DE19913904C1

DE19913904C1 - Process for sealing ducts on connecting elements of a base body against liquids and gases, for soldered components, includes a sealing compound

Info

Publication number: DE19913904C1
Application number: DE1999113904
Authority: DE
Inventors: Barbara Lehner; Ernst-Ulrich Berndt; Ernst Wipfelder; Joern Gebert
Original assignee: Tyco Electronics Logistics AG
Current assignee: TE Connectivity Solutions GmbH
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2019-03-27

Abstract

The connecting elements are coated with a solder (5) and protrude through a sealing compound (7). By initiating a first partial hardening, the base body adheres to the connecting elements and seals the ducts. A second hardening reaction is initiated causing shrinkage of the sealing compound which fills the gaps exposed by the solder melting away. Process for sealing ducts of connecting elements (4) of a base body (2) against liquids and gases. The connecting elements are coated with a solder (5) and protrude through a sealing compound (7). The compound is applied to the base body with inclusion of the connecting elements. By initiating a first partial hardening of the compound with a first partial reaction, at a temperature T1 over a period t1, the base body adheres to the connecting elements and seals the ducts. By soldering the connecting elements at a temperature T2 over a period t2, a second hardening reaction of the compound is initiated with a second partial reaction. Through shrinkage of the sealing compound caused by the second partial reaction, the gaps exposed by the solder melting away are filled between the connecting elements and the base body, and sealed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten von Durch führungen von mit Lot beschichteten durch eine Vergußmasse ragenden Anschlußelementen eines Grundkörpers.The invention relates to a method for sealing through guides of solder coated protruding through a potting compound Connection elements of a base body.

Zusätzlich betrifft die Erfindung eine Ver gußmasse zur Anwendung in dem Verfahren.In addition, the invention relates to a ver Casting compound for use in the process.

Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von auf ein Substrat gelöteten Bauelementen werden thermisch härtbare Zwei- Komponenten-Epoxidharze an der Außenseite des Grundkörpers aufgebracht und durch Auslösen einer Härtungsreaktion der In nenraum der Funktionseinheit an den Pindurchführungen gegen den Außenraum der Funktionseinheit abgedichtet, sowie die Kappe auf dem Grundkörper befestigt. Aus DE 35 44 533 A1 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem die Anschlußelemente eines Grundkörpers gegenüber Flüssigkeiten und Gasen abge dichtet werden. Dabei wird durch geeignete Ausgestaltung des Grundkörpers mit Kanälen erreicht, daß sich die Vergußmasse gleichmäßig verteilt. Bei den bekannten Verfahren kommen Epoxidharze zum Einsatz, die als Vorgemische bei -40°C gela gert werden müssen oder Epoxidharzformulierungen, die einkom ponentig bei Raumtemperatur über mehrere Monate lagerstabil sind. Ein solches Epoxidharz ist beispielsweise bekannt aus DE 40 06 153 C2.In known methods for producing on a substrate soldered components are thermally curable two- Component epoxy resins on the outside of the body applied and by triggering a hardening reaction of the In counter space of the functional unit on the pin bushings sealed the outside of the functional unit, and the Cap attached to the base body. From DE 35 44 533 A1 such a method is known in which the connection elements a base body against liquids and gases be sealed. Here, by appropriate design of the Basic body with channels achieved that the potting compound equally distributed. In the known methods come Epoxy resins are used that are used as premixes at -40 ° C or epoxy resin formulations that come in in storage at room temperature over several months are. Such an epoxy resin is known for example from DE 40 06 153 C2.

Der Nachteil der bekannten Herstellungsverfahren besteht dar in, daß beim Einlöten der mit Lot beschichteten Pins in die Substrate Öffnungsspalten zwischen Pins und Grundkörper durch wegschmelzendes Lot freigelegt werden. Da der Härtungsvorgang des Epoxidharzes bereits abgeschlossen ist, können diese Öff nungsspalten nachträglich nicht mehr verschlossen werden. Da durch wird das Bauelement undicht, was insbesondere bei Re lais zu unerwünschten Ausfällen führt.The disadvantage of the known manufacturing processes is in that when soldering the pins coated with solder into the Substrates opening gaps between pins and body melting solder can be exposed. Because the hardening process of the epoxy resin has already been completed, these can be opened columns can no longer be closed afterwards. There through the component is leaking, which is particularly the case with Re lais leads to undesired failures.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Abdichten von Durchführungen anzugeben, bei dem die Bauelemente nach dem Lötvorgang gegenüber Flüssigkeiten und Gasen dicht sind. Außerdem soll eine Vergußmasse zur Anwendung in dem Verfahren angegeben werden.The object of the invention is therefore a method for sealing bushings specify where the components after the soldering process against liquids and Gases are tight. In addition, should a potting compound to be specified for use in the process.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 unter Verwendung einer Vergußmasse nach Patentanspruch 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to claim 1 Use of a sealing compound according to claim 3 solved. Advantageous configurations are specified in the subclaims.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Abdichten von Durchführungen für auf ein Substrat gelötete Bauelemente, die gegenüber Flüssigkeiten und Gasen dicht sind.The invention consists in a method for sealing bushings for on Components soldered to the substrate that are sealed against liquids and gases.

Ein Grundkörper weist Pindurchführungen auf.A base body has pin bushings.

Eine Funktionseinheit enthält durch die Pindurchführungen des Grundkörpers ragende, mit Lot beschichtete Pins, wobei über die Funktionseinheit eine mit dem Grundkörper verbun dene Kappe gestülpt sein kann.A functional unit contains protruding through the pin bushings of the base body Solder-coated pins, one being connected to the base body via the functional unit whose cap can be put over.

Dabei wird die Vergußmasse an der Außenseite des Grundkörpers aufgebracht und durch Initiierung einer ersten Teilhärtungs reaktion einer Gesamthärtungsreaktion der Vergußmasse mit ei nem ersten Teilreaktionsumsatz A1 bei einer Temperatur T1 während einer Dauer t1 die Kappe und die Funktionseinheit mit dem Grundkörper verklebt und der Grundkörper an den Pindurch führungen abgedichtet wird.The casting compound is on the outside of the base body applied and by initiating a first partial curing reaction of an overall hardening reaction of the casting compound with egg nem first partial reaction conversion A1 at a temperature T1 during a period t1 with the cap and the functional unit glued to the base body and the base body to the pin through guides is sealed.

Durch das Löten des Bauelements auf das Substrat bei einer Temperatur T2 während einer Dauer t2 wird eine zweite Teilhärtungsreaktion der Vergußmasse mit einem zweiten Teil reaktionsumsatz A2 initiiert, wobei durch den durch den zweiten Teilreaktionsumsatz bedingten Schwund der Vergußmasse die durch wegschmelzendes Lot freigelegten Öffnungsspalten zwischen Pins und Grundkörper aufgefüllt und damit abgedich tet werden. By soldering the component to the substrate at a Temperature T2 during a period t2 becomes a second Partial curing reaction of the sealing compound with a second part reaction turnover A2 initiated, whereby by the by the second partial reaction turnover caused the casting compound to shrink the opening gaps exposed by melting solder filled between pins and base body and thus sealed be tested.

Gemäß der Erfindung besteht eine Vergußmasse zur Anwendung in diesem Verfahren aus einem Epoxidharz und umfaßt folgende Komponenten:
According to the invention, a casting compound for use in this method consists of an epoxy resin and comprises the following components:

- epoxy resins
- calcium carbonate
- Fumed silica.

Wahlweise können darin weitere für Epoxidharze übliche Zusätze wie Haftvermittler, Ver laufshilfsmittel und Amin- oder Imidazolhärter, enthalten sein.Optionally, other additives such as adhesion promoters, ver running aids and amine or imidazole hardeners may be included.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die beim Löten freigelegten Öffnungsspalten noch während des Lötvorgangs, also ohne einen zusätzlichen Prozeßschritt und ohne zusätzlichen Materialeinsatz, abgedichtet werden. Insbesondere gelingt es damit, SMD-taugliche Bauelemente mit verzinnten Pins abzudichten und die Dichtigkeit Liter den Löt prozeß hinaus zu erhalten.The advantage of the method according to the invention is that that the opening gaps exposed during soldering are still during the soldering process, i.e. without an additional process step and sealed without additional material. In particular, it succeeds in using SMD-compatible components tinned pins to seal and the tightness liter the solder to get the process out.

Besonders vorteilhafterweise verwendet man eine Vergußmasse, die aus folgenden Bestandteilen besteht:
It is particularly advantageous to use a casting compound which consists of the following components:

a) 30-35% bisphenol F digliycidyl ether
b) 30-35% epoxy novolak
c) 30-35% calcium carbonate
d) 0.5-2% finely divided silica
e) 0.1-0.2% glycidyloxypropyltrimethoxysilane
f) 0.1-0.2% acrylic resin
g) 2-3% 2-heptadecylimidazole

Dabei ist zu beachten, daß die Summe der Prozentanteile 100% beträgt. Diese Vergußmasse verfügt über zwei Teilhärtungsre aktionen, wobei die erste Härtungsreaktion bei moderaten Tem peraturen und Härtungszeiten (z. B. ca. 30 Minuten bei 120°C) abläuft und das Bauelement an den Pindurchführungen durch den Grundkörper abdichtet und eine dichte Verbindung von Grund körper und Kappe erzeugt. Die zweite Härtungsreaktion läuft bei Temperaturen oberhalb 204°C ab und dauert wenige Sekun den. Während des Lötvorgangs wird die Temperatur des Lötbads, die ca. 240 bis 260°C beträgt, durch die üblicherweise aus Cu bestehenden Pins in Sekundenbruchteilen an die Pindurchfüh rungen weitergeleitet, wodurch die zweite Teilhärtungsreakti on initiiert wird. Der Teilreaktionsumsatz A2 der zweiten Teilhärtungsreaktion ist mit ca. 30% groß genug, um durch einen deutlichen Reaktionsschwund die durch wegschmelzendes Zinn freigelegten Öffnungsspalten abzudichten.It should be noted that the sum of the percentages is 100% is. This potting compound has two partial curing actions, the first curing reaction at moderate tem temperatures and curing times (e.g. approx. 30 minutes at 120 ° C) expires and the component on the pin bushings through the Base body seals and a tight connection from the base body and cap. The second hardening reaction is in progress at temperatures above 204 ° C and lasts a few seconds the. During the soldering process, the temperature of the solder bath, which is approx. 240 to 260 ° C, through which usually made of Cu existing pins to the pin bushing in fractions of a second rung forwarded, causing the second partial curing reaction on is initiated. The partial reaction turnover A2 of the second Partial curing reaction is large enough to go through with about 30% a clear decrease in reaction caused by melting away To seal tin exposed opening gaps.

Das Haften dieser Vergußmasse an den häufig als Grundkörper bzw. Kappe verwendeten Thermoplasten ist sehr gut, womit si chergestellt ist, daß eine dichte Verbindung vom Grundkörper zur Kappe gegeben ist. Außerdem verfügt die Vergußmasse über eine gute Latenz, was einerseits eine Lagerung der Verguß masse bei Raumtemperatur ermöglicht und andererseits nach Ab lauf der ersten Teilhärtungsreaktion gewährleistet, daß die zweite Teilhärtungsreaktion erst bei Temperaturen oberhalb 200°C, also während des Lötens, ausgelöst wird.The adherence of this potting compound to the often as the base body thermoplastic used is very good, which means that is established that a tight connection from the body is given to the cap. The potting compound also has a good latency, which in turn means a storage of the potting mass at room temperature and on the other hand after Ab course of the first partial curing reaction ensures that the second partial curing reaction only at temperatures above 200 ° C, i.e. during soldering.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert.In the following the invention is based on exemplary embodiments play explained in more detail.

Die Herstellung der Vergußmasse kann beispielsweise im fol genden Verfahren erfolgen:The production of the sealing compound can be done, for example, in fol The following procedures take place:

In eine Glasflasche werden die Bestandteile a, b, e und f eingewogen, bei 60°C im Trockenschrank erwärmt und dann mit einem Dissolver bei 3000 U/min für eine Dauer von 5 Minuten homogenisiert. Nach dem Abkühlen auf Temperaturen kleiner als 40°C wird Bestandteil g, dessen Anteile größer als 125 Mikro meter zuvor durch Sieben entfernt wurde, sowie Bestandteil c und d nacheinander mit einem Zahnscheibenrührer bei 300 U/min eindispergiert, wobei ein Erwärmen der Mischung auf Tempera turen größer 40°C zu vermeiden ist. Zum Zerkleinern eventuel ler Agglomerate von Härter- oder Füllstoffpartikeln wird die Vergußmasse in einer Reibschale, Kugelmühle oder einem Wal zenstuhl so lange bearbeitet, bis unter dem Mikroskop an einer aufgerakelten, 90 Mikrometer dicken Schicht keine Agglomerate mehr erkennbar sind. Anschließend wird die Vergußmasse 15 Mi nuten lang bei einem Druck kleiner als 1 mbar unter Rühren entgast.Components a, b, e and f are placed in a glass bottle weighed, heated at 60 ° C in a drying cabinet and then with a dissolver at 3000 rpm for 5 minutes homogenized. After cooling to temperatures less than 40 ° C becomes component g, the proportions of which are greater than 125 micro meters was previously removed by sieving, as well as component c and d in succession with a toothed disk stirrer at 300 rpm dispersed, heating the mixture to tempera doors above 40 ° C should be avoided. Possibly to shred agglomerates of hardener or filler particles Potting compound in a grater, ball mill or whale zenstuhl worked on until under the microscope on one doctored, 90 micron thick layer no agglomerates are more recognizable. Then the potting compound 15 Mi grooves at a pressure less than 1 mbar with stirring degassed.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Figur näher erläu tert.The method according to the invention is described below using a Embodiment and the associated figure explained in more detail tert.

Die Figur zeigt ein in eine Leiterplatte gelötetes Bauelement im schematischen Querschnitt.The figure shows a component soldered into a circuit board in schematic cross section.

Die Figur zeigt ein Bauelement bestehend aus einer Funktions einheit 1 mit mit Lot 5 beschichteten Pins 4, einem Grundkör per 2 und einer darüber gestülpten Kappe 3. Die Pins der Funktionseinheit sind auf eine Leiterplatte 6 gelötet. Nach Ablauf der ersten Teilhärtungsreaktion der Vergußmasse 7 ist die Kappe mit dem Grundkörper verklebt und die Pins sind vor erst abgedichtet. Durch den Teilreaktionsumsatz A2 sind die durch wegschmelzendes Lot an den Pindurchführungen freigeleg ten Öffnungsspalten mit Vergußmasse verschlossen und damit gegenüber Flüssigkeiten und Gasen abgedichtet.The figure shows a component consisting of a functional unit 1 with pins 5 coated with solder 4 , a basic body by 2 and a cap 3 placed over it. The pins of the functional unit are soldered to a circuit board 6 . After the first partial hardening reaction of the potting compound 7 , the cap is glued to the base body and the pins are sealed before. Due to the partial reaction A2, the opening gaps exposed by melting solder on the pin bushings are sealed with potting compound and thus sealed against liquids and gases.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele be schränkt sondern läßt sich auch mit anderen als den beschrie benen Bauelementen und mit anderen als den beschriebenen Ver gußmassen realisieren.The invention is not based on the exemplary embodiments limits but can also be described with other than that benen components and with other than the described Ver realize casting compounds.

Claims

1. A method for sealing bushings with solder ( 5 ) coated by a sealing compound ( 7 ) projecting to connection elements ( 4 ) of a base body ( 2 ) against liquids and gases,
wherein the potting compound ( 7 ) on the base body ( 2 ) with order closure of the connecting elements ( 4 ) applied and wherein by initiating a first partial curing reaction of the potting compound ( 7 ) with a first partial reaction conversion A1 at a temperature T1 for a duration t1 of the base body ( 2 ) glued to the connection elements ( 4 ) and sealed at the bushings,
and wherein by soldering the connection elements ( 4 ) at a temperature T2 for a period t2 a second partial curing reaction of the casting compound ( 7 ) is initiated with a second partial reaction rate A2,
whereby due to the second partial reaction conversion caused by the casting compound ( 7 ) the opening gaps exposed by melting solder ( 5 ) between the connecting elements ( 4 ) and the base body ( 2 ) filled and thus sealed the who.

2. The method according to claim 1, wherein the connecting elements ( 4 ) from a functional unit ( 1 ) projecting pins ( 4 ) and the leadthroughs are leadthroughs, wherein a cap ( 3 ) fitted over the functional unit ( 1 ) is connected to the base body ( 2 ) and the cap ( 3 ) is glued to the base body ( 2 ) by initiating the first partial curing reaction.

3. potting compound for use in a method according to claim 1 or 2 comprising substantially

- epoxy resins
- calcium carbonate
- Fumed silica

4. Potting compound according to claim 3, consisting of the components

5. The method according to claim 1 or 2 using a Potting compound according to claim 3 or 4, wherein the parameters T1 < 150 ° C, t1 <30 min, T2 <200 ° C and t2 <20 sec the.