Auf der hybridica 2010 werden die aktuellen
Innovationen in der Hybrid-Fertigung präsentiert. Zu den neuen Verfahren zählt auch
das direkte Umspritzen von elektronischen Komponenten mit Kunststoff.
Im Rahmen eines Projektes suchte der
Hersteller einer Sensoreinheit nach einer Alternative des bisher verwendeten
Gehäuses: Bis dato wurde die elektrische Baugruppe, bestehend aus einer Leiterplatte
mit LEDs, in ein Metallgehäuse montiert und zusätzlich gegen Außeneinflüsse
abgedichtet. Die dazu erforderlichen Prozess-Schritte gestalteten die gesamte Fertigung
aufwändig und kostenintensiv. Mit dem Ersatz des Metall- durch ein Kunststoffgehäuse
erwartete man sich hier wesentliche Einsparungen, wobei die Sensorplatine in
einem Arbeitsgang mit dem Kunststoff ummantelt werden sollte.
Das Direktumspritzen von
elektronischen Baugruppen mit LED-Elementen stellt gleichermaßen eine
Herausforderung an Werkstoff-Spezialisten wie an Verfahrensingenieure dar.
Folgende Vorgaben waren zu erfüllen:- Das Kunststoff-Gehäuse hat die gleichen Eigenschaften
aufzuweisen wie das Metallgehäuse. Da der Sensor in einer rauen
Umgebung zum Einsatz kommt, muss das Gehäuse stabil sein und die
integrierten elektronischen Komponenten schützen. Zugleich ist
eine Beständigkeit gegenüber Temperatur- und
Medieneinflüssen wie aggressive Chemikalien Bedingung.
- Beim Umspritzen der elektronischen Komponenten darf diese so
wenig wie möglich belastet werden, um sie nicht zu
beschädigen. Elektronische Komponenten sind besonders empfindlich
hinsichtlich der Temperatur beziehungsweise dem mechanischen Druck, mit
denen beim Spritzgießverfahren gearbeitet wird.
- Das Fertigungsverfahren sollte gegenüber der
Metallgehäuse-Fertigung kostengünstiger sein und
Montageschritte einsparen.
- Die Abdichtung der LED-Elemente erforderte eine angepasste Werkzeugausführung
Der Spritzgießprozess erwies sich als
wirtschaftlichste Lösung, die allerdings mit dem höchsten Maß an
Prozess-Know-how einherging. Für den Anwendungsfall wurde für das Gehäuse ein spezielles
Polymer ausgewählt, welches im Spritzprozess verarbeitbar ist und alle
Anforderungen an Beständigkeit und niedriger Temperaturführung erfüllt. Beim Umspritzprozess
wurde auf eine der Elektronik angepasste Prozessführung geachtet: Durch die Temperaturführung
wurde die thermische Belastung für die elektronische Baugruppe so gering wie
möglich gehalten. Das Werkzeug wurde so konzipiert, das der erste Schmelzdruck
möglichst weit entfernt vom temperaturempfindlichen Teil der elektronischen
Baugruppe stattfand. Zugleich wurde die mechanische Belastung während des
Einspritzens gering als möglich gehalten.
Das Ergebnis kann sich sehen lassen:
Mit dem passenden Material, ausgefeilter Spritzgießtechnik und eine auf die
Elektronik angepasste Prozessführung wurde die Anforderungen an das Gehäuse
erfüllt und zugleich ein wirtschaftliches Fertigungsverfahren realisiert.
Allerdings gibt es für die Elektronikumspritzung kein Patentrezept. Bei jedem
Anwendungsfall erarbeiten die Spezialisten für Kunststoff-Metallverbindungen
wie der hybridica-Aussteller Hans Huonker GmbH zusammen mit seinen Kunden individuelle
Lösungen, um die geeigneten Materialkombinationen und Fertigungsprozesse
auszuwählen.
Weitere Informationen:
Hans Huonker GmbH
www.hanshuonker.de
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