch einen zusätzlichen
Formschluss entgegengewirkt werden. Der Formschluss ist besonders optimiert, wenn auf beiden Seiten des Schaltungsträgers angeordnete Umhüllungsmassen durch die Durchbrüche im Schaltungsträger miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Mehrere Durchbrüche sind zueinander beabstandet und bevorzugt in einer regelmäßigen Musteranordnung ausgeführt, insbesondere in einer solchen Anordnung, welche den Steckergrund und/oder den zumindest einen
Steckerkontakt umschließt. Ist der Steckeranschluss in einem Randbereich des Schaltungsträgers angeordnet, kann zusätzlich oder alternativ der Steckerkörper einen Randabschnitt des Schaltungsträgers umgreifen.
Allgemein können am Steckerkörper zusätzlich Versteifungsrippen ausgeformt sein, welche bis zum Steckerkragen reichen können. Diese erhöhen weiterhin eine mechanische Belastbarkeit des Steckeranschlusses. Die Erfindung führt auch zu einem Fertigungsverfahren für ein Elektronikmodul, insbesondere in einer der zuvor beschrieben Ausführungsform, umfassend zumindest einen bestückten Schaltungsträger mit einem Steckeranschluss zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenstecker, wobei der Schaltungsträger unter Ausbildung einer Schutzumhausung zumindest bereichsweise von
zumindest einer verfestigten Umhüllungsmasse umschlossen ist und zumindest einen Steckerkontakt umfasst, welcher ausgebildet ist, den Steckeranschluss für den Gegenstecker zu bilden, mit den Verfahrensschritten:
• Einlegen des zumindest einen bestückten Schaltungsträgers in eine Kavität eines Formwerkzeuges,
• Auflage eines Teilelementes des Formwerkezuges auf einem Auflage- und/oder Abdichtbereichs des Schaltungsträgers, welcher den zumindest einen Steckerkontakt vollständig umschließt,
• Einbringen einer verfestigbaren Umhüllungsmasse in die Kavität, wobei zumindest der durch Auflage des Teilelementes des Formwerkzeugs abgegrenzte Teilbereich des Schaltungsträgers von der Umhüllungsmasse freigehalten wird,
• Verfestigen der eingebrachten Umhüllungsmasse unter Ausbildung der Schutzumhausung und eines Steckerkörpers mit einem Steckerkragen im Bereich des Steckerkontaktes.
Die Kavität bildet hierbei eine Außenformgeometrie für das auszubildende
Elektronikmodul ab. Das Formwerkzeug ist in der Regel mehrteilig ausgeführt, um im geöffneten Zustand ein Einlegen des bestückten Schaltungsträgers zu ermöglichen. Im geschlossenen Zustand wird der verbleibende Freiraum in der Kavität von eingebrachter Umhüllungsmasse vollständig ausgefüllt. Um den
Steckerkontakt vor der Umhüllungsmasse freizuhalten, ist dieser bei einer
Auflage des Formwerkzeuges auf dem Schaltungsträger bevorzugt in einer
Aussparung des Teilelementes des Formwerkzeuges aufgenommen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird durch das
Teilelement des Formwerkzeuges zumindest eine Aufnahmeöffnung für den Gegenstecker abgeformt, wobei die Aufnahmeöffnung bis zu einem Steckergrund reicht, welcher durch den von Umhüllungsmasse freigehaltenen Teilbereich des Schaltungsträgers ausgebildet wird. Bevorzugt ist das Teilelement des
Formwerkzeuges in Form eines Schiebewerkzeuges ausgebildet, so dass sichere Entformung der Aufnahmeöffnung erfolgen kann. Bevorzugt wird die Umhüllungsmasse durch ein Spritzpress- oder
Spritzgießverfahren (Transfer Molding, Injection Moulding), bzw. den
zugehörigen Sonderverfahren, eingebracht.
Die dem Auflage- und/oder Abdichtbereich gegenüberliegende Seite des Schaltungsträgers wird vorteilhaft durch Abstützelemente, insbesondere in Form von stehenden oder fahrbaren Pins (sogenannte retractable pins), bevorzugt verfedert, im Formwerkzeug gehalten. Diese können auf diese Weise dann eine durch das Teilelement des Formwerkzeuges in den Schaltungsträger eingeleitete Auflage- und/oder Abdichtkraft durch eine Gegenkraft abstützen und ein
Durchbiegen des Schaltungsträgers verhindern.
Grundsätzlich kommen als Umhüllungsmassen Duroplaste, Thermoplaste oder Elastomere in Frage.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
Fig. 1: eine erste Ausführung eines Elektronikmodules in einer
Schnittansicht,
Fig. 2: ein Elektronikmodul während eins Fertigungsprozess mittels eines Formwerkzeuges in einer schematischen Schnittansicht,
Fig. 3: eine Detailansicht einer Auflage- und/oder Dichtfläche für ein
Teilelement des Formwerkzeuges am Schaltungsträger, Fig. 4: eine alternative Ausführung eines Elektronikmodules mit einer gegenüber der ersten Ausführung aus Fig. 1 gedreht orientiertem Steckeranschluss in einer Schnittansicht, Fig. 5: eine Weiterbildung eines Elektronikmodules mit Darstellung einer mechanischen Verankerung des Steckerkörpers in Durchbrüchen des Schaltungsträgers.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Fig.l ist eine erste Ausführung eines Elektronikmodules 100 in einer
Schnittansicht gezeigt. Das Elektronikmodul 100 umfasst zumindest einen bestückten Schaltungsträger 10. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind elektrische Bauelemente 20 auf eine Oberseite 11 und einer Unterseite 12 des Schaltungsträgers 10 angeordnet und bilden mit einer Leiterstruktur des
Schaltungsträgers 10 eine elektronische Schaltung aus. Der bestückte
Schaltungsträger 10 ist nahezu vollständig von einer verfestigten
Umhüllungsmasse 50 umschlossen. So sind beispielsweise die elektrischen Bauelemente auf der Ober- und der Unterseite 11, 12 von der Umhüllungsmasse 50 vollständig überdeckt. Insgesamt ist durch die Umhüllungsmasse 50 eine Schutzumhausung 60 des Elektronikmodules 100 gebildet. Durch die
Schutzumhausung 60 sind die elektronische Schaltung sowie der
Schaltungsträger 10 vor Umwelteinflüssen geschützt, beispielsweise vor einer Einwirkung von Temperatur, schädlichen Medien und/oder mechanischer Beanspruchung. Das Elektronikmodul 100 umfasst auch einen Steckeranschluss 40 für einen Gegenstecker 40' (gestrichelt dargestellt). Der Steckeranschluss 40 weist bevorzugt eine Steckrichtung S senkrecht zu der Ober- bzw. Unterseite 11, 12 des Schaltungsträgers 10 auf. Der Steckeranschluss 40 ist im Wesentlichen gebildet durch einen Steckerkörper 41 mit einem Steckerkragen 42 sowie durch zumindest einen Steckerkontakt 30. Der Steckerkörper 41 ist dabei einteilig mit der Schutzumhausung 60 aus der einen verfestigten Umhüllungsmasse 50 ausgebildet und steht über die Schutzumhausung 60 ab. Die Umhüllungsmasse 50 ist beispielsweise ein Thermoplast, ein Duroplast oder ein Elastomer, insbesondere solche, welche für ein Spritzguss- und/oder Spritzpressverfahren geeignet sind. Durch den Steckerkragen 42 ist eine Aufnahmeöffnung 45 gebildet, welche bis zu einem Steckergrund 46 reicht. Der Steckergrund 46 ist dabei gebildet durch einen Teilbereich des Schaltungsträgers 10, welcher freigehalten ist von der Umhüllungsmasse 50. Der Steckergrund 46 ist daher in seinem Randbereich von Seitenflächen der Aufnahmeöffnung 45 umlaufend umschlossen. Insofern ist der von Umhüllungsmasse 50 freigehaltene Teilbereich des Schaltungsträgers 10 ein integral angegliedertes Teilelement des ansonsten aus Umhüllungsmasse 50 gebildeten Steckerkörpers 41. Hierfür weist der Schaltungsträger 10 zumindest im Bereich des Steckergrunds 46 einen Auflage- und/oder Abdichtbereich 47 für ein Formwerkzeug 200 auf, wobei der Auflage- und/oder Dichtbereich ausgebildet ist, durch Auflage des Formwerkzeuges zur Ausbildung des Steckerkörpers 41 und/oder der Schutzumhausung 60 den
Steckergrund 46 als den von Umhüllungsmasse 50 freigehaltenen Teilbereich des Schaltungsträgers 10 auszubilden. Dies wird noch in den Erläuterungen zu den Fig. 2 und 3 näher ausgeführt. Im Ausführungsbeispiel sind des Weiteren eine Vielzahl von Steckerkontakten 30 im Steckergrund 46 angeordnet. Beispielsweise sind die Steckerkontakte 30 als Anschlusspins gebildet, welche von der Oberseite 11 des Schaltungsträgers 10 abstehen und mit ihrem jeweils einem Ende im Schaltungsträger 10 eingelötet oder eingepresst sind unter Ausbildung einer jeweils elektrischen Verbindung mit einer Leiterstruktur des Schaltungsträgers 10. Es sind bevorzugt weitere
Anschlusspins in die Zeichenebene hinein auf dem Schaltungsträger 10 angeordnet, so dass der Steckeranschluss 40 mehrere Anschlussreihen, beispielsweise zwei Reihen oder mehr, umfasst. Die Fig. 2 zeigt das Elektronikmodul 100 während der Herstellung zu einem
Fertigungszeitpunkt kurz vor dem Entformen aus einem Formwerkzeug 200. Das Formwerkezug 200 ist bevorzugt mehrteilig aus Teilelementen 201, 202, 203, 204 ausgeführt und umschließt in einem geschlossenen Zustand ein zur Herstellung des Elektronikmodules 100 eingelegten Schaltungsträger 10 innerhalb einer Kavität 210. Im Bereich der Steckerkontakte 30 liegt dabei ein
Teilelement 201 des Formwerkzeuges direkt auf der Oberseite 11 des
Schaltungsträgers 10 auf. Dabei weist das Teilelement 201 des Formwerkzeuges 200 bevorzugt eine Aussparung 201a auf zur Aufnahme der Steckerkontakte 30 während der Auflage auf dem Schaltungsträger 10. Die Auflage erfolgt auf dem Auflage- und/oder Dichtbereich 47 des Schaltungsträgers 10, welcher insbesondere geschlossen umlaufend um die Steckerkontakte 30 und eben ausgebildet ist. Der Auflage- und/oder Dichtbereich ist in der Fig. 3 nochmals vergrößert dargestellt. Bevorzugt ist der Auflage- und/oder Dichtbereich 47 gebildet durch eine Kupferschicht oder durch eine Glasfaserlage, welche beispielsweise auf der Oberseite 11 des Schaltungsträgers 10 angeordnet ist.
Auf diese Weise kann das Teilelement 201 des Formwerkzeuges 200 mit Kraft gegen den Auflage- und/oder Dichtbereich 47 aufdrücken, um in einem anschließenden Spritzgussprozess zur Ausbildung des Steckergrundes 46 den durch Auflage abgedeckten Teilbereich des Schaltungsträgers 10 von der in die Kavität 210 des Formwerkzeuges 200 eingespritzten Umhüllungsmasse 50 freizuhalten. Um die satte und dichte Auflage des Teilelementes 201 des Formwerkzeuges nicht zu gefährden, weist der Schaltungsträger zumindest im Bereich des Steckergrundes 46 eine Leiterstruktur auf, welche in einer
Zwischenlage oder auf der dem Steckergrund 46 gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers 10 angeordnet ist und welche mit dem zumindest einen
Steckerkontakt 30 kontaktiert ist. Zusätzlich kann auf der dem Auflage- und/oder Abdichtbereich 47 gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers 10 verfahrbare und verfederte Abstützelemente 220 als Gegenhalter zu dem Teilelement 201 des Formwerkzeug 201 vorgesehen werden.
Die Umhüllungsmasse 50 wird bevorzugt durch ein Spritzpressverfahren oder durch ein Spritzgussverfahren in die Kavität 210 eingebracht bis der Freiraum zwischen dem Formwerkzeug 200 und dem bestückten Schaltungsträgers 10 vollständig von der Umhüllungsmasse 50 ausgefüllt ist. Auf diese Weise wird die Außengeometrie des Elektronikmoduls 100 ausgebildet, welche die
Schutzumhausung 60 und den Steckeranschluss 40 umfasst. Insbesondere wird durch das Teilelement 201 des Formwerkzeuges 200 zumindest die
Aufnahmeöffnung 45 für den Gegenstecker 40' abgeformt. Diese reicht bis zu dem Steckergrund 46, welcher durch den von Umhüllungsmasse 50
freigehaltenen Teilbereich des Schaltungsträgers 10 ausgebildet wird. Durch
Verfestigen der Umhüllungsmasse 50 durch einen Verfestigungsprozess und dem Öffnen des Formwerkzeugs 200 im Zuge eines Entformvorganges durch Ausfahren aller beweglichen Teilelemente 201, 202, 203, 204 des
Formwerkzeuges 200, kann das Elektronikmodul 100 umfassend den
Steckeranschluss 40 entnommen werden. Alternativ kann ein Spritzguss- oder Spritzpressverfahren angewendet werden, bei welchem unterschiedliche Umhüllungsmassen 50 zur Ausbildung des Steckerkörpers 41 aus der einen Umhüllungsmasse und der Schutzumhausung 60 aus der anderen Umhüllungsmasse in die Kavität eingespritzt werden. Ferner bietet sich für bestimmte Anwendungsfälle an, einen Teil der Schutzumhausung 60 oder die gesamte Schutzumhausung 60 mittels eines Fill&Damm-Verfahrens auszubilden, nachdem zuvor der Steckerkörper 41 durch ein Spritzguss- oder Spitzpressverfahren ausgebildet wurde. Bei dem Fill&Damm-Verfahren wird ein auf dem Schaltungsträger 10 angeordnetes Umrahmungselement mit einer verfestigbaren Gussmasse druckfrei vergossen und verfestigt. In beiden
Ausführungsvarianten sind der Steckerkörper 41 und die Schutzumhausung 60 nach einem Verfestigungsprozess stoffschlüssig miteinander verbunden.
In der Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform des Elektronikmodules 100 in einer seitlichen Schnittansicht gezeigt. Diese unterscheidet sich ggü. der Ausführung gemäß der Fig. 1 darin, dass der Steckeranschluss 40 um einem Winkel, insbesondere 90° gedreht ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Schaltungsträger 10 als„semif lex"- Leiterplatte ausgebildet ist. Hierbei lassen sich ein erster Leiterplattenbereich 10a und ein zweiter Leiterplattenbereich 10b des Schaltungsträgers 10 über einen flexiblen Bereich 15 winklig zueinander anordnet. Nicht gezeigt ist die weitere Möglichkeit für eine solche Anordnung durch eine„starrflex"- Leiterplatte vorzusehen, wobei der flexible Bereich 15 dann durch beispielsweise einen Polyimidabschnitt gebildet ist. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel weist der erste Leiterplattenbereich 10a alle elektrischen Bauelemente 20 der elektronischen Schaltung auf, wogegen der zweite
Leiterplattenbereich 10b lediglich die Komponenten des Steckeranschlusses 40 umfasst. Des Weiteren kann bei beliebiger Ausführungsform des
Elektronikmoduls 100 zwischen dem Steckerkörper 41 und der
Schutzumhausung 60 zumindest eine oder mehrere Versteifungsrippen 65 ausgeformt sein. Insbesondere beabstandet angeordnet und zumindest einem Abschnitt eines Formverlaufes des Steckerkragens 42 folgend, kann so ein Elektronikmodul 100 mit einem mechanisch sehr belastbaren Steckeranschluss 40 erhalten werden. Zusätzlich oder alternativ ist eine mechanische Stabilität auch bei beliebigen Ausführungsformen gegeben, bei welchen der Steckerkörper 41 zusätzlich mechanisch mit dem Schaltungsträger 10 verankert ist. Wie in der oberen Seitenansicht in Fig. 5 am Beispiel der ersten Ausführungsform des
Elektronikmodules 100 gezeigt, weist der Schaltungsträger 10 im Bereich des Steckerkörpers 41 Durchbrüche 17 auf, welche von der Umhüllungsmasse 50 des Steckerkörpers 41 durchdrungen sind. Bevorzugt ist die Umhüllungsmasse 50 auf Seiten der Unterseite 12 und der Oberseite 11 des Schaltungsträgers 10 durch die Durchbrüche 17 hindurch miteinander verbunden. Die Durchbrüche 17 können wie in der unteren teilgezeigten Draufsicht der Fig. 5 zueinander beabstandet in einer Musteranordnung vorgesehen sein und die Steckerkontakte 30 bzw. den Steckergrund 46 abschnittsweise oder vollständig umschließen. Ist der Steckeranschluss 40, wie in den bisherigen Beispielen gezeigt, in einem Randbereich des Schaltungsträgers 10 angeordnet, so kann ein unterer Bereich des Steckerkörpers 41 zumindest einen Randabschnitt 18 des Schaltungsträgers 10 umgreifen, um eine mechanische Verstärkung zu erwirken.
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