DE4224122A1 - In einem Gehäuse eingegossene elektronische Schaltunng - Google Patents
In einem Gehäuse eingegossene elektronische SchaltunngInfo
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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
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 (13)
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924224122 DE4224122C2 (de) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | In einem Gehäuse eingegossene elektronische Schaltunng |
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