DE102013114238A1

DE102013114238A1 - Vorrichtung zur Güte-Überwachung beim Vergiessen einer Elektronik-Leiterplatte

Info

Publication number: DE102013114238A1
Application number: DE102013114238.9A
Authority: DE
Inventors: Ingo Buschke; Dietmar Birgel
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Güte-Überwachung beim Vergiessen einer Elektronik-Leiterplatte (10, 30), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine kapazitive Füllstands-Messvorrichtung (20, 32) zur Bestimmung einer Füllhöhe einer Vergussmasse in einem Behälter (12) oder in einer Giessform umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Güte-Überwachung beim Vergiessen einer Elektronik-Leiterplatte. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung der Befüllung eines Behälters mit Vergussmasse bei im Behälter befindlicher, zu vergiessender Leiterplatte.
Das Vergiessen von mit Bauteilen bestückten und gelöteten Elektronik-Leiterplatten, ist an sich bekannt. Dabei werden die Elektronik-Leiterplatten üblicherweise in einen geeigneten Behälter oder in eine geeignete Giessform eingesetzt und dort mit zugeführter Vergussmasse vergossen. Der eigentliche Vergussprozess ist jedoch nicht immer unkritisch. So kann es bei verschiedenen Vergussmassen zu Blasenbildung kommen, beispielsweise durch Feuchtigkeit. Lufteinschlüsse im Verguss können jedoch später Kurzschlüsse hervorrufen. Unter thermischer Belastung kann es bei Lufteinschlüssen im Inneren des Vergusses zu einer starken Ausdehnung kommen, die den Verguss aufreißen lässt. Eine hohe Viskosität der Vergussmasse kann außerdem eine Vollständige Benetzung der zu vergießenden Bauteile behindern.
Bei den oben beschriebenen Vergussprozessen wird heute üblicherweise ein Füllstand der Vergussmasse im Behälter oder in der Giessform und damit die Güte des Vergusses mittels Wägung überwacht. Dies problematisch, da erstens eine Dichte der Vergussmasse infolge der oben beschriebenen Lufteinschlüsse Schwankungen unterworfen sein kann und zweitens diese Schwankungen bei Vergussmassen von mehreren hundert Gramm durch Wiegen kaum ermittelt werden können.
Eine andere, heute praktizierte Methode, den Befüllungsgrad der Giessform oder des Behälters mit Vergussmasse zu überwachen, ist eine Sichtkontrolle an einem Sichtfenster in der Giessform oder in dem Behälter. Sichtfenster dieser Art können häufig aber nicht überall in der Giessform oder in dem Behälter vorgesehen werden, so dass die kritischen Stellen der zu vergiessenden Leiterplatte nicht betrachtet werden können. Bei opaken Vergussmassen ist eine Sichtkontrollen nicht möglich, da man nicht ins Innere der Giessform oder des Behälters sehen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Füllstandskontrolle beim Vergiessen einer Elektronik-Leiterplatte ermöglichen, die eine genaue Messung des Befüllungsgrades der Giessform in Bezug auf die Leiterplatte zulässt und eine qualitative Aussage, ob eine besondere Stelle der Leiterplatte von der Vergussmasse erreicht wurde.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Güte-Überwachung beim Vergiessen einer Elektronik-Leiterplatte mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Weiterbildungen und besondere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 9 hervor.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie eine genaue Ermittlung der Füllgrades beim Vergussprozess erlaubt, so dass ein für eine Temperatur-Schutzklasse T6 (ATEX) geforderte 100%ig umhüllender Verguss der Elektronik-Leiterplatte mit wärmeleitfähiger Silikonkapselung erreicht werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer erläutert und beschrieben, wobei dazu auf ein in der beigefügte Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen wird. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze einer zu vergiessenden ersten Leiterplatte mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Güte-Überwachung in Form einer Draufsicht; und
2 eine Prinzipskizze einer zu vergiessenden zweiten Leiterplatte mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Güte-Überwachung in Form einer Draufsicht.
Zur Vereinfachung und soweit sinnvoll sind in der Zeichnung alle gleichen Elemente und Module sowie alle Teile mit gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Prinzipskizze einer ersten zu vergiessende Leiterplatte 10 mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Güte-Überwachung als Füllstandsmessvorrichtung dargestellt. Die erste Leiterplatte 10 ist bereits mit verschiedenen SMD-Bauteilen 16 und sonstigen Bauteile 18 bestückt, die auch auf der ersten Leiterplatte 10 bereits gelötet worden sind. Zur Vereinfachung und aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 nicht alle auf der ersten Leiterplatte 10 befindlichen Bauteile 16, 18 mit Bezugszeichen versehen.
Wie in 1 veranschaulicht, ist die erste Leiterplatte 10 ist in einen becherförmigen Behälter 12 eingebracht worden. Zum Vergiessen der ersten Leiterplatte 10 wird entweder ausgehend vom Behälterboden 14 eine gewünschte Vergussmasse durch eine geeignete, hier zur Vereinfachung nicht dargestellte Zuführung in den Behälter 12 gefüllt oder die Vergussmasse wird von oben her in den Behälter 12 eingefüllt.
In der Nähe eines obereren Rands 24 der ersten Leiterplatte 10 ist auf eben dieser ersten Leiterplatte 10 eine erste besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Güte-Überwachung angeordnet. Diese erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Güte-Überwachung ist als Füllstandsmessvorrichtung 20 ausgeführt und umfasst zwei im Wesentlichen zueinander parallele Leiterbahnen 22, die als zwei Elektroden eines kapazitiven Grenzstandgebers geschaltet sind. Die zwei parallelen Leiterbahnen 22 sind auf dem oberen Teil der ersten Leiterplatte 10 vorgesehen und laufen jeweils in einem Anschlusspunkt 26 bzw. Lötauge aus. Sinnvollerweise sind die Anschlusspunkte 26 direkt am oberen Rand 24 der ersten Leiterplatte 10 angeordnet, so dass an ihnen Leitungen zur Verbindung mit geeigneter, separater, hier nicht dargestellter Mess- und Auswerteelektronik für die Grenzstandsignale der Vorrichtung 20 zur Güte-Überwachung hergestellt werden können.
Werden die zwei parallele Leiterbahnen 22 der Vorrichtung 20 zur Güte-Überwachung durch die Mess- und Auswerteelektronik mit Energie beaufschlagt und steigt die in den Behälter eingefüllte Vergussmasse über eine in 1 dargestellte Oberfläche 28 hinaus und erreicht die zwei parallele Leiterbahnen 22, so kann eine Änderung der Kapazität zwischen den zwei parallele Leiterbahnen 22 als Unterschied zwischen der Kapazität bei Luft, ohne Vergussmasse, und der Kapazität mit Vergussmasse als Dielektrikum zwischen den parallele Leiterbahnen 22 gemessen werden. Da die zwei parallelen Leiterbahnen 22 am oberen Rand 24 der ersten Leiterplatte 10 angeordnet sind, werden sie erst von der Vergussmasse bedeckt, wenn der Rest der ersten Leiterplatte 10 samt allen zu bedeckenden Bauteilen 16, 18 bereits von der Vergussmasse umhüllt ist. Mit anderen Worten: eine Änderung der der Kapazität zwischen den zwei parallele Leiterbahnen 22 zeigt eine vollständige Umhüllung der Leiterplatte 10 und der Bauteile 16, 18 an. Mit geeigneter Auswerteschaltung kann bei automatischer Zuführung der Vergussmasse in den Behälter 12 bei Erreichen der parallelen Leiterbahnen 22 und bei entsprechendem Grenzstandsignal ein Schaltimpuls erzeugt werden, der zum Abschalten der Zuführung weiterer Vergussmasse in den Behälter 12 führt.
2 veranschaulicht wiederum eine zweite zu vergiessende Leiterplatte 30 mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung 20. Die zweite Leiterplatte 30 ist wiederum bereits mit verschiedenen SMD-Bauteilen 16 und sonstigen Bauteile 18 bestückt und gelötet worden.
Wie schon in 1 veranschaulicht, ist auch die zweite Leiterplatte 30 in einen becherförmigen Behälter 12 eingebracht worden. Zum Vergiessen der zweiten Leiterplatte 30 wird entweder ausgehend vom Behälterboden 14 die gewünschte Vergussmasse durch eine geeignete, hier ebenfalls zur Vereinfachung nicht dargestellte Zuführung in den Behälter 12 gefüllt oder die Vergussmasse wird von oben her in den Behälter 12 eingefüllt.
In der Nähe eines rechten Rands 42 der zweiten Leiterplatte 30 ist auf eben dieser zweiten Leiterplatte 10 eine zweite, besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Güte-Überwachung angeordnet. Diese zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Güte-Überwachung ist auch als Füllstandsmessvorrichtung 32 ausgeführt und umfasst zwei im Wesentlichen zueinander parallele Leiterbahnen 34, die als zwei Elektroden eines kapazitiven kontinuierlichen Füllstandsmessvorrichtung geschaltet sind. Die zwei parallelen Leiterbahnen 34 sind am rechten Rand 42 vorgesehen, ihre Anschlusspunkte 38 bzw. Lötaugen befinden sich nahe dem oberen Rand 36 der zweiten Leiterplatte, so dass an ihnen Leitungen zur Verbindung mit geeigneter, separater, auch hier nicht dargestellter Mess- und Auswerteelektronik für die Grenzstandsignale der Vorrichtung 32 zur Güte-Überwachung hergestellt werden können. Werden die zwei parallele Leiterbahnen 34 der Vorrichtung 32 zur Güte-Überwachung durch die Mess- und Auswerteelektronik mit Energie beaufschlagt, der Behälter 10 mit Vergussmasse gefüllt, so steigt eine in 2 dargestellte Oberfläche 40 der Vergussmasse über den zwei parallelen Leiterbahnen 34 langsam an, und eine Änderung der Kapazität zwischen den zwei parallele Leiterbahnen 34 kann gemessen werden. Da sich die zwei parallelen Leiterbahnen 34 quasi über die Höhe der Leiterplatte 30 im Behälter 10 erstrecken, können sie je nach Bedeckungsgrad durch die Vergussmasse eine Art kontinuierlicher Füllstandsmessung liefern. Mit anderen Worten: über eine kontinuierliche Änderung der Kapazität zwischen den zwei parallele Leiterbahnen 34 zeigt eine kontinuierliche Umhüllung der Leiterplatte 30 und der Bauteile 16, 18 an. Mit geeigneter Auswerteschaltung kann bei automatischer Zuführung der Vergussmasse in den Behälter 12 bei Erreichen der Enden bzw. der Anschlusspunkte 38 der parallelen Leiterbahnen 34 und bei entsprechendem ”End”-standssignal ein Schaltimpuls erzeugt werden, der zum Abschalten der Zuführung weiterer Vergussmasse in den Behälter 12 führt.
Sollten im Rahmen von Füllstandsmessungen mit den erfinderischen Füllstandsmessvorrichtungen 20 bzw. 32 unterschiedliche Kapazitäten bei ansonsten gleichen Leiterplatten und gleichen Bedingungen für das Vergiessen gemessen werden, bedeutet dies eine Änderung der Güte des Vergusses, dem dann – nach Prüfung – frühzeitig gegengesteuert werden kann.
Obwohl in den 1 und 2 unterschiedliche Ausführungen der erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtungen 20, 32 auf unterschiedlichen Leiterplatten 10, 30 dargestellt sind, ist es denkbar beide Füllstandsmessvorrichtungen 20, 32 in Kombination auf ein und derselben Leiterplatte einzusetzen, sofern es ein Layout der Leiterplatte zulässt. Ebenso ist es denkbar, den Leiterbahnen 22, 34 eine andere Form als die in 1 und 2 dargestellte parallele Form zu geben, sofern mit dieser neuen Form eine kapazitive Füllstandsmessung möglich ist.
Die Erfindung erlaubt es außerdem, die in den 1 und 2 dargestellten Leiterbahnen 22, 34 der Füllstandsmessvorrichtungen 20, 32 nicht nur auf den zu vergiessenden Leiterbahnen 10, 30 anzuordnen sondern deartige kapazitive Füllstandsmessvorrichtungen auch im Innern des Behälters 12 oder einer anderen Giessform auf seiner bzw. ihrer Innenwand anzubringen. Sebst eine Kombination einer Füllstandsmessvorrichtung auf der Innenwand des Behälters und eine Füllstandsmessvorrichtung auf der zu vergiessenden Leiterplatte sind denkbar.
Bezugszeichenliste

10: erste Leiterplatte
12: Behälter
14: Behälterboden
16: SMD-Bauteil
18: anderes Bauteil
20: Füllstandsmessvorrichtung
22: Leiterbahn zur Grenzstandsmessung
24: oberster Rand der Leiterplatte (10)
26: Anschlusspunkt (Lötauge)
28: Oberfläche Vergussmasse
30: zweite Leiterplatte
32: Füllstandsmessvorrichtung
34: Leiterbahn zur kontinuierlichen Füllstandsmessung
36: oberster Rand der Leiterplatte (30)
38: Anschlusspunkt (Lötauge)
40: Oberfläche Vergussmasse
42: rechter Rand der Leiterplatte (30)

Claims

Vorrichtung zur Güte-Überwachung beim Vergiessen einer Elektronik-Leiterplatte (10, 30), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine kapazitive Füllstands-Messvorrichtung (20, 32) zur Bestimmung einer Füllhöhe einer Vergussmasse in einem Behälter (12) oder in einer Giessform umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Leiterbahnen (22, 34) als Elektroden umfasst, die während des Vergiessens zur kapazitiven Füllstandsmessung dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20, 32) während des Vergiessens zur kontinuierlichen Füllstandsmessung der Vergussmasse im Behälter (12) oder in der Giessform dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20, 32) zur Messung eines Grenzstands der Vergussmasse im Behälter (12) oder in der Giessform dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20, 32) aus zwei im Wesentlichen zueinander parallelen Leiterbahnen (22, 34) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20, 32) ein Leiterbahnen-Paar zur kontinuierlichen Füllstandsmessung und ein Leiterbahnen-Paar Messung eines Grenzstands umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20, 32) auf einer Innenwand des Behälter (12) oder der Giessform angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20, 32) auf der zu vergiessenden Leiterplatte (10, 30) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20, 32) ein Leiterbahnen-Paar (34) zur kontinuierlichen Füllstandsmessung auf der zu vergiessenden Leiterplatte (30) aufweist und ein Leiterbahnen-Paar zur Messung des Grenzstands der Vergussmasse enthält, das auf der Innenwand des Behälter (12) oder der Giessform angebracht ist.