DE102011005442A1 - Bauteil, insbesondere als Bestandteil eines Schalt- oder Steuergerätes - Google Patents

Bauteil, insbesondere als Bestandteil eines Schalt- oder Steuergerätes Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (10), insbesondere als Bestandteil eines Schalt- oder Steuergerätes, mit einem Grundkörper (15), der von einer aus Kunststoff bestehenden Molmasse (11) teilweise umspritzt ist, wobei der Grundkörper (15) wenigstens einen Bereich (12) aufweist, der frei von Moldmasse (11) ausgebildet. ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Bereich (12) auf dem Grundkörper (15) wenigstens bereichsweise von einer Struktur (20) umgeben ist, die den Zutritt von Moldmasse (11) in Richtung des von Moldmasse (11) freien Bereichs (12) verhindert.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere als ein Bestandteil eines Schalt- oder Steuergerätes, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein derartiges Bauteil ist beispielsweise aus der Elektronikindustrie bekannt. Hierbei wird ein Schaltungsträger bzw. ein Substrat im sogenannten „Molding-Verfahren” von einer aus einem Duroplast oder einem Elastomer bestehenden Form- bzw. Moldmasse umspritzt. Beim Fertigungsprozess wird das zu umspritzende Bauteil zunächst zwischen zwei Formhälften einer Moldform positioniert, anschließend werden die Formhälften geschlossen und zuletzt wird die Moldmasse in den bzw. die Hohlräume der Moldform eingespritzt. Um zu verhindern, dass beispielsweise der Wärmeleitung dienende Flächen des Bauteils ebenfalls mit der Moldmasse überdeckt werden, ist die Moldform beispielsweise mit Stegen oder ähnlichem versehen, die in direktem Anlagekontakt mit dem zu umspritzenden Bauteil angeordnet sind. Für den Fall, dass zwischen dem Bauteil und den angesprochenen, der Abdichtung dienenden Stegen keine Spalte (zum Beispiel aufgrund Bauteiletoleranzen oder Verschleiß der Moldform) oder Beschädigungen vorhanden sind, wird ein Zutritt von Moldmasse in den von Moldmasse zu schützenden bzw. frei zu haltenden Bereich verhindert. In der Praxis kann jedoch nicht immer ausgeschlossen werden, dass der angesprochene Bereich zwischen dem Bauteil und den Stegen tatsächlich dicht ist. In diesen Fällen kommt es zum Eintritt von Moldmasse in dem eigentlich von Moldmasse freizuhaltenden Bereich. Dadurch kann es zu einer Vorschädigung bzw. einer Fehlfunktion des Bauteils kommen, die sich insbesondere erst nach längerem Betrieb des Bauteils zeigt und somit besonders kritisch ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil, insbesondere als ein Bestandteil eines Schalt- oder Steuergerätes, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass ein Zutritt von Moldmasse in den von Moldmasse freizuhaltenden Bereich sicher vermieden wird. Diese Aufgabe wird bei einem Bauteil, insbesondere als Bestandteil eines Schalt- oder Steuergerätes, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, den Zutritt von Moldmasse in Richtung des von Moldmasse freien Bereichs durch eine Struktur zu verhindern, die den Bereich auf dem Grundkörper wenigstens bereichsweise umgibt. Diese Struktur bildet somit eine Barriere für die Moldmasse in Richtung des von Moldmasse frei zu haltenden Bereichs aus. Insbesondere ist ein Übertritt von Moldmasse über die Struktur in Richtung des Moldmassefreien Bereichs nicht möglich. Das erfindungsgemäße Bauteil weist daher über dessen Lebensdauer betrachtet stets gleich gute Funktionseigenschaften auf bzw. es werden qualitätsvermindernde Beschädigungen durch Moldmasse vermieden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bauteils sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen von zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Struktur eine Vertiefung ist, die ein Speichervolumen für die Moldmasse ausbildet. Eine derartige Struktur kann beispielsweise, je nach Speichervolumen für die Moldmasse, durch einen spanenden Fertigungsprozess in Form einer Nut, oder durch einen spanlosen Fertigungsprozess, beispielsweise mittels einer Laserstrahleinrichtung, erzeugt werden.
  • Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Struktur als Erhebung ausgebildet ist. Eine derartige Struktur lässt sich besonders kostengünstig herstellen, wenn im Bereich des Moldmassefreien Bereichs z. B. Leiterbahnen oder ähnliche, erhabene Strukturen vorgesehen sind. In diesem Fall kann die Erhebung durch eine zusätzliche Leiterbahn ausgebildet werden, die entweder funktionell, außer in Bezug auf die Moldmasse, keine Funktion aufweist, oder aber als eine stromführende Leiterbahn ausgebildet ist, bei der ein Kontakt mit der Moldmasse keine negativen Auswirkungen hat.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Vertiefung bzw. die Erhebung den von Moldmasse freizuhaltenden Bereich vollständig umgibt. Dadurch ist es sichergestellt, dass Moldmasse aus keiner Richtung in Richtung des von Moldmasse freizuhaltenden Bereichs gelangen kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Vertiefung bzw. Erhebung mit Abstand zum von Moldmasse freizuhaltenden Bereich angeordnet ist. Es wird somit zwischen der Vertiefung bzw. der Erhebung und dem von Moldmasse freizuhaltenden Bereich eine Art Zwischenzone ausgebildet, die ggf. ebenfalls als Speichervolumen für Moldmasse dienen kann. Diese Ausführungsform ist dann von Vorteil, wenn besonders große Mengen Moldmasse in Richtung des von Moldmasse freizuhaltenden Bereichs strömen können.
  • Besonders bevorzugt ist der Einsatz der Erfindung bei Bauteilen, bei denen der von Moldmasse freizuhaltende Bereich eine Fläche zur Abstrahlung von Wärme oder eine mit einem weiteren Bauteil verbindbare metallische Kontaktfläche, z. B. ein Anschlusspin eines ICs, ist. So ist es für die Verwendung des von Moldmasse freizuhaltenden Bereichs als Fläche zur Abstrahlung von Wärme wesentlich, dass die Strahlungsenergie nicht durch eine Moldmasse an ihrer Abstrahlung an die Umgebung gehindert werden kann, da dies zu thermischen Überbeanspruchungen des Bauteils führen könnte. Bei dem anderen Ausführungsbeispiel, bei der der von Moldmasse freie Bereich mit einem weiteren Bauteil verbunden ist, ist es wesentlich, dass zwischen den Bauteilen beispielsweise eine gute elektrische Verbindung, z. B. in Form einer Lötverbindung, hergestellt ist. Eine derartige Verbindung wird jedoch durch das Vorhandensein von Moldmasse zumindest behindert.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
  • 1 einen Teilbereich eines Werkzeuges zum Umspritzen eines Bauteils im Längsschnitt, bei dem die Oberseite des Bauteils gemäß dem Stand der Technik ausgebildet ist, während die Unterseite des Bauteils ein erfindungsgemäßes Bauteil zeigt,
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines eine Wärmeabstrahlfläche aufweisenden Bauteils, das zur elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltungsträger, beispielsweise einer Leiterplatte, ausgebildet ist und
  • 3 einen Schnitt durch das Bauteil gemäß 2 im Bereich einer erfindungsgemäßen Struktur zum Freihalten der Wärmeabstrahlfläche von Moldmasse.
  • Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In der 1 ist ein Teilbereich eines Bauteils 10 dargestellt, wie es insbesondere als Bestandteil eines Schalt- oder Steuergerätes dient. Bei dem Bauteil 10 kann es sich beispielsweise um ein Substrat, eine Leiterplatte oder ähnliches handeln, das zumindest teilweise von einer Moldmasse 11 umgeben ist. Bei der Moldmasse 11 handelt es sich insbesondere um ein Duroplast oder ein Elastomer, und die Herstellung eines zumindest teilweise mit einer Moldmasse 11 umgebenen Bauteils 10 wird allgemein als Molding-Verfahren bezeichnet.
  • Zur Herstellung des Bauteils 10 dient ein in der 1 teilweise dargestelltes Werkzeug 100. Dieses Werkzeug 100 weist eine obere Werkzeughälfte 101 und eine untere Werkzeughälfte 102 auf, die jeweils in Richtung der Doppelpfeile 103, 104 gegeneinander bewegbar bzw. gegeneinander beabstandbar angeordnet sind. Die Bewegung der beiden Werkzeughälften 101, 102 erfolgt durch nicht dargestellte Antriebe. Die beiden Werkzeughälften 101, 102 bilden insgesamt eine Aufnahme 105 für das Bauteil 10 aus, d. h., dass bei vollständig gegeneinander bewegten Werkzeughälften 101, 102 das Bauteil 10 zumindest bereichsweise formschlüssig zwischen den Werkzeughälften 101, 102 aufgenommen ist.
  • Wesentlich ist, dass auf der Ober- bzw. Unterseite des einen Grundkörper 15 aufweisenden Bauteils 10 ein von Moldmasse 11 freizuhaltender Bereich 12, 12a ausgebildet ist. Dies wird durch eine entsprechende Ausbildung der Werkzeughälften 101, 102 ermöglicht, die beispielhaft Stege 106, 107 bzw. seitliche Begrenzungen 108, 109 aufweisen, die den Zutritt der Moldmasse 11 in den freizuhaltenden Bereich 12, 12a verhindern sollen.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 10 links von dem freizuhaltenden Bereich 12, 12a mit einer Schicht 13, bestehend aus Moldmasse 11, umgeben. Weiterhin ist die eine Stirnfläche 14 des Bauteils 10 ebenfalls mit Moldmasse 11 überdeckt. Diese Moldmasse 11 gelangt über in der 1 nicht dargestellte Einspritzkanäle in die Werkzeughälften 101, 102, wobei die Moldmasse 11 dabei erwärmt ist und unter Druck steht. Beim Einspritzen der Moldmasse 11 in das Werkzeug 100 füllt die Moldmasse 11 die zwischen dem Bauteil 10 und den Werkzeughälften 101, 102 ausgebildeten Hohlräume vollflächig bzw. vollständig aus, mit Ausnahme des freizuhaltenden Bereichs 12, 12a.
  • In der Praxis ist nicht auszuschließen, dass aufgrund von Spalten, Materialverschleiß, Bauteilungenauigkeiten oder ähnlichem ein Zutritt von Moldmasse 11 in den freizuhaltenden Bereich 12, 12a stattfindet. Der freizuhaltende Bereich 12, 12a kann beispielsweise in Form einer wärmeabgebenden Fläche 18 ausgebildet sein, die z. B. in Form einer Leiterbahn als Kupferschicht ausgebildet ist. Bei diesem Beispiel muss insbesondere verhindert werden, dass die Oberseite der Fläche 18 mit Moldmasse 11 überdeckt ist, da diese ansonsten eine isolierende Wirkung bezüglich der Wärmeabstrahlung ausübt und somit die Funktionalität der Fläche 18 zumindest einschränkt.
  • Zur Verdeutlichung der Erfindung ist das Bauteil 10 auf seiner Oberseite gemäß dem Stand der Technik ausgebildet, während die Unterseite des Bauteils 10 zur Verhinderung von Zutritt von Moldmasse 11 in Richtung des freizuhaltenden Bereichs 12 besonders ausgebildet ist. In der Praxis weist das Bauteil 10 selbstverständlich vorzugsweise in allen freizuhaltenden Bereichen 12, das heißt sowohl auf der Oberseite, als auch auf der Unterseite entsprechende Maßnahmen auf.
  • Auf der Oberseite bei dem Bauteil 10 gemäß dem Stand der Technik erkennt man, dass Moldmasse 11 in den freizuhaltenden Bereich 12a gelangt ist und beispielhaft die Fläche 18 teilweise überdeckt. An der Unterseite des erfindungsgemäß ausgebildeten Bauteils 10 ist demgegenüber eine erfindungsgemäße Struktur 20 auf der Oberfläche des Bauteils 10 angeordnet. Diese Struktur 20 kann beispielsweise ebenfalls in einer Kupferschicht oder ähnlichem in Form einer Erhebung 27 bestehen. Die Struktur 20 umgibt die von Moldmasse 11 freizuhaltende Fläche 18 vorzugsweise vollständig, d. h., dass die Struktur 20 eine geschlossene Form bildet. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Struktur 20 zwischen dem Steg 107 und der Fläche 18 und zusätzlich beabstandet zur Fläche 18 angeordnet ist. Es entstehen somit zwei umlaufende, streifenförmige Bereiche 21, 22, die eine Barriere bzw. ein Speichervolumen für Moldmasse 11 ausbilden. So ist es insbesondere erkennbar, dass Moldmasse 11 bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Bauteils 10, trotz Undichtigkeiten zwischen der unteren Werkzeughälfte 102 und dem Bauteil 10, lediglich in dem ersten Bereich 21 zwischen dem Steg 107 und der Struktur 20 bzw. der Erhebung 27 eingetreten ist, die Moldmasse 11 die Fläche 18 bzw. den freizuhaltenden Bereich 12 jedoch nicht erreicht hat.
  • In der 2 ist das Bauteil 10 als mit einem nicht dargestellten Schaltungsträger, insbesondere einer Leiterplatte, zu verbindendes elektronisches Bauteil 10 ausgebildet. Das Bauteil 10 weist hierzu Anschlusspins 24, 25 auf, die mit entsprechenden Kontaktflächen des Schaltungsträgers bzw. der Leiterplatte, z. B. durch Lötverbindungen, kontaktierbar sind. Hier besteht eine zusätzliche Funktion der Struktur 20 darin, einen Zutritt von Moldmasse 11 in den Bereich der Anschlusspins 24, 25 zu vermeiden. Insbesondere soll vermieden werden, dass die Anschlusspins 24, 25 im Bereich der mit dem Schaltungsträger bzw. der Leiterplatte zu kontaktierenden Zonen mit Moldmasse 11 benetzt bzw. überzogen sind.
  • Anhand der 3 ist ferner erkennbar, dass es auch im Rahmen der Erfindung liegt, anstelle von Erhebungen 27 die Struktur 20 in Form von Vertiefungen 26 auszubilden, die anstelle der Erhebungen 27 wie bei der 1 treten. In dem in der 3 dargestellten Ausschnitt ist dabei erkennbar, dass die Vertiefung 26 zum Beispiel durch Ausbilden einer die Fläche 18 vollständig umgebenden Nut ausgebildet ist, die einen Zwischenraum in Form eines Speichervolumens für die Moldmasse 11 ausbildet.
  • Die soweit beschriebenen Bauteile 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, das Bauteil 10 mit einer Struktur 20 auszustatten, die den Zutritt von Moldmasse 11 beim Umspritzen des Bauteils 10 in einen von Moldmasse 11 freizuhaltenden Bereich 12, 12a verhindert.

Claims (9)

  1. Bauteil (10), insbesondere als Bestandteil eines Schalt- oder Steuergerätes, mit einem Grundkörper (15), der von einer aus Kunststoff bestehenden Moldmasse (11) teilweise umspritzt ist, wobei der Grundkörper (15) wenigstens einen Bereich (12) aufweist, der frei von Moldmasse (11) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (12) auf dem Grundkörper (15) wenigstens bereichsweise von einer Struktur (20) umgeben ist, die den Zutritt von Moldmasse (11) in Richtung des von Moldmasse (11) freien Bereichs (12) verhindert.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (20) in Form einer Vertiefung (26) ausgebildet ist, die ein Speichervolumen für die Moldmasse (11) bildet.
  3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (20) in Form einer Erhebung (27) ausgebildet ist, die eine Barriere für die Moldmasse (11) ausbildet.
  4. Bauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (26) bzw. die Erhebung (27) den Bereich (12) vollständig umgibt.
  5. Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (26) bzw. Erhebung (27) mit Abstand zum Bereich (12) angeordnet ist.
  6. Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vertiefung (26) bzw. der Erhebung (27) und der mit Moldmasse (11) ausgebildeten Zone (13) auf der dem Bereich (12) abgewandten Seite eine weitere Moldmassefreie Zone (21) ausgebildet ist.
  7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von Moldmasse (11) frei zu haltende Bereich (12) eine Fläche (18) zur Abstrahlung von Wärme oder eine mit einem weiteren Bauteil verbindbare metallische Kontaktfläche, zum Beispiel ein Anschlusspin eines ICs, ist.
  8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (15) ein Schaltungsträger, insbesondere eine Platine ist.
  9. Bauteil nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (27) eine Kupferschicht, insbesondere eine Leiterbahn ist.
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