DE102019220159A1

DE102019220159A1 - Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenmoduls sowie ein Leiterplattenmodul

Info

Publication number: DE102019220159A1
Application number: DE102019220159.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Guyenot; Dieter Amesoeder; Timo Herberholz; Alexander Klemm; Torsten Maenz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leiterplattenmodul und ein Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenmoduls, mit folgenden Schritten:- Bereitstellen einer Leiterplatte (1) mit Leiterbahnen (2) und mindestens einer Durchkontaktierung (3);- Aufbringen einer Freistellhülse (5) auf der Durchkontaktierung (3), so dass eine Durchgangsöffnung (31) der Durchkontaktierung (3) und die Freistellhülse (5) im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind;- Verkapseln der Leiterplatte (1) mit einem Verkapselungsmaterial 88), um das Leiterplattenmodul zu bilden, wobei in eine Innenausnehmung der Freistellhülse (5) kein Verkapselungsmaterial eindringt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft verkapselte Leiterplatten mit Durchkontaktierungen, insbesondere Durchkontaktierungen zum Einpressen eines Kontaktstifts.
Technischer Hintergrund
Allgemein können Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen z.B. durch Umspritzen verkapselt werden, um die Leiterplatte, die elektronischen Bauelemente und die gebildete elektronische Schaltung zu schützen. Ein solches Leiterplattenmodul weist in der Regel abstehende Kontaktstifte auf, die bei der Verkapselung nur teilweise umspritzt werden, so dass diese von dem Leiterplattenmodul hervorstehen. Auf diese Weise kann die elektronische Schaltung auf der Leiterplatte von außen kontaktiert werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 44 30 798 A1 ist ein Stanzgitter zum Verbinden von elektronischen Bauelementen bekannt, bei der das Stanzgitter sowohl zum mechanischen Befestigen als auch zum elektrischen Verbinden der auf dem Stanzgitter angebrachten elektrischen Bauelemente dient. Das Stanzgitter wird gemeinsam mit den darauf angebrachten Bauelementen mit einem isolierenden Kunststoff umspritzt.
Jedoch können Leiterplatten auch Durchkontaktierungen aufweisen, die für eine Kontaktierung von außen vorgesehen sind. Die Durchkontaktierungen sind metallisiert und dienen dazu, durch Einpressen Kontaktstifte aufzunehmen und diese elektrisch mit der Schaltung der Leiterplatte zu verbinden. Durch das Verkapseln der Leiterplatten werden jedoch die Durchkontaktierungen in das Verkapselungsmaterial eingebettet bzw. von diesem umschlossen, so dass eine externe Kontaktierung der elektronischen Schaltung über die Durchkontaktierungen nicht mehr möglich ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontaktierung eines Leiterplattenmoduls über eine Durchkontaktierung von extern auch nach dem Verkapseln der Leiterplatte zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenmoduls mit einer verkapselten Leiterplatte gemäß Anspruch 1 sowie durch das Leiterplattenmodul gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenmoduls vorgesehen, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen einer Leiterplatte mit Leiterbahnen und mindestens einer Durchkontaktierung;
- Aufbringen einer Freistellhülse auf der Durchkontaktierung, so dass eine Durchgangsöffnung der Durchkontaktierung und die Freistellhülse im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind;
- Verkapseln der Leiterplatte mit einem Verkapselungsmaterial, um das Leiterplattenmodul zu bilden, wobei in eine Innenausnehmung der Freistellhülse kein Verkapselungsmaterial eindringt.

Gemäß dem obigen Verfahren ist vorgesehen, die Leiterplatte vor dem Verkapseln mit einer Freistellhülse zu versehen, die auf eine Durchkontaktierung der Leiterplatte aufgesetzt wird, so dass die Durchkontaktierung bei einem nachfolgenden Spritzgussprozess nicht von dem Kapselungsmaterial überdeckt und/oder gefüllt wird. Nach dem Verkapseln der Leiterplatte kann so die Durchkontaktierung durch Einpressen eines Kontaktstiftes von extern kontaktiert werden.
Weiterhin kann das Aufbringen der insbesondere aus einem metallischen Material ausgebildeten Freistellhülse durch einen Lötprozess erfolgt.
Insbesondere kann die Durchkontaktierung zumindest teilweise von einer Verbindungsstruktur umgeben sein, wobei das Aufbringen der insbesondere aus einem metallischen Material ausgebildeten Freistellhülse durch einen Lötprozess an der Verbindungsstruktur erfolgt.
Weiterhin können bei dem Lötprozess elektronische Bauelemente und die Freistellhülse im Wesentlichen zeitgleich oder in einem Verfahrensschritt aufgebracht werden. Durch Vorsehen einer Freistellhülse aus einem lötbaren Metallmaterial kann diese gemeinsam mit einem SMT-Lötprozess, bei dem elektronische Bauelemente auf der Leiterplatte aufgebracht werden, auf der Leiterplatte montiert werden. Dadurch ist kein zusätzlicher Verfahrensschritt zum Anbringen der Freistellhülse notwendig.
Gemäß einer Ausführungsform kann auf einer der Freistellhülse gegenüberliegenden Seite vor dem Verkapseln ein Deckelelement aufgebracht werden, das die Durchgangsöffnung der Durchkontaktierung überdeckt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Verkapseln der Leiterplatte in einer Gussform erfolgt, wobei beim Einlegen der Leiterplatte in die Gussform ein abstehender Rand der Freistellhülse an einer Innenwand einer Kammer der Gussform anliegt, so dass beim Einbringen des Verkapselungsmaterial dieses nicht in die Innenausnehmung der Freistellhülse eindringt.
Insbesondere soll die Freistellhülse eine Höhe aufweisen, so dass die Oberseite der Freistellhülse mit der Innenwand einer Gussform eines Spritzwerkzeugs abdichtet, so dass kein Kapselungsmaterial ins Innere der Hülse gelangen kann.
Damit kann die Gussform ohne Kernzüge bereitgestellt werden, so dass eine solche Gussform mit geringerem Aufwand hergestellt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Leiterplattenmodul vorgesehen, umfassend:

- eine Leiterplatte mit Leiterbahnen und mindestens einer Durchkontaktierung;
- eine Freistellhülse, die auf der Durchkontaktierung angebracht ist, so dass eine Durchgangsöffnung der Durchkontaktierung und die Freistellhülse (5) im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind; und
- ein Verkapselungsmaterial, mit dem die Leiterplatte verkapselt ist, wobei in eine Innenausnehmung der Freistellhülse kein Verkapselungsmaterial vorhanden ist.

Figurenliste
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1a bis 1e Verfahrensstände zum Herstellen eines gekapselten Leiterplattenmoduls;
2 ein Flussdiagramm zu Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens für ein Leiterplattenmodul;
3 eine Draufsicht auf eine Durchkontaktierung mit einer die Durchkontaktierung umgebenden Verbindungsstruktur zum Aufbringen der Freistellhülse; und
4 eine Querschnittsansicht eines Leiterplattenmoduls mit einer Freistellhülse und einem gegenüberliegenden Deckelelement.

Beschreibung von Ausführungsformen
1a bis 1e zeigen Querschnittansichten von Verfahrensständen zur Herstellung eines gekapselten Leiterplattenmoduls, die in Verbindung mit dem Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Leiterplattenmoduls erreicht werden.
In Schritt S1 wird, wie in 1a dargestellt, eine Leiterplatte 1 bereitgestellt. Die Leiterplatte 1 weist Leiterbahnen 2 und mindestens eine Durchkontaktierung 1 auf. Die Leiterbahnen 2 können kann auf einer oder beiden Oberflächen der Leiterplatte sowie ggfs. auf einer Ebene im Inneren der Leiterplatte 1 angeordnet sein und dienen dazu elektronische Bauelemente elektrisch zu verbinden, um einen elektronischen Schaltkreis auszubilden.
Die Durchkontaktierung 3 kann eine metallisierte Durchgangsöffnung 31 durch die Leiterplatte 1 darstellen, wobei eine innere Mantelfläche der Durchgangsöffnung 31 zumindest teilweise mit leitfähigem Material versehen ist. Diese weist eine Dimension auf, so dass ein Anschlussstift für eine externe elektrische Verbindung in die Durchgangsöffnung 31 der Durchkontaktierung 3 eingepresst werden kann, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Anschlussstift und der Durchkontaktierung 3 zu schaffen. Die Durchkontaktierung 3 ist dazu mit mindestens einer der Leiterbahnen 2 auf bzw. in der Leiterplatte 1 verbunden.
Die Durchgangsöffnung 31 ist zumindest teilweise mit einer lötbaren Verbindungstruktur versehen.
In Schritt S2 werden, wie in 1b dargestellt, mithilfe z.B. eines SMD-Lötprozesses elektrische bzw. elektronische Bauelemente 4 auf die Leiterplatte 1 insbesondere auf mit den Leiterbahnen 2 verbundenen Lötpunkte aufgelötet. Im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Aufbringen der Bauelemente 4 wird auch eine Freistellhülse 5 über der Durchkontaktierung 3 aufgebracht, so dass die Durchkontaktierung 3 und die Freistellhülse 5 koaxial zueinander angeordnet sind.
In 3 ist eine Draufsicht der Durchkontaktierung 3 und einen die Durchkontaktierung 3 umgebende Verbindungsstruktur 6, die insbesondere als Lötkranz ausgebildet ist, dargestellt. Der Lötkranz dient dazu, die Freistellhülse 5 durch einen Lötprozess an der Leiterplatte 1 zu befestigen. Dazu ist die Freistellhülse 5 aus einem lötbaren Material ausgebildet, insbesondere aus einem Metallmaterial, vorzugsweise aus Kupfer.
In Schritt S3 wird, wie in 1c dargestellt, die zu verkapselnde Leiterplatte 1 in eine Gussform 7 eines Spritzwerkzeugs eingelegt. Das Spritzwerkzeug weist im Wesentlichen eine Kammer 71 auf, in die die Leiterplatte 1 eingelegt ist und in die das Verkapselungsmaterial, insbesondere ein verflüssigtes Kunststoffmaterial, Spritzgussmaterial oder ein sonstiges nicht-leitendes Verkapselungsmaterial, eingespritzt wird.
Die Kammer 71 ist so ausgebildet, dass beim Einlegen der Leiterplatte 1 diese in einer vorgegebenen Position gehalten wird, wobei bei Schließen der Kammer 71 die Oberkante der Freistellhülse 5, d.h. die von der Leiterplatte 1 abstehende Kante an einer Innenwand 72 der Kammer 71 anliegt, so dass beim Einspritzen von Verkapselungsmaterial 8 kein Verkapselungsmaterial ins Innere der Freistellhülse 5 gelangen kann.
In Schritt S4 wird nun, wie in 1d dargestellt, das Verkapselungsmaterial 8 in die Kammer eingespritzt, so dass die Leiterplatte 1 mit den darauf befindlichen Bauelementen 4 und der mindestens einen Freistellhülse 5 von dem Verkapselungsmaterial umschlossen wird.
In Schritt S5 wird, wie in 1e dargestellt, das verkapselte Leiterplattenmodul 10 aus der Gussform entnommen und kann nun mithilfe eines Anschlussstiftes 9 kontaktiert werden. Dazu kann der Anschlussstift 9 in die Durchkontaktierung 3 durch das Innere der Freistellhülse 5 eingepresst werden. Die Freistellhülse 5 kann vorzugsweise eine kreiszylindrische Form aufweisen, jedoch sind auch andere Formen der Freistellhülse 5, insbesondere Zylinder mit rechteckigem Querschnitt, möglich. Die Freistellhülse 5 muss lediglich eine Innendurchgangsöffnung aufweisen, durch die das Einpressen des Anschlussstiftes 9 in die Durchkontaktierung 3 möglich ist.
Um ein Eindringen von Spritzgussmaterial von der der Freistellhülse 5 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 1 zu verhindern, kann ein domförmiges oder tassenförmiges Deckelelement 11 vorgesehen sein, der auf der der Freistellhülse 5 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 1 in vergleichbarer Weise durch einen Lötprozess, insbesondere in einem gemeinsamen Lötprozess mit der Anordnung von Bauelementen 4, aufgebracht wird.
Das Deckelement 11 kann geschlossen ausgebildet sein und soll die Unterseite der Durchkontaktierung, d. h. die Seite, die der Anschlussseite der Durchkontaktierung 3 gegenüberliegt, abdecken. Das Deckelelement 3 kann ebenfalls aus einem lötbaren Material ausgebildet sein und während des SMD-Lötprozesses, d.h. während des Schritts S2 auf einer entsprechenden weiteren Verbindungsstruktur 12 um die Durchkontaktierung 3 aufgebracht werden. Dadurch ist es möglich, dass der Anschlussstift 9 nach dem Einpressen auf der der Anschlussseite gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 1 herausragt. Dies ermöglicht eine sicherere Verbindung des Anschlussstiftes 9 mit der Durchkontaktierung 3.
Das obige Verfahren ermöglicht ein zuverlässiges und vollständiges Offenhalten von Durchkontaktierungen 3 in beliebigen Leiterplattenmodulen 10, wodurch diese auch nach dem Umspritzen mit dem Verkapselungsmaterial 8 noch für die elektrische Kontaktierung zur Verfügung stehen.
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 4430798 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenmoduls, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Leiterplatte (1) mit Leiterbahnen (2) und mindestens einer Durchkontaktierung (3); - Aufbringen einer Freistellhülse (5) auf der Durchkontaktierung (3), so dass eine Durchgangsöffnung (31) der Durchkontaktierung (3) und die Freistellhülse (5) im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind; - Verkapseln der Leiterplatte (1) mit einem Verkapselungsmaterial (8), um das Leiterplattenmodul zu bilden, wobei in eine Innenausnehmung der Freistellhülse (5) kein Verkapselungsmaterial (8) eindringt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen der insbesondere aus einem metallischen Material ausgebildeten Freistellhülse (5) durch einen Lötprozess erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Durchkontaktierung (3) zumindest teilweise von einer Verbindungsstruktur (6) umgeben ist, wobei das Aufbringen der insbesondere aus einem metallischen Material ausgebildeten Freistellhülse (5) durch einen Lötprozess an der Verbindungsstruktur (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei bei dem Lötprozess elektronische Bauelemente (4) und die Freistellhülse (5) im Wesentlichen zeitgleich oder in einem Verfahrensschritt aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei auf einer der Freistellhülse (5) gegenüberliegenden Seite der Durchkontaktierung (3) vor dem Verkapseln ein Deckelelement (11) aufgebracht wird, das die Durchgangsöffnung (31) der Durchkontaktierung (3) überdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verkapseln der Leiterplatte (1) in einer Gussform erfolgt, wobei beim Einlegen der Leiterplatte (1) in die Gussform (7) ein abstehender Rand der Freistellhülse (5) an einer Innenwand einer Kammer (71) der Gussform (7) anliegt, so dass beim Einbringen des Verkapselungsmaterials (8) dieses nicht in die Innenausnehmung der Freistellhülse (5) eindringt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verkapselungsmaterial (8) auf beiden gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte (1) angeformt wird, wobei insbesondere das Deckelelement (11) in das Verkapselungsmaterial (8) gegenüberliebend zur Freistellhülse (5) hineinragt, um gegenüberliegend zur Innenausnehmung einen Freiraum für einen Anschlussstift (9) zu bilden
Leiterplattenmodul, umfassend: - eine Leiterplatte (1) mit Leiterbahnen (2) und mindestens einer Durchkontaktierung (3); - eine Freistellhülse (5), die auf der Durchkontaktierung (3) angebracht ist, so dass eine Durchgangsöffnung (31) der Durchkontaktierung (3) und die Freistellhülse (5) im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind; - ein Verkapselungsmaterial (8), mit dem die Leiterplatte (1) verkapselt ist, wobei in einer Innenausnehmung der Freistellhülse (5) kein Verkapselungsmaterial (8) vorhanden ist.
Leiterplattenmodul nach Anspruch 8, wobei gegenüberliegend zur Freistellhülse (5) ein Deckelelement (11) an der Leiterplatte (1) angeordnet ist, das die Durchkontaktierung (3) abdeckt, wobei insbesondere das Deckelelement (11) in das Verkapselungsmaterial (8) hineinragt, und gegenüberliegend zur Innenausnehmung einen Freiraum für einen Anschlussstift (9) bildet.