DE3137898A1

DE3137898A1 - Epoxidharzmasse zum einbetten von bauteilen der autoelektronik

Info

Publication number: DE3137898A1
Application number: DE19813137898
Authority: DE
Inventors: Manfred 8000 München Bauer; Reiner Chem.-Ing.(grad.) 8011 Kirchheim Habrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Habrich Reiner Chem-Ing (grad) 8011 Kirchhei
Priority date: 1981-09-23
Filing date: 1981-09-23
Publication date: 1983-04-07
Also published as: DE3137898C2

Description

Epoxidharzmasse zum Einbetten von Bauteilen der Auto-
elektronik Die Erfindung betrifft eine mit Aminen härtbare und mit Quarzmehl gefüllte Epoxidharzmasse auf der Basis von Bisphenol für das Einbetten von Bauteilen der sAutoelektronik Bauelemente der Autoelektronik müssen grudsätzlkeh gegen Feuchte, Streusalze, Kraft- und Schmierstoffe, aggressive Gase und Temperaturwechselbeanspruchung beständig sein.
Bei Einwirkung von Temperatur und mechanischen Kräften über einen Zeitraum von mehreren Jahren dürfen keine Funktionsstörungen auftreten Insbesondere Hallmagnetschranken müssen derartigen Einflüssen widerstehen.
Eine Hallmagnetschranke besteht im wesentlichen aus einem Hall-IC (integrierter Schaltkreis mit Hallgenerotoren), der sich zwischen einem Polschuh und einem Permanentmagneten befindet. Hall-IC und Polschuh sind gemeinsam auf einer Leiterplatte montiert. Die Einzelteile sind derart angeordnet, daß sich in einem zweischenkeligen Gehäuse aus Polybutylenterephthalat zwischen Hall-IC und Polschuh einerseits und permanentmagneten andererseits ein Spalt befindet. Das im Spalt gebildete Magnetfeld wird durch Einlegen eines Eisenteiles in den Spalt verändert. Dadurch können elektrische Schaltvorgänge ausgelöst werden. Im vorliegenden Fall wird damit der Zündfunke eines Kraftfahrzeug-Otto-Motors gesteuert, Es ist bekannt, elektronische Bauelemente und Baugruppen mit Kunststoff zu umspritzen oder einzubetten.
Mit Thermoplasten umspritzte elektronische Bauteile1 die Temperaturwechselbeanspruchungen bei Feuchte- bzw.
Schmutzeinwirkung ausgesetzt sind, wie das bei Bauteilen der Autoelektronik der Fall ist, weisen eine ungenügende Haftung des Thermoplastes an den Bauteilen auf. Es dringt Feuchte ein, was zum elektrischen Ausfall, beispielsweise von Hallmagnetschranken führt.
Infolge der Zähigkeit der Masse wurden darüber hinaus beim Umspritzen elektrische Verbindungen zerstört und die Position der Bauteile verändert. Derartige Probleme können auch beim Umpressen von Hallmagnetschranken und anderen Bauteilen mit Formmassen auftreten.
Bei Epoxidharzen,gehArtet mit Säureanhydriden oder aliphatischen Aminen, beobachtet man in Feuchte Hydrolyse bzw. erhöhte Wärmeaufnahme, so daß die Isoliereigenschaften nicht hinreichend lang erhalten bleiben. Enthält der Gießkörper ein eingeschlossenes Metallteil, so tritt bei raschem Temperaturwechsel leicht Rißbildung auf.
Daher eignen sich die herkömmlichen Harzmassen nicht für das Einbetten von Bauteilen der Autoelektronik, die auch noch in verschmutzter und feuchter Umgebung eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen müssen, und die strenge,vorgeschriebene Prüfbedingungen zu erfüllen haben.
Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Epoxidharzmasse zu schaffen, mit der Einbettungen hergestellt werden können, die neben einer großen mechanischen Festigkeit, insbesondere auch in feuchter und ver- schmutzter Umgebung hohe Rißfestigkeit und eine gute Haftung auf eingegossenen Metallteilen aufweisen. Sie müssen ferner beständig sein gegen Kraft- und Schmierstoffe und Streusalz, sowie aggressive Gase.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Epoxidharzmasse aus einem Gemisch aus (Å) 2 Gew.-Teilen eines BisphenolEpoidharzes mit einem Epoxidwert von 0,50 bis 0,585 pro 100 g, (B) 2 Gew -Teilen eines Nexahydrophthalsäureaiglycidylesters mit einem Epoxidwert von O,S5 bis 0,68 pro 100g, (C) 6 Gew. -Teilen mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl einer Korngröße von 0,5 bis 50 ßm und (D) 1 - 1,2 Gew.-Teilen eines cycloaliphatischen Diamins, besteht.
Als besonders geeignet hat sich eine Epoxidharz masse der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erwiesen, die aus dem bei 20 bis 60 °C erhaltenem Vorgemisch aus einem Bisphenol-Epoxidharz und einem Hexahydrophthalsäurediglycidylester und einem mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl besteht, das kurz vor dem Einbetten mit dem Härter, einem cycloaliphatischen Diamin vermischt wird.
Für einen rationellen Fertigungsablauf ist es besonders vorteilhaft, aus den Bestandteilen (A), (B) und (C) das Vorgemisch herzustellen und dieses mittels einer Gießharz-Aufbereitungsanlage mit dem Härter kurz vor der Verarbeitung bei Raumtemperatur zu vereinigen.
Die erfindungsgemäßen Gießharzmassen sind bei Raumtemperatur trotz des hohen Ftllstoffgehalts (60 t) leicht verarbeitbar. Die Sedimentation des Füllstoffes ist gering. Das Vergießen der Bauteile kann sowohl unter Normaldruck als auch unter Vakuum erfolgen. Vielfach ist es zweckmäßig, zunächst bei 120 OC ca. 10 Minuten vorzuhärten, die Teile der Haltevorrichtung zu entnehmen, um dann die Nachhärtung während ca. 3 Stunden bei 150 OC durchzuführen.
Die erhaltenen Gießharzformstoffe haften lückenlos an den Oberflächen der einzubettenden Bauteile. Es ist ein homogener Verbund. Die erhaltenen Produkte, beispielsweise Hallmagnetschranken, sind hydrolyse- und temperaturwechselfest. Sie sind beständig gegen Feuchte und Streusalz, Kraft- und Schmierstoffe,sowie aggressive Gase. Weitere Vorteile liegen in der Formbeständigkeit und im geringen Schwund. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Epoxidharzmassen hergestellte Bauteile der Autoelektronik zeichen sich so durch hohe Funktionssicherheit aus. Sie erfüllen die Prüfbedingungen für Bauteile der Autoelektronik; Prüfbedingungen: Tausend Temperaturzyklen im Bereich von -40 OC bis + 130 OC; nach jeweils 100 Zyklen erfolgt ein Wasserdrucktest, bei dem die Teile unter Wasser bei 5 bar gelagert und anschließend gemessen werden. Der Leckstrom zwischen den Anschlüssen der Hallmagnetschranke darf nicht höher als 10 ßA betragen.
Typische Epoxidharze auf der Basis von Bisphenol können durch die nachstehende Formel wiedergegeben werden. Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol F wobei n -0 ist. Die Epoxidharze weisen einen Epoxidwert von 0,50 bis 0,585 pro 100g auf.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Hexahdrophthalsäurediglycidylester haben einen Epoxidwert von 0,55 bis 0,68 pro 100g und entsprechen der Formel Als Füllstoff enthält die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse mit Epoxisilan beschichtetes Quarzmehl der Korngröße 0,5 bis 50 ßm.
Besonders geeignete cycloaliphatische Diamine sind 3-Amino-methyl-3.5. 5-trimethylcyclohexylamin und 4. 4 -Diamino-dicyclohexylmethan.
Es ist ferner möglich, Pigmente, Farbstoffe, die Fließfähigkeit modifizierende Mittel und/oder Flammschutzmittel und dergleichen zuzumischen, und zwar in jeder Stufe vor der Härtung.
Mit Epoxidharzmassen gemäß der Erfindung können beliebige Bauteile der Autoelektronik, wie z.B. Sensoren für Druck und Temperatur und vor allem Hallmagnetschranken eingebettet werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Isolieren von Bauteilen der Autoelektronik. Erfindungsgemäß wird das elektrische Bauteil in einem vorgefertigten Behälter aus Kunststoff oder Metall, in dem gegebenenfalls Verstrebungen oder Halterungen angebracht sind, eingepaßt und mit dem bei 20 bis 60 "C erhaltenen Vorgemisch aus (A), (B) und (C) dem der Härter (D) kurz vor dem Vergießen zugemischt wird, vergossen. Nachfolgend wird bei ca. 120 OC vorgehärtet und bei 150 OC ausgehärtet.
Ein Beispiel der Erfindung zeigt die Figur, in der eine Hallmagnetschranke schematisch dargestellt ist. Die wesentlichen Teile derselben sind ein Magnet 1, eine Leiterplatte 2 und ein Halbleiterchip 3. Mit 4 sind die Außenanschlüsse bezeichnet. Zwischen dem Hall-IC und dem Magneten ist der Luftspalt 5. Das Bauteil 8, eine Hallmagnetschranke, befindet sich in einem Gehäuse 6 aus Polybutylenterephthalat. Um den Schaltpunkt der Hallmagnetschranke zu stabilisieren, wird die Anordnung mechanisch fixiert. Das Isolieren der elektrischen Verbindungen und Anschlüsse zum Halbleiter und die Fixierung der Anordnung ist durch die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse 7 erfolgt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfthrungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1 50 Gew.-Teile Bisphenol A-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,53 pro 100g werden mit 50 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäurediclydidylester mit einem Epoxidwert von 0,65 pro 100g in einem Rührgefäß vermischt und 150 Gew.-Teile eines mit Epoxisilan beschichteten Quarzmehls mit einer Korngröße von 0,5 bis 50 ßm unter weiterem Rühren hinzugefügt und die Masse bei Raumtemperatur bis 60 QC homogenisiert. Anschließend werden 25 Gew.-Teile 3-Aminomethyl-3 5 5-trimethylcyclohexylamin eingemischt und die nunmehr reaktive Gießharzmasse bei 20 bis 60 0C unter einem Druck von 1 - 1.0 mbar entgast. Die Masse wird zwecemäBigeXrweise bei 40 °C und Normaldruck sofort in die auf ca. 80 °C vorgewärmten Gehäuse aus Polybuthylenterephthalat mit eingesteckten Bauteilen eingefüllt und bei 120 °C + 5 °C 20 Minuten vorgehärtet und ohne Abkühlung nach Temperatur anhebung auf 150 0C + 5 °C mindestens 2 Stunden ausgehärtet.
Beispiel 2 Die Gießharzmasse wird nach Beispiel 1 hergestellt. Das Einfüllen der 40 °C warmen Gießharzmasse geschieht unter einem Druck von 1 - 20 mbar in auf ca. 80 °C vorgewärmte GehAuse aus Polycarbonat mit eingesteckten Bauteilen. Die Masse wird unmittelbar bei 120 °C + 5 °C 20 Minuten vorgehärtet und nach Temperaturanhebung auf 150 °C + 5 °C mindestens 2 Stunden ausgehärtet.
Beispiel 3 Zunächst wird ein Vorgemisch hergestellt, bestehend aus 50 Gew.-Teilen Bisphenol A-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,51 bis 0,5S pro 100g 50 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäurediglycidylester mit einem Epoxidwert von 0,58 - 0,65 pro 100g 150 Gew.-Teilen mit Epoxisilan beschichtetem Ouarzinehl mit einer Korngröße von 0,5 bis 50 gm. 1 Gew.-Teil einer Farbpaste für Epoxidharze.
Die flüssigen und pastösen Bestandteile werden bei Raumtemperatur bis 60 °C in einem Rührbehälter gemischt und unter weiterem Rühren das Quarzmehl zugegeben. Es ist zweckmäßig, anschließend unter einem Druck von 1 - 10 mbar zu homogenisieren. Teilmengen des Vorgemisches werden mit 3-Aminomethyl3. 5. 5-trimethylcyclohexylamin im Gewichts-Verhältnis 10 : 1 bei 40 °C- gemischt und gegebenenfalls unter einem Druck von 1 - 10 mbar entgast. Das Füllen der auf 80 OC vorgewärmten, bestückten Gehäuse aus Polysulfon kann mit 40 OC warmer Gießharzmasse entweder unter Normaldruck oder unter einem Druck von 1 - 20 mbar erfolgen. Analog Beispiel 1 wird die Gießharzmasse gehärtet.
Beispiel 4 Die Gießharzmasse wird nach Beispiel 1 oder 2 hergestellt, verarbeitet und gehärtet. Anstelle von 25 Gew.-Teilen 3-Aminomethyl-3.5.5-trimethylcyclohexylamin werden 30 Gew.-Teile 4.4'Diaminodicyclohexylmethan eingesetzt.
Beispiel 5 Die Gießharzmasse wird nach Beispiel 3 hergestellt, verarbeitet und gehärtet. Anstelle von 1 -Gew. -Teil 3 Aminomethyl-3.5,5-trimethylcyclohexylamin werden 1,2 Gew.-Teile 4.4'-Diaminodicyclohexylmethan eingesetzt.
Beispiel 6 Die Gießharzmasse wird nach den Beispielen 1 - 5 hergestellt, verarbeitet und gehärtet. Anstelle von 50 Gew.-Teilen Bisphenol A-Epoxidharz werden 50 Gew.-Teile Bisphenol F-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,53 bis 0,58 pro 100g verwendet.
9 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Mit Aminen härtbare und mit Quarzmehl gefüllte Epoxidharzmasse auf der Basis von Bisphenol für das Einbetten von Bauteilen der Autoelektronik, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Epoxidharzmasse aus einem Gemisch aus (A) 2 Gew. -Teilen eines Bisphenol-Epoxidharzes mit einem Epoxidwert von 0,50 bis 0,585 pro 100g, (B) 2 Gew.-Teilen eines Hexahydrophthalsäurediglycidylesters mit einem Epoxidwert von 0,55 bis 0,68 pro 100 g, (C) 6 Gew.-Teilen mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl einer Korngröße von 0,5 bis 50 ßm und (C) 1 - 1,2 Gew. Teilen eines cycloaliphatischen Diamins besteht.
2 Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß sie als cycloaliphatisches Diamin 3-Amino-methyl-3. 5 5-trimethylcyclohexylamin enthält.
3. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß sie als cycloaliphatisches Diamin 4. 4 -Diamino-dicyclohexylmethan enthält.
4. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie ein Bisphenol A-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,51 bis 0,55 pro 100g enthält.
5. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie ein Bisphenol F-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,53 bis 0,58 pro 100g enthält.
6. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Epoxidwert des Hexahydrophthalsäurediglycidylesters 0,58 bei 0,65 pro 100g besträgt.
7. Verfahren zur Herstellung der Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zunächst ein Vorgemisch aus einem Bisphenol A-Epoxidharz und einem Hexahydrophthalsäurediglycidylester und mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl bei 20 bis 60 OC hergestellt wird und dieses kurz vor dem Vergießen mit dem Härter, einem cycloaliphatischen Diamin, versetzt wird.
8. Anwendung der Epoxidharzmasse nach den vorangegangenen Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß mit dem bei 20 bis 60 OC erhaltenem Vorgemisch, das nach blgend mit einem Härter versetzt wird, ein in einem Gehäuse befindliches elektrisches Bauteil eingebettet wird und daß nachfolgend bei 120 OC vorgehärtet und bei 150 OC ausgehärtet wird.
9. Anwendung der Epoxidharzmasse nach Anspruch 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die in einem Thermoplastgehäuse (6) positionierten Einzelbauteile einer Hallmagnetschranke (8) in die Epoxidharzmasse (7) eingebettet sind.