EP3135083A1 - Verfahren zum schutz eines elektronischen schaltungsträgers vor umwelteinflüssen und schaltungsmodul - Google Patents

Verfahren zum schutz eines elektronischen schaltungsträgers vor umwelteinflüssen und schaltungsmodul

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EP3135083A1
EP3135083A1 EP15713159.0A EP15713159A EP3135083A1 EP 3135083 A1 EP3135083 A1 EP 3135083A1 EP 15713159 A EP15713159 A EP 15713159A EP 3135083 A1 EP3135083 A1 EP 3135083A1
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EP
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electronic circuit
electronic
capsule material
circuit
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EP15713159.0A
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Hermann Josef Robin
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • H05K2203/1327—Moulding over PCB locally or completely

Definitions

  • the present invention relates to methods according to the features of patent claim 1 and an electronic circuit module according to the features of patent claim 5.
  • a housing To protect against environmental influences electronic circuit board are placed in a housing.
  • a housing element is e.g. made of aluminum, plastic or similar suitable material.
  • the housing is formed by means of a molding compound, wherein the circuit module is encapsulated in a molding process with the molding compound.
  • the electronic circuit in the housing From a housing for an electronic circuit u.a. required that it protects the electronic circuit from mechanical and climatic influences.
  • the electronic circuit in the housing to be protected from dust, foreign bodies and liquids.
  • the object of the invention is to provide a simple and inexpensive method with which an electronic circuit substrate can be protected at least in sections from environmental influences. Another object is to specify a corresponding electronic circuit module.
  • the invention is based on a method for protecting an electronic circuit substrate from environmental influences.
  • the electronic circuit carrier is in this case equipped with at least one electronic component, wherein the circuit carrier and the at least one electronic component are at least partially covered with a capsule material cohesively.
  • an association of electronic and in particular electronic components (for example diodes and transistors) to an arrangement on a printed circuit board will be understood by an electronic circuit carrier.
  • the encapsulation material may thus cover portions of the printed circuit board as well as portions of the electronic components disposed thereon. This ensures that no moisture gets from the outside to contact points of the circuit board or the electronic components.
  • the invention is characterized in that an electronic circuit carrier is provided in a first method step.
  • the capsule material is applied to the electronic circuit carrier by means of a 3D printing method.
  • the capsule material is conveniently a plastic, e.g. Epoxy resin, which is commonly used in a 3D printing process.
  • An advantage of this method is that a cost-effective envelope (encapsulation) of the electronic circuit substrate is possible. Furthermore, the method is flexible with respect to various arrangements of electronic components on electronic circuit carriers. The method is thus quickly and easily adaptable to the particular electronic circuit carrier to be processed.
  • the capsule material is in one embodiment of the invention.
  • the electronic circuit substrate is heated to the crosslinking temperature of the capsule matehal. Expediently, the heating takes place in one method step before the application of the capsule material to the circuit carrier.
  • the crosslinking temperatures of the different materials for a 3D printing process are known. In this case, the crosslinking temperature indicates the temperature at which the SD printing material, ie the capsule material, optimally bonds to the material, that is to say the electronic circuit carrier.
  • the electronic circuit substrate is cleaned by applying a washing process before applying the capsule material. This ensures that an optimal connection can be formed between capsule material and electronic circuit carrier.
  • the inventive method can be used in particular in the manufacture and processing of sensors and / or control devices for motor vehicles, in particular in the production of transmission control devices for motor vehicles.
  • Another aspect of the invention is based on an electronic circuit module having a housing, wherein the circuit module has an electronic circuit carrier, wherein the circuit carrier is equipped with at least one electronic component and wherein the circuit carrier and the at least one electronic component with a capsule material at least partially cohesively covered is, so that the capsule material forms the housing.
  • the invention is characterized in that the capsule material is a material which can be applied to the circuit carrier by means of a 3D printing method.
  • the capsule material covers the circuit carrier and the at least one electronic component on an upper and / or lower side of the circuit carrier in sections or completely, or the encapsulation material surrounds the circuit carrier completely the at least one electronic component.
  • the expansion of the capsule material over the Circuit carrier can thus be adjusted individually depending on the embodiment of the assembly of the circuit substrate.
  • the electronic circuit module may be a control device or a part of a control device in a motor vehicle, in particular a control device for a transmission control in a motor vehicle.
  • Fig. 2 shows the procedure according to the invention.
  • An electronic circuit carrier 1 of the circuit module 10 has an upper side 2 and a lower side 3.
  • the upper side 2 and the lower side 3 are equipped with electronic components 4.
  • a nozzle 5 of a 3D printer 6 is arranged.
  • This nozzle 5 is movable according to a known 3D printer 6 in all spatial direction (direction arrows).
  • the circuit carrier 1 it is also possible for the circuit carrier 1 to be arranged on a holding device 7 which can move the circuit carrier 1 in all spatial directions (directional arrows).
  • This holding device 7 can also be designed such that it serves as a heating plate for heating the circuit substrate 1 to the desired cross-linking temperature of the printing material of the 3D printer 6.
  • the printing material is located in a storage container 8 provided in the 3D printer
  • a layer of a capsule material 9 is exemplified.
  • This, applied to the circuit substrate 1 capsule material serves as a housing of the circuit substrate. 1
  • a further layer is applied, wherein the capsule material 9 from the nozzle 5 in the direction of the upper side 2 of the circuit substrate. 1 is applied. It is thus possible to apply the capsule material 9 locally and to adjust the height of the respective layer to the local conditions of the electronic circuit substrate 1, eg height of an electronic component 4 with respect to a surface of the circuit substrate 1.
  • a pretreatment or pre-tempering of the material to be printed 9 is then applied via the nozzle 5 droplets and / or layers on the circuit substrate 1 ,
  • a first step 100 an electronic circuit carrier is provided.
  • the circuit carrier is cleaned of dust, etc.
  • the cleaned circuit carrier is inserted into a 3D printer.
  • the temperature control of the circuit carrier to a desired temperature, advantageously to the crosslinking temperature of the pressure medium (capsule material).
  • the capsule material is prepared in the 3D printer, in particular melted and printed on the circuit carrier via a nozzle, in particular applied.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines elektronischen Schaltungsträgers vor Umwelteinflüssen, wobei der elektronische Schaltungsträger (1) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (4) bestückt ist, wobei der Schaltungsträger (1) und das wenigstens eine elektronische Bauelement (4) zumindest abschnittsweise mit einem Kapselmaterial (9) stoffschlüssig bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen (100) eines elektronischen Schaltungsträgers (1), - Aufbringen (104) des Kapselmaterials (9) auf den elektronischen Schaltungsträger (1) mittels eines 3D-Druckverfahrens.

Description

Verfahren zum Schutz eines elektronischen Schaltungsträgers vor Umwelteinflüssen und Schaltungsmodul
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein elektronisches Schaltungsmodul gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
Im Stand der Technik ist insbesondere zur Bildung eines Kraftfahrzeug- Steuergerät bekannt, eine bestückte Leiterplatte mit einem oder mehreren Gehäuseelementen zu versehen, welche die Bauelemente auf einer der beiden Seiten der Leiterplatte umgeben.
Zum Schutz vor Umwelteinflüssen werden elektronische Schaltungsträger in ein Gehäuse eingebracht. Ein derartiges Gehäuseelement ist z.B. aus Aluminium, Kunststoff oder ähnlichem geeigneten Material gebildet. Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass das Gehäuse mittels einer Moldmasse gebildet ist, wobei das Schaltungsmodul in einem Umspritzvorgang mit der Moldmasse umspritzt wird. Von einem Gehäuse für eine elektronische Schaltung wird u.a. gefordert, dass es die elektronische Schaltung vor mechanischen und klimatischen Einflüssen schützt. Darüber hinaus soll die elektronische Schaltung im Gehäuse vor Staub, Fremdkörpern und Flüssigkeiten geschützt werden.
Bei der Verwendung einer Moldmasse als Gehäuse ergeben sich Nachteile in Bezug auf Prozess- und Materialkosten. Darüber hinaus ist ein hoher Aufwand zu betreiben, um die Moldmasse optimal in ein entsprechendes Spritzwerkzeug einzubringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren anzugeben, mit welchem ein elektronischer Schaltungsträger zumindest abschnittsweise vor Umwelteinflüssen geschützt werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht in der Angabe eines entsprechenden elektronischen Schaltungsmoduls.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Schutz eines elektronischen Schaltungsträgers vor Umwelteinflüssen. Der elektronische Schaltungsträger ist hierbei mit wenigstens einem elektronischen Bauelement bestückt ist, wobei der Schaltungsträger und das wenigstens eine elektronische Bauelement zumindest abschnittsweise mit einem Kapselmaterial stoffschlüssig bedeckt sind. Im Weiteren wird unter einem elektronischen Schaltungsträger ein Zusammenschluss von elektrischen und insbesondere elektronischen Bauelementen (beispielsweise Dioden und Transistoren) zu einer Anordnung auf einer Leiterplatte verstanden. Das Kapselungsmaterial kann also Abschnitte der Leiterplatte als auch Abschnitte der darauf angeordneten elektronischen Bauelemente bedecken. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Feuchtigkeit von Außen an Kontaktstellen der Leiterplatte bzw. der elektronischen Bauelemente gelangt.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein elektronischer Schaltungsträger bereitgestellt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Kapselmaterial mittels eines 3D-Druckverfahres auf den elektronischen Schaltungsträger aufgebracht.
Bei dem Kapselmaterial handelt es sich zweckmäßig um einen Kunststoff, z.B. Epoxidharz, welcher üblicherweise bei einem 3D-Druckverfahren zum Einsatz kommt.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass eine kostengünstige Umhüllung (Kapselung) des elektronischen Schaltungsträgers möglich ist. Ferner ist das Verfahren flexibel gegenüber verschiedenen Anordnungen von elektronischen Bauelementen auf elektronischen Schaltungsträgern. Das Verfahren ist somit schnell und einfach auf den jeweiligen zu bearbeitenden elektronischen Schaltungsträger adaptierbar.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Kapselmaterial im
3D-Druckprozess aufgeschmolzen und tröpfchen- oder schichtweise auf den elektronischen Schaltungsträger aufgebracht. Damit ist es eine exakte und materialsparende Umhüllung des elektronischen Schaltungsträgers möglich. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der elektronische Schaltungsträger auf die Vernetzungstemperatur des Kapselmatehals erwärmt. Zweckmäßig erfolgt die Erwärmung in einem Verfahrensschritt vor dem Aufbringen des Kapselmaterials auf den Schaltungsträger. Aus dem Stand der Technik sind die Vernetzungstemperaturen der unterschiedlichen Materialen für einen 3D-Druckprozess bekannt. Die Vernetzungstemperatur gibt dabei die Temperatur an, bei welcher sich das SD- Druckmaterial, also das Kapselmaterial, optimal mit dem Werkstoff, also dem elektronischen Schaltungsträger, verbindet.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der elektronische Schaltungsträger vor Aufbringendes Kapselmaterials mittels eines Waschverfahrens gereinigt. Damit ist sichergestellt, dass zwischen Kapselmaterial und elektronischem Schaltungsträger eine optimale Verbindung ausgebildet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zum Einsatz kommen bei der Herstellung und Bearbeitung von Sensoren und/oder Steuergeräten für Kraftfahrzeuge, insbesondere bei der Herstellung von Getriebesteuergeräten für Kraftfahrzeuge.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung geht aus von einem elektronischen Schaltungsmodul mit einem Gehäuse, wobei das Schaltungsmodul einen elektronische Schaltungsträger aufweist, wobei der Schaltungsträger mit wenigstens einem elektronischen Bauelement bestückt ist und wobei der Schaltungsträger und das wenigstens eine elektronische Bauelement mit einem Kapselmaterial zumindest abschnittsweise stoffschlüssig bedeckt ist, so dass das Kapselmaterial das Gehäuse bildet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kapselmaterial ein Material ist, welches mittels eines 3D-Druckverfahrens auf den Schaltungsträger aufbringbar ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung bedeckt das Kapselmaterial den Schaltungsträger und das wenigstens einer elektronische Bauelement auf einer Ober- und/oder Unterseite des Schaltungsträger abschnittsweise oder vollständig oder das Kapselmaterial umgibt den Schaltungsträger das wenigstens einer elektronische Bauelement vollständig. Die Ausdehnung des Kapselmaterials über den Schaltungsträger kann somit je nach Ausführungsform der Bestückung des Schaltungsträgers individuell angepasst werden.
Das elektronische Schaltungsmodul kann ein Steuergerät oder ein Teil eines Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug sein, insbesondere ein Steuergerät für eine Getriebesteuerung in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig .1 einen beispielhaften Aufbau zur Ausführung eines erfindungsgemäßen SD- Druckverfahrens,
Fig. 2 den Verfahrensablauf gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau zur Ausführung eines erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahrens zur Herstellung eines Schaltungsmoduls 10. Ein elektronischer Schaltungsträger 1 des Schaltungsmoduls 10 weist eine Oberseite 2 und eine Unterseite 3 auf. Die Oberseite 2 und die Unterseite 3 sind mit elektronischen Bauteilen 4 bestückt. Über dem elektronischen Schaltungsträger 1 ist eine Düse 5 eines 3D-Druckers 6 angeordnet. Diese Düse 5 ist entsprechend eines bekannten 3D-Druckers 6 in sämtliche Raumrichtung (Richtungspfeile) bewegbar. Alternativ o- der zusätzlich ist es auch möglich, dass der Schaltungsträger 1 auf einer Haltevorrichtung 7 angeordnet ist, welche den Schaltungsträger 1 in sämtliche Raumrichtung (Richtungspfeile) bewegen kann. Diese Haltevorrichtung 7 kann zudem derart ausgebildet sein, dass sie als Wärmeplatte zur Aufwärmung des Schaltungsträgers 1 auf die gewünschte Vernetzungstemperatur des Druckmaterials des 3D-Drucker 6 dient. Das Druckmaterial befindet sich in einem im 3D-Drucker vorgesehenen Bevorratungsbehälter 8
Auf der Oberseite 2 des Schaltungsträgers 1 ist beispielhaft eine Schicht eines Kapselmaterials 9 dargestellt. Dieses, auf den Schaltungsträger 1 aufgebrachte Kapselmaterial dient als Gehäuse des Schaltungsträgers 1 . Es ist zu erkennen, dass im Bereich des elektronischen Bauteils 4 auf der Oberseite 2 des Schaltungsträgers 1 mittels des 3D-Druckverfahrens eine weitere Schicht aufgetragen ist, wobei das Kapselmaterial 9 aus der Düse 5 in Richtung der Oberseite 2 des Schaltungsträgers 1 ausgebracht wird. Es ist somit möglich, das Kapselmaterial 9 lokal aufzutragen und die Höhe der jeweiligen Schicht an die lokalen Gegebenheiten des elektronischen Schaltungsträgers 1 , z.B. Höhe eines elektronischen Bauteils 4 gegenüber einer Oberfläche des Schaltungsträgers 1 anzupassen.
In der Düse 5 des 3D-Druckers 6 erfolgt gemäß dem Stand der Technik zum 3D-Drucken eine Vorbehandlung bzw. Vortemperierung des zu druckenden Materials 9. Dieses Material 9 wird anschließend über die Düse 5 tröpfchen- und/oder schichtweise auf den Schaltungsträger 1 aufgebracht.
Fig.2 zeigt einen beispielhaften Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt 100 wird ein elektronischer Schaltungsträger bereitgestellt. Anschließend wird in einem weiteren Schritt 101 der Schaltungsträger von Staub etc. gereinigt. In einem weiteren Verfahrensschritt 102 wird der gereinigte Schaltungsträger in einen 3D-Drucker eingelegt. Anschließend erfolgt in einem weiteren Schritt 103 die Temperierung des Schaltungsträgers auf eine gewünschte Temperatur, zweckmäßig auf die Vernetzungstemperatur des Druckmediums (Kapselmaterial). In dem nachfolgend beginnenden Druckvorgang wird in einem Schritt 104 das Kapselmaterial in dem 3D-Drucker vorbereitet, insbesondere aufgeschmolzen und über eine Düse auf den Schaltungsträger gedruckt, insbesondere aufgebracht.
Bezugszeichen
Schaltungsträger
Oberseite
Unterseite
Elektronisches Bauelement
Düse
3D-Drucker
Haltevorrichtung
Bevorratungsbehälter
Kapselmaterial
Schaltungsmodul
Bereitstellen Schaltungsträger
Reinigung Schaltungsträger
Einlegen des Schaltungsträgers in 3D-Drucker Temperierung Schaltungsträger
Bedrucken Schaltungsträger

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Schutz eines elektronischen Schaltungsträgers vor Umwelteinflüssen, wobei der elektronische Schaltungsträger (1 ) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (4) bestückt ist, wobei der Schaltungsträger (1 ) und das wenigstens eine elektronische Bauelement (4) zumindest abschnittsweise mit einem Kapselmaterial (9) stoffschlüssig bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen (100) eines elektronischen Schaltungsträgers (1 ),
- Aufbringen (104) des Kapselmaterials (9) auf den elektronischen Schaltungsträger (1 ) mittels eines 3D-Druckverfahrens.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselmaterial (9) in dem 3D-Druckverfahren aufgeschmolzen und tröpfchen- oder schichtweise auf den elektronischen Schaltungsträger (1 ) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schaltungsträger (1 ) auf die Vernetzungstemperatur des Kapselmaterials (9) erwärmt (103) wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schaltungsträger (1 ) vor Aufbringen (104) des Kapselmaterials mittels eines Waschverfahrens (101 ) gereinigt wird.
5. Elektronisches Schaltungsmodul (10) mit einem Gehäuse, wobei das Schaltungsmodul (10) einen elektronische Schaltungsträger (1 ) aufweist, wobei der Schaltungsträger (1 ) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (4) bestückt ist und wobei der Schaltungsträger (1 ) und das wenigstens eine elektronische Bauelement (4) mit einem Kapselmaterial (9) zumindest abschnittsweise stoffschlüssig bedeckt ist, so dass das Kapselmaterial (9) das Gehäuse bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselmaterial (9) ein Material ist, welches mittels eines SD- Druckverfahrens auf den Schaltungsträger (1 ) aufbringbar ist.
6. Elektronisches Schaltungsmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselmaterial (9) den Schaltungsträger (1 ) und das wenigstens einer elektronische Bauelement (4) auf einer Ober- und/oder Unterseite (2, 3) des Schaltungsträger (1 ) abschnittsweise oder vollständig bedeckt oder dass das Kapselmaterial (9) den Schaltungsträger (1 ) das wenigstens einer elektronische Bauelement (4) vollständig umgibt.
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