DE102005060860A1

DE102005060860A1 - Elektronikkomponente mit Vergussmasse

Info

Publication number: DE102005060860A1
Application number: DE102005060860A
Authority: DE
Inventors: Alfred Glatz; Klaus Lerchenmueller; Gary Toikka
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-06-28
Also published as: US20070138658A1; JP2007169638A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronikkomponente (1), insbesondere eine Zündspule, mit einer Vergussmasse (8), welche aus einer Mischung einer A-Komponente, welche Epoxidharz, einen Flexibilisator, Additive und Füllstoffe enthält, und einer B-Komponente, welche mindestens einen Härter enthält, gebildet ist. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Flexibilisator aus einem Material aus der Gruppe der elastischen Thermoplaste und Elastomere gebildet und in eine Epoxy-Matrix eingebettet ist. Zur Herstellung einer solchen Elektronikkomponente (1) wird vorgeschlagen, dass die Vergussmasse (8) durch Mischen der A-Komponente mit der B-Komponente, welche wenigstens aus einem Härter und gegebenenfalls einem Beschleuniger besteht, gebildet wird, wobei zuvor die A-Komponente durch Mischen des Epoxidharzes mit dem Flexibilisator, den Additiven und dem Füllstoff erstellt wird (Figur 2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronikkomponente, insbesondere eine Zündspule, mit einer Vergussmasse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Bei Elektronikkomponenten ist es allgemein bekannt, dass Drähte oder Komponenten in einer Vergussmasse eingegossen werden, welche extremen Bedingungen standhalten und die elektrische Isolation, die Medienbeständigkeit und die mechanischen Festigkeit bzw. Stabilität des Bauteils über die gesamte Lebensdauer gewährleisten muss.
In der Praxis werden z.B. Zündspulen mit Epoxidharzen vergossen und ausgehärtet, wobei zwischen ein- oder zweikomponentigen Harz-Härter-Systemen unterschieden werden kann.
Ein zwei-komponentiges Harz-Härter-System stellt beispielsweise ein in der Praxis eingesetztes Bisphenol-A-Verguss-System dar, welches aufgrund seiner chemischen Struktur eine Glasumwandlungstemperatur von ca. 135 °C hat. Oberhalb dieses Wertes steigt der dielektrische Verlustfaktor frequenzabhän gig sehr stark an und reduziert damit bei steigender Temperatur zunehmend und dauerhaft die Isolationseigenschaften des Formstoffes und fördert die thermische Alterung.
Aufgrund steigender Anforderungen an Elektrobauteile, bei Zündspulen insbesondere im Motordirekteinbau, und dem zunehmend reduzierten Bauvolumen von Elektrobauteilen ergeben sich häufig hohe Temperaturbelastungen innerhalb des Bauteils.
Es hat sich bei Zündspulen gezeigt, dass durch den Einsatz von Hochtemperatur-Vergussmassen auf Basis von cycloaliphatischen Epoxidharzen die Lebensdauer entscheidend erhöht werden kann, da bei diesen Vergussmassen Glasumwandlungstemperaturen von deutlich über 175 °C erreicht werden können. Nachteilhafterweise erhöht sich aber durch die Verwendung von cycloaliphatischen Epoxidharzen die Sprödigkeit und die Rissanfälligkeit des Formstoffes deutlich und führt bei Temperaturwechselbeanspruchungen früher als bei der Verwendung von Epoxidharzen auf Basis von Bisphenol-A zu Rissen und somit zum Ausfall des Bauteils.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektronikkomponente, insbesondere eine Zündspule, mit einer Vergussmasse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart auszubilden, dass die Vergussmasse bei hohen Einsatztemperaturen von z.B. über 135 °C über die gesamte Lebensdauer hinweg insbesondere den thermischen Beanspruchungen standhält. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikkomponente mit einer Vergussmasse bereitzustellen, mit der auf einfache Weise eine hochtemperaturstabile Vergussmasse in die Elektronikkomponente eingebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Elektronikkomponente gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung sieht somit eine Elektronikkomponente mit einer Vergussmasse vor, wobei die Vergussmasse aus einer Mischung einer A-Komponente, welche Epoxidharz, einen Flexibilisator, Additive und Füllstoffe enthält und einer B-Komponente, welche mindestens einen Härter enthält, gebildet ist. Der Flexibilisator ist dabei aus einem Material aus der Gruppe der elastischen Thermoplaste und Elastomere gebildet und in eine Epoxy-Matrix eingebettet.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Verwendung eines Flexibilisatormaterials aus der Gruppe der elastischen Thermoplaste und Elastomere die Flexibilisierung von cycloaliphatischen Epoxidharzen ermöglicht wird, womit die Vergussmasse eine geringe Sprödigkeit und Rissanfälligkeit aufweist und hohen Temperaturbeanspruchungen standhält. So haben Untersuchen gezeigt, dass die zulässige Bruchdehnung mit einem erfindungsgemäßen Flexibilisator um den ca. 1,5- bis 3-fachen Wert gegenüber herkömmlichen Vergussmassematerialien gesteigert werden kann.

Eine mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vergussmasse ausgestattete Elektronikkomponente kann mithin bei hohen Temperaturbelastungen mit einer hohen Lebensdauer eingesetzt werden.

Die hier beschriebene Erfindung eignet sich insbesondere zum Einsatz bei einer Zündspule, generell aber für elektrische Komponenten, wie beispielsweise Sensoren oder Elektronikbauteile, die hohen Temperaturen und langen Lebenszeiten ausgesetzt sind und die zur besseren Temperaturbeständigkeit versiegelt werden sollen.

Die Epoxy-Matrix ist gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung entsprechend einem cycloaliphatischen Epoxidharz aufgebaut, jedoch ist es auch möglich, den Flexibilisator bei einer Bisphenol-A-Matrix zur Verbesserung der Flexibilität der Vergussmasse einzusetzen.

Als Flexibilisator eignet sich beispielsweise ein modifizierter, elastischer Thermoplast oder ein Elastomer, welches beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer oder ein Silikon sein kann.

Als insbesondere vorteilhaft hinsichtlich der Flexibilisierung der Vergussmasse hat sich die Verwendung von modifiziertem Silikon erwiesen, welches mit einem Anteil von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-% in der A-Komponente enthalten ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen zu entnehmen.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung prin- zipmäßig erläutert. Es zeigen
1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Zündspule mit Vergussmasse; und
2 einen schematischen Querschnitt durch eine Zündspule der in 1 dargestellten Art.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figuren der Zeichnung zeigen prinzipmäßig den Aufbau einer Zündspule 1 als Beispiel für eine Elektronikkomponente. Die Zündspule 1 weist eine Primärspule 3 mit Anschlussmitteln 25 zum Anschluss an eine Gleichspannungsquelle niedriger Spannung auf. Die Anschlussmittel 25 sind z.B. über zwei Kabel 31 mit einer Endstufe 30 verbunden. Eine Sekundärspule 4 ist konzentrisch um die Primärspule 3 herum angeordnet und weist Anschlussmittel 20 zum Anschluss beispielsweise an einen Zündverteiler oder an eine Zündkerze auf. Die Primärspule 3 und die Sekundärspule 4 sind in einer Vergussmasse 8 eingebettet.
Alternativ kann die Bauform der Zündspule auch stabförmig sein.
Zur Herstellung der Vergussmasse 8 wird in einem ersten Prozessschritt ein Epoxidharz mit einem Flexibilisator vermischt, wobei der Flexibilisator dabei derart beschaffen sein muss, dass er sich in der Mischung nicht von dem Epoxidharz trennt.
Der Flexibilisator wird dabei mit einem Anteil von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise bis 10 Gew.-%, an der A-Komponente, welche aus dem Epoxidharz, dem Flexibilisator, Additiven und einem Füllstoff besteht, in die Epoxy-Matrix eingebettet.
Als Flexibilisator wird vorliegend Silikon verwendet, durch dessen Einsatz die Bruchdehnung gegenüber unmodifizierten Lösungen um den ca. 1,5- bis 3-fachen Wert gesteigert werden kann.
Dem mit Flexibilisator versetztem Epoxidharz werden in einem nächsten Schritt Additive, z.B. als Antiabsatzmittel oder als Stabilisator, beigemischt.
Da das Epoxidharz einen hohen Ausdehnungskoeffizienten besitzt und bei Temperaturen zwischen –50 °C und 150 °C eingesetzt wird, wird dem Epoxidharz ein Füllstoff zur Verbesserung der thermischen Beständigkeit beigemischt, wobei der Füllstoffgehalt ca. 50 Gew.-% bis 75 Gew.-% der A-Komponente beträgt. Der Füllstoff kann dabei entweder aus mineralischen Bestandteilen, wie z.B. Quarzsand, Glimmer und Kreide, oder aus Glaskugeln bzw. Glasfasern bestehen.
Die Granulometrie des Füllstoffes ist dabei derart eingestellt, dass einerseits eine ausreichend geringe Viskosität der flüssigen Vergussmasse 8 für den Eingießprozess erreicht wird, andererseits eine Sedimentation des gegenüber dem Epoxidharz spezifisch schwereren Füllstoffes minimiert wird. Eine hierfür nötige homogene Mischung wird dadurch erreicht, dass der Anteil der Feinpartikel des Füllstoffes, d.h. Partikel die kleiner als vorliegend ca. 2 Mikrometer groß sind, wenigstens annähernd im gleichen Verhältnis zum Anteil der Grobpartikel, die vorliegend größer als 20 Mikrometer sind, steht. Die Eingießviskosität der flüssigen Vergussmasse 8 wird dabei auf einen Wert kleiner als 2000 mPas eingestellt.
Vorteilhafterweise kann bei der vorliegenden Erfindung der gleiche Härter wie bei bekannten Bisphenol-A-Systemen verwendet werden. Der in einer B-Komponente enthaltene Härter besteht dabei aus einem Anhydrid-Härter, bei der vorliegenden bevorzugten Ausführung Phtalsäureanhydrid, und bildet ein warmaushärtendes System aus. Dem Härter kann zusätzlich ein Beschleuniger, dessen Gewichtsanteil einen Wert im Promillebereich des Gewichts des Härters einnehmen kann, zugegeben werden, damit der Härter mit dem Harz schneller reagiert und somit die Prozesszeiten verringert werden.
In einem unter Vakuum stattfindenden Vergießprozess wird der Härteranteil entsprechend seinem chemischen Verhältnis dem Harz zugegeben, wobei die A-Komponente 15 Gew.-% bis 40 Gew.-% an der Gesamtmasse einnimmt.
Die in die Zündspule eingegossene Vergussmasse 8 wird anschließend thermisch ausgehärtet, wobei sichergestellt sein muss, dass die Imprägnierfähigkeit der Sekundärspule 4 erreicht wird und somit ein Durchschlag zwischen deren Sekundärwicklungen vermieden wird.

Claims

Elektronikkomponente, insbesondere Zündspule, mit einer Vergussmasse (8), welche aus einer Mischung einer A-Komponente, welche Epoxidharz, einen Flexibilisator, Additive und Füllstoffe enthält, und einer B-Komponente, welche mindestens einen Härter enthält, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flexibilisator aus einem Material aus der Gruppe der elastischen Thermoplaste und Elastomere gebildet und in eine Epoxy-Matrix eingebettet ist.
Elektronikkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz als ein cycloaliphatisches Epoxidharz oder ein Bisphenol-A-Epoxidharz ausgebildet ist.
Elektronikkomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein thermoplastisches Elastomer ist.
Elektronikkomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein Silikon ist.
Elektronikkomponente nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein modifiziertes Silikon ist, welches mit einem Anteil von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-% in der A-Komponente enthalten ist.
Elektronikkomponente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Silikon mit einem Anteil von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% in der A-Komponente enthalten ist.
Elektronikkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Partikeln des Füllstoffes, die kleiner als ca. 2 μm sind, zu Partikeln, die größer als ca. 20 μm sind, wenigstens annähernd gleich ist.
Elektronikkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff mit 50 Gew.-% bis 75 Gew.-% in der A-Komponente enthalten ist.
Elektronikkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus mineralischen Bestandteilen, wie Quarzsand, Glimmer oder Kreide, besteht.
Elektronikkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus Glaskugeln bzw. Glasfasern besteht.
Elektronikkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter als Anhydrid-Härter, vorzugsweise Phtalsäureanhydrid, ausgeführt ist und ein warmhärtendes System darstellt.
Elektronikkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die A-Komponente mit einem Gewichtsanteil von 15 Gew.-% bis 40 Gew.-% in der Vergussmasse (8) enthalten ist.
Elektronikkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die B-Komponente zusätzlich ein Beschleuniger eingebracht ist.
Elektronikkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingießviskosität der Vergussmasse (8) kleiner als 2000 mPas ist.
Verfahren zur Herstellung einer Elektronikkomponente (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Vergussmasse (8), welche aus einer Mischung einer A-Komponente, welche Epoxidharz, einen Flexibilisator, Additive und Füllstoffe enthält, und einer B-Komponente, welche mindestens einen Härter enthält, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (8) durch Mischen der A-Komponente mit der B-Komponente, welche wenigstens aus einem Härter und gegebenenfalls einem Beschleuniger besteht, gebildet wird, wobei zuvor die A-Komponente durch Mischen des Epoxidharzes mit dem Flexibilisator, den Additiven und dem Füllstoff erstellt wird.