DE202006020507U1

DE202006020507U1 - Umhülltes Bauelement

Info

Publication number: DE202006020507U1
Application number: DE202006020507U
Authority: DE
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: DE102006012615A8; DE102006012615A1

Abstract

Umhülltes Bauelement (1) umfassend eine das Bauelement (elektronischer Schaltkreis 2) umhüllende Zwischenschicht (4) aus einem thermoplastischen, wasserquellenden Schmelzklebstoff und eine die Zwischenschicht umgebende Umhüllung (5).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein umhülltes Bauelement. Unter Bauelement im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind empfindliche einzelne mechanische und/oder elektronische Bauelemente aber auch aus mehreren Bauelementen bestehende Baugruppen, wie beispielsweise komplexe elektronische Schaltkreise, zu verstehen.
Aus DE 34 42 131 A1 ist ein Verfahren zum Umhüllen von mikroelektrischen Hybrid-Halbleiterschaltungen oder von mikroelektronischen Halbleiterbauelementen bekannt, bei welchem die auf einem Substrat befindlichen Bauelemente mit einer weichen, siegelfähigen Kunststoffschicht übergossen, mit einer Kunststoff-Metall-Verbundfolie abgedeckt und anschließend mit Kunstharz verkapselt werden. Bei diesem relativ aufwändigen Verfahren wird als weiche siegelfähige Kunststoffschicht beispielsweise ein niederviskoses, flüssiges Elastomer aufgebracht. Auf diese Schicht wird dann eine Kunststoff-Metall-Verbundfolie aufgelegt und mit einem Hohlstempel angepresst. Für das anschließende Vergießen bzw. Verkapseln wird dann ein Kunstharz, insbesondere ein hochgefülltes Epoxidharz verwendet.
Aus EP 0 361 194 A2 ist ein Verfahren zum Umhüllen von elektrischen und elektronischen Bauelementen oder Baugruppen bekannt, bei welchem zunächst auf die mechanisch empfindlichen Bereiche eine Zwischenschicht aus einem elastischen Kunststoff und dann eine äußere Umhüllungsschicht aus einem mechanisch und chemisch stabilen Kunststoff aufgebracht werden. Dabei werden sowohl die äußere Umhüllungsschicht als auch die Zwischenschicht durch Spritzgießen einer Formmasse in einem Spritzgießwerkzeug hergestellt. Bei dem Spritzgießprozess werden zu kapselnde Bauelemente jedoch relativ hohen Druck- und Temperaturbelastungen ausgesetzt.
Aus DE 10 2004 062 457 A1 ist eine wasserabsorbierende Zusammensetzung mit unterdrückter Korrosivität in gequollenem Zustand gegenüber Kupfer, deren Verwendung in Kabelummantelungen sowie ein ummanteltes Kabel, bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein umhülltes Bauelement mit einer neuartigen Umhüllung anzugeben, das selbst bei dem Auftreten von Rissen in der Umhüllung vor Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit und dergleichen, geschützt ist. Die Umhüllung gewährleistet somit eine sichere Kapselung empfindlicher Bauelemente und bietet eine Garantie für eine lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Bauelements.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäß ausgestaltete Bauelement umfasst mindestens eine Zwischenschicht und mindestens eine die Zwischenschicht umgebende Umhüllung, wobei die Zwischenschicht aus einem thermoplastischen, wasserquellenden Schmelzklebstoff und die Umhüllung aus einem Kunststoffmaterial besteht. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Zwischenschicht aus einem wasserquellenden Schmelzklebstoff auf Ethylenvinylacetat-Basis. Da die Zwischenschicht im Wesentlichen bei geringem Druck und bei vergleichsweise niedriger Verfahrenstemperatur auf das zu umhüllende Bauelement aufbringbar ist, bietet die aufgebrachte Zwischenschicht bereits einen guten Schutz für das empfindliche Bauelement vor weiteren Druck- bzw. Temperaturbeanspruchungen im weiteren Herstellungsprozess des umhüllten Bauelements. Das umhüllte Bauelement zeichnet sich weiterhin durch eine große Robustheit gegen widrige Umweltbedingungen und damit durch eine hohe Lebensdauer aus, da die Zwischenschicht aufgrund ihres Quellverhaltens bei Feuchtigkeit durch Risse der Umhüllung eingetretene Feuchtigkeit bindet und den Zutritt weiterer Feuchtigkeit verhindert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Zwischenschichten bzw. Umhüllungen vorgesehen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Aufsicht auf ein umhülltes Bauelement;
2 einen Schnitt entlang der Linie A-A' von 1;
3 eine Seitenansicht eines mehrfach umhüllten Bauelements.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgestaltetes umhülltes Bauelement 1. Das umhüllte Bauelement 1 ist schematisch und lediglich beispielhaft quaderförmig dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass mittels der Erfindung auch umhüllte Bauelemente darstellbar sind, die eine beliebig gestaltete Außenkontur aufweisen. 2 stellt einen Längsschnitt durch das Bauelement 1 entlang der Schnittlinie A-A' von 1 dar. Das umhüllte Bauelement 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen empfindlichen elektronischen Schaltkreis 2, der auf einem Träger 3 angeordnet ist. Der auf dem Träger 3 angeordnete elektronische Schaltkreis 2 ist von mindestens einer Zwischenschicht 4 umgeben, die ihrerseits von mindestens einer Umhüllung 5 ummantelt ist. Der elektronische Schaltkreis 2 wird über Anschlussleitungen 6, 7 kontaktiert, die nur bereichsweise von der Zwischenschicht 4 und der Umhüllung 5 ummantelt sind, derart, dass Endstücke der Anschlussleitungen 6, 7 für eine Verbindung mit anderen Schaltelementen oder dergleichen noch zugänglich sind. Bei der Umhüllung 5 handelt es sich um eine robuste Ummantelung aus einem Kunststoffmaterial, die vorzugsweise im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Die Zwischenschicht 4 ist eine Schutzschicht, die in mehrfacher Hinsicht einen Schutz für den empfindlichen elektronischen Schaltkreis 2 bietet. Zum einen schützt die Zwischenschicht 4 den empfindlichen elektronischen Schaltkreis 2 bei der Herstellung des umhüllten Bauelements 1 vor den thermischen Belastungen und Druckbelastungen, die beim Spritzgussvorgang auftreten. Der Schutz wird dadurch erreicht, dass die Zwischenschicht 4 den elektronischen Schaltkreis 2 gegen Hitze und Druck abschirmt. Die Zwischenschicht 4 trägt weiterhin, in Kombination mit der Umhüllung 5, auch zu einer großen Robustheit und langen Lebensdauer des umhüllten Bauelements 1 bei. Dies ermöglicht den Einsatz des umhüllten Bauelements auch bei widrigen Umgebungsbedingungen, bei denen das umhüllte Bauelement 1 starken Temperaturwechselbeanspruchungen und Feuchtigkeitseinfluss ausgesetzt ist. Solche Umgebungsbedingen kommen zum Beispiel bei Anwendungen im Kraftfahrzeug vor. Bei Langzeitbelastung mit Temperaturwechselbeanspruchungen kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine auch sehr sorgfältig ausgeführte Umhüllung 5 zu Rissen, Spalten und Sprüngen neigt. Infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten sind auch die Grenzflächen zwischen den Anschlussleitungen 6, 7 und der Umhüllung 5 kritische Bereiche. Falls an derartigen Schwachstellen Risse in der Umhüllung 5 auftreten, kann nicht ausgeschlossen werden, dass Feuchtigkeit durch eine derart geschwächte Umhüllung 5 in das Innere der umhüllten Baugruppe 1 eintritt. Jetzt kommt wieder eine zusätzliche Schutzwirkung der Zwischenschicht 4 zum Tragen. Die Zwischenschicht 4 besteht vorteilhaft aus einer Substanz, die bei Zutritt von Feuchtigkeit quillt. Die durch Feuchtigkeitseinfluss quellenden Außenbereiche der Zwischenschicht 4 schließen in der Umhüllung 5 ggf. vorhandene Risse oder Sprünge und verhindern dadurch den Zutritt weiterer Feuchtigkeit zu dem elektronischen Schaltkreis 2. Besonders vorteilhaft besteht die Zwischenschicht 4 aus einem thermoplastischen wasserquellenden Schmelzklebstoff. Besonders geeignet sind wasserquellende Schmelzklebstoffe auf Ethylenvinylacetat-Basis. Ein geeigneter Schmelzklebstoff ist unter der Bezeichnung MACROMELT Q4411 handelsüblich (MACROMELT ist eine Marke der Firma Henkel KGaA).
In einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bauelement mehrfach umhüllt, wie anhand des in 3 in Seitenansicht dargestellten Bauelements 1 erläutert wird. In dem Kern des umhüllten Bauelements 1 ist wiederum ein empfindlicher elektronischer Schaltkreis 2 auf einem Träger 3 angeordnet. Der Schaltkreis 2 und der Träger 3 sind von einer ersten Zwischenschicht 4.1 umgeben. Bei dieser ersten Zwischenschicht handelt es sich um einen unter Feuchtigkeitseinfluss quellfähigen Schmelzkleber. Die erste Zwischenschicht 4.1 ist von einer ersten Umhüllung 5.1 umgeben. Anschließend folgt eine zweite Zwischenschicht 4.2, die ebenfalls aus einem unter Feuchtigkeitseinwirkung quellfähigen Schmelzkleber besteht. Auf die zweite Zwischenschicht 4.2 folgt eine zweite Umhüllung 5.2, die das umhüllte Bauelement nach außen abschließt. Mit 6 und 7 sind wiederum Anschlussleitungen bezeichnet, die den Kontakt zu dem elektronischen Schaltkreis herstellen. Da die in 3 dargestellte Ausführungsvariante der Erfindung mehrere Umhüllungen 5.1 und 5.2 und mehrere Feuchtigkeit abfangende Zwischenschichten 4.1, 4.2 umfasst, kann ihre Zuverlässigkeit weiter gesteigert werden.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren für die Herstellung eines umhüllten Bauelements gemäß 1 und 2 umfasst die folgenden Verfahrensschritte. In einem ersten Schritt wird das zu umhüllende Bauelement, beispielsweise ein auf einem Träger 3 angeordneter elektronischer Schaltkreis 2, mit einem thermoplastischen wasserquellenden Schmelzklebstoff derart umhüllt, dass sich ein geschlossener Mantel ergibt, aus dem nur noch die Anschlussleitungen 6,7 herausragen. Dieser Mantel bildet die Zwischenschicht 4. Da der Schmelzkleber schon bei relativ geringen Temperaturen, nämlich unter etwa 150°C, verarbeitet werden kann und nach dem Auftragen schnell wieder abkühlt, bleibt die thermische Belastung des empfindlichen elektronischen Schaltkreises 2 bei dem Aufbringen der Zwischenschicht 4 relativ gering. Da das Aufbringen des Schmelzklebers bei vergleichsweise geringem Druck erfolgt, ist der elektronische Schaltkreis 2 bei der Herstellung der Umhüllung 4 auch keiner unzulässigen Druckbelastung ausgesetzt. Nach dem Abkühlen des Schmelzklebers bietet die erstarrte, den elektronischen Schaltkreis 2 und den Träger 3 einhüllende Zwischenschicht 4 einen guten mechanischen und thermischen Schutz für den elektronischen Schaltkreis 2. Von diesem Schutz profitiert der elektronische Schaltkreis bei dem weiteren Verfahrensschritt, mit dem die Umhüllung 5 hergestellt wird. Die Umhüllung 5 wird zweckmäßig in einem Spritzgussprozess hergestellt. Dazu wird der durch die Zwischenschicht 4 geschützte elektronische Schaltkreis 2 in ein geeignetes Spritzgießwerkzeug eingebracht und dort mit einem plastischen Kunststoff umspritzt, der die Umhüllung 5 bildet. Während des Spritzgussvorgangs wird der elektronische Schaltkreis 2 durch die Zwischenschicht 4 vor thermischen Belastungen und Druckbelastungen geschützt, die mit dem Spritzgießvorgang einhergehen. Im Rahmen des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels wurde die Umhüllung eines elektronischen Schaltkreises beschrieben. Es versteht sich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch weniger komplexe elektronische Schaltkreise, wie insbesondere auch einzelne elektronische und/oder mechanische Bauelemente, mit einer vorteilhaften Zwischenschicht und Umhüllung umgeben werden können.
Die in 3 dargestellte Ausführungsvariante der Erfindung wird analog zu dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel hergestellt, wobei die entsprechenden Arbeitsschritte für die Herstellung der Zwischenschichten 4.1, 4.2 und Umhüllungen 5.1, 5.2 mehrfach wiederholt werden.

1: umhülltes Bauelement
2: elektronischer Schaltkreis
3: Träger
4: Zwischenschicht
4.1: Zwischenschicht
4.2: Zwischenschicht
5: Umhüllung
5.1: Umhüllung
5.2: Umhüllung
6: Anschlussleitung
7: Anschlussleitung
A-A': Schnittlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3442131 A1 [0002]
- EP 0361194 A2 [0003]
- DE 102004062457 A1 [0004]

Claims

Umhülltes Bauelement (1) umfassend eine das Bauelement (elektronischer Schaltkreis 2) umhüllende Zwischenschicht (4) aus einem thermoplastischen, wasserquellenden Schmelzklebstoff und eine die Zwischenschicht umgebende Umhüllung (5).
Umhülltes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) aus einem wasserquellenden Schmelzklebstoff auf Ethylenvinylacetat-Basis besteht.
Umhülltes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zwischenschichten (4.1, 4.2) und mehrere Umhüllungen (5.1, 5.2) vorgesehen sind, wobei das empfindliche Bauelement (elektronischer Schaltkreis 2) zunächst von einer Zwischenschicht (4.1) umgeben ist und das umhüllte Bauelement nach außen durch eine Umhüllung (5.2) abgeschlossen ist.
Umhülltes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichten (4.1, 4.2) aus einem wasserquellenden Schmelzklebstoff bestehen.