DE3813919A1 - Bauteil zur anwendung fuer elektrotechnische zwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur Anwendung für elektro­ technische Zwecke, das aus einem formstabilen, thermoplasti­ schen, gegen hohe Temperaturen und chemische Einflüsse resi­ stenten und selbstlöschenden bzw. nicht brennbaren organischen Kunststoff besteht.

Bauteile im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere die bei der Herstellung von Chip-Bauelementen notwendigen Um­ hüllungen, die insbesondere durch Formvergießen, Umspritzen oder Formpressen hergestellt werden, ferner Substrate von in Dünnschichttechnik aufgebauten Kondensatoren bzw. elektrischen Schaltungen.

Die Bemühungen, auf einer gleichbleibend großen Fläche eine im­ mer größere Anzahl von diskreten Bauelementen unterzubringen, haben zu immer kleiner werdenden Gehäuseformen geführt. Die derzeit kleinste Gehäuseform ist für die Technik der Oberflä­ chenmontage von Bauelementen (Surface-mounted-devices = SMD) erforderlich. Obwohl es heute bereits eine nahezu unüberschau­ bare Vielfalt an Umhüllungen und an Substraten für oberflächen­ montierbare Bauteile gibt, ist der große Durchbruch auf dem Gebiet der Oberflächenmontage noch nicht gelungen. Alle bisher bekannten Ausführungen der genannten Bauteile von SMD-Bauele­ menten weisen neben einer Reihe von Vorteilen auch Nachteile auf.

Die Problematik hinsichtlich der Wahl des Materials der Umhül­ lung von SMD-Bauelementen wird klarer, wenn man sich die heute gängigen Verfahren des Auflötens solcher Bauelemente auf Lei­ terplatten vergegenwärtigt. Vorteilhafte Verfahren sind das sog. Schwallöten, bei dem die oberflächenmontierten Bauelemente kurzzeitig über eine Welle geschmolzenen Lötzinnes geführt wer­ den, oder das Tauchlöten, bei dem das Bauelement etwa 10 Sekun­ den lang einer Temperatur von 260°C und mehr ausgesetzt wird.

Dies bedingt die Verwendung von wärmebeständigen Materialien, die außerdem aber auch bei den für eine ausreichende elektri­ sche Isolation notwendigen Wanddicken der Isolierumhüllung mechanisch stabil bleiben sollen.

Üblicherweise werden die SMD-Bauelemente im Spritzpreßverfahren (Transfermolding) entweder mit Duroplasten oder mit Thermopla­ sten spritzumpreßt. Dabei weisen die duroplastischen Materia­ lien, z. B. Epoxidharze, eine Reihe von Nachteilen auf, etwa die lange Härtezeit und die Tatsache, daß Flammfestigkeit nur mit Zusätzen erreicht werden kann. Die Nachteile in ihrer Ge­ samtheit beeinträchtigen stark die Wirtschaftlichkeit solcher Epoxidharz-Umhüllungen.

Um die erwähnten Nachteile auszuschalten, werden inzwischen für die Umhüllung von Bauelementen bereits hochtemperaturfeste Thermoplaste wie PPS (Polyphenylensulfid) (vgl. EP-A 00 53 344) eingesetzt, wie es beispielsweise in der EP-A 01 62 149 be­ schrieben ist, wobei PPS einen noch kleineren Längenausdehnungs­ koeffizienten und eine noch geringere Wärmeleitfähigkeit als die sonst gebräuchlichen Epoxid-Preßharze hat. Nachteilig ist dagegen der härtere Fluß beim Spritzen und die größere Sprödig­ keit bzw. die Neigung des Materials zur Rißbildung an dünnen Wanddicken bei Temperaturbelastung (Schwallöten). Außerdem tre­ ten bei längerer hoher Temperaturbelastung und gleichzeitiger mechanischer Belastung (z.B. Tauchlöten mit eingespanntem Bauelement) Verformungen des Spritzlings auf.

Die Sprödigkeit des PPS-Materials ist auch bei der Herstellung gespritzter Substrate ein erhebliches Problem, da die Substra­ te bei der Handhabung sehr leicht brechen.

Andererseits sind die bei der Herstellung der Substrate für in Dünnschichttechnik ausgeführte elektrische Schaltungen übli­ cherweise verwendeten Keramiksubstrate sehr teuer.

In neuerer Zeit sind als Variante der thermoplastischen Mate­ rialien sog. LCP-Kunststoffe (Liquid-Crystal-Polymers) auf dem Markt erhältlich. Dabei handelt es sich um aromatische Co-Po­ lyester mit langen gerichteten Fadenmolekülen, die sich gegen­ seitig verstärken. Dies bewirkt eine extrem hohe Festigkeit von LCP in Fließrichtung. Neben der gegenüber PPS größeren Flexibi­ lität besitzt LCP aber auch noch bessere Wärmefestigkeitseigen­ schaften. Eine breite industrielle Verwendung der bereits praxiserprobten LCP-Kunststoffe verbietet sich jedoch wegen des z. Zt. noch hohen Preises für LCP-Massen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bau­ teil zur Anwendung für die o.g. elektrotechnischen Zwecke be­ reitzustellen, das im Hinblick auf die Eigenschaften mechani­ sche Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Beständigkeit gegen chemische Einflüsse und Flammfestigkeit möglichst nahe an die besten heute erreichbaren Werte herankommt, und um dabei gleich­ zeitig Unwirtschaftlichkeit durch die ausschließliche Verwendung von LCP-Kunststoffen zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Bauteil der eingangs angege­ benen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff eine Mischung aus Liquid-Crystal-Polymer (LCP), das aus aromatischem Co-Polyester besteht, und Polyphenylensulfid (PPS) im Verhältnis von 1:1 bis 1:10 verwendet wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Figur zeigt ein dem Stand der Technik zuzurechnendes Ausführungsbeispiel.

Durch die Erfindung wird gegenüber dem Stand der Technik nicht nur eine erhebliche Preisreduzierung für das Material des Kunststoff-Bauteils erzielt, ohne daß sich die geforderten me­ chanischen und physikalischen Eigenschaften im Vergleich mit reinem LCP-Material wesentlich verschlechtern, sondern ein wei­ terer Vorteil besteht darin, daß das Mischungsverhältnis von LCP zu PPS im angegebenen Bereich variabel ist und daß die Mi­ schung einfach, z.B. als Granulat ausgeführt sein kann.

Bevorzugte LCP-PPS-Verhältnisse sind 1:1 bis 1:3 und 1:3 bis 1:6. Die Wahl des Mischungsverhältnisses wird dabei durch die geforderten Eigenschaften bestimmt.

Besonders bevorzugte LCP-PPS-Verhältnisse bei Versuchen waren 1:1 bis 1:3 und zwar bei Versuchen an Bauelementen für klei­ ne Chipgrößen (Spulen-, Tantal-, MKT-Chips, sowie Substrate für Poly- Chips). Einerseits steigt natürlich die Festigkeit (Bie­ gefestigkeit, Zugfestigkeit usw.) mit Erhöhung des LCP-Anteils, andererseits vermindert sich dabei die Wirtschaftlichkeit. Des­ halb kann die Einstellung des je nach Anwendung bzw. Bauteil optimalen Verhältnisses sehr stark variiert werden. So kommt es beispielsweise bei Chip-Bauelementen vor allem auf eine hohe Bruch- und Zugfestigkeit im Zusammenhang mit den vorhandenen Kerbwirkungen an. Wie anhand der Figur erläutert wird, treten bei den mit reinem PPS umspritzten Chip-Bauelementen in der Ebe­ ne der herausgeführten Anschlußblechstreifen 3 bzw. in der Trenn­ ebene 4 des Spritzwerkzeuges beim notwendigen Biegen der An­ schlußblechstreifen 3 um die Außenkontur des umspritzten Chips so starke mechanische Beanspruchungen der Umhüllung 1 auf, daß - vor allem bei den kleinen Typen - bei 50% bis 100% der Chips die PPS-Umhüllung 1 einbricht bzw. Sprünge oder Risse entste­ hen, oder sogar ganze Ecken 5 ausbrechen. Das Chip-Bauelement besteht dabei aus einer Umhüllung 1 und einem Funktionskörper 2, z.B. einem Kondensator. Diese Belastung der Umhüllung 1 durch das Biegen läßt sich auch mit einem relativ hohen Werk­ zeugaufwand nicht völlig vermeiden. Ganz verhindern kann man ein Ausbrechen oder das Entstehen von Rissen aber, wie Versuche zeigen, indem man ein LCP-PPS-Verhältnis von 1:1 für die Um­ hüllung wählt. Wie weit man in diesem speziellen Anwendungsfall das LCP-PPS-Verhältnis in Richtung Wirtschaftlichkeit treiben kann, ist noch offen.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil die Umhüllung eines elektrischen Kondensators dar­ stellt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeich­ net, daß das Bauteil die Umhüllung einer Hochfrequenzspule darstellt.

Bei beiden Ausführungsformen bestehen sinngemäß die schon oben­ genannten Vorteile der Wirtschaftlichkeit verbunden mit hoher Materialqualität und leichter technischer Handhabbarkeit.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeich­ net, daß das Bauteil das Substrat eines aus sehr dünnen Metall­ schichten und sehr dünnen Dielektrikumsschichten aufgebauten Kondensators bildet, wie er z. B. in der DE-OS 28 05 152 be­ schrieben ist.

Diese Ausführungsform gewährleistet, daß das Substrat wegen der erhöhten mechanischen Flexibilität mit weniger Bruchschäden im Fertigungsprozeß der Kondensatoren zu handhaben ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeich­ net, daß das Bauteil das Substrat für eine elektrische Schal­ tung in Dünnschicht oder Dünnschichttechnik bildet.

Gegenüber dem Stand der Technik mit seinen üblicherweise ver­ wendeten teuren Keramiksubstraten ist das hier in Rede stehende Kunststoff-Substrat erheblich wirtschaftlicher.

Claims (7)

1. Bauteil zur Anwendung für elektrotechnische Zwecke, das aus einem formstabilen, thermoplastischen, gegen hohe Temperaturen und chemische Einflüsse resistenten und selbstlöschenden bzw. nicht brennbaren organischen Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunst­ stoff eine Mischung aus Liquid-Crystal-Polymer (LCP), das aus aromatischem Co-Polyester besteht, und Polyphenylensulfid (PPS) im Verhältnis von 1:1 bis 1:10 verwendet ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein LCP-PPS-Verhältnis von 1:1 bis 1:3.

3. Bauteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein LCP-PPS-Verhältnis von 1:3 bis 1:6.

4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es die Umhüllung eines elektrischen Kondensators darstellt.

5. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es die Umhüllung einer Hochfrequenz­ spule darstellt.

6. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es das Substrat eines aus sehr dünnen Metallschichten und sehr dünnen Dielektrikumsschichten aufge­ bauten Kondensators ist.

7. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es das Substrat für eine elektrische Schaltung in Dünnschicht oder Dünnschichttechnik ist.