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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektronischer
Bauteile sowie ein gemäß diesem
Verfahren hergestelltes elektronisches Bauteil für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik. Insbesondere
findet das elektronische Bauteil Anwendung als Airbag-Sensor.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, elektronische Baukomponenten,
beispielsweise Airbag-Sensoren, mit zwei Kunststoffüberzügen zu umspritzen.
Das Umspritzen mit den beiden Komponenten erfolgt dabei in einem
speziellen Zweikomponentenwerkzeug. Jedoch ist diese Fertigung in
einem Zweikomponentenwerkzeug zum einen sehr teuer und zum anderen
kann keine kundespezifische Anpassung der Fertigung erfolgen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung elektronischer Bauteile gemäß den Merkmalen des Anspruchs
1 ermöglicht
es nun, die Prozessschritte bei der Herstellung des elektronischen
Bauteils zu entkoppeln, um somit flexibel auf schwankende Nachfragemengen
und variable Kundenwünsche eingehen
zu können.
Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die Herstellung des elektronischen Bauteils an mehreren Stellen
unterbrochen werden, wodurch sich der ganze Ablauf flexibler gestaltet,
die Produktion günstiger
wird und auf spezielle Kundenwünsche
eingegangen werden kann. All diese Vorteile ergeben sich. Dank des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung elektronischer Bauteile, umfassend die folgenden
Schritte:
- – Bereitstellen
mehrerer Einlegeteile, welche zusammen in einem Rahmen angeordnet
sind,
- – Bestücken der
Einlegeteile mit jeweils zumindest einem elektronischen Mikrobauelement,
wobei je ein Einlegeteil zusammen mit dem zumindest einen Mikrobauelement
eine Einheit bildet,
- – Umspritzen
der Einheiten mit je einem separaten ersten Überzug, um das zumindest eine
Mikrobauelement auf zugehörigem
Einlegeteil zu fixieren,
- – Trennen
der Einheiten aus dem Rahmen nach dem Umspritzen mit dem ersten Überzug,
und
- – Umspritzen
der Einheiten mit je einem zweiten Überzug.
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Die
einzelnen Einheiten bleiben also auch beim Umspritzen des ersten Überzugs
im Rahmen angeordnet, wodurch sich die Handhabung der sehr kleinen
einzelnen Einheiten wesentlich verbessert. Nach dem Aufbringen des
ersten Überzuges
werden die Einheiten aus dem Rahmen gelöst, wodurch dann kundenspezifische
zweite Überzüge aufgebracht werden
können.
Bevorzugt können
in ein Einlegeteil sowohl ein einzelnes Mikrobauelement als auch mehrere
Mikrobauelemente eingelegt werden. Die Variante der mehreren Mikrobauelemente
in einem Einlegeteil wird zur vereinfachten Darstellung im Folgenden
nicht jeweils mit aufgezählt.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Einheiten zusammen
mit dem Rahmen nach dem Umspritzen mit dem ersten Überzug und insbesondere
vor dem Trennen gelagert werden, und/oder die einzelnen Einheiten
nach dem Trennen und vor dem Umspritzen mit dem zweiten Überzug gelagert
werden. Es ist also vorgesehen, dass die einzelnen Einheiten vor
oder nach dem Verfahrensschritt ”Trennen der Einheiten aus
dem Rahmen nach dem Umspritzen mit dem ersten Überzug” gelagert werden. Das Umspritzen
der Einheiten mit dem zweiten Überzug
wird somit zeitlich entkoppelt von den restlichen Verfahrensschritten.
Dadurch ist es möglich,
sehr viele Einheiten inklusive erstem Überzug in großen Mengen
vorzuproduzieren und dann ”just
in time” durch
Umspritzen des zweiten Überzuges
fertig zu stellen. Zur leichteren Handhabung der relativ kleinen
einzelnen Einheiten ist es von Vorteil, diese gemeinsam mit dem
Rahmen zu lagern.
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Ferner
ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Einlegeteil einen elektrisch
leitenden Träger des
Mikrobauelements darstellt und das Mikrobauelement mit dem Einlegeteil
kontaktiert wird. Das Mikrobauelement wird also über einen elektrischen Kontakt
mit dem Einlegeteil verbunden. Dadurch erfüllt das Einlegeteil zwei Funktionen:
Erstens fixiert das Umspritzen des ersten Überzugs das Mikrobauelement
auf dem Einlegeteil, und zweitens stellt das Einlegeteil einen Leadframe
des Mikrobauelements dar. Das Kontaktieren erfolgt vorteilhafterweise
in einem Reflow-Prozess.
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Des
Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der erste Überzug das
komplette Mikrobauelement abdeckt. Der erste Überzug überdeckt somit vorteilhafterweise
das komplette Mikrobauelement sowie einen Teil des Einlegeteils,
wodurch das Mikrobauelement einerseits nach außen hin isoliert wird und andererseits
mit dem Einlegeteil fest verbunden wird. In besonders vorteilhafter
Ausbildung kapselt der erste Überzug
das Mikrobauelement ein und umschließt es somit vollständig.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Einlegeteil
zumindest einen Anschlussgin des elektronischen Bauteils umfasst.
So kann beispielsweise das Einlegeteil als metallisches Stanzteil ausgestaltet
sein, um einerseits das Mikrobauelement elektrisch leitend aufzunehmen
und andererseits zumindest einen Anschlussgin für das elektronische Bauteil
zu bilden.
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Ferner
ist es von Vorteil, dass der erste Überzug und der zweite Überzug zumindest
einen Teil dieses Anschlussgins freilassen. Dadurch kann das elektronische
Bauteil mittels des Anschlussgins über eine Steckverbindung an
z. B. ein Kabel angeschlossen werden.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweite Überzug ein
Befestigungsformelement, welches zum Befestigen des elektronischen
Bauteils ausgebildet ist, umfasst, und/oder ein Anschlusselement,
welches für
eine Steckverbindung ausgebildet ist, umfasst. Durch das erfindungsgemäße Entkoppeln
der Verfahrensschritte ”Umspritzen
des ersten Überzuges” und ”Umspritzen
des zweiten Überzuges” ist es
möglich,
die Form des zweiten Überzuges
kundenspezifisch zu gestalten. Dabei ist es insbesondere bei Verwendung
des elektronischen Bauteils in der Fahrzeugtechnik besonders vorteilhaft,
die äußere Form
des zweiten Überzuges
an kundenspezifische Anbindungsschnittstellen und Steckverbindungsformate
im Fahrzeug anzupassen. Hierzu ist vorteilhafterweise am zweiten Überzug direkt
ein Befestigungsformelement ausgebildet, welches als kundenspezifische
Schnittstelle zum Fahrzeug dient. Um eine Steckverbindung zu dem
Anschlussgin bzw. den mehreren Anschlussgins des elektronischen
Bauteils kundenspezifisch zu gestalten, wird am zweiten Überzug ein
Anschlussformelement, beispielsweise in Form einer Steckdose, ausgebildet.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des zweiten Überzuges
ist vorgesehen, dass mit dem zweiten Überzug zumindest ein eingelegtes
Funktionselement mit umspritzt wird. So kann vorteilhafterweise
das Befestigungsformelement eine eingelegte Anschraubbuchse aus
Metall umfassen.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
dass der erste Überzug mit
einem ersten Spritzgusswerkzeug und der zweite Überzug in einem zweiten Spritzgusswerkzeug
hergestellt werden. Dabei unterscheidet sich vorteilhafterweise
das erste von dem zweiten Spritzgusswerkzeug. Die Verwendung einfacher
Spritzgusswerkzeuge anstatt der Verwendung eines gemeinsamen Zweikomponentenwerkzeugs
ist wesentlich günstiger
und wartungsärmer.
Insbesondere bei Anpassung des zweiten Überzugs an verschiedene Kundenschnittstellen
bzw. Kundenwünsche
ist es von Vorteil, den zweiten Überzug
in einem separaten günstigen
Werkzeug zu fertigen. Zur weiteren Optimierung des Verfahrens können für den ersten
und den zweiten Überzug
eine verschiedene Anzahl von Spritzgusswerkzeugen und Spritzgussmaschinen vorgesehen
werden.
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In
bevorzugter Ausführungsform
sind die Einlegeteile und der Rahmen durch ein Stanzband gebildet.
Die Einlegeteile werden somit als vorgestanztes, vorteilhafterweise
galvanisiertes Band bereitgestellt. Daraufhin wird das Band mit
den Mikrobauelementen bestückt
und kontaktiert, beispielsweise durch den Reflow-Prozess. Das vorgestanzte
und bestückte
Band läuft
daraufhin vorteilhafterweise in ein erstes Spritzgießwerkzeug,
um den ersten Überzug
aufzubringen. Auf einem Band können
sich dabei mehrere tausend einzelne Einheiten befinden. Alternativ
zu dem langen Band ist es vorteilhafterweise auch möglich, das
Stanzband in kleinere Einheiten zu unterteilen. Diese Unterteilung des
Stanzbandes in kleinere Einheiten kann bereits vor dem Verfahrensschritt ”Bereitstellen
mehrerer Einlegeteile”,
oder vorteilhafterweise auch erst nach dem Umspritzen der Einheiten
mit dem ersten Überzug
und vor der Lagerhaltung erfolgen.
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Zur
vorteilhaften Lagerung der Einheiten, zusammen mit dem Rahmen nach
dem Umspritzen mit dem ersten Überzug,
kann das gesamte Stanzband aufgerollt werden.
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Vorteilhaft
zu wählende
Materialien sind Elastomer, insbesondere Silikon, für den ersten Überzug und/oder
Thermoplast für
den zweiten Überzug.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Mikrobauelement kann wiederum aus einzelnen Elementen bestehen und
beispielsweise einen Mikrochip und/oder ein mikroelektromechanisches
Bauelement umfassen.
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Die
Erfindung umfasst ferner ein elektronisches Bauteil für den Einsatz
in der Fahrzeugtechnik, insbesondere als Beschleunigungssensor eines
Airbags, gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 13, hergestellt nach dem soeben beschriebenen Verfahren, wobei
das Mikrobauelement vorteilhafterweise einen mikroelektromechanischen
Sensor umfasst. Die vorteilhaften Ausgestaltungen, beschrieben in
Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
finden selbstverständlich
auch entsprechende Anwendung bei dem erfindungsgemäßen elektronischen
Bauteil für
den Einsatz in der Fahrzeugtechnik.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail
beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1, 2 einen
Rahmen mit Einlegeteilen nach einem Ausführungsbeispiel,
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3, 4 bestückte Einheiten
im Rahmen gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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5, 6 mit
einem ersten Überzug
umspritzte Einheiten im Rahmen gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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7 eine
ausgelöste
Einheit mit erstem Überzug
gemäß dem Ausführungsbeispiel,
und
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8 das
fertige elektronische Bauteil inklusive zweitem Überzug nach dem Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsform der Erfindung
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Anhand
der 1 bis 8 wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung genauer erläutert.
Dabei zeigen die 1 bis 7 einzelne Verfahrensschritte
zur Herstellung eines elektronischen Bauteils 1, wohingegen
die 8 das fertige elektronische Bauteil 1 zeigt.
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1 zeigt
in Draufsicht ein Stanzband 36, bestehend aus einem Rahmen 3 und
diversen Einlegeteilen 2. Dargestellt ist lediglich ein
kleiner Ausschnitt des gesamten Stanzbandes 36 mit fünf Einlegeteilen.
Wie sich beispielsweise anhand von 3 zeigen
wird, bilden diese fünf
Einlegeteile 2 die Basis für eine erste Einheit 19,
eine zweite Einheit 20, eine dritte Einheit 21,
eine vierte Einheit 22 und eine fünfte Einheit 23. Im
Folgenden wird jedoch das Verfahren sowie das elektronische Bauteil 1 anhand
der ersten Einheit 19 bzw. dem linken Einlegeteil 2 genauer
erläutert.
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Der
Rahmen 3 als Teil des gesamten Stanzbandes 36 umfasst
einen ersten Längsstreifen 5,
einen zweiten Längsstreifen 6,
jeweils eine Querstütze 7 zwischen
den einzelnen Einlegeteilen 2, Stanzlöcher 8 sowie Fortsätze 9.
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Der
erste Längsstreifen 5 und
der zweite Längsstreifen 6 verlaufen
parallel zueinander über die
gesamte Länge
des Stanzbandes 36. Zwischen dem ersten Längsstreifen 5 und
dem zweiten Längsstreifen 6 erstrecken
sich die Querstützen 7,
wobei jeweils zwischen zwei Querstützen 7 ein Einlegeteil 2 angeordnet
ist. Des Weiteren umfasst das Stanzband 36 pro Querstütze 7 zwei
Stanzlöcher 8,
wobei jeweils an einem Schnittpunkt der Querstützen 7 mit dem ersten
Längsstreifen 5 und
dem zweiten Längsstreifen 6 ein
Stanzloch 8 angeordnet ist. Diese Stanzlöcher 8 dienen
dazu, das Stanzband 36 in definierter Weise zu befördern. Der
Fortsatz 9 befindet sich jeweils zwischen einem Einlegeteil 2 und
dem ersten Längsstreifen 5 und
ist die einzige Verbindung zwischen Einlegeteil 2 und Rahmen 3.
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Das
Einlegeteil 2 besteht aus einem ersten Streifen 10 und
einem dazu parallelen zweiten Streifen 11 sowie einer Mikrobauelementaufnahme 12.
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Wie
sich anhand der 7 zeigen wird, haben der erste
Streifen 10 und der zweite Streifen 11 im fertigen
elektronischen Bauteil 1 keinen direkten elektronischen
Kontakt mehr zueinander. Vorerst sind der erste Streifen 10 sowie
der zweite Streifen 11 an einem Ende jedoch über den
Fortsatz 9 untereinander sowie mit dem ersten Längsstreifen 5 des Stanzbandes 36 verbunden.
Dadurch ergibt sich zwischen dem ersten Streifen 10 und
dem zweiten Streifen 11 ein langgezogener Freiraum 15.
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Die
Mikrobauelementaufnahme 12 umfasst eine erste Haltelasche 13 und
eine zweite Haltelasche 14. Dabei befindet sich die erste
Haltelasche 13 auf dem ersten Streifen 10 und
die zweite Haltelasche 14 auf dem zweiten Streifen 11.
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2 zeigt
das Stanzband gemäß 1 in der
eingezeichneten Schnittdarstellung X-X. Dabei ist gut zu sehen,
wie die zweite Haltelasche 14 ein kleiner Blechstreifen
des Stanzbandes 36 ist, welcher sich aus der Ebene des
restlichen Stanzbandes 36 erhebt, jedoch mit einem Ende
mit dem Einlegeteil 2 verbunden bleibt. Selbiges gilt selbstverständlich auch
für die
in 2 nicht dargestellte erste Haltelasche 13,
welche ebenfalls als Blechstreifen ausgebildet ist, sich vom ersten
Streifen 10 abhebt und lediglich mit einem Ende mit dem
ersten Streifen 10 verbunden ist.
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Die 3 und 4 zeigen
den nächsten Verfahrensschritt
zur Herstellung des elektronischen Bauteils 1, nämlich das
Bestücken
der Einlegeteile 2. 4 zeigt
den in 3 angezeigten Schnitt X-X. Jedes der Einlegeteile 2 wird
mit einem Mikrobauelement 4 bestückt, so dass einzelne Einheiten 19–23, bestehend
aus jeweils einem Einlegeteil 2 und einem Mikrobauelement 4,
entstehen. Dargestellt sind als Auszug aus dem gesamten Stanzband 36 lediglich die
fünf Einheiten 19–23.
Insbesondere anhand 4 erkennt man, dass das Mikrobauelement 4 unter
die erste Haltelasche 13 und die zweite Haltelasche 14 eingeschoben
wurde. Dadurch klemmt das Mikrobauelement 4 auf einer Seite
zwischen dem ersten Streifen 10 und der ersten Haltelasche 13 und auf
der anderen Seite zwischen dem zweiten Streifen 11 und
der zweiten Haltelasche 14. Gleichzeitig ist somit auch
das Mikrobauelement 4 auf einer Seite mit dem ersten Streifen 10 kontaktiert
und auf der anderen Seite mit dem zweiten Streifen 11 kontaktiert.
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Die 5 und 6 zeigen
das Stanzband 36 mit erster bis fünfter Einheit 19–23 nach
dem Umspritzen der Einheiten 19–23 mit je einem separaten ersten Überzug 16 über dem
Mikrobauelement 4. Die Einheiten 19–23 inklusive
ihrer separaten ersten Überzüge 16 befinden
sich dabei immer noch über die
jeweiligen Fortsätze 9 mit
dem Rahmen 3 verbunden.
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6 zeigt
wiederum den Schnitt X-X durch das Stanzband 36 gemäß 5.
Dabei ist gut zu sehen, wie der erste Überzug 1 das komplette
Mikrobauelement 4 sowie die Mikrobauelementaufnahme 12 des
Einlegeteils 2 umschließt, wodurch das Mikrobauelement 4 sowohl
nach außen
hin isoliert ist als auch auf dem Einlegeteil 2 fixiert
ist. Der erste Überzug 16 wurde
in einer Spritzgießmaschine
aufgetragen, wodurch der erste Anguss 17 und der zweite
Anguss 18 entstanden. Als Material für den ersten Überzug 16 wurde
Silikon verwendet.
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Dieses
vorgefertigte Stanzband 16 mit den diversen Einlegeteilen 2,
den Mikroelementen 4 und den einzelnen ersten Überzügen 16 kann
nun zur Lagerhaltung wieder aufgerollt werden. Je nach Bedarf können dann
eine unterschiedliche Anzahl an Einheiten 19–23 aus
dem Rahmen 3 gelöst
werden. Beispielhaft wird das weitere Verfahren anhand der ersten
Einheit 19 beschrieben.
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Die 7 zeigt
die Einheit 19 inklusive erstem Überzug 16, ausgelöst aus dem
Stanzband 36 bzw. aus dem Rahmen 3. Hierzu wurde
mit einem Stanzwerkzeug der Fortsatz 9 zwischen dem Einlegeteil 2 und
dem ersten Längsstreifen 5 des
Rahmens 3 entfernt, wodurch ein Stanzfreiraum 26 entstand.
Dabei wurde gleichzeitig mit dem Entfernen des Fortsatzes 9 der
erste Streifen 10 vom zweiten Streifen 11 getrennt.
Dadurch sind der erste Streifen 10 und der zweite Streifen 11 nicht
mehr direkt miteinander verbunden, sondern halten nur noch über die
Verbindung mit dem Mikrobauelement 4 bzw. dem ersten Überzug 16 zusammen.
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Dadurch,
dass der erste Streifen 10 vom zweiten Streifen 11 durch
den Stanzfreiraum 26 getrennt ist, umfasst der erste Streifen 10 nun
einen ersten Befestigungsfortsatz 24 auf der einen Seite der
Mikrobauelementaufnahme 12 und einen ersten Anschlussgin 27 auf
der anderen Seite der Mikrobauelementaufnahme 12. Selbiges
gilt für
den zweiten Streifen 11, welcher auf der einen Seite der
Mikrobauelementaufnahme 12 einen zweiten Befestigungsfortsatz 25 aufweist
und auf der anderen Seite der Mikrobauelementaufnahme 12 einen
zweiten Anschlussgin 28 ausbildet.
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In
einem nächsten
Verfahrensschritt wird die erste Einheit 19 gemäß 7 in
einem Spritzgießwerkzeug
mit einem zweiten Überzug 29 umspritzt. Dadurch
entsteht das fertige elektronische Bauteil 1, wie es in 8 dargestellt
ist.
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8 zeigt
das elektronische Bauteil 1, bestehend aus der ersten Einheit 19 inklusive
dem ersten Überzug 16,
umspritzt mit dem zweiten Überzug 29.
Der zweite Überzug 29 umfasst
ein Befestigungsformelement 31 und ein Anschlussformelement 33, ausgebildet
als Steckdose bzw. Steckeraufnahme. Bei dem Spritzgießvorgang
des zweiten Überzuges 29 entstand
ein dritter Anguss 30.
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Das
Befestigungsformelement 31 dient zur Anbindung des elektronischen
Bauteils 1 an beispielsweise ein Fahrzeug. Dazu wurde mit
dem zweiten Überzug 29 ein
eingelegtes Funktionselement 32, ausgebildet als Metallbuchse,
mit umspritzt.
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Das
Anschlussformelement 33 umhüllt im Wesentlichen den ersten
Anschlusspin 27 und den zweiten Anschlusspin 28,
wobei sich zumindest die Enden des ersten Anschlussgins 27 und
des zweiten Anschlussgins 28 in einem Hohlraum 34 des
Anschlussformelements 33 befinden und somit nicht direkt
von dem zweiten Überzug 29 umschlossen
sind. Zur sicheren Verbindung eines Steckers mit dem Anschlussformelement 33 weist
dieses an seiner Außenfläche Halterungen 35 auf.
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Des
Weiteren ist in 8 zu sehen, wie die Befestigungsfortsätze 24, 25 in
den zweiten Überzug 29 mit
eingegossen wurden und die Verbindung zwischen Einlegeteil 2 und
zweitem Überzug 24 zu
optimieren.
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Insbesondere
an der individuellen Ausgestaltung des zweiten Überzuges 29 mit dem
Befestigungsformelement 31 als Schnittstelle und dem Anschlussformelement 33 als
Steckdose erkennt man die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie des erfindungsgemäßen elektrischen
Bauteils. Nur durch die erfindungsgemäße Entkoppelung der ersten
Umspritzung von der zweiten Umspritzung ist es möglich, die zweite Umspritzung
bzw. das Spritzgusswerkzeug für
die zweite Umspritzung kundenindividuell auszugestalten. Dies ermöglicht beispielsweise
die kundenindividuelle Ausgestaltung eines Airbag-Sensors an die
gegebenen Schnittstellen eines Fahrzeugs. Die bestückten Einlegeteile 2 bleiben
solange wie möglich
innerhalb des Rahmens 3, wodurch die Handhabung der besonders
kleinen Teile verbessert wird. Durch die Lagerhaltung der Einheiten 19–23 inklusive
dem ersten Überzug 16,
insbesondere durch Aufrollen ganzer Einheiten 19–23 an
einem Stanzband 36, können große Mengen
vorgefertigt werden, welche dann beispielsweise ”just in time” aus dem
Rahmen 3 gelöst werden
und mit dem zweiten Überzug 2 gemäß einem
Kundenwunsch umspritzt werden.