DE102014219197A1 - Electronic module and associated manufacturing method - Google Patents
Electronic module and associated manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014219197A1 DE102014219197A1 DE102014219197.1A DE102014219197A DE102014219197A1 DE 102014219197 A1 DE102014219197 A1 DE 102014219197A1 DE 102014219197 A DE102014219197 A DE 102014219197A DE 102014219197 A1 DE102014219197 A1 DE 102014219197A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- circuit board
- printed circuit
- plastic element
- surface structure
- matrix material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 68
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 68
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 20
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 20
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 8
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 8
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 5
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 4
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 4
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 5
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 125000004018 acid anhydride group Chemical group 0.000 description 2
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- ZGHQUYZPMWMLBM-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichloro-4-phenylbenzene Chemical compound C1=C(Cl)C(Cl)=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZGHQUYZPMWMLBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 208000012839 conversion disease Diseases 0.000 description 1
- 238000009658 destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000003670 easy-to-clean Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 125000005647 linker group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004023 plastic welding Methods 0.000 description 1
- 238000011536 re-plating Methods 0.000 description 1
- 229920006012 semi-aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 239000011345 viscous material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
- H05K3/28—Applying non-metallic protective coatings
- H05K3/284—Applying non-metallic protective coatings for encapsulating mounted components
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/13—Moulding and encapsulation; Deposition techniques; Protective layers
- H05K2203/1305—Moulding and encapsulation
- H05K2203/1316—Moulded encapsulation of mounted components
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
- H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means
- H05K3/0026—Etching of the substrate by chemical or physical means by laser ablation
- H05K3/0032—Etching of the substrate by chemical or physical means by laser ablation of organic insulating material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
Ein Verfahren zum Verbinden einer Leiterplatte (12) mit einem Kunststoffelement (14) umfasst: Erzeugen einer Oberflächenstruktur (24) in der Leiterplatte (12) durch lokales Erhitzen eines Matrixmaterials (20) der Leiterplatte (12) mit einem Laser, so dass ein Teil der Oberfläche der Leiterplatte (12) abgetragen wird; und Anbringen des Kunststoffelements (14) an der Oberflächenstruktur (24), so dass das Kunststoffelement (14) den abgetragenen Teil der Leiterplatte (12) ausfüllt und sich mit der Leiterplatte (12) verbindet. Die Oberflächenstruktur (24) wird derart erzeugt, dass in dem abgetragenen Teil derart wenig pyrolisiertes Matrixmaterial (28) vorhanden ist, dass das Kunststoffelement (14) beim Anbringen eine stoffschlüssige Verbindung mit der Leiterplatte (12) eingeht.A method of connecting a printed circuit board (12) to a plastic element (14) comprises: forming a surface structure (24) in the printed circuit board (12) by locally heating a matrix material (20) of the printed circuit board (12) with a laser such that a part the surface of the printed circuit board (12) is removed; and attaching the plastic member (14) to the surface structure (24) such that the plastic member (14) fills the worn portion of the circuit board (12) and connects to the circuit board (12). The surface structure (24) is produced in such a way that there is so little pyrolyzed matrix material (28) in the removed part that the plastic element (14) forms a material connection with the printed circuit board (12) during attachment.
Description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leiterplatte und einem Kunststoffelement sowie ein auf diese Weise hergestelltes Elektronikmodul. The invention relates to a method for producing a connection between a printed circuit board and a plastic element and an electronic module produced in this way.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Elektronikmodule für Steuergeräte, zum Beispiel für Getriebesteuergeräte, benötigen meist aufgrund ihrer Anordnung, zum Beispiel in einer aggressiven Flüssigkeit, ein hermetisch dichtes Gehäuse. Herkömmliche Elektronikmodule realisieren dies, indem auf einer Leiterplatte ein Abdeckelement aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt, wird. Electronic modules for control devices, for example for transmission control devices, usually require a hermetically sealed housing due to their arrangement, for example in an aggressive fluid. Conventional electronic modules realize this by applying a cover element, for example glued, to a printed circuit board.
Alternativ zum Kleben oder Dichten mit einer Elastomerdichtung wird in der
Grundlagen der Laserstrukturierung zur Haftverbesserung zwischen Metall und Kunststoff sind beispielsweise aus den Anmeldungen
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, die Haftung zwischen einer Leiterplatte und einem daran angebrachten Kunststoffelement zu erhöhen und/oder eine mediendichte Verbindung zwischen einer Leiterplatte und einem Kunststoffelement zu erzeugen. Embodiments of the present invention may advantageously enable the adhesion between a printed circuit board and a plastic element attached thereto to be increased and / or to produce a media-tight connection between a printed circuit board and a plastic element.
Während eine Struktur mit ausgeprägten Hinterschnitten für Kunststoff-Metall-Verbünde gut geeignet ist, haben neuere Versuche gezeigt, dass eine solche Struktur bei Leiterplatten nicht ideal zur Haftungsverbesserung geeignet ist. Die Ursache hierfür liegt im unterschiedlichen Aufbau der Substrate und in den unterschiedlichen Wirkmechanismen, mit denen Strukturen mit Hinterschnitten auf Metall bzw. einer Leiterplatte erzeugt werden. Während die Strukturen auf Metallen durch Aufschmelzen/Verdampfen und Wiedererstarren/Kondensieren des Metallmaterials entstehen, entstehen sie bei einer Leiterplatte im Wesentlichen durch ein Aufbrechen und Aufrichten von enthaltenen Verstärkungsfasern und/oder durch Pyrolyse und Teiloxidation des Matrixmaterials und/oder der Rekondensation von pyrolysiertem bzw. teiloxidiertem Matrixmaterial an den Fasern. Diese Struktur auf der Leiterplatte weist zwar Hinterschnitte auf, die mit Kunststoff gefüllt werden können, in der Erprobung (beispielsweise mit Zugversuchen) zeigt sich allerdings, dass bei hohem Energieeintrag die aufgestellten Fasern und das rekondensierte bzw. pyrolysierte bzw. teiloxidierte Matrixmaterial festigkeitsmäßig geschwächt ist und deshalb vom Rest der Leiterplatte abbrechen können bzw. dass die oberste Gewebeschicht der Leiterplatte delaminiert. While a structure with pronounced undercuts is well-suited for plastic-metal composites, recent experiments have shown that such a structure is not ideally suited to adhesion improvement in printed circuit boards. The reason for this lies in the different structure of the substrates and in the different mechanisms of action with which structures are produced with undercuts on metal or a printed circuit board. While the structures are formed on metals by melting / vaporization and re-solidification / condensation of the metal material, they arise in a printed circuit board essentially by breaking and erection of contained reinforcing fibers and / or by pyrolysis and partial oxidation of the matrix material and / or the recondensation of pyrolyzed or partially oxidized matrix material on the fibers. Although this structure on the circuit board has undercuts that can be filled with plastic, in the trial (for example, with tensile tests) shows that at high energy input the established fibers and the recondensed or pyrolyzed or partially oxidized matrix material is weakened in strength and Therefore, it can break off from the rest of the PCB or delaminate the top layer of the PCB.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Kunststoffelement. Die Leiterplatte bzw. PCB kann Verstärkungsfasern in einer Kunststoffmatrix umfassen. Auf der Leiterplatte können Leiterbahnen angeordnet sein. Das Kunststoffelement kann ein Deckel bzw. eine Ummantelung für elektronische Bauelemente auf der Leiterplatte sein. One aspect of the invention relates to a method for connecting a printed circuit board to a plastic element. The printed circuit board or PCB may comprise reinforcing fibers in a plastic matrix. On the circuit board traces may be arranged. The plastic element may be a cover or a cover for electronic components on the circuit board.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren: Erzeugen einer Oberflächenstruktur in der Leiterplatte durch lokales Erhitzen eines Matrixmaterials der Leiterplatte mit einem beispielsweise gepulsten Laser, so dass ein Teil der Oberfläche der Leiterplatte abgetragen wird; und Anbringen des Kunststoffelements an der Oberflächenstruktur, so dass das Kunststoffelement den abgetragenen Teil der Leiterplatte ausfüllt und sich mit der Leiterplatte verbindet. Beispielsweise kann die Leiterplatte mit kurzen Laserpulsen erhitzt werden, so dass ein Teil des Matrixmaterials der Leiterplatte verdampft. According to one embodiment of the invention, the method comprises: generating a surface structure in the printed circuit board by locally heating a matrix material of the printed circuit board with an example pulsed laser, so that a part of the surface of the printed circuit board is removed; and attaching the plastic member to the surface structure so that the plastic member fills the worn portion of the printed circuit board and connects to the printed circuit board. For example, the printed circuit board can be heated with short laser pulses so that part of the matrix material of the printed circuit board evaporates.
Die Oberflächenstruktur wird dabei derart erzeugt, dass in dem abgetragenen Teil derart wenig pyrolisiertes Matrixmaterial (oder auch kein pyrolisiertes Matrixmaterial) vorhanden ist, damit das Kunststoffelement beim Anbringen eine (flächige) stoffschlüssige Verbindung mit der Leiterplatte eingeht. Beim thermischen Abtragen des Matrixmaterials der Leiterplatte kann das verbleibende Matrixmaterial chemisch aktiviert werden, indem beispielsweise die langkettigen Kunststoffmoleküle aufgebrochen werden und reaktive Gruppen entstehen. Dadurch, dass nur wenig pyrolisiertes Material in der Oberflächenstruktur verbleibt, kann sich das Kunststoffelement flächig mit dem oberflächlich modifizierten Matrixmaterial adhäsiv (d.h. stoffschlüssig) verbinden. In this case, the surface structure is produced in such a way that there is little pyrolyzed matrix material (or no pyrolyzed matrix material) in the removed part, so that the plastic element makes a (flat) cohesive connection with the printed circuit board when it is attached. During thermal removal of the matrix material of the printed circuit board, the remaining matrix material can be chemically activated, for example, by breaking up the long-chain plastic molecules and forming reactive groups. Due to the fact that only a small amount of pyrolyzed material remains in the surface structure, the plastic element can bond with the superficially modified matrix material adhesively (i.e., materially).
Es ist zu verstehen, dass pyrolisiertes Matrixmaterial Matrixmaterial sein kann, das teiloxidiert und/oder thermisch zersetzt und rekondensiert ist. In der Regel weist pyrolisiertes Matrixmaterial einen dunklen Farbton auf bzw. ist dunkel bis schwarz verfärbt. It is to be understood that pyrolyzed matrix material may be matrix material which is partially oxidized and / or thermally decomposed and recondensed. As a rule, pyrolyzed matrix material has a dark color or is dark to black.
Mit dem Verfahren können gut haftende, mediendichte Verbindungen zwischen einer Leiterplatte und einem Kunststoffelement ohne zusätzlichen Klebstoff hergestellt werden. Ziel des Verfahrens ist dabei, nicht primär eine mechanische Verzahnung (Formschluss) zwischen Kunststoffelement und der Oberflächenstruktur (wobei dies nicht ausgeschlossen ist), sondern eine möglichst gute adhäsive (stoffschlüssige) Anbindung zu erreichen, beispielsweise über die Ausbildung einer chemischen Bindung. With the method well-adhering, media-tight connections between a circuit board and a plastic element can be produced without additional adhesive. The aim of the method is not primarily a mechanical toothing (positive engagement) between the plastic element and the surface structure (which is not excluded), but to achieve the best possible adhesive (cohesive) connection, for example via the formation of a chemical bond.
Der Mechanismus der Haftungsausbildung ist in diesem Fall eine chemische Reaktion zwischen dem nicht verfestigten Material des Kunststoffelements (wie etwa einem heißen Thermoplast) und dem Matrixmaterial der Leiterplatte. The mechanism of adhesion formation in this case is a chemical reaction between the non-solidified material of the plastic element (such as a hot thermoplastic) and the matrix material of the circuit board.
Die Oberflächenstruktur ermöglicht eine optimale chemische Anbindung zwischen dem Kunststoffelement (beispielsweise einem überspritzten Thermoplast) und der Leiterplatte. Die Struktur und die Chemie ist dahingehend optimiert, dass eine optimale stoffschlüssige Verbindung aufgebaut wird. The surface structure allows for optimal chemical bonding between the plastic element (for example, an overmolded thermoplastic) and the printed circuit board. The structure and the chemistry are optimized so that an optimal cohesive connection is built up.
Es hat sich ergeben, dass beim Abtragen des Matrixmaterials möglichst wenig Material mit hohem Pyrolysegrad in der Oberflächenstruktur verbleiben sollte, um möglichst viel Oberfläche mit aktiviertem Matrixmaterial bereitzustellen, mit dem das Kunststoffelement eine stoffschlüssige Verbindung eingehen kann. Mit anderen Worten befinden sich auf der Oberflächenstruktur kaum bis keine Rückstände von rekondensiertem oder weitgehend pyrolysiertem (rußartigem) Matrixmaterial. It has been found that as little as possible of material with a high degree of pyrolysis should remain in the surface structure when removing the matrix material in order to provide as much surface with activated matrix material as possible, with which the plastic element can form a material connection. In other words, hardly any residues of recondensed or largely pyrolyzed (soot-like) matrix material are present on the surface structure.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist weniger als 50% (beispielsweise weniger als 10%) der Oberflächenstruktur mit (in etwa stark) pyrolisiertem (schwarzem) Matrixmaterial bedeckt. Die Verbindung und Strukturierung lässt sich am Produkt durch zerstörende Prüfung, insbesondere durch Querschliffe, nachweisen. Kriterien zur Bewertung sind zum einen die geometrischen Eigenschaften der Struktur und zum anderen kann die direkte Verbindung des Kunststoffelements mit der Leiterplatte im Schliff nachgewiesen werden, da in der Fügezone in diesem Fall kein zusätzlicher Klebstoff nachgewiesen werden kann. Eine Bedeckung der Oberflächenstruktur kann dabei im Querschliff ermittelt werden, in dem Bereiche, bei denen kein stark pyrolisiertes (schwarzes) Matrixmaterial zwischen dem Material der Leiterplatte und dem Material des Kunststoffelements vorhanden ist, im Verhältnis zu Bereichen, bei denen dies der Fall ist, gesetzt werden. According to one embodiment of the invention, less than 50% (eg, less than 10%) of the surface structure is covered with (roughly) pyrolyzed (black) matrix material. The connection and structuring can be demonstrated on the product by destructive testing, in particular by cross-sectioning. On the one hand, criteria for the evaluation are the geometric properties of the structure and, on the other hand, the direct connection of the plastic element to the printed circuit board can be detected in the ground joint, since in this case no additional adhesive can be detected in the joint zone. A covering of the surface structure can be determined in cross-section, set in the areas in which no heavily pyrolyzed (black) matrix material between the material of the circuit board and the material of the plastic element, in relation to areas in which this is the case become.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden weniger als 200 µm, beispielsweise weniger als 100 µm, Dicke von der Leiterplatte abgetragen. Die Oberflächenstruktur stellt im Wesentlichen eine Vertiefung gegenüber der ursprünglichen Oberfläche der Leiterplatte dar, die gemittelte Tiefe beträgt typischerweise 10 bis 200 µm. Am Rand der Struktur können in manchen Fällen Erhebungen von typischerweise 10 bis 100 µm Höhe über der Ausgangsoberfläche vorhanden sein. Der Grund der Struktur ist in der Regel durch eine charakteristische ein- oder zweidimensionale Welligkeit gekennzeichnet. Diese weist eine feine Struktur mit einer Periode von typischerweise 10 bis 300 µm bei einer Amplitude von typischerweise 5 bis 20 µm auf, die eine langwelligere Struktur (Wellenlänge 300 bis 1500 µm) mit Amplituden von 10 bis 100 µm überlagert, die einer Struktur eines Fasergewebes der Leiterplatte folgen kann. Es sind aber auch Oberflächenstrukturen mit ebenem Grund möglich. Auf dem Grund können sich fest haftende Partikel mit einer typischen Größe zwischen 1 und 50 µm befinden. According to one embodiment of the invention, less than 200 μm, for example less than 100 μm, thickness is removed from the printed circuit board. The surface structure is essentially a depression with respect to the original surface of the printed circuit board, the average depth is typically 10 to 200 microns. In some cases, elevations of typically 10 to 100 μm in height above the starting surface may be present at the edge of the structure. The reason of the structure is usually characterized by a characteristic one- or two-dimensional waviness. This has a fine structure with a period of typically 10 to 300 .mu.m at an amplitude of typically 5 to 20 .mu.m, which superimposes a longer wavelength structure (wavelength 300 to 1500 .mu.m) with amplitudes of 10 to 100 .mu.m, the structure of a fiber fabric the circuit board can follow. However, surface structures with a flat base are also possible. On the ground, adherent particles with a typical size of between 1 and 50 μm can be found.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Oberflächenstruktur mit einem gepulsten Nanosekunden(ns)-Laser erzeugt. Die Oberflächenstruktur kann damit erheblich kostengünstiger hergestellt werden als mit einem Pikosekunden(ps)-Laser. Zudem sind die Anforderungen an Positioniergenauigkeit gegenüber ps-Lasern deutlich reduziert, womit der Prozess mit ns-Lasern wesentlich robuster und pflegeleichter ist. According to one embodiment of the invention, the surface structure is generated with a pulsed nanosecond (ns) laser. The surface structure can thus be produced considerably more cost-effectively than with a picosecond (ps) laser. In addition, the positioning accuracy requirements of ps lasers are significantly reduced, making the process with ns lasers much more robust and easy to clean.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind in der Leiterplatte Fasern eingebettet, die durch das Abtragen des Matrixmaterials teilweise freigelegt werden. Die Fasern können Glasfasern sein. Nach dem Abtragen kann bereichsweise die oberste Glasfaserlage in der Oberflächenstruktur sichtbar sein (dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich). Auch können die oberen Glasfaserlagen aufgebrochen sein. According to one embodiment of the invention, fibers are embedded in the circuit board, which are partially exposed by the removal of the matrix material. The fibers can be glass fibers. After removal, the uppermost fiberglass layer may be visible in some regions in the surface structure (this is not absolutely necessary, however). Also, the upper fiberglass layers can be broken.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Matrixmaterial aus Epoxidharz, Phenolharz, Polybismaleinimidharz und/oder Cyanatharz hergestellt. According to one embodiment of the invention, the matrix material is made of epoxy resin, phenolic resin, polybismaleimide resin and / or cyanate resin.
Das Verfahren kann für alle Arten von Leiterplatten, beispielsweise solche auf Basis von Epoxid-, Phenol-, Polybismaleinimid- oder Cyanatharzen, durchgeführt werden. Bei all diesen Kunststoffen können reaktive Gruppen mittels Laseraktivierung erzeugt werden. The process can be carried out for all types of printed circuit boards, for example those based on epoxide, phenol, polybismaleimide or cyanate resins. In all of these plastics, reactive groups can be generated by laser activation.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kunststoffelement aus einem Thermoplast und/oder einem Duroplast hergestellt. Das Kunststoffelement kann beispielsweise aus Polyamid (PA) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) hergestellt sein. According to one embodiment of the invention, the plastic element is made of a thermoplastic and / or a thermosetting plastic. The plastic element may for example be made of polyamide (PA) and / or polyphenylene sulfide (PPS).
Beispielsweise kann ein Kunststoffelement aus Thermoplast mit nicht vollständig ausreagierten Anteilen des Matrixmaterials der Leiterplatte reagieren (in der Regel werden Leiterplatten nicht bis zum vollständigen Reaktionsumsatz „1“ ausgehärtet), wobei beispielsweise eine Epoxidmatrix durch eine hohe Grenzflächentemperatur beim Kontakt mit der Thermoplastschmelze wieder reaktiv ist. For example, a plastic element made of thermoplastic can react with incompletely reacted portions of the matrix material of the printed circuit board (as a rule, printed circuit boards are not cured to complete reaction conversion "1"), for example an epoxy matrix being reactive again on contact with the thermoplastic melt due to a high interfacial temperature.
Das Abtragen einer Kunststoffoberfläche durch kurze Laserimpulse stellt eine Blitzpyrolyse dar. Dabei können in inerter Atmosphäre und an Luft gleiche und unterschiedliche reaktive Gruppen im Bearbeitungsbereich entstehen. Bei den durch den Laser gebildeten Gruppen kann es sich bei einem Matrixmaterial aus Epoxidharz um freie Epoxidgruppen handeln und je nach verwendetem Härter auch um Amin- oder Säureanhydridgruppen. Mit welchen dieser reaktiven Gruppen das Kunststoffelement (insbesondere aus Thermoplast) reagieren kann, hängt von den verwendeten Materialien ab. Beispielsweise können Amin- und Säureanhydridgruppen zwar mit PA, nicht jedoch mit PPS reagieren. Nur Epoxidgruppen können mit PPS reagieren. The removal of a plastic surface by short laser pulses is a lightning pyrolysis. In the same atmosphere and in air same and different reactive groups in the processing area can arise. The groups formed by the laser may be free epoxide groups in a matrix material of epoxy resin and, depending on the hardener used, also amine or acid anhydride groups. With which of these reactive groups the plastic element (in particular of thermoplastic) can react depends on the materials used. For example, amine and acid anhydride groups may indeed react with PA but not with PPS. Only epoxide groups can react with PPS.
Um das Anbinden eines Thermoplasts an die Leiterplatte zu verbessern, ist es außerdem denkbar, Thermoplaste einzusetzen, denen ein Epoxidharz ohne Härter zugesetzt ist, das für eine bessere Anbindung zur Leiterplatte sorgt. Beispielsweise vertreibt die Firma Tosoh entsprechende PPS-Formulierungen unter den Handelsbezeichnungen Susteel SGX-120© und Susteel P-60©. In order to improve the bonding of a thermoplastic to the printed circuit board, it is also conceivable to use thermoplastics, to which an epoxy resin without hardener is added, which ensures a better connection to the printed circuit board. For example, Tosoh sells corresponding PPS formulations under the trade names Susteel SGX-120 © and Susteel P-60 © .
Im Versuch wurde bisher gute Haftung mit PA6 und PPS im Spritzguss jeweils bei den üblichen Verarbeitungsbedingungen (Masse 260 bis 290°C, Werkzeug 80°C für PA6 und Masse 330 bis 350°C und Werkzeug 150°C für PPS) erzielt, prinzipiell ist aber der Einsatz aller Thermoplaste, die mit Epoxiden Verbindungen eingehen können, denkbar (z.B. alle teilkristallinen Thermoplaste wie PA66, teilaromatische PA, sPS, PBT). In the past good adhesion has been achieved with PA6 and PPS in the injection molding in the usual processing conditions (mass 260 to 290 ° C,
Auch sind Anwendungen mit thermisch leitfähigen Kunststoffen bzw. Kunststoffelementen denkbar, da die gute Anbindung zwischen Leiterplatte und Thermoplast zu sehr geringen thermischen Übergangswiderständen führt (deutlich geringer als bei einem mechanischen Formschluss). Also, applications with thermally conductive plastics or plastic elements are conceivable because the good connection between the printed circuit board and thermoplastic leads to very low thermal contact resistance (significantly lower than in a mechanical positive connection).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Kunststoffelement auf die Oberflächenstruktur durch Spritzgießen aufgebracht. Alternativ kann das Kunststoffmaterial im viskosen Zustand werkzeugungebunden auf die Oberflächenstruktur aufgebracht werden und dort erstarren (Thermoplast) oder aushärten (Duroplast). According to one embodiment of the invention, the plastic element is applied to the surface structure by injection molding. Alternatively, the plastic material can be applied to the surface structure in the viscous state without forming a tool and solidify there (thermoplastic) or harden (thermoset).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird beim Spritzgießen ein Gasinnendruckverfahren angewendet wird, so dass im Kunststoffelement ein Hohlraum gebildet wird, in dem elektronische Bauteile auf der Leiterplatte angeordnet sind.. Hierbei kann ein Volumen einer Thermoplastschmelze, das nicht für eine vollständige Füllung der Kavität im Spritzwerkzeug ausreicht, durch ein Gas in die Kavität gedrückt werden. Dadurch bildet sich im aufgespritzten Kunststoffelement ein Hohlraum. Das Verfahren kann sich besonders im Falle empfindlicher elektronischer Bauteile auf der Leiterplatte eignen, die durch Strömungskräfte einer hochviskosen Thermoplastschmelze oder durch die Schwindungskräfte beim Erstarren einer Thermoplastschmelze abgerissen bzw. beschädigt werden könnten. According to one embodiment of the invention, an internal gas pressure method is used in injection molding, so that a cavity is formed in the plastic element, in which electronic components are arranged on the circuit board .. Here, a volume of a thermoplastic melt, not for a complete filling of the cavity in the injection mold is sufficient to be pushed by a gas into the cavity. As a result, a cavity forms in the sprayed-on plastic element. The method may be particularly suitable in the case of sensitive electronic components on the circuit board, which could be demolished or damaged by flow forces of a highly viscous thermoplastic melt or by the shrinkage forces during the solidification of a thermoplastic melt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein vorgefertigtes Kunststoffelement an die Leiterplatte angefügt. Dabei wird das Kunststoffelement nahe der Oberflächenstruktur der Leiterplatte derart erhitzt, dass es sich mit der Leiterplatte verbindet. Alternativ kann das Verfahren auch verwendet werden, um thermoplastische Halbzeuge (zum Beispiel Deckel) direkt auf die Leiterplatte zu fügen. Dazu kann die Erwärmung des Kunststoffelements mit Kunststoffschweißverfahren, wie zum Beispiel Heißgasschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Infrarotschweißen, Spiegelschweißen oder Reibschweißverfahren, erfolgen. According to one embodiment of the invention, a prefabricated plastic element is added to the circuit board. In this case, the plastic element is heated near the surface structure of the printed circuit board in such a way that it connects to the printed circuit board. Alternatively, the method can also be used to add thermoplastic semi-finished products (eg, lids) directly to the circuit board. For this purpose, the heating of the plastic element with plastic welding processes, such as hot gas welding, laser welding, ultrasonic welding, infrared welding, mirror welding or friction welding, done.
Das Verfahren kann bei allen leiterplattenbasierten Elektronikprodukten angewendet werden, bei denen die Elektronik durch Aufbringung eines Thermoplastdeckels oder einer Ummoldung vor Umwelteinflüssen oder aggressiven Medien geschützt werden soll. Insbesondere sind dabei zum Beispiel Steuergeräte für Automatikgetriebe oder Sensoren denkbar. Darüber hinaus muss die Oberflächenstruktur bzw. die zugehörige Verbindung aber nicht zwingend zum Abdichten verwendet werden, es sind auch Anwendungen denkbar, bei denen die Verbindung nur zur mechanischen Fixierung verwendet wird. Ein Beispiel hierfür wäre die Fixierung eines Sensordoms auf einer Leiterplatte. The process can be applied to all printed circuit board-based electronic products where electronics are protected against environmental or aggressive media by the application of a thermoplastic cover or re-plating. In particular, control units for automatic transmissions or sensors are conceivable, for example. In addition, the surface structure or the associated compound but not necessarily used for sealing, there are also applications conceivable in which the compound is used only for mechanical fixation. An example of this would be the fixation of a sensor dome on a printed circuit board.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auch ein mit dem Verfahren hergestellter Verbund aus einer Leiterplatte mit einem Kunststoffelement, wie etwa ein Elektronikmodul, beispielsweise ein Steuermodul, das in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann, wie etwa ein Getriebesteuermodul. Es ist zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens auch Merkmale des Verbunds bzw. des Elektronikmoduls sein können und umgekehrt. A further aspect of the invention is also a composite of a printed circuit board with a plastic element, such as an electronics module, such as a control module that may be used in a vehicle, such as a transmission control module. It should be understood that features of the method may also be features of the interconnect or electronics module and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Elektronikmodul eine Leiterplatte, die eine Mehrzahl von elektronischen Bauteilen trägt; ein Kunststoffelement, das die elektronischen Bauteile schützt und das mit der Leiterplatte verbunden ist, wobei die Leiterplatte eine Oberflächenstruktur aufweist, die durch beispielsweise gepulstes lokales Erhitzen eines Matrixmaterials der Leiterplatte erzeugt wurde, wodurch ein Teil der Oberfläche der Leiterplatte abgetragen wurde, wobei das Kunststoffelement über die Oberflächenstruktur mit der Leiterplatte verbunden ist. In der Oberflächenstruktur ist dabei derart wenig pyrolisiertes Matrixmaterial vorhanden, dass das Kunststoffelement eine stoffschlüssige Verbindung mit der Leiterplatte eingeht. According to one embodiment of the invention, the electronic module comprises a printed circuit board carrying a plurality of electronic components; a plastic element which protects the electronic components and which is connected to the circuit board, wherein the circuit board has a surface structure which has been generated by, for example, pulsed local heating of a matrix material of the circuit board, whereby a part of the surface of the circuit board has been removed, wherein the plastic element the surface structure is connected to the circuit board. In the surface structure is so little pyrolyzed matrix material available that the plastic element enters into a cohesive connection with the circuit board.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. It should be understood that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die Leiterplatte
In der Leiterplatte
Beim Erzeugen der Oberflächenstruktur
Nach dem Erzeugen der Oberflächenstruktur
Wie aus der
Für Anwendungen, bei denen eine Abdichtung erforderlich ist, kann die Oberflächenstruktur
Weiter wird durch das Abtragen des Matrixmaterials die Oberfläche der Leiterplatte
Die Oberflächenstruktur
Das Abtragen kann (muss aber nicht) die oberste Lage aus Glasfasern
In den
Die Oberflächenstruktur
Die
Bevorzugt wird die Struktur
Beispielsweise kann der Laser folgende Eigenschaften aufweisen:
- • Wellenlänge zwischen 250 und 1065 nm
- • Pulsdauer zwischen 100 fs und 500 ns (100
fs bis 20 ps, wenn parallel auch indie Leiterplatte 12 integrierte Metallteile strukturiert werden sollen) - • Repetitionsraten zwischen 10 kHz und 1200 kHz
- • Mittlere Leistungen zwischen 1 und 500 W
- • Wavelength between 250 and 1065 nm
- • Pulse duration between 100 fs and 500 ns (100 fs to 20 ps, if in parallel also in the
PCB 12 integrated metal parts are to be structured) - • Repetition rates between 10 kHz and 1200 kHz
- • Average power between 1 and 500 W
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012213917 A1 [0003] DE 102012213917 A1 [0003]
- DE 102008040782 A1 [0004] DE 102008040782 A1 [0004]
- DE 102009028583 A1 [0004] DE 102009028583 A1 [0004]
Claims (10)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102014219197.1A DE102014219197A1 (en) | 2014-09-23 | 2014-09-23 | Electronic module and associated manufacturing method |
| CN201510606014.2A CN105451466B (en) | 2014-09-23 | 2015-09-22 | Electronic module and affiliated manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102014219197.1A DE102014219197A1 (en) | 2014-09-23 | 2014-09-23 | Electronic module and associated manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102014219197A1 true DE102014219197A1 (en) | 2016-03-24 |
Family
ID=55444694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102014219197.1A Withdrawn DE102014219197A1 (en) | 2014-09-23 | 2014-09-23 | Electronic module and associated manufacturing method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105451466B (en) |
| DE (1) | DE102014219197A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008040782A1 (en) | 2008-07-28 | 2010-02-04 | Robert Bosch Gmbh | Composite component and method for producing a composite component |
| DE102009028583A1 (en) | 2009-08-17 | 2011-02-24 | Robert Bosch Gmbh | Composite component and method for producing a composite component |
| DE102012213917A1 (en) | 2012-08-06 | 2014-02-20 | Robert Bosch Gmbh | Component sheath for an electronics module |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1092964A (en) * | 1996-09-11 | 1998-04-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device |
| CN1905140A (en) * | 2005-07-29 | 2007-01-31 | 矽品精密工业股份有限公司 | Image sensor package, optical glass therefor and processing method |
| CN103022189A (en) * | 2011-09-23 | 2013-04-03 | 造能科技有限公司 | Solar cell encapsulation structure |
-
2014
- 2014-09-23 DE DE102014219197.1A patent/DE102014219197A1/en not_active Withdrawn
-
2015
- 2015-09-22 CN CN201510606014.2A patent/CN105451466B/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008040782A1 (en) | 2008-07-28 | 2010-02-04 | Robert Bosch Gmbh | Composite component and method for producing a composite component |
| DE102009028583A1 (en) | 2009-08-17 | 2011-02-24 | Robert Bosch Gmbh | Composite component and method for producing a composite component |
| DE102012213917A1 (en) | 2012-08-06 | 2014-02-20 | Robert Bosch Gmbh | Component sheath for an electronics module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105451466A (en) | 2016-03-30 |
| CN105451466B (en) | 2019-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3186950B1 (en) | Imager module for a vehicle camera and method for the production thereof | |
| DE102004020204A1 (en) | Encapsulated electrical component and method of manufacture | |
| EP2880967A1 (en) | Component casing for an electronic module | |
| EP3243215B1 (en) | Method for producing an electronics module, in particular a transmission control module | |
| DE102011003195B4 (en) | Component and method for manufacturing a component | |
| DE102008042106A1 (en) | Encapsulation, MEMS and encapsulation | |
| EP3084272A1 (en) | Method for producing an electronic module having an interlockingly connected housing part element | |
| DE102019201350A1 (en) | Process for producing a glass-plastic connection | |
| WO2016177629A1 (en) | Electronic component and method for the production thereof | |
| DE102011105190A1 (en) | Plastic part for use in automotive industry, has connector forming part of conductive connection that is formed between surface of molding layer and conductive layer, and contact element arranged in recess of molding layer | |
| DE102014219197A1 (en) | Electronic module and associated manufacturing method | |
| DE102015223668B4 (en) | Method for producing an electronic assembly overmoulded with plastic, such an electronic assembly, and a capacitive sensor | |
| EP2952320B1 (en) | Lead frame encapsulated with plastic with adhesive material | |
| DE4401588C2 (en) | Method for capping a chip card module and chip card module | |
| DE102006027594A1 (en) | Ultrasonic sensor and method for producing an ultrasonic sensor | |
| EP0071233A2 (en) | Electrical component, component group or integrated circuit put in a container | |
| EP2217887A1 (en) | Sensor module and method for producing the sensor module | |
| DE102014205139A1 (en) | Electronic control module and method for its manufacture | |
| DE102016219586A1 (en) | Sensor device and method for producing a sensor device | |
| DE10120928C1 (en) | Production of contact joint between semiconductor chip and substrate comprises applying hardenable conducting adhesive on contact surfaces of substrate and chip, joining, and hardening adhesive to form contact joint | |
| DE102011118734A1 (en) | Composite layer circuit with externally accessible integrated components | |
| EP1585375A1 (en) | Injection moulded component with a plastic overmoulded circuit board | |
| DE102018215711A1 (en) | Control unit and method for manufacturing a control unit | |
| DE102012103430B4 (en) | Method of tying chips onto a substrate | |
| DE102009054236A1 (en) | Electronic component manufacturing method for automobile, involves electrically connecting electronic parts to conductor track structure by connecting medium, and processing connecting medium at temperature of less than preset value |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |