DE3137898C2

DE3137898C2 - Epoxidharzmasse zum Einbetten von Bauteilen der Autoelektronik

Info

Publication number: DE3137898C2
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: 1986-03-20
Also published as: DE3137898A1

Abstract

Zum Einbetten von Bauteilen der Autoelektronik in ein Kunststoffgehäuse (6), insbesondere zur Herstellung von Hallmagnetschranken (8), wird eine Epoxidharzmasse (7) verwendet, bestehend aus einem Gemisch von A) 2 Gew.-Teilen eines Bisphenol-Epoxidharzes mit einem Epoxidwert von 0,50 bis 0,585 pro 100 g, B) 2 Gew.-Teilen eines Hexahydrophthalsäurediglycidyl esters mit einem Epoxidwert von 0,55 bis 0,69 pro 100 g, C) 6 Gew.-Teilen mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl einer Korngröße von 0,5 bis 50 μm, wobei ggf. A), B) und C) als Vorgemisch vorliegen kann und D) 1-1,2-Gew.-Teile eines cycloaliphatischen Diamins. Die Bauteile zeichnen sich durch hohe Funktionssicherheit bei Einwirkung von Feuchte und aggressiven Schadstoffen sowie bei extremem Temperaturwechsel aus.

Description

2. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als cycloaliphatisches Diamin a-Amino-methyl-a^^-trimethylcyclohexylamin enthält

3. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als cycloaliphatisches Diamin ^'-Diamino-dicyclohexylmethan enthält

4. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß sie ein Bisphenol A-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,51 bis 0,55 pro 100 g enthält

5. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Bisphenol F-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,53 bis 0,58 pro 100 g enthält

6. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxidwert des Hexahydrophthalsäurediglycidylesters 0,58 bis 0,65 pro 100 g beträgt

7. Verfahren zur Herstellung der Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Vorgemisch aus einem Bisphenol Α-Epoxidharz und einem Hexahydrophthalsäurediglycidylester und mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl bei 20 bis 60⁰C hergestellt wird und dieses kurz vor dem Vergießen mit dem Härter, einem cycloaliphatischen Diamin, versetzt wird.

8. Anwendung der Epoxidharzmasse nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet daß mit dem bei 20 bis 60⁰C erhaltenem Vorgemisch, das nachfolgend mit einem Härter versetzt wird, ein in einem Gehäuse befindliches elektrisches Bauteil eingebettet wird und daß nachfolgend bei 120° C vorgehärtet und bei 150⁰C ausgehärtet wird.

9. Anwendung der Kpoxidharzmasse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Thermoplastgehäuse (6) positionierten Einzelbauteile einer Hallmagnetschranke (8) in die Epoxidharzmasse (7)

8" eingebettet werden.

Die Erfindung betrifft eine mit Aminen härtbare und mit Quarzmehl gefüllte Epoxidharzmasse auf der Basis von Bisphenol für das Einbetten von Bauteilen der Autoelektronik.

Bauelemente der Autoelektronik müssen grundsätzlich 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 Hallgeneratoren), 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 Bauteile, die Temperaturwechselbeanspruchungen bei Feuchtebzw. 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, gehärtet 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 Temperaturwechsclbeständigkeit aufweisen müssen, und die strenge vorgeschriebene Prüfbedingungen zu erfüllen haben.

Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Epoxidharzmasse zu schaffen, mit der Einbettungen §j hergestellt werden können, die neben einer großen mechanischen Festigkeit, insbesondere auch in feuchter und

verschmutzter Umgebung hohe Rißfestigkeit und eine gute Haftung auf eingegossenen Metallteilen aufweisen. Sie müssen ferner beständig sein gegen Kraft- und Schmierstoffe und Streusalze, sowie aggressive Gase.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Epoxidharzmasse gelöst, die besteht aus

(A) 50 Gew.-Teilen eines Bisphenol-Epoxidharzes mit einem Epoxidwert von 0,50 bis 0,585 pro 100 g,

(B) 50 Gew.-Teilen eines Hexahydrophthalsäurediglycidylesters mit einem Epoxidwert von 0,55 bis 0,68 pro 100 g,

(C) 150 Gew.-Teilen mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl einer Korngröße von 0,5 bis 50 μπι,

(D) 25 bis 30, i 2 Gew.-Teilen eines cycloaliphadschen Diamins und

(E) gegebenenfalls 1 Gew.-Teil übliche Zusatzstoffe.

Als besonders geeignet hat sich eine Epoxidharzmasse der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erwiesen, die aus dem bei 20 bis 60⁰C 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 au vereinigen.

Die erfindungsgemäßen Gießharzmassen sind bei Raumtemperatur trotz des hohen Füllstoffgehalts (60%) 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° C ^a. 10 Minuten vorzuhalten, die Teile der Haltevorrichtung zu entnehmen, um dann die Nachhärtung während ca. 3 Stunden bei 150° C 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 temperaturwechselfesL Sie sind beständig gegen Feuchte und Streusalze, 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° C bis +130° C; 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 μΑ betragen.

Typische Epoxidharze auf der Basis von Bisphenol können durch die nachstehende Formel wiedergegeben werden.

10

15

20 25

35

CH₂-CH-CH₂-O
O

Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A

CK₂-	-CH-	-CH₂-O-	*_J~*	~V	-CH₂-	\=	-0 —CH₂-CH-	-CH₂-
\ /	/			=/			1
O			-				OH
		-0-

-

CH₂-f >—O — CH₂-CH CH

50 55

Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol F

60

wobei η £0 ist. Die Epoxidharze weisen einen Epoxidwert von 0,50 bis 0,585 pro 100 g auf.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Hexahydrophthalsäurediglycidylester haben einen Epoxidwert von 0,55 bis 0,68 pro 100 g und entsprechen der Formel

C —Ο —CHj —CH₂ CH₃

Il \ /

ο ο

Als Füllstoff enthält die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse mit Epoxisilan beschichtetes Quarzmehl der Korngröße 0,5 bis 50 μΐη.

Besonders geeignete cycloaliphatische Diamine sind S-Amino-methyl-a^-trimethylcyclohexylamin und 4,4'-Diamino-dicyclohexylmethan.

Es ist ferner möglich, Pigmente, Farbstoffe, die Fließfähigkeit modifizierende Mittel und/oder Flammschutzmittel und dergleichen zuzumischcn, und zwar in jeder Stufe vor der Härtung.

Mit Epoxidharzmassen gemäß der Erfindung können beliebige Bauteile der Autoelektronik, wie zum Beispiel 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 6O⁰C erhaltenen Vorgemisch aus (A), (B) und (C), dem der Härter (D) kurz vor dem Vergießen zugemischt wird, vergossen. Nachfolgend wird bei ca. 120° C vorgehärtet und bei 150° C ausgehärtet

Ein Beispiel der Erfindung zeigt die Figur, in der eine Hallrnagnetschranke 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 HaIl-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 dis erfindungsgemäße Epoxidharzmasse 7 erfolgt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

B e i s ρ i e I 1

50 Gew.-Teile Bisphenol Α-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,53 pro 100 g werden mit 50 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäurediglycidylester mit einem Epoxidwert von 0,65 pro 100 g in einem Rührgefäß vermischt und 150 Gew.-Teile eines mit Epoxisilan beschichteten Quarzmehls mit einer Korngröße von 0,5 bis 50 μπι unter

weiterem Rühren hinzugefügt und die Masse bei Raumtemperatur bis 60° C homogenisiert. Anschließend werden 25 Gew.-Teile S-Aminomethyl-S^-trimethylcyclohexylamin eingemischt und die nunmehr reaktive Gießharzmasse bei 20 bis 60° C unter einem Druck von 1 — 10 mbar entgast Die Masse wird zweckmäßigerweise bei 40° C und Normaldruck sofort in die auf ca. 80⁰C vorgewärmten Gehäuse aus Polybutylenterephthalat mit eingesteckten Bauteilen eingefüllt und bei 120° C + 5° C 20 Minuten vorgehärtet und ohne Abkühlung nach Temperaturanhebung auf 150° C + 5° C mindestens 2 Stunden ausgehärtet

Beispiel 2

Die Gießharzmasse wird nach Beispiel 1 hergestellt Das Einfüllen der 40° C warmen Gießharzmasse geschient unter dnem Druck von 1—20 mbar in auf ca. 80⁰C vorgewärmte Gehäuse aus Polycarbonat ^nit eingesteckten Bauteilen. Die Masse wird unmittelbar bei 120⁰C + 5⁰C 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 Α-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,51 bis 0,55 pro 100 g, 50 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäurediglycidylester mit einem Epoxidwert von 0,58—0,65 pro 100 g, 150 Gew.-Teilen mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl mit einer Korngröße von 0,5 bis 50 pm, 1 Gew.-Teil einer Farbpaste für Epoxidharze. Die flüssigen und pastösen Bestandteile werden

bei Raumtemperatur bis 60⁰C 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 S-Aminomethyl-S^-trimethylcyclohexylamin im Gewichts-Verhältnis 10:1 bei 40⁰C gemischt und gegebenenfalls unter einem Druck von 1 — 10 mbar entgast Das Füllen der auf 80⁰C vorgewärmten, bestückten Gehäuse aus Polysulfon kann mit 40⁰C warmer Gießharzmasse entweder unter

Normaldruck oder unter einem Druck von ί—20 mbar erfolgen. Analog Beispiel 1 wird die Gießharzmasse gehärtet

Beispiel 4

Die Gießharzmasse wird nach Beispiel i oder 2 hergestellt, verarbeitet und gehärtet. Anstelle von Gew.-Teilen S-Aminomethyl-S.S.S-trimethylcyclohexylamin werden 30 Gew.-Teile 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan eingesetzt. ⁵

Beispiel 5

Die Gießharzmasse wird nach Beispiel 3 hergestellt, verarbeitet und gehärtet. Anstelle von 1 Gew.-Teil 3-Aminomethyl-3^-trimethylcyclohexylamin werden 1,2 Gew.-Teile 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan einge- io setzt.

Beispiel 6

Die Gießharzmasse wird nach den Beispielen 1—5 hergestellt, verarbeitet und gehärtet. Anstelle von 15 Gew.-Teilen Bisphenol Α-Epoxidharz werden 50 Gew.-Teile Bisphenol F-Epoxidharz mit einem Epoxidwert von 0,53 bis 0,58 pro 100 g verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mit Aminen härtbare und mit Quarzmehl gefüllte Epoxidharzmasse auf der Basis von Bisphenol für das Einbetten von Bauteilen der Autoelektronik, dadurch gekennzeichnet, daß die Epoxidharzmasse besteht aus

(A) 50 Gew.-Teilen eines Bisphenol-Epoxidharzes mit einem Epoxldwert von 0,50 bis 0,585 pro 100 g,

(B) 50 Gew.-Teilen eines Hexahydrophthalsäurediglycidylesters mit einem Epoxidwert von 0,55 bis 0,68 pro 100 g.

ίο (C) 150 Gew.-Teilen mit Epoxisilan beschichtetem Quarzmehl einer Korngröße von 0,5 bis 50 μπτ,

(D) 25 bis 30,12 Gew.-Teilen eines cycloaliphatischen Diamins und

(E) gegebenenfalls 1 Gew.-Teil übliche Zusatzstoffe.