DE10157546A1

DE10157546A1 - Verfahren zum Verbinden einer gedruckten Schaltung mit einem Kunststoffbauteil

Info

Publication number: DE10157546A1
Application number: DE2001157546
Authority: DE
Inventors: Joachim Melzig; Siegfried Petri
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2003-09-25

Abstract

Verfahren zum Verbinden einer insbesondere flexiblen Schaltung mit einem Kunststoffbauteil in einem Spritzgießprozess, derart, dass die nach dem Verfahren hergestellte Verbindung zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil unter Aufbringung einer vorbestimmten Kraft lösbar ist, wodurch eine defekte Schaltung austauschbar ist und eine neue, funktionsfähige Schaltung befestigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein Verfahren zum Verbinden einer insbesondere flexiblen gedruckten Schaltung mit einem Kunststoffbauteil in einem Spritzgießprozess.

Derartige Verfahren sind allgemein bekannt, um räumliche Kunststoffbauteile mit einer leitfähigen Schicht zu versehen. Beispielsweise handelt es sich bei der leitfähigen Schicht um metallische Strukturen, welche haftend auf einem folienartigen Kunststoff aufgebracht sind. Die Strukturen stellen Leiterbahnen einer elektrischen Schaltung dar.

Zur Aufbringung der elektrisch leitenden Schicht auf ein dreidimensionales, durch Spritzgießen hergestelltes Bauteil wird die Schicht in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und nachfolgend der Spritzgießwerkstoff eingespritzt, wobei eine Verbindung zwischen elektrisch leitender Schicht und eingespritztem Kunststoff erzeugt wird.

Die EP 679 02 A1 beschreibt ein derartiges Verfahren zur Aufbringung von Leiterbahnen tragenden Folien auf durch Spritzgießen hergestellte Einzelteile aus Kunststoffen. Gemäß der EP 679 02 A1 werden die Leiterbahnen tragenden Folien nicht lösbar auf den Einzelteilen aus Kunststoffen angeordnet, indem die Folien in das Spritzgießwerkzeug für die Herstellung des Einzelteiles eingelegt und durch den folgenden Spritzpressarbeitsgang vom Werkstoff des Einzelteiles teilweise oder erforderlichenfalls allseitig ummantelt werden, so dass zwischen dem Einzelteil und der Leitbahnen tragenden Folien ein Stoffschluss erzielt wird.

Üblicherweise verwendete Leiterbahnen tragende Folien können insbesondere beim Spritzgießprozess sowie beim darauffolgenden Handling des Bauteiles ebenso wie beim Betrieb leicht beschädigt werden. Aufgrund der festen Verbindung zwischen Leiterbahn tragender Folie und Kunststoffbauteil ist es sehr schwierig bis unmöglich, eine beschädigte Folie auszutauschen.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einem einfach durchzuführenden Verfahren kostengünstig Leitbahnen tragende Folien derart mit einem durch Spritzgießen hergestellten Bauteil zu verbinden, dass ein leichter Austausch der Folie gewährleistet ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die nach dem Verfahren hergestellte Verbindung zwischen gedruckter Schaltung und Kunststoffbauteil unter Aufbringung einer vorbestimmten Kraft lösbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil ist zweckmäßigerweise ein Haftmodulator wirksam, so dass auf diese Weise eine definierte Haftung zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil erzielt wird, die nun nicht alleine von den Hafteigenschaften des eingespritzten Kunststoffes bzw. der Leiterbahn tragenden Folie bestimmt ist, sondern unabhängig davon vom Haftmodulator. Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels wird hingegen auf einen Haftmodulator verzichtet und die gewollte Haftung zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil wird durch eine entsprechende Auswahl von Schaltungswerkstoff und Einspritzwerkstoff erzielt.

Vorteilhaft ist es, wenn der Haftmodulator vollflächig zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil wirkt, eine über die Fläche gleichmäßige Haftwirkung wird erzielt.

Andererseits ist es auch sehr zweckmäßig, wenn der Haftmodulator nur bereichsweise zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil wirkt; beispielsweise wirkt der Haftmodulator nur in Randbereichen.

Der verwendete Haftmodulator erhöht zweckmäßigerweise die Haftung zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil, insbesondere wird ein derartiger Haftmodulator verwendet, wenn die Haftung zwischen Schaltungswerkstoff und Einspritzwerkstoff an sich gering ist. Gegebenenfalls -, vor allem, wenn Schaltungswerkstoff und Einspritzwerkstoff von sich aus eine sehr gute Hafteigenschaften aufweisen - kommt gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels ein Haftmodulator zum Einsatz, der die Haftung zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil herabsetzt.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich durch eine formschlüssige Verbindung zwischen Schaltung und Kunststoffbauteil aus. Hierbei ist das durch den eingespritzten Kunststoff geformte Bauteil so ausgebildet, dass ein Formschluss erzielt wird.

Gemäß eines Ausführungsbeispieles wird die Schaltung bereichsweise von Befestigungsbereichen des Kunststoffbauteiles überdeckt, welche außerhalb des Randbereiches der Schaltung mit dem Kunststoffbauteil verbunden sind. Auf diese Weise werden bügelartig ausgestaltete Bereiche aus Einspritzwerkstoff geformt, welche die Leiterbahn tragende Folie fixieren. Ebenfalls zweckmäßig ist es, wenn alternativ oder zusätzlich die Schaltung bereichsweise von Befestigungsbereichen des Kunststoffbauteiles überdeckt wird, welche innerhalb des Randbereiches der Schaltung mit dem Kunststoffbauteil verbunden sind; beispielsweise weist die Leiterbahn tragende Folie Durchbrüche auf, durch welche pinartige Bereiche aus Einspritzwerkstoff mit dem Bauteilkörper verbunden angeformt sind, welche an ihrem äußeren Endbereich verbreitert sind, so dass die Folie am Bauteilkörper gehalten ist.

Die Verbindung von Befestigungsbereichen des Kunststoffbauteiles mit dem Bauteilkörper ist so vorteilhafterweise unter Aufbringung einer vorbestimmten Kraft trennbar, wobei eine Ablösung der Befestigungsbereiche des Kunststoffbauteiles vom dem Bauteilkörper erfolgt. Ist der Befestigungsbereich mit dem Bauteilkörper im Spritzgießvorgang verbunden hergestellt, erfolgt eine irreversible Trennung durch Bruch, wobei es zweckmäßig ist, eine Sollbruchstelle vorzusehen. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsbereich mit dem Bauteilkörper ohnehin lösbar verbunden, so dass eine Trennung reversibel ist. In jedem Fall wird die zur Lösung der Leiterbahn tragenden Folie vom Bauteil erforderliche Kraft durch die Haftung zwischen Folie und Bauteil einerseits und durch die Lösbarkeit des Befestigungsbereiches andererseits bestimmt.

Insbesondere auch bei einer irreversiblen Trennung von Befestigungsbereich und Bauteilkörper sind vorteilhaft im Trennbereich neue Befestigungselemente mit dem Kunststoffbauteil verbindbar. Dabei erfolgt zweckmäßigerweise die Trennung derart, dass das anbringen neuer Befestigungselemente am Bauteilkörper ermöglicht wird.

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Dabei zeigen schematisch und beispielhaft:
Fig. 1a eine Befestigung einer Leiterbahnen tragenden Folie mittels Rippen,
Fig. 1b eine Befestigung durch die Folie hindurch,
Fig. 1c eine Befestigung durch die Folie hindurch in Draufsicht,
Fig. 1d eine Befestigung mittels durch die Folie hindurchgehender Rippen,
Fig. 2a eine Befestigung der Folie mittels eines aufgespritzten Pins,
Fig. 2b ein Auswechseln der Folie,
Fig. 2c eine Befestigung mittels Ersatzpin sowie
Fig. 3 eine Haftmodulatorfolie zwischen Leiterbahn und Bauteil.
Fig. 1a zeigt eine mittels eines bügelartig ausgestalteten Befestigungsbereiches 14 mit einem Bauteilkörper 10 verbundene Leiterbahn tragende Folie 12. Zur Herstellung wird - wie bei den nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen auch - die Folie 12 im hier nicht gezeigten Spritzgießwerkzeug bei geöffneten Werkzeughälften eingelegt, das Werkzeug wird geschlossen. Dabei wird die Folie 12 fixiert, Bereich, die nicht mit Spritzgießwerkstoff angespritzt werden sollen, sind durch das Werkzeug abgedeckt - die Folie 12 liegt hier am Werkzeug an. Andere Bereich, welche mit Spritzgießwerkstoff umspritzt werden sollen, sind so im Bereich von durch die Werkzeughälften gebildeten Formräumen angeordnet, dass beim nachfolgenden Einspritzen des Spritzgießwerkstoffes ein Umspritzen der Folie 12 wie gewünscht erfolgt.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 1a greift der Befestigungsbereich 14 bügelartig um die Folie 12, wobei zweckmäßigerweise im Bereich der Verbindungsstelle 16a, 16b zwischen Befestigungsbereich 14 und Bauteilkörper 10 die Folie 12 Aussparungen aufweist, so dass sie in ihrer Lage fixiert ist. Es ist jedoch ebenfalls zweckmäßig, die Folie 12 an dieser Stelle ohne Aussparungen auszugestalten, so dass sie am bügelartigen Befestigungsbereich 14 eingesteckt- bzw. entfernt - werden kann.
Gegebenenfalls bricht bei Entfernung der Folie 12 der Befestigungsbereich 14 beispielsweise im Bereich 16a, 16b, wodurch die Folie freigegeben wird. Eine Anordnung, bei der die Befestigung der Folie 12 durch einen Durchbruch erfolgt, zeigt Fig. 1b. Die Folie weist einen oder mehrere Durchbrüche bevorzugterweise in Kreisform oder auch in Form eines Langloches auf, durch die Befestigungsbereiche 14, welche bereichsweise die Folie 12 überdecken und sie so halten, im Verbindungsbereich 18 mit dem Bauteilkörper 10 verbunden sind. Bei Entfernung der Folie 10 unter Aufbringung ein Lösekraft wird der Befestigungsbereich 14 im Bereich 18 vom Bauteilkörper getrennt, zweckmäßigerweise ist eine Sollbruchstelle vorgesehen. Eine Draufsicht der mit Fig. 1b gezeigten Anordnung zeigt Fig. 1c.
Fig. 1d zeigte die Befestigung einer Leiterbahn tragenden Folie 12, wobei die mit den Fig. 1a, 1b und 1c gezeigten und beschriebenen Befestigungsarten kombiniert sind. Der Befestigungsbereich 14 zur Befestigung der Folie 12 am Bauteilkörper 10 ist sowohl außerhalb des Randbereiches, siehe 17a, 17c, als auch durch Durchbrüche im Bereich 17b mit dem Bauteilkörper 10 verbunden.
Ein Auswechseln einer defekten Folie 22a erfolgt wie beispielhaft mit den Fig. 2a, 2b und 2c gezeigt. Ausgegangen wird in Fig. 2a von einer defekten auszuwechselnden Folie 22a, welche mittels eines im Bereich 28 mit dem Bauteilkörper 20 verbundenen Befestigungsbereich 24a fixiert ist; ein Aufnahmebereich 26, vorzugsweise in Form einer Bohrung, ist vorgesehen. Durch Aufbringen einer Lösekraft wird bei erreichen einer vorbestimmten Kraft der Befestigungsbereich 24a im Trennbereich 28 vom Bauteilkörper 20 getrennt, wobei zweckmäßigerweise im Bereich 28 mit eine Sollbruchstelle vorgesehen ist.
Gemäß Fig. 2b wird die defekte Folie 22a entfernt und eine neue, funktionsfähige Leiterbahn tragende Folie 22b auf dem Bauteilkörper 20 angebracht. Wie mit Fig. 2c gezeigt, erfolgt die Befestigung der Folie 22b mittels eines Ersatz-Pins 24b, welcher mit seinem stiftartigen Bereich 25b im Aufnahmebereich 26 einsitzt und mit der Auflagefläche 25a an seinem Kopfbereich die Folie 22b fixiert, indem er in Pfeilrichtung eingesetzt wird. Der Ersatz-Pin 24b weist einen geringfügig größeren Querschnitt auf, als die Aufnahme 26, wodurch einerseits eine gewisse Haltekraft erzeugt wird, andererseits aber auch der Ersatz-Pin 24b unter Aufbringung einer Lösekraft entfernbar ist, um die Folie 22b erneut auswechseln zu können.
Fig. 3 zeigt einen zwischen Leiterbahn tragender Folie 32 und Bauteilkörper 30 wirksamen Haftmodulator 34. Der Haftmodulator 34 kann wie dargestellt nur bereichsweise in einem Bereich 36a wirksam sein, wobei Bereiche 36b frei vom Haftmodulator 34 sind, es kann jedoch auch zweckmäßig sein, wenn der Haftmodulator 34 vollflächig im gesamten Bereich zwischen Folie 32 und Bauteilkörper 30 wirksam ist. Ist der Haftmodulator nur bereichsweise wirksam, wirkt er vorzugsweise am Randbereich der Folie 32, wodurch insbesondere einem ungewollten Ablösen vorgebeugt wird.
Bei dem Haftmodulator 34 handelt es sich entweder um einen Haftvermittler, welcher haftungserhöhend wirkt oder um eine Trennsubstanz, welche haftungsherabsetzend wirkt. Der Haftmodulator 34 ist vorzugsweise bereits vor Einspritzen des Spritzgießwerkstoffes auf der Leiterbahn tragenden Folie 32 aufgebracht, falls es sich um einen Haftvermittler handelt, bewirkt zweckmäßigerweise die Wärme des eingespritzten Kunststoffes dessen aktivierung.
Weiterhin ist es gemäß eines weiteren Ausführungsbeispieles zweckmäßig, die Haftung zwischen Leiterbahn tragenden Folie und Bauteilkörper durch die Auswahl des Folienwerkstoffes in Verbindung mit dem Bauteilkörperwerkstoff unter Einstellung der Prozessparameter zu steuern, ohne dass ein besonderer Haftmodulator Verwendung findet.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden einer insbesondere flexiblen gedruckten Schaltung mit einem Kunststoffbauteil in einem Spritzgießprozess, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Verfahren hergestellte Verbindung zwischen Schaltung (12, 22, 32) und Kunststoffbauteil (10, 20, 30) unter Aufbringung einer vorbestimmten Kraft lösbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Schaltung (32) und Kunststoffbauteil (30).

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet einen Haftmodulator (34) zwischen Schaltung (32) und Kunststoffbauteil (30).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftmodulator (34) vollflächig zwischen Schaltung (32) und Kunststoffbauteil (30) wirkt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftmodulator (34) bereichsweise zwischen Schaltung (32) und Kunststoffbauteil (30) wirkt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftmodulator (34) die Haftung zwischen Schaltung (32) und Kunststoffbauteil (30) erhöht.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftmodulator (34) die Haftung zwischen Schaltung (32) und Kunststoffbauteil (30) herabsetzt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine formschlüssige Verbindung zwischen Schaltung (12, 22) und Kunststoffbauteil (10, 20).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (12) bereichsweise von Befestigungsbereichen (14) des Kunststoffbauteiles (10) überdeckt wird, welche außerhalb des Randbereiches der Schaltung mit dem Kunststoffbauteil verbunden sind (16a, 16b).

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (12) bereichsweise von Befestigungsbereichen (14) des Kunststoffbauteiles (10) überdeckt wird, welche innerhalb des Randbereiches der Schaltung mit dem Kunststoffbauteil verbunden sind (18).

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Befestigungsbereichen (14, 24) des Kunststoffbauteiles (10, 20) mit dem Kunststoffbauteilkörper unter Aufbringung einer vorbestimmten Kraft trennbar ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Trennbereich neue Befestigungselemente (24b) mit dem Kunststoffbauteil (20) verbindbar sind.