DE102015118498A1

DE102015118498A1 - Verfahren zum Vergießen einer Leiterplatte mit Bauteilen

Info

Publication number: DE102015118498A1
Application number: DE102015118498.2A
Authority: DE
Inventors: Stephan Buschnakowski; Jörg Uhle
Original assignee: Endress & Hauser Conducta & Co Kg GmbH; Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress & Hauser Conducta & Co Kg GmbH; Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen einer mindestens ein Bauteil (3) aufweisenden Leiterplatte (1), umfassend die Schritte, Zusammendrücken eines Füllmaterials (2) an einer das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) mittels einer Abdeckung (5) für die Leiterplatte (1), bis das mindestens eine Bauteil (3) zumindest teilweise mit Füllmaterial (2) bedeckt ist, Vergießen der das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) mit einem Vergussmaterial (6), so dass die Abdeckung (5) zumindest teilweise von dem Vergussmaterial (6) bedeckt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vergießen einer mindestens ein Bauteil aufweisenden Leiterplatte.
Bei vielen Sensoren werden die Elektronikbauteile der Leiterplatte vergossen (siehe 1a und 1b). Dies kann verschiedene Gründe haben. Zum einen kann der Verguss zur Sicherstellung der mechanischen Festigkeit des Sensorkopfes dienen. Eine andere Anforderung für die Anwendung eines Vergusses kann eine angestrebte Explosionsschutzzulassung sein. Dafür kann es notwendig sein, kritische Bauteile unter einer festen Isolationsschicht zu verbauen. Diese Schicht muss bestimmte elektrische, mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen.
In vielen Anwendungen sind Sensoren rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Dazu zählt auch die Belastung durch Temperaturänderungen. Durch Temperaturänderungen und die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der im Sensor verbauten Materialien (Leiterplatte, elektronische Bauteile, Gehäuse, Verguss etc.) bauen sich im Sensor wechselnde mechanische Spannungen auf. In vielen Fällen existieren schon durch den Verguss-/Aushärtevorgang statische und mechanische Vorspannungen. Durch Temperaturwechsel werden diese mechanischen Spannungen vergrößert oder abgeschwächt.
Dadurch, dass der Verguss potenziell alle angrenzenden Bauteile einschließt, die Bauteilkontur jedoch komplex sein kann und das Haftungsverhalten des Vergusses auf unterschiedlichen Bauteilen unterschiedlich ist, ergeben sich räumlich verteilt und auch für verschiedene Grenzflächenkombinationen unterschiedliche Kräfte, welche statisch oder bei einem Temperaturwechsel dynamisch auf die Bauteile wirken.
Dabei kann es vorkommen, dass die Belastungsgrenzen von Bauteilen oder Grenzflächen von Befestigungstechnologien überschritten werden. Dies führt dann zum Defekt des Bauteils oder zum Abriss des Bauteils von den vorhandenen Konturen der Leiterkarte. Beide Effekte verursachen in der Regel einen Ausfall der Sensorfunktion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vergießen einer Leiterplatte und eine nach dem Verfahren hergestellte Leiterplatte bereitzustellen, die einen dauerhaften Betrieb der Sensorfunktionen gewährleistet.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Vergießen einer mindestens ein Bauteil aufweisenden Leiterplatte, umfassend die Schritte, Zusammendrücken eines Füllmaterials an einer das mindestens eine Bauteil aufweisenden Fläche der Leiterplatte mittels einer Abdeckung für die Leiterplatte, bis das mindestens eine Bauteil zumindest teilweise mit Füllmaterial bedeckt ist, Vergießen der das mindestens eine Bauteil aufweisenden Fläche der Leiterplatte mit einem Vergussmaterial, so dass die Abdeckung zumindest teilweise von dem Vergussmaterial bedeckt ist.
Die Lösung des oben beschriebenen Problems besteht darin, den Verguss durch konstruktive Maßnahmen von den kritischen Bauteilen fern zu halten. Dies sind in der Regel die auf der Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteile. Für die Umsetzung dieses Lösungsweges wird eine Abdeckung verwendet, welche die Bauteile vergussdicht abdeckt. Die Abdeckung kann im einfachsten Fall eine Art trogförmiger Quader sein, welcher mit der Öffnung voran auf die Leiterplatte aufgesetzt wird.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung wird vor dem Zusammendrücken des Füllmaterials an der das mindestens eine Bauteil aufweisenden Fläche der Leiterplatte mittels der Abdeckung das Füllmaterial zumindest teilweise in einen Innenraum der Abdeckung gefüllt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vor dem Zusammendrücken des Füllmaterials an der das mindestens eine Bauteil aufweisenden Fläche der Leiterplatte mittels der Abdeckung das Füllmaterial zumindest teilweise an der das mindestens eine Bauteil aufweisenden Fläche der Leiterplatte angebracht.
Gemäß einer vorteilhaften Variante härtet das Füllmaterial nach dem Zusammendrücken des Füllmaterials an der das mindestens eine Bauteil aufweisenden Fläche der Leiterplatte mittels der Abdeckung aus.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch eine Leiterplatte, insbesondere eine Leiterplatte hergestellt durch ein Verfahren nach mindestens einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen gelöst. Diese Leiterplatte umfasst mindestens ein Bauteil an mindestens einer Fläche der Leiterplatte, Füllmaterial, das dermaßen an dem mindestens einen Bauteil angeordnet ist, dass das mindestens eine Bauteil zumindest teilweise bedeckt ist, eine Abdeckung, die dermaßen an der das mindestens eine Bauteil aufweisenden Fläche der Leiterplatte angeordnet ist, dass eine Innenfläche der Abdeckung zumindest teilweise mit Füllmaterial bedeckt ist, wobei die das mindestens eine Bauteil aufweisende Fläche der Leiterplatte dermaßen vergossen ist, dass die Abdeckung zumindest teilweise von Vergussmaterial abgedeckt ist.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung weist das Füllmaterial flüssige, insbesondere zähflüssige, Bestandteile und/oder feste Bestandteile auf.
Gemäß einer günstigen Ausführungsform weist das Füllmaterial eine Wärmeleitfähigkeit von 1 bis 100 W/(m K) auf.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung weist das Füllmaterial Wärmeleitpaste auf.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung ist die Abdeckung an die Konturen des mindestens einen Bauteils angepasst.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Abdeckung ein starres Material, insbesondere ein Material der Leiterplatte auf.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1a: einen Längsschnitt einer Leiterplatte mit Bauteilen und ein Verguss nach dem Stand der Technik,
1b eine Draufsicht auf eine Leiterplatte entsprechend 1a,
2a: einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Leiterpatte mit einer Abdeckung und Füllmaterial, und
2b: eine Draufsicht auf eine Leiterplatte entsprechend 2a.
1a zeigt einen Längsschnitt einer Leiterplatte 1 mit Bauteilen 3 und ein Verguss 6 nach dem Stand der Technik.
1b zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplatte 1 entsprechend 1a.
2a zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Leiterplatte 1 mit mehreren Bauteilen 3, die an einer Fläche 4 der Leiterplatte 1 angeordnet sind. Ein Füllmaterial 2 bedeckt die Bauteile 3. Eine Abdeckung 5 ist an der Fläche 4 der Leiterplatte 1 angeordnet. Das Füllmaterial 2 füllt einen Innenraum 7 der Abdeckung 5. Ein Verguss 6, ist auf der Fläche 4 der Leiterplatte 1 angeordnet, so dass die Abdeckung 5 von Vergussmaterial 6 abgedeckt ist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Füllmaterial 2 ausschließlich aus Wärmeleitpaste.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vergießen einer Bauteile 3 aufweisenden Leiterplatte 1 umfasst folgende Schritte: Als erstes wird der Innenraum 7 der Abdeckung solange mit Füllmaterial 2 gefüllt, bis der Innenraum 7 vollständig mit Füllmaterial 2 gefüllt ist. Anschließend wird die Abdeckung 5 auf der die Bauteile 3 aufweisenden Fläche 4 der Leiterplatte 1 angebracht, so dass die Abdeckung 5 die Bauteile 3 abdeckt und die Bauteile 3 vollständig mit Füllmaterial bedeckt sind. Dabei wird die Abdeckung 5 auf der das mindestens eine Bauteil 3 aufweisenden Fläche 4 der Leiterplatte 1 zusammengedrückt. Zum Schluss wird die Bauteile 3 aufweisenden Fläche 4 der Leiterplatte 1 vergossen, so dass die Abdeckung 5 von dem Vergussmaterial 6 bedeckt ist.
Ein Innenraum 7 der Abdeckung 5 sollte so gut wie möglich mit Füllmaterial 2 gefüllt werden, da sonst Luft-/Gaseinschlüsse zurückbleiben. Dies wäre auch mechanisch ungünstig, da sich die Gaseinschlüsse beim Vergießen in den Bereichen des Vergusses 6 bewegen könnten.
Das Befüllen des Innenraums 7 mit dem Füllmaterial 2 geschieht dadurch, dass vor dem Aufbringen der Abdeckung 5 diese mit dem Füllmaterial 2 vollständig befüllt wird. Danach wird die Abdeckung 5 inklusive des Füllmaterials 2 auf die Leiterplatte 1 aufgebracht. Die Menge des Füllmaterials 2 ist so gewählt, dass das Volumen des Füllmaterials 2 größer als das Volumen des Innenraums 7 ist.
Das Füllmaterial 2 soll zumindest über die Lebensdauer des Sensors (nicht dargestellt) dauerelastisch bleiben und seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften über die verschiedenen Betriebsbedingungen des Sensors nur insoweit verändern, dass die Funktionen des Sensors nicht beeinflusst werden.
Mit Hilfe des Füllmaterials 2 wird die Krafteinwirkung auf die eingeschlossenen Bauteile 3 minimiert und Temperaturwechsel verursachen nahezu keine Änderung der mechanischen Spannungsverhältnisse.
Das Füllmaterial 2 gewährleistet ebenfalls eine adäquate thermische Anbindung der Bauteile 3 zur Umgebung, die ggf. für eine angestrebte Explosionsschutzzulassung notwendig ist. Die Abdeckung 5 ist aus einem starren Material gefertigt, wie z.B. das Material der Leiterplatte 1. Durch die Verwendung von Leiterplattenmaterial, vom gleichen Typ wie die eigentliche Leiterplatte 1, ist die Verwendbarkeit im vorgesehenen Einsatzbereich sichergestellt. Die Trogform oder die Form mit herausgearbeiteter Kontur der Bauteile 3 lässt sich mittels Tiefenfräsung in das Leiterplattenmaterial einbringen.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplatte
2: Füllmaterial
3: Bauteil
4: Fläche
5: Abdeckung
6: Vergussmaterial
7: Innenraum

Claims

Verfahren zum Vergießen einer mindestens ein Bauteil (3) aufweisenden Leiterplatte (1), umfassend die Schritte, Zusammendrücken eines Füllmaterials (2) an einer das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) mittels einer Abdeckung (5) für die Leiterplatte (1), bis das mindestens eine Bauteil (3) zumindest teilweise mit Füllmaterial (2) bedeckt ist, Vergießen der das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) mit einem Vergussmaterial (6), so dass die Abdeckung (5) zumindest teilweise von dem Vergussmaterial (6) bedeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Zusammendrücken des Füllmaterials (2) an der das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) mittels der Abdeckung (5), das Füllmaterial (2) zumindest teilweise in einen Innenraum (7) der Abdeckung gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor dem Zusammendrücken des Füllmaterials (2) an der das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) mittels der Abdeckung (5), das Füllmaterial (2) zumindest teilweise an der das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) angebracht wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmaterial (2) nach dem Zusammendrücken des Füllmaterials (2) an der das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) mittels der Abdeckung (5) aushärtet.
Leiterplatte, insbesondere eine Leiterplatte (1) hergestellt durch ein Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens ein Bauteil (3) an mindestens einer Fläche (4) der Leiterplatte (1), Füllmaterial (2), das dermaßen an dem mindestens einen Bauteil (3) angeordnet ist, dass das mindestens eine Bauteil (3) zumindest teilweise bedeckt ist, eine Abdeckung (5), die dermaßen an der das mindestens eine Bauteil (3) aufweisenden Fläche (4) der Leiterplatte (1) angeordnet ist, dass eine Innenfläche der Abdeckung (5) zumindest teilweise mit Füllmaterial (2) bedeckt ist, wobei die das mindestens eine Bauteil (3) aufweisende Fläche (4) der Leiterplatte (1) dermaßen vergossen ist, dass die Abdeckung (5) zumindest teilweise von Vergussmaterial (6) abgedeckt ist.
Leiterplatte nach Anspruch 5, wobei das Füllmaterial (2) flüssige, insbesondere zähflüssige, Bestandteile und/oder feste Bestandteile aufweist.
Leiterplatte nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Füllmaterial (2) eine Wärmeleitfähigkeit von 1 bis 100 W/(m K) aufweist.
Leiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Füllmaterial (2) Wärmeleitpaste aufweist.
Leiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Abdeckung (5) an die Konturen des mindestens einen Bauteils (3) angepasst ist.
Leiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Abdeckung (5) ein starres Material, insbesondere ein Material der Leiterplatte (1) aufweist.