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Verfahren zur Herstellung von elektrischen Bauelementen oder Bauelementekombinationen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Bauelementen oder Bauelementekombinationen, bei dem die ; insbesondere keramischen Bauelementeträger durch Aufschmelzen von Kunstharztabletten feuchtedicht beschichtet werden.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, einzelne Bauelemente oder Bauelementekombinationen mit aktiven und passiven Bauelementen gegen mechanische Beschädigungen oder gegen andere schaad- liche Umwelteinflüsse, beispielsweise Feuchtigkeit, zu schützen. Ein Verfahren besteht beispielsweise darin, die Bauelemente in dichten Gehäusen einzuschliessen oder sie mit Stoffen verschiedenster Art, beispielsweise Kunstharzen, zu umpressen oder zu umgiessen. Der Nachteil bei der Verwendung von Gehäusen besteht in erster Linie darin, dass einmal die Kosten für die Gehäuse hoch sind und zum andern sich der Einbau der Bauelemente in den häufig recht kleinen Gehäuseinnenraum recht schwierig gestaltetunddadurchzueinemhohen Aufwand führt.
Bei andern bekannten Verfahren des Umgiessens und Umpressens kann man zwar auf die Bereitstellung von Gehäusen verzichten, jedoch erweisen sich hier die hohen Fertigungskosten der Werkzeuge zur Herstellung einer definierten äusseren Form der umpressten oder umgossenen Schutzschicht als nachteilig. Da hiebei im allgemeinen wärmehärtende Kunstharze Verwendung finden, so ergeben sich überdies relativ lange Aushärtezeiten im Werkzeug, so dass man ge- zwungen ist, in der Serienproduktion mit einer grösseren Anzahl von Werkzeugen zu arbeiten. Einige dieser Nachteile lassen sich vermeiden, wenn man die Schutzschicht nach einem der bekannten Tauchverfahren, beispielsweise mit Phenolharzen, herstellt. Hier tritt allerdings die Schwierigkeit auf, die Anschlussleitungen an die Bauelemente bzw.
Bauelementekombinationen freizuhalten, das heisst, man muss die freien Enden der Anschlussleitungen von der Schutzschichtmasse hinreichend weit entfernt halten. Bei dem geschilderten Tauchverfahren erweist es sich als schwierig, wohldefinierte äussere Abmessungen der mit der Schutzschicht bedeckten Elemente einzuhalten und genau festgelegte äussere Formen zu erzielen. Eine feuchtesichere Abdichtung macht in der Regel eine zusätzliche Imprägnierung erforderlich. Einen gewissen Fortschritt brachten in neuerer Zeit schmelzbare Kunstharztabletten, die jedoch bei den bisher bekannten Anwendungen zusammen mit den Bauelementen in ein Gehäuse eingebracht und dort geschmolzen werden od. ähnl. wie die Tauchmassen nur Schutzschichtumhüllungen mit groben Abmessungstoleranzen ergeben.
Bei der heute verwendeten Bauweise des Einsetzens von mit Schutzschichten versehenen Bauelementen in gedruckte Schaltplatten ist es äusserst wichtig, dass bei den Bauelementen wegen der Passform genau definierte Bezugskanten vorhanden sind, um einen passgerechten Zusammenbau einer Vielzahl von Bauelementen zu Bauelementekombinationen zu ermöglichen.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrische Bauelemente bedeckenden Schutzschicht zu schaffen, bei dem mindestens an einigen Stellen des fertigen Bauelements zum Zweck des passgerechten Zusammenbaues der Einzelelemente zu Bauelementekombinationen die Einhaltung genau definierter Bezugsfläche gewährleistet wird. Die Verwendung von besonderen Werkzeugen zum
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formgerechten Pressen der die Bauelemente bedeckenden Schutzschicht soll vermieden werden, damit sich das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren durch besonders niedrige Kosten auszeichnet. Darüber hinaus soll das erfindungsgemässe Verfahren eine weitgehende Freihaltung der Anschlussleitungen von der Schutzschichtmasse ermöglichen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung von Schutzschicht-Aufnahmeflächen bestimmter Grösse an den Bauelementeträgern Kanten, insbesondere mit einem spitzen bis höchstens rechten Winkel und einem Übergangsradius von vorzugsweise höchstens 0, 1 mm, gebildet werden und dass beim Aufschmelzen auf die Schutzschicht-Aufnahmeflächen die Menge und Grösse der. insbesondere auf Epoxydharzbasis aufgebauten Kunstharztabletten sowie die Temperatur in Abhängigkeit der bei der Schmelze sich einstellenden Oberflächenspannung so bemessen werden, dass die Schmelze auf den Schutzschicht-Aufnahmeflächen bis zu den Begrenzungskanten, jedoch nicht über diese, fliesst, wobei gegebenenfalls Konstruktionselemente, wie Haltestifte u. dgl., durch Einbetten in das Kunstharz an den Trägem befestigt werden.
Besonders günstig ist es, wenn zur weiteren Begrenzung der Schutzschicht-Aufnahmeflächen an von
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baute Trennmittel aufgebracht werden.
Trennmittel werden in der Kunstharzindustrie hauptsächlich zur Verhinderung des Klebens zwischen Form und Formling beim Herstellen von Gussstücken verwendet.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigen : Fig, 1 ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes elektrisches Bauelement mit Schutzschicht und herausragenden freien Anschlussleitungen in schaubildlicher Ansicht, Fig. 2 einen Querschnitt durch das mit einer Schutzschicht versehene Bauelement mit nach verschiedenen Richtungen herausragenden Anschlussleitungen, Fig. 3 einen Querschnitt durch ein auf der Ober- und Unterseite mit Schutzschichten versehenes Bauelement mit einer auf einer Seite vorgesehenen Schutzschichtaussparung und Fig. 4 einen Kantenteil des Bauelements.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes elektrisches Bauelement, das auf einer Seite mit einer Schutzschicht versehen ist, zeigt Fig. 1. Auf dem Bauelementeträger oder Substrat 1 befinden sich in geeigneter Weise aufgebrachte elektrische Bauteile mit entsprechenden Verbindungsleitungen, die beispielsweise als gedruckte Schaltungen hergestellt sein können. Als Bauelementeträger eignet sich besonders keramisches Material. Die formbestimmenden Begrenzungskanten 2 für die Schutzschicht-Aufnahmeflächen des Bauelementeträgers bilden einen spitzen bis rechten Winkel mit einem Übergangsradius von höchstens 0, 1 mm (vgl. Fig. 4). Auf der Oberseite des Bauelementeträgers befindet sich die aus einer Kunstharzschmelze bestehende Schutzschicht 3.
Aus dieser Schutzschicht ragen Anschlussleitungen 6 und 7 heraus, mittels derer die Verbindung zu den auf dem Bauelementeträger befindlichen elektrischen Komponenten und gedruckten Schaltungen ermöglicht wird. Die Anschlussleitungen 6 ragen seitlich und die Anschlussleitungen 7 oben heraus.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäss mit einer Schutzschicht bedecktes Bauelement. Auf dem Bauelementeträger oder Substrat 1 befindet sich die aus einer Kunstharzschmelze bestehende Schutzschicht 3 ; auf der linken Seite sind nach unten umgebogene Haltestifte 8 angebracht, die eine Befestigung des Bauelements ermöglichen.
Zur Erzeugung der als Schutzschicht wirkenden Kunstharzschmelze werden schmelzbare Kunstharztabletten verwendet. Beim Aufschmelzen der Kunstharztabletten ist darauf zu achten, dass deren Schmelze in einem hinreichend breiten Temperaturbereich eine solche Oberflächenspannung aufweist, dass eine vollständige Benetzung der Schutzschicht-Aufnahmeflächen stattfindet, und dass anderseits ein Fliessender Schmelze über die Begrenzungskanten 2 dieser Flächen des Bauelementeträgers nicht eintritt.
Die Oberflächenspannung der Schmelze ist im einzelnen nicht angebbar und auch nicht messbar ; die Brauchbarkeit der verwendeten Kunstharzschmelze bestimmt man am besten empirisch, wobei als Beurteilungsmass die gewölbte Kissenform der auf dem Bauelementeträger befindlichen Kunstharzschmel- ze dient (vgl. Fig. 1 und 2). Neben der Oberflächenspannung ist zur Erzielung scharf abgegrenzter Kanten auch die Menge und Grösse der verwendeten Tabletten massgebend. Eine zu grosse Menge der verwendeten Kunstharzschmelze kann zu einem Fliessen über die Begrenzungskanten der Schutzschicht- Aumahmeflächen führen und damit eine Änderung in den endgültigen Abmessungen des Bauelements bewirken.
Eine zu geringe Menge der Kunstharzschmelze kann unter Umständen zu einer nur teilweisen
Benetzung der Schutzschicht-Aufnahmeflächen führen, was in gleicher Weise unerwünscht ist. Die Oberflächenspannung hängt sehr stark von der Temperatur ab und nimmt infolge der Aushärteeigenschaften mit der Dauer der Temperatureinwirkung sehr rasch zu. Entscheidend ist die Oberflächenspan-
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nung zu Beginn des Schmelzens.
Verfahrenstechnisch wird so vorgegangen, dass auf den Bauelementeträger l, auf dem sich die elektrischen Komponenten, die Schaltverbindungen und die Anschlussleitungen 6, 7 befinden, eine odermehrere ansichbekannteschmelzbare Kunstharztabletten von vorbestimmter Masse aufgeschmolzen werden, wobei der Bauelementeträger vorzugsweise in einer solchen Lage gehalten wird, dass die am genauesten in ihrer Kontur zu bedeckende Fläche waagrecht liegt. An das Aufschmelzen schliesst sich ein Aushärtungsprozess an. Wenn der Bauelementeträger 1 sowohl auf der Ober- als auch auf der Un- terseite eine Schutzschicht bekommen soll, so wird zunächst auf der einen Seite des Bauelementeträgers eine Kunstharztablette aufgeschmolzen, jedoch noch nicht ausgehärtet.
Dann wird der Bauelementeträger gewendet und auf dessen andere Seite eine zweite Tablette aufgeschmolzen. Das Aufschmelzen der Tabletten erfolgt praktisch immer auf nach oben gekehrte, waagrechte Flächen des Bauelementeträgers. Nach dem Aufschmelzen zeigt die Kunstharzschmelze eine genügende Adhäsion am Bauelementeträger, so dass es zu einem Abtropfen der Schmelze nicht mehr kommen kann. Das Aushärten des Kunstharzes auf der Ober- und Unterseite kann daraufhin gleichzeitig in einem Arbeitsgang erfolgen.
Ein beidseitig mit einer Kunstharzschutzschicht überzogener Bauelementeträger ist in Fig. 3 dargestellt.
Das erfindungsgemässe Verfahren schafft die Möglichkeit, in einem Arbeitsgang zusammen mit dem AufbringenderSchutzschicht 3 auch noch Passstifte, Haltestifte 8 u. dgl. an dem Bauelementeträger anzubringen, indem geeignete leitende oder nicht-leitende Formteile vor dem Einschmelzen der Kunstharztabletten in der richtigen Lage eingefügt werden. Für diese Teile 8 können im Träger 1 entsprechende Ausnehmungen vorgesehen sein, in welche die Haltestifte eingesetzt werden und während des Schmelzvorganges der Kunstharztablette einen Halt finden ; wenn nicht so hohe Ansprüche an die Genauigkeit gestellt werden, so können die Ausnehmungen zur Aufnahme der Haltestifte 8 auch in der Schmelztablette selbst vorgesehen werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich gezeigt, dass es nicht notwendig ist, die zu bedeckende Fläche des Bauelementeträgers 1 genau waagrecht zu legen ; grundsätzlich können die Schutzschicht-Aufnahmeflächen der Bauelementeträger 1 auch schräg liegen, wenn die Kunstharztablette aufgeschmolzen wird. Es ist dann jedoch zweckmässig, die Kante 2 schärfer auszubilden und eine möglichst hohe Oberflächenspannung der Schmelze zu wählen, beispielsweise durch geeignete Wahl einer höheren Temperatur. Dabei muss die Oberflächenspannung so hoch sein, dass die Schmelze nicht über die Kanten 2 seitwärts wegfliesst. Bei dieser Arbeitsweise sind die verwendbaren Temperaturbereiche in der Regel enger als bei waagrechter Lage der Schutzschicht-Aufnahmeflä- chen der Bauelementeträger.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren spielt die Aushärtezeit eine untergeordnete Rolle, insbesondere deshalb, weil man ohne Aushärtewerkzeuge auskommt. Beispielsweise kanndasSchmelzenundAushärtenineinem Durchlaufofen bei geeigneter Geschwindigkeit oder in einem diskontinuierlich arbeitenden Kammerofen erfolgen. Die erzielbare OberflächengüteundFeuchtesicher- heit hängen von dem verwendeten Kunstharz und den Aushärtebedingungen ab. Für die Schmelztabletten bevorzugt man Werkstoffe, die auf Epoxydharzbasis aufgebaut sind und die wesentlich bessere Eigenschaften aufweisen als beispielsweise Lacke oder Phenolharzmassen. Solche Epoxydharztabletten sind im Handel erhältlich.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren gegen Umgebungseinflüsse und Feuchtigkeit geschütztes Bauelement oder eine solche Bauelementekombination bieten den Vorteil, dass die durch die Kanten 2 des Bauelementeträgers 1 vorgegebenen Schutzschicht-Aufnahmeflächen praktisch zur Gänze für elektrische Komponenten und gedruckte Schaltungen ausgenutzt werden können und dadurch insgesamt eine hohe Wirtschaftlichkeit in der Packungsdichte erzielt wird. Dies trifft insbesondere für die neuerdings in immer stärkerem Masse verwendeten flächenhaften elektrischen Komponenten zu, wie sie bei der Mikrominiaturisierungstechnik und bei den integrierten Schaltungen angewendet werden.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der manchmal auftretenden Forderung der Freihaltung von Teilen der Schutzschicht-Aufnahmeflächen Rechnung getragen. Eine Möglichkeit zur definierten Abgrenzung der Bedeckung mit der Kunststoffschmelze ergibt sich durch die Anwendung bekannter, beispielsweise auf Silikonbasis aufgebauter Trennmittel, die an einzelnen Stellen 4 der Schutzschicht-Aufnahmeflächen aufgebracht werden und die dann von der schützenden Umkleidung frei bleiben. Das Aufbringen des Trennmittels auf die Schutzschicht-Aufnahmeflächen erfolgt unmittelbar vor Auflegen der Schmelztablette. Das Schmelzen der Tablette und das Aushärten der Kunstharzmasse erfolgen anschliessend in der gleichen Weise, wie oben beschrieben.
Die durch aufgebrachte Trennmittel erzielten Kanten oder Ränder 5, die die Abgrenzung der Schutzschicht 3 im Oberflächeninnern gegenüber den frei gebliebenen Trägeroberflächenteilen bilden, fallen weniger genau aus, was jedoch
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für den passgerechten Einbau der einzelnen Bauelemente zu grösseren Bauelementekombinationen ohne weiteren Nachteil ist. Die Schutzschichtaussparungen 4 auf dem Bauelementeträger 1 sieht man namentlich dann vor, wenn an den betreffenden Stellen später noch Anschlussleitungen od. dgl. angebracht werdensollen.
Die Unterdrückung der Benetzung durch Schmelzmasse kann auch die durch die Ausbildung der Kanten 2 erreichte Begrenzung der Umhüllung unterstützen ; beispielsweise kann man durch Auftragen des Trennmittels auf die herausragenden Teile der Anschlussleitungen 6 und 7 deren Benetzen durch Schmelzmasse bis auf das gewünschte Ausmass eindämmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Bauelementen oder Bauelementekombinationen, bei dem die insbesondere keramischen Bauelementeträger durch Aufschmelzen von Kunstharztabletten feuchtedicht beschichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung von Schutzschicht-Aufnahmeflächen bestimmter Grösse an den Bauelementeträgem (1) Kanten (2), insbesondere mit einem spitzen bis höchstens rechten Winkel und einem Übergangsradius von vorzugsweise höchstens 0, 1 mm, gebildet werden und dass beim Aufschmelzen auf die Schutzschicht-Aufnahmeflächen die Menge und Grösse der insbesondere auf Epoxydharzbasis aufgebauten Kunstharztabletten sowie die Temperatur in Abhängigkeit der bei der Schmelze sich einstellenden Oberflächenspannung so bemessen werden,
dass die Schmelze auf den Schutzschicht-Aufnahmeflächen bis zu den Begrenzungskanten (2), jedoch nicht über diese, fliesst, wobei gegebenenfalls Konstruktionselemente, wie Haltestifte (8) u. dgl., durch Einbetten in das Kunstharz an den Trägern (1) befestigt werden.