DE102020207986A1 - Verfahren zur Verkapselung elektrischer Bauteile, Verkapselungsmaterial zur Verwendung in diesem Verfahren sowie verkapseltes elektrisches Bauteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verkapselten elektrischen Bauteils (1), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst:(i) Bereitstellen eines Verkapselungsmaterials (10), umfassend mindestens ein härtbares, elektrisch isolierendes Matrixmaterial (11) und mindestens ein partikuläres Additiv, welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld (30) wechselwirken kann,wobei das partikuläre Additiv eine Vielzahl von Additivpartikeln (12) umfasst und wobei die die Additivpartikel (12) ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel (12) zu Länge der Additivpartikel (12) von mehr als 1:1 aufweisen;(ii) Aufbringen des Verkapselungsmaterials (10) auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des elektrischen Bauteils (2), um so ein Komposit (3) zu erhalten;(iii) Einbringen des in Verfahrensschritt (ii) erhaltenen Komposits (3) in ein elektrisches und/oder magnetisches Feld (30), um so die Additivpartikel (12) in dem härtbaren Matrixmaterial (11) mindestens teilweise auszurichten oder zu orientieren; und(iv) Härten des härtbaren Matrixmaterials (11), um die ausgerichteten Additivpartikel (12) im Matrixmaterial (11) zu fixieren.Die Erfindung betrifft auch ein Verkapselungsmaterial (10) sowie dessen Verwendung zur Verkapselung elektrischer Bauteile (2) und die so erhaltenen verkapselten elektrischen Bauteile (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verkapselten elektrischen Bauteils mit erhöhten Barriereeigenschaften gegenüber der Diffusion von umgebenden Medien, wie Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Bauteile, wie elektrische Steuergeräte oder Mikrocontroller, werden zum Schutz der Bauteile vor äußeren Einflüssen, wie mechanischen oder chemischen Einflüssen wie den Kontakt mit umgebenden Medien (z.B. Feuchtigkeit oder Gasen), häufig mit Materialien verkapselt. Typischerweise werden hierfür Polymere wie Silikone, Epoxidharze oder Polyurethane eingesetzt.
  • US 2017/034964 offenbart eine elektrostatische Entladungsvorrichtung (ESD-Vorrichtung), welche erhalten wird, indem eine Schicht einer Mischung, die Polymer und leitende Partikel enthält, auf eine erste Oberfläche aufgebracht wird, wobei die Mischung eine erste Viskosität aufweist, die es den leitenden Partikeln ermöglicht, sich innerhalb der Schicht neu anzuordnen. Ein elektrisches Feld wird über die Schicht angelegt, so dass ein Teil der leitenden Partikel mit dem Feld ausgerichtet wird. Danach die Viskosität der Schicht auf eine zweite, höhere Viskosität geändert wird, um die Schicht mechanisch zu stabilisieren.
  • US 2012/001368 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines anisotropen Materials, umfassend das Bereitstellen eines viskoplastischen Materials mit einer Streckgrenze und einer Vielzahl von darin angeordneten magnetischen Partikeln und das anschließende Aussetzen des viskoplastischen Materials für eine Zeit, die ausreicht, um zumindest teilweise mindestens ein Teil der magnetischen Teilchen zu mindestens einer vorbestimmten Position oder Orientierung auszurichten. Ebenfalls offenbart ist ein Artikel mit anisotropen Eigenschaften, umfassend ein viskoplastisches Material und eine Vielzahl von darin verteilten magnetischen Partikeln, die zumindest teilweise auf eine vorbestimmte Orientierung ausgerichtet sind.
  • US 2015/047968 betrifft die Entwicklung und Herstellung von Dünnschicht-Polymer-Nanokompositen, die vertikal ausgerichtete Nanomaterialien wie einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWNTs) enthalten. In bestimmten Ausführungsformen verwendet US 2015/047968 Flüssigkristallmesophasen von hexagonal gepackten zylindrischen Mizellen, die sich mit ihren langen Achsen parallel zu einem angelegten Magnetfeld orientieren, wodurch die Ausrichtung der in den Mizellenkernen gebundenen Nanomaterialien wie SWNTs gesteuert wird.
  • DE 10 2004 042 012 betrifft Verfahren zur Ausrichtung oder Orientierung geometrisch anisotroper, partikulärer Materialien in Medien, wobei die Ausrichtung oder Orientierung durch Einwirkung elektrischer Felder erfolgt, sowie zu übergeordneten Strukturen ausgerichtete oder orientierte partikuläre Materialien, erhältlich nach dem Verfahren.
  • WO 2014/146802 betrifft eine Widerstandsabdeckung für ein Gleichspannungsisolationssystem, umfassend ein Matrixmaterial mit darin eingebetteten Partikeln, wobei die Partikel ein Aspektverhältnis von mehr als 1 aufweisen. Das Matrixmaterial ist so flexibel, dass sich die Partikel in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke ausrichten. Die Partikel können sich im elektrischen Feld ausrichten und somit wird eine Durchbruchspannung der Widerstandsabdeckung erhöht
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines verkapselten elektrischen Bauteils, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
    • (i) Bereitstellen eines Verkapselungsmaterials, umfassend mindestens ein härtbares, elektrisch isolierendes Matrixmaterial und mindestens ein partikuläres Additiv, welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld wechselwirken kann, wobei das partikuläre Additiv eine Vielzahl von Additivpartikeln umfasst und wobei die Additivpartikel ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel zu Länge der Additivpartikel von mehr als 1:1 aufweisen;
    • (ii) Aufbringen des Verkapselungsmaterials auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des elektrischen Bauteils, um so ein Komposit zu erhalten;
    • (iii) Einbringen des in Verfahrensschritt (ii) erhaltenen Komposits in ein elektrisches oder magnetisches Feld, um so die Additivpartikel in dem härtbaren Matrixmaterial mindestens teilweise auszurichten oder zu orientieren; und
    • (iv) Härten des härtbaren Matrixmaterials, um die ausgerichteten oder orientierten Additivpartikel im Matrixmaterial zu fixieren.
  • Das Verfahren dient zur Verkapselung elektrischer Bauteile, insbesondere solcher elektrischer Bauteile, die auf Substratoberflächen wie Platinen, Metallsubstraten, Keramiksubstraten oder Wafern angeordnet sind, und mit Verbindungsdrähten (hierin auch als Bonddrähte bezeichnet), zur elektrischen Ansteuerung kontaktiert sind. Gerade solche Bonddrähte sind aufgrund ihrer filigranen Ausgestaltung anfällig für Beschädigungen in Folge mechanischer Krafteinwirkung. Erfindungsgemäß wird eines oder eine Vielzahl elektrischer Bauteile mit dem Verfahren verkapselt. Prinzipiell können sämtliche dem Fachmann bekannte elektrische Bauteile eingesetzt werden. Typische elektrische Bauteile umfassen und Mikrocontroller, insbesondere elektrische Steuergeräte.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Verkapslungsmaterial bereitgestellt, welches mindestens ein härtbares, elektrisch isolierendes Matrixmaterial und mindestens ein partikuläres Additiv, welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld wechselwirken kann, umfasst.
  • Das mindestens eine härtbare, elektrisch isolierende Matrixmaterial umfasst typischerweise herkömmliche Verkapslungsmaterialien, welche zur Verkapselung elektrischer Bauteile eingesetzt werden. Dazu zählen insbesondere Polymermaterialien und keramische Materialien. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine härtbare, elektrisch isolierende Matrixmaterial daher ausgewählt aus mindestens einem Polymermaterial und mindestens einem keramischen Material sowie Gemischen davon. In Hinblick auf die große Variabilität der Eigenschaften und der leichten Verarbeitbarkeit sind insbesondere Polymermaterialien bevorzugte Matrixmaterialien im Sinne der Erfindung.
  • Das Matrixmaterial ist elektrisch isolierend, d.h. es ist elektrisch nicht leitfähig. Das Matrixmaterial ist zudem härtbar. Das bedeutet, dass das Matrixmaterial mindestens in Verfahrensschritt (i) in einem nicht festen, d.h. ganz oder teilweise flüssigen, viskosen und/oder viskoelastischem Zustand vorliegt, und in einem späteren Verfahrensschritt, insbesondere in Verfahrensschritt (iv) gehärtet wird oder selbstständig aushärtet. Der Begriff „härtbares Matrixmaterial“ umfasst daher in diesem Sinn sowohl Matrixmaterialien, die aktiv gehärtet werden können (d.h. ggf. durch Zugabe von Härtern, Initiatoren, Vernetzungsmitteln, oder ähnlichem, oder durch Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen) als auch selbsthärtende Matrixmaterialien.
  • Der Begriff „Polymermaterial“ umfasst im Sinne dieser Erfindung sowohl Polymere als auch Polymervorstufen wie Monomere und Prepolymere sowie deren Gemische. Geeignete Polymere umfassen insbesondere thermoplastische Polymere und Elastomere wie Polyolefine, Polystyrol, Polyurethane und Polysiloxane, sowie Gemische davon. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Polymermaterial (d.h. Polymer oder Polymervorstufe) des mindestens einen Verkapselungsmaterials vorzugsweise nicht oder nur gering vernetzte thermoplastische Polymere, welche gegebenenfalls durch Zugabe von Kautschukpartikeln schlagzähmodifiziert sein können. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine Verkapselungsmaterial wenigstens teilweise vernetztes Polysiloxan (Silikonkautschuk) und oder thermoplastische Elastomere wie thermoplastische Polyamidelastomere, thermoplastische Copolyesterelastomere, thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis (z.B. PP/EPDM), thermoplastische Styrol-Blockcopolymere (z.B. SBS, SEBS, SEPS, SEEPS und MBS), thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis, thermoplastische Vulkanisate oder vernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis, (insbesondere gering vernetztes PP/EPDM). In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine Verkapselungsmaterial beispielsweise insbesondere Duroplaste wie Epoxidharze oder vernetzte thermoplastische Polymere wie vernetzte Polyurethane, sowie Gemische davon. Ganz besonders bevorzugt umfasst das mindestens eine erste Verkapselungsmaterial wenigstens teilweise vernetztes Epoxidharz. Die zuvorgetanen Matrixmaterialien können allein oder in Kombination miteinander eingesetzt werden.
  • Geeignete Polymervorstufen umfassen Monomere und Prepolymere, insbesondere solche der vorgenannten Polymere.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine härtbare, elektrisch isolierende Matrixmaterial aus Epoxiden, Polyurethanen, Silikonen und Gemischen davon ausgewählt.
  • Das Verkapslungsmaterial umfasst ferner mindestens ein partikuläres Additiv, welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld wechselwirken kann. Das partikuläre Additiv liegt in Form einer Vielzahl von Additivpartikeln vor. Die Additivpartikel sind dreidimensionale Partikel, dessen räumliche Ausdehnung sich durch die Länge, Breite und Höhe der Partikel definiert, wobei die Länge der Partikel die größte räumliche Ausdehnung darstellt und die Höhe die geringste räumliche Ausdehnung der Partikel darstellt. Es gilt der Zusammenhang Länge ≥ Breite ≥ Höhe, sowie vorzugsweise der Zusammenhang Länge > Höhe. Prinzipiell kann die Ausdehnung der Additivpartikel in Länge, Breite und Höhe gleich sein. Vorzugsweise weisen die Additivpartikel ein Seitenverhältnis von Höhe der Additivpartikel zu Länge der Additivpartikel von 1:10, insbesondere 1:15 auf. Vorzugsweise weisen die Additivpartikel ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel zu Länge der Additivpartikel von mehr als 1:1 auf, stärker bevorzugt von mehr als 1:1,5, und insbesondere von mehr als 1:2.
  • Die Additivpartikel weisen häufig eine elliptische Form, eine Quaderform oder eine zylindrische Form auf.
  • Die Additivpartikel umfassen mindestens ein Material, welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld wechselwirken kann. Das bedeutet, dass die Additivpartikel eine magnetische und/oder dielektrische Suszeptibilität aufweisen, die ausreichend ist, um die Additivpartikel in dem nicht (vollständig) gehärteten Matrixmaterial durch ein magnetisches und/oder elektrisches Feld auszurichten.
  • Die magnetische Suszeptibilität kann mittels bekannter Verfahren, zum Beispiel nach der Methode von Gouy, ermittelt werden. Die elektrische Suszeptibilität kann bestimmt werden, indem das Material in einen Kondensator eingebracht und die Änderung der Kapazität des Materials bestimmt wird.
  • Das partikulare Additiv umfasst mindestens ein Material, ausgewählt aus synthetischem oder natürlichem Glimmer, Schichtsilikaten, insbesondere Ton, Glas, Siliziumdioxid, Eisenoxid, Metallen, Titandioxid, Aluminiumoxid, organischen Materialien, insbesondere Flüssigkristallen, sowie Gemische davon. Vorzugsweise bestehen die Additivpartikel aus mindestens einem der vorgenannten Materialien oder Gemischen davon. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Additivpartikel ein Gemisch von Schichtsilikaten, insbesondere Ton, und Flüssigkristallen.
  • Einige geeignete Materialien sind beschrieben von M. Kawasumi et al. in Applied Clay Science 15 (1999) 93-108; P.C. LeBaron et al. in Applied Clay Science 15 (1999) 11-19; M. W. Möller, Dissertation „Maßgeschneiderte Schichtsilicate für Materialwissenschaftliche Anwendungen", Universität Bayreuth, 2010; D. A. Kunz, Dissertation „Schichtsilicate als effiziente Bausteine für funktionelle Nanokomposite", Universität Bayreuth, 2013.
  • Die Menge der partikulären Additive im Verkapselungsmaterial beträgt vorzugsweise 1 - 49 Gew.-%, vorzugsweise 2 - 40 Gew.-%, insbesondere 3 - 30 Gew.-%, wobei Matrixmaterial und partikuläres Additiv 100 Gew.-% des Verkapselungsmaterials ausmachen.
  • Darüber hinaus kann das Verkapselungsmaterial weitere Zusatzstoffe, wie insbesondere Füllstoffe, Kautschukpartikel, Weichmacher, Härter und/oder Vernetzungsmittel umfassen. Geeignete Zusatzstoffe zur Regulierung der mechanischen Eigenschaften des mindestens einen ersten Verkapselungsmaterials sind dem Fachmann bekannt und werden hinsichtlich der Art und Menge so ausgewählt, dass das gewünschte Eigenschaftsprofil des Verkapselungsmaterials erreicht wird. Zudem können weitere Zusatzstoffe eingesetzt werden, beispielsweise bekannte Zusatzstoffe wie Oxidationsinhibitoren oder Nukleierungsmittel.
  • In einem ersten Verfahrensschritt (i) wird das Verkapselungsmaterial bereitgestellt. Vorzugsweise wird das Verkapselungsmaterial in Form eines homogenen Gemischs der zuvor beschriebenen Bestandteile bereitgestellt. Das Gemisch kann mittels sämtlicher bekannter Verfahren vor oder während der Durchführung des nachfolgenden Verfahrensschritts (ii) erfolgen.
  • Im zweiten Verfahrensschritt (ii) wird das Verkapselungsmaterial auf mindestens einem Teil der Oberfläche des elektrischen Bauteils aufgebracht. Geeignete Verfahren hierzu sind dem Fachmann bekannt und umfassen insbesondere Spritzgussverfahren (Injection Molding), Spritzpressverfahren (Transfer Molding), Formpressverfahren (Compression Molding) oder Dispersionsverfahren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Verkapselungsmaterial in Verfahrensschritt (ii) mittels eines Spritzgussverfahrens durchgeführt. Dieses Verfahren ermöglicht die Bereitstellung eines homogenen Gemisches sämtlicher Bestandteile des Verkapselungsmaterials in einfacher Weise durch das Mischen in der Spritzgussvorrichtung.
  • Es wird ein Komposit aus dem mindestens einem elektronischem Bauteil und dem mindestens nicht vollständig gehärtetem Verkapselungsmaterial erhalten.
  • Noch bevor das aufgebrachte Verkapslungsmaterial vollständig ausgehärtet wird oder selbst vollständig aushärtet, wird das in Verfahrensschritt (iii) das in Verfahrensschritt (ii) erhaltene Komposit in ein elektrisches und/oder magnetisches Feld eingebracht, um so die aufgrund ihrer magnetischen und/oder dielektrischen Suszeptibilität mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld wechselwirkenden Additivpartikel in dem härtbaren Matrixmaterial mindestens teilweise auszurichten oder zu orientieren. In der Regel erfolgt die Ausrichtung bzw. Orientierung der Additivpartikel parallel zu den Feldlinien des elektrischen und/oder magnetischen Feldes. Durch die Orientierung des Komposits im elektrischen und/oder magnetischen Feld kann so die Ausrichtung der Additivpartikel gesteuert werden. Vorzugsweise wird das Komposit daher so in das elektrische und/oder magnetische Feld eingebracht, dass die Feldlinien parallel zu der zu verkapselnden Oberfläche des elektrischen Bauteils bzw. zur Oberfläche des Verkapselungsmaterials auf der Oberfläche des elektrischen Bauteils verlaufen. Das ermöglicht die Ausrichtung der Additivpartikel mit ihrer größten räumlichen Ausdehnung im Wesentlichen parallel zu den Feldlinien.
  • Vorzugsweise werden die Feldstärke des elektrischen Feldes und/oder die Feldstärke des magnetischen Feldes in Abhängigkeit von der Viskosität des Matrixmaterials ausgewählt. Je höher die Viskosität des Matrixmaterials ist, desto höher ist die jeweilige Feldstärke auszuwählen, um eine ausreichend schnelle Ausrichtung der Partikel des partikulären Additivs zu ermöglichen.
  • Das Komposit wird für einen Zeitraum in dem elektrischen und/oder magnetischen Feld belassen, der ausreichend ist, um mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 60%, insbesondere mindestens 75% der Partikel des partikulären Additivs derart auszurichten, dass diese eine Anordnung im Matrixmaterial einnimmt, bei der die längste Ausdehnung der Additivpartikel im wesentlichen parallel zur Oberfläche des elektrischen Bauteils bzw. zur Oberfläche des aufgebrachten Verkapslungsmaterials angeordnet ist. „Im Wesentlichen parallel“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass diese eine Anordnung im Matrixmaterial einnimmt, bei der die längste Ausdehnung der Additivpartikel im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des elektrischen Bauteils bzw. zur Oberfläche des aufgebrachten Verkapslungsmaterials angeordnet bzw. orientiert ist.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt (iv) wird das härtbare Matrixmaterial gehärtet, um die ausgerichteten bzw. orientierten Additivpartikel im Matrixmaterials zu fixieren. Das Härten kann auf chemische und/oder physikalische Weise erfolgen. Chemische Härtung umfasst insbesondere die Polymerisation und/oder Vernetzung von Polymervorstufen. Die physikalische Härtung umfasst insbesondere das erstarren von Polymerschmelzen. Insbesondere wenn das Matrixmaterial aus einem Gemisch verschiedener Materialien besteht kann das Härten auch aus einer Kombination aus chemischen und physikalischen Prozessen erfolgen.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verkapselungsmaterial zur Verkapselung elektrischer Bauteile, wobei das Verkapselungsmaterial mindestens ein härtbares, elektrisch isolierendes Matrixmaterial und mindestens ein partikuläres Additiv, welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld wechselwirken kann, umfasst, wobei das partikuläre Additiv eine Vielzahl von Additivpartikeln umfasst und wobei die Additivpartikel ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel zu Länge der Additivpartikel von mehr als 1:1 aufweisen.
  • Das Verkapselungsmaterial zur Verkapselung elektrischer Bauteile wird vorzugsweise in dem zuvor beschriebenen Verfahren verwendet. Im Übrigen gelten die zuvor getroffenen Definitionen und Ausführungen entsprechend. Gegenstand der Erfindung ist somit auch die Verwendung des Verkapselungsmaterials zur Verkapselung elektrischer Bauteile.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verkapselungsmaterial
    • (i) 51-99 Gew.-Teile, vorzugsweise 60-98 Gew.-Teile, insbesondere 70-97 Gew.-Teile, mindestens eines Matrixmaterials
    • (ii) 1-49 Gew.-Teile, vorzugsweise 2-40 Gew.-Teile, insbesondere 3-30 Gew.-Teile, mindestens eines partikulären Additivs, und
    • (iii) 0-20 Gew.-Teilevorzugsweise 0,1-20 Gew.-Teile, insbesondere 1-15 Gew.-Teile, mindestens eines weiteren Zusatzstoffs,

    wobei das Matrixmaterial (i) und das partikuläre Additiv (ii) 100 Gew.-Teile des Verkapselungsmaterials ausmachen.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein verkapseltes elektrisches Bauteil, umfassend mindestens ein elektrisches Bauteil und mindestens ein Verkapselungsmaterial, wobei das Verkapselungsmaterial mindestens ein elektrisch isolierendes Matrixmaterial und mindestens ein partikuläres Additiv, welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld wechselwirken kann, umfasst, wobei das partikuläre Additiv eine Vielzahl von Additivpartikeln umfasst, die Additivpartikel ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel zu Länge der Additivpartikel von mehr als 1:1 aufweisen, und wobei die Additivpartikel in dem Matrixmaterial mindestens teilweise ausgerichtet oder orientiert sind, vorzugsweise so dass diese eine Anordnung im Matrixmaterial einnimmt, bei der die längste Ausdehnung der Additivpartikel im wesentlichen parallel zur Oberfläche des elektrischen Bauteils bzw. zur Oberfläche der aufgebrachten Verkapselungsmaterialschicht angeordnet ist.
  • Vorzugsweise sind mindestens 50 %, stärker bevorzugt mindestens 60%, und insbesondere mindestens 75% der Partikel des partikulären Additivs derart im Matrixmaterial des Verkapselungsmaterial ausgerichtet, dass diese eine Anordnung im Matrixmaterial einnehmen, bei der die längste Ausdehnung der Additivpartikel im wesentlichen parallel zur Oberfläche des elektrischen Bauteils bzw. zur Oberfläche der aufgebrachten Verkapslungsmaterialschicht angeordnet ist. „Im wesentlichen parallel“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass
  • Das verkapselte elektrische Bauteil wird vorzugsweise nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhalten. Das verkapselte elektrische Bauteil umfasst vorzugsweise mindestens das zuvor beschriebene Verkapselungsmaterial.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das verkapselte elektrische Bauteil vorzugsweise mindestens ein Steuergerät als elektrisches Bauteil.
  • Im Übrigen gelten die zuvor getroffenen Definitionen und Ausführungen entsprechend.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache Herstellung eines verkapselten elektrischen Bauteils, welches mit einem Verkapslungsmaterial versehen ist, dass trotz der Verwendung herkömmlicher Matrixmaterialien eine erhöhte Diffusionsbarriere gegenüber umgebende Medien, wie Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff, aufweist. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, kann dies damit erklärt werden, dass die in das Matrixmaterial eindringenden Moleküle der umgebenden Medien deutliche längere Diffusionswege im Verkapselungsmaterial zurücklegen müssen, bevor diese das elektrische Bauteil erreichen. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der verkapselten elektrischen Bauteile.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • 1 schematisch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
    • 2 schematische Darstellung des erfindungsgemäß verkapselten Bauteils und dessen Wirkungsweise.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
  • 1 zeigt schematisch die Verfahrensschritte (ii), (iii) und (iv) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Bereitstellung des Verkapselungsmaterials (10) gemäß Verfahrensschritt (i) ist dem Fachmann bekannt und daher nicht dargestellt.
  • In 1 (a) ist das durch aufbringen des härtbaren Verkapselungsmaterials (10) gemäß Verfahrensschritt (ii) erhaltene Komposit (3) aus elektrischem Bauteil (2), Matrixmaterial (11), und Additivpartikel (12) schematisch dargestellt. Das Verkapselungsmaterial (10) ist durch eine Abgrenzungsstruktur (20) in der gewünschten Position auf einem Substrat (21) gehalten. Das Verkapselungsmaterial (10) bzw. das Matrixmaterial (11) ist mindestens nicht vollständig gehärtet.
  • In 1 (b) ist gezeigt, wie das in Verfahrensschritt (ii) erhaltene Komposit (3) in Verfahrensschritt (iii) ein elektrisches und/oder magnetisches Feld (30) eingebracht wird. Durch das elektrische und/oder magnetische Feld (30) werden die Additivpartikel (12) in dem Matrixmaterial (11) derart ausgerichtet, dass diese eine Anordnung im Matrixmaterial (11) einnehmen, bei der die längste Ausdehnung der Additivpartikel (12) im Wesentlichen parallel zum elektrischen und/oder magnetischen Feld (30) und somit auch zur Oberfläche des elektrischen Bauteils (2) bzw. zur Oberfläche (22) des aufgebrachten Verkapselungsmaterials (10) angeordnet ist.
  • In 1 (c) ist das erfindungsgemäß verkapselte elektrische Bauteil (1) dargestellt, welches durch vollständiges Härten des Verkapselungsmaterials (10) bzw. des Matrixmaterials (11) gemäß Verfahrensschritt (iv) erhalten wird. Die 1 (c) zeigt die parallele Ausrichtung der Additivpartikel (12).
  • 2 zeigt den Diffusionsweg (31) von eintretenden Medien wie Gasen, Flüssigkeiten oder auch Feststoffen durch das Verkapselungsmaterial (10). Aufgrund der Ausrichtung der Additivpartikel (12) sind ist der mittlere Diffusionsweg (31) durch das Verkapselungsmaterial (10) deutliche länger als dies im reinen Matrixmaterial (11) der Fall wäre. Der Schutz der elektrischen Bauteile (2) vor Kontakt mit eintretenden Medien ist deutlich verbessert.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • 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
    • US 2017034964 [0003]
    • US 2012001368 [0004]
    • US 2015047968 [0005]
    • DE 102004042012 [0006]
    • WO 2014/146802 [0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • M. Kawasumi et al. in Applied Clay Science 15 (1999) 93-108 [0021]
    • P.C. LeBaron et al. in Applied Clay Science 15 (1999) 11-19; M. W. Möller, Dissertation „Maßgeschneiderte Schichtsilicate für Materialwissenschaftliche Anwendungen“, Universität Bayreuth, 2010 [0021]
    • D. A. Kunz, Dissertation „Schichtsilicate als effiziente Bausteine für funktionelle Nanokomposite“, Universität Bayreuth, 2013 [0021]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines verkapselten elektrischen Bauteils (1)?, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst: (i) Bereitstellen eines Verkapselungsmaterials (10), umfassend mindestens ein härtbares, elektrisch isolierendes Matrixmaterial (11) und mindestens ein partikuläres Additiv, welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld (30) wechselwirken kann, wobei das partikuläre Additiv eine Vielzahl von Additivpartikeln (12) umfasst und wobei die die Additivpartikel (12) ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel (12) zu Länge der Additivpartikel (12) von mehr als 1:1 aufweisen; (ii) Aufbringen des Verkapselungsmaterials (10) auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des elektrischen Bauteils (2), um so ein Komposit (3) zu erhalten; (iii) Einbringen des in Verfahrensschritt (ii) erhaltenen Komposits (3) in ein elektrisches und/oder magnetisches Feld (30), um so die Additivpartikel (12) in dem härtbaren Matrixmaterial (11) mindestens teilweise auszurichten oder zu orientieren; und (iv) Härten des härtbaren Matrixmaterials (11), um die ausgerichteten Additivpartikel (12) im Matrixmaterial (11) zu fixieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Additivpartikel (12) ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel (12) zu Länge der Additivpartikel (12) von mehr als 1:1 auf, stärker bevorzugt von mehr als 1:1,5, und insbesondere von mehr als 1:2 aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das partikuläre Additiv mindestens ein Material, ausgewählt aus synthetischem oder natürlichem Glimmer, Schichtsilikaten, Glas, Siliziumdioxid, Eisenoxid, Metallen, Titandioxid, Aluminiumoxid, organischen Materialien, insbesondere Flüssigkristallen, sowie Gemische davon, umfasst.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine härtbare, elektrisch isolierende Matrixmaterial (11) aus mindestens einem Polymermaterial und mindestens einem keramischen Material sowie Gemischen davon ausgewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine härtbare, elektrisch isolierende Matrixmaterial (11) aus Epoxiden, Polyurethanen, Silikonen und Gemischen davon ausgewählt ist.
  6. Verkapselungsmaterial (10) zur Verkapselung elektrischer Bauteile (2), wobei das Verkapselungsmaterial (10) mindestens ein härtbares, elektrisch isolierendes Matrixmaterial (11) und mindestens ein partikuläres Additiv (12), welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld (30) wechselwirken kann, umfasst, wobei das partikuläre Additiv eine Vielzahl von Additivpartikeln (12) umfasst und wobei die Additivpartikel (12) ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel (12) zu Länge der Additivpartikel (12) von mehr als 1:1 aufweisen.
  7. Verwendung des Verkapselungsmaterials (10) zur Verkapselung elektrischer Bauteile (2) nach Anspruch 6 in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  8. Verkapseltes elektrisches Bauteil (1), umfassend mindestens ein elektrisches Bauteil (2) und mindestens ein Verkapselungsmaterial (10), wobei das Verkapselungsmaterial (10) mindestens ein elektrisch isolierendes Matrixmaterial (11) und mindestens ein partikuläres Additiv (12), welches mit einem magnetischen und/oder elektrischen Feld (30) wechselwirken kann, umfasst: wobei das partikuläre Additiv eine Vielzahl von Additivpartikeln (12) umfasst, die Additivpartikel (12) ein Seitenverhältnis von Breite der Additivpartikel (12) zu Länge der Additivpartikel (12) von mehr als 1:1 aufweisen, und die Additivpartikel (12) in dem Matrixmaterial (11) mindestens teilweise ausgerichtet oder orientiert sind.
  9. Verkapseltes elektrisches Bauteil (1) nach Anspruch 8, wobei das elektrische Bauteil (2) mindestens ein Steuergerät umfasst.
  10. Verkapseltes elektrisches Bauteil (1) nach Anspruch 8 oder 9, erhalten nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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