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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Leiterbahnstruktur in der Form eines Stanzgitters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft auch ein Schutzgehäuse mit zu einer Leiterbahnstruktur form- und flächenkomplementären Einrichtungen zur Befestigung des Schutzgehäuses an der Leiterbahnstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch zwei Verfahren zur elektrisch leitenden Anordnung eines elektrischen oder elektronischen Bauteils an einer zumindest bereichsweise mittels eines Kunststoffwerkstoffes vergossenen Leiterbahnstruktur in der Form eines Stanzgitters zur Bildung einer Baugruppe nach den Ansprüchen 8 und 9.
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Bei der Herstellung mechatronischer Komponenten, wie beispielsweise dem Bürstenhaltergehäuse eines Generators, werden häufig Spritzgussverfahren verwendet dergestalt, dass solche, eine Leiterbahnstruktur aufweisende Komponenten, mit einem Kunststoffwerkstoff vergossen werden.
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Eine hohe Integrationsdichte von Bauteilen und Komponenten führt nun dazu, dass oftmals bereits vormontierte Bauteile, wie beispielsweise keramische Kondensatoren oder Widerstände, in diesem Spritzgussverfahren mit umschlossen werden. Dabei wird die Leiterbahnstruktur mit den vormontierten elektrischen oder elektronischen Bauteilen in eine Spritzgussform eingebracht und unter hohem Druck von beispielsweise bis zu 1600 bar und einer hohen Temperatur von beispielsweise bis zu 350°C von dem geschmolzenen Kunststoffwerkstoff umgeben.
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Es hat sich nun gezeigt, dass die beim Spritzgussverfahren vorherrschenden hohen Drücke dazu führen können, dass die vormontierten elektrischen oder elektronischen Bauteile von der Leiterbahnstruktur schlichtweg weggerissen werden, was zu hohen Ausschussraten führt und darüber hinaus bei solchen Leiterbahnstrukturen, deren elektrische oder elektronische Bauteile auf der Leiterbahnstruktur verbleiben, und nicht weggerissen werden, die beim Spritzgussverfahren vorherrschenden hohen Temperaturen zu einer thermischen Überbelastung der Bauteile führen.
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Die Industrie stellt keine elektrischen oder elektronischen Bauteile zur Verfügung, die speziell auf die hohen thermischen Belastungen beim Vergießen der Leiterbahnstruktur mit einem Kunststoffwerkstoff ausgelegt sind, sodass zwangsweise solche Komponenten verbaut werden, die nur für die Belastungen des späteren regulären Betriebs ausgelegt sind.
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Die beim Vergießen vorherrschenden hohen Temperaturen können daher zu einer zum Ausfall der elektrischen oder elektronischen Bauteile führenden Schädigung im zweistelligen Prozentbereich führen. Bei denjenigen Bauteilen, die die thermische Überbelastung überstehen, kommt es zu einer Vorschädigung bzw. vorgezogenen Alterung des Bauteils und darüber hinaus entsteht das Problem, dass aufgrund der Tatsache, dass die bauteilspezifischen kritischen Maximaltemperaturen überschritten werden, keine statistischen Modelle zur Verfügung stehen, die diese undefinierte Art der Vorschädigung berücksichtigen. Die einerseits zum Ausfall führenden hohen mechanischen Belastungen während des Vergießens können daher zu einem sofortigen Unbrauchbarwerden der Leiterbahnstrukturen führen und die hohen thermischen Belastungen können auch Ursache für hohe Ausfallraten der Leiterbahnstrukturen während des späteren Betriebs sein.
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Anhand der
EP 1 357 774 A1 ist eine Leiterbahnstruktur in der Form eines Stanzgitters bekannt geworden, bei der ein elektronisches Bauteil vor einem Kunststoffspritzvorgang mit einer Umhüllung versehen wird, die das elektronische Bauteil während des Kunststoffspritzvorgangs vor den dabei auftretenden Temperaturen sowie Drücken schützen soll, um damit die Wahrscheinlichkeit von Fehlfunktionen der resultierenden elektrischen Schaltung zu verringern.
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Anhand der
US 4 701 999 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterbahnstruktur mit einem integrierten Schaltkreisbauteil bekannt geworden, nach dem das Bauteil im Innenraum eines Schutzgehäuses angeordnet und mit Bonddrähten mit der Leiterbahnstruktur elektrisch verbunden wird und die Leiterbahnstruktur mit einem Kunststoffwerkstoff vergossen wird.
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Anhand der
DE 44 30 798 A1 ist ein Stanzgitter zur Verbindung von elektrischen Bauelementen bekannt geworden. Das Stanzgitter mit den darauf angebrachten Bauelementen kann mit Kunststoff umspritzt werden und Halterungen für Bauteile oder Außentüllen für Stecker aufweisen.
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Anhand der
EP 0 383 025 A1 ist ein Verfahren zum Verkapseln von elektrischen oder elektronischen Bauelementen oder Baugruppen und eine Verkapselung von elektrischen oder elektronischen Bauelementen oder Baugruppen bekannt geworden. Das Bauelement oder die Baugruppe wird in einem aus mindestens zwei Gehäuseteilen zusammen gefügten Gehäuse untergebracht, aus welchem Anschlussbeine nach außen geführt sind. Zur Steigerung der Dichtwirkung wird zumindest im Bereich der Fügestellen des Gehäuses und im Austrittsbereich der Anschlussbeine an das Gehäuse eine Außenkapsel aus einem thermoplastischen Kunststoff durch Spritzgießen angeformt.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Leiterbahnstruktur in Form eines Stanzgitters mit mindestens einem elektrischen oder elektronischen Bauteil zu schaffen, das von einem an der Leiterbahnstruktur festgelegten Schutzgehäuse umgeben ist, das die Gefahr einer Beschädigung aufgrund der beim Vergießen herrschenden hohen mechanischen und thermischen Belastungen verringert. Auch soll die Erfindung ein Schutzgehäuse für vorzumontierende oder vormontierte elektrische oder elektronische Bauteile zur Anordnung an der Leiterbahnstruktur schaffen und ein Verfahren zur elektrisch leitenden Anordnung eines elektrischen oder elektronischen Bauteils an einer zumindest bereichsweise mittels eines Kunststoffwerkstoffs vergossenen Leiterbahnstruktur in der Form eines Stanzgitters zur Bildung einer Baugruppe bereitstellen.
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Die Erfindung weist nunmehr zur Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich der Leiterbahnstruktur die Merkmale nach dem Anspruch 1 auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Darüber hinaus schafft die Erfindung eine Schutzgehäuse nach den Merkmalen des Anspruchs 6, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon in dem weiteren Ansprüchen beschrieben ist und die Erfindung zeichnet sich darüber hinaus hinsichtlich der Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 aus.
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Die Erfindung sieht nun eine Leiterbahnstruktur in Form eines Stanzgitters vor mit mindestens einem elektrischen oder elektronischen Bauteil, das von einem an der Leiterbahnstruktur festgelegten Schutzgehäuse umgeben ist, wobei das Schutzgehäuse einen Innenraum zur Aufnahme des Bauteils im Abstand zu Innenwandungen des Innenraums und Durchlässe zur elektrischen Verbindung des Bauteils mit der Leiterbahnstruktur aufweist, und das Bauteil mit Anschlüssen mit Zugentlastungseinrichtungen mit der Leiterbahnstruktur elektrisch verbunden ist und das Schutzgehäuse einen den Innenraum aufweisenden Hauptkörper und einen Deckel zum weitgehend hermetischen Verschließen des Innenraums sowie einen metallischen Bereich aufweist, der den Verbindungsbereich zwischen Hauptkörper und Deckel frei lässt, so dass das Bauteil gegen thermische und mechanische Belastungen beim Vergießen und/oder im Betrieb geschützt ist.
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Durch das an der Leiterbahnstruktur festlegbare Schutzgehäuse – wobei auch beispielsweise eine einstückige Ausbildung mehrerer derartiger miteinander verbundener Schutzgehäuse mit jeweils einem oder mehreren darin angeordneten elektrischen oder elektronischen Bauteilen möglich sind – werden die darin angeordneten Bauteile gegen die beim Vergießen herrschenden Drücke geschützt und auch gegen die hohen thermischen Belastungen, da die elektrischen oder elektronischen Bauteile nicht mehr vollständig direkt mit dem Vergusswerkstoff in Kontakt gelangen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Schutzgehäuse aus einem Kunststoffwerkstoff gebildet ist, der dem zum Vergießen der Leiterbahnstruktur vorgesehenen Kunststoffwerkstoff entspricht. Diese Ausbildung führt dazu, dass der mit hohen Temperaturen beim Vergießen vorliegende Kunststoffwerkstoff das Schutzgehäuse anlöst und somit eine gute mechanische Verbindung zwischen dem Schutzgehäuse und dem umgebenden Vergusswerkstoff gegeben ist.
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Das Schutzgehäuse selbst kann auch ein Verbundwerkstoff sein, das in einem separaten Spritzgussverfahren gefertigt worden ist.
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Als geeignete Werkstoffe kommen vor allem thermoplastische Kunststoffe in Frage. Dabei hat sich herausgestellt, dass Polyphenylene besonders geeignet sind. Polyphenylene enthalten aromatische Ringstrukturen, die über Sauerstoff- oder Schwefelbrücken miteinander verknüpft sind. Der hohe Vorteil bei der Verwendung von Polyphenylenen liegt an ihrer außerordentlichen Hochtemperaturbeständigkeit und ihrer schweren Entflammbarkeit. Es hat sich herausgestellt, dass Polyaryletherketone, Polyaryletheretherketone und Polyphenylensulfid besonders geeignet sind.
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Dabei ist die Verwendung von Polyphenylensulfid besonders bevorzugt.
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Polyphenylensulfid weist neben der bereits erwähnten Hochtemperaturbeständigkeit und schweren Entflammbarkeit auch eine sehr hohe Steifigkeit und Härte wie auch ein ausgezeichnetes Kriechverhalten auf. Die Verwendung von Polyphenylensulfid kann auch mit Glasfasern verstärkt erfolgen.
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Die chemischen und mechanischen Eigenschaften der genannten Werkstoffe beeinflussen die Funktion und Qualität der elektrischen oder elektronischen Bauteile nicht und führen insbesondere auch nicht zu Ausgasvorgängen, die Fehlstellen in den Bauteilen verursachen könnten.
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Das Schutzgehäuse kann beispielsweise ein integriertes Schutzrohr aufweisen, welches zu einer hohen Druckstabilität führt und darüber hinaus zu einer gleichmäßigen Verteilung des Temperaturprofils über das gesamte Schutzgehäuse führt, sodass lokale Temperaturspitzen im elektrischen oder elektronischen Bauteil vermieden werden. Ganz allgemein können die Form und die Abmessungen, wie beispielsweise die Wandstärke des Schutzgehäuses, unter Berücksichtigung der während des Spritzgießverfahrens herrschenden Fertigungsparameter so angepasst werden, dass das darin angeordnete elektrische oder elektronische Bauteil einerseits gegen mechanische Verformung ausreichend geschützt ist und die im Bauteil beim Spritzgießverfahren herrschenden Temperaturen nicht die maximal zulässigen Temperaturen überschreiten.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die für das Herausleiten der elektrischen Anschlüsse des im Schutzgehäuse angeordneten Bauteils notwendigen Durchlässe des Schutzgehäuses hinsichtlich ihrer Form und Abmessungen so an die Anschlüsse des Bauteils angepasst sind, dass eine Dichtwirkung gegenüber dem zum Vergießen vorgesehenen Kunststoffwerkstoff erreicht wird. Über eine den Fertigungsparametern angepasste Auswahl der Passungen und Toleranzen des Gehäuses kann nunmehr eine ausreichende Formstabilität und Dichtwirkung erreicht werden. Da während des Spritzgießverfahrens bei Drücken von beispielsweise bis 1600 bar die Tendenz bestehen kann, dass Vergussmasse durch die zum Herausleiten der elektrischen Anschlüsse notwendigen Durchlässe des Schutzgehäuses eindringt, können im Bereich dieser Durchlässe beispielsweise metallische Einlagen vorgesehen sein, durch die die elektrischen Anschlüsse der Bauteile mit einer Passung hindurchgeführt werden und somit der Anteil an Vergussmasse, der durch die Durchlässe hindurchtritt, minimiert wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Form und die Abmessungen des Schutzgehäuses derart an das Bauteil angepasst sind, dass die Bauteiltemperatur beim Vergießen unterhalb einer bauteilspezifischen Maximaltemperatur verbleibt, deren Überschreiten eine thermische Schädigung des Bauteils verursachen würde.
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Wie vorstehend bereits erläutet wurde, wird die Vergussmasse beim Vergießen der Leiterbahnstruktur mit einem hohen Verarbeitungsdruck in die Spritzgussform eingebracht, sodass es nach der Erfindung vorgesehen ist, dass das Schutzgehäuse an der Leiterbahnstruktur zugewandten Bereichen mit zur Leiterbahnstruktur form- und flächenkomplementären Einrichtungen zur Befestigung des Schutzgehäuses an der Leiterbahnstruktur versehen ist. Mit dieser Ausbildung wird erreicht, dass das Schutzgehäuse an der Leiterbahnstruktur festgelegt wird und durch die beim Vergießen vorherrschenden hohen Drücke, die zu einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung der Gehäusewandungen des Schutzgehäuses führen, nicht von der Leiterbahnstruktur getrennt wird. Zu diesem Zweck können an dem Schutzgehäuse Elemente, wie beispielsweise Kanten, Absätze, Vertiefungen und dergleichen vorgesehen sein, die eine Befestigung an einzelnen Strukturen der Leiterbahnstruktur zulassen, sodass das Schutzgehäuse nach der Art einer Rastverbindung fest mit der Leiterbahnstruktur verklippst werden kann und sich somit während des Spritzgussprozesses nicht von der Leiterbahnstruktur lösen kann.
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Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anschlüsse des Bauteils mit Zugentlastungseinrichtungen versehen sind. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass die im Schutzgehäuse angeordneten Bauteile in der Form zweidimensionaler oder dreidimensionaler Zugentlastungseinrichtungen versehen sind. Die zum Einsatz kommenden elektrischen oder elektronischen Bauteile bestehen selbst wiederum aus unterschiedlichen Werkstoffen, wie beispielsweise Kunststoffwerkstoffen, metallischen Leitern, keramische Strukturen, die unterschiedliche Elastizitätsmoduli und unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Diese Bauteile werden während des Spritzgussverfahrens mit Temperaturen belastet, die zwar unterhalb der kritischen zulässigen Maximaltemperatur liegen, die aber aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zu Formänderungen führen. Auch während des Betriebs der Leiterbahnstruktur treten, beispielsweise bei dem Eingangs genannten Bürstenhalter im Generator weitere Temperaturbereiche von beispielsweise –30°C bis 175°C auf, sodass es wiederum zu unterschiedlichen Relativdehnungen kommt. Diese zyklischen Temperaturbelastungen führen zu zyklischen Spannungen im Bauteil, die die zu erwartende Betriebsdauer des Bauteils verringern können. Um nun den Einfluss dieser zyklischen Spannungen auf die Lebensdauer des Bauteils zu verringern, ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass das elektrische oder elektronische Bauteil über die im Bereich der Anschlüsse vorgesehen Zugentlastungseinrichtungen entlastet wird. Wenn es sich bei dem Bauteil beispielsweise um einen keramischen Kondensator handelt, so führt ein Anstieg der Bauteiltemperatur und damit auch der Anschlüsse von beispielsweise –30°C auf 150°C zu einer deutlichen Längenänderung der metallischen Anschlüsse des Bauteils, während der keramische Bauteilkörper eine deutlich geringere Ausdehnung erfährt. Die im Bereich der Anschlüsse vorgesehenen Zugentlastungen können nunmehr diese unterschiedlichen Wärmeausdehnungen kompensieren, sodass sich über dem keramischen Kondensator kein ausfallförderndes Spannungsprofil aufbauen kann.
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Die Erfindung schafft nun auch ein Schutzgehäuse mit zu einer Leiterbahnstruktur form- und flächenkomplementären Einrichtungen zur Befestigung des Schutzgehäuses an der Leiterbahnstruktur und einem Innenraum zur Aufnahme mindestens eines elektrischen oder elektronischen Bauteils im Abstand zu Innenwandungen des Innenraums und Durchlässen zur elektrischen Verbindung von Anschlüssen des Bauteils mit der Leiterbahnstruktur, wobei das Schutzgehäuse aus einem Kunststoffwerkstoff gebildet ist, der einem zum Vergießen der Leiterbahnstruktur vorgesehenen Kunststoffwerkstoff entspricht und einen Hauptkörper mit einen Deckel zum weitgehend hermetischen Verschließen des Innenraums und ein Hüllrohr aus Metall aufweist, welches den Verbindungsbereich zwischen Hauptkörper und Deckel frei lässt.
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Mittels der zur Leiterbahnstruktur form- und flächenkomplementären Einrichtungen kann das Schutzgehäuse an der Leiterbahnstruktur befestigt werden, beispielsweise mittels einer Rastverbindung. Das Schutzgehäuse weist einen Innenraum auf, in dem ein oder mehrere elektrische oder elektronische Bauteile angeordnet werden können, sodass am Bauteil vorgesehene elektrische Anschlussleitungen über Durchlässe des Schutzgehäuses zur elektrischen Verbindung mit der Leiterbahnstruktur nach außen geführt werden können und das Schutzgehäuse bezüglich beispielsweise Außenabmessungen und Wandstärke so an das aufzunehmende oder die aufzunehmenden Bauteile angepasst ist, dass das Bauteil einerseits gegen mechanische Belastungen während des Vergießens der Leiterbahnstruktur mit einer Vergussmasse geschützt ist und von dem Schutzgehäuse auch so gegen thermische Belastungen geschützt wird, dass eine kritische Maximaltemperatur des Bauteils, oberhalb derer eine thermische Beschädigung des Bauteils eintreten würde, vermieden wird.
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Das nach der Erfindung vorgesehene Schutzgehäuse besitzt ein Hüllrohr aus Metall, das die Druckstabilität des Schutzgehäuses erhöht und die das Schutzgehäuse beim Vergießen beaufschlagende Wärme über das gesamte Schutzgehäuse so verteilt, dass unzulässige Temperaturspitzen des im Schutzgehäuse aufgenommenen elektrischen oder elektronischen Bauteils vermieden werden.
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Auch kann das Schutzgehäuse so ausgebildet sein, dass die Durchlässe für das Herausleiten der elektrischen Anschlussleitungen des oder der Bauteile an diese so form- und flächenkomplementär angepasst sind, dass einen Dichtwirkung gegenüber dem zum Vergießen vorgesehenen Kunststoffwerkstoff erreicht wird.
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Schließlich schafft die Erfindung auch noch ein Verfahren zur elektrisch leitenden Anordnung eines elektrischen oder elektronischen Bauteils an einer zumindest bereichsweise mittels eines Kunststoffwerkstoffes vergossenen Leiterbahnstruktur in der Form eines Stanzgitters zur Bildung einer Baugruppe, wobei nach dem Verfahren zunächst ein Schutzgehäuse an der Leiterbahnstruktur befestigt wird, beispielsweise mittels einer Rastverbindung zwischen metallischen Bereichen der Leiterbahnstruktur und komplementär zu diesen ausgebildeten Ausnehmungen des Schutzgehäuses, sodass das Schutzgehäuse mit der Leiterbahnstruktur verklippst werden kann und wonach nach der Anordnung des Schutzgehäuses in einen Innenraum des Schutzgehäuses das Bauteil im Abstand zu Innenwandungen des Innenraums mit im Bereich der Anschlüsse vorgesehenen Zugentlastungen eingebracht wird und die Anschlüsse des Bauteils elektrisch leitend mit der Leiterbahnstruktur zur Bildung einer Baugruppe verbunden werden und sodann das Schutzgehäuse zum weitgehend hermetischen Abdichten des Innenraums gegen den Kunststoffwerkstoff verschlossen wird. Sodann wird ein metallischer Bereich an dem Schutzgehäuse angeordnet derart, dass ein Verbindungsbereich zwischen einem Hauptkörper und dem Deckel frei bleibt und die Baugruppe mittels eines Spritzgussverfahrens zumindest bereichsweise mit dem Kunststoffwerkstoff vergossen.
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Als Alternative hierzu kann das elektrische oder elektronische Bauteil auch vor der Anordnung des Schutzgehäuses an der Leiterbahnstruktur in dem Schutzgehäuse mit dem metallischen Bereich angebracht werden, sodass dann das Schutzgehäuse mit dem im Innenraum mit Abstand zu Innenwandungen des Innenraums mit einer Zugentlastung der Anschlüsse angeordnete Bauteil an der Leiterbahnanordnung befestigt wird und sodann die Anschlüsse elektrisch leitend mit der Leiterbahnanordnung zur Bildung einer Baugruppe verbunden werden und dann die Baugruppe mittels eines Spritzgussverfahrens zumindest bereichsweise mit einem Kunststoffwerkstoff vergossen wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
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1 ein Schutzgehäuse gemäß einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung in einer Längsschnittansicht mit einem in Innenraum des Schutzgehäuses angeordneten keramischen Kondensator;
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2 eine Draufsichtansicht auf eine Leiterbahnstruktur mit drei Schutzgehäusen nach 1, wobei der Verdeutlichung der Darstellung halber eines der Schutzgehäuse in einer Längsschnittansicht geschnitten dargestellt ist; und
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3 ein Diagramm zur Darstellung des Temperaturverlaufs in einem keramischen Kondensator zum Vergleich bei der Anordnung des Kondensators in einem Schutzgehäuse nach der Erfindung und bei direkter Anordnung auf der Leiterbahnstruktur ohne ein erfindungsgemäßes Schutzgehäuse.
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Bei dem in 1 dargestellten Schutzgehäuse 1 handelt es sich um eine längsgestreckte Ausführungsform, die zur Aufnahme eines ebenfalls längsgestreckt ausgebildeten keramischen Kondensators 2 ausgebildet ist.
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Das in 1 dargestellte Schutzgehäuse 1 wird aus Polyphenylensulfid (PPS) in einem Spritzgussverfahren als Verbundbauteil mit einem radial außen liegenden Hüllrohr 3 aus Metall gebildet. Das Hüllrohr 3 erstreckt sich dabei weitgehend über die gesamte axiale Länge eines im Schutzgehäuse 1 innen liegenden Innenraums 4, der der Aufnahme des keramischen Kondensators 2 dient.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Schutzgehäuse 1 zweiteilig ausgebildet mit einem kegelstumpfförmig zulaufenden Hauptkörper 5 und einem der kegelstumpfförmigen Spitze 6 des Hauptkörpers 5 gegenüberliegenden Deckel 7.
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Bei der Anordnung des Schutzgehäuses 1 an der in 2 dargestellten Leiterbahnstruktur 8 befindet sich die Spitze 6 des Schutzgehäuses 1 der Haupteinströmrichtung der flüssigen Vergussmasse aus Polyphenylensulfid gegenüberliegend angeordnet, sodass mit der kegelstumpfförmigen Spitze 6 ein Effekt der Ableitung der einströmenden Vergussmasse an der Kegelspitze 6 erreicht werden kann.
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Die Kegelspitze 6 wird von einem Durchlass 9 durchsetzt, durch den eine Anschlussleitung 10 des keramischen Kondensators 2 aus dem Schutzgehäuse 1 herausgeführt werden kann.
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Der Innendurchmesser des Durchlasses 9 entspricht dabei weitgehend dem Außendurchmesser der Anschlussleitung 10, sodass durch diese Konfiguration eine Abdichtwirkung gegenüber der unter hohem Druck einströmenden Vergussmasse erreicht werden kann.
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Der der kegelstumpfförmigen Spitze 6 gegenüberliegend angeordnete Deckel 7 weist ebenfalls einen Durchlass 11 zum Herausführen einer Anschlussleitung 12 des keramischen Kondensators 2 auf, wobei der Innendurchmesser des Durchlasses 11 weitgehend dem Außendurchmesser der Anschlussleitung 12 zur Herbeiführung einer Dichtwirkung gegenüber der Vergussmasse entspricht.
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Wie es ohne weiteres anhand von 1 der Zeichnung ersichtlich ist, weist der Deckel 7 an seinem dem Hauptkörper 5 zugewandten Ende einen Vorsprung 13 auf, der form- und flächenkomplementär zu einer am Hauptkörper 5 ausgebildeten Ringnut 14 verläuft.
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Damit kann der Deckel 7 mit dem Hauptkörper 5 zum weitgehend hermetischen Abschließen des Innenraums 4 verschlossen werden, indem der Deckel 7 mit dem Vorsprung 13 in das offene Ende des Hauptkörpers 5 eingeführt wird. 1 der Zeichnung zeigt, dass sich das Hüllrohr 3 nicht bis über den Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Deckel 7 und dem Hauptkörper 5 erstreckt, sodass beim Einführen des Deckels 7 in den Hauptkörper 5 der außenliegende Bereich des Hauptkörpers 5 geringfügig in Richtung nach radial außen ausweichen kann, während der stirnseitige Endbereich mit dem Vorsprung 13 des Deckels 7 in Richtung nach radial innen gerichtet ausweichen kann, bis der Vorsprung 13 in den Bereich der Ringnut 14 gelangt und somit der Vorsprung 13 in die Ringnut 14 einschnappt und eine weitgehend hermetische Abdichtung des Innenraums 4 gegenüber der Vergussmasse erreicht wird.
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Wie es ohne weiteres anhand von 1 der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Anschlussleitungen 10 und 12 des keramischen Kondensators 2 im Innenraum 4 des Schutzgehäuses 1 mäanderförmig ausgebildet, sodass durch diese Ausbildung eine Zugentlastung der Anschlussleitungen 10 und 12 erreicht wird.
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Diese Zugentlastung führt nun dazu, dass bei einer aufgrund des Vergießens mit der heißen Vergussmasse oder auch im Betrieb der an einer Leiterbahnstruktur 8 angeordneten Konfiguration aus Schutzgehäuse 1 und keramischem Kondensators 2 auftretenden thermischen Belastung aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffe unvermeidbare Relativdehnungen nicht zu auf den keramischen Kondensator 2 wirkenden thermisch bedingten Verspannungen führen können.
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2 der Zeichnung zeigt nun lediglich beispielhalber eine Leiterbahnstruktur 8 mit durchbrochenen Leiterbahnen 15 an denen bei der dargestellten Ausführungsform drei Schutzgehäuse 16, 17 und 18 angebracht sind. Zur Verdeutlichung der Darstellung halber ist dabei das Schutzgehäuse 16 in einer Längsschnittdarstellung mit innen liegendem keramischen Kondensator 2 gezeigt, während die Schutzgehäuse 17 und 18 geschlossen dargestellt sind, in einem Zustand also, in dem die Leiterbahnstruktur 8 mit den daran angeordneten Schutzgehäusen zum Vergießen mit einer nicht dargestellten Vergussmasse vorgesehen ist.
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Bei der in 2 der Zeichnungen dargestellten Leiterbahnstruktur 8 handelt es sich lediglich um ein Beispiel zur Erläuterung der Erfindung, es ist aber ohne weiteres klar, dass es sich hierbei auch um ein Substrat handeln kann.
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Wenn nun beispielsweise ein Bürstenhaltergehäuse eines Generators eine Baugruppe mit Leiterbahnstrukturen mit elektrischen oder elektronischen Bauteilen, wie es beispielsweise in 2 der Zeichnungen dargestellt ist, hergestellt werden soll, so können die mit im Innenraum der Schutzgehäuse 16, 17 und 18 mit jeweiligen Zugentlastungen der Anschlüsse angeordneten Bauteile an der Leiterbahnanordnung befestigt werden und die Anschlüsse elektrisch leitend mit der Leiterbahnanordnung zur Bildung einer Baugruppe verbunden werden. In einem nächsten Arbeitsschritt kann sodann die Baugruppe mittels eines Spritzgussverfahrens zumindest bereichsweise mit einem Kunststoffwerkstoff vergossen werden. 2 der Zeichnung zeigt nun eine Ausführungsform einer Leiterbahnstruktur 8 mit daran angeordneten Schutzgehäusen vor dem Vorgang des Vergießens mit der Vergussmasse aus beispielsweise Polyphenylensulfid.
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Aufgrund der Anordnung der elektrischen oder elektronischen Bauteile in Form beispielsweise keramischer Kondensatoren werden diese Bauteile einerseits gegen die beim Vergießen auftretenden hohen mechanischen Belastungen geschützt und andererseits auch gegen die hier vorliegenden hohen Temperaturen, sodass die Bauteile gegen eine Vorschädigung geschützt sind.
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3 der Zeichnung zeigt nun ein Diagramm zur Erläuterung des Temperaturverlaufs eines keramischen Kondensators während des Umspritzens der Leiterbahnstruktur mit einer Vergussmasse aus Polyphenylensulfid im Vergleich, wenn der keramische Kondensator sich innerhalb des Schutzgehäuses angeordnet befindet Kurve 2 und wenn er direkt an der Leiterbahnstruktur ohne schützendes Schutzgehäuse angeordnet ist Kurve 1.
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Jedes elektrische oder elektronische Bauteil besitzt eine kritische Maximaltemperatur Tkrit, deren einmalige Überschreitung während der Fertigung bereits zu einer Vorschädigung des Bauteils führen kann. Bei dem genannten Beispiel des keramischen Kondensators beträgt diese Temperatur Tkrit 260°C.
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Ein typischer Spritzgussprozess zeichnet sich nun dadurch aus, dass das zu umschmelzende Objekt zu einem Zeitpunkt t = 0 in die Spritzgussform eingebracht wird und dabei eine Temperatur T = T1 aufweist.
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In der sich daran anschließenden Vorheizphase steigt die Temperatur des zu umschmelzenden Bauteils von der Temperatur T1 zur Temperatur T2 an. Die Temperatur T2 des im Schutzgehäuse angeordneten Bauteils unterscheidet sich von der Temperatur des direkt an der Leiterbahnstruktur angebrachten Bauteils aufgrund der langen Vorheizphase nicht oder nur unwesentlich, sodass in diesem Bereich die Kurve 1 weitgehend deckungsgleich mit der Kurve 2 verläuft.
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Zum Zeitpunkt t = 1 wird unter hohem Druck und unter hoher Temperatur das Vergussmaterial in die Form gepresst und verursacht bei dem direkt an der Leiterbahnstruktur ohne Schutzgehäuse angeordneten keramischen Kondensator einen mit steilem Gradienten ablaufenden Temperaturanstieg zu der Temperatur T3, wobei die kritische Bauteiltemperatur Tkrit deutlich überschritten wird. Es macht dies deutlich, dass bei dem direkt an der Leiterbahnstruktur ohne Schutzgehäuse 1 angeordneten keramischen Kondensator eine Vorschädigung eingetreten ist, der Ausfall des Kondensators ist vorbestimmt.
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Im Gegensatz hierzu verläuft bei dem im Schutzgehäuse 1 angeordneten keramischen Kondensator der Temperaturanstieg entlang der Kurve 2 mit einem deutlich niedrigerem Gradienten und die Temperatur des keramischen Kondensators bleibt unterhalb der kritischen Bauteiltemperatur Tkrit. An die jeweiligen Aufheizphasen während des Umspritzens mit der Vergussmasse anschließend treten dann Abkühlphasen auf, auch die Temperatur des ohne Schutzgehäuse an der Leiterbahnstruktur angebrachten keramischen Kondensators sinkt entlang der Kurve 1 wieder unterhalb der kritischen Bauteiltemperatur Tkrit ab, der Kondensator bleibt aber vorgeschädigt.
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Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass durch den Einsatz des Schutzgehäuses die kritische Maximaltemperatur des elektrischen oder elektronischen Bauteils an der Leiterbahnstruktur während des Umspritzens der Leiterbahnstruktur mit der unter hohem Druck und unter hoher Temperatur einströmenden Vergussmasse nicht erreicht wird. Durch die Anordnung der elektrischen oder elektronischen Bauteile innerhalb des Schutzgehäuses mit einer Zugentlastung im Bereich der Anschlussleitungen wird darüber hinaus vermieden, dass aufgrund unterschiedlicher Relativdehnungen unterschiedlicher Werkstoffe des Schutzgehäuses und/oder der elektrischen oder elektronischen Bauteile eine Schädigung der Bauteile hervorrufenden thermisch bedingten Spannungen auftreten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schutzgehäuse
- 2
- Kondensator
- 3
- Hüllrohr
- 4
- Innenraum
- 5
- Hauptkörper
- 6
- Kegelspitze
- 7
- Deckel
- 8
- Leiterbahnstruktur
- 9
- Durchlass
- 10
- Anschlussleitung
- 11
- Durchlass
- 12
- Anschlussleitung
- 13
- Vorsprung
- 14
- Ringnut
- 15
- Leiterbahnen
- 16
- Schutzgehäuse
- 17
- Schutzgehäuse
- 18
- Schutzgehäuse