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Verfahren zum Einkapseln eines elektronischen Bauteiles Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Einkapseln destens einem eines Anschlußleiter
elektronischen durch Bauteiles Einsetzen mit in min- eine an einem Ende offene Hülse,
deren Länge und Innendurchmesser größer sind als die entsprechenden Abmessungen
des Bauteiles, und durch Ausfüllen des noch verbleibenden freien Raumes der Hülse
mit einem Isolierstoff.
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Bei den bekannten Verfahren dieser Art wird der Isolierstoff in flüssigem
Zustand in die den elektronischen Bauteil umgebende Hülse eingegossen. Dies ist
verhältnismäßig umständlich und nicht mit der zu wünschenden Sauberkeit durchzuführen.
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Es ist bereits bekannt, daß man zum Ausfüllen eines Hohlraumes, beispielsweise
eines Schraubenloches an einem keramischen Teil, eine Tablette od. dgl. aus einem
beim Erhitzen flüssig werdenden Material verwenden kann, die in den Hohlraum eingesetzt
wird und diesen nach der Verflüssigung und nach dem Erhärten füllt. Diese bekannte
Maßnahme wurde bisher ausschließlich zum Ausfüllen von Hohlräumen in Konstruktionsteilen
angewandt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren
der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich rationeller als das bekannte Verfahren
mit Eingießen von flüssigem Füllstoff durchführen läßt, zu seiner Durchführung keiner
besonders geschulten Arbeitskräfte bedarf, ohne besondere Mittel zur Sicherung der
Lage des elektronischen Bauteiles beim Einkapseln auskommt und eine Einkapselung
ergibt, die mechanisch hoch beanspruchbar ist und bei der die Hülle eine innige
Verbindung mit dem Isolierstoff eingeht, so daß eine absolut zuverlässige Abdichtung
des elektronischen Bauteiles gegen Feuchtigkeit gewährleistet ist, die weder im
Verlauf einer langen Lebensdauer unter normalen Bedingungen, noch durch Stöße, Verformungen
und anderweitige, plötzlich auftretende Belastungen ihre Dichtungsfähigkeit verliert.
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Das vorstehende Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß unter
Anwendung des an sich bekannten Verfahrens zum Ausfüllen von Hohlräumen mit Hilfe
einer zunächst im festen Zustand vorliegenden und verformten Vergußmasse, die dann
durch Erwärmen verflüssigt wird, der Bauteil zusammen mit einem vorgeforinten Körper
aus einem noch nicht ausgehärteten wärmehärtbaren Harz in eine Hülse aus einem mindestens
teilweise ausgehärteten wärmehärtbaren Harz derart eingesetzt wird, daß mindestens
ein Teil des Harzkörpers zwischen den Boden der Hülse und den Bauteil zu liegen
kommt, und daß danach zum völligen Einbetten des Bauteiles in die Masse des Harzkörpers
dieser unter Wärmeanwendung verflüssigt und ausgehärtet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht die Einkapselung von Bauteilen
erheblich, denn es bedarf, wie sich ohne weiteres ergibt, zu seiner Durchführung
weder besonderer komplizierter Apparaturen noch der besonderen Kenntnisse geschulter
Arbeitskräfte. Es ist lediglich nötig, die einzelnen Teile in der richtigen Reihenfolge
in die Hülse einzusetzen und danach das Ganze eine Zeitlang zu erwärmen. Das Endergebnis
ist ein völlig dicht und stoßfest eingekapselter elektronischer Bauteil.
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Vorzugsweise wird ein Teil des Harzkörpers zwischen dem offenen Hülsenende
und dem elektronischen Bauteil angeordnet. Außerdem empfiehlt es sich, den Harzkörper
so zu bemessen, daß seine Masse nach dem Verflüssigen und Aushärten den freien Raum
innerhalb der Hülse vollständig ausfüllt.
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Ein zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeigneter
vorgeforinter Harzkörper ist durch Durchgänge zum Durchführen der Anschlußleiter
des einzukapselnden elektronischen Bauteiles gekenn eichnet und besteht vorzugsweise
aus Epoxydharz. Ebenso empfiehlt es sich, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine
Hülse zu verwenden, bei der die dem offenen Hülsenende gegenüberliegende stirnseitige
Hülsenwand Öffnungen zum Durchführen der Anschlußleiter des einzukapselnden elektronischen
Bauteiles aufweist und die ebenfalls vorzugsweise aus Epoxydharz besteht.
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Die Verwendung von gleichen Materialien für die Hülse und den Harzkörper
begünstigt die innige Verbindung
zwischen diesen Teilen nach der
Verflüssigung und dem Aushärten. Letztere ist besonders gut, wenn das Harz der Hülse
zunächst, d. h. vor dem Erwärmen zum Verflüssigen und Aushärten des Harzkörpers,
nur teilweise ausgehärtet ist, weil die letzte Phase des Aushärtens dann erst
zusammen mit dem Verflüssigen und Aushärten des Harzkörpers erfolgt und die
Teile in diesem Falle eine homogene Verbindung eingehen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand verschiedener in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert. Es zeigt F i
g. 1 eine Seitenansicht der Einzelteile vor dem Zusammenfügen,
F i
g. 2 eine perspektivische Ansicht eines vorgeformten Körpers aus Harz mit
beigesetztem Härtmittel, F i g. 3 eine Seitenansicht der zur Wärmebehandlung
bereiten.. fertig zusammengefügten einzelnen Bauteile, F i g. 4 einen Querschnitt
entlang der Linie 4-4 der Fig. 3,
F i g. 5 einen Querschnitt ähnlich
dem der F i g. 3,
der jedoch die Umhüllung des elektronischen Bauteils durch
die Verflüssigung des vorgeformten Körpers aus der Harz- und Härtmittelzusammensetzung
zeigt, F i g. 6 eine ähnliche Ansicht, welche den verflüssigten Kunststoff
des vorgeformten Körpers nach seiner Verfestigung innerhalb des äußeren Gehäuses
oder Napfes zeigt, der den darin enthaltenen elektronischen Bauteil umgibt, F i
g. 7 eine Seitenansicht des fertigen, eingekapselten elektronischen Bauteils,
F i g. 8 einen Querschnitt ähnlich dem der F i g. J,
der jedoch eine
abgeänderte Form und Anordnung von vorgeformten Körpern aus einer Harz- und Härtemittelzusammensetzung
zeigt, F i g. 9 eine ähnliche Ansicht, welche eine weitere, abgeänderte Form
der vorgeformten Harzkörper darstellt und F i g. 10 einen Querschnitt entlang
der Linie 10-10
in F i g. 9.
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Bei der Erzeugung eingekapselter elektronischer Bauteile nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren werden oben offene Gehäuse oder Näpfe 11 passender
Größe und Form (üblicherweise zylindrisch) aus einem geeigneten, wärmehärtbaren
Harz- oder Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Epoxydverbindungen, Polyester,
Alkydharzen oder phenolischen Harzen hergestellt. Das brauchbarste Kunststoff- oder
Plastikmaterial ist jedoch vorzugsweise jenes der Epoxydgruppe.
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Bei der bevorzugten Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
und speziell dann, wenn die Gehäuse oder Näpfe 11 aus einem Kunststoff- oder
Plastikmaterial der Epoxydgruppe hergestellt sind, ist es au_s Gründen, die
später noch eingehender dar---gelegt werden, wünschenswert, daß das formbildende
Harz- oder Kunststoffmaterial nur teilweise gehärtet ist.
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In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ungehärtetes,
pulverförmiges Harzmaterial, vorzugsweise eine pulverförmige Epoxydzusammensetzung,
welche ein passendes Härtemittel enthält, zu einem festen Körper vorbestimmter Größe
-und Form zusammengepreßt, um einen Teil zu schaffen, welcher zum Zweck der Beschreibung
im folgenden als vorgeformter Körper 12 bezeichnet wird.
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Die elektronischen Bauteile 13, die eingekapselt werden sollen,
sind mit Zuleitungen 14 versehen. Um die genannten Leitungen 14 aufnehmen zu können,
sind die vorg geformten Körper12 mit einer oder mehreren passend angeordneten Öffnungen
oder Durchgängen15 ausgestattet, durch welche sich die genannten Leitungen14 hindurcherstrecken
können. Wenn die Zuleitunaen14 von den gegenüberliegenden Enden des elektronischen
Bauteiles ausgehen, ist der geschlossene Boden des einen Bauteil aufnehmenden Gehäuses
oder Napfes 11 mit einer Öffnung 16
versehen, durch welche die sich
nach unten erstreckende Zuleitung aus dem Boden des Gehäuses oder Napfes herausragen
kann, während die sich nach oben erstreckende Zuleitunc, aus dem oberen Ende des
Gehäuses oder Napfes nach außen herausragen kann.
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Beirn Einbringen eines elektronischen Bauteiles 13
in ein Gehäuse
oder einen Napf 11 wird ein vorgeformter Harzkörper 12 so mit diesem Bauteil
verbunden, daß die jeweiligen Enden aneinanderliegen und der genannte Körper 12
in den Bodeninnenraum des Gehäuses oder Napfes zu liegen kommt. Wenn der
elektronische Bauteil 13 eine sich nach unten erstreckende Zuleitung 14 besitzt,
wird der Körper 12 durch Durchführen der Zuleitung durch eine Öff-
nung
15 in dem Körper 12 mit diesem verbunden (F i g. 3).
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Die Masse der vorgeformten Körper 12 ist quantitativ so vorbestimmt,
daß, wenn diese mit den zugehörigen elektronischen Bauteilen 13 in den Innenraum
der Gehäuse oder Näpfe 11 eingesetzt sind, die entstehende Flüssigkeit nach
der Verflüssigung der Vorlorrn die elektronischen Bauteile allseitig umgibt und
den Innenraum der Gehäuse oder Näpfe 11 ausfüllt.
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Nachdem ein elektronischer Bauteil 13 mit einem zugehörigen
vorgeformten Körper 12 in das Gehäuse oder den Napf 11 in der vorher beschriebenen
Weise eingebracht worden ist, wird die Anordnung einer Wänneeinwirkung ausgesetzt,
welche zuerst den vorgeformten Körper verflüssigt, damit dieser den darin befindlichen
elektronischen Bauteil allseitig umgibt und das verflüssigte Harz den Zwischenraum
zwischen dem elektronischen Bauteil und den Wänden des Gehäuses oder Napfes11 vollständig
ausfüllt (F i g. 5). Während dieser anfänglichen Verflüssigungsphase durch
die Wärmeeinwirkung kann es wünschenswert sein, einen sanften Druck auf den elektronischen
Bautgil auszuüben, um dadurch das verflüssigte Kunstharz nach unten durch den Innenraum
des Gehäuses oder Napfes 11 und um den elektronischen Bauteil herum zwischen
diesen und die Wände des Gehäuses oder Napfes zu drücken, damit auch eine gewünschte
Lage des elektronischen Bauteiles zwischen den Wänden des Gehäuses oder Napfes sichergestellt
wird. Enthält der vorgeformte Körper 12 eine Epoxydzusammensetzung, so liegt die
Höhe der erforderlichen Temperatur in der Größenordnung von 120 bis 1801 C,
und sie kann durch das Einbringen der Vorrichtung in einen passenden Ofen, oder
dadurch, daß die Vorrichtung dielektrischen oder Infrarotstrahlen ausgesetzt wird,
zur Einwirkung gebracht werden. Wenn die Anordnungen der Wärme ausgesetzt werden,
besteht, wie oben festgestellt, die erste Wirkung der Wärme darin, die vorgeformten
Kunstharzkörper
zu verflüssigen, worauf ein weiteres Anwenden von Wärme das Kunstharz aushärtet,
um dieses dadurch aus seinem anfänglich flüssigen Zustand in einen starren, verfestigten
Zustand S umzuwandeln, wobei seine feste Masse an dem darin eingebetteten
elektronischen Bauteil 13 und an dem Gehäuse oder Napf 11 anhaftet
(F i g. 6) und so einen fertigen, eingekapselten elektronischen Bauteil
C
(F i g. 7) bildet.
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Bei einer bevorzugten Handhabung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind die Gehäuse oder Näpfe 11
aus einer teilweise ausgehärteten und die vorgeformten
Körper 12 aus einer nicht ausgehärteten Epoxydharzzusammensetzung hergestellt. Als
Folge davon steht der vorgeformte Körper 12, wenn er verflüssigt worden ist, um
das Gehäuse oder den Napf 11 zu füllen und dabei den darin enthaltenen elektronischen
Bauteil 13 zu umgeben, auch mit den Wänden des Gehäuses oder Napfes in Berührung,
und da das Gehäuse oder der Napf nur zum Teil ausgehärtet ist und das nachfolgende
Aushärten des Harzes des vorgeformten Körpers und des Gehäuses oder Napfes sich
unter der Anwendung von Wärme ergibt, reagiert das Harz des vorgeformten Körpers
chemisch mit dem des Gehäuses oder Napfes in der Weise, daß es sich mit ihm vereinigt,
um dadurch einen einheitlichen, homogenen Dichtungskörper herzustellen, welcher
den elektronischen Bauteil vollständig einschließt.
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Wie in den F i g. 8 und 9 gezeigt, können beim Zusammensetzen
mit einem Gehäuse oder Napf 11 und einem elektronischen Bauteil
13 zwei vorgeformte Körper 12 verwendet werden, wobei ein Körper am unteren
Ende des eingesetzten elektronischen Bauteiles und der andere an seinem oberen Ende
angebracht wird. Die Masse der vorgeformten Körper ist quantitativ so bemessen,
daß bei ihrer Verflüssigung die resultierende Flüssigkeit jene Menge aufweist, die
für das Ausfüllen des Gehäuses oder Napfes erforderlich ist, wenn sie den zugehörigen
in ihr enthaltenen elektronischen Bauteil allseitig umgibt. Wie in den F i
g. 9 und 10 gezeigt, können ausgewählte vorgefoimte Körper 12 mit
mehreren Öffnungen oder Durchgängen 15 versehen sein, um eine entsprechende
Anzahl von Zuleitungen 14 eines zugehörigen elektronischen Bauteiles aufzunehmen.
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Ein ausdrücklicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß das Ouantum der vorgeformten Körper 12 vor dem Gebrauch vorbestimmt und
so berechnet werden kann, daß sie die richtige Menge unausgehärteten Harzes liefert,
welches, wenn es verflüssigt ist, einen elektronischen Bauteil gegebener Größe allseitig
umgibt und ein Gehäuse oder einen Napf gegebener Größe, in welchem der Bauteil angeordnet
ist, füllt, Solche vorgeformte Körper können in Mengen vor dem Gebrauch hergestellt
und später bequem und schnell von Arbeitern gehandhabt werden, welche vorgeformte
Körper mit Gehäusen oder Näpfen und elektronischen Bauteilen zusammenbauen und für
die Wärmebehandlung herrichten. Dies fördert die wirtschaftliche Massenproduktion
von eingekapselten elektronischen Bauteilen. Aus diesen Gründen brauchen die den
Zusammenbau vornehmenden Arbeiter auch nicht mit unausgehärteten HarzeninflüssigemZustand
umzugehen. Des weiteren C
besteht bei der Verwendung von flüssigen Epoxydharzzusammensetzungen
mit einem Härtmittel das Risiko eines Verlustes, da diese eine nur begrenzte Haltbarkeit
in dem Aufbewahrungsbehälter aufweisen. Dieses Risiko wird durch das Vorsehen eines
unausgehärteten Harzes in einem vorgeformten festen Zustand gemäß der Erfindung
vermieden.