DE69601450T2 - Verkapselte elektronische Schaltung mit Mikrobauteilen und Verfahren zu deren Demontage - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft elektronische Schaltungen mit Mikrobestandteilen, wie z. B. Chips mit integrierten Schaltungen und/oder Bestandteilsteckstellen, aktiv oder nicht aktiv, die durch eine gedruckte Schaltplatine getragen werden. Sie findet eine insbesonders wichtige Anwendung in dem Bereich von elektronischen Schaltungen, bei denen die Mikrobestandteile an der Karte bzw. Platine mittels einer sogenannten Flächenmontagetechnik befestigt sind.
• Die Mikrobestandteile einer solchen Schaltung müssen gegen unterschiedliche Einflüsse geschützt werden. Um dies zu erreichen, werden üblicherweise verschiedene Lösungen verwendet. Insbesondere wurde es vorgeschlagen, die Mikrobestandteile mit einer festen, kontinuierlichen Schicht zu verkapseln, welche luftundurchlässig ist, einige 10 um Dicke aufweist, und welche aus organischem, vakuumgefälltem Material gebildet ist. Diese Technik hat eine Vielzahl von Vorteilen. Die Schicht immobilisiert bzw. fixiert die mikroskopischen Partikel, welche Kurzschlüsse veranlassen könnten. Bei der Vakuumfällung wird das Risiko von Bläscheneinschluß vermieden, wobei keine geschlossenen Hohlräume vorliegen, welche bezüglich Veränderungen im Druck empfindlich wären, insbesondere zu befürchten in dem Fall von Schaltungen, die vorgesehen sind, an Luft- und Raumfahrtmaschinen montiert zu werden.
• Unter den Materialien, die zum Bilden der Schicht verwendet werden, sind insbesondere zu erwähnen Poly-p-Xylylen, erhalten ausgehend von kommerziell verfügbaren Vorläufermaterialien. Solche Vorläufer werden durch unter Primärvakuum sublimierbare Dimere gebildet. Der Dimerdampf wird bei etwa 680ºC pyrolisiert, um das reaktive gasartige p-Xylylen-Monomer bereitzustellen, welches an der zu beschichtenden Fläche in der Form eines Polymeres kondensieren kann. Die Vorläufer werden insbesondere unter der Marke "Parylene" von der Gesellschaft Union Cabide vertrieben. Solche Schichten sind z. B. aus der FR-A-2 685 159 bekannt, welche des weiteren den Niederschlag bzw. die Fällung einer Kompositschicht in zwei aufeinanderfolgenden Schritten vorsieht, wobei die innere Schicht eine hermetische Funktion bereitstellt, während die äußere Schicht eine Barriere bereitstellt, die die Einwirkung von Sauerstoff an der Innenschicht vermeidet; (beispielhaft Parylen C und Parylen D).
• Häufig verwendet man eine Dicke von Poly-p-Xylylen, enthalten zwischen 10 und 15 um.
• Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, eine Kompositschicht zu bilden (WO-A-9 203 902), die eine Innenschicht aus Parylen oder Lack aufweist, sowie eine obere Schicht aus einem mineralischen Material, wie z. B. Si&sub3;N&sub4;.
• Bis zum heutigen Tage werden sehr komplexe, elektronische Schaltungen mit Mikrobestandteilen gebildet, eine große Anzahl an Mikrobestandteilen umfassend. Die Kosten der Schaltung und jene der Mikrobestandteile sind sehr hoch. Es besteht daher ein Problem bei der Ersetzung eines fehlerbehafteten Mikrobestandteiles. Wenn die elektronische Schaltung ummantelt ist, muß sie freigelegt werden, wonach die fehlerhafte Schaltung entfernt werden muß, ohne die Leiter bzw. Leiterspuren der Karte bzw. Platine zu beschädigen.
• Unter den bekannten Verfahren zur Freilegung wird insbesondere die Bearbeitung der Ummantelung mittels Plasma verwendet, wobei das Plasma erhalten wird mittels Radiofrequenzerregung eines Gemisches aus Sauerstoff und einem Fluorkohlenstoffprodukt, wie z. B. CF4. Angewendet auf eine Ummantelung aus Poly-p-Xylylen stellt dieses Verfahren der Bearbeitung wenig zufriedenstellende Ergebnisse bereit. Es ist schwierig, die Bearbeitung zu dosieren, um das Poly-p-Xylylen zu eliminieren, ohne das Substrat lokal zu beeinträchtigen. Die Leistungsregelung mittels Radiofrequenz ist sehr delikat, da eine ungenügende Leistung das Freilegen nicht ermöglicht und eine zu starke Leistung eine Oberflächenveränderung des Poly-p-Xylylens veranlaßt, wodurch eine weitere Bearbeitung verhindert wird. Schließlich ermöglicht es dieses Verfahren nicht, das Poly-p-Xylylen zu eliminieren, welches unter die Bestandteile migriert ist, die an der Fläche bzw. Oberfläche montiert sind, während der Ummantelung, wobei diese Bestandteile somit mit dem Substrat verklebt bleiben.
• Der Angriff bzw. die Bearbeitung mit selektiven Lösungsmitteln, wie z. B. bekannt unter der Bezeichnung "Dynasolve 150" hat ebenfalls nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt: um das Poly-p-Xylylen zu eliminieren, sind solche Bearbeitungszeiten erforderlich, die das Migrieren des Lösungsmittels in die Bestandteile mit sich bringen, insbesondere in die Widerstände, wodurch diese beschädigt werden. Die Demontage der flach montierten Bestandteile verbleibt schwierig, bedingt durch Poly-p-Xylylen-Filtrationen.
• Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, eine verkapselte, elektronische Schaltung mit Mikrobestandteilen anzugeben, deren Ummantelung sämtliche Qualitäten aufweist, die mittels einer Schicht aus Poly-p-Xylylen (oder einem anderen organischen isotropen Polymer mit vergleichbaren Eigenschaften) aufweist, wobei eine zufriedenstellende Freilegung ermöglicht wird, die es anschließend ermöglicht, einen oder mehrere der Bestandteile zu lösen, ohne den Bestandteil oder die Schaltung zu beschädigen.
• Unter dieser Zielsetzung schlägt die Erfindung insbesondere eine verkapselte, elektronische Schaltung mit Mikrobestandteilen mit den Merkmalen des Anspruches 1 vor.
• Der Lack kann insbesondere ein aktuell bei der Verkabelung verwendeter sein, wie z. B. Polyurethanlacke oder weniger häufig Epoxylacke.
• Das organische Polymer wird generell ein Poly-p-Xylylen sein, obwohl man ebenfalls Vinylchloridderivate und Vinylencopolymere verwenden könnte, welche jedoch weniger zufriedenstellend sind.
• Das Poly-p-Xylylen wird erhalten, ausgehend von einem Produkt, welches in Primärvakuum verdampft wird unter der Form von Monumeren, wobei eine Kondensation bzw. ein Niederschlag an den zu beschichtenden Flächen in der Form von Polymer stattfindet. Der verwendete Vorläufer zum Bilden der Schicht aus Poly-p-Xylylen wird ausgewählt abhängig von den zu bevorzugenden Eigenschaften: wenn z. B. eine Schicht mit absoluter Dichtheit zu bilden ist, kann ein Vorläufer aus Parylen C verwendet werden. Wenn eine Sauerstoffbarierre bei hoher Temperatur bereitgestellt werden soll, kann ein anderer Vorläufer, wie z. B. Parylen D verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, eine Kompositschicht zu bilden, wobei der innere bzw. interne Abschnitt dicht ist, wobei der externe bzw. äußere Abschnitt einen Schutz gegen Beschädigung bietet und/oder einen hohen dielektrischen Koeffizienten aufweist.
• In der Praxis wird die Poly-p-Xylylenschicht eine Dicke aufweisen, enthalten zwischen 10 und 15 um. Die Lackschicht kann sehr dünn sein, von 15 bis 25 um, und gefällt bzw. niedergeschlagen mittels Spritzpistole oder mittels Beschichtung unter Verwendung eines Pinsels.
• Die Erfindung schlägt ebenfalls ein Demontageverfahren einer elektronischen Schaltung mit Mikrobestandteilen der oben beschriebenen Art mit den Merkmalen des Anspruches 4 vor. Ein volumenmäßiger Gehalt an CF4 von weniger als 10%, generell von etwa 6%, und eine Bearbeitungsdauer von 1 Stunde, 30 Minuten haben sich als ausreichend in den meisten Fällen gezeigt, um eine Dicke von 10 bis 15 um an Poly-p-Xylylen zu entfernen. Um einen Angriff bzw. eine Beeinträchtigung der Zonen der Schaltung zu vermeiden, welche nicht lackiert und nicht beschichtet sind, können diese über ein Kunststoffklebeband geschützt werden, welches einer hohen Temperatur widerstehen kann.
• Ein Mikrobestandteil kann anschließend an einer Vorrichtung entfernt werden, welche einen Zug ausübt, wobei gleichzeitig ein heißer Gasstrahl auf den Bestandteil gerichtet wird, welcher den Lack aufweicht und die Schweiß- bzw. Lötstellen schmilzt.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, welche lediglich beispielhaft und nicht einschränkend erfolgt. Die Beschreibung bezieht sich auf die einzig beiliegende Figur, welche schematisch eine Vorrichtung zeigt, in welcher das Freilegungsverfahren verwendet werden kann.
• Eine Schaltung, welche gemäß der Erfindung gebildet sein könnte, in der Figur gezeigt, umfaßt eine gedruckte Schaltplatine 10, an welcher diskrete Mikrobestandteile 12 von beliebiger Form und Art befestigt sind. Die Mikrobestandteile 12 sind mittels Verfahren verschaltet bzw. verkabelt, die beliebig ausgewählt sein können unter jenen die derzeit verwendet werden (weicher Draht, Brasur, und insbesondere Flächenmontage). Sie können mechanisch an der Platine bzw. Karte über einen Klebstofftropfen gehalten werden, dessen mechanischer Widerstand gering ist. Aus Kostengründen werden immer häufiger Kunststoffbestandteile an Stelle von keramischen Bestandteilen verwendet. Diese Kunststoffbestandteile müssen gegen Feuchtigkeit geschützt werden. Erfindungsgemäß wird dieses Ergebnis erzielt, indem zumindest die Fläche der mit Bestandteilen ausgestatteten Karte beschichtet wird.
• Die Beschichtung verfügt über eine Kompositzusammensetzung. Sie umfaßt eine interne oder innere, klassische Lackschicht, generell aus Polyurethan, üblicherweise gefällt oder niedergeschlagen mittels Sprüh- oder Pinseltechnik. Dieses Beschichtungsverfahren ermöglicht es nicht, eine extrem regelmäßige bzw. gleichmäßige Dicke zu erzielen. Dies bildet jedoch keinen Nachteil, da die mittlere Dicke immer zumindest 15 um betragen wird, und da der Lack durch eine zweite Schicht geschützt wird. Der Lack ermöglicht es, die Bestandteile zu fixieren und verstärkt den mechanischen Halt der eventuellen wechselseitigen Verbindungsdrähte. Der Lack ist von solch einer Art, daß er über einen Gasstrom bei einer Temperatur aufgeweicht werden kann, welche es ermöglicht, ebenfalls die Verlötungen bzw. Lötstellen bzw. Verschweißungen bzw. Schweißstellen zu schmelzen. Sobald der Lack ausgehärtet ist, wird der Überzug bzw. die Beschichtung durch eine Fällung bzw. Niederschlag einer Schicht von 10 bis 15 um aus Poly-p-Xylylen vervollständigt. Die üblicherweise verwendeten Vorläufer zum Bilden solcher Schichten ermöglichen es, eine sehr gleichmäßige Dicke zu erhalten, und zwar selbst an verwinkelten Abschnitten. Das Vorhandensein des Lackes verhindert die Bildung von Poly-p-Xylylen unter den Bestandteilen, wodurch eine eventuelle spätere Demontage vereinfacht wird.
• Die Schicht aus Poly-p-Xylylen wird in einem unter Primärvakuum gesetzten Gehäuse gebildet. Der Vorläufer, gebildet aus einem kristallinen, stabilen Dimer wird im Vakuum sublimiert bei einer Temperatur von etwa 250ºC. Der Dampf wird pyrolisiert bei etwa 680ºC, um ein Monumer bereitzustellen, welches einer Fällung bzw. einem Niederschlag unterliegt und sich an der Karte und den Bestandteilen polymerisiert. Das so gebildete Poly-p-Xylylen bildet eine isotrope, durchsichtige, gleichmäßige Schicht. Einige der Vorläufer von Poly-p- Xylylen und insbesondere jener, welcher unter der Bezeichnung "Parylen C" vertrieben wird, stellen eine Schicht bereit, die eine hohe Undurchlässigkeit bezüglich Feuchtigkeit und Gas aufweist. In bestimmten Fällen kann die Poly-p- Xylylenschicht selbst komposit sein und zwei Arten an unterschiedlichen Poly-p- Xylylenn umfassen, unter Voraussetzung, daß beide mittels eines kalten Plasmas bearbeitbar sind. Wenn es erforderlich ist, einen Bestandteil zu ersetzen, können die zu schützenden Abschnitte der Schaltung zuerst bedeckt bzw. beschichtet werden mit einem transparenten Klebstoffband bzw. Klebeband. Anschließend wird die Karte in einem Reaktionsgehäuse 14 angeordnet, und zwar an einer Stütze 16, die über eine Versorgung 18 polarisiert werden kann. Das Gehäuse ist vorgesehen, um einen Strom zu erhalten, welcher ein Gemisch aus Sauerstoff und der Fluorkohlenstoffzusammensetzung ist. Eine solche Fluorkohlenstoffzusammensetzung ist gegenüber chlorierten Zusammensetzungen vorteilhaft, bedingt durch die Aggressivität und die Toxizität der Letzeren. Das Gas wird in einem Plasmabildungsgehäuse 20 empfangen und einem elektromagnetischen Feld bei Radiofrequenz unterworfen. Die Plasmaionen werden in gerichteter Weise hin zu der Karte bzw. Platine der gedruckten Schaltung über ein elektrisches Feld beschleunigt.
• Die Bearbeitungsdauer kann bei vorangehenden Versuchen bestimmt werden. Es ist ebenfalls möglich, die Bearbeitung zu überwachen unter Verwendung einer optischen Prüfung der Restdicke der transparenten Poly-p-Xylylenschicht. Es ist ebenfalls möglich, die Poly-p-Xylylenschicht im Ultravioletten fluoreszierend zu gestalten, so daß das Verschwinden der Schicht optisch überwacht werden kann, mittels Richten eines UV-Strahles hin zu der Karte bzw. Platine. Bedingt durch das Vorliegen einer relativ dicken Lackschicht ist jedoch ein Überschreiten der Bearbeitungszeit, die erforderlich ist zum Entfernen der Schicht aus Poly-p-Xylylen, nicht deutlich nachteilig. Das Entfernen muß bei einer Temperatur von weniger als 90ºC erfolgen, um eine Oberflächenretikulation bzw. Umformung bzw. Wandlung der Schicht zu vermeiden, was eine weitere Bearbeitung mittels Plasma ausschließen würde.
• Das Entfernen mittels Plasma kann vervollständigt werden durch eine chemische Behandlung mittels eines Lösungsmittels. Die zusätzliche Bearbeitung erfordert jedoch Vorkehrungen, dadurch bedingt, daß anwendbare Lösungsmittel für Poly-p-Xylylen sehr aggressiv sind.
• Sobald die Schicht aus Poly-p-Xylylen eliminiert ist, kann ein Bestandteil zurückgezogen bzw. entfernt werden, unter Verwendung einer Montagevorrichtung herkömmlicher Art, umfassend eine Bestandteilzugklemme, sowie eine Düse, welche vorgesehen ist, ein heißes bzw. warmes Gas (Stickstoff oder auch Luft) einzublasen, vorgesehen um den Lack aufzuweichen und die Verschweißung bzw. Verlötung zu schmelzen. In dem häufigen Fall, in welchem die Bestandteile befestigt sind mittels einer Verlötung aus Zinn-Blei, deren Schmelzpunkt etwa 180 ºC beträgt, führt ein Luftfluß bei einer Temperatur von etwa 200ºC üblicherweise zu zufriedenstellenden Ergebnissen.
• Sobald der Bestandteil entfernt wurde, kann er ersetzt werden durch einen anderen, welcher erneut zu verlöten ist. In dem Fall, in welchem keine Reparatur vorgesehen ist, kann die Beschichtung bzw. Ummantelung direkt bzw. unmittelbar aus Poly-p-Xylylen gebildet sein. Im anderen Fall ist es auch noch möglich, einen Kompositüberzug bzw. eine Kompositummantelung zu bilden, umfassend eine untere Lackschicht und eine obere Poly-p-Xylylenschicht.

Claims (6)

1. Verkapselte elektronische Schaltung mit Mikrobestandteilen, die von einer Platine mit aufgedruckter Schaltung getragen sind, wobei die Platine und die Mikrobestandteile mit einem Kompositüberzug bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Lackschicht von einer Dicke zwischen 15 und 25 um und einer dünnen oberen dichtenden Schicht aus einem organischen nicht-porösen Polymermaterial einer Dicke von mehr als 10 um gebildet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material gebildet ist aus Poly-p-Xylylen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus organischem Material eine Dicke aufweist zwischen 10 und 15 um.

4. Verfahren zur Demontage einer elektronischen Schaltung mit Mikrobestandteilen nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die dünne dichtende Schicht mit einem Plasma bearbeitet wird, erhalten durch Radiofrequenzerregung eines Mischstromes O&sub2; + CF4, wonach man einen oder mehrere Mikrobestandteile entfernt, indem man an dem Mikrobestandteil einen Zug bewirkt, gleichzeitig zu dem Richten eines heißen Gasstrahles auf den Mikrobestandteil, welcher den Lack erweicht und die Verlötungen des Mikrobestandteiles schmilzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung mittels Plasma bei einer Temperatur von weniger als 90ºC erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumengehalt an CF4 etwa 6% ausmacht.