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.