WO2010066410A1 - Verfahren und werkzeug zur herstellung eines elektronischen bauteils mit einem kunststoffumspritzen träger - Google Patents

Verfahren und werkzeug zur herstellung eines elektronischen bauteils mit einem kunststoffumspritzen träger Download PDF

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WO2010066410A1
WO2010066410A1 PCT/EP2009/008787 EP2009008787W WO2010066410A1 WO 2010066410 A1 WO2010066410 A1 WO 2010066410A1 EP 2009008787 W EP2009008787 W EP 2009008787W WO 2010066410 A1 WO2010066410 A1 WO 2010066410A1
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WO
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tool
receptacle
carrier
fixing elements
fixing
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PCT/EP2009/008787
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Georg Mascha
Steffen Irtenkauf
Achim Haertel
Juergen Berger
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Trw Automotive Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14065—Positioning or centering articles in the mould
    • B29C45/14073—Positioning or centering articles in the mould using means being retractable during injection
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C45/14065—Positioning or centering articles in the mould
    • B29C45/14073—Positioning or centering articles in the mould using means being retractable during injection
    • B29C2045/1409—Positioning or centering articles in the mould using means being retractable during injection using control means for retraction of the centering means

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electronic component with a plastic-coated carrier.
  • the object of the invention is to simplify the production of a component with a plastic-coated carrier.
  • a carrier is inserted into a receptacle of a tool. Fixing elements provided in the tool are moved to a predetermined position, so that the carrier is in contact with the fixing elements.
  • the tool is closed. Liquid plastic is injected at a first predetermined pressure Tool introduced. At a predetermined degree of filling of the recording, the fixing elements are withdrawn. The space released by the fixing elements in the receptacle is filled with liquid plastic.
  • the carrier is surrounded in this process directly and completely by liquid plastic and also fixed by this plastic compound. A separate housing is no longer required.
  • the carrier Before filling the tool with liquid plastic, the carrier is held by the fixing in the receptacle so that it can be surrounded on all sides by liquid plastic, of course, except for the space occupied by the fixing.
  • the carrier does not touch the inner wall of the recording. It is irrelevant at what time before filling the fixing are driven into the receptacle.
  • the fixing elements are moved to their predetermined position and then the carrier is placed in the receptacle so that it is in its final position before the tool is closed.
  • fixing elements are provided in a multi-part tool in several tool parts, which are each movable.
  • a second predetermined pressure which is lower than the first one, is preferably used.
  • the filling of the receptacle advantageously takes place up to the predetermined degree of filling with normal injection pressure, while the conventional holding pressure phase is utilized in order to fill the space released by the fixing elements.
  • the retraction of the fixing is therefore preferably at the beginning or during the holding pressure phase. At this time, sufficient plasticization has already occurred to hold the carrier without its fixing elements at its predetermined carrier position in the receptacle.
  • the degree of filling of the recording, in which the fixing elements are withdrawn, for example, is about 95%.
  • the fixing elements can advantageously be moved hydraulically, as is also known from conventional slides or core pullers in injection molding tools. Another drive for the movement of the fixing is of course also conceivable.
  • the space released by the fixing elements is filled so that the component, when leaving the tool, has no opening extending from the outside to the support.
  • the plastic casing produced during encapsulation thus surrounds the carrier part completely in the area where the fixing elements had reached the carrier in order to fix it.
  • the carrier Before closing the tool, the carrier can be provided with contact pins. It is also possible to insert the contact pins separately in the tool and to connect before or during the injection molding process by pressure with the wearer.
  • one or more slides and / or core pullers may be inserted into the tool to define a plug receptacle. In this way it is possible to create an arbitrarily coded plug receptacle at the same time during the wrapping of the carrier.
  • the contact pins in the finished component preferably protrude into the plug receptacle and permit electrical contacting of the carrier or the electronic components arranged on it.
  • the component is, for example, a sensor, such as an acceleration sensor or crash sensor, as may be provided in a vehicle.
  • a sensor such as an acceleration sensor or crash sensor
  • the procedure is also suitable for any other carrier with electronic components arranged thereon.
  • the electronic components may preferably comprise one or more A-SICs, as well as various other components, including sensor elements.
  • the invention also relates to a tool for producing an electronic component with a plastic-coated carrier, with two tool parts, in which a receptacle for the carrier is formed in the assembled state, and at least one movably arranged fixing element, which in a fixing position up to a carrier position in the Inner of the receptacle protrudes, and is arranged in a retracted position so that there is a distance between the fixing element and the carrier position.
  • carrier position here is to be understood as meaning the position and the space occupied by a carrier inserted into the receptacle, wherein, as in the previously described method, the carrier is already equipped with all the electronic components required for the component.
  • a carrier in such a tool, can be overmolded with plastic in such a way that it is completely sealed off from the environment to the outside.
  • the fixing element is designed in the form of a pin.
  • other forms of fixation elements can also be used.
  • At least one fixing element is arranged in each tool part in order to be able to achieve a more accurate positioning and fixing of the support.
  • the fixing elements lie opposite one another in the respective tool parts, so that a particularly uniform loading of the carrier takes place during its fixing.
  • each tool part a plurality of fixing elements may be provided.
  • a structure is preferably formed, which can engage in a complementary structure on the carrier in order to securely fix the carrier during the injection phase.
  • the tool is preferably designed so that the receptacle between the carrier and an inner wall of the receptacle can be completely filled with liquid plastic when the fixing element is in the retracted position.
  • FIG. 1 is a schematic partially sectioned view of a tool according to the invention for carrying out the method according to the invention, wherein in Figure 1, a first tool part and in Figure 2, a second tool part of the tool is shown;
  • FIG. 4 shows a component which can be produced in a tool according to the invention according to a method of the invention.
  • FIGS. 1 to 3 show a tool for producing an electronic component with a plastic-encased carrier, wherein FIG. 1 shows a first, here upper tool part 10 and in FIG. 2 a second, here lower tool part 12.
  • FIG. 4 shows an example of a component 100 with a plastic-encapsulated component
  • the component 100 is a sensor with a plastic sheath 102 and a carrier 104 embedded in the plastic sheath 102.
  • the carrier 104 comprises in this case a punched grid and one or more ASIC chips mounted thereon and other electronic components and sensor components, such as resistors. All necessary electronic see components are arranged directly on the stamped grid or directly connected to this (not shown here).
  • Two contact pins 106 are fixedly connected to the carrier 104 and are from this. They provide the electrical contact for the components on the support 104.
  • the plastic covering 102 simultaneously forms the outer surface of the component.
  • the plastic sheath 102 also encloses a connector receptacle 108 into which the contact pins 106 protrude. Between the plug receptacle 108 and the region in which the support 104 is arranged, the plastic covering 102 is formed such that it tightly encloses the contact pins 106.
  • the plug receptacle 108 has a predetermined coding to ensure that only the correct, associated plug and this can only be inserted in the correct position.
  • the carrier 104 is enveloped on all sides by the plastic material of the plastic sheath 102 and sealed off from the environment.
  • a fastening nut 110 is provided, which is provided on the plug receptacle 108 opposite axial end of the sensor.
  • the fastening nut 110 is embedded in the plastic sheath 102.
  • the tool has two tool parts 10, 12, which can be assembled and separated from each other and forms an injection mold, which can be used for a conventional plastic injection molding process.
  • the tool parts 10 and 12 form in the assembled state
  • a carrier 104 is inserted in the open state of the tool, in this case in the lower tool part 12th
  • the carrier 104 in this example is a printed circuit board equipped with electronic components.
  • 100 a punched grid equipped with ASICs, for example, or another suitable carrier with suitable electronic components can be used.
  • the carrier has for example a dimension of about 25 x 22 mm.
  • the carrier 104 is held at a distance from the inner walls 16 of the receptacle 14 in the receptacle 14, namely, by a plurality of fixing elements 18, here in pin form, are provided in two tool parts 10, 12, which initially protrude into the receptacle 14.
  • Each of the fixing elements 18 has an end 20 which engages in a complementary structure 22 on the carrier 104.
  • the end 20 is formed by a, with a shoulder offset from the rest of the fixing element 18, tapered tip, while the structure 22 is realized by a through opening in the carrier 104.
  • the tip has a smaller diameter than the opening, while the fixing element 18 at the shoulder has a larger diameter than the opening.
  • the carrier 104 rests on the shoulder of the fixing element 18 of the lower tool part 10 and is determined and fixed in its vertical position, while it is determined and fixed in its horizontal position by the ends 20 of the respective fixing element 18.
  • the fixing elements 18 are arranged to be movable and are moved linearly by means of a hydraulic system (not shown). In a first, advanced position, the ends 20 protrude a bit into the receptacle 14. In a second, retracted position, the fixing elements 18 are retracted so far that their ends 20 terminate at least substantially flush with the inner wall 16 of the receptacle 14.
  • the fixing elements 18 of the lower tool part 12 are moved into the receptacle 14 before the insertion of the carrier 104 and the carrier 104 is then placed on the fixing elements 18 such that the ends 20 engage in the structures 22. In this way, a predetermined carrier position of the carrier 104 is fixed.
  • the fixing elements 18 at this time form the only contact points of the carrier 104, so that the carrier 104 has no contact with the inner walls 16 of the receptacle 14.
  • the carrier 104 two electrical contact pins 106 are attached in this example, before the carrier 104 is inserted into the receptacle 14.
  • the connection between the carrier 104 and the contact pins 106 could also occur shortly before the injection molding, for example during insertion into the receptacle 14 or only during the injection molding process.
  • the contact pins 106 protrude into a region of the tool that later defines a connector receptacle 108.
  • a slider 24 is provided, which is pushed in a known manner on the contact pins 106 to keep the space for the connector receptacle 108 free.
  • the slider 24 is designed such that it predetermines a predetermined connector coding in order to prevent reverse polarity of a connector which is intended to contact the contact pins 106.
  • the fastening nut 110 is also inserted at a designated location, so that it is also simultaneously embedded in the plastic sheath 102 during the injection molding process.
  • the fixing elements 18 in the upper tool part 10 are either already extended to their first, advanced position or are extended after placing the tool part 10 so that they also come into contact with the carrier 104. In the embodiment shown here, the fixing elements 18 are in the upper
  • Tool part 10 identical to those formed in the lower tool part 12.
  • liquid plastic is injected at a predetermined first pressure in the tool.
  • the injection takes place here with the usual injection pressure, which builds up a conventional injection molding machine.
  • a large part of the intended plastic material is introduced into the receptacle 14.
  • Injection phase and the holding pressure phase is initiated, as is known from conventional plastic injection molding processes.
  • This is the pressure on a is reduced to a predetermined second value, which in this example corresponds to the conventionally used value for the reprint.
  • this second pressure during the emphasis phase is still high enough to squeeze more material into the receptacle 14.
  • the fixing elements 18 are retracted to their second position so that they lose their contact with the carrier 104 and a gap between the carrier 104 and the wall of the receptacle 14 or The ends 20 of the fixing elements 18 is free.
  • the plastic mass in the receptacle 14, which surrounds the carrier 104, is already solidified at this time to the extent that the position of the carrier 104 is no longer changed when the fixing elements 18 are retracted. However, part of the mass is still flowable enough so that the volumes released by the fixing elements 18 fill up substantially or completely with liquid plastic.
  • a plastic sheath 102 is formed, which completely surrounds the carrier 104 on all sides. In particular, no openings remain which extend from the outer surface of the plastic envelope 102 inwardly to the carrier 104. Also in the areas where originally the fixing elements 18 have attacked the carrier 104, the plastic sheath 102 is completely closed after completion of the process.
  • the slide 24 is retracted after connection to the required cooling time when the tool is opened, and then the finished component is removed. In only a single step, both the complete embedding of the carrier 104 in the plastic sheath 102, which completely surrounds the carrier 104, as well as the formation of the plug receptacle 108.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem kunststoffumspritzten Träger weist die folgenden Schritten auf. Ein Träger (104) wird in eine Aufnahme (14) eines Werkzeugs eingelegt, im Werkzeug vorgesehene Fixierelemente (18) werden in eine vorbestimmte Position verfahren, so dass der Träger (104) in Kontakt mit den Fixierelementen (18) ist, das Werkzeug wird geschlossen, flüssiger Kunststoff wird mit einem ersten vorbestimmten Druck in das Werkzeug eingebracht, bei einem vorbestimmten Füllgrad der Aufnahme (14) werden die Fixierelemente (18) zurückgezogen und der von den Fixierelementen (18) freigegebene Raum in der Aufnahme (14) wird mit flüssigem Kunststoff befüllt.

Description

Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit einem kunststoffumspritzten Träger
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bau- teils mit einem kunststoffumspritzten Träger.
Viele elektronische Geräte enthalten Bauteile mit einem Träger, beispielsweise einem Stanzgitter oder einer Platine, der mit diversen elektronischen Bauelementen bestückt ist. Um diese Bauelemente vor Umwelteinflüssen zu schützen, können die Träger komplett in Kunststoffgehäusen eingeschlossen werden. Hierbei kom- men zurzeit verschiedene Techniken zum Einsatz.
Es ist beispielsweise bekannt, den Träger, bestückt mit sämtlichen elektronischen Bauelementen, in ein vorgefertigtes Gehäuse einzubringen und im Gehäuse mit einem bei niedriger Temperatur schmelzenden Kunstharz zu vergießen. Es ist auch bekannt, einen Träger in ein Gehäuse einzuschweißen. Diese Arten der Her- Stellung sind jedoch aufwendig, da sie viele Herstellungsschritte und insbesondere die Verwendung eines separaten Gehäuses erforderlich machen. Es wurde auch vorgeschlagen, den Träger direkt mit einem Kunststoffmaterial zu umspritzen, wobei sich aber das Problem des vollständigen Einschließens des Trägers stellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines Bauteils mit einem kunst- stoffumspritzten Träger zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren mit den folgenden Schritten vorgesehen. Ein Träger wird in eine Aufnahme eines Werkzeugs eingelegt. Im Werkzeug vorgesehene Fixierelemente werden in eine vorbestimmte Position verfahren, so dass der Träger in Kontakt mit den Fixierelementen ist. Das Werkzeug wird ge- schlössen. Flüssiger Kunststoff wird mit einem ersten vorbestimmten Druck in das Werkzeug eingebracht. Bei einem vorbestimmten Füllgrad der Aufnahme werden die Fixierelemente zurückgezogen. Der von den Fixierelementen freigegebene Raum in der Aufnahme wird mit flüssigem Kunststoff gefüllt. Der Träger wird in diesem Verfahren direkt und vollständig von flüssigem Kunststoff umgeben und auch durch diese Kunststoffmasse fixiert. Ein separates Gehäuse ist nicht mehr erforderlich.
Unter einem Träger werden hier sowohl Stanzgitter als auch Platinen verstanden, jeweils bereits mit sämtlichen vorgesehenen elektronischen Bauelementen bestückt. Vor dem Befüllen des Werkzeugs mit flüssigem Kunststoff ist der Träger durch die Fixierelemente so in der Aufnahme gehalten, dass er allseits von flüssigem Kunststoff umgeben werden kann, natürlich mit Ausnahme des Raums, den die Fixierelemente einnehmen. Der Träger berührt dabei die Innenwand der Aufnahme nicht. Es ist unerheblich, zu welchem Zeitpunkt vor dem Befüllen die Fixierelemente in die Aufnahme hineingefahren werden. Vorzugsweise werden zunächst die Fixierelemente in ihre vorbestimmte Position verfahren und dann der Träger so in die Aufnahme gelegt, dass er in seiner endgültigen Position liegt, bevor das Werkzeug verschlossen wird. Eine andere Vorgehensweise ist jedoch auch denkbar, insbe- sondere wenn in einem mehrteiligen Werkzeug in mehreren Werkzeugteilen Fixierelemente vorgesehen sind, die jeweils verfahrbar sind.
Die bereits beginnende Plastifizierung des eingespritzten Kunststoffes hat sich als ausreichend erwiesen, um den Träger in seiner vorbestimmten Position zu halten, wenn beim vorbestimmten Füllgrad der Aufnahme die Fixierelemente zurück- gezogen werden. Dies erlaubt es, den Träger vollständig mit Kunststoff zu umsprit- zen.
Zum Befüllen des von den Fixierelementen freigegebenen Raums in der Aufnahme wird vorzugsweise ein zweiter vorbestimmter Druck eingesetzt, der niedriger ist als der erste. Vorteilhaft erfolgt das Befüllen der Aufnahme bis zum vorbe- stimmten Füllgrad mit normalem Einspritzdruck, während die herkömmliche Nachdruckphase ausgenutzt wird, um den von den Fixierelementen freigegebenen Raum zu befüllen. Das Zurückziehen der Fixierelemente erfolgt daher bevorzugt zu Beginn oder während der Nachdruckphase. Zu diesem Zeitpunkt ist bereits eine genügende Plastifizierung eingetreten, um den Träger auch ohne die Fixierelemente an seiner vorbestimmten Trägerposition in der Aufnahme zu halten. Der Füllgrad der Aufnahme, bei dem die Fixierelemente zurückgezogen werden, liegt beispielsweise bei ca. 95 %.
Die Fixierelemente können vorteilhaft hydraulisch bewegt werden, wie dies auch von herkömmlichen Schiebern oder Kernzügen in Spritzgusswerkzeugen bekannt ist. Ein anderer Antrieb für die Bewegung der Fixierelemente ist selbstver- ständlich auch denkbar.
Vorzugsweise wird der von den Fixierelementen freigegebene Raum so befüllt, dass das Bauteil, wenn es das Werkzeug verlässt, keine Öffnung aufweist, die von der Außenseite bis zum Träger reicht. Die beim Umspritzen erzeugte Kunststoffumhüllung umgibt also das Trägerteil auch im Bereich der Stellen, an denen die Fixierelemente bis zum Träger gereicht hatten, um diesen zu fixieren, vollständig.
Insbesondere bleiben keine Öffnungen bestehen, die nachträglich in einem weiteren Verfahrensschritt geschlossen werden müssen. Auf diese Weise lässt sich der Träger dicht in Kunststoff einschließen, so dass er vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Vor dem Schließen des Werkzeugs kann der Träger mit Kontaktpins versehen werden. Es ist auch möglich, die Kontaktpins separat in das Werkzeug einzulegen und erst vor oder während des Spritzgussprozesses durch Druckeinwirkung mit dem Träger zu verbinden.
Vor dem Schließen des Werkzeugs können ein oder mehrere Schieber und/oder Kernzüge in das Werkzeug eingebracht werden, um eine Steckeraufnahme zu definieren. Auf diese Weise lässt sich während des Umhüllens des Trägers gleichzeitig eine beliebig codierte Steckeraufnahme schaffen.
Vorzugsweise ragen die Kontaktpins im fertigen Bauteil in die Steckeraufnahme und erlauben eine elektrische Kontaktierung des Trägers bzw. der auf ihm ange- ordneten elektronischen Bauelemente.
Das Bauteil ist beispielsweise ein Sensor, etwa ein Beschleunigungssensor o- der Crash-Sensor, wie er in einem Fahrzeug vorgesehen sein kann. Das Verfahren eignet sich jedoch auch für beliebige andere Träger mit darauf angeordneten elektronischen Bauelementen.
Die elektronischen Bauelemente können vorzugsweise einen oder mehrere A- SICs umfassen, sowie diverse andere Bauteile, darunter auch Sensorelemente. Die Erfindung betrifft außerdem ein Werkzeug zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit einem kunststoffumspritzten Träger, mit zwei Werkzeugteilen, in denen im zusammengesetzten Zustand eine Aufnahme für den Träger ausgebildet ist, und wenigstens einem beweglich angeordneten Fixierelement, das in einer Fixierposition bis zu einer Trägerposition in das Innere der Aufnahme hineinragt, und in einer zurückgezogenen Position so angeordnet ist, dass ein Abstand zwischen dem Fixierelement und der Trägerposition besteht.
Unter der „Trägerposition" ist hier die Lage und der Raum zu verstehen, den ein in die Aufnahme eingelegter Träger einnimmt, wobei wie im vorher beschriebenen Verfahren der Träger bereits mit sämtlichen für das Bauteil erforderlichen elektro- nischen Bauelementen bestückt ist.
In einem derartigen Werkzeug lässt sich ein Träger so mit Kunststoff umsprit- zen, dass er nach außen vollständig dicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Vorzugsweise ist das Fixierelement in Form eines Stiftes ausgebildet. Andere Formen von Fixierelementen lassen sich jedoch auch verwenden.
Es ist vorteilhaft, wenn in jedem Werkzeugteil wenigstens ein Fixierelement angeordnet ist, um eine genauere Positionierung und Fixierung des Trägers erreichen zu können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen sich die Fixierelemen- te in den jeweiligen Werkzeugteilen gegenüber, sodass eine besonders gleichmäßige Belastung des Trägers bei dessen Fixierung erfolgt.
In jedem Werkzeugteil können mehrere Fixierelemente vorgesehen sein. Beispielsweise ist es möglich, in jedem der Werkzeugteile drei Fixierelemente vorzusehen, die dann vorzugsweise jeweils den drei Fixierelementen des anderen Werkzeugteils gegenüberliegen. Am vorderen Ende des Fixierelements ist vorzugsweise eine Struktur ausgebildet, die in eine komplementäre Struktur am Träger eingreifen kann, um den Träger während der Einspritzphase sicher zu fixieren.
Das Werkzeug ist bevorzugt so ausgebildet, dass die Aufnahme zwischen dem Träger und einer Innenwand der Aufnahme vollständig mit flüssigem Kunststoff ausgefüllt werden kann, wenn das Fixierelement in der zurückgezogenen Position ist. Dies bedeutet, dass das Fixierelement vorzugsweise so weit zurückgezogen werden kann, dass es im Wesentlichen flach in die umgebende Innenwand der
Aufnahme übergeht. Auf diese Weise ist keine Nachbearbeitung des fertigen Bau- teils erforderlich.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figuren 1 und 2 eine schematische teilgeschnittene Ansicht eines erfindungs- gemäßen Werkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in Figur 1 ein erstes Werkzeugteil und in Figur 2 ein zweites Werkzeugteil des Werkzeugs dargestellt ist;
- Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2; und
- Figur 4 ein Bauteil, das in einem erfindungsgemäßen Werkzeug gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.
In den Figuren 1 bis 3 ist ein Werkzeug zum Herstellen eines elektronischen Bauteils mit einem kunststoffumspritzten Träger gezeigt, wobei in Figur 1 ein erstes, hier oberes Werkzeugteil 10 und in Figur 2 ein zweites, hier unteres Werkzeugteil 12 dargestellt ist. Figur 4 zeigt ein Beispiel für ein Bauteil 100 mit einem kunststoffumspritzten
Träger, wie es im gezeigten Werkzeug mit dem unten beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann, in diesem Fall handelt es sich bei dem Bauteil 100 um einen Sensor mit einer Kunststoffumhüllung 102 und einem in die Kunststoffumhüllung 102 eingebetteten Träger 104. Der Träger 104 umfasst in diesem Fall ein Stanzgitter und einen oder mehrere darauf angebrachte ASIC-Chips sowie weitere elektronische Bauelemente und Sensorkomponenten, beispielsweise Widerstände. Alle notwendigen elektroni- sehen Bauelemente sind direkt auf dem Stanzgitter angeordnet oder mit diesem direkt fest verbunden (hier nicht weiter dargestellt). Zwei Kontaktpins 106 sind mit dem Träger 104 fest verbunden und stehen von diesem ab. Sie sorgen für die e- lektrische Kontaktierung für die Bauelemente auf dem Träger 104. Die Kunststoffumhüllung 102 bildet gleichzeitig die Außenoberfläche des Bauteils. Die Kunststoffumhüllung 102 umschließt auch eine Steckeraufnahme 108, in die die Kontaktpins 106 hineinragen. Zwischen der Steckeraufnahme 108 und dem Bereich, in dem der Träger 104 angeordnet ist, ist die Kunststoffumhüllung 102 so ausgebildet, dass sie die Kontaktpins 106 dicht umschließt. Die Steckeraufnahme 108 weist eine vorbestimmte Kodierung auf, um sicherzustellen, dass nur der korrekte, zugehörige Stecker und dieser nur in der korrekten Lage eingesteckt werden kann.
Der Träger 104 ist nach allen Seiten vom Kunststoffmaterial der Kunststoffumhüllung 102 eingehüllt und dicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Zur Befestigung des Bauteils 100 z.B. an einer Fahrzeugkarosserie ist eine Befestigungsmutter 110 vorgesehen, die am der Steckeraufnahme 108 gegenüberliegenden axialen Ende des Sensors vorgesehen ist. Die Befestigungsmutter 110 ist in die Kunststoffumhüllung 102 eingebettet.
Statt eines Sensors können auch beliebige andere Bauteile mit einem kunst- stoffumspritzten Träger in den im Folgenden beschriebenen Verfahren und in dem im Folgenden beschriebenen Werkzeug hergestellt werden.
Das Werkzeug weist zwei Werkzeugteile 10, 12 auf, die zusammengesetzt und voneinander getrennt werden können und bildet eine Spritzgussform, die für einen konventionellen Kunststoffspritzgussprozess eingesetzt werden kann. Die Werkzeugteile 10 und 12 bilden im zusammengesetzten Zustand einen
Hohlraum in Form einer Aufnahme 14 aus, wobei im oberen Werkzeugteil 10 die obere Hälfte der Aufnahme 14 und im unteren Werkzeugteil 12 die untere Hälfte der Aufnahme 14 ausgebildet ist.
In die Aufnahme 14 wird im geöffneten Zustand des Werkzeugs ein Träger 104 eingelegt, in diesem Fall in das untere Werkzeugteil 12.
Beim Träger 104 handelt es sich in diesem Beispiel um eine mit elektronischen Bauelementen bestückte Platine. Natürlich kann auch wie im Beispiel oben be- schriebenen Bauteils 100 ein etwa mit ASICs bestücktes Stanzgitter oder ein anderer geeigneter Träger mit geeigneten elektronischen Bauelementen verwendet werden. Der Träger hat beispielsweise eine Abmessung von ca. 25 x 22 mm.
Der Träger 104 ist mit Abstand zu den Innenwänden 16 der Aufnahme 14 in der Aufnahme 14 gehalten, und zwar, indem in beiden Werkzeugteilen 10, 12 mehrere Fixierelemente 18, hier in Stiftform, vorgesehen sind, die zunächst in die Aufnahme 14 hineinragen.
Jedes der Fixierelemente 18 hat ein Ende 20, das in eine komplementäre Struktur 22 am Träger 104 eingreift. Im gezeigten Beispiel ist das Ende 20 durch eine mit einer Schulter vom restlichen Fixierelement 18 abgesetzte, verjüngte Spitze gebildet, während die Struktur 22 durch eine durchgehenden Öffnung im Träger 104 realisiert ist. Die Spitze hat einen kleineren Durchmesser als die Öffnung, während das Fixierelement 18 an der Schulter einen größeren Durchmesser als die Öffnung aufweist. Dadurch liegt der Träger 104 jeweils auf der Schulter des Fixier- elements 18 des unteren Werkzeugteils 10 auf und ist in seiner vertikalen Position bestimmt und fixiert, während er durch die Enden 20 des jeweiligen Fixierelements 18 in seiner horizontalen Position bestimmt und fixiert ist.
Die Fixierelemente 18 sind beweglich angeordnet und werden über eine Hydraulik (nicht gezeigt) linear verfahren. In einer ersten, vorgeschobenen Position ragen die Enden 20 ein Stück in die Aufnahme 14 hinein. In einer zweiten, zurückgezogenen Position sind die Fixierelemente 18 soweit zurückgezogen, dass ihre Enden 20 zumindest im Wesentlichen bündig mit der Innenwand 16 der Aufnahme 14 abschließen.
Die Fixierelemente 18 des unteren Werkzeugteils 12 werden vor dem Einlegen des Trägers 104 in die Aufnahme 14 hinein verfahren und der Träger 104 dann so auf die Fixierelemente 18 aufgelegt, dass die Enden 20 in die Strukturen 22 eingreifen. Auf diese Weise ist eine vorbestimmte Trägerposition des Trägers 104 festgelegt. Die Fixierelemente 18 bilden zu diesem Zeitpunkt die einzigen Auflagepunkte des Trägers 104, so dass der Träger 104 keinen Kontakt mit den Innen- wänden 16 der Aufnahme 14 hat.
Am Träger 104 werden in diesem Beispiel zwei elektrische Kontaktpins 106 befestigt, bevor der Träger 104 in die Aufnahme 14 eingelegt wird. Alternativ könnte die Verbindung zwischen dem Träger 104 und den Kontaktpins 106 auch erst kurz vor dem Spritzgießen, z.B. beim Einlegen in die Aufnahme 14 oder erst während des Spritzgussprozesses entstehen.
Die Kontaktpins 106 ragen in einen Bereich des Werkzeugs, der später eine Steckeraufnahme 108 definiert. Um diese Steckeraufnahme 108 herzustellen, ist ein Schieber 24 vorgesehen, der auf bekannte Art über die Kontaktpins 106 geschoben wird, um den Platz für die Steckeraufnahme 108 freizuhalten.
Der Schieber 24 ist so ausgebildet, dass er eine vorbestimmte Steckerkodierung vorgibt, um später ein Verpolen eines Steckers, der die Kontaktpins 106 kon- taktieren soll, zu verhindern.
In die Aufnahme 14 wird außerdem an einer dafür vorgesehenen Stelle die Befestigungsmutter 110 eingelegt, so dass diese während des Spritzgussprozesses ebenfalls gleichzeitig in der Kunststoffumhüllung 102 eingebettet wird.
Anschließend wird das Werkzeug geschlossen, indem das obere Werkzeugteil 10 auf das untere Werkzeugteil 12 aufgesetzt wird.
Die Fixierelemente 18 im oberen Werkzeugteil 10 sind entweder bereits in ihre erste, vorgeschobene Position ausgefahren oder werden nach dem Aufsetzen des Werkzeugteils 10 ausgefahren, sodass sie ebenfalls in Kontakt mit dem Träger 104 kommen. Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind die Fixierelemente 18 im oberen
Werkzeugteil 10 identisch zu denen im unteren Werkzeugteil 12 ausgebildet.
Im vorliegenden Fall sind in jedem Werkzeugteil drei Fixierelemente 18 vorgesehen, die sich bei geschlossenem Werkzeug exakt gegenüberliegen, so dass der Träger 104 ohne Querbelastungen gehalten ist. Im nächsten Verfahrensschritt wird flüssiger Kunststoff unter einem vorbestimmten ersten Druck in das Werkzeug eingespritzt. Das Einspritzen erfolgt hier mit dem üblichen Einspritzdruck, den eine herkömmliche Spritzgussmaschine aufbaut. Während der Einspritzphase wird ein Großteil des vorgesehenen Kunststoffmaterials in die Aufnahme 14 eingebracht. Bei einem vorbestimmten Füllgrad der Aufnahme 14, hier ca. 95 %, endet die
Einspritzphase, und die Nachdruckphase wird eingeleitet, wie dies von herkömmlichen Kunststoffspritzgussprozessen bekannt ist. Hierbei wird der Druck auf einen vorbestimmten zweiten Wert reduziert, der in diesem Beispiel dem herkömmlich verwendeten Wert für den Nachdruck entspricht. Dieser zweite Druck während der Nachdruckphase ist jedoch immer noch hoch genug, um weiteres Material in die Aufnahme 14 hineinzupressen. Zu Beginn der Nachdruckphase oder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der Nachdruckphase werden in einem weiteren Verfahrensschritt die Fixierelemente 18 in ihre zweite Position zurückgezogen, so dass sie ihren Kontakt mit dem Träger 104 verlieren und ein Zwischenraum zwischen dem Träger 104 und der Wand der Aufnahme 14 bzw. den Enden 20 der Fixierelemente 18 frei wird. Die Kunststoffmasse in der Aufnahme 14, die den Träger 104 umgibt, ist zu diesem Zeitpunkt bereits soweit erstarrt, dass sich die Position des Trägers 104 nicht mehr verändert, wenn die Fixierelemente 18 zurückgezogen werden. Jedoch ist ein Teil der Masse noch fließfähig genug, so dass sich die von den Fixierelementen 18 freigegebenen Volumina weitgehend oder vollständig mit flüssigem Kunststoff auf- füllen.
Auf diese Weise entsteht eine Kunststoffumhüllung 102, die den Träger 104 auf allen Seiten vollständig umgibt. Insbesondere bleiben keine Öffnungen zurück, die von der Außenoberfläche der Kunststoffumhüllung 102 nach innen bis zum Träger 104 reichen. Auch in den Bereichen, in denen ursprünglich die Fixierelemente 18 am Träger 104 angegriffen haben, ist die Kunststoffumhüllung 102 nach Abschluss des Verfahrens vollständig geschlossen.
Wenn die Nachdruckphase beendet ist, wird nach Anschluss an die erforderliche Kühlzeit beim öffnen des Werkzeugs der Schieber 24 zurückgezogen und dann das fertige Bauteil entnommen. In nur einem einzigen Arbeitsschritt erfolgt sowohl die vollständige Einbettung des Träger 104 in die Kunststoffumhüllung 102, die den Träger 104 komplett umschließt, als auch das Ausbilden der Steckeraufnahme 108.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem kunststoffumspritzten Träger, mit den folgenden Schritten: a) ein Träger (104) wird in eine Aufnahme (14) eines Werkzeugs eingelegt, b) im Werkzeug vorgesehene Fixierelemente (18) werden in eine vorbestimmte Position verfahren, so dass der Träger (104) in Kontakt mit den Fixierelementen (18) ist, c) das Werkzeug wird geschlossen, d) flüssiger Kunststoff wird mit einem ersten vorbestimmten Druck in das
Werkzeug eingebracht, e) bei einem vorbestimmten Füllgrad der Aufnahme (14) werden die Fixierelemente (18) zurückgezogen und f) der von den Fixierelementen (18) freigegebene Raum in der Aufnahme (14) wird mit flüssigem Kunststoff befüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen des von den Fixierelementen (18) freigegebenen Raums in der Aufnahme (14) bei einem zweiten vorbestimmten Druck erfolgt und der zweite vorbestimmte Druck niedriger ist als der erste.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zurückziehen der Fixierelemente (18) zu Beginn oder während einer Nachdruckphase erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgrad der Aufnahme (14), bei dem die Fixierelemente (18) zurückgezogen werden, bei ca. 95 % liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (18) hydraulisch bewegt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Fixierelementen (18) freigegebene Raum so befüllt wird, dass das Bauteil, wenn es das Werkzeug verlässt, keine Öffnung aufweist, die von dessen Außenseite bis zum Träger (104) reicht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (104) vor dem Einlegen in das Werkzeug mit Kontaktpins (106) versehen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass vor dem Schließen des Werkzeugs ein oder mehrere Schieber (24) und/oder Kernzüge eingebracht werden, um eine Steckeraufnahme (108) zu definieren.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktpins (106) in die Steckeraufnahme (108) ragen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (100) ein Sensor ist.
11. Werkzeug zur Herstellung eines Bauteils mit einem kunststoffumspritzten Träger, mit zwei Werkzeugteilen (10, 12), in denen im zusammengesetzten Zustand eine Aufnahme (14) für den Träger (104) ausgebildet ist, und wenigstens einem beweglich angeordneten Fixierelement (18), das in einer Fixierposition bis zu einer Trägerposition in das Innere der Aufnahme (14) hineinragt, und in einer zurückgezogenen Position so angeordnet ist, dass ein Abstand zwi- sehen dem Fixierelement (18) und der Trägerposition besteht.
12. Werkzeug nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (18) in Form eines Stiftes ausgebildet ist.
13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Werkzeugteil (10, 12) wenigstens ein Fixierelement (18) angeordnet ist.
14. Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (18) in den jeweiligen Werkzeugteilen (10, 12) gegenüberliegend angeordnet sind.
15. Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Werkzeugteil (10, 12) mehrere Fixierelemente (18) vorgesehen sind.
16. Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Ende des Fixierelements (18) eine Struktur ausgebildet ist, die in eine komplementäre Struktur am Träger (104) eingreifen kann.
17. Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug so ausgebildet ist, dass die Aufnahme (14) zwischen dem Träger (104) und einer Innenwand (16) der Aufnahme (14) vollständig mit flüssigem Kunststoff ausgefüllt werden kann, wenn das Fixierelement (18) in der zurückgezogenen Position ist.
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