DE7333924U - Miniaturisiertes Schaltelement mit einem Schaltungskern, insbesondere Hybrid-Schaltungskern, und einem den Kern einkapselnden Gehäuse - Google Patents
Miniaturisiertes Schaltelement mit einem Schaltungskern, insbesondere Hybrid-Schaltungskern, und einem den Kern einkapselnden GehäuseInfo
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Description
87/73 Ka./de
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Verfahren zum Einkapseln von miniaturisierten Schaltungen,
insbesondere Hybridschaltungen, und danach hergestel .ue eingekapselte
miniaturisierte Schaltungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einkapseln von miniaturisierten Schaltungen, insbesondere
Hybridsehaltungen, bestehend aus einem dielektrischen Träger
sub st rat und passiven sowie aktiven Elementen und auf danach hergestellte eingekapselte miniaturisierte Schaltungen.
Bei der Einkapselung von miniaturisierten Schaltungen, insbesondere
von Hybridschaltungen j 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. 89-101.)
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 vienig geschützt werden.
Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass das Ueberziehen der fertigen Schaltung mit einer Schicht aus Silikongummi
vorteilhaft ist, jedoch wire dann das Einkapseln dieser geschützten
Schaltung besonders problematisch, da der Silikongummi inkompressibel ist und bei Temperaturwechsel auf-
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tit
grund der dabei auftretenden mechanischen Spannungtodas 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 iine wesentlich höhere Lebensdauer als
handelsüblich eingekapselte Schaltungen auf.
Besonders vorteilhaft ist es, den elastischen Puffer in Form ei.ier 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 ausschliessend auszuhärten.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
Pig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine eingekapselte Hybridschaltung.
Qemäss 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 x 5 cm Seitenlänge, bestehend aus einem dielektrischen Trägersubstrat
2 aus Keramik, etwa aus A1?O , 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 nun, erwiesen. 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 Hybridschaxtung wesentlich erleichtert wird.
Die silikongummi oder -laokgeschützte Schaltung 1,5 wird sodann
mit einer dünnen Lage Schaumstoff matte 6 von ca, 2 mrn,
höchstens aber 3 mm Dicke gleichmässig umhüllt. Dafür ist 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
l| 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
1 hängend 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 Entformer, erheblich. Forner
erübrigt sich hierdurch der Einsatz von Trennmitteln fast völlig. Die für das Eingiessen verwendeten Epoxydharzjnassen es
können alle von den Herstellern für das Vergiessen von elektrischen Bauteilen empfohlenen Harzmassen mit oder ohne
Füllstoff verwendet werden, welche kurzfristig bis 1500C
temperatur- und feuchtigkeitsbeständig sind und eine gute Haftung an den Anschluss=ciften k 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 werden, 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 Temper&turwechsel-Belastbarkeit
handelsüblich hergestellter eingekapselter Hybridschaltungen gegenübergestellt. Die Durchführung dieser Versuche
erfolgte in einem auf 125 C aufgeheizten Ofen und einem auf -3O0C eingestellten Kühlschrank jeweils an Luft.
Mehrere erfindungsgeräss hergestellte, eingekapselte Hybridste·
ltungan und eine entsprechende Anzahl von handelsüblich
hergestellten, eingekapselten Hybridschaltungen wurden gemeinsam zwei Stunden 5m 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 Span-
nungen 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 fi auftreten, die sehr rasch zu dessen Zerstörung füh»
ren, die jedoch bei den erfindungsgemäss hergestellten, eingekapselten Hybridschaltungen durch den zwischengeschalteten
elastischen Puffer aus Schaumstoff fast vollständig vermieden werden.
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Claims (3)
1. Miniaturisiertes Schaltelement mit einem Schaltungskern, insbesondere Hybrid-Schaltungskern, der mit einer silikonhalt igen Schutzschicht versehen ist und aus einem dielektrischen Trägersubstrat und aktiven sowie passiven Elementen besteht und einem den Kern einkapselnden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schaltungskern
υ*\ά allen Gehäusewänden ein elastischer Puffer vorgesehen
ist.
2. Miniaturisiertes Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der elastische Puffer (6) aus Schäumst off matt en besteht.
3. Miniaturisiertes Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Puffer (6) eine
Wandstärke von höchstens 3 mm aufweist.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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DE102021125264A1 (de) | 2021-09-29 | 2023-03-30 | Brehmer Gmbh & Co. Kg | Elektronikeinrichtung |
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