DE102014207633A1

DE102014207633A1 - Verfahren zum Schutz eines elektronischen Schaltungsträgers vor Umwelteinflüssen und Schaltungsmodul

Info

Publication number: DE102014207633A1
Application number: DE102014207633.1A
Authority: DE
Inventors: Hermann Josef Robin
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-10-29
Also published as: CN106233823A; WO2015161971A1; US20170042031A1; US10064279B2; EP3135083A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines elektronischen Schaltungsträgers vor Umwelteinflüssen, wobei der elektronische Schaltungsträger mit wenigstens einem elektronischen Bauelement bestückt ist, wobei der Schaltungsträger und das wenigstens eine elektronische Bauelement zumindest abschnittsweise mit einem Kapselmaterial stoffschlüssig bedeckt sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen eines elektronischen Schaltungsträgers, – Aufbringen des Kapselmaterials auf den elektronischen Schaltungsträger mittels eines 3D-Druckverfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein elektronisches Schaltungsmodul gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
Im Stand der Technik ist insbesondere zur Bildung eines Kraftfahrzeug-Steuergerät bekannt, eine bestückte Leiterplatte mit einem oder mehreren Gehäuseelementen zu versehen, welche die Bauelemente auf einer der beiden Seiten der Leiterplatte umgeben.
Zum Schutz vor Umwelteinflüssen werden elektronische Schaltungsträger in ein Gehäuse eingebracht. Ein derartiges Gehäuseelement ist z.B. aus Aluminium, Kunststoff oder ähnlichem geeigneten Material gebildet. Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass das Gehäuse mittels einer Moldmasse gebildet ist, wobei das Schaltungsmodul in einem Umspritzvorgang mit der Moldmasse umspritzt wird. Von einem Gehäuse für eine elektronische Schaltung wird u.a. gefordert, dass es die elektronische Schaltung vor mechanischen und klimatischen Einflüssen schützt. Darüber hinaus soll die elektronische Schaltung im Gehäuse vor Staub, Fremdkörpern und Flüssigkeiten geschützt werden.
Bei der Verwendung einer Moldmasse als Gehäuse ergeben sich Nachteile in Bezug auf Prozess- und Materialkosten. Darüber hinaus ist ein hoher Aufwand zu betreiben, um die Moldmasse optimal in ein entsprechendes Spritzwerkzeug einzubringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren anzugeben, mit welchem ein elektronischer Schaltungsträger zumindest abschnittsweise vor Umwelteinflüssen geschützt werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht in der Angabe eines entsprechenden elektronischen Schaltungsmoduls.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Schutz eines elektronischen Schaltungsträgers vor Umwelteinflüssen. Der elektronische Schaltungsträger ist hierbei mit wenigstens einem elektronischen Bauelement bestückt ist, wobei der Schaltungsträger und das wenigstens eine elektronische Bauelement zumindest abschnittsweise mit einem Kapselmaterial stoffschlüssig bedeckt sind. Im Weiteren wird unter einem elektronischen Schaltungsträger ein Zusammenschluss von elektrischen und insbesondere elektronischen Bauelementen (beispielsweise Dioden und Transistoren) zu einer Anordnung auf einer Leiterplatte verstanden. Das Kapselungsmaterial kann also Abschnitte der Leiterplatte als auch Abschnitte der darauf angeordneten elektronischen Bauelemente bedecken. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Feuchtigkeit von Außen an Kontaktstellen der Leiterplatte bzw. der elektronischen Bauelemente gelangt.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein elektronischer Schaltungsträger bereitgestellt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Kapselmaterial mittels eines 3D-Druckverfahres auf den elektronischen Schaltungsträger aufgebracht.
Bei dem Kapselmaterial handelt es sich zweckmäßig um einen Kunststoff, z.B. Epoxidharz, welcher üblicherweise bei einem 3D-Druckverfahren zum Einsatz kommt.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass eine kostengünstige Umhüllung (Kapselung) des elektronischen Schaltungsträgers möglich ist. Ferner ist das Verfahren flexibel gegenüber verschiedenen Anordnungen von elektronischen Bauelementen auf elektronischen Schaltungsträgern. Das Verfahren ist somit schnell und einfach auf den jeweiligen zu bearbeitenden elektronischen Schaltungsträger adaptierbar.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Kapselmaterial im 3D-Druckprozess aufgeschmolzen und tröpfchen- oder schichtweise auf den elektronischen Schaltungsträger aufgebracht. Damit ist es eine exakte und materialsparende Umhüllung des elektronischen Schaltungsträgers möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der elektronische Schaltungsträger auf die Vernetzungstemperatur des Kapselmaterials erwärmt. Zweckmäßig erfolgt die Erwärmung in einem Verfahrensschritt vor dem Aufbringen des Kapselmaterials auf den Schaltungsträger. Aus dem Stand der Technik sind die Vernetzungstemperaturen der unterschiedlichen Materialen für einen 3D-Druckprozess bekannt. Die Vernetzungstemperatur gibt dabei die Temperatur an, bei welcher sich das 3D-Druckmaterial, also das Kapselmaterial, optimal mit dem Werkstoff, also dem elektronischen Schaltungsträger, verbindet.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der elektronische Schaltungsträger vor Aufbringendes Kapselmaterials mittels eines Waschverfahrens gereinigt. Damit ist sichergestellt, dass zwischen Kapselmaterial und elektronischem Schaltungsträger eine optimale Verbindung ausgebildet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zum Einsatz kommen bei der Herstellung und Bearbeitung von Sensoren und/oder Steuergeräten für Kraftfahrzeuge, insbesondere bei der Herstellung von Getriebesteuergeräten für Kraftfahrzeuge.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung geht aus von einem elektronischen Schaltungsmodul mit einem Gehäuse, wobei das Schaltungsmodul einen elektronische Schaltungsträger aufweist, wobei der Schaltungsträger mit wenigstens einem elektronischen Bauelement bestückt ist und wobei der Schaltungsträger und das wenigstens eine elektronische Bauelement mit einem Kapselmaterial zumindest abschnittsweise stoffschlüssig bedeckt ist, so dass das Kapselmaterial das Gehäuse bildet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kapselmaterial ein Material ist, welches mittels eines 3D-Druckverfahrens auf den Schaltungsträger aufbringbar ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung bedeckt das Kapselmaterial den Schaltungsträger und das wenigstens einer elektronische Bauelement auf einer Ober- und/oder Unterseite des Schaltungsträger abschnittsweise oder vollständig oder das Kapselmaterial umgibt den Schaltungsträger das wenigstens einer elektronische Bauelement vollständig. Die Ausdehnung des Kapselmaterials über den Schaltungsträger kann somit je nach Ausführungsform der Bestückung des Schaltungsträgers individuell angepasst werden.
Das elektronische Schaltungsmodul kann ein Steuergerät oder ein Teil eines Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug sein, insbesondere ein Steuergerät für eine Getriebesteuerung in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 einen beispielhaften Aufbau zur Ausführung eines erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahrens,
2 den Verfahrensablauf gemäß der Erfindung.
1 zeigt einen beispielhaften Aufbau zur Ausführung eines erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahrens zur Herstellung eines Schaltungsmoduls 10. Ein elektronischer Schaltungsträger 1 des Schaltungsmoduls 10 weist eine Oberseite 2 und eine Unterseite 3 auf. Die Oberseite 2 und die Unterseite 3 sind mit elektronischen Bauteilen 4 bestückt. Über dem elektronischen Schaltungsträger 1 ist eine Düse 5 eines 3D-Druckers 6 angeordnet. Diese Düse 5 ist entsprechend eines bekannten 3D-Druckers 6 in sämtliche Raumrichtung (Richtungspfeile) bewegbar. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass der Schaltungsträger 1 auf einer Haltevorrichtung 7 angeordnet ist, welche den Schaltungsträger 1 in sämtliche Raumrichtung (Richtungspfeile) bewegen kann. Diese Haltevorrichtung 7 kann zudem derart ausgebildet sein, dass sie als Wärmeplatte zur Aufwärmung des Schaltungsträgers 1 auf die gewünschte Vernetzungstemperatur des Druckmaterials des 3D-Drucker 6 dient. Das Druckmaterial befindet sich in einem im 3D-Drucker vorgesehenen Bevorratungsbehälter 8
Auf der Oberseite 2 des Schaltungsträgers 1 ist beispielhaft eine Schicht eines Kapselmaterials 9 dargestellt. Dieses, auf den Schaltungsträger 1 aufgebrachte Kapselmaterial dient als Gehäuse des Schaltungsträgers 1. Es ist zu erkennen, dass im Bereich des elektronischen Bauteils 4 auf der Oberseite 2 des Schaltungsträgers 1 mittels des 3D-Druckverfahrens eine weitere Schicht aufgetragen ist, wobei das Kapselmaterial 9 aus der Düse 5 in Richtung der Oberseite 2 des Schaltungsträgers 1 ausgebracht wird. Es ist somit möglich, das Kapselmaterial 9 lokal aufzutragen und die Höhe der jeweiligen Schicht an die lokalen Gegebenheiten des elektronischen Schaltungsträgers 1, z.B. Höhe eines elektronischen Bauteils 4 gegenüber einer Oberfläche des Schaltungsträgers 1 anzupassen.
In der Düse 5 des 3D-Druckers 6 erfolgt gemäß dem Stand der Technik zum 3D-Drucken eine Vorbehandlung bzw. Vortemperierung des zu druckenden Materials 9. Dieses Material 9 wird anschließend über die Düse 5 tröpfchen- und/oder schichtweise auf den Schaltungsträger 1 aufgebracht.
2 zeigt einen beispielhaften Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt 100 wird ein elektronischer Schaltungsträger bereitgestellt. Anschließend wird in einem weiteren Schritt 101 der Schaltungsträger von Staub etc. gereinigt. In einem weiteren Verfahrensschritt 102 wird der gereinigte Schaltungsträger in einen 3D-Drucker eingelegt. Anschließend erfolgt in einem weiteren Schritt 103 die Temperierung des Schaltungsträgers auf eine gewünschte Temperatur, zweckmäßig auf die Vernetzungstemperatur des Druckmediums (Kapselmaterial). In dem nachfolgend beginnenden Druckvorgang wird in einem Schritt 104 das Kapselmaterial in dem 3D-Drucker vorbereitet, insbesondere aufgeschmolzen und über eine Düse auf den Schaltungsträger gedruckt, insbesondere aufgebracht.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungsträger
2: Oberseite
3: Unterseite
4: Elektronisches Bauelement
5: Düse
6: 3D-Drucker
7: Haltevorrichtung
8: Bevorratungsbehälter
9: Kapselmaterial
10: Schaltungsmodul
100: Bereitstellen Schaltungsträger
101: Reinigung Schaltungsträger
102: Einlegen des Schaltungsträgers in 3D-Drucker
103: Temperierung Schaltungsträger
104: Bedrucken Schaltungsträger

Claims

Verfahren zum Schutz eines elektronischen Schaltungsträgers vor Umwelteinflüssen, wobei der elektronische Schaltungsträger (1) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (4) bestückt ist, wobei der Schaltungsträger (1) und das wenigstens eine elektronische Bauelement (4) zumindest abschnittsweise mit einem Kapselmaterial (9) stoffschlüssig bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen (100) eines elektronischen Schaltungsträgers (1), – Aufbringen (104) des Kapselmaterials (9) auf den elektronischen Schaltungsträger (1) mittels eines 3D-Druckverfahrens.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselmaterial (9) in dem 3D-Druckverfahren aufgeschmolzen und tröpfchen- oder schichtweise auf den elektronischen Schaltungsträger (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schaltungsträger (1) auf die Vernetzungstemperatur des Kapselmaterials (9) erwärmt (103) wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schaltungsträger (1) vor Aufbringen (104) des Kapselmaterials mittels eines Waschverfahrens (101) gereinigt wird.
Elektronisches Schaltungsmodul (10) mit einem Gehäuse, wobei das Schaltungsmodul (10) einen elektronische Schaltungsträger (1) aufweist, wobei der Schaltungsträger (1) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (4) bestückt ist und wobei der Schaltungsträger (1) und das wenigstens eine elektronische Bauelement (4) mit einem Kapselmaterial (9) zumindest abschnittsweise stoffschlüssig bedeckt ist, so dass das Kapselmaterial (9) das Gehäuse bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselmaterial (9) ein Material ist, welches mittels eines 3D-Druckverfahrens auf den Schaltungsträger (1) aufbringbar ist.
Elektronisches Schaltungsmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselmaterial (9) den Schaltungsträger (1) und das wenigstens einer elektronische Bauelement (4) auf einer Ober- und/oder Unterseite (2, 3) des Schaltungsträger (1) abschnittsweise oder vollständig bedeckt oder dass das Kapselmaterial (9) den Schaltungsträger (1) das wenigstens einer elektronische Bauelement (4) vollständig umgibt.