專利名稱：用于焊接塑料殼體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于焊接塑料殼體的方法。
背景技術(shù)：
為了封閉尤其是諸如汽車控制器那樣的電子組件的塑料殼體，當(dāng)前常常采用對(duì)塑料部件進(jìn)行焊接，其中通過一種激光器引入熱能是特別優(yōu)選的，因?yàn)樵诖丝梢蕴貏e準(zhǔn)確地將熱能引入到在殼體部件之間的內(nèi)部連接部位并且可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)特別均勻和全面密封的焊接過程。在例如汽車控制器那樣的電子組件中，在殼體內(nèi)部設(shè)置一個(gè)諸如印刷電路板那樣的電路載體，這種印刷電路板本身必須固定在一個(gè)殼體半部上，尤其當(dāng)在該電路載體上設(shè)置對(duì)加速敏感的傳感器時(shí)，這些傳感器需要相應(yīng)剛性的固定，以便記錄待感知的加速度。在此從DE 102005000160 Al中已知一種用于在激光焊接過程期間通過構(gòu)件的塑性變形形封閉地連接兩個(gè)構(gòu)件的方法和裝置，其中在一個(gè)殼體側(cè)將一個(gè)銷栓引過在印刷電路板中的一個(gè)開孔并且通過激光輻射加熱該銷栓并且通過壓力這樣使其變形，以致形成一個(gè)鉚釘頭。這種方法的前提是，在殼體的兩個(gè)不同位置上引入激光輻射以及在印刷電路板上設(shè)置用于銷栓的開孔，這樣減少了可用的印刷電路板面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種用于焊接塑料殼體的方法，在這種方法中可以特別經(jīng)濟(jì)合理且可靠地固定印刷電路板。所述任務(wù)通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。本發(fā)明其他有利的進(jìn)一步構(gòu)成由從屬權(quán)利要求給出，其中也可考慮各個(gè)特征的相互組合和其他進(jìn)一步構(gòu)成。本發(fā)明的一個(gè)主要構(gòu)思在于，在焊接兩個(gè)殼體部件時(shí)在環(huán)繞邊緣上形成的塑料熔體到達(dá)印刷電路板的一個(gè)預(yù)定的邊緣區(qū)并且在冷卻后將印刷電路板固定在殼體內(nèi)。這種固定因此經(jīng)由印刷電路板的一種力封閉和形封閉的嵌入通過流開的熔體的塑料直接在焊接殼體時(shí)在一道工序中并且以一束激光束直接到殼體的環(huán)繞邊緣上實(shí)現(xiàn)，從而可以取消在殼體內(nèi)部中附加鉚接的加熱鉚接成形。在焊接期間，優(yōu)選進(jìn)行殼體部件的相互壓合，以便在兩個(gè)殼體部件之間的焊縫上達(dá)到一種良好的交聯(lián)并且實(shí)現(xiàn)熔體的充分流動(dòng)。此外，可以通過將罩蓋壓緊到印刷電路板上和殼體下側(cè)上直到熔體冷卻形成和保持相應(yīng)的固定，實(shí)現(xiàn)印刷電路板持久及無(wú)振動(dòng)的固定。為了以過程特別可靠的方式形成這種固定并且本身在尺寸誤差情況下能夠在塑料部件或印刷電路板那側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，在焊接前在殼體部件之間的焊接區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)尺寸富裕量，并且只有在達(dá)到一個(gè)預(yù)定的變形行程或一個(gè)預(yù)定的反作用力時(shí)，優(yōu)選達(dá)到終端止擋時(shí)，才結(jié)束焊接。在此，尺寸富裕量?jī)?yōu)選這樣安排，以致通過消除該尺寸富裕量充分產(chǎn)生熔體，用于固定印刷電路板。
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此外，在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選將印刷電路板放在一個(gè)殼體部件中，并且在另一個(gè)殼體部件上設(shè)置一個(gè)朝印刷電路板那邊的成型部，該成型部至少在焊接結(jié)束時(shí)刻到達(dá)印刷電路板并且在冷卻期間將印刷電路板保持在一個(gè)預(yù)定的位置上。這樣可以阻止印刷電路板在熔體硬化前浮起。同時(shí)所述成型部可以用作3用于變形行程的終點(diǎn)止擋并且在焊接區(qū)域、成型部和印刷電路板之間形成一個(gè)空腔，其中所述空腔在焊接期間至少部分被所產(chǎn)生的熔體充滿。通過在至少一個(gè)殼體部件上至少在指向印刷電路板那邊的那個(gè)部分區(qū)域內(nèi)的一個(gè)斜面或缺口，可以給熔體預(yù)定一個(gè)朝印刷電路板那邊的優(yōu)選流向。這種方法用于優(yōu)選僅借助在激光焊接殼體時(shí)在其邊緣上形成的熔體根據(jù)本方法將電子印刷電路板固定在塑料殼體內(nèi)。即使在加工誤差較高情況下或印刷電路板厚度不同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)固的固定并且這適用于在沒有額外構(gòu)件(例如螺釘、粘貼)情況下無(wú)振動(dòng)地安裝PCB并本身適用于將碰撞脈沖傳輸?shù)皆谟∷㈦娐钒迳系膫鞲衅魃?。?dāng)然還同時(shí)實(shí)現(xiàn)一種水密的殼體封閉。也就是說，本發(fā)明涉及一種在例如通過激光器的焊接過程期間在固定印刷電路板的同時(shí)用一個(gè)罩蓋封閉一個(gè)塑料殼體的新方案。目的在于這樣固定印刷電路板，以致它可以用于碰撞感知?，F(xiàn)在下面借助在附圖中所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。下面針對(duì)功能上相同和/或相同的元件可以用相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)注。在此必須強(qiáng)調(diào)的是，殼體的哪個(gè)部件是罩蓋或下部和下面討論的成型部是否在罩蓋或下部上存在，對(duì)本發(fā)明而言完全無(wú)關(guān)緊要。只有相對(duì)于印刷電路板的相對(duì)位置對(duì)作用方式有關(guān)。即使下面在實(shí)施例中始終對(duì)優(yōu)選的激光焊接進(jìn)行討論，但本發(fā)明也適用于不同形式諸如摩擦焊接、超聲波焊接等的局部焊接。


附圖中圖1 具有殼體罩蓋、殼體下部和印刷電路板的第一實(shí)施例在焊接過程開始時(shí)的視2 具有殼體罩蓋、殼體下部和印刷電路板的第一實(shí)施例在焊接過程結(jié)束后的視3 具有殼體罩蓋、殼體下部和印刷電路板的第二實(shí)施例在焊接過程開始時(shí)的視4 具有殼體罩蓋、殼體下部和印刷電路板的第二實(shí)施例在焊接過程結(jié)束后的視5 其他實(shí)施例在焊接過程開始時(shí)的視6 根據(jù)圖5的實(shí)施例在焊接過程結(jié)束后的視7:力的變化曲線。
具體實(shí)施方式
圖1示出一個(gè)在焊接過程開始時(shí)的具有殼體罩蓋1、殼體下部2和印刷電路板3的第一實(shí)施例。在罩蓋1上設(shè)置一個(gè)朝印刷電路板那邊的成型部1. 1、一個(gè)朝該殼體的外部空間那邊的外部凸緣1. 3以及一個(gè)在罩蓋上的外部凸緣1. 3與殼體下部上成型部2. 1之間的用于熔體的容納空間1.2。所述殼體下部2具有一個(gè)帶有尺寸富裕量的成型部2. 1，其中該尺寸富裕量相對(duì)于外部凸緣1. 3和/或相對(duì)于在罩蓋上的成型部1. 1得出并且確定一個(gè)限定的熔體材料容積。所述材料容積在焊接期間熔化并且被側(cè)向擠開，確切地說，至少部分優(yōu)選甚至絕大部分被擠向印刷電路板。這樣一束激光束在所示位置和方向穿過罩蓋1并且加熱相對(duì)置的殼體下部2的成型部2. 1。所述罩蓋1通過相應(yīng)的材料選擇至少在被激光器照射的區(qū)域內(nèi)這樣構(gòu)成，以致它使大部分激光通過到達(dá)相對(duì)置的成型部2. 1的表面2. 1. 1，與此同時(shí)在那里通過相應(yīng)的材料選擇例如引入碳黑顆粒等產(chǎn)生一種特別高的吸收功效，從而使激光轉(zhuǎn)換成熱量，繼而產(chǎn)生塑料熔體。在這種優(yōu)選實(shí)施例中，罩蓋1具有一個(gè)朝印刷電路板3那邊的成型部1. 1。該成型部1. 1與焊接區(qū)或成型部2. 1具有一定距離，從而該距離在焊接前形成一個(gè)在焊接區(qū)域 2. 1. 1、成型部1. 1和印刷電路板3之間的空腔1.2，其中所述空腔1.2在焊接期間至少部分被所產(chǎn)生的熔體2. 4充滿，如比較圖2可特別清楚地看到的那樣。在焊接期間進(jìn)行殼體部件1、2的相互壓合，并且只有在達(dá)到一個(gè)預(yù)定的反作用力或相互經(jīng)過殼體部件1、2的一個(gè)預(yù)定的擠壓行程時(shí)，才結(jié)束焊接。反作用力的相應(yīng)增加可以尤其通過下列方式實(shí)現(xiàn)，即在一個(gè)殼體部件上設(shè)置一個(gè)終端止擋1. 1和1. 3，并且只有在到達(dá)終端止擋時(shí)，才結(jié)束焊接。外部凸緣1. 3或優(yōu)選指向印刷電路板那邊的成型部1. 1可以承擔(dān)所述終端止擋。如果將印刷電路板3放到殼體下部2中在接觸面2. 2上并且成型部1. 1至少在焊接結(jié)束時(shí)刻到達(dá)印刷電路板3，這樣該成型部1. 1可以在冷卻期間將印刷電路板3保持在一個(gè)預(yù)定的位置上并且阻止印刷電路板3浮起或移動(dòng)。此外，由于塑料材料在冷卻時(shí)收縮，所以只會(huì)進(jìn)一步改善印刷電路板3在殼體中的夾緊和固定。至少在一個(gè)殼體部件上至少在指向印刷電路板3那邊的那個(gè)部分區(qū)域內(nèi)構(gòu)成一個(gè)朝印刷電路板3那邊的斜面或缺口，以便給熔體2. 4預(yù)定一個(gè)朝印刷電路板3那邊的優(yōu)選流向。為此，在根據(jù)圖1和2的第一實(shí)施例中，成型部2. 1在其上側(cè)2. 1. 1在整個(gè)面上傾斜并且優(yōu)選在罩蓋1上的對(duì)應(yīng)側(cè)也如此傾斜。通過這種方式，在將罩蓋1壓緊到液化的熔體上時(shí)產(chǎn)生一個(gè)朝空腔1. 2內(nèi)的橫向力，該空腔優(yōu)選通過熔體2. 4充填。此外，在罩蓋1或成型部2. 1上可以設(shè)置一些同樣使熔體能夠相應(yīng)強(qiáng)烈流出的溝槽或類似的缺口。圖3和4示出一個(gè)變化的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，一部分熔體還被有針對(duì)性地導(dǎo)入到容納空間2. 3中。這種向殼體外側(cè)流出的熔體2. 5將外部凸緣1. 3額外固定在成型部2. 1上并且大面積地密封殼體。圖5和6示出另一實(shí)施例。所述殼體下部2具有一個(gè)帶有尺寸富裕量的成型部 2. 1，其中該尺寸富裕量相對(duì)于外部凸緣1. 3和/或相對(duì)于在罩蓋上的成型部1. 1得出并且確定一個(gè)限定的熔體材料容積，該材料容積在焊接期間熔化。這樣一束激光束在所示位置和方向穿過罩蓋1并且加熱相對(duì)置的殼體下部2的成型部2. 1。所述罩蓋1通過相應(yīng)的材料選擇至少在被激光器照射的區(qū)域內(nèi)這樣構(gòu)成，以致它使大部分激光通過到達(dá)相對(duì)置的成型部2. 1的表面2. 1. 1，與此同時(shí)在那里通過相應(yīng)的材料選擇例如引入碳黑顆粒等產(chǎn)生一種特別高的吸收功效，從而使激光轉(zhuǎn)換成熱量，繼而產(chǎn)生塑料熔體。所述罩蓋1具有一個(gè)朝印刷電路板3那邊的成型部1. 1。在焊接期間進(jìn)行殼體部件1、2的相互壓合，并且只有在達(dá)到一個(gè)預(yù)定的反作用力或相互經(jīng)過殼體部件1、2的一個(gè)預(yù)定的擠壓行程時(shí)，才結(jié)束焊接。如果將成型部1. 1放到印刷電路板3上并且在殼體罩蓋 1中形成一個(gè)預(yù)應(yīng)力，就會(huì)實(shí)現(xiàn)反作用力的相應(yīng)增加。如果將印刷電路板3放到殼體下部2中在接觸面2. 2上并且成型部1. 1至少在焊接結(jié)束時(shí)刻到達(dá)印刷電路板3，這樣該成型部1. 1可以在冷卻期間將印刷電路板3保持在一個(gè)預(yù)定的位置上并且阻止印刷電路板3浮起或移動(dòng)。此外，由于塑料材料在冷卻時(shí)收縮，所以只會(huì)進(jìn)一步改善印刷電路板3在殼體中的夾緊和固定。此外，一個(gè)在這里成型在殼體下部上的外部凸緣2. 6附加地保護(hù)焊縫免受直接對(duì)其產(chǎn)生作用的物體的影響。應(yīng)再次強(qiáng)調(diào)的是，所生產(chǎn)的和通過壓緊擠出的熔體量明顯高于在傳統(tǒng)焊接方法中產(chǎn)生的，并且在成型部2. 1上的尺寸富裕量實(shí)現(xiàn)了有針對(duì)性的材料去除和變小。因此在焊接時(shí)形成的熔體通過一種預(yù)定的幾何形狀主要被引向印刷電路板方向并且由此形封閉地固定所述印刷電路板。此外，通過在罩蓋上的止擋將印刷電路板力封閉地固定在殼體中。通過這些止擋，接合行程取決于印刷電路板厚度。例如，接合行程為 0. 4-0. 8mm。本發(fā)明建立在已知的塑料激光焊接基礎(chǔ)上。在那里預(yù)定的基本幾何形狀這樣變化，以致熔體不會(huì)不受控地沿兩個(gè)方向分布，而是有針對(duì)性地被引向殼體內(nèi)部空間方向。此方案的優(yōu)點(diǎn)是，為了固定印刷電路板和封閉殼體，只需要一道工序和一束指向環(huán)繞邊緣的激光束。此外，印刷電路板的固定面積比在傳統(tǒng)的熱氣鉚接中的要大得多，但其中在印刷電路板上的占用面積更小，因?yàn)榻佑|面只影響印刷電路板的邊緣區(qū)。另一方面所述邊緣區(qū)由于與單個(gè)印刷電路板分離而從使用中被定義為阻隔區(qū)。通過更大的接觸面，不會(huì)出現(xiàn)因塑料蠕變而造成的預(yù)應(yīng)力損失。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，本方法的工藝流程非常安全可靠，因?yàn)楹附有谐虄?yōu)選借助一個(gè)力分析裝置進(jìn)行控制。因此，在預(yù)應(yīng)力增加時(shí)(在止擋平放到印刷電路板上之后)可以停止焊接過程，而不對(duì)印刷電路板施加過強(qiáng)的負(fù)荷。圖7示出一個(gè)關(guān)于罩蓋相對(duì)于印刷電路板的調(diào)節(jié)行程s的典型的力變化曲線，在 Tl在到達(dá)印刷電路板時(shí)反作用力明顯增加，由此在T2激活斷開。這樣可以預(yù)定一個(gè)相對(duì)于斷開的反作用力Fmax，它這樣設(shè)計(jì)，以致它確保在印刷電路板和罩蓋之間剛好固定。作為備選方案。也可以考慮改變?cè)黾恿?，即考慮關(guān)于調(diào)節(jié)行程AF/AS或關(guān)于時(shí)間AF/ΔΤ相對(duì)改變力。此外，與澆鑄印刷電路板相比，焊接罩蓋大幅度節(jié)省了材料。除了相對(duì)于澆鑄節(jié)省材料外，焊接過程還大大節(jié)省了時(shí)間，因?yàn)楹附舆B接冷卻更快并且不必干燥。印刷電路板的電觸點(diǎn)接通既可以采用傳統(tǒng)的方式，使用壓接，也可以使用單插腳或直接連接實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵點(diǎn)在于，在沿殼體的邊緣進(jìn)行焊接期間不僅固定印刷電路板，而且還封閉殼體。附圖標(biāo)記表1 罩蓋1.1在罩蓋上朝印刷電路板那邊的成型部1. 2 在罩蓋上的成型部和一個(gè)在殼體下部上朝罩蓋那邊的成型部之間的用于熔體的容納空間1. 3 在罩蓋上的外部凸緣2 殼體下部2. 1 在殼體下部上朝罩蓋那邊的成型部2. 1. 1在成型部2. 1上的上側(cè)2. 1.2在成型部2. 1上的流出相2.2 用于印刷電路板的接觸面2.3 朝殼體外側(cè)用于過量熔體的容納空間2.4 朝印刷電路板那邊流出且硬化的熔體2.5 朝殼體外側(cè)流出的熔體2. 6 在殼體下部上的外部凸緣3 印刷電路板F 力S 調(diào)節(jié)行程
權(quán)利要求
1.用于在兩個(gè)殼體部件的環(huán)繞邊緣上焊接由兩個(gè)殼體部件(1、幻構(gòu)成的塑料殼體的方法，其中在殼體內(nèi)設(shè)置一個(gè)電子印刷電路板(3)，其特征在于，在焊接時(shí)在兩個(gè)殼體部件的環(huán)繞邊緣上形成的塑料熔體(2. 4)到達(dá)印刷電路板(3)的邊緣區(qū)并且在冷卻后將印刷電路板(3)固定在殼體中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在焊接期間進(jìn)行殼體部件(1、2)的相互壓
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在焊接前在殼體部件(1、2)之間的焊接區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)尺寸富裕量，并且只有在達(dá)到預(yù)定的反作用力或相互經(jīng)過殼體部件(1、2)的預(yù)定的擠壓行程時(shí)，才結(jié)束焊接。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在一個(gè)殼體部件上設(shè)置一個(gè)終端止擋(1.1、 1.3)，并且只有在到達(dá)終端止擋時(shí)，才結(jié)束焊接。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，將印刷電路板C3)放在一個(gè)殼體部件O)中O. 2)，并且在另一個(gè)殼體部件(1)上設(shè)置一個(gè)朝印刷電路板那邊的成型部 (1. 1)，該成型部(1. 1)在焊接結(jié)束時(shí)刻到達(dá)印刷電路板⑶并且在冷卻期間將印刷電路板 (3)保持在一個(gè)預(yù)定的位置上。
6.如上述權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，朝印刷電路板那邊的成型部(1.1)與焊接區(qū)域(2. 1. 1)有一個(gè)如此預(yù)定的距離，以致所述距離在焊接前形成一個(gè)在 焊接區(qū)域 (2. 1. 1)、成型部(1. 1)和印刷電路板(3)之間的空腔(1.2)，其中所述空腔(1.2)在焊接期間至少部分被所產(chǎn)生的熔體(2. 4)充滿。
7.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在至少一個(gè)殼體部件上至少在指向印刷電路板⑶那邊的那個(gè)部分區(qū)域內(nèi)構(gòu)成一個(gè)朝印刷電路板那邊的斜面(2. 1. 1,2. 1. 2) 或缺口，以便給熔體(2. 4)預(yù)定一個(gè)朝印刷電路板(3)那邊的優(yōu)選流向。
8.電子組件，包括一個(gè)具有兩個(gè)殼體部件的塑料殼體，其中在殼體中設(shè)置一個(gè)電子印刷電路板，并且所述印刷電路板按照根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法通過熔體進(jìn)行固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于焊接塑料殼體的方法。在沿環(huán)繞邊緣焊接兩個(gè)殼體部件(1、2)時(shí)形成的熔體通過一種預(yù)定的幾何形狀也就是主要被引向印刷電路板(3)方向并且由此形封閉地固定所述印刷電路板。本發(fā)明建立在已知的塑料激光焊接基礎(chǔ)上。在那里預(yù)定的基本幾何形狀這們變化，以致熔體不會(huì)不受控地沿兩個(gè)方向分布，而是有針對(duì)性地被引向殼體內(nèi)部空間方向。本方案的優(yōu)點(diǎn)是，為了固定印刷電路板(3)和封閉殼體，只需要一道工序。此外，印刷電路板(3)的固定面積比在傳統(tǒng)的熱氣鉚接中的要大得多。但其中在印刷電路板(3)上的占用面積更小，因?yàn)榻佑|面只影響印刷電路板(3)的邊緣區(qū)。另一方面所述邊緣區(qū)由于與單個(gè)印刷電路板(3)分離而從使用中被定義為阻隔區(qū)。通過更大的接觸面，不會(huì)出現(xiàn)因塑料蠕變而造成的預(yù)應(yīng)力損失。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，本方法的工藝流程非常安全可靠，因?yàn)楹附有谐讨饕柚粋€(gè)力分析裝置進(jìn)行控制。因此，在預(yù)應(yīng)力增加時(shí)(在止擋平放到印刷電路板上之后)可以停止焊接過程，而不對(duì)印刷電路板(3)施加過強(qiáng)的負(fù)荷。
文檔編號(hào)B60R21/013GK102481726SQ201080040761
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月26日
發(fā)明者H·弗倫策爾, V·米勒 申請(qǐng)人:大陸汽車有限公司