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Die Erfindung betrifft einen Leadframe einer elektronischen Komponente sowie ein Verfahren zur Ummantelung eines Leadframes einer elektronischen Komponente, wobei der Leadframe eine zweischichtige Ummantelung umfasst und die zweischichtige Ummantelung eine erhöhte Haftkraft zwischen den beiden Schichten der Ummantelung aufweist.
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Elektronische Komponenten für integrierte mechatronische Steuerungen, insbesondere Steuergeräte, die in einem Getriebe oder Motorraum eines Kraftfahrzeugs verbaut werden, weisen eine Vielzahl elektronischer Bauteile auf, welche außerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Diese Bauteile bilden eine externe Peripherie der elektronischen Komponente und umfassen beispielsweise Sensoren, Fahrzeugstecker oder dergleichen. Zur elektronischen Kontaktierung der externen Peripherie mit einem elektronischen Modul im Inneren des Gehäuses kommen in der Regel Leadframes zum Einsatz.
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Die externe Peripherie und das elektrische Modul sind im Getriebe oder Motorraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Im Getriebe und/oder Motorraum sind in der Regel Schmierstoffe, wie vorzugsweise Getriebe- oder Motoröl, angeordnet. Zudem können in dem Getriebe metallische Späne und/oder Getriebeabrieb vorhanden sein. Aufgrund der Anordnung der externen Peripherie und dem elektrischen Modul im Getriebe oder Motorraum eines Kraftfahrzeugs, werden erhöhte Anforderungen an die Dichtigkeit der Leadframes gestellt, um eine Korrosion der Leadframes und/oder eine Beschädigung der Leadframes zu vermeiden.
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Um dieser erhöhten Dichtigkeit gerecht zu werden, weisen die Leadframes in der Regel eine zweischichtige Ummantelung auf. Demnach ist vorgesehen, dass ein Leadframe in der Regel mit einem Thermoplast umspritzt wird, und somit ein Vorumspritzling ausgebildet wird. Anschließend wird an diesen Vorumspritzling in einem zweiten Spritzvorgang eine Hauptumspritzung aufgetragen. Problematisch bei der zweischichtigen Ummantelung der Leadframes ist, dass diese zu einer Spaltbildung zwischen dem Vorumspritzling und der Hauptumspritzung neigen können. In diesen Spalt kann Getriebeöl eindringen und zu einem elektrischen Ausfall der elektronischen Komponente führen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Ummantelung von Leadframes einer elektronischen Komponente bereitzustellen, mit dem eine Spaltbildung zwischen den Schichten der Ummantelung des Leadframes reduziert werden kann, sowie einen entsprechenden Leadframe für eine elektronische Komponente anzugeben, der eine erhöhte Dichtigkeit aufweist.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe bezüglich des Leadframes wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann. Dabei ist es vorgesehen, das Merkmale des Verfahrens mit den Merkmalen des Leadframes oder Merkmale des Leadframes mit den Merkmalen des Verfahrens sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander kombiniert werden können.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Ummantelung von Leadframes einer elektronischen Komponente vorgesehen, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Leadframes aus einem elektrisch leitfähigen Material;
- - Umspritzen des Leadframes mit einer nicht leitfähigen ersten Spritzgusskomponente, wodurch ein Vorumspritzling bereitgestellt wird;
- - Aktivieren der Oberfläche des Vorumspritzlings mittels Plasma;
- - Umspritzen des Vorumspritzlings mit einer zweiten Spritzgusskomponente, also einer Hauptumspritzung.
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Mit anderen Worten ist es ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass zwischen den beiden bekannten Verfahrensschritten zur Ummantelung eines Leadframes, nämlich dem Umspritzen des Leadframes mit einer nicht leitfähigen ersten Spritzgusskomponente und dem Umspritzen des Vorumspritzlings mit einer zweiten Spritzgusskomponente, der Verfahrensschritt eingefügt ist, dass die Oberfläche des Vorumspritzlings mittels Plasma aktiviert wird.
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Ein Plasma ist ein reaktives Gas, welches aus freien energiereichen Elektroden, Ionen und Neutralteilchen besteht. Durch Anregung der Atome und Moleküle im Plasma entsteht Strahlung in einem Bereich von Infrarot bis UV. Durch die Plasmaaktivierung werden die chemischen Bindungen an der Oberfläche der ersten Spritzgusskomponente aufgebrochen und Radikalstellen können sich auf der Oberfläche ausbilden. Die Ursache für die Ausbildung der Radikalstellen ist insbesondere die ionisierende Wirkung der Strahlung des Plasmas auf die Oberfläche der ersten Spritzgusskomponente. Diese UV-Strahlung spaltet Molekülbindungen ab. Die Radikalstellen weisen unbesetzte Bindungen auf, die sie schnellstmöglich wieder füllen wollen. Sie sind deshalb hochreaktiv, denn sie reagieren sofort mit dem nächsten Teilchen in ihrem Einflussbereich, das zu der offenen Bindung passt.
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Im Anschluss an die Plasmaaktivierung der Oberfläche des Vorumspritzlings wird die zweite Spritzgusskomponente auf die plasmaaktivierte Oberfläche des Vorumspritzlings aufgebracht und mit dieser stoffschlüssig verbunden. Durch die Ausbildung der Radikalstellen auf der Oberseite des Vorumspritzlings kann mit der zweiten Spritzgusskomponente eine erhöhte Verbindungswirkung zwischen der ersten Spritzgusskomponente und der zweiten Spritzgusskomponente erzielt werden. Die zweite Spitzgusskomponente bildet die Hauptumspritzung aus, die die endgültige Form des Leadframes definiert. Auf diese Weise wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leadframes einer elektronischen Komponente bereitgestellt, bei dem die Spaltbildung zwischen dem Vorumspritzling und der Hauptumspritzung reduziert ist. Somit kann die Gefahr von korrosiven Schädigungen des Leadframes reduziert und/oder vermieden werden.
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Die elektronische Komponente ist vorzugsweise eine integrierte mechatronische Steuerung, insbesondere ein Steuergeräte, die in einem Getriebe oder Motorraum eines Kraftfahrzeugs verbaut wird. Sie weist eine Vielzahl elektronischer Bauteile auf, welche außerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Diese Bauteile bilden eine externe Peripherie der elektronischen Komponente und umfassen beispielsweise Sensoren, Fahrzeugstecker oder dergleichen. Über den Leadframe wird die externe Peripherie mit einem elektronischen Modul im Inneren eines Gehäuses elektrisch leitend verbunden.
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Der Leadframe ist vorzugsweise ein metallischer Leiter. Besonders bevorzugt weist der Leadframe Kupfer auf und/oder ist als verzinktes Kupferstanzteil ausgebildet. Derartige Leadframes weisen eine erhöhte Stromtragfähigkeit auf, um eine externe Peripherie mit einem Schaltungsträger in einem Gehäuseinneren elektrisch leitend zu verbinden. Zudem ist ein derartiger Leadframe preiswert herstellbar, sodass Herstellungskosten reduziert werden können.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Vorumspritzlings vor der Plasmaaktivierung gereinigt wird. Auf der Oberfläche der ersten Spritzgusskomponente können sich Kohlenwasserstoffe als Rückstände von Fetten, Ölen oder Trennmitteln anlagern. Diese Rückstände können die Haftung mit der zweiten Spritzgusskomponente reduzieren. Durch die Reinigung der Oberfläche kann die Haftverbindung zwischen der ersten Spritzgusskomponente des Vorumspritzlings und der zweiten Spritzgusskomponente erhöht werden. Eine Spaltbildung zwischen dem Vorumspritzling und der zweiten Spritzgusskomponente kann auf diese Weise reduziert werden.
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In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Oberfläche des Vorumspritzlings plasmagereinigt und/oder chemisch gereinigt wird. Mittels der Plasmareinigung, vorzugsweise im Sauerstoffplasma, können Kohlenwasserstoffe auf der Oberfläche des Vorumspritzlings entfernt werden. Öle, Fette oder Trennmittel, die Additive enthalten, können im Sauerstoffplasma nicht immer rückstandsfrei entfernt werden. Somit können sich an der Oberfläche der ersten Spritzgusskomponente anhaftende feste Oxide bilden. Diese können vorzugsweise in einem nachgeschalteten chemischen Reinigungsprozess beseitigt werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Vorumspritzling in das chemische Reinigungsmedium eingetaucht wird, und/oder das chemische Reinigungsmedium auf den Vorumspritzling aufgespritzt wird. Auf diese Weise kann durch die Plasmareinigung und/oder chemische Reinigung der Oberfläche des Vorumspritzlings die Haftreibung zwischen dem Vorumspritzling und der zweiten Spritzgusskomponente erhöht werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Vorumspritzling und/oder die Oberfläche des Vorumspritzlings nach der Plasmaaktivierung erwärmt wird. In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Vorumspritzling und/oder die Oberfläche des Vorumspritzlings nach der Plasmaaktivierung auf die Spritztemperatur der ersten Spritzgusskomponente erwärmt wird. Durch das Erwärmen der Oberfläche des Vorumspritzlings kann diese aufgeweicht werden, sodass diese mit der erwärmten zweiten Spritzgusskomponente eine erhöhte stoffschlüssige Verbindung eingeht. Somit kann die Spaltbildung zwischen der ersten Spritzgusskomponente und der zweiten Spritzgusskomponente reduziert werden.
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Es ist denkbar, dass die erste Spritzgusskomponente gleich der zweiten Spritzgusskomponente ist. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die erste Spritzgusskomponente verschieden von der zweiten Spritzgusskomponente ist. Auf diese Weise kann vorzugsweise die erste Spritzgusskomponente eine Komponente sein, die eine erhöhte Materialelastizität und/oder Materialdehnbarkeit aufweist. Die zweite Komponente kann vorzugsweise eine Komponente sein, die eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse aufweist, um vorzugsweise Beschädigungen durch Metallspäne oder metallischen Getriebeabrieb entgegenzuwirken. Somit kann die Robustheit des Leadframes erhöht werden.
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In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die erste Spritzgusskomponente ein Kunststoff ist und die zweite Komponente eine von dem ersten Kunststoff verschiedenen zweiten Kunststoff aufweist. Der erste Kunststoff und/oder der zweite Kunststoff können jeweils vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff sein, die jeweils voneinander verschieden ausgebildet sind und/oder verschiedene Eigenschaften aufweisen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Spritzgusskomponente gegenüber der zweiten Spritzgusskomponente eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist.
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Die Erfindung betrifft zudem einen Leadframe einer elektronischen Komponente zur Verbinden einer externen Peripherie mit einem elektronischen Modul, aufweisend einen leitfähigen Leadframe, der mit einer nichtleitfähigen ersten Spritzgusskomponente ummantelt ist, und einer auf der ersten Spritzgusskomponente zumindest bereichsweise angeordneten zweiten Spritzgusskomponente, wobei die der zweiten Spritzgusskomponente zugewandte Oberseite der ersten Spritzgusskomponente zumindest bereichsweise plasmaaktiviert ist.
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Abschließend betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Leadframes in einer elektronischen Komponente eines Steuergeräts zum Verbinden einer externen Peripherie mit einem elektronischen Modul.
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Das Steuergerät ist vorzugsweise eine integrierte mechatronische Motor- und/oder Getriebesteuerung.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Der Anmelder behält sich vor, einzelne oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 ein Verfahren zur Ummantelung von Leadframes einer elektronischen Komponente gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 das Verfahren zur Ummantelung der Leadframes einer elektronischen Komponente, wobei die Oberfläche einer den Leadframe umgebenden ersten Spritzgusskomponente gereinigt wird, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 das Verfahren zur Ummantelung von Leadframes, wobei die Oberfläche der ersten Spritzgusskomponente erwärmt wird, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist ein Verfahren zur Ummantelung von Leadframes einer elektronischen Komponente gezeigt. Die elektronische Komponente ist eine integrierte mechatronische Steuerung, insbesondere ein Steuergeräte, die in einem Getriebe oder Motorraum eines Kraftfahrzeugs verbaut wird. Sie weist eine Vielzahl elektronischer Bauteile auf, welche außerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Diese Bauteile bilden eine externe Peripherie der elektronischen Komponente und umfassen beispielsweise Sensoren, Fahrzeugstecker oder dergleichen. Über einen oder mehrere Leadframes wird die externe Peripherie mit einem elektronischen Modul im Inneren eines Gehäuses elektrisch leitend verbunden.
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Das Verfahren umfasst vier Schritte. In einem ersten Schritt 100 wird ein Leadframe aus einem elektrisch leitfähigen Material bereitgestellt. Der Leadframe ist ein metallischer Leiter, der vorzugsweise Kupfer aufweist. Ein derartiger Leadframe weist eine erhöhte Stromtragfähigkeit auf, um eine externe Peripherie mit einem Schaltungsträger in einem Gehäuseinneren elektrisch leitend zu verbinden. Zudem ist ein derartiger Leadframe preiswert herstellbar, sodass Herstellungskosten reduziert werden können.
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In einem zweiten Schritt 110 wird der Leadframe mit einer nicht leitfähigen ersten Spritzgusskomponente umspritzt, wodurch ein Vorumspritzling bereitgestellt wird. Die erste Spritzgusskomponente ist ein thermoplastischer Kunststoff. Auf diese Weise kann eine erste nicht leitende Schutzschicht bereitgestellt werden, um den Leadframe bzw. den elektrischen Leiter vor korrosiven Medien, wie vorzugsweise Motor- und/oder Getriebeöl, zu schützen.
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In einem dritten Schritt 120 wird die Oberfläche des Vorumspritzlings mittels Plasma aktiviert. Das Plasma ist ein reaktives Gas, welches aus freien energiereichen Elektronen, Ionen und Neutralteilchen besteht. Durch Anregung der Atome und der Moleküle im Plasma entsteht Strahlung in einem Bereich von Infrarot bis UV. Durch die Plasmaaktivierung werden die chemischen Bindungen an der Oberfläche der ersten Spritzgusskomponente aufgebrochen und Radikalstellen können sich auf der Oberfläche ausbilden. Die Ursache für die Ausbildung der Radikalstellen ist insbesondere die ionisierende Wirkung der UV-Strahlung des Plasmas auf die Oberfläche der ersten Spritzgusskomponente. Diese UV-Strahlung spaltet Molekülbindungen ab. Die Radikalstellen weisen unbesetzte Bindungen auf, die sich schnellstmöglich wieder füllen wollen. Sie sind deshalb hochreaktiv, denn sie reagieren sofort mit dem nächsten Teilchen in ihrem Einflussbereich, das zu der offenen Bindung passt.
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In einem vierten Schritt wird die zweite Spritzgusskomponente auf die plasmaaktivierte Oberfläche des Vorumspritzlings aufgebracht und mit dieser stoffschlüssig verbunden. Die zweite Spritzgusskomponente ist eine Hauptumspritzung, durch die die endgültige Form des Leadframes definiert wird. Durch die Ausbildung der Radikalstellen auf der Oberseite des Vorumspritzlings kann mit der zweiten Spritzgusskomponente eine erhöhte Verbindungswirkung zwischen der ersten Spritzgusskomponente und der zweiten Spritzgusskomponente erzielt werden. Auf diese Weise wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leadframes einer elektronischen Komponente bereitgestellt, bei dem die Spaltbildung zwischen dem Vorumspritzling und der Hauptumspritzung reduziert ist. Somit kann die Gefahr von korrosiven Schädigungen des Leadframes reduziert und/oder vermieden werden.
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In 2 ist das aus 1 bekannte Verfahren zur Ummantelung von Leadframes einer elektronischen Komponente gezeigt, wobei das Verfahren in 2 nunmehr einen weiteren Verfahrensschritt aufweist. In einem fünften Verfahrensschritt, der zwischen dem zweiten Verfahrensschritt und dem dritten Verfahrensschritt angeordnet ist, wird die Oberfläche des Vorumspritzlings vor der Plasmaaktivierung gereinigt. Auf der Oberfläche der ersten Spritzgusskomponente können sich Kohlenwasserstoffe als Rückstände von Fetten, Ölen oder Trennmittel anlagern. Diese Rückstände können die Haftung mit der zweiten Spritzgusskomponente reduzieren. Durch die Reinigung der Oberfläche kann die Haftverbindung zwischen der ersten Spritzgusskomponente des Vorumspritzlings und der zweiten Spritzgusskomponente erhöht werden. Die Reinigung ist vorzugsweise eine Plasmareinigung und/der eine chemische Reinigung. Die Gefahr einer Spaltbildung zwischen dem Vorumspritzling und der zweiten Spritzgusskomponente kann auf diese Weise zusätzlich reduziert werden.
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In 3 ist das aus 2 bekannte Verfahren um einen weiteren Verfahrensschritt modifiziert. In einem sechsten Verfahrensschritt 150, der dem dritten Verfahrensschritt 120 nachgeordnet ist, ist vorgesehen, dass der Vorumspritzling und/oder die Oberfläche des Vorumspritzlings nach der Plasmaaktivierung erwärmt wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Vorumspritzling und/oder die Oberfläche des Vorumspritzlings nach der Plasmaaktivierung auf die Spritztemperatur der ersten Spritzgusskomponente erwärmt wird. Durch das Erwärmen der Oberfläche des Vorumspritzlings kann ein erhöhter stoffschlüssiger Verbund mit der zweiten Spritzgusskomponente erzielt werden, sodass die Spaltbildung zwischen der ersten Spritzgusskomponente und der zweiten Spritzgusskomponente reduziert werden kann.
