电气或电子构件以及制造电气或电子构件的方法与流程

电气或电子构件以及制造电气或电子构件的方法
1.本发明涉及一种制造电气或电子构件的方法，所述构件包括导体元件和塑料结构，其中，所述导体元件具有两个接触位置和布置在这些接触位置之间的、由多个外周面限定边界的纵长区段，并且其中，所述塑料结构还与所述导体元件牢固地连接，使得所述塑料结构在与导体元件的纵长区段相叠的注塑包封区段内沿整个外周包裹所述导体元件。此外，本发明涉及一种电气或电子构件，其具有尤其在使用这种方法的情况下制造的电气或电子构件以及与导体元件接触的和被塑料结构至少部分地包裹的电气或电子功能单元。
2.在制造上述的构件和组件时的特殊的挑战是，设计在导体元件与部分包裹该导体元件的塑料结构之间的连接，从而该塑料结构满足相对于气态的和液态的介质的坚固性、可靠性和持续的密封性的高要求。在这方面，要安装在机动车中的构件和组件尤其是有问题的，因为一方面它们必须是能特别轻地、紧凑地且廉价地制造的，但另一方面由于振荡、振动和其他的冲击而受到特别大的应力。
3.在现有技术中已经讨论了应该减轻或解决上述问题的不同的方法。
4.例如文献ep 2 307 187 b1提出了一种复合构件，其中，在注塑成型由热塑性的塑料制成的第二构件之前，在使用电磁辐射的情况下处理由铝合金制成的第一构件的表面，从而产生除了微结构以外还具有纳米结构的表面结构。第一构件的这种表面结构化应该确保复合构件的两个构件之间的改进的粘性，以便实现更高的强度和密封性。
5.根据涉及半导体芯片的制造的文献us 2012/0009739 a1，为了在金属导体上的由聚合物材料构成的注塑包封的良好的粘性，由点状的结构构成的图案借助激光处理引入金属导体的最初光滑的表面中，点状的结构分别具有相对于原始表面凹陷的中心和包围该中心的相对于原始表面凸出的环。
6.关于机电结构元件的摩擦特性或电光结构元件的反射特性的力求达到的改进，文献wo 2011/098256 a2利用加工方法、即研磨、辐射和滚轧提出了用于金属板或构件的表面的精细结构化的另外的可能性。
7.上述问题的实用的、即满足所有现有要求的解决方案尚不存在。本发明所要解决的在竞争方面展现的技术问题在于，说明一种制造前述类型的前述构件或组件的方法，其中，导体元件和塑料结构之间的连接即使在极端负载的情况下也满足相对于气态和液态介质的坚固性、可靠性和持续的密封性的最高要求，其中，相关的制造过程的特征还在于特别低的成本和比较短的过程时间。
8.所述技术问题在制造电气或电子构件的方法方面通过权利要求1的技术特征解决，并且在电气或电子构件方面通过权利要求9的技术特征解决。
9.在此，根据本发明的用于制造前述类型的电气或电子构件的方法包括以下方法步骤：
10.(a)提供带状的金属基底，所述金属基底包括多个导体元件坯件和使这些导体元件坯件相互连接的承载结构；
11.(b)借助一个或两个激光源在所述导体元件坯件的所有外周面上分别在未来的导体元件的纵长区段以内延伸的纹理变形区段上制造多个槽形的凹陷部，其中，借助单个激
光源在至少两个彼此邻接的、形成共同的棱边的主外周面上制造多个槽形的凹陷部，使得多个槽形的凹陷部不间断地连续延伸到至少两个主外周面中；
12.(c)将在方法步骤(b)中被加工的导体元件坯件通过截断、尤其通过冲裁与所述承载结构分离；
13.(d)在所述注塑包封区段内在所有外周面上在形成塑料结构的情况下，利用塑料来注塑包封在方法步骤(c)中产生的导体元件，其中，所述塑料结构的塑料伸入到所述导体元件的被塑料覆盖的多个槽形的凹陷部中。
14.因此，在方法步骤(b)中，未来的导体元件的纹理变形区段中的导体元件坯件的表面结构化发生在以下时间点，即当各个导体元件坯件(仍然)是带状的金属基底的一部分时，即当导体元件坯件仍然通过承载结构相互连接时，并且因此在导体元件坯件与承载结构分离之前。由于在方法步骤(c)中，从带状的金属基底的相应一个导体元件坯件产生相应一个导体元件，因此导体元件坯件已经具有未来的导体元件的在此表征的(结合该导体元件定义的)特性、即外周面和纵长区段、纹理变形区段和注塑包封区段。在此，金属基底尤其可以基于铜、铜合金或不锈钢，并且可以以电镀技术被处理。通过在导体元件坯件结合到金属基底的复合件中期间导体元件坯件的光学表面结构化能够实现，将要加工的导体元件坯件非常简单地导引经过一个或两个激光源，并且定位在其上，而不必单独抓取并且定位每个导体元件坯件。由此，可以省去复杂且昂贵的机械抓取和定位装置，并且可以实现短的过程时间，这有利地反映出低的生产成本。
15.在此，通过一个或多个激光源相对于分别通过激光源表面被加工的导体元件坯件的位置的考虑到(在未来的导体元件的纹理变形区段中的)导体元件坯件的横截面的有利的定位能够实现，(在随后的导体元件的纹理变形区段中的)相关的导体元件坯件的所有外周面可以利用仅一个或两个激光源加工，而不必在表面处理期间旋转导体元件坯件。
16.通过纹理变形区段的无例外地所有的外周面利用槽形的凹陷部(其中至少一部分在多个在棱边处相交的外周面上延伸)的表面结构化，提供了用于形成导体元件和塑料结构之间的极其坚固的、可靠的和持续气体和液体密封的连接的基础。在这方面起决定性作用的是槽形的凹陷部的分别连续穿过棱边的、延伸到两个相关的外周面中的实施方案，在该棱边上，(未来的)导体元件的两个彼此相邻的外周面彼此邻接。由于只需要一个或两个激光源来加工纹理变形区段的所有的外周面，因此所需的工具投资在此可以减少到最小，这对制造成本产生有利的影响。在此，只有通过方法步骤(a)至(d)的各个特征的协同的相互作用，才能解决本发明所基于的并且在其部分方面看起来矛盾的技术问题。
17.可平坦设计的但也可拱曲设计的各个外周面在此通过棱边限定边界，这些棱边形成在具有在棱边区域中不同的切面的两个外周面彼此邻接的地方。为了满足根据本发明的方法表征的特性，在此根据在什么样的情况下、在相应的外周面上引入槽形的凹陷部来区分主外周面和副外周面：在主外周面的情况下，槽形的凹陷部要么由两个激光源中的第一激光源引入，要么如果在整个方法中仅使用单个激光源来进行表面加工，那么槽形的凹陷部在相关的导体元件坯件第一次通过激光源期间由单个激光源引入。在副外周面的情况下，槽形的凹陷部类似地要么由两个激光源中的第二激光源引入，要么如果在整个方法中仅使用单个激光来进行表面加工，那么槽形的凹陷部在相关的导体元件坯件第二次通过激光源期间由单个激光源引入。下面将更详细地讨论利用仅单个激光源在相关的导体元件坯
件的整个外周上进行的表面加工。
18.为了避免误解，预防性地应该指出的是，在本发明的定义和阐述的范围内结合导体元件和接触位置分别提到的数量(例如一个导体元件、两个接触位置)应理解为最小数量。本发明同样涵盖具有更多数量的这些部件的构件和组件。
19.用于制造电气或电子构件的方法的优选的扩展方案的特征在于，这些槽形的凹陷部具有5μm至50μm的深度和5μm至40μm的宽度。特别优选地，这些槽形的凹陷部具有20μm至30μm的深度和15μm至25μm的宽度。在此，所提及的深度和宽度能够实现导体元件和塑料结构之间的非常有利的连接，塑料结构的特征在于处理时间(处理时间随着槽形的凹陷部的深度和宽度的增加而增加)、对激光源功率的要求(对激光源的成本要求，并且激光源的成本随着槽形的凹陷部的深度和宽度而增加)、导体元件和塑料结构之间的连接的密封性和稳定性以及导体元件的机械完整性之间的特别有利的妥协。
20.用于制造电气或电子构件的方法的另外的有利的扩展方案的特征在于，所述导体元件的主外周面中的一个与另外的副外周面在形成棱边的情况下彼此邻接，并且以小于或等于90
°
的角度彼此相交，其中，主外周面的槽形的凹陷部与副外周面的槽形的凹陷部在横截面视图中(即在沿导体元件的纵向的投影中)彼此相叠。换言之，这意味着，在主外周面和副外周面在形成锐角的情况下彼此邻接的棱边处，第一和第二外周面的槽形的凹陷部是足够深的，以便彼此重叠。由此能够实现，导体元件和塑料结构之间的连接在相关的棱边的区域中，尽管存在暴露的位置(和由此产生的缺口效应)，但也并且刚好满足对相对于气态的和液态的介质的坚固性、可靠性和持续的密封性的最高要求。彼此邻接的主和副外周面的槽形的凹陷部的重叠能够尤其通过相应的棱边的拐角半径的足够小的尺寸或通过增加激光束的渗入深度的提高(例如通过更陡的渗入/冲击角度或更长的作用时间)实现。
21.根据本发明的另外优选的扩展方案，用于制造电气或电子构件的方法的特征在于，所述导体元件在纹理变形区段中具有多边形的横截面或者圆弧形的横截面或者展现出多边形的和圆弧形部分的横截面。如以上已实施的那样，为了形成导体元件和塑料结构之间的满足高要求的连接，导体元件坯件(或导体元件)的横截面与一个或两个激光源相对于相应表面被加工的导体元件坯件的相对位置之间的相互作用是有影响的。基于该背景，在纹理变形区段中的导体元件的上述的多边形的、圆弧形的或多边形-圆弧形的横截面证实是特别有利的。
22.用于制造电气或电子构件的方法的另外的优选的扩展方案的特征在于，这些槽形的凹陷部是具有纵向槽和横向槽的网状或格状的沟槽结构的一部分。网状或格状的沟槽结构在此能够实现在导体元件和塑料结构之间形成特别坚固的、可靠的和持续密封的连接，因为通过纵向和横向槽的不同的定向形成一种材料配合的连接，其尤其与具有仅相互平行地延伸的凹陷部的槽结构相比，在其连接特性方面较少地与应力方向相关，并且因此在更高的程度中是各向同性的，这根据特定的要求情况可能是有利的。
23.用于制造电气或电子构件的方法的另外的有利的扩展方案的特征在于，在方法步骤(b)中，在所述导体元件坯件的纹理变形区段的所有外周面上借助仅一个激光源依次地制造槽形的凹陷部，其中，带状的金属基底回环式地扭转地被导引，使得相应的导体元件坯件一次以其主外周面且再一次以其剩余的外周面面对激光源地导引经过所述激光源。导体元件坯件因此分别两次导引经过一个和相同的激光源，并且在此在两个步骤中实施纹理变
形区段中的所有外周面的表面加工。以该方式可以实现的是，所有外周面能够利用仅一个，而不是两个激光源加工表面，这有利地反映在生产技术的投资和维护成本的降低中，并且因此最终有利地反映在要制造的构件的更低成本中。
24.在进一步优选的扩展方案中，用于制造电气或电子构件的方法的特征在于，在方法步骤(c)中产生的导体元件在其至少一个接触位置处与电气或电子功能单元相接触，并且所述电气或电子功能单元在实施方法步骤(d)期间至少部分地被塑料注塑包封。以该方式能够实现制造复杂的组件，其中，电气功能单元和尤其是其与导体元件的接触至少部分嵌入塑料结构中，这能够以有利的方式有利于组件的完整性、坚固性和长期稳定性。
25.如以上实施地那样，本发明不仅涉及已经说明的用于制造电气或电子构件的方法，而且涉及电气或电子构件本身。在此，根据本发明的电气或电子构件包括电气或电子功能单元、尤其定子单元、导体元件和塑料结构，所述电气或电子组件具有以下特征：
[0026]-所述导体元件具有两个接触位置和布置在这些接触位置之间的、由多个外周面限定边界的纵长区段；
[0027]-所述电气或电子功能单元(在其中接触位置处)与所述导体元件相接触；
[0028]-所述导体元件在纵长区段以内延伸的纹理变形区段的所有外周面上具有多个槽形的凹陷部，其中，多个槽形的凹陷部不间断地连续地延伸到至少两个彼此邻接的、形成共同的棱边的外周面中；
[0029]-所述塑料结构至少部分地包裹电气或电子功能单元，并且所述塑料结构与导体元件牢固地连接，方式是，所述塑料结构在与导体元件的纵长区段相叠的注塑包封区段内沿整个外周包裹所述导体元件，其中，所述塑料结构伸入到所述导体元件的被塑料结构覆盖的槽形的凹陷部中。
[0030]
不间断地连续地伸入到至少两个彼此邻接的型材共同的棱边的外周面中的槽形的凹陷部在此有助于，并且也刚好在棱边区域中形成导体元件和塑料结构之间的特别坚固的、可靠的和持续密封的连接，因为在棱边区域中也能够实现塑料结构到导体元件的凹陷部中的榫槽状的材料配合的连接所需的嵌入。
[0031]
根据本发明的优选的扩展方案，电气或电子构件的特征在于，所述功能单元设计为定子单元，并且所述组件设计为电机-泵单元的电机壳体，其中，所述电机-泵单元包括转子单元并且适用于运输流体，其中，所述定子单元还仅部分地被塑料结构包裹并且在朝向转子单元的区域中是露出的，其中，所述定子单元的露出的区域以及转子单元暴露于被运输的流体下。在该扩展方案中，表征的特征和有利的效果在协同的相互作用中以非常特别的方式发挥作用：通过在形成电机壳体的情况下将定子单元和导体元件结合到共同的塑料结构中，能够实现极其紧凑的、低公差的并且机械稳定的部件。定子单元暴露于流体并且在朝向转子单元的区域露出的情况应该要努力实现这两个构件之间的尽可能小的间隙，目标是提高电机的效率。然而，这只有通过导体元件和塑料结构之间的坚固的、可靠的和持续密封的连接才能实现，因为通过该连接可以持续防止由泵运输的流体沿塑料结构和导体元件之间的边界层流动并且到达且损坏敏感的电子和电气设备，导体元件在其第二接触位置上与这些电子和电气设备接触。
[0032]
本发明所基于的构思在此也可以与所述优点一起转移到电气或电子构件。所述构件在此包括具有两个接触位置的导体元件和塑料结构，其中，导体元件在接触位置之间具
有通过多个外周面限定边界的纵长区段，塑料结构与导体元件牢固地连接，并且在与导体元件的纵长区段相叠的注塑包封区段以内沿整个外周包裹该导体元件。导体元件在此在纵长区段以内延伸的纹理变形区段的所有外周面上具有槽形的凹陷部，其中，多个槽形的凹陷部不间断地连续地伸入到至少两个彼此邻接的、形成共同的棱边的外周面中，并且其中，塑料结构伸入到导体元件的被塑料结构覆盖的槽形的凹陷部中。
[0033]
在此，关于根据本发明的产品也适用的是，结合导体元件、接触位置和功能单元分别提到的数量(例如一个导体元件、两个接触位置、一个功能单元)在此应该理解为最小数量。本发明同样涵盖具有更多数量的这些部件的构件和组件。
[0034]
以下根据附图更详细地阐述本发明的多个实施方式和实施例。在附图中：
[0035]
图1a以俯视图并且
[0036]
图1b以斜视图示出一种带状的金属基底，其具有多个根据权利要求1的方法步骤(b)进行表面处理的导体元件坯件，
[0037]
图2示意性地示出剖切纹理变形区段中的根据图1a和1b的导体元件坯件所得的横截面图和通过一个或两个激光源进行表面加工的两个位置，
[0038]
图3示意性地示出相应的纹理变形区段中的不同的相对于图2备选地实施的导体元件的横截面图和通过一个或两个激光源进行表面加工的相应的两个位置，
[0039]
图4以斜视图示出回环式地、扭转地被导引的带状的金属基底连同单个激光源，
[0040]
图5示出根据本发明的组件的截面图，该组件是电机-泵单元的一部分。
[0041]
图1a和1b示出了具有多个相同的导体元件坯件2的序列的带状的金属基底1。这些导体元件坯件通过桥接片3不仅相互连接，而且也与连续的条形的承载结构4连接。导体元件坯件2以及通过分离(通过冲压或剪切)从其凸出的导体元件2’基本上在端侧具有两个为了接触邻接的电气部件特定的和适当的接触位置5。
[0042]
每个导体元件坯件2具有布置在其两个接触位置5之间的纵长区段6，该纵长区段具有多边形的、即平面延伸的六角的横截面(参见图2)。在该纵长区段6中，导体元件坯件2换言之通过总共六个、在这该情况下平坦的外周面7限定边界。
[0043]
在布置在纵长区段6内的纹理变形区段8中，导体段坯件2在其所有六个外周面7上具有槽形的凹陷部9。根据所述方法的个性化设计，在使用单个激光源(参见图4)或两个激光源的情况下制造这些凹陷部。图2的两个箭头p1和p2在此标记了在六个外周面7被纹理化变形的情况下一个或两个表面加工的激光源相对于导体元件坯件2的位置。与总体上使用的激光源的数量无关地适用的是，在三个相互邻接的形成总共两个共同的棱边10.i的主外周面7.i上，借助仅一个唯一的根据p1定位的激光源制造槽形的凹陷部9.i。大量的槽形的凹陷部9.i在三个彼此邻接的、形成总共两个共同的棱边10.i的主外周面7.i中不间断地连续延伸。
[0044]
与三个主外周面7.i相对置的三个副外周面7.ii在此同样具有大量槽形的凹陷部9.ii，其在三个彼此邻接的形成总共两个共同的棱边10.ii的副外周面7.ii中不间断地连续延伸。主外周面7.i和副外周面7.ii分别在两个棱边11、12处彼此邻接并且闭合，相应的平面在横截面视图中以大约90
°
的角度、即以近似直角彼此相交。在此，相应的主外周面7.i和副外周面7.ii的槽形的凹陷部9.i、9.ii在横截面视图中，在棱边11、12的区域中相叠。换言之：由于凹陷部的深度，槽形的凹陷部9.i与两个外侧的副外周面7.ii交汇，并且槽形的
凹陷部9.ii与两个外侧的主外周面7.i交汇。如图2所示，槽形的凹陷部9.i和9.ii不必彼此对齐，即在棱边11和12处合并；相反，其可以、但不必相互错开。
[0045]
图3示出了大量其他的导体元件坯件2在其相应的纹理变形区段8中的(分别在制造槽形的凹陷部之前的)横截面图，其根据特定的需求情况可以被证实为是特别有利的。尤其示出了梯形、平行四边形、圆弧、多次弯曲的板、正方形、矩形和双矩形的形式的横截面图。在此，两个箭头p1和p2也表示一个或两个表面加工的激光源相对于相应的导体元件坯件2的相应位置。为了清楚起见，仅针对图3所示的横截面中的一个画出附图标记；显然，附图标记仍然也类似地适用于图3的其他的横截面。
[0046]
图4以斜视图示出了根据图1a和图1b的(仅示意性示出的)带状的金属基底1在唯一的激光源13上的回环式的扭转的导引。多面体p3在此标记以下区域，在该区域中可以通过激光源13的常规的表面加工在常规运行的范围内实现。在金属基底1从第一辊子14展开之后，并且在金属基底缠绕到第二辊子15上之前，对嵌入金属基底1中的导体元件坯件2(参见图1a和图1b)进行加工。带状的金属基底1在此回环式地扭转地以套圈16形式被导引，从而每个导体元件坯件2一次利用其主外周面7.i，且再一次利用其副外周面7.ii面对激光源13地导引经过该激光源(其中，为了清楚起见，没有示出导引金属基底1的导引设备)。因此，一个且相同的激光源13可以对主外周面7.i和副外周面7.ii进行表面处理，并且因此可以省去第二激光源。
[0047]
图5以截面图示出了适用于运输流体的电机-泵单元的电机部分17。所示的电机部分包括实施为根据本发明的组件19的定子结构18和可转动地容纳在其中的转子单元20。转子单元20以常见的方式包括驱动电机-泵单元的泵部分的轴21和与轴刚性连接的电枢22。并且定子结构18包括定子单元23，定子单元以常见的方式具有多个分别放置到定子芯24上的定子绕组25。定子绕组25通过(根据图1和2实施的)导体元件2’(仅示出这些导体元件2’中的一个)与电子控制器27的电路板26相接触。
[0048]
定子结构18还包括壳体式的塑料结构28，该塑料结构28在注塑机中注塑成型到由定子单元23和以接触方式与其定子绕组25连接的导体元件2’组成的预安装的单元上。导体元件2’仅在其长度的一部分上(“注塑包封区段”29)嵌入塑料结构28中，即沿其整个周边被包裹；为了导体元件随后在相关的接触位置5上与电路板26相接触，导体元件一定程度地从塑料结构28突伸出，并且因此伸入针对电路板26的通过盖子30封闭的容纳空间31中。在其他方面，电机接头32也嵌入塑料结构28中，电机接头分别在端侧暴露地从连接插座33延伸到用于电路板26的容纳空间31中。
[0049]
用于第一转子轴承35的容纳部34也构造在塑料结构28上。塑料结构28在端侧具有用于轴承环37的定心部36，第二转子轴承39安装到轴承环的容纳部38中。在面对转子单元20的区域中，定子单元23被暴露，即没有被塑料结构28覆盖，从而与转子单元20一样，定子单元23的露出的区域暴露于被运输的流体中。因此，流体可以在塑料结构28下方、沿定子单元23流动至导体元件2’。
[0050]
然而，在注塑塑料结构28时，熔体渗入导体元件2’的槽形的凹陷部9、9’中，并且在相应的注塑包封区段29的区域中，即在相关的导体元件2’的相应的纹理变形区段8处导致针对电路板26的容纳空间31相对于针对转子单元20的容纳空间的可靠的持续的密封。
[0051]
在图5中还可看到在端侧布置在转子轴21上的旋转编码器40，其与布置在电路板
26上的接收器41相对置。旋转测量非接触式地进行。在塑料结构28上实施的分离壁42在此还实现针对电路板26的容纳空间31与针对转子单元20的容纳空间的气密性的分离。