DE102017208075A1

DE102017208075A1 - Bauteil mit EMV Schutz für elektronische Platine

Info

Publication number: DE102017208075A1
Application number: DE102017208075.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Achathaler; Dennis Christian Knospe; Martin Rescher; Daniel Schleicher; Christoph Sigmund
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-11-15
Also published as: WO2018206594A1

Abstract

Es wird ein Bauteil mindestens bestehend aus elektronischen und/oder elektrischen Komponenten vorgeschlagen, die auf einer oder mehreren Platinen montiert oder damit verbunden sind, wobei die Komponenten mit der Platine mit einer ersten und einer zweiten Kunststoffschicht umspritzt sind, und wobei mindestens eine Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung vorhanden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil mindestens bestehend aus elektronischen und/oder elektrischen Komponenten, die auf einer oder mehreren Platinen montiert oder damit verbunden sind, wobei die Komponenten mit der Platine mit einer ersten und einer zweiten Kunststoffschicht umspritzt sind, und wobei mindestens eine Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung vorhanden ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.
Stand der Technik
Elektronik, speziell Leistungselektronik verursacht elektromagnetische Abstrahlung in verschiedenen Frequenzbereichen, die bei anderen Geräten Störungen verursachen kann. Um diese Störungen zu reduzieren und sie unter den genormten Grenzwerten zu halten, sind in der Regel Abschirmmaßnahmen vorzusehen. Soweit möglich wird versucht durch ein entsprechend optimiertes Platinenlayout die Emissionen zu reduzieren. Oft ist dies aber nur teilweise ausreichend und weitere Abschirmmaßnahmen müssen getroffen werden.
Eine Maßnahme besteht im Aufbringen von EMV-Schutzlacken direkt auf die elektronischen Komponenten der Platine. Diese Schutzlacke haben aber den Nachteil, dass sie nicht temperaturbeständig sind, wenn die Platine zum Schutz mit einem Thermoplast umspritzt wird.
Aus der DE4016953A1 ist bekannt, dass ein elektrisch leitfähiger Kunststoff als Schirmung auf eine bereits umspritzte Baugruppe aufgebracht wird. Dabei werden leitfähige Partikel in die Schicht der des Kunststoffes eingebettet.
Es ist daher Aufgabe Erfindung ein Bauteil mit einer Platine herzustellen, bei dem der EMV Schutz optimiert ist und die Herstellung der Umspritzung vereinfacht ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 8. Im Detail wird die Aufgabe gelöst mit einem Bauteil mindestens bestehend aus elektronischen und/oder elektrischen Komponenten, die auf einer oder mehreren Platinen montiert oder damit verbunden sind, wobei die Komponenten mit der Platine mit einer ersten und einer zweiten Kunststoffschicht umspritzt sind, und wobei mindestens eine Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung vorhanden ist, wobei in der Abschirmung Strukturen vorhanden sind, die Kontaktstellen der ersten Kunststoffschicht mit der zweiten Kunststoffschicht darstellen.
Die Strukturen, die die Kontaktstellen zwischen den beiden Kunststoffschichten darstellen, erlauben eine optimale Anbindung der Kunststoffschichten untereinander. Dadurch wird es möglich, unterschiedliche Kunststoffe zu verwenden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform für die Strukturen ist, wenn sie aus freigelassenen Stellen in der Abschirmung bestehen.
Es ist von Vorteil, dass die Strukturen durch Vorbehandlung der Oberfläche der ersten Kunststoffschicht erzeugt sind.
Die Abschirmung besteht aus einer Gitterstruktur, die durch einen Beschichtungsprozess zwischen den Strukturen herstellbar ist.
Dabei ist es wichtig, dass die Gitterstruktur mit einer Erdung an der Platine angebunden ist.
Es ist von Vorteil, dass die Gitterstruktur Schlitze in der Oberfläche der ersten Kunststoffschicht aufweist, um die Anbindung der abschirmen den Schicht bzw. des abschirmenden Lackes zu optimieren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schlitze so dimensioniert sind, dass die Abschirmung als Lack aufgebracht durch Kapillarwirkung in die Schlitze eindringt.
Durch die Kapillarwirkung haftet der abschirmende Lack besonders gut.
Vorteilhafterweise enthalten die Strukturen Einprägungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach den vorhergehenden Ansprüchen besteht aus folgenden Schritten:

Umspritzen der Platine mit den der Elektronik mit einem ersten Kunststoffmaterial,
Aufbringen der Abschirmung,
Überspritzen der Abschirmung mit einer zweiten Kunststoffschicht.

Es ist besonders von Vorteil, dass im zweiten Herstellungsschritt die Oberfläche der ersten Kunststoffschicht vorbereitet wird durch eine Aktivierung von Strukturen, in denen die Beschichtung der Abschirmung nicht haftet, und wobei die Beschichtung mit abschirmenden Material anschließend durch einen Tauchvorgang oder durch ein selektives Aufbringen aufgebracht wird.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass der erste oder der zweite Herstellungsschritt aber das Herstellen von Schlitzen enthält, wobei die Schlitze und die Oberfläche zwischen den Schlitzen mit dem abschirmenden Lack gefühlt bzw. bedeckt werden.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn im ersten Herstellungsschritt die Oberfläche über einen Prägeschritt vorstrukturiert wird, wobei die Schlitze zur Oberfläche hin geschlossen teilweise oder vollständig werden und die Oberfläche im Bereich vorstrukturiert wird.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 und 2 zeigen eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform,
3 zeigt einen zweite Ausführungsform,
4 zeigt eine dritte Ausführungsform.

1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Bauteils, bei dem die verwendete Elektronik 4 , also alle elektrischen und elektronischen Komponenten, auf der Platine 3 mit zwei Kunststoffschichten umspritzt ist. Über einen Verbinder 1 ist die Platine elektrisch angebunden.
Am Randbereich Platine 3 werden in diesem Ausführungsbeispiel Flächen mit Erdungssignalen 2 freigehalten, die mit der leitfähigen EMV- Schicht verbunden sind. Wichtig ist nur, dass auf der Platine Flächen mit Erdungssignalen 2 freigehalten sind.
Die erste Kunststoffschicht 11 schützt die Komponenten und die Platine 3 und soll eine möglichst gute thermische Anbindung bieten, um so auch entstehende Abwärme ableiten zu können.
Die zweite Kunststoffschicht 12 besteht beispielsweise aus einem günstigeren Kunststoff der die Festigkeit und Mediendichtigkeit bietet und bereits als Gehäuse des gesamten Bauteiles verwendet werden kann. Alternativ wird die zweite Kunststoffschicht aus demselben Material wie die erste Kunststoffschicht hergestellt.
Im Beispiel der 1 und 2 wird eine Abschirmschicht 13 zwischen den beiden Kunststoffschichten 11 und 12 verwendet. Im Stand der Technik wird die Oberfläche der ersten Kunststoffschicht mit einem EMV Lack gestrichen oder - wenn die Haftung zwischen EMV Lack und der zweiten Kunststoffschicht ausreichend wäre- mit einer Tauchlackierung die gesamte Oberfläche der ersten Kunststoffschicht genützt.
Da es sich aber gezeigt hat, dass die Haftung ein großes Problem ist, wird in der erfindungsgemäßen Lösung die Abschirmschicht und der EMV Lack nur partiell aufgetragen.
Die Oberfläche 21 der ersten Kunststoffschicht 11 besitzt eine Struktur 5, die eine bessere Verbindung mit der zweiten Kunststoffschicht 12 ermöglicht. Die Struktur 5 wird beim Lackieren gezielt freigehalten, beispielsweise wie in 2 gezeigt. Dadurch entstehen Gitterstrukturen 6 auf der Oberfläche der ersten Kunststoffschicht 11, die aus EMV Lack bestehen. Diese Strukturen lassen sich durch Siebdruck oder Ink-Jet Verfahren aufbringen. Zwischen den aufgebrachten Gitterstrukturen des EMV-Lackes ist die Oberfläche rau genug um die Anbindung mit der zweiten Kunststoffschicht 12 zu erlauben.
Alternativ wird die Oberfläche 21 der ersten Kunststoffschicht durch Aktivierung entlang der Struktur so vorbereitet, dass der EMV-Lack nur im Bereich der Gitterstruktur 6 haftet. Durch die partielle Oberflächenbehändlung der ersten Kunststoffschicht wird die Haftung für den EMV-Lack so erhöht, dass dieser bei der zweiten Umspritzung nicht weggespült wird. Dazu können Plasmaktivierungen oder chemische Verfahren eingesetzt werden.
An den freigelassenen Flächen, der Struktur 5 haftet die zweite Kunststoffschicht auf der ersten Kunststoffschicht.
Die Gitterstruktur 6 ist ein Ausführungsbeispiel der geometrischen Anordnung der EMV-Lack-Streifen und -Flächen, der Fachmann kann auch andere Flächenformen und Anordnungen wählen.
Allerdings ist die EMV-Schicht, bzw. die EMV- Schichtstruktur nicht geschützt, wenn in einem zweiten Spritzgussprozess die zweite Kunststoffschicht 12 aufgebracht ist.
Eine verbesserte Lösung ist daher die in 3 dargestellte Ausführungsform, in der Schlitze 7 verwendet sind, um die Struktur 6 für den EMV-Lack herzustellen.
Bei der Verwendung von Schlitzen erhöht die Anbindungskraft des EMV-Lacks, da der Lack, unterstützt durch die Kapillarwirkung, in die Schlitze eingebracht werden kann. Weiterhin ergibt sich durch die Schlitz eine vergrößerte Oberfläche für die Anbindung Lack-Kunststoff. Die Schlitze verhindern, dass der Lack beim darauffolgenden Umspritzungsprozess von der Oberfläche 21 der ersten Kunststoffschicht 11 fortgespült wird. Die Schlitze sind dabei mit der Erdung 2 an der Platinen angebunden.
In der Ausschnittsvergrößerung der 3 ist gezeigt, wie die Schlitze 7 in einem Prägeschritt verschlossen werden und in die Struktur 5 der Oberfläche 21 der ersten Kunststoffschicht eine Rauigkeit in Form von Einprägungen 15 eingedrückt wird. Dieser Schritt erfolgt vor dem Umspritzen mit der zweiten Kunststoffschicht und kann im Spritzgusswerkzeug erfolgen. Dabei ist ein Prägewerkzeug 14 angedeutet, das die Abschirmung 13, die EMV Schicht strukturiert.
Das Risiko, dass die EMV-Schicht und -Struktur im Spritzgussverfahren der zweiten Kunststoffschicht weggespült wird durch den Prägeschritt deutlich reduziert. Die Schlitze sind verschlossen oder die Öffnungen der Schlitze zumindest zusammengedrückt. Die Einprägungen 15 erhöhen die Rauigkeit, sodass im Bereich 5 die beiden Kunststoffschichten gut miteinander zu verbinden sind.
In 4 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt auf die erste Kunststoffschicht 11 wird eine Kunststoffschicht mit abschirmen den Eigenschaften aufgespritzt. Dabei ist die erste Kunststoffschicht komplett bedeckt. Die abschirmende Kunststoffschicht 23 besitzt wiederum eine Erdung 2 mit der sie an der Platine 3 angebunden ist. Die abschirmende Kunststoffschicht 23 umgibt auch den Verbinder 1. Die abschirmende Kunststoffschicht enthält leitfähige Partikel oder Schichten und eine Matrix, die die Anbindung an die erste Kunststoffschicht optimal ermöglicht.
Im Ausführungsbeispiel der 4 ist die abschirmende Kunststoffschicht 23 von einer zweiten Kunststoffschicht 12 umgeben. Diese weitere Umspritzung ist nur dann notwendig, wenn die abschirmende Kunststoffschicht selbst nicht stabil genug ist, um bereits Gehäuseeigenschaften aufzuweisen.
Die abschirmenden Eigenschaften der abschirmenden Kunststoffschicht sind dabei so eingestellt, dass eine optimale Abschirmung bei einer Umspritzung mit einer im Vergleich zum EMV Lack wesentlich dickeren Lage erfolgt.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erfolgt in mehreren Schritten. Der erste Schritt beinhaltet das Umspritzen der Platine 3 mit den der Elektronik 4 mit einem ersten Kunststoffmaterial.
In einem zweiten Schritt wird die Abschirmung 13 aufgebracht. In einem dritten Schritt wird die Abschirmung 13 von einer zweiten Kunststoffschicht umspritzt.
Der zweite Herstellungsschritt besitzt dabei erfindungsgemäß mehrere Varianten. Im zweiten Herstellungsschritt wird die Oberfläche 21 der ersten Kunststoffschicht vorbereitet. Diese Vorbereitung erfolgt einerseits durch eine Aktivierung von Strukturen 5, in denen die Beschichtung der Abschirmung nicht haftet. Die Beschichtung wird anschließend durch einen Tauchvorgang oder durch ein selektives aufbringen wie Drucken aufgebracht.
Der zweite Herstellungsschritt kann aber auch das Herstellen von Schlitzen 7 enthalten. Die Schlitze und die Oberfläche 21 zwischen den Schlitzen werden mit dem abschirmenden Lack gefüllt bzw. bedeckt.
Anschließend wird die Oberfläche 21 über einen Prägeschritt vorstrukturiert, wobei die Schlitze 7 zur Oberfläche hin geschlossen werden und die Oberfläche 21 vorstrukturiert wird. Damit wird die Rauigkeit der Oberfläche erhöht.
Der zweite Herstellungsschritt kann auch beide Varianten zusammen enthalten.
Bezugszeichenliste

1: Verbinder
2: Erdung
3: Platine
4: Elektronik
5: freigelassene Struktur
6: Gitterstruktur
7: Schlitze
11: Erste Kunststoffschicht
12: Zweite Kunststoffschicht
13: Abschirmung
14: Prägewerkzeug
15: Einprägung
21: Oberfläche
23: abschirmende Kunststoffschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 4016953 A1 [0004]

Claims

Bauteil mindestens bestehend aus elektronischen und/oder elektrischen Komponenten (4), die auf einer oder mehreren Platinen (3) montiert oder damit verbunden sind, wobei die Komponenten mit der Platine mit einer ersten und einer zweiten Kunststoffschicht (11, 12) umspritzt sind, und wobei mindestens eine Abschirmung (13) gegen elektromagnetische Strahlung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschirmung (13) Strukturen (5) vorhanden sind, die Kontaktstellen der ersten Kunststoffschicht (11) mit der zweiten Kunststoffschicht (12) darstellen.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (5) aus freigelassenen Stellen in der Abschirmung (13) bestehen.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (5) durch Vorbehandlung der Oberfläche (21) der ersten Kunststoffschicht (11) erzeugt sind.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (13) aus einer Gitterstruktur (6) besteht, die durch einen Beschichtungsprozess zwischen den Strukturen (5) herstellbar ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (6) mit einer Erdung (2) an der Platine (3) angebunden ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (6) Schlitze (7) in der Oberfläche (21) der ersten Kunststoffschicht (11) aufweist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (7) so dimensioniert sind, dass die Abschirmung (13) als Lack aufgebracht durch Kapillarwirkung in die Schlitze (7) eindringt.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (5) Einprägungen (15) enthalten.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach den vorhergehenden Ansprüchen gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Umspritzen der Platine (3) mit den der Elektronik (4) mit einem ersten Kunststoffmaterial (11), Aufbringen der Abschirmung (13), Überspritzen der Abschirmung (13) mit einer zweiten Kunststoffschicht (12).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei im zweiten Herstellungsschritt die Oberfläche (21) der ersten Kunststoffschicht vorbereitet wird durch eine Aktivierung von Strukturen (5), an denen die Beschichtung der Abschirmung (13) nicht haftet, und wobei die Beschichtung mit abschirmenden Material anschließend durch einen Tauchvorgang oder durch ein selektives Aufbringen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 wobei der zweite Herstellungsschritt aber das Herstellen von Schlitzen (7) enthält, wobei die Schlitze (7) und die Oberfläche (2)1 zwischen den Schlitzen mit dem abschirmenden Lack gefühlt bzw. bedeckt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11 wobei im zweiten Herstellungsschritt die Oberfläche (21) über einen Prägeschritt vorstrukturiert wird, wobei die Schlitze (7) zur Oberfläche hin geschlossen werden und die Oberfläche (21) im Bereich (5) vorstrukturiert wird.