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Die vorliegende Erfindung betrifft einen kunststoffummantelten Bauelementeträger mit Leiterplatten-Vias sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Abdichtung bei einem derartigen kunststoffummantelten Bauelementeträger.
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Stand der Technik
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Steuergeräte werden in einem Kraftfahrzeug derzeit auf verschiedene Art und Weise befestigt. Bekannt ist eine als E-Box bezeichnete Einheit. In einer derartigen E-Box sind Kabelbaumstecker montiert, und ein oder mehrere Steuergeräte werden sodann der E-Box zugeführt und in den Kabelbaumstecker eingesteckt.
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Sogenannte Direktkontaktierungen von Leiterplatten-Lands, abgekürzt LP-Lands, zu Gegensteckern sind aus PC-Technikanwendungen bekannt, bspw. in Form von Zählerkarten.
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Bei kunststoffummantelten Steuergeräten oder sogenannten Electronic Powertrain Mold-Geräten, abgekürzt EPM-Geräten, handelt es sich bspw. um einen in einem Transfer-Moldingverfahren mit einem Duroplast ummantelten Bauelementeträger, d. h. um ummantelte Leiterplatten- oder Keramik-Substrate. Derartige Bauelementeträger verfügen in vorteilhafter Weise über keine übliche Steckerleiste, sondern über Kontaktierflächen bzw. Kontaktpunkte (Kontakt-Lands), die auf dem Bauelementeträger zur Kontaktierung vorgesehen sind. Diese Kontaktierflächen sind in einem Direktkontaktierungsbereich (im Folgenden als Kontaktierungsbereich bezeichnet), welcher aus der Kunststoffummantelung des Bauelementeträgers herausragt, angeordnet. Dieser Direktkontaktierungsbereich bzw. Kontaktierungsbereich kann dabei in Einzelkontaktierungsbereiche zu je etwa zwanzig Kontakten bzw. Kontakt-Lands unterteilt sein, wobei jeder Einzelkontaktierungsbereich durch eine jeweilige Leiterplatte realisiert werden kann.
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Im Folgenden wird übergreifend von Kontaktierungsbereich gesprochen.
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Dieser Kontaktierungsbereich wird in eine konkave Aufnahmeeinheit, die den oben bereits erwähnten Kabelbaumstecker umfasst und im Kraftfahrzeug festgeschraubt ist, eingesteckt. Das entsprechende kunststoffummantelte Steuergerät oder das EPM-Gerät wird sodann von der Aufnahmeeinheit gehalten.
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Die Kunststoffummantelung bei den genannten Bauelementeträgern wird im Allgemeinen in einem Molding-Verfahren hergestellt, wobei ein Problem der Dichtigkeit durch insbesondere im Bereich des Austritts der Leiterplatte aus der bei dem Molding-Verfahren entstehenden Moldvorderseite entsteht. Durch Leiterbahnen, die zu den im Kontaktierungsbereich befindlichen Kontakt-Lands führen, ist dieser Leiterplattenbereich, d. h. die abzudichtende Fläche, nicht plan, sondern hat eine Kontur mit niedrigen Erhebungen mit Metalloberfläche. Durch diese äußere Struktur der Leiterplatte im Bereich des Austritts der Leiterplatte aus der Kunststoffummantelung wird eine Abdichtung aufgrund unterschiedlicher Adhäsionskräfte der für die Ummantelung aufzubringenden Moldmasse an den auf der Leiterplatte vorhandenen unterschiedlichen Materialien erschwert. Eine Spaltbindung und damit eine auf jeden Fall zu vermeidende Undichtigkeit kann auch durch einen unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten von Leiterplattenmaterial und der für die Ummantelung zu verwendenden Moldmasse entstehen. Der Austritt der Leiterplatte aus der Kunststoffummantelung, d. h. aus der Moldvorderseite, ist der einzige Bereich bei dem kunststoffummantelten Bauelementeträger, an dem eine Undichtigkeit entstehen kann, da sonst nirgendwo an dem Bauelementeträger etwas aus der Kunststoffummantelung, d. h. aus der für die Ummantelung verwendeten Moldmasse herausragt.
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Es ist zu vermeiden, dass eine Durchbiegekraft der Leiterplatte in Richtung quer zum Steckerbereich, d. h. zu dem Bereich, der letztlich in einen Stecker einzuführen ist, größer ist als eine Adhäsionskraft des Moldmaterials an der Leiterplatte und den darauf befindlichen Leiterbahnen. Da eine derartige Adhäsions- bzw. Haftungskraft nicht beliebig eingestellt werden kann und da die thermischen Expansionskoeffizienten der Leiterplatte und des Moldmaterials nicht hundertprozentig übereinstimmen, wurde bislang versucht, mittels Plasmamaterialien den abzudichtenden Bereich, d. h. den Bereich des Leiterplattenaustritts aus der Moldvorderseite, zu imprägnieren, um eine verbesserte Haftung und Dichteversiegelung in diesem Bereich zu erreichen. Dies macht allerdings einen zusätzlichen Aufwand erforderlich und bedeutet demnach auch eine Kostensteigerung.
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Aus der Druckschrift
US 7,934,312 B2 ist eine Leiterplatte mit darauf angeordneten elektronischen Komponenten bekannt, wobei eine aus Harz gebildete Schicht so angeordnet ist, dass die elektronischen Komponenten damit bedeckt sind und ein konvexer Verbinder mit metallischen Enden zur Verbindung vorgesehen ist, der aus der Ummantelung herausragt. In einer in den
12 und
13 gezeigten Ausführungsform ist ein konvexer Verbinder vorgesehen, der aus der kunststoffummantelten Leiterplattenanordnung herausragt. Die Leiterplattenanordnung hat eine laminierte Struktur mit einer Mehrzahl von Schichten, wobei Verdrahtungen nicht nur auf den Oberflächen, sondern auch in den inneren Schichten vorgesehen sind. Diese Mehrzahl von Verdrahtungen, welche auf unterschiedlichen Schichten gebildet sind, sind untereinander elektrisch verbunden mittels sogenannter Durchgangslöcher oder Vias. In einem Moldingverfahren wird die Leiterplattenanordnung mit elektronischen Komponenten zwischen zwei Moldschichten eingelegt. Die Anschlussverbindungen sind in inneren Schichten gebildet und werden durch die vorgesehenen Durchgangslöcher mit Anschlüssen auf der aus der Ummantelung herausragenden Oberfläche verbunden, so dass hierüber eine Kontaktierung möglich wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 045 415 A1 ist eine Bauelementeanordnung mit einem Träger bekannt, wobei ein Bauelement in einem Gehäuse mit elektrischen Kontakten und einer Pressmasse, die den Träger, das Halbleiterbauteil in dem Gehäuse und die elektrischen Kontakte umschließt, vorgesehen ist und das Bauelement auf dem Träger aufgebracht ist und wobei der Träger mit Löchern versehen ist. Das Bauelement in dem Träger wird in einem Leadframe platziert und mit einer Pressmasse umschlossen.
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Vor dem Hintergrund des Standes der Technik war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit vorzusehen, eine Dichtheit im Bereich des Leiterplattenaustritts aus der Moldvorderseite bei einem kunststoffummantelten Bauelementeträger möglichst einfach und effizient zu gewährleisten.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein kunststoffummantelter Bauelementeträger mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 6 bereitgestellt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den entsprechenden Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird ein kunststoffummantelter Bauelementeträger mit einer Leiterplatte mit mindestens einem aus der Kunststoffummantelung herausragenden Kontaktierungsbereich bereitgestellt. Dabei sind in Richtung einer in eine einen Stecker enthaltenen Aufnahmeeinheit vorzunehmenden Einsteckung vor dem in den Stecker einzusteckenden mindestens einen Kontaktierungsbereich in der Leiterplatte eine Anzahl von Durchkontaktierungen bzw. Durchgangslöchern, im Folgenden als Vias bezeichnet, vorgesehen. Die Vias sind jeweils zwischen den zu dem Kontaktierungsbereich hinführenden Leiterbahnen vorgesehen und werden bei Ummantelung mit einer Kunststoff-Moldmasse mit dieser Moldmasse gefüllt. Somit wird eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen einer oberhalb der Leiterplatte befindlichen Moldschicht und einer unterhalb der Leiterplatte befindlichen Moldschicht realisiert. Die Kunststoffmasse, welche für die Kunststoffummantelung verwendet wird und oft auch als Pressmasse oder Moldmasse bezeichnet wird, gibt einem Bauelementeträger eine gewünschte Form, schützt ihn vor Umwelteinflüssen und ermöglicht eine robuste Handhabung des entsprechenden Bauelementeträgers. Die aus der Kunststoffummantelung herausragende Leiterplatte bzw. deren Kontaktierungsbereich ermöglicht den elektrischen Kontakt nach außen.
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Die Moldmasse ist in ihrer Zusammensetzung so zu gestalten, dass sie den Bauelementeträger in den gewünschten Bereichen vollständig umhüllt und sicher auf der Oberfläche des Bauelementeträgers, d. h. der Leiterplatte, haftet. Die Moldmasse muss zudem so beschaffen sein, dass sie alle Unregelmäßigkeiten der Anordnung sicher umfließen kann und in jede Lücke oder jeden Spalt dieser Anordnung eindringen kann. Die Leiterplatte, auch als PCB (Printed Circuit Board) bezeichnet, dient dazu, dass auf ihr elektronische Bauelemente platziert, fixiert und elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden. Anordnungen auf einer derartigen Leiterplatte können mit einem Harz besprüht oder umgossen werden, um diese Anordnung vor Umwelteinflüssen abzuschirmen.
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Die nunmehr im Bereich des Austritts der Leiterplatte aus der Kunststoffummantelung vorgesehenen Löcher bzw. Vias dienen nun dazu, dass die Moldmasse auch in die Leiterplatte so eindringen kann, dass eine Verbindung zwischen den beiden Seiten der Leiterplatte möglich wird, so dass eine bei dem Moldingprozess entstehende Moldschicht oberhalb der Leiterplatte mit einer bei dem Moldingverfahren entstehenden Moldschicht unterhalb der Leiterplatte über die Vias verbunden werden kann. Dadurch entstehen zum einen keinerlei Hohlräume, und zum anderen wird die Leiterplatte und somit auch die darauf befindlichen elektrischen Bauelemente sicher durch die Moldmasse gegen externe Einflüsse abgedichtet. Die Adhäsion der Moldmasse auf der Leiterplatte selbst spielt hinsichtlich eventueller Undichtigkeiten, die aufgrund unterschiedlicher Adhäsionskoeffizienten von Leiterplattenmaterial und Moldingmasse entstehen könnten keine ausschlaggebende Rolle mehr, da die Moldingmasse nunmehr durch Durchfluss durch die Durchgangslöcher die Leiterplatte derart in sich einschließt, dass eine kraft- und formschlüssige Verbindung von Moldschichten oberhalb der Leiterplatte zu Moldschichten unterhalb der Leiterplatte realisiert ist. Anschaulich lässt sich dies darlegen als Moldschichten, die gewissermaßen auf die entsprechende Leiterplatte aufgenäht sind und trotz gegebenenfalls unterschiedlicher Adhäsionskräfte nicht mehr von der Leiterplatte einfach abgehoben werden können.
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Um diese Verbindung und Dichtigkeit möglichst zu optimieren, kann vorgesehen sein, dass zwischen allen zu dem Kontaktierungsbereich hinführenden Leiterbahnen jeweils Durchgangslöcher vorgesehen sind, die beim Moldingprozess entsprechend mit Moldmasse gefüllt werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Durchgangslöcher vergleichsweise großflächig bzw. mit einem großen Durchmesser auf der Leiterplattenoberseite ausgebildet sind und die durch die Moldmasse bei der Ummantelung realisierten Verbindungen möglichst fest sind.
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Der Bereich, in welchem die Durchgangslöcher vorzusehen sind, entspricht in Richtung einer in einen Stecker enthaltenden Aufnahmeeinheit vorzunehmenden Einsteckung dem Endbereich der Kunststoffummantelung bzw. dem Austrittsbereich des Kontaktierungsbereichs der Leiterplatte.
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Es ist denkbar, aber nicht zwingend notwendig, dass die Durchgangslöcher bzw. die Vias durchmetallisiert sind.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Abdichtung bei einem kunststoffummantelten Bauelementeträger mit einer Leiterplatte mit mindestens einem aus der Kunststoffummantelung herausragenden Kontaktierungsbereich. Dabei werden in Richtung einer in eine einen Stecker enthaltenden Aufnahmeeinheit vorzunehmenden Einsteckung vor dem in den Stecker einzusteckenden mindestens einen Kontaktierungsbereich in der Leiterplatte eine Anzahl Vias bzw. Durchgangslöcher bzw. Durchkontaktierungen vorgesehen. Dabei werden die Vias jeweils zwischen zu dem Kontaktierungsbereich hinführenden Leiterbahnen angeordnet und bei Ummantelung der Leiterplatte mit einer Moldmasse mit dieser Moldmasse gefüllt, wodurch eine kraft- und formflüssige Verbindung zwischen einer oberhalb der Leiterplatte sich durch die Ummantelung ergebenden Moldschicht und einer unterhalb der Leiterplatte sich ergebenden Moldschicht realisiert wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Bauelementeträgers für kunststoffummantelte Steuergeräte mit Direktkontaktierung, insbesondere bei Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementeträgers.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch den in 1 gezeigten Bauelementeträger im Bereich vor dem Austritt der Leiterplatte aus einer die Kunststoffummantelung realisierenden Moldmasse.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines kunststoffummantelten Bauelementeträgers 100. Der kunststoffummantelte Bauelementeträger 100 weist im Kern eine Leiterplatte 101 auf, welche mit Bauelementen (hier nicht gezeigt) bestückt ist und größtenteils, insbesondere im mit Bauelementen bestückten Bereich mit einer Kunststoff- bzw. Moldmasse ummantelt ist. Um einen elektrischen Kontakt nach außen zu ermöglichen umfasst die Leiterplatte 101 ferner eine aus der Kunststoffummantelung herausragende Kontaktbereichszone bzw. einen Kontaktierungsbereich 102, in welchem in der Regel eine Mehrzahl von Kontaktierflächen bzw. Kontakt-Lands 104 angeordnet sind. In Richtung einer in eine einen Stecker enthaltenden Aufnahmeeinheit vorzunehmenden Einsteckung, wie sie durch Pfeil 200 angedeutet ist, ist zunächst eine Kunststoffummantelung 106 vorgesehen und eine weitere sich daran anschließende Kunststoffummantelung 108, welche durch eine umlaufende Dichtung 109 von der Kunststoffummantelung 106 abgegrenzt ist. Die Kunststoffummantelung 108 liegt im Bereich vor dem Austritt der Leiterplatte 101 bzw. des Kontaktierungsbereichs 102 aus der Kunststoffummantelung, welche durch eine Moldmasse realisiert ist.
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Bei den Kontakt-Lands im Kontaktierungsbereich 102 der Leiterplatte 101 handelt es sich in der Regel um goldbeschichtete Kontakt-Lands, die sowohl oberhalb als auch unterhalb auf der Leiterplatte 101 angeordnet sind. Im Kunststoffummantelungsbereich 108 befinden sich nunmehr, wie nachfolgend in 2 näher erläutert, Durchgangslöcher in der Leiterplatte 101, welche durch die Moldmasse im Bereich 108 umhüllt ist, wobei die Durchgangslöcher von der Oberseite der Leiterplatte 101 zu der Unterseite der Leiterplatte 101 führen und bei Durchführung des Moldingprozesses bzw. der Kunststoffummantelung mit dem entsprechenden Kunststoff bzw. der Moldmasse ausgefüllt werden. Die Form der Durchgangslöcher ist dabei beliebig und vorzugsweise so zu wählen, dass die Moldmasse gut hindurchtreten kann. Durch Vorsehen dieser Durchgangslöcher bzw. durch Eindringen der Moldmasse in diese Durchgangslöcher beim Moldingprozess ergibt sich eine verstärkte Zusammenhaltekraft im Bereich 108 gegenüber dem Ummantelungsbereich 106, so dass in diesem Bereich die Kunststoffummantelung bzw. die entsprechenden Moldschichthöhen, in denen zudem keine Bauelemente oder höchstens flache Keramikkondensatorchips von einer Baugröße von etwa 0402 zur HF-Entstörung auf der Leiterplatte 101 vorgesehen werden, bis zum Übergang in den Bereich 106, d. h. bis zum Beginn der umlaufenden Dichtung 109, kleiner als im Bestückbereich 106 und damit materialsparender gewählt werden kann bzw. können.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der Leiterplatte 101 aus 1, wobei der Schnitt entlang der Linie AA in 1 gemacht wurde. Dargestellt ist hier die umlaufende Dichtung 109 sowie die Kunststoffummantelung 106 im Bestückbereich der Leiterplatte 101 bzw. des Bauelementeträgers 100. Ferner ist der in Richtung einer vorzunehmenden Einsteckung vorne, d. h. unmittelbar vor dem Austritt der Leiterplatte 101 aus der Moldmasse liegende Ummantelungsbereich 108 dargestellt. In diesem Ummantelungsbereich 108 werden erfindungsgemäß sogenannte Vias bzw. Durchgangslöcher in der Leiterplatte 101 vorgesehen, wobei die Durchgangslöcher 110 zwischen zu den Kontaktlands 104 in dem Kontaktierungsbereich 102 der Leiterplatte 101 hinführenden Leiterbahnen 111 vorgesehen sind.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass zwischen allen Leiterbahnen, die zum Kontaktierungsbereich 102 führen, Vias 110 vorgesehen sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass diese Vias 110 relativ groß im Durchmesser gewählt werden, so dass eine optimale Verbindung zwischen bei Ummantelung der Leiterplatte 101 entstehenden Moldschichten oberhalb der Leiterplatte und entsprechend entstehenden Moldschichten unterhalb der Leiterplatte durch die in die Löcher 110 eindringende Moldmasse realisiert werden kann. Das Moldmaterial für die gesamte Ummantelung des Bauelementeträgers kann dabei einheitlich gewählt werden, und es ist nicht vorgesehen, in verschiedenen Bereichen, d. h. im Ummantelungsbereich 106 und im Ummantelungsbereich 108 unterschiedliche Moldmaterialien einzusetzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7934312 B2 [0009]
- DE 102006045415 A1 [0010]
