DE10038508A1 - Elektrische Baugruppe und Verfahren zur Herstellung der elektrischen Baugruppe - Google Patents

Elektrische Baugruppe und Verfahren zur Herstellung der elektrischen Baugruppe

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Abstract

Es wird eine elektrische Baugruppe mit einer in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Schaltung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Baugruppe vorgeschlagen, bei der die elektrische Schaltung zumindest teilweise mit einer Schutzschicht bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht erste und zweite Bereiche unterschiedlicher Härte aufweist, so daß die Schutzschicht hinsichtlich mechanischer und thermischer Belastbarkeit optimiert werden kann.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Baugruppe beziehungsweise einem Verfahren nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 197 22 355.9 ist es schon bekannt, zum Schutz der elektronischen Schaltung ein Silikongel als Abdeckschicht zu verwenden. Unter bestimmten Einsatzbedingungen des Elektronikmoduls können, verursacht durch mechanische Einwirkungen des Gels auf die Bonddrähte, im Verlauf der Modul-Lebensdauer Schädigungen der Bonddrähte bis hin zu vollständigen Unterbrechungen der Drähte auftreten und dadurch einen Funktionsausfall des Moduls zur Folge haben. Je nach gewähltem Härtegrad des Gels können dabei unterschiedliche Ausfallmechanismen auftreten. Bei einem zu weichen Gel kann bei hohen Schüttelbelastungen des Moduls, wie sie zum Beispiel bei einem Aggregateanbau auftreten, die Gelmasse, die aufgrund der Forderung nach einer vollständigen Abdeckung der zu schützenden Komponenten nicht beliebig niedrig gewählt werden darf, zu heftigen Resonanzschwingungen angeregt werden, die sich wiederum auf die Bonddrähte übertragen. Die daraus resultierende zyklische Bewegung der Bonddrähte führt dann schließlich zu einer mechanischen Zerrüttung und Unterbrechung der Bonddrähte. Mit einem harten Gel läßt sich die durch mechanische Resonanzschwingungen verursachte Problematik in der Regel ausreichend unterdrücken, jedoch hat Silikongel generell einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizient. Dies führt bei Temperaturwechseln am Modul dazu, daß sich das Gel in einer Fließbewegung um die Bonddrähte herum bewegen muß, da sich diese nicht so stark verformen lassen, wie es nötig wäre, um der thermisch verursachten Gelbewegung nachfolgen zu können. Bei einer zu großen Härte des Gels können nun diese Fließbewegungen ebenfalls so starke mechanische Kräfte auf die Bonddrähte ausüben, daß diese bei ausreichend starken und häufigen Temperaturwechseln schließlich brechen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Baugruppe und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe haben demgegenüber den Vorteil, daß eine Schutzschicht bereitgestellt werden kann, die hinsichtlich mechanischer und thermischer Belastbarkeit optimiert ist. Es sind keine konstruktiven Maßnahmen an der elektrischen Baugruppe selbst und keine zusätzlichen mechanischen Teile zur Fixierung der verschiedenen Bereiche gegeneinander oder zur Unterbindung von Resonanzschwingungen des Schutzschicht-Materials erforderlich. Sie ist einerseits auch unter extremen Anforderungen hinsichtlich Schüttelbelastung und Temperatur ausfallsicher, andererseits gut gegen Feuchtigkeit geschützt und darüber hinaus unter nur geringem zuätzlichen Fertigungs- und Kostenaufwand herstellbar.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen elektrischen Baugruppe beziehungsweise Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe möglich. Besonders vorteilhaft ist es, erste Bereiche um mechanisch empfindliche und/oder korrosionsempfindliche Elemente herum aus einem weichen Material herzustellen, so daß diese gegen Feuchte geschützt werden, ohne sie mechanisch bei Temperaturwechseln zu beschädigen, da das weiche Gel ausreichend um die Bonddrähte herumfließen kann, während komplementär hierzu angeordnete harte zweite Bereiche die gesamte Schutzschicht gegen schädliche Resonanzschwingungen und potenziell daraus resultierende Bondschädigungen schützen. Im Falle der Bedeckung der ersten Bereiche durch die zweiten werden die ersten Bereiche zusätzlich gegen Feuchteeinwirkung geschützt.
Bei Verwendung von Gelmaterialien besteht der Vorteil, daß diese gemeinsam kostengünstig in einem einzigen Ausheizvorgang gehärtet werden können.
Eine einfache Abgrenzung zwischen den ersten und zweiten Bereichen kann in vorteilhafter Weise durch Verwendung eines thixotropen Gels erfolgen, also eines Gels, das in Bewegung (beim Eingiessen) relativ flüssig ist und sich, sobald es zur Ruhe kommt, in einen gelartigen Zustand übergeht (Thixotropie = reversible Sol-Gel-Umwandlung). Dieser zuerst eingebrachte thixotrope Geltyp kann in einfacher Weise beispielsweise über eine fahrbare, flexibel einstellbare Dispens-Einrichtung in den gewünschten Bereichen eingebracht werden. Somit kann die gewünschte Lokalisierung der verschiedenen Gelsorten ohne konstruktiven Zusatzaufwand erzielt werden, und beide Gelbereiche können in einem gemeinsamen Ausheizschritt ausgehärtet werden, ohne dass sich die beiden Bereiche vermischen.
In flexibler Weise kann, angepaßt an die konstruktiven Randbedingungen des Moduls, entweder zuerst ein thixotroper weicher Geltyp in Bonddrahtbereichen oder ein thixotroper harter Geltyp in bonddrahtlosen Bereichen verteilt und danach der andere Geltyp fließend in die noch freien Bereiche des Modulinnenraums eingegossen werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung, Fig. 2 ein erstes und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt in Querschnittsseitenansicht eine aus dem Stand der Technik bekannte elektrische Baugruppe. Die Grundplatte 1 des Gehäuses ist von einem Rahmen 2 umgeben, der an einer Seite ein Steckerteil 3 aufweist. Dieser Steckerteil 3 dient zur Kontaktierung einer elektronischen Schaltung 4, die über Dickdrahtbonds 6 mit dem Steckerteil verbunden ist (in der Zeichnung ist lediglich eine derartige Drahtverbindung 6 dargestellt). Auf der elektronischen Schaltung 4 ist ein ungehäuster Halbleiterchip 7 angeordnet, der über Dünndrahtbonds 5 mit der Schaltung elektrisch verbunden ist. Das Gehäuse ist soweit mit Silkongel 8 aufgefüllt, daß alle Bonddrähte von der umgebenden Luft isoliert sind.
Die Auffüllung mit Silikongel dient zum Schutz der elektronischen Schaltung, um ungehäuste Chips und Bonddrähte vor einer Einwirkung von Feuchtigkeit zu bewahren, wobei die zu schützenden Komponenten vollständig mit Gel abgedeckt sein müssen, damit ein ausreichender Feuchteschutz gewährleistet ist. Als weitere Komponente des Moduls kann eine Abdeckkappe über dem Gehäuserahmen angebracht sein, die die Elemente des Modulinnenraums vor mechanischen Beschädigungen schützt, die jedoch ohne das Silikongel keinen ausreichenden Feuchteschutz für die inneren Komponenten des Moduls darstellt. Die Härte des Gels kann prinzipiell in einem mittleren Bereich so eingestellt werden, daß die weiter oben beschriebenen bei einem zu weichen beziehungsweise bei einem zu harten Gel zu erwartenden Ausfallmechanismen vermieden werden. Unter bestimmten Anwendungsbedingungen einer elektrischen Baugruppe (geometrische Randbedingungen, thermische Anforderungen, Schüttelbelastungen) kann es jedoch vorkommen, daß sich die beiden Ausfallbereiche bei zu hartem und bei zu weichem Gel überlappen, das heißt es läßt sich keine mittlere Gelhärte finden, mit der beide Ausfallmechanismen sicher unterbunden werden.
Fig. 2 zeigt eine bis auf die Auffüllung mit Silikongel zur Darstellung in Fig. 1 identische elektrische Baugruppe. Statt einer homogenen Silikongelschicht 8 weist die Baugruppe eine Auffüllung des durch den Gehäuserahmen und die Grundplatte 1 eingegrenzten Raums mit ersten Bereichen 10 aus weichem Silikongel und, durch einen Übergangsbereich 12 von den ersten Bereichen abgegrenzt, mit zweiten Bereichen 11 aus hartem Silikongel auf. Die ersten Bereiche sind um die Gebiete der elektronischen Schaltung herum angeordnet, in denen sich Bonddrahtverbindungen befinden. Die zweiten Bereiche füllen den restlichen Raum auf.
Die Herstellung der Gel-Schutzschicht erfolgt durch Auffüllung der mit Bonddrahtverbindungen versehenen Gebiete mit einem thixotropen weichen Gel, anschließend werden die übrigen Bereiche mit flüssigem hartem Gel ausgegossen. Die Ausdrücke "weich" und "hart" beziehen sich hierbei auf die Konsistenz nach erfolgter Aushärtung, die durch Erwärmung der gesamten Anordnung nach Befüllung mit den beiden Geltypen erfolgen kann, wobei beide Bereiche gleichzeitig aushärten.
Fig. 3 zeigt ebenfalls eine bis auf die Auffüllung mit Silikongel zur Darstellung in Fig. 1 identische elektrische Baugruppe. Statt einer homogenen Silikongelschicht 8 weist die Baugruppe ähnlich zur Darstellung in Fig. 2 eine Auffüllung des durch den Gehäuserahmen und die Grundplatte 1 eingegrenzten Raums mit ersten Bereichen 10 aus weichem Silikongel und, durch einen Übergangsbereich 13 von den ersten Bereichen abgegrenzt, mit zweiten Bereichen 11 aus hartem Silikongel auf. Die ersten Bereiche sind um die Gebiete der elektronischen Schaltung herum angeordnet, in denen sich Bonddrahtverbindungen befinden. Die zweiten Bereiche sind dazwischen angeordnet, wobei die ersten Bereiche sich auch oberhalb der zweiten Bereiche erstrecken und so den restlichen Raum auffüllen.
Die Herstellung dieser Anordnung erfolgt dadurch, daß zunächst in Gebieten außerhalb von Bonddrahtverbindungen thixotropes hartes Gel eingefüllt wird. Anschließend werden die übrigen Bereiche mit flüssigem weichem Gel ausgegossen. Daran schließt sich ein Aushärteschritt durch Erwärmung der gesamten Anordnung an, in dem beide Geltypen gemeinsam aushärten.

Claims (13)

1. Elektrische Baugruppe mit einer in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Schaltung, die zumindest teilweise mit einer Schutzschicht bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht erste und zweite Bereiche aufweist, wobei die ersten Bereiche weicher sind als die zweiten Bereiche.
2. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung korrosions- und/oder mechanisch empfindliche Elemente, insbesondere Bonddrähte aufweist, und daß die elektrische Schaltung im Bereich der korrosionsempfindlichen Elemente zumindest teilweise von mindestens einem ersten Bereich umgeben ist.
3. Elektrische Baugruppe nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Gelmaterialien aufgebaut ist.
4. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelmaterialien Silikongels sind.
5. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Bereiche aus einem thixotropen Material bestehen.
6. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Bereiche aus einem thixotropen Material bestehen.
7. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe, bei dem in einem Gehäuse eine elektrische Schaltung angeordnet wird, wobei die elektrische Schaltung zumindest teilweise mit einer Schutzschicht bedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus ersten und zweiten Bereichen aufgebaut wird, wobei die ersten Bereiche weicher sind als die zweiten Bereiche.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich korrosions- und/oder mechanisch empfindlicher Elemente der elektrischen Schaltung, insbesondere im Bereich von Bonddrähten, mindestens ein erster Bereich aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schutzschicht Gelmaterialien verwendet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelmaterialien Silikongels sind.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den mindestens einen ersten Bereich ein thixotropes Material verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweiten Bereiche ein thixotropes Material verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Bereiche gemeinsam ausgehärtet werden.
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