DE2011787A1 - Verfahren zum Einkapseln elektronischer Bauteile - Google Patents

Description

Patentanwalt!

DR. I. MAAS

DR. W. PFEIFFER DR. F. VOITHENLEITNER

β MÜNCHEN 23 UNQERERSTR. 25 -TEL. 39 02 3β

Case G-299

Vitramon, Incorporated.Bridgeport, Connecticut

V.St.A.

Verfahren zum Einkapseln elektronischer Bauteile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einkapseln elektronischer Bauteile in Schutzgehäuse, Elektronische Bauteile, ins- · "besondere Miniatur- und Mikrominiaturbauteile sind gegenüber den Umgebungseinflüssen äußerst empfindlich. Temperatur, Feuchtigkeit, die Anwesenheit von Staub und unvorsichtige Behandlung können sowohl einzeln als auch in Zuaaramenwirkung die Arbeitsweise und die Eigenschaften eines Bauteiles beeinträchtigen.

Bei einem bekannten Verfahren werden der jeweilige Bauteil odor Gruppen von Bauteilen in ein Schutzgehäuse eingeschlossen. Die Bauteile werden in das Gehäuse eingesetzt,'wobei zwischen den Außenwänden der Bauteile und den Innenwänden des Gehäuses meistens Wachs, Kunststoff oder Teer eingefüllt wird. Diese Lösung ist zwar wirksam, weil dadurch der Bauteil vor Feuchtigkeit und Staub geschützt wird, sie führt jedoch nicht zu einer ausreichenden, thermischen Isolierung und damit nicht zu einem wirksamen Schutz' der temperaturempfindlicheren Bauteile.

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Für extrem temperaturempfindliche Bauteile ist das v;irks'.:".r,· isolierende Füllst off material zwischen Bauteilen und Gf eh Lu;-sen ein Epoxyharz, insbesondere ein Anhydrid epoxyharz. '.-.'enn jedoch ein Epoxyharz verwendet wird, tritt die Schwierigkeit auf, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Epoxyharzes mit demjenigen der Materialien in dem Bauteil in Einklang -zu bringen. Wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlich sind, ist einer größer als der andere, w.-ir-: :-:u eine: Reißen oder Zerbröckeln des Materials mit dem größeren Ausdehnungskoeffizienten führt. Versuche, diese Schwierigkeit bis zu einem bestimmten Ausmaß erfolgreich zu überwinde:·;, W bestehen darin, als isolierendes Füllmaterial ein Gemisch .".u verwenden, das hauptsächlich aus mineralischen Perlen, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der mit el ct. eic-;: Bauteils praktisch übereinstimmt, h.iben und einen guten thermischen Schutz bilden, und einem Epoxyharz besteht, dap sowohl ein Bindemittel für die Mineralstoffperlen bildet, als auch den thermischen Schutz vergrößert·.

Diesen Versuchen ist nur ein Teilerfolg beschieden, da die Mineralstoffperlen und das Epoxyharz keine homogene Mischung bilden, d.h. die Perlen verteilen sich nicht gleichmäßig in dem Epoxyharz, sondern separieren sich in einer bestimmten Schicht. Wenn daher die Perlen in das Epoxyharz: eingeführt und die Mischung in das Gehäuse eingegossen v.'-cvi;·:ι separieren sich die Perlen schnell von dem Epoxyharz, .Wv>r dieses aushärtet, was zu einem unwirksamen Schiita gegeniU..-v der Umgebung und zu einer Verformung infolge der unterseil L.>;ilichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten führt. Vo v.~v.::;;, die Viskosität des Epoxyharzes so zu verändern, daß r"ie Perlen in Suspension gehalten werden, haben zur Folge, d-^3 die

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Mischung sehr schwer zu gießen ist, so daß Gehäuse, die'mit restlichen Lufttaschen gefüllt sind,- erhalten werd.en.

Die Erfindung vermeidet diese" Schv/ierigkeit, -indem wenigstens ein Bauteil in ein Schutzgehäuse eingebracht wird, das eine Gruppe von Löchern in einer ersten Wand und wenigstens eine weitere Gruppe von Löchern in wenigstens einer anderen Wand hat, daß der Raum zwischen den Innenwänden des Gehäuses und den Außenwänden der Bauteile mit einem ersten Material in körniger Form gefüllt wird, das einen durchschnittlichen Korndurchmesser größer als der Durchmesser de,r Löcher in der ersten Wand sowie einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der mit dem der Bauteile etwa übereinstimmt, aufweist, daß das Gehäuse mit der ersten Wand nach unten in eine Zone eingeführt wird, in der sich ein zweites Material in flüssiger Form befindet, wobei der Flüssigkeitsbereich in der Zone unterhalb der obersten Oberfläche des Gehäuses liegt, wenn sich dieses in der Zone befindet, daß" die Hohlräume zwischen dem ersten kornförmigen Material in dem Gehäuse mit dem zweiten Material durch die Kapillarwirkung gefüllt werden, wobei das zweite Material durch die Gruppe von Löchern in der ersten Wand nach oben steigt und das Gehäuse füllt und daß das Gehäuse abgedichtet, sowie das zweite Material gehärtet und verfestigt wird, .

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht eines Schutzgehäuses, das nach dem Verfahren nach dieser Erfindung hergestellt wurde.

Figur 2 zeigt eine Unteransicht dieses Sohutz'gehäuses, und

Figur 3 veranschaulicht anhand einer Schnittansicht das Verfahren nach dieser Erfindung. ₌ -

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Ein elektronisches Bauteil oder Gruppe von Bauteilen (nicht dargestellt) werden bei der Durchführung des Verfahrens nach dieser Erfindung in ein hohles Gehäuse 10, gewöhnlich aus Plastik, eingesetzt, das die elektrischen Daten ur.a öie Arbeitsweise der Bauteile vor den Temperatur-, Feuchtigkeit-, Staub- und Stoßeinwirkungen und dgl. schützt. Wenn mehr ^j 3 ein Bauteil in das Gehäuse eingesetzt wird, können diese-.Bauteile in bekannter Weise miteinander gekoppelt sein. z.B.. mit einer Innenverdrahtung oder einem Bleirahmen (nicht drrgestellt).

Wie oben erwähnt, besteht die durch die.Erfindung zu losende Aufgabe darin, ein Epoxyharz als isolierenden Füllstoff zwi schen den Außenwänden der Bauteile und den Innenwänder, des Schutzgehäuses zu verwenden. Es treten dabei praktisch .;v-ei Schwierigkeiten auf, nämlich erstens haben Epoxyharze einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der sich von der. der meisten elektrischen Bauteile unterscheidet, so daß sie für die direkte Berührung mit diesen elektrischen Bauteilen ungeeignet sind und zweitens eignet sich die am meisten angewandte Lösung, bei der eine Mischung eines' ersten Stoffes dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient mit dem des Bauteils "Übereinstimmt, mit einem Epoxyharz verwendet wird, nicht besonders für diesen Zweck, da es schwierig ist, den ersten Stoff in den Epoxyharz lange genug in Suspension zu halten, so da: eine gleichmäßige Verteilung über den Querschnitt nach dem Abhärten erhalten wird.

Das Verfahren nach der Erfindung nützt zur Lösung dieses Problems die kapillare Anziehungskraft aus. Unter Kapillarität, wird dabei die Anziehung zwischen sowohl gleichen als auch ungleichen Molekülen verstanden, die dazu fuhrt, daß eine

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Flüssigkeit in kleinen Röhrchen oder Pasern hochsteigt oder daß ein Pestkörper durch eine Flüssigkeit benetzt wird. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Raum zwischen dem Bauteil und dem Gehäuse mit einem Granulat oder kornförmigen Stoff 14 angefüllt, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der mit dem des Bauteils vereinbar ist. Wenn z.B. Porzellankondensatoren eingeschlossen werden sollen, werden als Füllstoff Aluminiumoxid-Granulat verwendet. Bei Granula mit einem durchschnittlichen Durchmesser wesentlich kleiner als 0,4 mm (1/62 inch) bewirken, daß das Eindringen des Epoxyharzes, wie es nachstehend beschrieben wird, so gering ist, daß das Epoxyharz wirksam in das Gehäuse 10 eintritt* Wenn andererseits Granula mit einem Durchmesser größer als 0,4 mm (1/16 inch) verwendet werden, wird zuviel Epoxyharz in der Mischung erhalten, was zu einem Zerbrechen oder Zerbröseln durch den überwiegenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Epoxyharzes führt.

Das Füllstoff-Granulat 14 kann in das Gehäuse 10 direkt nach dem Bauteil eingebracht werden, wonach das Gehäuse geschlossen wird, oder alternativ kann das Gehäuse nach dem Einbringen des Bauteiles geschlossen werden und es können Löcher 16, die später als Ventilationslöcher verwendet werden, in eine Wand des Gehäuses gebohrt oder in dieser vorgeformt werden,· wobei der Füllstoff durch diese Löcher eingefüllt, wird. Gleich, welches Verfahren angewandt wird, ist der Zweck eine möglichst große Menge an Füllstoff einzubringen. Nachdem dies erfolgt ist, wird eine Reihe von Eintrittsbohrungen 18 für das Epoxyharz durch eine andere· Wand des Gehäuses gebohrt. Wie bei den Ventilationslöchern 16 können die "Eintrittsbohrungen 18" in der V/and des Gehäuses 10 vorgebohrt sein. Diese Löcher n".-. .- sen kleiner ala der-Durchmesser des Füllstoff-Granulats oßin,

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um ein Austreten des Füllstoff-Granulats au verhindern ur.ci sie befinden sich vorzugsweise in einer Wand LO, die der Wand mit den Ventilationslöchern 16 gegenüberliegt.

Das Gehäuse 10 wird dann in einen Behälter 22 eingebracht, der mit flüssigem Epoxyharz 24 gefüllt ist, wobei die Eir.-trittsöffnungen oder Bohrungen 18 für das Epoxyharz sich in der untersten Wand des Gehäuses befinden. Vorzugsweise .;::- findet sich das Flüssigkeitsniveau etwa in halber oder ir?iviertelter Höhe der Seitenwände des Gehäuses 10. Ein Anschlag 26 kann verwendet werden, um das Gehäuse in dem Epoxyharz richtig einzustellen und um zu gewährleisten, daß die IMr.-trittsbohrungen 18 frei für den Durchtritt von Epoxyharz bleiben. Durch die kapillaren Anziehungskräfte wird das Epoxyharz in das Gehäuse aufgezogen und füllt die Hohlräume zwischen den Granula des Füllstoffs 14, wobei die Luft durch die Ventilationsöffnungen 16 ausgetrieben wird. Ein Farostoff kann mit dem Epoxyharz vermischt sein, um die Feststellung, wann das Gehäuse gefüllt ist, zu erleichtern.

Das Gehäuse kann hierauf entfernt und die Härtung in bekannter Weise vorgenommen werden. Im Ergebnis ist ein Bauteil vollständig gegen seine ITmweltseinflüsse und die physische Behandlung durch ein Füllstoffmaterial auf Epoxybasis geschützt.

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Claims (3)

Pa tentansprüche

1./Verfahren zum Einkapseln von elektronischen Bauteilen in Schutzgehäusen, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens ein Bauteil in ein Schutzgehäuse einsetzt, das eine Gruppe oder einen Satz von Löchern in einer ersten Wand und we-, nigstens eine weitere Gruppe oder einen weiteren Satz von Löchern in wenigstens einer weiteren Wand aufweist, daß man den Raum zwischen den Innenwänden des Gehäuses und den Außenwänden des Bauteils mit einem ersten Material in Form eines Granulats mit einem durchschnittlichen leilchendurchmesser kleiner als der Durchmesser der Löcher in der ersten Wand des Gehäuses und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der mit dem der Bauteile vereinbar ist, füllt, daß man das Gehäuse mit der. ersten Wand nach unten in eine Zone führt, in der sich ein zweiter Füllstoff in flüssiger Form befindet, wobei man das Flüssigkeitsniveau in der Zone nur bis unter die oberste Fläche des Gehäuses, wenn dieses sich in der Zone befindet, ansteigen läßt, daß man die Hohlräume zwischen dem ersten Füllstoffgranulat in dem Ge-. häuse mit dim zweiten Füllstoff durch Kapillarwirkung füllt, wobei der zweite Füllstoff durch die Gruppe von Löchern in der ersten Wand unter Füllung des Gehäuses ansteigt, und daß man das Gehäuse schließt und den zweiten Füllstoff durch Härten verfestigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß :i/.-m als zweiten Füllstoff ein Epoxyharz verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne . daß man als ersten Füllstoff eine anorganische Verbinder,.*·:

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in Form eines Granulats mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 0,4 mm und 1,6 mm (1/62 und 1/16 inch) verwendet.

Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Flüssigkeitsniveau in der Zone des flüssigen Füllstoffs auf 1/2 bis 3/4 des Abstandes zwischen dor untersten Fläche und der obersten Fläche des Gehäuses, wenn sich dieses in der Zone befindet, hält.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens einen Satz von Lochern in einer Wand des Gehäuses, die der ersten Wand gegenüberliegt, anordnet*

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