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Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung
mit einer in Gießharz
eingebetteten Leiterplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Eine solche elektronische Schaltung wird beispielsweise in einer
an einem Fahrzeug angebrachten elektronischen Steuereinrichtung
verwendet.
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Eine elektronische Schaltung mit
einer in Gießharz
eingebetteten Leiterplatte ist so gestaltet, daß ein Substratbaustein, in
dem verschiedene elektronische Bauteile auf einer Leiterplatte montiert
sind, mit einem Dichtungsharzmaterial harzüberzogen wird zu dem Zweck
einer wasserdichten, feuchtigkeitssicheren, korrosionsfesten und/oder
wärmebeständigen Funktionstüchtigkeit.
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Herkömmlich wird eine solche elektronische Schaltung
mit einer in Gießharz
eingebetteten Leiterplatte durch das folgende Verfahren hergestellt.
Im folgenden wird eine elektronische Schaltung mit einer in Gießharz eingebetteten
Leiterplatte auch als harzbeschichtete Substratfassung bezeichnet.
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Eine in
4 gezeigte harzbeschichtete Substratfassung
(mount substrate) 100 ist in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
JP 600-54457 A offenbart.
Die Fassung
100 wird in der Weise gebildet, daß ein Widerstand
102,
ein Transistor
103 und ein Mikrocomputer
104 auf
einer Leiterplatte (printed substrate) 101 montiert werden, um einen
Substratbaustein A zu bilden, wobei der Substratbaustein A in ein
Gehäuse
110 eingefügt wird
und dann ein Dichtungsharzmaterial
111 in das Gehäuse
110 eingespritzt
und gehärtet
wird, so daß der
Substratbaustein A in dem Dichtungsharzmaterial
111 eingebettet
ist. Die harzbeschichtete Substratfassung
100 wird in dem
Zustand verwendet, in dem das gehärtete Dichtungsharzmaterial
111 und
das Gehäuse
110 einteilig
miteinander ausgebildet sind, und das Gehäuse
110 wird als ein äußeres Gehäuse verwendet,
so wie es ist.
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Alternativ kann die harzbeschichtete
Substratfassung 100 gebildet werden unter Verwendung eines
wannenförmigen
Gehäuses
zum Einspritzen von Dichtungsharz anstelle des Gehäuses 110,
das als äußeres Gehäuse verwendet
wird. In diesem Fall werden ein wannenförmiges Gehäuse und ein Dichtungsharzmaterial
miteinander integriert, und das so erhaltene integrierte Teil wird
in einem weiteren gesondert zubereiteten äußeren Gehäuse zur praktischen Verwendung
untergebracht.
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Verschiedene Methoden ähnlich der
harzbeschichteten Substratfassung
100 sind in den japanischen
ungeprüften
Patentveröffentlichungen
offenbart.
JP 59112700
A und
JP 60617990
A sowie in den japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichungen
JP 6011475 U ,
JP 6094882 U und
JP 61 134082 U und
so weiter.
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Ferner wird eine in den 5(a) und 5(b) gezeigte
harzbeschichtete Substratfassung 200 in der Weise gebildet,
daß ein
Substratbaustein B, in dem verschiedene elektronische Bauteile (nicht
gezeigt) auf einer Leiterplatte montiert sind, in eine Einspritzform 201 eingesetzt
wird und danach ein Dichtungsharzmaterial 202 in die Einspritzform 201 eingespritzt und
gehärtet
wird, so daß der
Substratbaustein B in dem Dichtungsharzmaterial 202 eingebettet
ist (siehe 5(a)), und
dann das gehärtete
Dichtungsharzmaterial 202 aus der Form 201 herausgenommen
wird (siehe 5(b)). Die harzbeschichtete Substratfassung 200 wird
in einem weiteren gesondert zubereiteten äußeren Gehäuse untergebracht zur praktischen
Verwendung.
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Bei der harzbeschichteten Substratfassung 100 besteht
jedoch das Problem, daß in
dem Fall, in dem das Gehäuse 110 als
ein äußeres Gehäuse verwendet
wird, so wie es ist, die Menge des in das Gehäuse 110 einzuspritzenden
Dichtungsharzmaterials 111 groß wird und das Gewicht erhöht. Andererseits besteht
ein anderes Problem darin, daß in
dem Fall der Ausführung
des Spritzens unter Verwendung eines wannenförmigen Gehäuses zum Einspritzen von Dichtungsharz
ein äußeres Gehäuse in seiner
Abmessung vergrößert wird,
da ein Raum zum Aufnehmen des wannenförmigen Gehäuses bereitgestellt wird.
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Die harzbeschichtete Substratfassung
200 kann das vorgenannte Problem mit der harzbeschichteten Substratfassung 100 lösen. Bei
der Fassung 200 besteht jedoch das Problem, daß das Herausnehmen
aus der Form schwierig ist, da die Haftung zwischen dem Dichtungsharzmaterial 202 und der
Einspritzform 201 selbst dann gut ist, wenn ein Formlösemittel
angewendet wird, und die Gefahr besteht, daß bei dem Herausnehmen aus
der Form Spannung auf die Fassung ausgeübt wird und dadurch ein Sprung
in dem Substrat oder ein Beschädigung
in den Leiterabschnitten erzeugt wird. Folglich ist die Verarbeitungsfähigkeit
mäßig und
die Zuverlässigkeit
gering.
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Aus
DE 42 24 122 C2 ist bekannt, elektronische
Schaltungen zur mechanischen Stabilisierung im Gießharz einzubetten.
Insbesondere sollen von der Vergussmasse aufgrund von Schrumpfung
oder Temperaturwechseln auf eine Leiterplatte ausgeübte mechanische
Belastungen reduziert werden. Dazu wird eine Leiterplatte einer
elektronischen Schaltung innerhalb eines Gehäuses angeordnet und in einer Vergussmasse
eingebettet. Zwischen dem Gehäuse und
der Leiterplatte ist ein die Leiterplatte mit Abstand umschließendes elastisches
Pufferelement in der Vergussmasse angeordnet. Das Pufferelement ist
ebenso wie die Leiterplatte vollständig in der Vergussmasse eingebettet,
so dass die Leiterplatte vollständig
gekapselt ist. Das Pufferelement ist als Folienlaminat ausgebildet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
in Gießharz
eingebettete elektronische Schaltung mit geringem Gewicht und kleinen
Abmessung und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 für
eine elektronische Schaltung und mit den Merkmalen des Patentanspruchs
2 für ein
Verfahren zu ihrer Herstellung gelöst.
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Um dieses Ziel zu erreichen, wird
gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung eine äußere Umhüllung aus einer dünnen, einseitig
offenen Kunststoffolie verwendet. Daher wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung
das Gießharz,
in das die Leiterplatte und die elektronischen Bauteile eingebettet
sind, zusammen mit der Kunststoffolie aus einer Einspritzform herausgenommen.
Das Herausnehmen aus der Einspritzform kann zu diesem Zeitpunkt
leicht durchgeführt
werden, da keine Spannung auf die Form ausgeübt wird, denn die dünne Kunststoffolie
zwischen dem gehärteten
Gießharz
und der Einspritzform angeordnet ist.
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Außerdem klebt die dünne Kunststoffolie nach
dem Herausnehmen an der Außenfläche des gehärteten Gießharzes,
so dass die dünne
Kunststoffolie, so wie sie ist, als äußere Umhüllung bei der praktischen Verwendung
benutzt werden kann. Da die äußere Umhüllung aus
einer dünnen
Folie besteht, kann die äußere Form
in diesem Fall sehr kompakt bleiben, ohne die Abmessungen insgesamt
zu vergrößern.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen
Schaltung mit einer im Gießharz
eingebetteten Leiterplatte angegeben. Das Verfahren umfasst dabei
die Schritte des Herstellens einer dünnwandigen, einseitig offenen
Kunststoffumhüllung,
die im wesentlichen die Form einer Einspritzform aufweist, dem Einsetzen
der Kunststoffumhüllung
in die Einspritzform, dem Einsetzen einer Leiterplatte in die Kunststoffumhüllung, dem
Einspritzen von Gießharz
in die Kunststoffumhüllung
und dem Herausnehmen der elektronischen Schaltung mit dem ausgehärteten Gießharz aus
der Einspritzform.
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Daher wird gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung
die äußere Umhüllung in
die Einspritzform eingesetzt, wobei die äußere Umhüllung aus einer dünnen Folie
gebildet ist, so dass die äußere Umhüllung beim
Einspritzen von Gießharz
eine bestimmte Form nicht selbsttätig aufrechterhalten kann.
Die Leiterplatte wird in die äußere Umhüllung eingesetzt,
die sich in der Einspritzform befindet. Anschließend wird Gießharz in
die äußere Umhüllung eingespritzt.
Dabei wird die eingespritzte Gießharzmenge so beschränkt, dass
zumindest die Leiterabschnitte der Leiterplatte und die elektronischen
Bauteile von dem Gießharz
umgeben sind, um zu vermeiden, dass das Gewicht durch eine übermäßige eingespritzte
Gießharzmenge
zunimmt. Anschließend
wird das Gießharz
gehärtet,
so dass die Leiterabschnitte der Leiterplatte und die elektronischen
Bauteile in dem Gießharz
eingebettet sind. Anschließend
wird das gehärtete
Geißharz
zusammen mit der äußeren Umhüllung aus
der Einspritzform herausgenommen.
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Das Herausnehmen aus der Einspritzform kann
zu diesem Zeitpunkt sehr leicht durchgeführt werden, da die äußere Umhüllung zwischen
dem gehärteten
Gießharz
und der Einspritzform angeordnet ist, so dass das Gießharz nicht
an der Einspritzform haftet und keine Spannung auf die Einspritzform beim
Herausnehmen ausgeübt
wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Schnittansicht zum Erläutern
eines Schrittes des Herausnehmens aus der Form in einem Verfahren
zur Herstellung der harzbeschichteten Substratfassung als einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht zum Erläutern
des Schrittes des Einsetzens eines Sub-stratbausteines und eines
beutelförmigen
Körpers
in dem Verfahren zur Herstellung der harzbeschichteten Substratfassung
als der Ausführungsform
der Erfindung;
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3(a) und 3(b) Ansichten zum Erläutern eines
Dichtungsharzmaterial-Einspritzschrittes
in dem Verfahren zur Herstellung der harzbeschichteten Substratfassung
als der Ausführungsform
der Erfindung, wobei 3(a) eine
perspektivische Ansicht ist und 3(b) eine
Schnittansicht entlang der Linie III-III von 3(a) ist;
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4 eine
Schnittansicht eines Beispiels für eine
herkömmliche
harzbeschichtete Substratfassung; und
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5(a) und 5(b) Schnittansichten zum Erläutern eines
Verfahrens zur Herstellung eines anderen Beispiels einer herkömmlichen
harzbeschichteten Substratfassung, wobei 5(a) einen Zustand zeigt, in dem ein
Dichtungsharzmaterial eingespritzt worden ist, und 5(b) den
Zustand des Herausnehmens aus der Form zeigt.
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1 zeigt
eine harzbeschichtete Substratfassung 1, welche eine Ausführungsform
der Erfindung umfasst.
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In dieser harzbeschichteten Substratfassung 1 wird
ein Substratbaustein A gebildet durch (ein bedrucktes Substrat oder)
eine Leiterplatte 2, auf der elektronische Bauteile wie
zum Beispiel ein Relaisblock 3 montiert sind. Wenigstens
Leiterabschnitte der Leiterplatte 2 und des Relaisblocks 3 werden
in ein Dichtungsharzmaterial 6 in einem taschenartigen Körper 5 aus
einem dünnen
Harzfilmes eingebettet, der in eine Einspritzform 7 eingesetzt
ist, und das Dichtungsharzmaterial 6 wird dann gehärtet und
zusammen mit dem taschenartigen Körper 5 aus der Einspritzform 7 herausgenommen.
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In diesem Fall umfassen die Leiterabschnitte Schaltungsleiter
(nicht gezeigt), die auf die Leiterplatte 2 gedruckt sind,
und Anschlussstifte 4 des Relaisblocks 3, die
mit den Schaltungsleitern verbunden sind. Die Leiterplatte 2 einschließlich der
Leiterabschnitte ist als Ganzes in dem gehärteten Dichtungsharzmaterial 6 eingebettet.
Der taschenartige Körper 5 überdeckt
die Außenfläche des
gehärteten
Dichtungsharzmaterials 6 außer seiner oberen Fläche und
klebt einteilig an der Außenfläche.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
der harzbeschichteten Substratfassung 1 anhand der 2 und 3 beschrieben.
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Zuerst wird der aus einem dünnen Harzfilm bestehende
taschenartige Körper 5,
der so geformt ist, daß er
mit der Formgestalt der Einspritzform 7 zusammenpasst,
in die Einspritzform 7 eingesetzt. Die Einspritzform 7 ist
wie eine Wanne spritzgegossen mit einem rechteckigen Öffnungsabschnitt,
der eine Fläche
aufweist, die im wesentlichen der ebenen Fläche der Leiterplatte 2 entspricht,
und Auflageabschnitten 7a, die an vier Ecken eines Bodenabschnitts 7b der
Einspritzform 7 so ausgebildet sind, daß sie von ihr vorstehen, um
darauf die Leiterplatte 2 zu montieren. Andererseits wird
der taschenartige Körper 5 zum
Beispiel durch Vakuumformen geformt unter Verwendung eines dünnen Harzfilmes
(die Dicke beträgt
0,5 mm oder weniger), zum Beispiel aus Polyäthylen, Polypropylen, Polystyren
oder dergleichen. Der Beutelkörper 5 wird
zu einer wannenförmigen
Gestalt so geformt, daß er
zu der Formgestalt der Einspritzform 7 passt, in der Art,
daß Vertiefungsabschnitte 5a,
die jeweils eine ausgehöhlte
untere Fläche
und eine vorstehende obere Fläche
aufweisen, an vier Ecken eines Bodenabschnitts 5b des taschenartigen
Körpers 5 ausgebildet
sind, so daß die Vertiefungsabschnitte 5a auf
den entsprechenden Auflageabschnitten 7a der Einspritzform 7 von
oben aufgebracht werden können.
In dieser Ausführungsform
ist eine Umfangswand 5c des taschenartigen Körpers 5 so
geformt, daß sie
eine niedrigere Höhe aufweist
als eine Umfangswand 7c der Einspritzform 7. Der
taschenartige Körper 5 wird
in die Einspritzform 7 in der Weise eingesetzt, daß die Vertiefungsabschnitte 5a jeweils
auf die Auflageabschnitte 7a aufgesetzt werden und der
Bodenabschnitt 5b und die Umfangswand 5c dazu
gebracht werden, mit dem Bodenabschnitt 7b bzw. der Umfangswand 7c in Kontakt
zu stehen. Durch das Einsetzen kann der taschenartige Körper 5 seine
Wannengestalt zum Zeitpunkt der Harzeinspritzung halten, unbeschadet
der Tatsache, daß es
schwierig ist, die Gestalt des taschenartigen Körpers 5 zu halten,
da er aus einem dünnen
Harzfilm gebildet ist.
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Sodann wird der Substratbaustein
A, bei dem der Relaisblock 3 auf der Leiterplatte 2 montiert ist,
in den in dem vorhergehenden Schritt eingesetzten taschenartigen
Körper 5 eingesetzt.
Das Einsetzen des Substratbausteines A wird ausgeführt, indem
die vier Ecken der unteren Fläche
der Leiterplatte 2 dazu gebracht werden, an die oberen
Flächen der
Vertiefungsabschnitte 5a des taschenartigen Körpers 5 anzustoßen und
darauf aufzuliegen. Durch das Einsetzen wird die Leiterplatte 2 so
eingestellt, daß sie
nach oben von dem Bodenabschnitt 5b des taschenartigen
Körpers 5 getrennt
ist, so daß es möglich ist,
einen Harzmaterial-Einspritzraum zu sichern zwischen der Leiterplatte 2 und
dem Bodenabschnitt 5b des taschenartigen Körpers 5.
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Dann wird das geschmolzene Dichtungsharzmaterial 6 in
den taschenartigen Körper 5 eingespritzt,
so daß bezüglich des
in dem vorhergehenden Schritt eingesetzten Substratbausteines A
wenigstens die Leiter der gedruckten Schaltung (nicht gezeigt) der
Leiterplatte 2 und die Anschlußstifte 4 des Relaisblocks 3 in
dem Dichtungsharzmaterial 6 eingebettet oder überdeckt
werden. Einspritzlöcher 2a und 3a sind
durch die Leiterplatte 2 bzw. den Relaisblock 3 gebohrt.
Eine Düse 8a eines
Verteilers 8 wird durch die Einspritzlöcher 2a und 3a hindurchgeführt (siehe 3(b)), und das geschmolzene
Dichtungsharzmaterial 6 wird durch die Düse 8a eingespritzt. Als
Dichtungsharzmaterial 6 wird zum Beispiel Urethanharz oder
Epoxidharz verwendet. Dabei wird die Einspritzung des Dichtungsharzmaterials 6 auf
eine solche Menge beschränkt,
daß wenigstens
die Schaltungsleiter und die Anschlußstifte 4 der Leiterplatte 2 bzw.
des Relaisblocks 3 des Substratbausteines A in dem Dichtungsharzmaterial
eingebettet werden können
(siehe 3(b)), um dadurch
zu vermeiden, daß das
Gewicht aufgrund übermäßiger Einspritzung
zunimmt.
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Nachdem das in dem vorhergehenden Schritt
eingespritzte Dichtungsharzmaterial 6 gehärtet ist,
wird dann das Dichtungsharzmaterial 6 zusammen mit dem
Beutelkörper 5 aus
der Einspritzform 7 herausgenommen (siehe 1). In dieser Ausführungsform der Erfindung wird
das Herausnehmen aus der Form ausgeführt, indem der Relaisblock 3 sowie
die Einspritzform 7 gegriffen und voneinander getrennt
werden, da der Relaisblock 3 aus der Einspritzform 7 vorragt.
Das Herausnehmen aus der Form kann dabei leicht durchgeführt werden
in dem Zustand, in dem keine Spannung auf die Leiterplatte 2 ausgeübt wird,
da der taschenartige Körper 5 zwischen
das Dichtungsharzmaterial 6 und die Einspritzform 7 eingesetzt
ist, so daß das
Dichtungsharzmaterial 6 nicht an der Einspritzform 7 haftet.
Durch das Herausnehmen aus der Form kann die harzbeschichtete Substratfassung 1 hergestellt
werden.
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In dem Zustand nach dem Herausnehmen aus
der Form, in dem der taschenartige Körper 5 einteilig an
der Außenfläche des
gehärteten
Dichtungsharzmaterials 6 klebt, wird die Substratfassung 1 so, wie
sie ist, in ein äußeres Gehäuse (nicht
gezeigt) zur praktischen Verwendung aufgenommen. Dieser Verwendungszustand
kann leicht im Gewicht und kompakt in der Größe gemacht werden, da der Beutelkörper 5 aus
einem dünnen
Harzfilm gebildet ist. Dementsprechend ist das Gewicht nicht erhöht, und
die Größe des äußeren Gehäuses ist
nicht erweitert.
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Ferner kann in der harzbeschichteten
Substratfassung 1 das Herausnehmen aus der Form leicht durchgeführt werden,
da keine Spannung auf die Leiterplatte 2 ausgeübt wird,
da der taschenartige Körper 5 zwischen
das gehärtete
Dichtungsharzmaterial 6 und die Einspritzform 7 eingesetzt
ist. Folglich kann die Substratfassung 1 leicht mit hoher
Zuverlässigkeit
hergestellt werden, so daß keine
Beschädigung oder
dergleichen in den gedruckten Schaltungsleitern der Leiterplatte 2 und
den Anschlußstiften 4 des Relaisblocks 3 bei
dem Herausnehmen aus der Form erzeugt wird.
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Außerdem kann in dem Herstellverfahren das
Herausnehmen aus der Form ohne Mühe
durchgeführt
werden. Dementsprechend kann die harzbeschichtete Substratfassung 1 mit
den vorgenannten Effekten mit ausgezeichneter Verarbeitungsfähigkeit erzeugt
werden.
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Alternativ kann der Schritt des Herausnehmens
aus der Form in dem Herstellverfahren gemäß der Erfindung folgendermaßen ausgeführt werden.
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Und zwar wird das Herausnehmen aus
der Form der harzbeschichteten Substratfassung, in welcher die elektronischen
Teile nahezu oder vollständig in
dem Dichtungsharzmaterial vergraben sind, in der Weise ausgeführt, daß die Umfangswand 5c des Beutelkörpers 5 in
ihrer Höhe
ausreichend höher
gemacht wird als die Umfangswand 7c der Einspritzform 7,
so daß das
Herausnehmen aus der Form ausgeführt
wird, indem ein überstehender
Teilabschnitt 5d (siehe 3(b))
der Umfangswand 5c, der nach oben aus der Umfangswand 7c vorragt,
und die Einspritzform 7 gegriffen werden und die zwei Teile voneinander
getrennt werden.
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Wie oben im einzelnen beschrieben,
können gemäß der Erfindung
die folgenden Wirkungen erhalten werden.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung klebt
der taschenartige Körper
nach dem Herausnehmen aus der Form einteilig an der Außenfläche des gehärteten Dichtungsharzmaterials
und wird so, wie er ist, in dem äußeren Gehäuse zur
praktischen Verwendung aufgenommen. Der Verwendungszustand kann
gering im Gewicht und kompakt in der Größe gemacht werden, da der Beutelkörper aus
einem dünnen
Harzfilm gebildet ist. Dementsprechend weist das Ganze kein hohes
Gewicht auf, und die Abmessung des äußeren Gehäuses ist nicht groß.
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Ferner kann gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung
das Herausnehmen aus der Form leicht ausgeführt werden, ohne daß eine Spannung
auf die Leiterplatte ausgeübt
wird, da während
des Herausnehmens aus der Form der Beutelkörper zwischen das gehärtete Dichtungsharzmaterial
und die Einspritzform eingesetzt ist. Folglich ist es möglich, eine harzbeschichtete
Substratfassung zu schaffen, welche leicht mit hoher Zuverlässigkeit
hergestellt werden kann, so daß keine
Beschädigung
in den Leiterabschnitten der Leiterplatte und den elektronischen Teile
zum Zeitpunkt des Herausnehmens aus der Form entsteht.
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Ferner kann gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung
das Herausnehmen des gehärteten
Dichtungsharzmaterials aus der Form leicht ausgeführt werden,
ohne daß eine
Spannung auf die Leiterplatte ausgeübt wird, da das Herausnehmen
aus der Form in einem Zustand ausgeführt wird, in dem der Beutelkörper zwischen
das Dichtungsharzmaterial und die Einspritzform zwischengeschaltet
ist. Da der taschenartige Körper
aus einem dünnen
Harzfilm gebildet ist, ist es außerdem möglich, die vorhergehende Substratfassung
des ersten Aspektes mit ausgezeichneter Verarbeitungsfähigkeit
herzustellen.