DE102021213165A1

DE102021213165A1 - Verfahren zum Bauteilschutz einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE102021213165A1
Application number: DE102021213165.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Oppawsky; Manuel Schwab; Frank Schuhmacher; Kevin Heimburger; David Zülke; Felix Rietsch; Jürgen Porsch; Roman Huff; Marco Igel; Ulrich Schmitz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-11-23
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2023-05-25
Also published as: CN116156781A; US20230164922A1

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zum Bauteilschutz einer Leiterplatte, die mit vorgegebenen Bauteilen bzw. Komponenten bestückt ist und in einem ersten Schritt an vorgegebenen Bereichen davon mit einem Schutzlack zu versehen ist, wobei vor dem ersten Schritt ein Initialschritt erfolgt, in welchem um Lacksperrbereiche, in welche der Schutzlack nicht eindringen darf, eine Lackbarriere in Form einer Kante errichtet wird. Ferner wird eine mit dem Verfahren hergestellte Leiterplatte vorgeschlagen, sowie die Verwendung im Bereich der Elektromobilität.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bauteilschutz einer Leiterplatte, insbesondere für Anwendungen im Gebiet der Elektromobilität.
Elektrische oder elektronische Bauteile werden auf Leiterplatten beispielsweise durch Löten wie SMD-Löten in einer entsprechenden Anlage aufgebracht. Diese Bauteile müssen dann nachträglich durch ein Aufbringen einer Schutzlackierung vor äußeren Einflüssen wie Verschmutzung geschützt werden.
Durch immer kleiner werdende Kontaktabstände innerhalb einzelner Bauteile, z.B. bei Mikrocontrollern, werden immer höhere Anforderungen an den Schutz vor Restschmutz für alle anderen auf der Leiterplatte vorhandenen Bauteile bzw. Komponenten gestellt, um eine Beschädigung oder Beeinträchtigung dieses einen vorgenannten Bauteils zu verhindern. Bisher kann nicht garantiert werden, dass die Komponenten zu 100% vom Restschmutz befreit sind. Lediglich die maximal auftretende Partikelgröße kann garantiert werden. Die maximal garantierte Partikelgröße ist jedoch für die meisten elektronischen Bauteile mit einem Pinabstand von wenigen hundert Nanometern zu groß. Somit können einzelne Partikel zu Pinkurzschlüssen führen, wodurch die volle Funktionalität des Bauteils und damit gegebenenfalls des Gesamtsystems nicht mehr gegeben ist. Auch können solche Partikel zu einem Komplettausfall führen.
Das genannte Problem stellt sich auch für Komponenten von leistungselektronischen Antriebsumrichtern, welche auch als Inverter bezeichnet werden. Um diese Probleme zu vermeiden, werden in den meisten Antriebswechselrichtern die Leiterplatten lackiert. Durch die Lackiertoleranz bzw. die Beschaffenheit des Lackes kann dieser aber in Lacksperrbereiche fließen. Dies führt zu einem erhöhten Produktionsausschuss. Um dem entgegenzuwirken, müssen die Abmessungen der Leiterplatte vergrößert werden, was zwangsläufig zu einer unerwünschten Vergrößerung des Bauraums und zu Mehrkosten führt.
Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Bauteilschutz einer Leiterplatte bereitzustellen, durch das die oben genannten Probleme überwunden werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Bauteilschutz einer Leiterplatte, die mit vorgegebenen Bauteilen bzw. Komponenten bestückt ist und in einem ersten Schritt an vorgegebenen Bereichen davon mit einem Schutzlack zu versehen ist, wobei vor dem ersten Schritt ein Initialschritt erfolgt, in welchem um Lacksperrbereiche, in welche der Schutzlack nicht eindringen darf, eine Lackbarriere in Form einer Kante errichtet wird.
Durch das Vorsehen einer Kante als physische Barriere zwischen zu lackierendem Bereich und Lacksperrbereich, also im Wesentlichen dem Bereich, in dem nicht zu lackierende Komponenten vorgesehen sind, kann sowohl der Produktionsausschuss reduziert werden, als auch der Übergangsbereich zwischen zu lackierendem Bereich und Lacksperrbereich verkleinert werden.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Lackbarriere durch Zurückziehen eines Lötstopplacks und/oder Zurückziehen einer Kupferschicht der Leiterplatte hergestellt wird. Es gibt also drei Varianten, die Kante zu erstellen, welche den Schutzlack davon abhält, in Lacksperrbereiche einzudringen. In allen Varianten wird Material der Leiterplatte derart bearbeitet, dass durch das Material die Kante entsteht.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Lackbarriere auf der Oberseite und/oder der Unterseite der Leiterplatte hergestellt wird. Das Verfahren ist also nicht darauf beschränkt, dass lediglich eine Seite der Leiterplatte mit der Lackbarriere versehen werden kann. Wenn die Leiterplatte beidseitig bestückt ist, oder wenn bestimmte Durchgangslöcher nicht lackiert werden dürfen, kann es sinnvoll sein, auf beiden Seiten an bestimmten Bereichen eine Lackbarriere vorzusehen.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass Lacksperrbereiche eines oder eine Kombination sind aus: vorgegebene Bereiche um elektronische Bauteile, Stecker, Pins, Verschraubflächen, Durchgangsöffnungen, Produktionsauflageflächen. Auf Leiterplatten sind bestimmte Bereiche unbedingt davor zu bewahren, mit Lack versehen zu werden, z.B. weil im Nachgang noch eine weitere Bearbeitung erfolgen muss, z.B. ein Durchführen von Kontaktpins durch Durchgangslöcher, etc. Diese Bereiche werden von der Lackbarriere umgeben.
Ferner ist eine Leiterplatte vorgesehen, die mit vorgegebenen Bauteilen bzw. Komponenten bestückt und mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Außerdem sind ein Inverter mit der Leiterplatte, ein Elektronikmodul zur Ansteuerung eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, wobei das Elektronikmodul einen Inverter aufweist, sowie ein Elektroantrieb mit dem Elektronikmodul und ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb mit dem Elektronikmodul vorgesehen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer auf einer Leiterplatte angeordneten Komponente mit einer Lackschicht gemäß dem Stand der Technik.
2 bis 4 zeigen jeweils eine schematische Ansicht von mit einer Lackbarriere umgebenen Komponenten gemäß unterschiedlichen Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie oben bereits erwähnt, kann durch die Lackiertoleranz bzw. die Beschaffenheit des Schutzlackes 2 dieser, wie in 1 gezeigt, in Lacksperrbereiche 30 fließen und damit zu Beschädigungen der Bauteile bzw. Komponenten führen, so dass die Leiterplatte 1 nicht mehr verwendet werden kann.
Um dies zu vermeiden, wird vor dem Lackieren der Leiterplatte 1, genauer von bestimmten Bereichen (Lacksperrbereiche 30) davon, eine Lackbarriere 31 erzeugt. Diese schützt die Lacksperrbereiche 30 und damit die zu schützenden Komponenten 10-12 vor einem unkontrollierten Einfließen bzw. Eindringen des Schutzlackes 2. Somit wird verhindert, dass der Schutzlack 2 aufgrund seiner Viskosität in Bereiche (Lacksperrbereiche 30) einfließt, die nicht vom Schutzlack 2 bedeckt sein sollen.
Solche Lacksperrbereiche 30 sind z.B. vorgegebene Bereiche um elektronische Bauteile 10 wie Microcontroller oder Sensoren, Stecker, Pins, Verschraubflächen, Durchgangsöffnungen 12, Produktionsauflageflächen 11 etc.
Wie in 2 bis 4 gezeigt, ist die Lackbarriere 31 eine tatsächliche, mechanische Barriere in Form einer Kante. Diese dient als Benetzungshindernis, an welchem der Schutzlack 2 auf Grund von Kohäsionskräften bzw. der Oberflächenspannung hängen bleibt, also aufgrund physikalischer Gegebenheiten nicht weiter fließen kann. In 3 und 4 ist der auf dem Lötstopplack 3 aufgebrachte Schutzlack 2 in der Zeichnung angedeutet. In 2 ist noch kein Schutzlack 2 aufgebracht, sondern nur die Lackbarriere 31 erstellt.
Vorteilhaft an der Bereitstellung der Kante als Lackbarriere 31 ist nicht nur, dass Beschädigungen durch Kurzschlüsse oder Verkleben von Öffnungen etc. aufgrund des Einfließens des Schutzlackes 2 zu den eigentlich davor zu schützenden Komponenten 10-12 verhindert werden können. Vielmehr kann auch der Übergangsbereich zwischen Lackierbereich (zu lackierendem Bereich der Leiterplatte 1) und Lacksperrbereich 30 reduziert werden und damit eine höhere Packungsdichte erreicht werden.
Die Kante der Lackbarriere 31 wird dadurch erzeugt, dass der auf der Leiterplatte 1 vorhandene Lötstopplack 3 und/oder die entweder freiliegende oder unter dem Lötstopplack 3 liegende Kupferschicht der Leiterplatte 1 bis zu einem vorgegebenen Abstand zurückgezogen, d.h. durch entsprechende Verfahren wie Ätzen entfernt wird. In 2 ist nur der Lötstopplack 3 entfernt, während in 3 und 4 die Kupferschicht ebenfalls entfernt ist.
Der Abstand der Kante zu der vor einem Eindringen des Schutzlackes 2 zu schützenden Komponente 10-12 ist mindestens von der Art des aufzubringenden Schutzlackes 2, der Lackiermethode, der zu schützenden Komponente 10-12, der verwendeten Materialien etc. abhängig, wobei bei Bedarf auch weitere, zu definierende Kriterien herangezogen werden können. Durch das Bereitstellen der Kante kann der Abstand des Lacksperrbereichs 30 zu der Komponente 10-12 verkleinert werden, so dass neben der Komponente angeordnete Bauelemente, die von dem Schutzlack 2 abgedeckt werden sollen, näher an der Komponente 10-12 angeordnet werden können. Durch die Kante ist es auch möglich, nahe an der Komponente 10-12 angeordnete Bauelemente mit dem Schutzlack 2 überhaupt abzudecken. Dies war mit den bisherigen Verfahren teilweise nicht möglich bzw. es wurde davon abgesehen, da die Gefahr zu hoch war, dass der Schutzlack 2 in den Lacksperrbereich 30 der Komponente 10-12 eindringt und dort Schaden anrichtet.
Je nach Bestückung der Leiterplatte 1 können Lötstopplack 3 und/oder Kupferschicht auf der Oberseite und/oder Unterseite der Leiterplatte 1 entfernt werden.
In 5 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt, in der in einem Vorab-Schritt bzw. Initialschritt S0 um Lacksperrbereiche 30, in welche der im nachfolgenden Schritt S1 aufzubringende Schutzlack 2 nicht eindringen darf, eine Lackbarriere 31 in Form einer Kante errichtet wird, die durch Zurückziehen des Lötstopplacks 3 und/oder Zurückziehen der Kupferschicht der Leiterplatte 1 hergestellt wird.
Das heißt zusammenfassend, dass die vorliegende Erfindung zumindest nachfolgende Vorteile aufweist. Es ist eine Reduzierung der Restschmutzanforderungen an alle weiteren Komponenten sowie für Fertigungsprozesse möglich. Dadurch entsteht eine massive Kosteneinsparung. Durch das Verwenden eines Standard-SMD Lötprozesses bzw. anderer Standard-Befestigungsarten müssen keine weiteren Anforderungen zur Freigabe erfüllt werden. Durch das beschriebene Verfahren kann außerdem der Produktionsausschuss minimiert werden.
Anwendung findet das vorgeschlagene Verfahren und die dadurch hergestellte Leiterplatte 1 vorteilhaft bei Invertern im Bereich der Elektromobilität, also zur Ansteuerung eines Elektroantriebs oder einer sonstigen E-Maschine, aber auch anderen Anwendungen, bei denen Komponenten der Leiterplatte 1 vor einem Eindringen von Schutzlack 2 geschützt werden müssen.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplatte
2: Schutzlack
3: Lötstopplack
10: Komponente (elektr. Bauteil)
11: Komponente (Durchgangsöffnungen)
12: Komponente (Produktionsauflagefläche)
30: Lacksperrbereich
31: Lackbarriere

Claims

Verfahren zum Bauteilschutz einer Leiterplatte (1), die mit vorgegebenen Komponenten (10-12) bestückt ist und in einem ersten Schritt (S1) an vorgegebenen Bereichen davon mit einem Schutzlack (2) zu versehen ist, wobei vor dem ersten Schritt (S1) ein Initialschritt (S0) erfolgt, in welchem um Lacksperrbereiche (30), in welche der Schutzlack (2) nicht eindringen darf, eine Lackbarriere (31) in Form einer Kante errichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lackbarriere (31) durch Zurückziehen eines Lötstopplacks und/oder Zurückziehen einer Kupferschicht der Leiterplatte (1) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lackbarriere (31) auf der Oberseite und/oder der Unterseite der Leiterplatte (1) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei Lacksperrbereiche eines oder eine Kombination sind aus: elektronische Bauteile (10), Stecker, Pins, Verschraubflächen, Durchgangsöffnungen (12), Produktionsauflageflächen (11).
Leiterplatte (1), die mit vorgegebenen Komponenten (10-12) bestückt und hergestellt ist durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Inverter mit einer Leiterplatte (1) nach Anspruch 5.
Elektronikmodul zur Ansteuerung eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, wobei das Elektronikmodul einen Inverter nach Anspruch 6 aufweist.
Elektroantrieb eines Fahrzeugs, aufweisend das Elektronikmodul nach Anspruch 7.
Fahrzeug, aufweisend einen Elektroantrieb mit dem Elektronikmodul nach Anspruch 8.