DE19516936A1 - Metallgehäuse mit integrierter Steckerbuchse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Ge­ häuseteilen bestehenden Metallgehäuses mit einer Steckerbuchse zur Auf­ nahme einer elektrische Bauelemente tragenden Trägerplatte, wobei die Steckerbuchse einen aus Kunststoff bestehenden Steckerkörper aufweist.

Es ist bekannt, Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungs-, Druck- oder Temperatursensoren in einem Metallgehäuse unterzubringen. Als Sensoren werden in der Regel mikromechanisch-piezoresistive oder kapazitive Sensor­ elemente verwendet, die zusammen mit Signalaufbereitung, Temperatur­ kompensation und Eingangsschutzbeschaltung in Hybrid-Dickschichttechnik auf einem Keramiksubstrat aufgebaut und in einem hermetisch dichten Me­ tallgehäuse untergebracht sind.

Fig. 3 zeigt einen solchen Beschleunigungssensor, der aus dem schon be­ schriebenen Metallgehäuse 13 und einem dieses Metallgehäuse 13 aufneh­ menden Kunststoffgehäuse, bestehend aus den Teilen 17a und 17b, besteht. Zur elektrischen Verbindung des in dem Metallgehäuse 13 untergebrachten Keramiksubstrates stellen Steckerpins 14, die durch das Metallgehäuse 13 ge­ führt werden, die Verbindung nach außen her. Dies erfolgt durch den Ein­ satz von Glasdurchführungen 15, die jedoch relativ teuer in der Herstellung sind und gleichzeitig die Auswahl des verwendeten Metalls für das Gehäuse 13 einschränken. Daher sind auch viele Materialien für die Herstellung der Glasdurchführungen nicht geeignet. Nach Fig. 3 wird dieses Metallgehäuse 13 mit den Steckerpins 14 in dem haubenförmigen Kunststoffgehäuseteil 17a mit integriertem Steckerkörper 16 untergebracht, so daß die Stecker­ pins 14 in die richtige Lage in bezug dieses Steckerkörpers 16 gelangen. Das Gehäuse wird schließlich mittels einer Grundplatte 17b oder durch einen Ver­ guß vervollständigt.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Gehäuses besteht darin, daß neben dem Metallgehäuse 13 ein weiteres Kunststoffgehäuse 17 mit integriertem Steckerkörper 16 erforderlich ist, da eine in das Metallgehäuse 13 integrierte Steckerbuchse aufgrund der Bruchempfindlichkeit des für die Glasdurchfüh­ rungen verwendeten Materials nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand zu realisieren ist.

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallgehäuses mit einer Steckerbuchse der eingangs genannten Art anzugeben, das zu einem einfachen Aufbau führt und kostengünstig her­ stellbar ist. Dabei soll die Dichtigkeit des Gehäuses die im Kfz-Bereich übli­ chen Anforderungen erfüllen, also insbesondere motorraumtauglich sein, d. h., die von dem Gehäuse aufgenommenen elektrischen Bauelemente sol­ len vor den im Betrieb des Kraftfahrzeuges auftretenden Belastungen, vor allem durch Umwelteinflüsse, wie Feuchtigkeit, Schmutz, Staub und Tempe­ raturwechsel, ausreichend geschützt werden.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspru­ ches 1 gelöst, wonach zunächst in einem ebenen Bereich eines Gehäuseteils eine Öffnung hergestellt wird und im Bereich dieser Öffnung die Stecker­ buchse derart montiert wird, daß der Steckerkörper formschlüssig mit dem diese Öffnung umgebenden Bereich des Gehäuseteils dicht verbunden ist und die Steckerpins in das Innere des Gehäuses ragen. Anschließend erfolgt die mechanische Befestigung der die elektrischen Bauelemente tragenden Trägerplatte sowie deren elektrische Verbindung mit den Steckerpins der Steckerbuchse. Zum Schluß erfolgt die Vervollständigung des Gehäuses mit den verbleibenden Gehäuseteilen.

Das nach diesem Verfahren hergestellte Gehäuse weist einen sehr einfachen Aufbau auf. Insbesondere erfordert es zur Sicherstellung der Dichtigkeit kei­ ne Glasdurchführungen. Diese Dichtigkeit wird einerseits dadurch erzielt, daß der Steckerkörper sowohl formschlüssig mit einem Gehäuseteil verbun­ den ist als auch die Steckerpins formschlüssig in den Steckerkörper einge­ spritzt sind und andererseits dadurch, daß die Durchdringung mit Feuchtig­ keit durch Minimierung der die Öffnung verschließenden Kunststofffläche im wesentlichen verhindert wird. Die Montage der die elektronischen Bau­ teile tragenden Trägerplatte und deren Verbindung mit der Steckerbuchse erfolgt auf der Innenseite des die Steckerbuchse tragenden Gehäuseteils, wobei die elektrische Verbindung über die Steckerpins der Steckerbuchse zu der Trägerplatte hergestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt somit zu einem Gehäuse, das die Vor­ teile von metallischen Gehäusen mit denen von Kunststoffgehäusen kombi­ niert. Da sind einmal die Abdichtung des Innenraums durch das metallische Gehäuse und zum andern die flexible Gestaltung von Anschlüssen nach au­ ßen, da je nach Anforderungen verschiedene Ausführungen von Stecker­ buchsen verwendet werden können.

Ein weiterer Vorteil liegt auch darin, daß die Glasdurchführungen im Stand der Technik durch Kunststoff ersetzt werden, wodurch die Wahl des verwen­ deten Metalls nicht in dem Maße beschränkt wird, wie es bei solchen Glas­ durchführungen der Fall ist.

Durch den Wegfall eines weiteren Kunststoffgehäuses, wie es im Stand der Technik gemäß Fig. 3 gezeigt ist, erhält man bei gleicher Baugröße ein grö­ ßeres Einbauvolumen, d. h., daß sich die Packungsdichte erhöhen läßt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verbindung des Steckerkörpers mit dem Gehäuse durch Anspritzen des Steckerkörpers zusammen mit den Steckerpins an das die Öffnung auf­ weisende Gehäuseteil realisiert. Ferner kann die Qualität der Verbindung zwi­ schen Kunststoff und Metall dadurch verbessert werden, daß im Bereich der Öffnung Ankerglieder vorgesehen sind, die zusammen mit dem Steckerkör­ per umspritzt werden. Damit wird eine hohe Lebensdauer erreicht, ohne daß sich Spalten zwischen dem Metall und dem Kunststoff aufgrund der un­ terschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bilden können. Vielmehr bewir­ ken diese unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten eine Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Steckerkörper und dem metallischen Gehäu­ seteil.

Vorzugsweise kann das Ankerglied einstückig mit dem den Steckerkörper tragenden Gehäuseteil hergestellt werden, indem hierzu das zur Herstellung der Öffnung zu entfernende Material verwendet wird. Insbesondere braucht lediglich das zu entfernende Material aus der Ebene der Öffnung in Richtung der Außenseite des Gehäuses gebogen zu werden, so daß ein die Öffnung umlaufender Flansch entsteht.

Ferner kann zur Erhöhung der Dichtigkeit zwischen der Steckerbuchse und dem Innenraum des Gehäuses zwischen der Trägerplatte und dem die Steckerbuchse tragenden Gehäuseteil eine Dichtungsschicht, vorzugsweise aus Silikon, eingebaut werden.

Die elektrische Verbindung der Trägerplatte mit den Steckerpins kann mit­ tels Steckerkontakte hergestellt werden, so daß hierdurch eine sehr einfa­ che Montage möglich ist. Alternativ kann die elektrische Verbindung über gelötete, geklebte oder gebondete Kontakte erfolgen.

In vorteilhafter Weise kann den metallischen Teilen des Gehäuses eine einfa­ che Gestaltung gegeben werden, um hierdurch eine rationelle Herstellung zu ermöglichen. So kann beispielsweise das die Steckerbuchse tragende Ge­ häuseteil als haubenförmiges Tiefziehteil hergestellt werden, wobei ledig­ lich zur Vervollständigung des Gehäuses eine ebene Gehäuseplatte erforder­ lich ist. Hierzu werden diese beiden Teile miteinander verschweißt oder ver­ klebt, so daß eine dichte Verbindung entsteht.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Metallgehäuses im Zusammenhang mit den Zeich­ nungen dargestellt und erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren hergestellten Gehäuses,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Gehäuses nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein Gehäuse nach dem Stand der Technik.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Metallgehäuse 1 ist aus einem wan­ nenförmigen Deckel 2a und einer Grundplatte 2b aufgebaut. Eine herme­ tisch dichte Verbindung zwischen diesen beiden Teilen wird mittels einer Schweißnaht oder einer Klebeverbindung mittels eines geeigneten Klebers sichergestellt.

Dieser Deckel 2a enthält eine rechteckförmige oder quadratische Öffnung 6, an deren Rand ein umlaufender Flansch als Ankerglied 7 angeformt ist. Die­ ses Ankerglied 7 wird mit dem zur Herstellung der Öffnung 6 erforderlichen, zu entfernenden Material einstückig mit dem Deckel 2a hergestellt. Dieses Ankerglied 7 steht hakenförmig aus der Ebene der Öffnung heraus, so daß die Steckerbuchse 3 durch Anspritzen des Steckerkörpers 3a zusammen mit den Steckerpins 8 an den Deckel 2a entsteht. Durch das Anspritzen des Kunststoffes zur Bildung des Steckerkörpers 3a wird ein dichter Anschluß zwischen dem Stecker 3 und dem Deckel 2a erreicht. Die Qualität dieser Ver­ bindung wird dadurch erhöht, daß dieses Ankerglied 7 in den Steckerkörper 3 hineinragt. Der Anspritzvorgang stellt auch die Dichtigkeit zwischen den Steckerpins 8 und dem Steckerkörper 3 sicher. Diese Dichtigkeit stellt sich dadurch ein, daß das Anspritzen bei der Fließtemperatur des anzuspritzen­ den Kunststoffes, also bei einer hohen Temperatur von beispielsweise 240°C durchgeführt wird. Die sich daran anschließende Abkühlung des angespritz­ ten Kunststoffes bewirkt einen Schrumpfeffekt, der insbesondere auf das Ankerglied in Richtung des Mittelpunktes der Öffnung wirkt. Da unter Be­ triebsbedingung die Fließtemperatur des Kunststoffes nicht mehr erreicht wird, bleibt die Dichtigkeit auch bei Temperaturschwankungen erhalten. Eine weitere Erhöhung der Dichtigkeit wird auch dadurch erreicht, daß um das Ankerglied 7 ein Dichtring 11 miteingespritzt wird.

Die Öffnung 6 kann in Abweichung von der Form nach Fig. 1 auch kreis­ rund ausgebildet werden, so daß als Ankerglied 7 ein die kreisrunde Öffnung 6 umlaufender ringförmiger Flansch entsteht, der in bezug auf die Öffnung 6 auch als Trichter bezeichnet werden könnte.

Eine weitere Ausgestaltung des Ankergliedes 7 ergibt sich dadurch, daß der Flansch die Öffnung 6 nicht durchgängig umläuft, sondern aus mehreren Fingern besteht, die über dem Rand der Öffnung 6 verteilt sind.

Die vorgeschlagene Verwendung eines Ankergliedes führt auch zu einer sehr wirksamen Zugentlastung beim Lösen der Steckverbindung. Auch die wäh­ rend des Kfz-Betriebes auftretenden Vibrationen führen an der Steckerver­ bindung zu Kräften, die von der Steckerbuchse aufgefangen werden müs­ sen. Durch die Verankerung des Steckerkörpers mittels des Ankergliedes ist dies in nahezu idealer Weise gelöst.

Die Steckerpins 8 werden derart mit dem Steckerkörper 3a eingespritzt, daß diese in den Innenraum des Gehäuses 1 ragen. Somit kann eine elektrische Bauteile 5 tragende Trägerplatte 4, beispielsweise ein Keramiksubstrat oder Leiterplatte mittels einer Verbindungsschicht 10 so in den Deckel 2a mon­ tiert werden, daß die elektrische Verbindung über diese Steckerpins 8 er­ folgt und die mechanische Verbindung über diese Verbindungsschicht 10. Die Verbindung zu diesen Steckerpins 8 erfolgt entweder über in der Träger­ platte 4 angeordnete Steckerkontakte 9 oder über gelötete, geklebte oder gebondete Kontakte. Somit besteht zwischen der Trägerplatte 4 und dem Gehäuseteil 2a über die Verbindungsschicht 10 eine mechanische Verbin­ dung. Diese Verbindungsschicht 10 dient gleichzeitig zur Erhöhung der Dich­ tigkeit des Innenraums des durch die beiden Gehäuseteile 2a und 2b gebil­ deten Gehäuses 1 und besteht beispielsweise aus Silikon.

Nach der Montage dieser Trägerplatte 4 wird das Gehäuse 1 mittels der Bo­ denplatte 2b vervollständigt. Zur Befestigung des Gehäuses 1 dienen zwei in der Bodenplatte 2b angeordnete Bohrungen 12.

Das Metallgehäuse 1 bietet eine sehr gute Abschirmung sowohl gegen aus­ tretende elektromagnetische Strahlung als auch gegen von außen eintreten­ de Strahlung.

Das erfindungsgemäße Gehäuse kann mit Vorteil überall dort eingesetzt wer­ den, wo ein hermetisch dichter Innenraum erforderlich ist. Dies trifft vor al­ lem zu für Sensoren, beispielsweise für Beschleunigungs-, Druck-, Ölstand- und Temperatursensoren.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Gehäuseteilen (2a, 2b) be­ stehenden Metallgehäuses (1) mit einer Steckerbuchse (3) zur Aufnahme ei­ ner elektrische Bauelemente (5) tragenden Trägerplatte (4), wobei die Steckerbuchse (3) einen aus Kunststoff bestehenden Steckerkörper (3a) auf­ weist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Herstellen einer Öffnung (6) in einem ebenen Bereich eines Gehäuse­ teils,
• b) Montage der Steckerbuchse (3), indem der Steckerkörper (3a) form­ schlüssig mit dem die Öffnung (6) umgebenden Bereich des Gehäuse­ teils (2a) dicht verbunden wird, so daß die Steckerpins (8) der Stecker­ buchse (3) in das Innere des Gehäuses (1) ragen,
• c) mechanische Befestigung der Trägerplatte (4) in dem Gehäuse (1) so­ wie deren elektrische Verbindung mit den Steckerpins (8) der Stecker­ buchse (3) und
• d) Vervollständigung des Gehäuses mit den verbleibenden Gehäusetei­ len (2b).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Steckerkörpers (3a) mit dem die Öffnung (6) aufweisenden Gehäuseteil (2a) durch Anspritzen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Öffnung (6) ein Ankerglied (7) vorgesehen ist, das zusammen mit dem Steckerkörper (3a) umspritzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerglied (7) einstückig mit dem Gehäuseteil (2a) hergestellt wird, das die Öffnung (6) aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Trägerplatte (4) und dem die Steckerbuchse (3) tragenden Gehäuseteil (2a) eine Verbindungs- und Dichtungsschicht (10) an­ gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verbin­ dungs- und Dichtungsschicht (10) aus Silikon besteht.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung der Trägerplatte (4) mit den Steckerpins (8) über Steckerkontakte (9) oder gelötete, geklebte oder gebondete Kontakte (9) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das die Steckerbuchse (3) tragende Gehäuseteil (2a) als Deckel ausgebildet ist, indem es als haubenförmiges Tiefziehteil hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vervollstän­ digung des Gehäuses (1) eine ebene Gehäuseplatte (2b) vorgesehen ist, die hermetisch dicht mit dem Deckel (2a) verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (2a) durch Schweißen oder durch Kleben mit der Gehäuseplatte (2b) verbun­ den wird.