DE102017217815A1

DE102017217815A1 - Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Komponente, elektronische Komponente und Lötstopplack

Info

Publication number: DE102017217815A1
Application number: DE102017217815.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bock; Frieder Wittmann
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-04-11
Also published as: WO2019068461A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Komponente, insbesondere für einen Kraftwagen, mit den Schritten:
- Bereitstellen zumindest einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte (10);
- Aufbringen eines Lötstopplacks (16) auf zumindest einen Teilbereich der zumindest einen Leiterplatte (10), wobei der Lötstopplack (16) zumindest einen partikelförmigen Zuschlagstoff (20) umfasst;
- Einlegen der zumindest einen Leiterplatte (10) in ein Spritzgusswerkzeug;
- Umspritzen der Leiterplatte mit einem Kunststoff.
Die Erfindung betrifft ferner eine derart erhältliche elektronische Komponente sowie einen Lötstopplack (16) zur Verwendung in einem solchen Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Komponente, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie eine derart erhältliche elektronische Komponente und einen Lötstopplack zur Verwendung in einem solchen Verfahren.
Elektronische Komponenten, insbesondere Steuereinheiten und dergleichen, sind in Kraftwagen oftmals besonders harschen Umgebungsbedingungen ausgesetzt und müssen daher sowohl mechanischen Belastungen, thermischen Belastungen als auch chemischen Belastungen, wie beispielsweise durch Salzwasser, Schmiermittel, Öle und dergleichen standhalten können. Beispielsweise sind Komponenten zur Getriebesteuerung in der Regel im Inneren des Getriebegehäuses verbaut und gelangen dort in direkten Kontakt mit Getriebefluiden, und dies bei vergleichsweise hohen Betriebstemperaturen.
Um elektronische Komponenten vor solchen Einflüssen zu schützen, ist es bekannt, die Komponenten mit einer Kunststoffmasse zu umspritzen. Dies erfolgt im üblichen Spritzgussverfahren, auch als sogenanntes „Overmolding“ bekannt.
Auf den für solche Komponenten verwendeten Leiterplatten ist üblicherweise ein Lötstopplack vorgesehen. Dieser sorgt dafür, dass beim Verlöten von elektronischen Bauteilen mit der Leiterplatte, beispielsweise durch Reflow-, Tauch- oder Schwalllöten, das Lot nur in die gewünschten Bereiche fließt und die mit dem Lötstopplack abgedeckten Bereiche frei von Lot bleiben.
Beim Umspritzen der Komponente mit der Kunststoffmasse kommt diese also in Kontakt mit dem Lötstopplack. Dabei hat es sich herausgestellt, dass die Haftung zwischen Lötstopplack und Kunststoffmasse deutlich schlechter ist als die Haftung zwischen dem Leiterplattenbasismaterial und der Kunststoffmasse.
Die Verwendung üblicher Lötstopplacke beeinträchtigt daher die mechanische Haltbarkeit einer mit Kunststoff umspritzten elektronischen Komponente.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Komponente, sowie einen Lötstopplack bereitzustellen, mittels welchen besonders stabile und haltbare elektronische Komponenten geschaffen werden können. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche elektronische Komponente bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine elektronische Komponente mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und einen Lötstopplack mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Ein derartiges Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Komponente, insbesondere für einen Kraftwagen, umfasst also die Schritte:

- Bereitstellen zumindest einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte;
- Aufbringen eines Lötstopplacks auf zumindest einen Teilbereich der zumindest einen Leiterplatte, wobei der Lötstopplack zumindest einen partikelförmigen Zuschlagstoff umfasst;
- Einlegen der zumindest einen Leiterplatte in ein Spritzgusswerkzeug;
- Umspritzen der Leiterplatte mit einem Kunststoff.

Durch den partikelförmigen Zuschlagstoff wird zum einen die Oberfläche des zumindest einen mit dem Lötstopplacks bedeckten Teilbereichs vergrößert und zum anderen die Oberflächenrauigkeit in diesem Teilbereich erhöht. Beides führt, verglichen mit einem konventionellen Lötstopplack, zu einer verbesserten Haftung des angespritzten Kunststoffs, so dass eine mechanisch besonders stabile und haltbare elektronische Komponente erhalten wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein partikelförmiger Zuschlagstoff mit einer Korngröße von 5 µm bis 50 pm, bevorzugt von 10 µm bis 30 pm, verwendet.
Die Korngröße kann dabei an die Schichtdicke, mit der der Lötstopplack aufgetragen wird, angepasst werden, so dass die gewünschte Oberflächenvergrößerung und damit die verbesserte Haftung des Kunststoffs immer gewährleistet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein partikelförmiger Zuschlagstoff aus Glas und/oder Keramik verwendet.
Durch die Verwendung derartiger dielektrischer Materialien wird sichergestellt, dass die elektrisch isolierenden Eigenschaften des Lötstopplacks erhalten bleiben.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Lötstopplack verwendet, der von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, bevorzugt von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des partikelförmigen Zuschlagstoffs enthält.
In diesem Zusammensetzungsbereich bleibt die eigentliche Funktion der Lötstopplacks, sowie dessen einfache Verarbeitbarkeit beim Auftragen erhalten, während andererseits die gewünschte Oberflächenvergrößerung und Oberflächenaufrauhung sichergestellt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Lötstopplack auf Epoxidharzbasis, umfassend ein Grundmaterial aus einem Epoxidharz mit einem Gewichtsanteil von zumindest 5 Gew.-%, verwendet.
Solche Harze sind besonders einfach zu verarbeiten und stabil gegenüber den Umwelteinflüssen, denen die fertige elektronische Komponente ausgesetzt ist. Der Auftrag des Lötstopplacks kann dabei beispielsweise durch Siebdruck, Sprühen, Vorhanggießen oder durch Walzenauftrag erfolgen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Lötstopplack mit einer Schichtdicke von 25 µm bis 50 pm, bevorzugt von 25 µm bis 35 µm auf Leiterbahnen, und mit einer Schichtdicke von mehr als 5pm an Leiterzugkanten, aufgebracht.
Bei einer solchen Schichtdicke kann sichergestellt werden, dass der Lötstopplack sowohl seine Funktion für die Begrenzung der Ausbreitung des Lotes erfüllt, als auch gleichzeitig eine gute elektrische Isolierung für die bedeckten Bereiche der Leiterplatte bietet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Lötstopplack verwendet, welche eine Temperaturbeständigkeit bis zu einer Temperatur von zumindest 175 °C und/oder eine Druckbeständigkeit bis zu einem Druck von zumindest 65 bar aufweist.
Hierdurch wird gewährleistet, dass der Lötstopplack unter den Bedingungen des Anspritzens der Kunststoffmasse nicht abgelöst oder angegriffen wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Leiterplatte mit einem Thermoplasten umspritzt wird.
Alternativ ist auch die Verwendung eines Duroplasten möglich. Der jeweils zu verwendende Kunststoff kann an die späteren Einsatzbedingungen der elektronischen Komponente angepasst werden, um immer eine besonders gute Haltbarkeit sicherzustellen.
Die Erfindung betrifft ferner eine elektronische Komponente, insbesondere für einen Kraftwagen, mit einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte, auf welche zumindest bereichsweise ein Lötstopplack aufgebracht ist, welcher zumindest einen partikelförmigen Zuschlagstoff umfasst, und welche mit einem Kunststoff umspritzt ist.
Auch hier kommen die bereits anhand des Verfahrens beschriebenen Vorteile zum Tragen.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Lötstopplack, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren der beschriebenen Art, umfassend ein Grundmaterial sowie zumindest einen partikelförmigen Zuschlagstoff.
Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, kann auf einen derartigen Lötstopplack eine Kunststoffmasse angespritzt werden, ohne dass der Lötstopplack nachteilige Effekte auf die Haftung der Kunststoffmasse hervorruft.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der partikelförmige Zuschlagstoff eine Korngröße von 5 µm bis 50 pm, bevorzugt von 10 µm bis 30 pm, auf.
Die Korngröße kann dabei an die Schichtdicke, mit der der Lötstopplack aufgetragen wird, angepasst werden, so dass die gewünschte Oberflächenvergrößerung und damit die verbesserte Haftung des Kunststoffs immer gewährleistet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der partikelförmige Zuschlagstoff aus Glas und/oder Keramik.
Durch die Verwendung derartiger dielektrischer Materialien wird sichergestellt, dass die elektrisch isolierenden Eigenschaften des Lötstopplacks erhalten bleiben.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Lötstopplack von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, bevorzugt von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des partikelförmigen Zuschlagstoffs.
In diesem Zusammensetzungsbereich bleibt die eigentliche Funktion des Lötstopplacks, sowie dessen einfache Verarbeitbarkeit beim Auftrag erhalten, während andererseits die gewünschte Oberflächenvergrößerung und Oberflächenaufrauhung sichergestellt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Grundmaterial ein Lack auf Epoxidharzbasis, umfassend ein Grundmaterial aus einem Epoxidharz mit einem Gewichtsanteil von zumindest 5 Gew.-%.
Solche Harze sind besonders einfach zu verarbeiten und stabil gegenüber den Umwelteinflüssen, denen die fertige elektronische Komponente ausgesetzt ist. Der Auftrag des Lötstopplacks kann dabei beispielsweise durch Siebdruck, Sprühen, Vorhanggießen oder durch Walzenauftrag erfolgen.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

1 einen schematischen Schnitt durch eine Leiterplatte für eine elektronische Komponente nach dem Stand der Technik;
2 einen vergrößerten Ausschnitt der Leiterplatte nach 1;
3 einen schematischen Schnitt durch eine Leiterplatte für eine elektronische Komponente nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 einen vergrößerten Ausschnitt der Leiterplatte nach 3.

Eine Leiterplatte 10 für eine elektronische Komponente für einen Kraftwagen, beispielsweise für eine Getriebesteuerung, umfasst einen Grundkörper 12, auf welchem Leiterbahnen 14 aus Kupfer aufgebracht sind. Die Leiterplatte 10 trägt ferner elektronische Bauelemente, welche in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Bei der Leiterplatte 10 handelt es sich bevorzugt um eine starre Leiterplatte, deren Grundkörper 12 beispielsweise aus mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten oder Polyimid bestehen kann. Eine Schichtdicke des Grundkörpers 12 beträgt dabei bevorzugt von 0,8 mm bis 1,6 mm, besonders bevorzugt von 1,2 mm bis 1,6 mm. Selbstverständlich können im Rahmen des beschriebenen Verfahrens auch andere Arten von Leiterplatten, wie semi-flexible Leiterplatten oder konventionelle flexible Leiterplatten verwendet werden.
Bei den in den Figuren gezeigten Beispielen ist die Leiterplatte 10 einschichtig, sie kann jedoch auch mehrschichtig ausgebildet sein, also mehrere Lagen von Leiterbahnen 14 umfassen, die in den Grundkörper 12 eingebettet und auf dessen Oberfläche angeordnet sein können.
Auf die Leiterplatte 10 ist bereichsweise ein Lötstopplack 16 aufgebracht. Bevorzugt wird dabei ein Lötstopplack 16 auf Epoxidbasis verwendet. Ein solcher Lötstopplack verhindert, dass sich beim Reflow-, Tauch- oder Schwalllöten das Lot auf nicht zu verlötenden Bereichen der Leiterplatte 10 ausbreitet. Der Lötstopplack 16 kann beispielsweise durch Siebdruck, Schlitzgießen, Sprühen, Tintenstrahldrucken oder dergleichen aufgebracht werden.
Um die Leiterplatte 10 und deren elektronische Bauelemente vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise vor dem Kontakt mit Salzwasser, Getriebeölen oder dergleichen, zu schützen, wird die Leiterplatte 10 zumindest einseitig mit einem Kunststoff umspritzt.
Bei der Verwendung eines konventionellen Lötstopplacks 16, wie in den 1 und 2 dargestellt, kommt der Kunststoff dabei in Kontakt mit einer glatten Oberfläche 18 des Lötstopplacks 16. Dies führt zu einer relativ schlechten Haftung des Kunststoffs, so dass sich dieser unter mechanischer Beanspruchung ablösen kann.
Um dem entgegenzuwirken, wird, wie in den 3 und 4 dargestellt, der Lötstopplack 16 mit Partikeln 20 als Zuschlagstoff versetzt. Die Partikel 20 führen zu einer Vergrößerung und einer Aufrauung der Oberfläche 18 des Lötstopplacks 16. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Haftung zwischen Lötstopplack 16 und dem angespritzten Kunststoff und damit zu einer besonders guten Haltbarkeit der resultierenden elektronischen Komponente.
Die Partikel 20 können beispielsweise aus Glas oder aus einer Keramik oder aus ähnlichen dielektrischen Materialien bestehen und weisen eine Korngröße von 5 µm bis 50 pm, bevorzugt von 10 µm bis 30 pm, auf. Unter der Korngröße wird dabei, insbesondere beim Vorliegen von Partikeln 20 mit unterschiedlicher Größe, die mittlere Korngröße d50 in der Größenverteilung, verstanden. Im gezeigten Beispiel sind die Partikel 20 unregelmäßig geformt, es können jedoch auch andere Korngeometrien, wie beispielsweise sphärische, oblate, prolate, plättchenförmige, flockenförmige oder kristalline Partikel 20 verwendet werden.
Bevorzugt enthält der Lötstopplack von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des partikelförmigen Zuschlagstoffs.
Vorzugsweise wird ein Lötstopplack 16 verwendet, die eine Temperaturstabilität bis zu Temperaturen von zumindest 175°C und eine Druckstabilität bis zu einem Druck von zumindest 65 Bar aufweist, sodass der Lötstopplack 16 unter den Bedingungen des Spritzgießens stabil bleibt. Hierfür eignen sich beispielsweise Lacke auf der Basis von Epoxidharz.
Durch das beschriebene Verfahren kann die Leiterplatte 10 zuverlässig verkapselt und so vor Umwelteinflüssen geschützt werden, ohne dass es zu Beeinträchtigungen ihrer mechanischen oder chemischen oder thermischen Stabilität kommt.
Das beschriebene Verfahren kann bei Leiterplatten 10 Anwendung finden, die als Einzelstücke zur Verfügung gestellt werden. Gerade bei der Verwendung von flexiblen Leiterplatten ist es jedoch auch möglich, die Leiterplatten 10 als Endlosmaterial bereitzustellen, hierbei die individuell zu verwendenden Bereiche der Leiterplatte 10 sequenziell zu umspritzen und die individuellen Leiterplatten nach dem Umspritzen durch Stanzen, Schneiden oder dergleichen abzutrennen.
Insgesamt wird so ein Verfahren geschaffen, mittels welchem besonders haltbare Leiterplatten 10 mit guter mechanischer Haltbarkeit und hoher Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen bereitgestellt werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Komponente, insbesondere für einen Kraftwagen, mit den Schritten: - Bereitstellen zumindest einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte (10); - Aufbringen eines Lötstopplacks (16) auf zumindest einen Teilbereich der zumindest einen Leiterplatte (10), wobei der Lötstopplack (16) zumindest einen partikelförmigen Zuschlagstoff (20) umfasst; - Einlegen der zumindest einen Leiterplatte (10) in ein Spritzgusswerkzeug; - Umspritzen der Leiterplatte mit einem Kunststoff.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein partikelförmiger Zuschlagstoff (20) mit einer Korngröße von 5 µm bis 50 pm, bevorzugt von 10 µm bis 30 pm, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem ein partikelförmiger Zuschlagstoff (20) aus Glas und/oder Keramik verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem ein Lötstopplack (16) verwendet wird, der von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, bevorzugt von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des partikelförmigen Zuschlagstoffs (20) enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem ein Lötstopplack (16) auf Epoxidharzbasis verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Lötstopplack (16) mit einer Schichtdicke von 25 µm bis 50 pm, bevorzugt von 25 µm bis 35 pm, aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Lötstopplack (16) verwendet wird, welche eine Temperaturbeständigkeit bis zu einer Temperatur von zumindest 175 °C und/oder eine Druckbeständigkeit bis zu einem Druck von zumindest 65 bar aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Leiterplatte (10) mit einem Thermoplasten umspritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Leiterplatte (10) mit einem Duroplasten umspritzt wird.
Elektronische Komponente, insbesondere für einen Kraftwagen, mit einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte (10), auf welche zumindest bereichsweise ein Lötstopplack (16) aufgebracht ist, welcher zumindest einen partikelförmigen Zuschlagstoff (20) umfasst, und welche mit einem Kunststoff umspritzt ist..
Lötstopplack (16), insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend ein Grundmaterial sowie zumindest einen partikelförmigen Zuschlagstoff (20).
Lötstopplack (16) nach Anspruch 11, bei welchem der partikelförmige Zuschlagstoff (20) eine Korngröße von 5 µm bis 50 pm, bevorzugt von 10 µm bis 30 pm, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der partikelförmige Zuschlagstoff (20) aus Glas und/oder Keramik besteht.
Lötstopplack (16) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, der von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, bevorzugt von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des partikelförmigen Zuschlagstoffs (20) enthält.
Lötstopplack (16) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welchem das Grundmaterial ein Lack auf Epoxidharzbasis ist.