DE4224122A1

DE4224122A1 - In einem Gehäuse eingegossene elektronische Schaltunng

Info

Publication number: DE4224122A1
Application number: DE19924224122
Authority: DE
Inventors: Ludwig Hahn
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: DE4224122C2

Description

Die Erfindung betrifft eine in einem Gehäuse eingegossene elektronische Schaltung, insbesondere einen Näherungsschalter, mit einer in einer Vergußmasse eingebetteten, mit elektronischen Bauelementen bestückten Leiterplatte.

Elektronische Schaltungen werden insbesondere zum Schutz vor Umgebungseinflüssen aber auch zur mechanischen Stabilisierung in Vergußmassen, im allgemeinen in Gießharzen, eingebettet. Die Lebensdauer und die Funktionssicherheit solcher vergossener elektronischer Schaltungen hängen, insbesondere wenn Wechseltemperaturen einwirken, von der Auswahl der verwendeten Bauteilmaterialien und ihrer geometrischen Anordnung ab. Speziell im Hinblick auf Wechseltemperaturen sollten die Bauteile möglichst gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Der Vergußmasse kommt hierbei als Bindeglied zwischen den verschiedenen, z. B. aus Metall oder Kunststoff oder Keramik bestehenden Bauteilen eine entscheidende Funktion zu. Durch einen Zusatz von geeigneten Füllstoffen kann im allgemeinen der thermische Ausdehnungskoeffizient der Vergußmasse denen der anderen Bauteile angenähert werden. Aber auch bei der Verwendung optimierter Vergußmassen ergeben sich noch erhebliche Probleme aufgrund der Schrumpfung, die die Vergußmasse beim Aushärten erfährt. Diese Schrumpfung führt zu erheblichen mechanischen Spannungen, durch die elektronische Bauteile zerstört oder ihre Anschlüsse gelockert oder sogar aus der Leiterplatte herausgerissen werden können. Solche gefährlichen mechanischen Spannungen können aber auch später noch bei stärkerem Temperaturwechsel auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Schaltung die von der Vergußmasse aufgrund von Schrumpfung oder Temperaturwechseln auf die Leiterplatte ausgeübten mechanischen Belastungen auf ein unkritisches Maß zu reduzieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen dem Gehäuse und der Leiterplatte ein die Leiterplatte umschließendes elastisches Pufferelement in der Vergußmasse angeordnet ist.

Ein solches elastisches Pufferelement fängt die im Vergußmassekörper auftretenden mechanischen Spannungen weitestgehend auf. Da die Fläche, mit der die Vergußmasse an der Gehäuseinnenwand haftet, in der Regel größer ist als die Oberfläche der bestückten Leiterplatte, sind die bei Schrumpfung oder Temperaturwechsel auftretenden mechanischen Spannungen zur Gehäusewand hingerichtet. Durch das Pufferelement wird die mechanische Spannung, die in dem zwischen Pufferelement und Gehäuse liegenden Teil des Vergußmassekörpers auftritt, abgefangen.

Vorzugsweise umschließt das Pufferelement mit Abstand die Leiterplatte und ist es allseitig in der Vergußmasse eingebettet. Auf die bestückte Leiterplatte wirken dann nur die mechanischen Spannungen ein, die in dem zwischen Pufferelement und bestückter Leiterplatte liegenden Teil des Vergußmassekörpers auftreten. Dieser innere Teil wird der Erfindung zufolge möglichst klein gehalten, aber noch so groß, daß die bestückte Leiterplatte vollständig in Gießharz eingebettet und damit gegenüber äußeren Einflüssen gekapselt ist. Ferner ist auch das Pufferelement gegenüber Umgebungseinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, geschützt. Letzteres ist insbesondere von Bedeutung bei elektronischen Näherungsschaltern, da in ein nicht-gekapseltes Pufferelement eindringende Feuchtigkeit sich auf das Schaltverhalten, insbesondere auf den Ansprechabstand, nachteilig auswirken kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Pufferelement aus einem eine Schaumstofflage aufweisenden Folienlaminat bestehen, was vorzugsweise aus einem geschlossenzelligen Polyurethan-Schaumstoff auf einer Polycarbonat-Folie aufgebaut ist. Die Polyurethan-Schaumstofflage kann hierbei eine Dicke von etwa 0,4 mm und die Polycarbonat-Folie eine Dicke von etwa 0,1 mm aufweisen. Die Polyurethan-Schaumstofflage, die den eigentlichen elastischen Puffer darstellt, und die Polycarbonat-Folie verbinden sich etwa gleich fest und derart stark mit der Vergußmasse, daß es weder bei auftretender Schrumpfungsspannung noch bei temperaturbedingter Spannung zu einer Ablösung des Folienlaminats von der angrenzenden Vergußmasse kommt.

Das Pufferelement wird als ein die bestückte Leiterplatte umschließender Mantel ausgeführt. Im Falle zylindrischer Gehäuse kann das Pufferelement dabei die Form einer mit einem Längsschlitz versehenen Hülse oder die Form einer geschlossenen Hülse, deren Mantel mit stirnseitigen Randausnehmungen und/oder Durchbrüchen versehen ist, aufweisen. Bei Verwendung solcher Pufferelemente kann der Verguß in einem Arbeitsgang erfolgen.

Das Folienlaminat kann mit seiner Schaumstofflage dem äußeren Gehäuse zugewandt sein, jedoch wird der Erfindung zufolge bevorzugt die Polycarbonat-Folie dem Gehäuse zugewandt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Pufferelement aus einem durch Erwärmung geschrumpften Schrumpfschlauch aus Polycarbonat-Folie mit lose eingelegter, geschlossenzelliger Polyurethan-Schaumstofflage bestehen. Eine solche Schaltung kann dadurch hergestellt werden, daß zunächst die Leiterplatte mit einer auf tixotropes Fließverhalten eingestellten Vergußmasse beschichtet wird, daß nachfolgend die beschichtete Leiterplatte mit dem Schrumpfschlauch samt eingelegter Schaumstofflage umhüllt wird und daß anschließend durch Erwärmen die Vergußmasse ausgehärtet und dabei gleichzeitig der Schrumpfschlauch soweit geschrumpft wird, daß die Schaumstofflage die beschichtete Leiterplatte homogen und formschlüssig umgibt, wonach der Raum zwischen Gehäuse und geschrumpftem Schrumpfschlauch mit Vergußmasse ausgegossen wird. Dieses Verfahren bietet sich insbesondere bei Schaltungen an, die mit sehr unterschiedlich großen Bauteilen bestückt sind. Die Schaumstofflage kann diese Größenunterschiede sehr gut ausgleichen, ohne daß die Leiterplatte mit einer übermäßig dicken Vergußmasse beschichtet werden muß, in der beim Aushärten wieder unverhältnismäßig hohe Spannungen auftreten würden. Durch den auf die Schaumstofflage aufgeschrumpften Schrumpfschlauch wird die Schaumstofflage etwas komprimiert und insbesondere homogen und formschlüssig an die Leiterplatte angedrückt, wobei sie sich auch an unterschiedlich große Bauteile gut anschmiegt.

Alternativ kann der Erfindung zufolge vorgesehen werden, daß das Pufferelement aus einem die Leiterplatte unmittelbar umhüllenden weichen Schaumverguß aus Polyurethan oder Epoxid-Harz besteht. Zur Herstellung dieses Pufferelementes bieten sich zwei Verfahren an. Ein erstes Verfahren besteht darin, daß die Leiterplatte mit flüssigem Polyurethan- oder Epoxid-Harz-Material frei benetzt beschichtet wird, das beim Aushärten als weicher Schaum reagiert. Eine solche Beschichtung, z. B. durch Eintauchen der Leiterplatte, bietet sich insbesondere für Leiterplatten mit relativ flachen Bauteilen an. Dies kann z. B. eine mit SMD-Bauteilen bestückte Leiterplatte sein. Die freie Benetzung der Leiterplatte ermöglicht es, die aufgetragenen Schichtdicken sehr gering zu halten und damit beim Aushärten auftretende Spannungen genauestens zu kontrollieren. Von Vorteil ist weiterhin, daß die im Schaum eingebundenen Gasblasen bei auftretenden Spannungen komprimiert werden können und so zu einem Spannungsabbau führen.

Ein weiteres Herstellverfahren besteht darin, daß die Leiterplatte mit flüssigem Polyurethan oder Epoxid-Harz innerhalb einer Form maßgenau umhüllt wird, wobei ein beim nachträglichen Aushärten als weicher Schaum reagierendes Polyurethan- oder Epoxid-Harz-Material verwendet wird.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:

Fig. 1 eine in einem zylindrischen Gehäuse untergebrachte elektronische Schaltung, im Querschnitt gesehen,

Fig. 2 die elektronische Schaltung nach Fig. 1, in einem axialen Schnitt gesehen,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines bei der elektronischen Schaltung nach der Fig. 1 und 2 vorgesehenen Pufferelementes,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Wand des Pufferelementes nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines Pufferelementes in perspektivischer Ansicht.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine elektronische Schaltung, die eine mit Bauelementen 1 bestückte Leiterplatte 2 aufweist, welche innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 3 angeordnet und in einer Vergußmasse 4 eingebettet ist. Zwischen dem Gehäuse 3 und der Leiterplatte 2 ist ein die Leiterplatte mit Abstand umschließendes elastisches Pufferelement 5 in der Vergußmasse 4 angeordnet, welches, vgl. Fig. 2, ebenso wie die Leiterplatte 2 vollständig in Vergußmasse 4 eingebettet und damit vollständig gekapselt ist.

Das Pufferelement 5 ist als Folienlaminat ausgebildet, welches aus einer geschlossenzelligen Polyurethan-Schaumstofflage 6 auf einer Polycarbonat-Folie 7 besteht. Die Schichtdicke S der Polyurethan-Schaumstofflage 6 beträgt etwa 0,4 mm, und die Dicke s der Polycarbonat-Folie 7 beträgt etwa 0,1 mm. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 besteht das Pufferelement 5 aus einem rechteckigen Folienlaminatzuschnitt, der in die Form einer mit einem Längsschlitz 8 versehenen Hülse gerollt ist. Die Polycarbonat-Folie 7 ist dem Gehäuse 3 zugewandt.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform besteht das Pufferelement 9 wiederum aus einem rechteckigen Folienlaminatzuschnitt, der hier allerdings mit Randausnehmungen 10 und Durchbrüchen 11 versehen ist. Der Zuschnitt ist hier zu einer geschlossenen Hülse gerollt. Die Randausnehmungen 10 und die Durchbrüche 11 sind so klein bemessen, daß die Vergußmasse beim Gießen durchtreten kann, daß aber andererseits die sich dort ausbildenden Vergußmassenbrücken nur in minimalem Umfang mechanische Spannungen zwischen dem an dem Gehäuse 3 und dem an der Leiterplatte 2 anhaftenden Teil des Vergußmassekörpers übertragen können.

Bezugszeichenliste

1 Bauelement
2 Leiterplatte
3 Gehäuse
4 Vergußmasse
5 Pufferelement
6 Polyurethan-Schaumstofflage
7 Polycarbonat-Folie
8 Längsschlitz
9 Pufferelement
10 Randausnehmung
11 Durchbruch
S Dicke
s Dicke

Claims

1. In einem Gehäuse (3) eingegossene elektronische Schaltung, insbesondere Näherungsschalter, mit einer in einer Vergußmasse (4) eingebetteten, mit elektronischen Bauelementen (1) bestückten Leiterplatte (2), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (3) und der Leiterplatte (2) ein die Leiterplatte umschließendes elastisches Pufferelement (5) in der Vergußmasse (4) angeordnet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pufferelement (5) mit Abstand die Leiterplatte (2) umschließt und allseitig in der Vergußmasse (4) eingebettet ist.

3. Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pufferelement (5) aus einem eine Schaumstofflage (6) aufweisenden Folienlaminat besteht.

4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienlaminat aus einer geschlossenzelligen Polyurethan-Schaumstofflage (6) auf einer Polycarbonat-Folie (7) besteht.

5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethan-Schaumstofflage (6) eine Dicke (S) von etwa 0,4 mm und die Polycarbonat-Folie (7) eine Dicke (s) von etwa 0,1 mm aufweisen.

6. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pufferelement (5) die Form einer mit einem Längsschlitz (8) versehenen Hülse besitzt.

7. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pufferelement (9) die Form einer geschlossenen Hülse aufweist, deren Mantel mit stirnseitigen Randausnehmungen (10) und/oder Durchbrüchen (11) versehen ist.

8. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polycarbonat-Folie (7) dem Gehäuse (3) zugewandt ist.

9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pufferelement aus einem durch Erwärmung geschrumpften Schrumpfschlauch aus Polycarbonat-Folie mit loser eingelegter, geschlossenzelliger Polyurethan-Schaumstofflage besteht.

10. Verfahren zur Herstellung einer Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst die Leiterplatte mit einer auf tixotropes Fließverhalten eingestellten Vergußmasse beschichtet wird, daß nachfolgend die beschichtete Leiterplatte mit dem Schrumpfschlauch samt eingelegter Schaumstofflage umhüllt wird und
daß anschließend durch Erwärmung die Vergußmasse ausgehärtet und dabei gleichzeitig der Schrumpfschlauch soweit geschrumpft wird, daß die Schaumstofflage die beschichtete Leiterplatte homogen und formschlüssig umgibt, wonach der Raum zwischen Gehäuse und geschrumpftem Schrumpfschlauch mit Vergußmasse ausgegossen wird.

11. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pufferelement aus einem die Leiterplatte unmittelbar umhüllenden weichen Schaumverguß aus Polyurethan oder Epoxid-Harz besteht.

12. Verfahren zur Herstellung einer Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit flüssigem Polyurethan oder Epoxid-Harz frei benetzt beschichtet wird, wobei ein beim nachfolgenden Aushärten als weicher Schaum reagierendes Polyurethan- oder Epoxid-Harz-Material verwendet ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit flüssigem Polyurethan oder Epoxid-Harz innerhalb einer Form maßgenau umhüllt wird, wobei ein beim Aushärten als weicher Schaum reagierendes Polyurethan- oder Epoxid-Harz-Material verwendet wird.