EP4413834A1 - Leiterplatte für ein feldgerät der automatisierungstechnik - Google Patents

Leiterplatte für ein feldgerät der automatisierungstechnik

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EP4413834A1
EP4413834A1 EP22786935.1A EP22786935A EP4413834A1 EP 4413834 A1 EP4413834 A1 EP 4413834A1 EP 22786935 A EP22786935 A EP 22786935A EP 4413834 A1 EP4413834 A1 EP 4413834A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
potting
circuit board
printed circuit
gap
board according
Prior art date
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Pending
Application number
EP22786935.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Strittmatter
Vitogiuseppe Di Cosola
Andreas Kaiser
Hamid Reza Shahi
Jens Krause
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP4413834A1 publication Critical patent/EP4413834A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control
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    • H05K2203/1305—Moulding and encapsulation
    • H05K2203/1316—Moulded encapsulation of mounted components

Definitions

  • the invention relates to a circuit board for a field device in automation technology and a field device in automation technology with such a circuit board.
  • field devices are often used which are used to record and/or influence process variables.
  • Process variables are recorded by sensors that are integrated, for example, in level meters, flow meters, pressure and temperature meters, pH redox potential meters, conductivity meters, etc., which record the corresponding process variables level, flow rate, pressure, temperature, pH value or conductivity.
  • Actuators such as valves or pumps, which can be used to change the flow of a liquid in a pipeline section or the fill level in a container, are used to influence process variables.
  • field devices are also understood to mean remote I/Os, radio adapters or devices in general that are arranged at the field level. Endress+Hauser manufactures and sells a large number of such field devices.
  • Field devices often have a sensor unit that is in contact with a process medium, in particular at least twice and/or at least in sections, and which is used to generate a signal dependent on the process variable. Furthermore, these often have an electronic unit arranged in a transmitter housing, the electronic unit being responsible for the processing and/or forwarding of the Signals generated by the sensor unit, in particular electrical and/or electronic signals, are used.
  • the electronics unit typically includes at least one printed circuit board with components arranged thereon.
  • Field devices of this type which are also to be operated in areas at risk of explosion (Ex areas) (or their electronics unit) must meet very high safety requirements with regard to explosion protection.
  • explosion protection it is a matter of reliably avoiding the formation of sparks or at least ensuring that a spark that occurs in the event of a fault has no effect on the environment.
  • Corresponding standards are defined for this, in particular in the European standard IEC 600079-11 and/or EN60079-11 with a series of associated protection classes.
  • explosion protection is achieved by the fact that the spatial distances between two different electrical potentials are so great that sparking cannot occur even in the event of a fault due to the distance.
  • the above-mentioned standard speaks of the protection class "Ex-m”.
  • explosion protection is achieved by the fact that the values for an electrical variable (current, voltage, power) are always below a specified limit value, so that there is no limit value even in the event of a fault ignition spark is generated.
  • Comparable protection classes are in the American standard FM3610 and/or ANSI/UL60079-11 and/or the Canadian standard CAN/CAS C22.2 no. 60079-11 defined.
  • the field devices may only be operated in an explosive atmosphere if their surface temperature remains below the ignition temperature of the surrounding explosive mixture. Temperature classes have been defined for this. For example, in temperature class T6, the surface temperature must not exceed 85°C.
  • so-called fixed insulation can be provided, which is attached or applied in the required areas.
  • the "intrinsic safety" protection class indicates that the covering with a casting compound must be at least 1 mm.
  • the disadvantage of using a potting compound is that it changes its volume as a function of the temperature. If the temperature decreases, the potting compound contracts and if the temperature increases, the potting compound expands accordingly.
  • Another disadvantage is that when the temperature drops, the necessary 1 mm overlap, which is required for the EX approval, can no longer be given due to the deformation of the casting compound and/or the development of cracks.
  • a gap is usually kept free between the potting pot and the potting compound filled in, so that the potting compound expands when the temperature rises and when the temperature drops can contract.
  • the invention is therefore based on the object of demonstrating a possibility of how, when encapsulating electronic components on a printed circuit board with the aid of an encapsulation cup, the overlap required for EX approval can be ensured.
  • the printed circuit board according to the invention for a field device in automation technology comprises several electronic components and a potting cup made of plastic with a peripheral side wall that defines an outer contour of the potting cup, a potting cover adjoining the side wall and an opening on the side facing away from the potting cover, with the Potting cup with the opening to the printed circuit board is placed on at least a part of the plurality of electronic components and is filled with a potting compound in such a way that the electronic components covered by the potting compound have a predetermined or defined Have a minimum overlap, but the potting cup is not completely filled with the potting compound and at least one gap is formed in the potting cover in an edge area which adjoins a transition from the side wall to the potting cover, which gap extends at least over a convex edge area of the outer contour extends.
  • At least one convex edge area, preferably all convex edge areas, of the potting cup should be provided with at least one gap in the potting cover in order to prevent the capillary effect and to prevent the potting compound from being pulled along the potting cover.
  • a convex edge area can represent a corner or a curve of the potting cup, for example.
  • the arrangement of the gap or gaps is as close as possible to the transition from the side wall to the lid of the casting cup in an edge region of the casting lid.
  • An advantageous embodiment of the circuit board according to the invention can provide that the width of the at least one gap is designed such that the at least one gap has a minimum gap width of at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, particularly preferably at least 2 mm.
  • a further advantageous embodiment of the circuit board according to the invention can provide that the width of the at least one gap is designed such that the at least one gap has a maximum gap width of no more than 6 mm, preferably no more than 5 mm, particularly preferably no more than 4 mm.
  • circuit board according to the invention can provide that the length of the at least one gap is designed such that the at least one gap extends at least over a convex edge area of the outer contour.
  • a further advantageous embodiment of the printed circuit board according to the invention can provide that the potting cup has several gaps in the potting cover has, which are each located in the edge area.
  • the configuration can provide that the multiple gaps are designed in the edge area of the potting cover in such a way that they extend essentially completely along the outer contour and are only interrupted by at least one web, preferably at least two webs, particularly preferably at least three webs and/or the at least one web has a minimum width of at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, particularly preferably at least 2 mm, by which the gaps are separated from one another.
  • a further advantageous embodiment of the circuit board according to the invention can provide that the at least one gap or gaps are produced by an injection molding process, a stamping process, a milling process or a laser cutting process.
  • a further advantageous embodiment of the circuit board according to the invention can provide that the specified or defined minimum coverage from the standard DIN EN60079-11, published in June 2012, Explosive areas - Part 11: Device protection through intrinsic safety "i" results and / or preferably 1 mm amounts to.
  • the invention also relates to a field device for automation technology, having at least one printed circuit board according to one of the embodiments described above.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through a printed circuit board for a field device used in automation technology, which is fitted with electronic components and cast with a casting compound using a casting cup according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through a printed circuit board for a field device used in automation technology, which is equipped with electronic components and cast with a casting compound using a casting cup according to the invention.
  • the printed circuit board 1 can include a plurality of electronic components 4, but at least one electronic component, which is to be encapsulated using a casting compound.
  • the electronic components 4 can be, for example, SMD components (abbreviation for: surface-mounted device), which are applied to the printed circuit board 1 in an SMD process.
  • the electronic components 4 can be placed on the printed circuit board 1, for example, by means of a production machine.
  • soldering paste and/or adhesive 5 has previously been applied to the printed circuit board 1 at the appropriate point at which the electronic components 4 are provided, and then the electronic components 4 were soldered and, if necessary. additionally glued on.
  • solder paste and/or adhesive 5 can also be provided in the area in which the potting cup 2 will later be provided, so that it can later also be mechanically fixed or held in place.
  • the potting cup 2 is a potting cup 2 made of plastic for placement on the electronic components.
  • the casting cup 2 has a peripheral side wall 2c and a cup cover 2d, which adjoins the side wall 2c.
  • the encapsulation cup is open on a side facing away from the cup cover 2d, so that it can be placed with the open side on the circuit board 1 over the electronic components to be encapsulated.
  • At least one filling opening 2a is provided in the potting cup 2, through which the potting compound 3 can be filled.
  • at least one ventilation opening 2b can be provided in the potting cup 2 .
  • the potting cup 2 is filled with a potting compound 3, wherein the potting cup is not completely filled with potting compound 3, but only to the extent that each electronic component which is under the Potting cup is arranged, having at least a minimum overlap dmin with the potting compound.
  • the minimum overlap dmin is based on the standard DIN EN60079-11, published in June 2012: "Hazardous areas - Part 11: Equipment protection through intrinsic safety "i"".
  • the minimum coverage can be 1 mm, so that all electronic components are covered with the casting compound to a thickness of at least 1 mm.
  • FIG. 2 shows a potting cup 2 designed according to the invention, which has a plurality of gaps 2e in the cover 2d.
  • the gaps 2e serve to prevent the capillary effect, so that the casting compound 3 can only pull up to the gaps 2e on the side wall 2c.
  • the gaps 2e are preferably arranged in the edge area of the cover 2d at the transition to the side wall 2c of the potting cup 2 .
  • the gaps 2e are arranged directly at the transition from the side wall 2c to the encapsulation cover 2d. The minimum distance is only limited by the manufacturing process that creates the gaps.
  • the width of the gaps Bspait are designed in such a way that the minimum gap width is at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, particularly preferably greater than or equal to 2 mm and/or the maximum gap width is particularly preferably no wider than 6 mm, preferably no wider than 5 mm is no wider than 4mm.
  • the length of the gaps Lspait are preferably designed such that the gaps 2e each extend at least over a convex edge area of the outer contour, such as a corner, of the potting cup, as indicated by a dashed arrow in FIG.
  • the gaps 2e are formed in the cover 2d in such a way that they essentially extend along an outer contour of the side wall of the potting cup 2 .
  • there can also be more than one gap for example at least two or at least three gaps, or the circumferential gap can be interrupted by isolated webs 2f.
  • the webs 2f serve to mechanically stabilize the cover 2d, so that the cover 2d on the one hand offers a certain protection against mechanical effects and on the other hand the gap or the almost circumferential gap prevents the casting compound from being pulled up. Mechanical effects can arise, for example, through the installation and/or exchange of the finished printed circuit board in a field device.
  • the gap(s) 2e can, for example, be produced directly during the manufacture of the casting cup 2 by taking them into account accordingly in an injection molding tool for the casting cup 2 .
  • the gap 2e can also be introduced into the actual casting cup 2 after it has been manufactured, for example by milling, punching or by means of a laser.

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Abstract

Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend mehrere elektronische Bauteile (4) und einen aus einem Kunststoff gefertigten Vergussbecher (2) mit einer eine Außenkontur des Vergussbechers definierenden umlaufenden Seitenwand, einem an die Seitenwand anschließenden Vergussdeckel und einer an der von dem Vergussdeckel abgewandten Seite befindlichen Öffnung, wobei der Vergussbecher mit der Öffnung zur Leiterplatte hin auf zumindest einen Teil der mehreren elektronischen Bauteile (4) aufgesetzt und derartig mit einer Vergussmasse befüllt ist, dass die von der Vergussmasse bedeckten elektronischen Bauteilen eine vorgegebene bzw. definierte Mindestüberdeckung aufweisen, wobei der Vergussbecher aber nicht vollständig mit der Vergussmasse befüllt ist und wobei in dem Vergussdeckel in einem Randbereich, welcher an einen Übergang von der Seitenwand zu dem Vergussdeckel angrenzt, zumindest ein Spalt ausgeführt ist, der sich zumindest über einen konvexen Randbereich der Außenkontur erstreckt.

Description

Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik sowie ein Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einer solchen Leiterplatte.
In Automatisierungsanlagen, insbesondere in Prozessautomatisierungsanlagen, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH- Redoxpotentialmessgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
Um die elektrische bzw. elektronische Funktionalität solcher Feldgeräte zu ermöglichen, werden entsprechende Leiterplatten mit elektrischen bzw. elektronischen Komponenten im Inneren des Feldgerätes eingesetzt, die eine Feldgeräteelektronik bilden.
Feldgeräte weisen oftmals eine, insbesondere zumindest zweitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehende Sensoreinheit auf, welche der Erzeugung eines von der Prozessgröße abhängigen Signals dient. Ferner weisen diese oftmals eine in einem Transmittergehäuse angeordnete Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von von der Sensoreinheit erzeugten Signalen, insbesondere elektrischen und/oder elektronischen Signalen, dient. Typischerweise umfasst die Elektronikeinheit zumindest eine Leiterplatte mit darauf angeordneten Bauteilen.
Derartige Feldgeräte, die auch in explosionsgefährdeten Bereichen (Ex- Bereiche) betrieben werden sollen (bzw. deren Elektronikeinheit) müssen sehr hohen Sicherheitsanforderungen hinsichtlich des Explosionsschutzes genügen. Dabei geht es im Besonderen darum, die Bildung von Funken sicher zu vermeiden oder zumindest sicherzustellen, dass ein im Fehlerfall entstandener Funke keine Auswirkungen auf die Umgebung hat. Hierfür sind entsprechende Normen definiert, insbesondere in der europäischen Norm IEC 600079-11 und/oder EN60079-11 mit einer Reihe von dazugehörigen Schutzklassen.
In der Schutzklasse mit dem Namen „Erhöhte Sicherheit“ (Ex-e) wird der Explosionsschutz dadurch erzielt, dass die räumlichen Abstände zwischen zwei verschiedenen elektrischen Potentialen so groß sind, dass eine Funkenbildung auch im Fehlerfall aufgrund der Distanz nicht auftreten kann. Bei der Verwendung einer Vergusskapselung elektronischer Bauteile wird im Rahmen der o.g. Norm von der Schutzklasse „Ex-m“ gesprochen. In der Schutzklasse mit dem Namen „Eigensicherheit“ (Ex-i) wird der Explosionsschutz dadurch erzielt, dass die Werte für eine elektrische Größe (Strom, Spannung, Leistung) zu jeder Zeit jeweils unterhalb eines jeweils vorgegebenen Grenzwertes liegen, damit auch im Fehlerfall kein Zündfunken erzeugt wird.
Vergleichbare Schutzklassen sind in der amerikanischen Norm FM3610 und/oder der ANSI/UL60079-11 und/oder der kanadischen Norm CAN/CAS C22.2 No. 60079-11 definiert.
Eine weitere Anforderung ist, dass die Feldgeräte in einer explosionsfähigen Atmosphäre nur betrieben werden dürfen, wenn deren Oberflächentemperatur unterhalb einer Zündtemperatur des umgebenden explosionsfähigen Gemisches bleiben. Hierzu wurden Temperaturklassen definiert. Beispielsweise darf bei der Temperaturklasse T6 die Oberflächentemperatur von 85°C nicht überschritten werden.
Um die in der o.g. Norm erwähnten notwendigen räumlichen Abstände reduzieren zu können, können so genannte feste Isolationen vorgesehen sein, die in den erforderlichen Bereichen an- bzw. aufgebracht sind.
Dies geschieht für gewöhnlich mit Hilfe einer Vergussmasse. Um diese flüssige Vergussmasse auf die Leiterplatte aufzubringen ist jedoch ein Vergussbecher bzw. -gehäuse erforderlich damit die Vergussmasse bis zum Ausgehärteten Zustand in Form bleibt.
Aus der Schutzklasse „Eigensicherheit“ (Ex-i; EN60079-11 ) geht hervor, dass die Überdeckung mit einer Vergussmasse mindestens 1 mm betragen muss.
Nachteilig an der Verwendung einer Vergussmasse ist, dass diese ihr Volumen in Abhängigkeit der Temperatur ändert. Bei einer Abnahme der Temperatur zieht sich die Vergussmasse zusammen und bei einer Zunahme der Temperatur dehnt sich die Vergussmasse entsprechend aus.
Dies hat zur Folge, dass in dem Vergussbecher Kräfte entstehen, sofern der Verguss keinen Freiraum hat, um die Volumenänderung umzusetzen. Somit wirken durch das Zusammenziehen der Vergussmasse und zusätzlich auch noch durch Anhaftungseffekte bzw. Klebeeffekte an Wand- und/oder Deckenbereichen des Vergussbechers bei Temperaturzunahme Druckkräfte und bei Temperaturabnahme Zugkräfte auf die elektronischen Komponenten. Zu hohe Zug- oder Druckkräfte können Risse in der Vergussmasse verursachen, da beispielsweise Silikonkautschuk als Vergussmasse eine beschränkte Dehnbarkeit besitzt.
Ein weiterer Nachteil ist, dass bei Temperaturabnahme die notwendige 1 mm Überdeckung, welche für die EX-Zulassung erforderlich ist, aufgrund der Verformung der Vergussmasse und/oder Rissentwicklung nicht mehr gegeben sein kann. Um die Volumenänderung durch die Temperaturänderungen abfangen zu können und etwaige Kräfte zwischen der Vergussmasse, dem Vergussbecher und der Leiterplatte zu vermeiden wird für gewöhnlich ein Zwischenraum zwischen dem Vergussbecher und der eingefüllten Vergussmasse freigehalten, so dass sich bei einem Temperaturanstieg die Vergussmasse ausdehnen und bei einem Temperaturabfall zusammenziehen kann.
Dadurch, dass ein Zwischenraum zwischen dem Vergussbecher und der eingefüllten Vergussmasse freigehalten wird, kann es allerdings vorkommen, dass sich die Vergussmasse durch Kapillarkräfte an den Seitenwänden des Vergussbechers in Richtung des Vergussdeckels hochzieht und sobald die Vergussmasse den Vergussdeckel erreicht hat, kann sie zumindest teilweise den Zwischenraum ausfüllen. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Vergussmasse im Mittenbereich fehlt und somit die für die EX-Zulassung notwendige Überdeckung nicht an allen Stellen gewährleistet werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie beim Vergießen von elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte mit Hilfe eines Vergussbechers eine für die EX-Zulassung notwendige Überdeckung sichergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Leiterplatte gemäß Patentanspruch 1 und das Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 10.
Die erfindungsgemäße Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik umfasst mehrere elektronische Bauteile und einen aus einem Kunststoff gefertigten Vergussbecher mit einer eine Außenkontur des Vergussbechers definierenden um laufenden Seitenwand, einem an die Seitenwand anschließenden Vergussdeckel und einer an der von dem Vergussdeckel abgewandten Seite befindlichen Öffnung, wobei der Vergussbecher mit der Öffnung zur Leiterplatte hin auf zumindest einen Teil der mehreren elektronischen Bauteile aufgesetzt und derartig mit einer Vergussmasse befüllt ist, dass die von der Vergussmasse bedeckten elektronischen Bauteilen eine vorgegebene bzw. definierte Mindestüberdeckung aufweisen, wobei der Vergussbecher aber nicht vollständig mit der Vergussmasse befüllt ist und wobei in dem Vergussdeckel in einem Randbereich, welcher an einen Übergang von der Seitenwand zu dem Vergussdeckel angrenzt, zumindest ein Spalt ausgeführt ist, der sich zumindest über einen konvexen Randbereich der Außenkontur erstreckt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen an zumindest einem konvexen Randbereich, vorzugsweise an allen konvexen Randbereichen, des Vergussbechers zumindest einen Spalt in den Vergussdeckel einzubringen, umso die Kapillarwirkung zu unterbinden und zu vermeiden, dass sich die Vergussmasse an dem Vergussdeckel entlangzieht. Ein derartiger konvexer Randbereich kann beispielsweise eine Ecke oder eine Rundung des Vergussbechers darstellen. Die Anordnung des Spalts bzw. der Spalte ist dabei möglichst nahe an dem Übergang von der Seitenwand zu dem Deckel des Vergussbechers in einem Randbereich des Vergussdeckels.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte kann vorsehen, dass eine Breite des zumindest einen Spalts so ausgeführt ist, dass der zumindest eine Spalt eine minimale Spaltbreite von mindestens 0,5mm, bevorzugt mindestens 1 mm, besonders bevorzugt von mindestens 2mm aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte kann vorsehen, dass eine Breite des zumindest einen Spalts so ausgeführt ist, dass der zumindest eine Spalt eine maximale Spaltbreite von nicht mehr als 6mm, vorzugsweise nicht mehr als 5mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 4mm aufweist.
Wiederum eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte kann vorsehen, dass eine Länge des zumindest einen Spalts so ausgeführt ist, dass sich der zumindest eine Spalt zumindest über einen konvexen Randbereich der Außenkontur erstreckt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte kann vorsehen, dass der Vergussbecher im Vergussdeckel mehrere Spalte aufweist, die sich jeweils in dem Randbereich befinden. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die mehreren Spalte so im Randbereich des Vergussdeckels ausgeführt sind, dass sie sich im Wesentlichen vollständig entlang der Außenkontur erstrecken und nur durch mindestens einen Steg, vorzugsweise mindestens zwei Stege, besonders bevorzugt mindestens drei Stege unterbrochen sind und/oder der mindestens eine Steg eine Mindestbreite von mindestens 0,5mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm, besonders bevorzugt von mindestens 2mm aufweist, durch den die Spalte voneinander getrennt sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte kann vorsehen, dass der zumindest eine Spalt bzw. die Spalte durch ein Spritzgussverfahren, ein Stanzverfahren, ein Fräsverfahren oder ein Laserschneidverfahren erzeugt sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leiterplatte kann vorsehen, dass sich die vorgegebene bzw. definierte Mindestüberdeckung aus der Norm DIN EN60079-11 , veröffentlicht im Juni 2012, Explosionsgefährdete Bereiche - Teil 11 : Geräteschutz durch Eigensicherheit "i" ergibt und/oder vorzugsweise 1 mm beträgt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend zumindest eine Leiterplatte nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, welche mit elektronischen Bauteilen bestückt ist und mittels eines erfindungsgemäßen Vergussbechers mit einer Vergussmasse vergossen ist, und
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vergussbechers. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, welche mit elektronischen Bauteilen bestückt ist und mittels eines erfindungsgemäßen Vergussbechers mit einer Vergussmasse vergossen ist. Die Leiterplatte 1 kann mehrere elektronische Bauteile 4, zumindest jedoch ein elektronisches Bauteil umfassen, welches mittels einer Vergussmasse vergossen werden soll. Bei den elektronischen Bauteilen 4 kann es sich beispielsweise um SMD- Bauteile (Abkürzung für: Surface-mounted device) handeln, die in einem SMD- Prozess auf die Leiterplatte 1 aufgebracht werden. Die elektronischen Bauteile 4 können beispielsweise durch einen Fertigungsautomaten auf die Leiterplatte 1 aufgesetzt werden. Hierfür ist zuvor auf der Leiterplatte 1 Lotpaste und/oder Kleber 5 an der entsprechenden Stelle, an der die elektronischen Bauteile 4 vorgesehen sind, aufgebracht worden, und anschließend wurden die elektronischen Bauteile 4 aufgelötet und ggfls. zusätzlich noch aufgeklebt. Zusätzlich kann auch in dem Bereich, in dem der Vergussbecher 2 später vorgesehen ist, Lotpaste und/oder Kleber 5 vorgesehen werden, damit dieser später auch mechanisch fixiert bzw. festgehalten werden kann.
Bei dem Vergussbecher 2 handelt es sich um einen aus einem Kunststoff gefertigten Vergussbecher 2 zum Aufsetzen auf die elektronischen Bauteile. Der Vergussbecher 2 weist eine umlaufende Seitenwand 2c und eine Becherdecke 2d auf, die an die Seitenwand 2c anschließt. An einer der Becherdecke 2d abgewandten Seite ist der Vergussbecher offen, so dass er mit der offenen Seite auf die Leiterplatte 1 über die zu vergießenden elektronischen Bauteile aufgesetzt werden kann.
Um ein Befüllen des Vergussbechers 2 nach dem Aufsetzen auf die Leiterplatte 1 zu ermöglichen, ist zumindest eine Befüllöffnung 2a in dem Vergussbecher 2 vorgesehen, über die die Vergussmasse 3 eingefüllt werden kann. Ergänzend kann zumindest eine Entlüftungsöffnung 2b in dem Vergussbecher 2 vorgesehen sein.
Der Vergussbecher 2 ist mit einer Vergussmasse 3 befüllt, wobei der Vergussbecher nicht vollständig mit Vergussmasse 3 befüllt ist, sondern lediglich in dem Maße, dass jedes elektronische Bauteil, welches unter dem Vergussbecher angeordnet ist, zumindest eine Mindestüberdeckung dmin mit der Vergussmasse aufweist. Hierbei richtet sich die Mindestüberdeckung dmin an die Norm DIN EN60079-11 , veröffentlicht im Juni 2012: „Explosionsgefährdete Bereiche - Teil 11 : Geräteschutz durch Eigensicherheit "i"“. Beispielsweise kann die Mindestüberdeckung 1 mm betragen, so dass sämtliche elektronischen Bauteile zumindest 1 mm dick mit der Vergussmasse bedeckt sind.
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Vergussbecher 2, der mehrere Spalte 2e im Deckel 2d aufweist. Die Spalte 2e dienen dazu, die Kapillarwirkung zu unterbinden, so dass die Vergussmasse 3 sich nur bis zu den Spalten 2e an der Seitenwand 2c hochziehen kann. Die Spalte 2e sind dabei vorzugsweise im Randbereich des Deckels 2d am Übergang zu der Seitenwand 2c des Vergussbechers 2 angeordnet. Idealerweise sind die Spalte 2e unmittelbar am Übergang von der Seitenwand 2c zu dem Vergussdeckel 2d angeordnet. Der minimale Abstand ist dabei lediglich durch das die Spalte erzeugende Fertigungsverfahren limitiert.
Hinsichtlich der Breite der Spalte Bspait sind diese so ausgeführt, dass die minimale Spaltbreite mindestens 0,5mm, bevorzugt mindestens 1 mm, besonders bevorzugt größer gleich 2mm ist und/oder die maximale Spaltbreite nicht breiter als 6mm, vorzugsweise nicht breiter als 5mm, besonders bevorzugt nicht breiter als 4mm ist. Hinsichtlich der Länge der Spalte Lspait sind diese vorzugsweise derartig ausgeführt, dass sich die Spalte 2e jeweils zumindest über einen konvexen Randbereich der Außenkontur, wie bspw. eine Ecke, des Vergussbechers erstrecken, wie dies in Fig. 2 durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist. In einer besonderen Ausgestaltung sind die Spalte 2e derartig in dem Deckel 2d ausgebildet, dass sie sich im Wesentlichen entlang einer Außenkontur der Seitenwand des Vergussbechers 2 erstrecken. Dies bedeutet, dass die einzelnen Spalte quasi einen umlaufenden Spalt bilden, der nur durch mindestens einen Steg unterbrochen ist. Hinsichtlich der Stabilität des Deckels können jedoch auch mehr als ein Spalt, bspw. mindestens zwei oder mindestens drei Spalte vorhanden sein bzw. der um laufende Spalt kann durch vereinzelte Stege 2f unterbrochen sein. Die Stege 2f dienen dabei der mechanischen Stabilisierung des Deckels 2d, so dass der Deckel 2d einerseits einen gewissen Schutz vor mechanischen Einwirkungen bietet und andererseits die Spalte bzw. der fast umlaufende Spalt ein Hochziehen der Vergussmasse verhindert. Mechanische Einwirkungen können bspw. durch den Einbau und/oder Tausch der fertig hergestellten Leiterplatte in ein Feldgerät entstehen.
Der bzw. die Spalte 2e können beispielsweise direkt bei der Fertigung des Vergussbechers 2 erzeugt werden, in dem diese entsprechend in einem Spritzgießwerkzeug für den Vergussbecher 2 berücksichtigt werden. Alternativ kann der Spalt 2e auch nach der Fertigung des eigentlichen Vergussbechers 2 in diesen eingebracht werden, bspw. durch Fräsen, Stanzenoder mittels eines Lasers.
Bezugszeichenliste
1 Leiterplatte
2 Vergussbecher
2a Befüllöffnung
2b Entlüftungsöffnung
2c Seitenwand des Vergussbechers
2d Deckenwand des Vergussbechers
2e Spalt(e)
2f Steg(e)
3 Vergussmasse
4 Elektronische Bauteile
5 Lotpaste dmin Mindestüberdeckung
Bspait Breite des Spalts
Lspait Länge des Spalts

Claims

Patentansprüche
1 . Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend mehrere elektronische Bauteile (4) und einen aus einem Kunststoff gefertigten Vergussbecher (2) mit einer eine Außenkontur des Vergussbechers definierenden umlaufenden Seitenwand, einem an die Seitenwand anschließenden Vergussdeckel und einer an der von dem Vergussdeckel abgewandten Seite befindlichen Öffnung, wobei der Vergussbecher mit der Öffnung zur Leiterplatte hin auf zumindest einen Teil der mehreren elektronischen Bauteile (4) aufgesetzt und derartig mit einer Vergussmasse befüllt ist, dass die von der Vergussmasse bedeckten elektronischen Bauteilen eine vorgegebene bzw. definierte Mindestüberdeckung aufweisen, wobei der Vergussbecher aber nicht vollständig mit der Vergussmasse befüllt ist und wobei in dem Vergussdeckel in einem Randbereich, welcher an einen Übergang von der Seitenwand zu dem Vergussdeckel angrenzt, zumindest ein Spalt ausgeführt ist, der sich zumindest über einen konvexen Randbereich der Außenkontur erstreckt.
2. Leiterplatte nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Breite des zumindest einen Spalts so ausgeführt ist, dass der zumindest eine Spalt eine minimale Spaltbreite von mindestens 0,5mm, bevorzugt mindestens 1 mm, besonders bevorzugt von mindestens 2mm aufweist.
3. Leiterplatte nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite des zumindest einen Spalts so ausgeführt ist, dass der zumindest eine Spalt eine maximale Spaltbreite von nicht mehr als 6mm, vorzugsweise von nicht mehr als 5mm, besonders bevorzugt von nicht mehr als 4mm aufweist.
4. Leiterplatte nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Länge des zumindest einen Spalts so ausgeführt ist, dass sich der zumindest eine Spalt zumindest über einen konvexen Randbereich der Außenkontur erstreckt.
5. Leiterplatte nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergussbecher im Vergussdeckel mehrere Spalte aufweist, die sich jeweils in dem Randbereich befinden.
6. Leiterplatte nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die mehreren Spalte so im Randbereich des Vergussdeckels ausgeführt sind, dass sie sich im Wesentlichen vollständig entlang der Außenkontur erstrecken und nur durch mindestens einen Steg, bevorzugt mindestens zwei Stege, besonders bevorzugt mindestens drei Stege unterbrochen sind.
7. Leiterplatte nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der mindestens eine Steg eine Mindestbreite von mindestens 0,5mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm, besonders bevorzugt von mindestens 2mm aufweist, durch den die Spalte voneinander getrennt sind.
8. Leiterplatte nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Spalt bzw. die Spalte durch ein Spritzgussverfahren, ein Stanzverfahren, ein Fräsverfahren oder ein Laserschneidverfahren erzeugt sind.
9. Leiterplatte nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die vorgegebene bzw. definierte Mindestüberdeckung aus der Norm DIN EN60079-11 , veröffentlicht im Juni 2012, Explosionsgefährdete Bereiche - Teil 11 : Geräteschutz durch Eigensicherheit "i" ergibt und/oder vorzugsweise 1 mm beträgt.
10. Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend zumindest eine Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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