| von Klaus Vollrath

Wir fertigen maßgeschneiderte Elektronikgehäuse für alle Ansprüche von preisgünstigen Lowcost-Ausführungen bis zu aufwendigen Hightech-Lösungen für höchste Anforderungen“, erläutert Marc Fuchs, Leiter Verkauf & Engineering Druckguss der Wagner AG in Waldstatt, Schweiz. Gerade aufgrund der umfassenden Kompetenz, die man sich auf diesem Spezialgebiet erarbeitet habe, sei man zugleich auch dann der richtige Ansprechpartner, wenn es um kostengünstige Ausführungen gehe.

Entscheidend sei in jedem Fall, dass man den Produktionsprozess auf höchstem Niveau beherrsche. Dies ermögliche es, bei den Gehäusen Ma?e und Flächen schon im Rohguss mit so hoher Präzision darzustellen, dass eine weitergehende mechanische Bearbeitung meist vollständig entfallen kann. Diese Präzision ist entscheidend für die Sicherstellung einwandfreier Funktion und zur Senkung der Herstellkosten. Gerade bei weniger anspruchsvollen Gehäusen wirkt sich dies besonders deutlich aus, weil hier teure Bearbeitungsvorgänge bei der Gesamtkostenbetrachtung ungleich stärker zu Buche schlagen.

Tresore für empfindliche Elektronik

Besonders hoch sind die Anforderungen im Automobil, wo die Schaltungen manchmal direkt im Motorraum untergebracht werden müssen. Gefahr droht hier durch extreme Temperaturen, hohe Störpegel aus der Zündung und den korrosiven Angriffen durch Feuchtigkeit, Salz und Betriebsflüssigkeiten. Um ihren Inhalt vor all diesen Einflüssen zu schützen, müssen die Gehäuse zunächst einmal dicht sein, was einwandfrei ausgebildete Stirnseiten der langen und zugleich äußerst dünnen Wandflächen voraussetzt (Bild 2). Zudem dürfen sie trotz ihrer großen Flächen und dünnen Wände keinen Verzug aufweisen, weil dies die Abdichtung beeinträchtigen würde.

Zusätzliche Schwierigkeitsgrade ergeben sich durch die Tatsache, dass die Gehäuse nicht nur abschirmen, sondern zugleich auch als Kühlkörper wirken müssen. Dies bedeutet, dass die Kontaktflächen zur Leistungselektronik exakt plan sein müssen. So würde bei einem Gehäuse für den HiFi-Verstärker eines Autos der Oberklasse mit 400 W schon eine Ebenheitsabweichung von mehr als 100 Mikrometer die Kühlwirkung gefährden. Verschärfend kommt hinzu, dass auf der Oberfläche auch keinerlei „Pickel“ vorhanden sein dürfen, denn schon eine einzige Erhebung von mehr als 150 Mikrometer könnte die hauchdünne Wärmeleitfolie zwischen Gehäuse und Elektronik durchdringen und einen Kurzschluss verursachen.

Die hohe Schule der Gießtechnik

„Für den Druckgießer bedeutet dies, dass er gleich etliche Schwierigkeitsgrade auf einmal bewältigen muss“, verrät M. Fuchs. Verschärfend kommt nämlich noch hinzu, dass eine ausreichende Wärmeabfuhr oft nur zu gewährleisten ist, wenn die ansonsten äußerst dünnwandigen Gehäuse im Bereich der Kühlbänke große Wanddicken von 20 mm und mehr aufweisen. Die Bewältigung dieser gegensätzlichen Anforderungen – extreme Dünnwandigkeit in Kombination mit massiven Materialanhäufungen – bei zugleich enormen Anforderungen bezüglich Ebenheit ist als hohe Schule des Druckgießens einzustufen (Bild 3).

Spezielle Tricks beim Formenbau

Bei der Leiterplattentechnik geht der Trend in Richtung immer kleinerer Komponenten, deren Verbindungen mit immer dünneren Leiterbahnen realisiert werden. Die Folge ist eine immer größere Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Spannungen und losen mechanischen Partikeln. Wird die Leiterplatte beim Einbau durch z.B. Stichmaßabweichungen, Winkelfehler der selbstfurchenden Befestigungsschrauben oder Unebenheiten der Auflageflächen mechanisch verspannt, so kann dies infolge der zyklischen thermischen Wechselbelastung zwischen Betriebs- und Ruhephasen zur Zerrüttung von Leiterbahnkontakten und damit zu Fehlern und Ausfällen führen (Bild 4).

Deshalb und wegen der geforderten Eignung der Gehäuse für die automatische Montage der Leiterplatten müssen sowohl die Positionen als auch die Abmessungen der Schraubenlöcher besonders eng toleriert werden. Bei den Kernen, mit deren Hilfe diese Schraubenlöcher geformt werden, verwendet man bei Wagner deshalb beschichtete, hochpräzise Spezialausführungen. Für ihre Positionierung gelten zudem besonders enge Toleranzvorgaben.

Gezielte Nachbehandlung

Aufgrund der geringen Leiterbahn- und Kontaktabstände könnten schon kleinste metallische Partikel wie z.B. Abblätterungen, kleine Grate oder metallisches Strahlgut enormes Unheil anrichten, wenn sie irgendwann auf die Platinen gelangen sollten. Um die diesbezüglichen Vorschriften der Abnehmer insbesondere aus dem Bereich der Kfz-Elektronik einzuhalten, verfügt man über spezielle Waschanlagen, so dass die geforderten Restschmutzgehalte und Partikelgrößen prozesssicher eingehalten werden können.

An den Waschanlagen (Bild 5) gibt es hierfür gerichtete Düsen sowie angepasste Filtersysteme mit unterschiedlich großen Maschenweiten, so dass je nach Bauteilgröße und -komplexität metallische Partikel von 100 bis 300 Mikrometer prozesssicher entfernt werden können. Für den Nachweis von Sauberkeit und Benetzbarkeit der Oberflächen insbesondere im Bereich der Kühlkontaktflächen werden Sonder-Testverfahren wie Filtratanalyse und Oberflächenspannung mittels Tintentest eingesetzt.

Besondere Sorgfalt ist darüber hinaus auch bei Verpackung und Transport erforderlich, denn hierbei gilt es, eine erneute Belastung durch Schmutz zu vermeiden. Weiterer wichtiger Aspekt ist in diesem Zusammenhang auch das Thema Elektrostatik, denn statische Ladungen auf dem Gehäuse könnten bei der Montage die Elektronik beschädigen. Für die Verpackungen verwendet man bei Wagner deshalb spezielle ESD-Trays oder -Kleinlastträger, die verhindern, dass sich auf den Gehäusen gefährliche elektrostatische Ladungen aufbauen.

Das Leistungsportfolio

„Immer häufiger werden wir von unseren Kunden aufgefordert, uns bereits in der Entwicklungsphase an der Konzeption einen neuen Gehäuses zu beteiligen“, freut sich M. Fuchs. Das sei wichtig, da man so die Chance habe, mögliche Problembereiche und Kostentreiber, die sich erst bei der Produktion bemerkbar machen würden, bereits im Vorfeld zu eliminieren oder zumindest zu entschärfen. Diese Zusammenarbeit sei für beide Seiten sehr produktiv, da erfahrungsgemäß bis zu 80 % der Kosten bereits in der Konstruktionsphase festgeschrieben werden.

„Je nach Kundenanforderungen erbringen wir darüber hinaus noch zahlreiche Ergänzungsleistungen“, setzt M. Fuchs hinzu. Hierzu gehört u. a. die Lackierung, wobei je nach Vorgaben Pulverlackierung oder KTL-Lackierung zum Einsatz kommen. Auf Wunsch wird auch eine Teillackierung vorgenommen, wofür dann geeignete Abdeckvorrichtungen erstellt werden. In anderen Fällen ergänzt man die Gehäuse um dekorative Elemente wie gestanzte, geprägte und gebogene Blechabdeckungen.

Klaus Vollrath

: Redaktionsbüro Schnitt-Stelle, Aarwangen, Schweiz

(hb)

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