DE2347049A1 - Verfahren zum einkapseln von miniaturisierten schaltungen, insbesondere hybridschaltungen, und danach hergestellte eingekapselte miniaturisierte schaltungen - Google Patents

Verfahren zum einkapseln von miniaturisierten schaltungen, insbesondere hybridschaltungen, und danach hergestellte eingekapselte miniaturisierte schaltungen

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Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Verfahren zum Einkapseln von miniaturisierten Schaltungen, insbesondere Hybridschaltungen, und danach hergestellte eingekapselte miniaturisierte Schaltungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einkapseln von miniaturisierten Schaltungen, insbesondere Hybridschaltungen, bestehend aus einem dielektrischen Trägersubstrat und passiven sowie aktiven Elementen und auf danach hergestellte eingekapselte miniaturisierte Schaltungen.
Bei der Einkapselung von miniaturisierten Schaltungen, ins-' besondere von Hybridschaltungen, ist es üblich, die Schaltung in ein vorgefertigtes, hermetisches Gehäuse einzubauen
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oder nach Ueberziehen der aktiven Schaltungsteile mit einer Silikongummischicht mit einer härtbaren Kunststoffmasse zu umgeben. (Vgl. z.B. Electronics, June 7, 1973, S. 89-1O1I.)
Ein vorgefertigtes, hermetisches Gehäuse bietet den miniaturisierten Schaltungen hervorragenden Schutz, erweist sich jedoch aufgrund der hohen Herstellungs- und Einbaukosten als ausserordentlich kostspielig. Dagegen ist der Einbau der miniaturisierten Schaltungen in Kunststoffmassen wesentlich billiger, hat aber den grossen Nachteil einer viel zu kurzen Lebensdauer, da die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von dielektrischem Substrat und Kunststoffmasse Spannungen hervorrufen und bereits nach kurzer Zeit zu einer Zerstörung des Gehäuses führen. Auch ein entsprechend dünnes Auftragen der Kunststoffmasse ist für eine beständige Einkapselung nicht geeignet, da hierdurch zwar eine hohe Lebensdauer des Gehäuses zu erwarten ist, jedoch die miniaturisierten Schaltungen zu v/enig geschützt werden.
Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass das Ueberziehen der fertigen Schaltung mit einer Schicht aus Silikongummi vorteilhaft ist, jedoch wird dann das Einkapseln dieser geschützten Schaltung besonders problematisch, da der Silikongummi inkompressibel ist und bei Temperaturwechsel auf-
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grund der dabei auftretenden mechanischen Spannungtedas aufgegossene Kunstgehäuse zerstört.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einkapseln miniaturisierter Schaltungen zu schaffen, welches preiswerte, eingekapselte miniaturisierte Schaltungen liefert, die allen auftretenden Beanspruchungen genügen und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
Die' vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die gesamte Schaltung zunächst mit einer Schutzschicht aus härtbarem Silikongummi oder -lack überzogen, sodann mit einem elastischen Puffer umhüllt und danach in die Kunststoffmasse eingebaut wird.
Der Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass es nun möglich ist, auch grössere miniaturisierte Schaltungen mit einem Gehäuse aus einer Kunststoffmasse zu versehen, ohne dabei auf die erste für die Passivierung notwendige Umhüllung aus Silikongummi zu verzichten, da die bei Temperaturwechsel aufgrund der Inkompressibilität des Silikongummis zur Zerstörung des Kunststoff gehäuses führenden Spannungen vermieden werden. Die erfindungsgemäss eingekapselten Schaltungen sind wesentlich
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preiswerter als in hermetische Gehäuse eingekapselte Schaltungen und weisen eine wesentlich höhere Lebensdauer als handelsüblich eingekapselte Schaltungen auf.
Besonders vorteilhaft ist es, den elastischen Puffer in Form einer Schaumstoffmatte bzw. durch Tauchen der gesamten Schaltung in eine aufgeschäumte und elastisch härtbare Kunststoffmasse um die miniaturisierte Schaltung zu legen.
Es empfiehlt sich, die mit dem elastischen Puffer umhüllte Schaltung in einer Silikongummigussform mit einer Epoxydhartmasse zu vergiessen und ansschliessend auszuhärten.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
Pig. I einen vertikalen Schnitt durch eine eingekapselte Hybridschaltung.
Gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine Hybridschaltung bezeichnet, die aus einem dielektrischen Trägersubstrat 2 und den passiven sowie aktiven Komponenten 3 besteht. Die Anschlussstifte H führen durch das Gehäuse 8, bestehend aus der Schutzschicht
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5, dem elastischen Puffer 6 und der Kunststoffmasse 7 nach aussen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird wie folgt durchgeführt: Auf einer rechteckigen Hybridschaltung 1 von ca. 2,5 χ 5 cm Seitenlänge, bestehend aus einem dielektrischen Trägersubstrat 2 aus Keramik, etwa aus AIpO, mit den darauf aufgebrachten passiven Komponenten 3 aus Widerstands- und Leitermaterial, beispielsweise Gold, sowie diskreten aktiven Halbleiterkomponenten und Chips-Kondensatoren und versehen mit Anschlussstiften 4, wird zunächst eine isolierende Schutzschicht 5, beispielsweise aus Silikonlack oder -gummi, aufgetragen und bei ca. 100 C ausgehärtet. Als sehr geeignet hat sich eine Schichtdicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise von 0,5 mm, ervriesen. Zu beachten ist auch, dass die Anschlussstifte blank bleiben. Dieses Auftragen kann durch Einstreichen mit einem Pinsel oder durch Tauchen der gesamten Schaltung in den flüssigen Schutzlack geschehen. Durch die Schutzschicht "5 werden die aktiven Teile der Schaltung chemisch und mechanisch geschützt, so dass die weitere Verarbeitbarkeit der Hybridschaltung wesentlich erleichtert wird.
Die silikongummi oder -lackgeschützte Schaltung 1,5 wird sodann mit einer dünnen Lage Schaumstoffmatte 6 von ca. 2 mm, höchstens aber 3 mm Dicke gleichmässig umhüllt. Dafür ist
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geschäumtes PVC ge-
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eignet, doch lässt sich auch jedes andere porige und elastische Material verwenden, wichtig ist nur, dass die Schaltung vollkommen umhüllt ist und dass der obere Teil der Anschlussstifte k freibleibt, Das Umhüllen kann von Hand aber auch maschinell erfolgen.
Durch Einbau in eine geeignete Kunststoffmasse 7 erhält die umhüllte Schaltung 1,5,6 ihre mechanische Festigkeit, Dies kann z.B. durch Eingiessen der umhüllten Schaltung in Epoxydharz erreicht werden. Die Schaltung wird an den Anschlussstiften H liängend von oben so in eine passende Giessform gebracht, dass der die Wandstärke des Gehäuses 8 bestimmende Abstand umhüllte Schaltung-Gussformwand überall gleich gross, vorzugsweise 2-3 mm, ist. Die Gussform besteht zweckmässigerweise aus Silikongummi. Solche Formen weisen flexible Wände auf und erleichtern das Entformen erheblich. Ferner erübrigt sich hierdurch der Einsatz von Trennmitteln fast völlig. Die für das Eingiessen verwendeten Epoxydharzmassen es können alle von den Herstellern für das Vergiessen von elektrischen Bauteilen empfohlenen Harzmassen mit oder ohne Füllstoff verwendet werden, welche kurzfristig bis 150 C temperatur- und feuchtigkeitsbeständig sind und eine gute Haftung an den Anschlussstiften 4 und der Schaumstoffmatte 6 aufweisen -, werden nach Herstellerangaben gemischt, ent-
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gast und in die Form eingegeben. Nach Aushärten der Epoxydharzmasse ergibt sich eine eingekapselte Hybridschaltung gemäss Fig. 1.
Anstelle von Epoxydharzmasse kann selbstverständlich auch jede andere Kunststoffmasse verwendet v/erden, die über die für ein Hybridschaltungsgehäuse erforderlichen mechanischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften verfügt. Neben der Giessharztechnik sind auch Spritz- und Presstechniken zum Einbau der umhüllten Hybridschaltung in eine feste Kunststoffmasse geeignet.
Die Temperaturwechsel-Belastbarkeit der erfindungsgemäss hergestellten, eingekapselten Hybridschaltungen wurde in Dauerversuchen getestet und der Temperaturv/echsel-Belastbarkeit handelsüblich hergestellter eingekapselter Hybridschaltungen gegenübergestellt. Die Durchführung dieser Versuche erfolgte in einem auf 125°C aufgeheizten Ofen und einem auf -3O°C eingestellten Kühlschrank jeweils an Luft. Mehrere erfindungsgemäss hergestellte, eingekapselte Hybrid-
schaltungen und eine entsprechende Anzahl von handelsüblich hergestellten, eingekapselten Hybridschaltungen wurden gemeinsam zwei Stunden im Ofen erhitzt und danach über zwei Stunden im Kühlschrank belassen. Die Schaltungen wurden
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während dieser Versuche an den Anschlussstiften aufgehängt, um durch mechanische Berührung erzeugte thermische Spannungen zu vermeiden. Als Indikator für die Temperaturwechsel-Belastbarkeit wurde das erste Auftreten von Rissen am Gehäuse herangezogen.
Unabhängig von den eingesetzten Kunststoffmassen zeigte es sich hierbei, dass die erfindungsgemäss hergestellten, eingekapselten Hybridschaltungen durchschnittlich 30 Temperaturwechsel, die handelsüblich hergestellten, eingekapselten Hybridschaltungen - je nach Hersteller - durchschnittlich 7-9 Temperaturwechsel bestanden. Eine Erklärung für diese erstaunliche Verbesserung der Temperaturwechsel-Belastbarkeit ist darin zu sehen, dass bei den handelsüblich hergestellten, eingekapselten Hybridschaltungen durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Substrat 2 und Kunststoffmasse 7 bei Temperaturwechsel mechanische Spannungen am Gehäuse β auftreten, die sehr rasch zu dessen Zerstörung führen, die jedoch bei den erfindungsgemäss hergestellten, eingekapselten Hybridschaltungen durch den zwischengeschalteten elastischen Puffer aus Schaumstoff fast vollständig vermieden werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1» Verfahren zum Einkapseln von miniaturisierten Schaltungen, insbesondere Hybridschaltungen, bestehend aus einem dielektrischen Trägersubstrat und aktiven sowie passiven Elementen, mit einer Kunststoffmasse, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Schaltung (1) zunächst mit einer Schutzschicht (5) aus härtbarem Silikongummi oder -lack überzogen, sodann mit einem elastischen Puffer (6) umhüllt und danach in die Kunststoffmasse (7) eingebaut wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch1 gekennzeichnet, dass der elastische Puffer (6) in Form einer Schaumstoffmatte um die miniaturisierte Schaltung (1) gelegt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Puffer (5) durch Tauchen der Schaltung in eine aufgeschäumte und elastisch härtbare Kunststoffmasse um die miniaturisierte Schaltung (1) gelegt wird.
    U. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die umhüllte miniaturisierte Schaltung (1,6) in einer Silikongummigussform mit einer Epoxy dharz-
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    masse vergossen und anschliessend ausgehärtet wird.
    5. Eingekapselte miniaturisierte Schaltung, insbesondere Hybridschaltung, hergestellt nach Anspruch 1, 2, 3 oder
    6. Eingekapselte miniaturisierte Schaltung, insbesondere Hybridschaltung, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Puffer (6) eine Wandstärke von höchstens 3 mm aufweist.
    BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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