DE102012223904A1 - Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Hochstrom-Schaltkreises mittels Gasspritz-Technologie und Abdichten mit isolierendem Polymer - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Hochstrom-Schaltkreises mittels Gasspritz-Technologie und Abdichten mit isolierendem Polymer

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DE102012223904A1
DE102012223904A1 DE201210223904 DE102012223904A DE102012223904A1 DE 102012223904 A1 DE102012223904 A1 DE 102012223904A1 DE 201210223904 DE201210223904 DE 201210223904 DE 102012223904 A DE102012223904 A DE 102012223904A DE 102012223904 A1 DE102012223904 A1 DE 102012223904A1
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Abstract

Die Erfindung umfasst einen Elektrischer Schaltkreis (1), insbesondere zum Leiten von Hochstrom und ein Verfahren zur Herstellung dergleichen. Der Schaltkreis (1) weist einen Trägerkörper (10), der eine Trägerfläche (11) aufweist, eine die Trägerfläche (11) abdeckende Isolationsschicht (20), eine auf der Isolationsschicht (20) angeordnete Leiterbahn (30) zum Leiten von Strom, und eine äußere Schutzschicht (40), auf. Kennzeichnend für den Schaltkreis ist dabei, dass die Schutzschicht (40) mindestens eine Aussparung (41) aufweist, um einen elektrischen Kontaktbereich zur Leiterbahn (30) bereitzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkreis, insbesondere zum Leiten von Hochstrom, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltkreises gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
  • Elektrische Schaltkreise mit mehreren funktionalen Schichten, die auf einen Schaltkreisträger aufgespritzt werden, sind bekannt. Bei Schaltkreisträgern, die aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, ist es notwendig die Schaltkreise gegenüber dem Schaltkreisträger zu isolieren, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Bekannt ist es, hierzu eine Isolationsschicht zwischen der leitenden Schicht und dem Schaltkreisträger aufzubringen. Dabei ist es notwendig, die Isolationsschicht gegenüber Feuchtigkeit zu schützen, da die Zufuhr von Feuchtigkeit die Isolationsfähigkeit der Isolationsschicht beeinträchtigt.
  • Stand der Technik ist es gespritzte Schichten mittels eines Lackes gegen Feuchtigkeit zu schützen, wobei zuerst der Aufbau der Elektronik durchgeführt und anschließend der Gesamtaufbau ausgeheizt (>100 °C) und mittels des Lackes versiegelt wird. Vorgeschriebene Tests der Elektronik, wie beispielsweise die Messung des Isolationswiderstandes oder der Durchschlagsspannung können nicht an den gespritzten Schichten durchgeführt werden. Daher ist eine Prüfung des Schaltkreises erst nach Versiegelung des Schaltkreises möglich nachdem er bereits mit Bauteilen und Steckerkomponenten veredelt wurde. Nachteilhaft ist dabei, dass fehlerhaft produzierte Schaltkreise nicht vorab selektiert werden können und als Schrottteile einen Totalverlust darstellen. Dies erhöht die Kosten merklich, insbesondere bei einer Produktion solcher Schaltkreise in hohen Stückzahlen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen elektrischen Schaltkreis und ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltkreises aufzuzeigen, wodurch ein zuverlässiger Schutz der Isolationsschicht gegen Feuchtigkeit erreichbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung die vorgenannten Nachteile zu überwinden.
  • Die Aufgabe wird gelöst gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung mittels eines elektrischen Schaltkreises der eingangs genannten Art mit einer Schutzschicht, die mindestens eine Aussparung aufweist, um einen elektrischen Kontaktbereich zur Leiterbahn bereitzustellen.
  • Der erfindungsgemäße Schaltkreis kann auf diese Weise schon im unveredelten Zustand auf unterschiedliche elektrische Eigenschaften hin geprüft werden. Fehlerhafte Schaltkreise können auf diese Weise schon in einem frühen Herstellungsstadium identifiziert und aussortiert werden. Der Verlust an Material und Produktionszeit ist auf diese Weise wesentlich verringerbar.
  • Die Schutzschicht befindet sich als äußere Schicht auf der Trägerfläche und deckt die Isolationsschicht soweit ab, um das Eindringen der Feuchtigkeit in die Isolationsschicht zu verhindern. Gleichzeitig bleibt über die Aussparung ein elektrischer Kontaktbereich zur Leiterbahn erhalten, um daran Geräte zur Prüfung anlegen und unterschiedliche elektrische Prüfungen vornehmen zu können.
  • Die Schutzschicht weist eine Materialaussparung an den Stellen der Aussparung auf, so dass die Leiterbahn im Bereich der Aussparung freiliegt. Alternativ sind aber auch andere Ausführungsformen der Aussparung denkbar, sofern darüber ein elektrischer Kontakt zur Leiterbahn herstellbar ist. Denkbar sind beispielsweise die Verwendung anderer Materialien im Bereich der Aussparung oder eine veränderte Schichtdicke im Bereich der Aussparung. Ferner ist die Aussparung nicht auf eine bestimmte Form beschränkt.
  • Vorteilhafterweise wird die Erfindung mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises weitergebildet, bei der die Aussparung innerhalb eines Teilbereichs der Leiterbahn angeordnet ist. Die Aussparung wird gemäß dieser Weiterbildung auf ein Maß beschränkt, der zur Bereitstellung des elektrischen Kontaktes notwendig ist. Auf diese Weise wird auch die Leiterbahn außerhalb der Aussparung durch die Schutzschicht vor äußeren Einflüssen, insbesondere Feuchtigkeit geschützt, um z. B. eine Korrosion der Leiterbahn zu verhindern. Vorteilhafterweise korrespondiert die Position des Teilbereichs auf der Leiterbahn mit der Position, an der im veredelten Zustand des Schaltkreises ein elektrisches Bauteil angeordnet ist. Die Erfindung umfasst somit auch einen elektrischen Schaltkreis, bei der die Schutzschicht eine Vielzahl von Aussparungen aufweist, insbesondere korrespondierend mit der Anzahl und Position der auf die Leiterbahn anzubringenden elektrischen Bauteile. Demnach sind die elektrischen Eigenschaften der Leiterbahn gerade an den Stellen überprüfbar, wo ein elektrischer Kontakt zwischen der Leiterbahn und dem elektrischen Bauteil hergestellt wird.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises mit einer Aussparung, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Schutzschicht einen Randbereich der Leiterbahn abdeckt. Vorteilhafterweise ist die Aussparung derart angeordnet und ausgebildet bzw. dimensioniert, so dass die Schutzschicht mindestens einen Rand bzw. Randbereich der Leiterbahn abdeckt. Auf diese Weise übt die Schutzschicht an den Randbereichen eine Kraft aus, welche die Leiterbahn hin zur Isolationsschicht bzw. Trägerfläche drückt und die Anordnung der Schichten mechanisch stabilisiert.
  • Bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises mit einer Schutzschicht, die ein Material aus der Gruppe der Polymere enthält. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises, bei der die Schutzschicht ein Material aus der Gruppe der Silikone enthält. Die Materialien sind einfach zu verarbeiten und bieten eine sehr hohe, bis hin zu einer hermetischen, Abdichtung der Isolationsschicht gegen Feuchtigkeit. Im unverarbeiteten Zustand liegen die Materialien in fließfähiger Form vor. Sie weisen eine Fließfähigkeit bzw. Viskosität auf, so dass sie nach Auftrag auf den Schaltkreis gut verlaufen und die gewünschten Stellen vollständig und gleichmäßig abdecken. In Kombination mit einem Direktdruckverfahrens oder eines Siebdruckverfahrens sind diese Materialien besonders vorteilhaft einsetzbar. Die Viskosität solcher Materialien beträgt typischer Weise zwischen 25 bis 65 Pascal. Sie werden unter Temperaturen von größer gleich 200°C verfestigt und bilden somit einen inerten chemischen Film.
  • Ferner ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises bevorzugt, bei dem das Material der Schutzschicht einen Dehnungskoeffizienten aufweist, der in etwa dem Dehnungskoeffizienten des Materials der Leiterbahn entspricht. Vorzugsweise liegt der Dehnungskoeffizient der Schutzschicht im Bereich von 85% bis 115% des Dehnungskoeffizienten der Leiterbahn. Auch ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises bevorzugt, bei dem das Material der Schutzschicht eine Temperaturbeständigkeit bis zu 200°C aufweist. Insbesondere bei Verwendung des Schaltkreises unter Hochstrom (> 180 Ampere) wird dadurch sichergestellt, dass die Erwärmung und Ausdehnung der Leiterbahn durch die Stromlast nicht zu einer Beschädigung der Schutzschicht führt. Unter Temperaturbeständigkeit ist dabei zu verstehen, dass das Material auch unter der Wärmelast seine physikalischen und chemischen Eigenschaften weitestgehend beibehält.
  • Darüber hinaus wird der erfindungsgemäße Schaltkreis dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass eine Verbindungsschicht zwischen der Schutzschicht und der Leiterbahn angeordnet ist. Die Verbindungsschicht kann dazu verwendet werden, um sowohl einen mechanischen als auch elektrischen Kontakt zwischen einem elektrischen Bauteil und der Leiterbahn zu ermöglichen und / oder zu verbessern. Auf diese Weise kann das Material für die Leiterbahn unabhängig von der Fähigkeit mit anderen Materialien verbindbar zu sein flexibel ausgewählt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises besteht darin, dass die Aussparung derart angeordnet und bemessen ist, dass die Schutzschicht und die Verbindungsschicht einen Überlappungsbereich entlang der Ränder der Verbindungsschicht bilden und auf diese Weise die mechanische Stabilität aufeinanderliegenden Schichten erhöht wird.
  • Der erfindungsgemäße Schaltkreis wird dadurch vorteilhafterweise weitergebildet, dass die Schutzschicht im Bereich der Ränder der Aussparung eine Schichthöhe aufweist, um eine fließfähige Masse innerhalb der Aussparung einzugrenzen. Auf diese Weise ist die Aussparung mittels eines zusätzlichen Materials ausfüllbar. Die Schichthöhe der Schutzschicht ist dabei so gestaltet, dass die Ränder der Aussparung derart vom Untergrund, z. B. der Leiterbahnfläche, im Wesentlichen dammartig abstehen und die fließfähigen Masse seitlich begrenzen, damit sie nicht außerhalb der Aussparung verläuft. Für die Verbindung von elektrischen Bauteilen benötigtes Verbindungsmaterial kann somit in die Aussparung eingesetzt werden. Denkbar ist dabei das Material der Verbindungsschicht aufzuschmelzen, in die Aussparung einzufüllen und es anschließend erstarren zu lassen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises besteht die Verbindungsschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, das mit einem lötbarem Material verbindbar ist. Eine solche Verbindungsschicht ermöglicht die elektrischen Bauteile mittels weit verbreiteter Lötverfahren mit der Leiterbahn zu verbinden und ist im Hinblick auf hohe Stückzahlen besonders vorteilhaft.
  • Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises, bei der Form und Abmessung der Aussparung im Wesentlichen mit der Form und Abmessung der Verbindungselemente eines mit der Leiterbahn zu verbindendes Bauteils korrespondiert. Die Aussparung wird auf diese Weise auf eine notwendige Größe beschränkt, die derart gestaltet ist, einen möglichst großen Schutz des Schaltkreises mittels der Schutzschicht zu erreichen und gleichzeitig einen ausreichenden Kontaktbereich für die Verbindungselemente des elektrischen Bauteils bereitzustellen. Die Verwendung von Verbindungsmaterialien, wie z. B. Lot, kann dadurch auf ein notwendiges Minimum reduziert werden, die ausreicht, um eine stabile Verbindung des Bauteils herzustellen. Alternativ weist die Aussparung eine Form gemäß einer geometrischen Grundform auf. Bevorzugt sind dabei rechteckige oder kreisförmige Aussparungen, die der gängigen Form elektrischer Bauteile entsprechen.
  • Vorteilhafterweise wird die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises dadurch weitergebildet, dass laterale Randflächen der Isolationsschicht mittels der Schutzschicht abgedeckt sind. Die Isolationsschicht wird auf diese Weise vollständig umschlossen, einerseits durch die Schutzschicht an ihrer Außenfläche und an den seitlichen bzw. lateralen Randflächen, andererseits an der Innenfläche durch die Trägerfläche des Trägerkörpers. Die Isolationsschicht wird auf diese Weise besonders gut gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt.
  • Die Aufgabe wird gelöst gemäß eines zweiten Aspektes der Erfindung gemäß eines Verfahrens der eingangs genannten Art, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Auftragen der Schutzschicht zum Abdecken der Isolationsschicht. Das Verfahren ermöglicht einen elektrischen Schaltkreis derart herzustellen, dass die elektrischen Grundfunktionen des Schaltkreises bereits funktionieren und auf mögliche Fehler in der Elektronik überprüfbar sind. Die Isolationsschicht wird hierfür soweit mittels der Schutzschicht abgedeckt, so dass es vor Feuchtigkeit geschützt ist und seine volle Isolationsfähigkeit erreicht. Gleichzeitig bleibt die Leiterbahn unbedeckt, so dass ein elektrischer Kontakt zu der Leiterbahn erhalten bleibt.
  • Davon ausgehend wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft weitergebildet durch Auftragen der Schutzschicht zum Abdecken der Isolationsschicht und der Leiterbahn, wobei die Schutzschicht mindestens eine Aussparung aufweist, die innerhalb eines Teilbereichs der Leiterbahn angeordnet ist. Mittels dieses Verfahrens wird vorteilhafterweise in einem Schritt eine Schutzschicht auf die Isolationsschicht und die Leiterbahn aufgebracht, wobei über die Aussparung ein elektrischer Kontaktbereich weiterhin erhalten bleibt. Ein Auftrag einer Schutzschicht auf die Leiterbahn in einem separaten Verfahrensschritt wird auf diese Weise eingespart.
  • Bevorzugterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass die Schutzschicht ein Material aus der Gruppe der Polymere enthält. Besonders bevorzugt wird das Verfahren dadurch weitergebildet, dass die Schutzschicht ein Material aus der Gruppe der Silikone enthält. Diese Materialien eignen sich in besonderer Weise dafür, die Schutzschicht präzise an den gewünschten Stellen aufzutragen und ein stabiles und fehlerfreies Aufbringen der Schutzschicht zu erreichen.
  • Vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Aussparung mittels Verwendung einer gitterförmigen Formvorlage erzeugt wird. Das ursprünglich in fließfähiger Form vorliegende Schutzschichtmaterial ist auf diese Weise besonders gleichmäßig und präzise auf den Schaltkreis aufbringbar.
  • Besonders vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach die Formvorlage mindestens zwei unterschiedliche Maschengrößen aufweist. Mittels der Maschengröße ist die Menge des Schaltkreisschutzmaterials regelbar, die auf den Schalterkreis aufgetragen wird. Engere Maschen ermöglichen einen größeren Materialdurchtritt durch die Formvorlage als größere Maschen. Eine geschlossene Fläche auf der Formvorlage ermöglicht dabei eine Aussparung der Schutzschicht zu erzeugen. Unterschiedliche Maschen ermöglichen die aufzutragende Menge des Schutzschichtmaterials örtlich je nach Bedarf unterschiedlich zu regeln. Diese kann insbesondere in Abhängigkeit abhängig von der Viskosität des Schutzschichtmaterials festgelegt werden.
  • Darüber hinaus bevorzugt ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der das Aufbringen der Schutzschicht mittels eines Siebdruckverfahrens erfolgt. Das Aufbringen der Schutzschicht unter Anwendung einer vorgenannten Formvorlage sowie eines Auftragsdrucks eignet sich in besonders gut dafür, um eine gleichmäßig dicke, geschlossene Schutzschicht präzise auf den Schaltkreis aufzubringen.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet des Verfahren ferner den Schritt b.2) Aufbringen einer Verbindungsschicht in einem Teilbereich der Leiterbahn in Anschluss an den Schritt b.1).
  • Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft weitergebildet durch Auftragen der Schutzschicht zum Abdecken der Isolationsschicht, der Leiterbahn und der Verbindungsschicht, wobei die Schutzschicht mindestens eine Aussparung aufweist, so dass die Schutzschicht und die Verbindungsschicht einen Überlappungsbereich entlang der Ränder der Verbindungsschicht bilden.
  • Außerdem ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, welches ferner die Schritte aufweist:
    • d) Trocknen der Schutzschicht durch Erhitzen des Schaltkreises bei einer Trockentemperatur, und e) Aushärten der Schutzschicht durch erhitzen des Schaltkreises bei einer Aushärttemperatur. Auf diese Weise wird die feuchte Masse aus den Schichten und der Leiterbahn im Wesentlichen vollständig entfernt. Des Weiteren erfolgt eine Verfestigung der Schichten und Leiterbahn durch eine Verschmelzung der einzelnen Partikel in den Schichten und der Leiterbahn.
  • Vorteilhaft ist des Weiteren eine Weiterbildung des Verfahrens, bei welcher die Trockentemperatur größer gleich 150°C und kleiner gleich 290°C beträgt.
  • Auch ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, bei welcher die Aushärtetemperatur größer gleich 200°C und kleiner gleich 290°C beträgt.
  • Schließlich ist auch eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, welches zur Herstellung eines elektrischen Schaltkreises gemäß den vorgenannten Ausführungsformen geeignet ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen
  • 1 eine seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkreises, und
  • 2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des elektrischen Schaltkreises.
  • 1 zeigt einen elektrischen Schaltkreis 1 zum leiten von Hochstrom mit einem Trägerkörper 10, der eine Trägerfläche 11 aufweist, einem die Trägerfläche 11 abdeckende Isolationsschicht 20, einem auf der Isolationsschicht 20 angeordnete Leiterbahn 30 zum Leiten von Strom, und mit einer äußeren Schutzschicht 40. Die Schutzschicht 40 weist mehrere Aussparungen 41 auf und stellt auf diese Weise einen elektrischen Kontaktbereich zur Leiterbahn 30 bereit. Des Weiteren weist der Schaltkreis 1 eine Verbindungsschicht 50 auf, die zwischen der Schutzschicht 40 und der Leiterbahn 30 angeordnet ist.
  • Der Trägerkörper 10 ist als ein Druckgehäuse aus Aluminium ausgebildet. Er weist eine zylindrisch Form mit einer ebenen Stirnfläche auf, die als Trägerfläche 11 dient. Der Trägerkörper 10 weist zudem an den Mantelflächen mehrere Befestigungsflansche auf (in den Figuren nicht gezeigt), mittels dessen der Trägerkörper 10 auf einen elektrischen Motor befestigbar ist.
  • Auf der Trägerfläche 11 befindet sich unmittelbar die Isolationsschicht 20. Die Isolationsschicht 20 besteht aus Aluminiumoxidkeramik. Sie wird mittels einer Spritz- oder Spraytechnologie flächig auf die Trägerfläche 11 aufgebracht. Denkbar wäre auch ein sequentielles Aufbringen der Isolationsschicht 20 auf die Trägerfläche 11. Das für die Isolationsschicht 20 verwendete Material weist eine Wärmeleitzahl größer als 2 W/K auf. Ferner wird eine Schichthöhe bzw. -dicke von weniger als 0,2 mm bis 0,1 mm eingehalten. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeabfuhr über den Trägerkörper 10 besonders gut erzielen. Insbesondere bei Verwendung des Schaltkreises 1 mit Hochstrom ermöglicht die Erfindung eine zuverlässige Abfuhr der Wärme und schützt auf diese Weise den Schaltkreis 1 vor Überhitzung.
  • Die Leiterbahn 30 befindet sich auf der Isolationsschicht 20, so dass keinerlei Kontakt zwischen der Leiterbahn 30 und dem Trägerkörper 10 besteht. Die Leiterbahn 30 besteht aus einem elektrisch leitfähigen duktilen Werkstoff, im vorliegenden Beispiel Aluminium. Es wird mittels einer Kaltgasspritztechnologie unter Verwendung einer Maske appliziert, wobei die Maskierung ein Leiterbahnlayout aufweist. Das Layout ist dabei derart gestaltet, dass es den elektronischen Anforderungen an eine Leistungselektronik genügt. Hierbei werden Leiterbahnbreiten und -abstände gemäß der physikalischen Berechnungen umgesetzt. Der Querschnitt wird aus der Leiterbahndicke und der Leiterbahnbreite berechnet. Vorzugsweise liegt die Dicke bei etwa 0,25 mm.
  • Die Verbindungsschicht 50 wird lokal auf die Leiterbahn 30 aufgebracht. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Verbindungsschicht 50 aus Kupfer. Über die Verbindungsschicht 50 sind elektronische Bauteile 60 auf den Schaltkreis 1 auflötbar. Auf die Verbindungsschicht 50 kann jedoch verzichtet werden, sofern die Leiterbahn 30 selber mit einem Lot verbindbar ist. Die Verbindungsschicht 50 wird bevorzugt ebenfalls in Spritztechnologie aufgebracht, ist aber im Gegenzug zu der zuvor genannten Leiterbahn 30 nicht zwingend dieser Layoutstruktur angepasst, sondern findet lediglich dort Anwendung wo es der Funktionalität der späteren Verbindung zu einem Bauteil mittels Lötens als sinngemäß erachtet wird. Dabei genügt es eine sehr dünne Schichthöhe bzw. -dicke aufzubringen, welche wesentlich kleiner als 0,1 mm sein kann.
  • Die Schutzschicht 40 wird mittels eines Direktdruckverfahrens, vorzugsweise Siebdruckverfahrens, aufgebracht. Das Material der Schutzschicht 40 ist vorzugsweise ein Polymer aus der Gruppe der Silikone, das sich besonders gut mittels eines Sieb- oder Schablonendruckverfahrens auf den Schaltkreis 1 auftragen lässt. Es wird dadurch gewährleistet, dass das Material alle offenen Flächen zwischen den Leiterbahnabschnitten 30 bis zur Isolationsschicht abdeckt und somit eine hermetische Versiegelung vornimmt. Nicht in den Figuren gezeigt, aber mit von der Erfindung umfasst ist ein Ausführungsbeispiel, bei welcher die Schutzschicht 40 die lateralen Randflächen 21 der Isolationsschicht 20 abdeckt. Vorzugsweise weist die Schutzschicht 40 eine Einfärbung auf. Mittels der Einfärbung ist eine Verbesserung der Abstrahlung von Wärme über die Außenfläche der Schutzschicht 40 erreichbar. Um den Schaltkreis 1 auf seine elektrische Funktionsfähigkeit hin prüfen zu können, weist die Schutzschicht Aussparungen 41 auf, die elektrische Kontaktbereiche zur Leiterbahn 30 bereitstellen.
  • Die Aussparungen 41 der Schutzschicht 40 sind innerhalb Teilbereiche der Leiterbahn 30 angeordnet. Die Form und Abmessung der Aussparungen korrespondieren im Wesentlichen mit der Form und Abmessung der elektronischen Bauteile 60 und weisen eine rechteckige Grundform auf, wie in 2 dargestellt. Die Größe der Aussparungen 41 ist dabei so bemessen, dass sie nur einen Teil der Verbindungsschicht 50 als Kontaktbereich offenlegen. Die Leiterbahn 30 bleibt wird somit über die Schutzschicht 40 und die Verbindungsschicht 50 vollständig bedeckt. Die Schutzschicht 40 deckt die Randbereiche der Verbindungsschicht 50 ab und bildet auf diese Weise einen Überlappungsbereich 43. Dadurch stellt die Schutzschicht 40 die mechanische Verfestigung des gesamten Aufbaus sicher. Da die Schutzschicht 40 die Verbindungsschicht 50 umlaufend überlappt bzw. -deckt, wird erreicht, dass die Verbindungsschicht 50 eingebettet ist und somit die Haftkräfte von elektronischen Bauteilen am Schaltkreis 1 erhöht wird. Für Ausführungsbeispiele, in denen auf eine Verbindungsschicht 50 verzichtet wird, gilt das vorgenannte entsprechend für die Leiterbahn 30.
  • Im Bereich der Ränder der Aussparung 41 weist die Schutzschicht 40 eine Schichthöhe h auf, um eine fließfähige Masse 70 bzw. Verbindungsmaterial innerhalb der Aussparung einzugrenzen, welches im erstarrten Zustand die elektrischen Bauteile 60 auf den Schaltkreis 1 befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Aussparung 40 mittels eines Lotes 70 ausgefüllt. Die Schutzschichthöhe h ist dabei so bemessen, dass es zusammen mit der Größe der Aussparung 41 ein Volumen einschließt, in welches ausreichend Verbindungsmaterial bzw. Lot 70 einfüllbar ist. In diesem Beispiel ist dabei ausreichend dahingehend zu verstehen, dass genügend Lot 70 in die Aussparung 41 eingefüllt werden kann, um eine stabile Verbindung der elektrische Bauteile 60 auf den Schaltkreis 1 zu erreichen.
  • Das Verfahren zum Herstellen des Schaltkreises 1 läuft in den folgenden Schritten ab. Zunächst wird die Isolationsschicht 20 auf die Trägerfläche 11 des Trägerkörpers 10 aufgebracht. Anschließend wird die Leiterbahn 30 auf die Isolationsschicht 20 aufgebracht. Optional bringt man die Verbindungsschicht 50 in einem Teilbereich auf die Leiterbahn 30 auf. Danach wird die Schutzschicht 40 zum Abdecken der Isolationsschicht 20, der Leiterbahn 30 und der Verbindungsschicht 50 aufgetragen, wobei die Schutzschicht 40 die Aussparungen 41 aufweist, so dass die Schutzschicht 40 und die Verbindungsschicht 50 einen Überlappungsbereich 43 entlang der Ränder der Verbindungsschicht 50 bilden. Sobald die Schutzschicht 40 eine im Wesentlichen gleichmäßige Schichthöhe h eingenommen hat, wird die Schutzschicht 40 durch Erhitzen des Schaltkreises 1 bei einer Trockentemperatur getrocknet und anschließend durch Erhitzen des Schaltkreises 1 bei einer Aushärtetemperatur ausgehärtet. Sofern die Durchführung von elektrischen Prüfungen positiv verläuft werden die elektrischen Bauteile 60 an den Stellen der Aussparungen 41 auf den Schaltkreis gelötet. Die Trockentemperatur ist größer gleich 150°C. Die Aushärtetemperatur ist größer gleich 200°C. Als Obergrenze für die Trocken- und Aushärtetemperatur hat sich 290°C als sinnvoll ergeben.
  • Die zum Aufbringen der Schutzschicht 40 verwendete gitterförmigen Formvorlage bzw. Siebschablone weist mehrere Maschengrößen auf. An den Stellen, wo eine Aussparung vorgesehen ist, ist die Siebschablone materialundurchlässig ausgestaltet.
  • Zum Aufbringen der Isolationsschicht 20 wird vorzugsweise ein Hochgeschwindigkeits-Gassprühverfahren verwendet. Für die Leiterbahn sowie die Verbindungsschicht wird ein Kaltgasspritzverfahren bevorzugt.

Claims (15)

  1. Elektrischer Schaltkreis (1), insbesondere zum Leiten von Hochstrom, aufweisend – einen Trägerkörper (10), der eine Trägerfläche (11) aufweist, – eine die Trägerfläche (11) abdeckende Isolationsschicht (20), – eine auf der Isolationsschicht (20) angeordnete Leiterbahn (30) zum Leiten von Strom, und – eine äußere Schutzschicht (40), dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (40) mindestens eine Aussparung (41) aufweist, um einen elektrischen Kontaktbereich zur Leiterbahn (30) bereitzustellen.
  2. Schaltkreis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (41) innerhalb eines Teilbereichs der Leiterbahn (30) angeordnet ist.
  3. Schaltkreis (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (41) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Schutzschicht (40) einen Randbereich der Leiterbahn (30) abdeckt.
  4. Schaltkreis (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (30) ein Material aus der Gruppe der Polymere enthält.
  5. Schaltkreis (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (30) ein Material aus der Gruppe der Silikone enthält.
  6. Schaltkreis (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsschicht (50) zwischen der Schutzschicht (40) und der Leiterbahn (30) angeordnet ist.
  7. Schaltkreis (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (41) derart angeordnet und bemessen ist, dass die Schutzschicht (40) und die Verbindungsschicht (50) einen Überlappungsbereich (43) entlang der Ränder der Verbindungsschicht (50) bildet.
  8. Schaltkreis (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (40) im Bereich der Ränder der Aussparung (41) eine Schichthöhe (h) aufweist, um eine fließfähige Masse (70) innerhalb der Aussparung einzugrenzen.
  9. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Schaltkreises (1), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: – einen Trägerkörper (10), der eine Trägerfläche (11) aufweist, – eine die Trägerfläche (11) abdeckende Isolationsschicht (20), – eine auf der Isolationsschicht (20) angeordnete Leiterbahn (30) zum Leiten von Strom, und – eine äußere Schutzschicht (40), wobei das Verfahren mindestens die Schritte aufweist: a) Aufbringen der Isolationsschicht (20) auf die Trägerfläche, b.1) Aufbringen der Leiterbahn (30) auf die Isolationsschicht (20), und gekennzeichnet durch c) Auftragen der Schutzschicht (40) zum Abdecken der Isolationsschicht (20).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Auftragen der Schutzschicht (40) zum Abdecken der Isolationsschicht (20) und der Leiterbahn (30), wobei die Schutzschicht (40) mindestens eine Aussparung (41) aufweist, die innerhalb eines Teilbereichs der Leiterbahn (30) angeordnet ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (40) ein Material aus der Gruppe der Polymere enthält.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (40) ein Material aus der Gruppe der Silikone enthält.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (40) mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch b.2) Aufbringen einer Verbindungsschicht (50) in einem Teilbereich der Leiterbahn (30).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Auftragen der Schutzschicht (40) zum Abdecken der Isolationsschicht (20), der Leiterbahn (30) und der Verbindungsschicht (50), wobei die Schutzschicht (40) mindestens eine Aussparung (41) aufweist, so dass die Schutzschicht (40) und die Verbindungsschicht (50) einen Überlappungsbereich (43) entlang der Ränder der Verbindungsschicht (50) bilden.
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