WO2022223243A1 - Verfahren zum verkapseln einer elektronischen baugruppe - Google Patents

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WO2022223243A1
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Bernhardt Lüddecke
Martin Steinau
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Vitesco Technologies Germany Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for encapsulating an electronic assembly.
  • the present invention relates in particular to a method with which an electrical circuit of an electronic assembly can be encapsulated in an improved manner with an encapsulation material, in particular without tools.
  • Electronic assemblies comprising a printed circuit board with an applied circuit arrangement usually include electronic components that are combined on a carrier printed circuit board to form an electrical circuit arrangement, and mechanical components, for example, on which sensors are installed. Alternatively, the electronic components can also be connected to a stamped grid, which is located in an enclosure. According to the prior art, these assemblies are mounted on a base plate, for example made of aluminum, using connecting elements, which serves to mechanically stabilize and cool the assembly. Such assemblies are used, for example, as control units in motor vehicles, for example as a transmission control unit.
  • Control units are usually protected from external influences by means of covers.
  • seals, adhesive bonds or material connections are used between the carrier circuit board and the cover.
  • EP 3 257 339 B1 describes a mechatronic assembly comprising a carrier circuit board with at least one populated flat side on which the following components are arranged:
  • At least one mechanical insert for mechanically fixing at least one electronic component.
  • a one-piece encapsulation which surrounds all components arranged on the populated flat side of the carrier circuit board in a form-fitting and material-locking manner.
  • This document also relates to a method for producing a mechatronic assembly.
  • the present invention is achieved by a method having the features of claim 1 .
  • the present invention is achieved by an electronic assembly with the features of claim 10.
  • Preferred embodiments of the invention are described in the subclaims, in the description or the figures, with further features described or shown in the subclaims or in the description or the figures single or in any combination, may constitute subject matter of the invention unless the context clearly indicates the contrary.
  • the present invention relates to a method for encapsulating an area of an electronic assembly to be encapsulated, the area to be encapsulated comprising at least part of an electrical circuit arranged on a substrate and having at least one electrical component, the method having the following method steps: a) fastening an encapsulation boundary on the substrate in such a way that the encapsulation boundary partially encloses the region to be encapsulated in a sealing manner relative to the substrate, with a filling opening remaining in particular between the substrate and the encapsulation boundary; b) introducing encapsulation material into the filling opening; c) degassing of the encapsulation material by applying a vacuum to the filling opening; and d) closing the filling opening.
  • the method described here is therefore used to encapsulate an area of an electronic assembly that is to be encapsulated.
  • the area to be encapsulated comprises at least part of an electrical circuit arranged on a substrate.
  • the electrical circuit has at least one electrical component, but can also have a plurality of electrical components.
  • the substrate can be a printed circuit board, which is designed as a circuit carrier, for example, with the electronic components in the form of unhoused semiconductor components, which are also referred to as “bare dies”. can, and/or can be arranged directly on the printed circuit board as housed semiconductor components. Unpackaged semiconductor components are electrically connected to the substrate and thereby to other electronic components arranged thereon by means of electrical connection elements, such as bonding wires and conductive adhesive connections. Housed semiconductor components are electronic components that are protected against external influences by means of an overmolding or a housing and are connected to the substrate and thus to other components via any connection using soldering or plugging processes.
  • the electronic components In order to place the electronic components on the substrate, such as the carrier circuit board, they can thus be applied directly to the substrate in the form of housed and/or unhoused components.
  • the unhoused components On the other hand, it is conceivable to assemble the unhoused components on a printed circuit board element, e.g.
  • the method according to method step a) comprises the in particular cohesive attachment of an encapsulation boundary on the substrate in such a way that the encapsulation boundary partially encloses the region to be encapsulated in a sealing manner relative to the substrate.
  • the encapsulation boundary is an element intended to spatially confine the encapsulation and thus close off the formed encapsulation on the side opposite the circuit.
  • the encapsulation boundary is sealed on the substrate so that encapsulation material located within the encapsulation boundary cannot flow through between the substrate and the encapsulation boundary.
  • a filling opening remains, in particular between the substrate and the encapsulation boundary.
  • Such a fill opening is an area through which encapsulation material can be filled into the area between the substrate and the encapsulation boundary.
  • the fill port may be an area where the encapsulation stopper is not attached to the substrate.
  • the filling opening can be part of the encapsulation boundary. In the latter case, the encapsulation boundary is attached to the substrate in a sealing manner, completely encompassing the area to be encapsulated.
  • encapsulation material is introduced into the filling opening.
  • the encapsulation material can, in particular, be a fluid which assumes its ready-to-use form through a flattening step.
  • the encapsulation material is therefore preferably hardenable, so that the positive and material connection between the encapsulation and the components can be produced particularly easily.
  • the hardenable encapsulation material is a thermosetting plastic, which has electrically insulating properties, so that a short circuit between the electronic components is avoided.
  • the thermoset is, for example, an epoxy-based polymer.
  • the encapsulation material is preferably provided with at least one, for example inorganic, filler. Silicon dioxide or aluminum oxide, for example, are particularly suitable as inorganic fillers.
  • a thermal expansion coefficient of the encapsulation material or the encapsulation formed can thus be adapted to the substrate, in particular to the materials which the substrate, ie the circuit board, for example, comprises such that warping of the encapsulation can be avoided or at least reduced.
  • the thermal expansion of the encapsulation on the thermal properties, in particular thermal expansion, stiffness and glass transition temperature can be adjusted.
  • the encapsulation material is degassed according to method step c) by applying a vacuum to the filling opening.
  • gas bubbles introduced during the filling of the encapsulation material can be removed.
  • the stability of the encapsulation can be increased, which can improve the mechanical protection of the encapsulated electrical circuit.
  • the gas bubbles can be prevented from forming a porous structure through which any corrosive fluids can get through the encapsulation. The protective effect can thus be significantly improved by degassing the encapsulation material that has been filled in and has not yet hardened.
  • Degassing is possible in particular by applying a vacuum to the filling opening.
  • a vacuum pump can be applied directly to the filling opening, or the substrate together with the encapsulation boundary and the encapsulation material that has been filled in can be arranged in a volume which is provided with a vacuum.
  • the filling opening is closed or sealed according to method step d).
  • This can be realized, for example, in that the encapsulation boundary is sealingly fastened to the substrate, such as in particular the printed circuit board, in particular before any necessary hardening of the encapsulation material in the area of the filling opening.
  • the encapsulation material can then be cured as necessary.
  • the filling opening can be closed directly, for example, by the hardening of the encapsulation material.
  • the encapsulation limitation is advantageously flexible in order to enable mobility or deformability, for example when the encapsulation material is filled in.
  • the encapsulation or the encapsulation material at least partially surrounds the electrical circuit.
  • the encapsulation material completely and in one piece surrounds all components on the populated flat side of the substrate, in particular the carrier circuit board, so that both the electronic components and all other connecting elements for electrical contacting of the electronic components are protected from external influences, such as are protected from chips, gear oil, corrosive gases or liquids.
  • the gaps between the electronic components are also closed, so that open interfaces are avoided.
  • an optimal combination of electronics protection and a housing concept with a small installation space requirement is thus made possible for the electronic assembly.
  • a sealing function is significantly improved compared to the use of a plurality of housings that have to be sealed off from one another.
  • the process steps for encapsulation can optionally offer in terms of occupational safety, process reliability and/or contamination.
  • it can be prevented that foaming over occurs during degassing, which could lead to contamination of tools.
  • evaporations released into the environment can be avoided, which protects personnel and equipment.
  • direct contact with the encapsulation material can also be avoided.
  • the encapsulation boundary rests against a mold on the side opposite the encapsulation material during or after method step b), optionally with the application of pressure.
  • a form stamp as a negative form against the Encapsulation limitation are pressed or vice versa, so as to introduce a shape into the encapsulation. This can take place in particular before or during or even after curing.
  • This configuration can be realized, for example, by pad printing, for example essentially without pressure, using a respectively adapted shaping stamp.
  • the particularly flexible encapsulation delimitation can thus rest against a corresponding negative mold in a state in which it is completely filled with encapsulation material. This is preferably possible before or during flairing of the encapsulation material, with the mold manifesting its shape as a result of curing.
  • the inflow of encapsulation material into the encapsulation boundary is limited not only by the encapsulation boundary but also by the negative mold, so that the negative mold can determine the shape of the encapsulation.
  • shaping can also be carried out using a heated shaping die and, if appropriate, under the action of pressure, which can also be advantageous during hardening.
  • the encapsulation material is formed in that the encapsulation boundary has a defined preform.
  • the form of encapsulation to be achieved is thus already achieved when the encapsulation boundary is completely filled with the encapsulation material.
  • encapsulation and also the formation of the geometric shape can therefore take place completely without tools, which can make the advantages described above particularly effective.
  • the shape can be necessary, for example, but in no way limiting, in order to introduce reinforcement structures, such as stiffening ribs, into the encapsulation.
  • the stiffening ribs are designed, for example, in the form of a honeycomb structure or in the form of crossed ribs. Alternatively, other geometries and/or multiple stiffening ribs are also conceivable.
  • the stiffening ribs enable the assembly to be stiffened, as a result of which the base plate described in the prior art, in particular the aluminum base plate, can be omitted. Mechanical stability of the electronic assembly is thus ensured even under high mechanical stress during assembly and/or during operation.
  • stiffening structure for example metal grids or plates overmoulded with plastic.
  • the encapsulation boundary can be formed as a film. This allows easy attachment of the encapsulation border to the substrate and equally easy complete filling with the encapsulation material.
  • suitable films include, for example, polyethylene terephthalate (PET) or another material, in particular thermoplastic, which has a melting/softening point above the encapsulation material's heat transfer temperature and which in particular is electrically insulating.
  • the encapsulation boundary is glued or welded to the substrate. This refinement enables an equally safe and process-technically simple and cost-effective possibility to attach the encapsulation boundary to the substrate.
  • the encapsulation material can be degassed and the filling opening can be closed or sealed in a coherent work step. This configuration can have advantages in terms of process technology, since an additional process step can be dispensed with.
  • the encapsulation material can be degassed in a first step and the filling opening can be closed in a separate method step.
  • This step can be particularly advantageous if excessive degassing takes place, which could damage a mechanism for separating a sacrificial volume or for sealing the filling opening.
  • degassing in a first chamber and sealing in a second chamber can protect the corresponding mechanics.
  • sealing that is to say preferably fastening the encapsulation boundary to the substrate in a vacuum, can be advantageous since in this way no air is drawn into the inner volume, which can further reduce the risk of damage to the electronic components.
  • an encapsulation limitation with an electrically insulating matrix and with an electrically conductive structure is used.
  • the electrically conductive structure can be present in or on the matrix, ie it can be surrounded by the matrix or formed on the surface of the matrix.
  • the encapsulation boundary can be in the form of a film made of an electrically insulating polymer, with the electrically conductive structure being arranged in the film.
  • the encapsulation limitation can thus be functionalized with regard to the electrical or electromagnetic properties, which can result in clear advantages.
  • the encapsulation limitation can be optimized with regard to an electrostatic discharge (ESD) or provide protection against it. Furthermore, it is possible to improve the electromagnetic compatibility (EMC) or to design the encapsulation limitation as an antenna, which is connected to the substrate, such as the printed circuit board (PCB), in a signal-conducting manner.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • Applications for such an antenna include, for example, wireless communication, for example for existing sensors, for example when used in a transmission.
  • the above effects can be achieved by providing the film with an optionally structured, electrically conductive, for example metallic, coating or by laminating a corresponding electrically conductive structure between two films. Examples include printed structures and/or network structures, meander structures or other structures.
  • An antenna can, for example, be applied using 3D-MID technology (3D Mechatronic Integrated Device) or by means of a functionalized metal-coated surface.
  • Contact can be made by electrically conductively connecting the structure to the printed circuit board, such as by soldering, gluing or welding.
  • a wire can be attached to the structure on the foil surface, which is connected to the circuit board.
  • an electronic assembly comprising a substrate on which is disposed electrical circuitry and is at least partially encapsulated by an encapsulation material, the encapsulation material being bounded by an encapsulation border, the encapsulation border being sealed to the substrate.
  • Such an electronic assembly can in particular have advantages with regard to manufacturability and can also be particularly adaptable with regard to the specific application.
  • the encapsulation boundary such as a film
  • the encapsulation boundary can lie directly against the encapsulation material and thus immediately surround it and seal it off from the outside.
  • the encapsulation boundary can be attached to the encapsulation material, for example in a materially bonded manner.
  • Specific areas of application for such electronic assemblies include, for example, control units or other electronic components for dual clutch transmissions, manual transmissions, automatic torque converters, drives with high performance data, such as boat drives, transfer cases for all-wheel drives, commercial vehicle applications and/or inverter or power electronics in general.
  • a control device in particular a transmission control device, for a motor vehicle with an electronic assembly within the meaning of the present disclosure is also described.
  • control unit and/or the electronic assembly reference is made to the description of the method, to the figures and to the description of the figures, and vice versa.
  • Figure 1 shows schematically a first step of a method according to the present invention
  • Figure 2 shows schematically a further step of a method according to the present invention
  • Figure 3 shows schematically a further step of a method according to the present invention.
  • Fig. 4 shows schematically a further step of a method according to the present invention.
  • Figure 1 shows a first step of a method for encapsulating an area to be encapsulated 12 of an electronic assembly 10.
  • the area to be encapsulated 12 comprises an electrical circuit 14, the electrical circuit 14 at least one electrical Component 16 includes that is arranged and connected on a substrate 18 embodied as a printed circuit board.
  • an encapsulation boundary 20 is fastened to the substrate 18 in such a way that the encapsulation boundary 20 at least partially encloses or surrounds the region 12 to be encapsulated in relation to the substrate 18 in a sealing manner.
  • a film as an encapsulation boundary 20 can be materially attached to the substrate 18, for example the printed circuit board, for example by means of gluing or welding.
  • a filling opening 22 to remain between the substrate 18 and the encapsulation boundary 20 .
  • the filling opening 22 is used to introduce encapsulation material 28, such as an epoxy resin, into it according to method step b) and thus to convey it to the area 12 to be encapsulated.
  • encapsulation material 28 such as an epoxy resin
  • FIG. 2 from which it can also be seen that the substrate 18 is supported on a carrier 24 and that a mold 26 is provided, which defines the shape of the encapsulation 30 to be formed.
  • the encapsulation material 28 is discharged through a nozzle 32, which should indicate that the encapsulation material 28 still has gas bubbles.
  • FIG. 2 also shows a clamping unit 34 by means of which encapsulation material 28 can be separated from the encapsulation boundary 20, as explained later.
  • FIG. 3 A further method step is shown in FIG.
  • the encapsulation material 28 is degassed by applying a vacuum to the filling opening 22 .
  • the application of the vacuum should be represented by the arrow 36.
  • a vacuum is generated in the space enclosed by the encapsulation boundary 20 or in the area 12 to be encapsulated, so that air pockets within the encapsulation material 28 are displaced in the direction of the filling opening 22.
  • the circuit 14 or the component 16 is surrounded by a degassed encapsulation material 28, also referred to as mold material.
  • the air bubbles can accumulate in a sacrificial volume 38 outside of the area 12 to be encapsulated.
  • the filling opening 22 is closed.
  • the clamping unit 34 can have a cutting edge at its lower end, which cuts through the encapsulation material 28 .
  • it is cured beforehand or afterwards, for example by means of thermal influence, which is intended to be illustrated by the radiation 40 .
  • the filling opening 22 is closed by the hardening of the encapsulation material 28 and thus the formation of the encapsulation 30 .
  • the hardening takes place in the arrangement in which the encapsulation material 28 was also introduced into the filling opening 22 beforehand.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkapseln eines zu verkapselnden Bereichs (12) einer elektronischen Baugruppe (10), wobei der zu verkapselnde Bereich (12) wenigstens einen Teil einer auf einem Substrat (18) angeordneten elektrischen Schaltung (14) mit wenigstens einem elektrischen Bauelement (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Befestigen einer Verkapselungsbegrenzung (20) auf dem Substrat (18) derart, dass die Verkapselungsbegrenzung (20) den zu verkapselnden Bereich (18) zu dem Substrat (18) dichtend zumindest teilweise einschließt, wobei insbesondere zwischen dem Substrat (18) und der Verkapselungsbegrenzung (20) eine Einfüllöffnung (22) verbleibt; b) Einbringen von Verkapselungsmaterial (28) in die Einfüllöffnung (22); c) Entgasen des Verkapselungsmaterials (28) durch Anlegen eines Vakuums an die Einfüllöffnung (22); und d) Verschließen der Einfüllöffnung (22).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Verkapseln einer elektronischen Baugruppe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkapseln einer elektronischen Baugruppe. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, mit dem eine elektrische Schaltung einer elektronischen Baugruppe in verbesserter Weise mit einem Verkapselungsmaterial insbesondere werkzeuglos verkapselt werden.
Elektronische Baugruppen umfassend eine Leiterplatte mit aufgebrachter Schaltungsanordnung umfassen üblicherweise elektronische Komponenten, die auf einer Trägerleiterplatte zu einer elektrischen Schaltungsanordnung zusammengeführt sind, sowie gegebenenfalls mechanische Komponenten auf denen beispielsweise Sensoren verbaut sind. Alternativ können die elektronischen Komponenten auch mit einem Stanzgitter verbunden sein, welches sich in einer Umhausung befindet. Nach dem Stand der Technik sind diese Baugruppen auf einer Grundplatte, beispielsweise aus Aluminium, mittels Verbindungselementen montiert, die einer mechanischen Stabilisierung und Entwärmung der Baugruppe dient. Derartige Baugruppen werden beispielsweise als Steuergeräte in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Getriebesteuergerät, eingesetzt.
Steuergeräte werden üblicherweise mittels Abdeckungen vor äußeren Einflüssen geschützt. Dabei werden Dichtungen, Verklebungen oder stoffschlüssige Verbindungen zwischen der Trägerleiterplatte und der Abdeckung eingesetzt.
Es ist jedoch auch bekannt, elektrische Schaltungen mit einem Verkapselungsmaterial zu versehen, um einen Schutz vor äußeren Einflüssen zu ermöglichen. Aktuell sind Moldverfahren zum Verkapseln in der Regel werkzeuggebunden. Dabei wird eine aufgeschmolzene Kunststoffmasse in eine metallische Form gepresst. Durch dieses Verfahren wird ein sogenanntes Einlegeteil, wie etwa eine Elektronik, einseitig oder beidseitig mit einem robustheitsteigenden Kunststoffüberzug versehen. Dieses Verfahren ist auch als „Overmolding“ bekannt. Daneben gibt es noch als Liquid Molding oder Potting bekannte Verfahren. Diese betreffen Schwerkraftverguss bei Umgebungsbedingungen oder im Vakuum.
EP 3 257 339 B1 beschreibt eine mechatronische Baugruppe, umfassend eine Trägerleiterplatte mit wenigsten einer bestückten Flachseite, auf der folgende Komponenten angeordnet sind:
- eine Mehrzahl elektronischer Bauteile, und
- zumindest ein mechanisches Einlegeteil zur mechanischen Fixierung zumindest eines elektronischen Bauteils.
Gemäß diesem Dokument ist eine einteilig ausgebildete Kapselung vorgesehen, welche alle auf der bestückten Flachseite der Trägerleiterplatte angeordneten Komponenten form- und stoffschlüssig umgibt. Dieses Dokument betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer mechatronischen Baugruppe.
Aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können jedoch noch weiter verbessert werden, insbesondere hinsichtlich einer kosteneffizienten und einfachen Aufbringung eines Schutzes für elektronische Schaltkreise.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, welche wenigstens einen Nachteil des Stands der Technik zumindest teilweise zu überwinden vermag. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung bereitzustellen, mit dessen Hilfe eine kosteneffiziente und einfache Aufbringung eines Schutzes für elektrische Schaltungen einer elektronischen Baugruppe möglich ist.
Die Lösung der vorliegenden Erfindung erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Lösung der vorliegenden Erfindung erfolgt durch eine elektronische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verkapseln eines zu verkapselnden Bereichs einer elektronischen Baugruppe, wobei der zu verkapselnde Bereich wenigstens einen Teil einer auf einem Substrat angeordneten elektrischen Schaltung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Befestigen einer Verkapselungsbegrenzung auf dem Substrat derart, dass die Verkapselungsbegrenzung den zu verkapselnden Bereich zu dem Substrat dichtend teilweise einschließt, wobei insbesondere zwischen dem Substrat und der Verkapselungsbegrenzung eine Einfüllöffnung verbleibt; b) Einbringen von Verkapselungsmaterial in die Einfüllöffnung; c) Entgasen des Verkapselungsmaterials durch Anlegen eines Vakuums an die Einfüllöffnung; und d) Verschließen der Einfüllöffnung.
Ein derartiges Verfahren erlaubt gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikante Vorteile insbesondere hinsichtlich eines einfachen Verfahrensablaufs und einer verbesserten Variabilität der Verkapselung der elektronischen Baugruppe.
Das hier beschriebene Verfahren dient somit dem Verkapseln eines zu verkapselnden Bereichs einer elektronischen Baugruppe. Der zu verkapselnde Bereich umfasst dabei wenigstens einen Teil einer auf einem Substrat angeordneten elektrischen Schaltung. Die elektrische Schaltung weist wenigstens ein elektrisches Bauelement auf, kann jedoch auch eine Mehrzahl an elektrischen Bauelementen aufweisen.
Grundsätzlich kann das Substrat eine Leiterplatte sein, welche etwa als Schaltungsträger ausgebildet ist, wobei die elektronischen Bauteile in Form ungehäuster Halbleiterkomponenten, die auch als "Bare Dies" bezeichnet werden können, und/oder als gehauste Halbleiterkomponenten direkt auf der Leiterplatte angeordnet sein können. Ungehäuste Halbleiterkomponenten werden mittels elektrischer Verbindungselemente, wie etwa mittels Bonddrähten, und leitfähigen Klebeverbindungen, mit dem Substrat und dadurch mit weiteren darauf angeordneten elektronischen Bauteilen elektrisch verbunden. Gehäuste Halbleiterkomponenten sind elektronische Bauteile, die mittels einer Umspritzung bzw. einem Gehäuse gegen äußere Einflüsse geschützt sind und über eine beliebige Verbindung mittels Löt- oder Steckprozessen mit dem Substrat und somit anderen Komponenten verbunden sind.
Um die elektronischen Bauteile auf dem Substrat wie etwa der Trägerleiterplatte zu platzieren, können diese somit direkt auf das Substrat in Form von gehäusten und/oder ungehäusten Komponenten aufgebracht werden. Andererseits ist es denkbar, die ungehäusten Komponenten auf einem Leiterplattenelement, z.B. eine HDI-Leiterplatte, zu bestücken und dieses auf die Trägerleiterplatte mittels einer Verklebung, etwa unter Verwendung eines Wärmeleitklebers, stoffschlüssig zu verbinden.
Um die elektronischen Bauteile und auch die elektronischen Verbindungen, wie etwa die Bonddrähte, gegen äußere Einflüsse zu schützen, werden diese mit einem Verkapselungsmaterial verkapselt.
Hierzu umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) das insbesondere stoffschlüssige Befestigen einer Verkapselungsbegrenzung auf dem Substrat derart, dass die Verkapselungsbegrenzung den zu verkapselnden Bereich zu dem Substrat dichtend teilweise einschließt.
Die Verkapselungsbegrenzung ist ein Element, welches die Verkapselung räumlich begrenzen soll und somit die ausgebildete Verkapselung auf der dem Schaltkreis entgegengesetzten Seite abschließt. Hierzu wird die Verkapselungsbegrenzung auf dem Substrat dichtend befestigt, so dass innerhalb der Verkapselungsbegrenzung sich befindliches Verkapselungsmaterial nicht zwischen dem Substrat und der Verkapselungsbegrenzung hindurchfließen kann. Wichtig ist jedoch, dass insbesondere zwischen dem Substrat und der Verkapselungsbegrenzung eine Einfüllöffnung verbleibt. Eine derartige Einfüllöffnung ist ein Bereich, durch den Verkapselungsmaterial in den Bereich zwischen dem Substrat und der Verkapselungsbegrenzung eingefüllt werden kann. Beispielsweise kann die Einfüllöffnung ein Bereich sein, in dem die Verkapselungsbegrenzung nicht an dem Substrat befestigt ist. Alternativ ist es auch vom Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst, dass die Einfüllöffnung Teil der Verkapselungsbegrenzung sein kann. In letzterem Fall ist die Verkapselungsbegrenzung vollständig den zu verkapselnden Bereich umgreifend dichtend an dem Substrat befestigt.
Entsprechend erfolgt gemäß Verfahrensschritt b) das Einbringen von Verkapselungsmaterial in die Einfüllöffnung. Das Verkapselungsmaterial kann insbesondere ein Fluid sein, welches durch einen Flärtungsschritt seine gebrauchsfertige Ausgestaltung annimmt.
Vorzugsweise ist das Verkapselungsmaterial daher härtbar, so dass der Form- und Stoffschluss zwischen der Kapselung und der Komponenten besonders einfach herstellbar ist. Beispielsweise ist das aushärtbare Kapselungsmaterial ein Duroplast, welches elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist, so dass ein Kurzschluss zwischen den elektronischen Bauteilen vermieden ist. Das Duroplast ist beispielsweise ein Polymer auf Epoxidbasis.
Bevorzugt ist das Kapselungsmaterial mit wenigstens einem beispielsweise anorganischen Füllstoff versehen. Als anorganische Füllstoffe sind beispielsweise Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid besonders geeignet. Damit kann ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Verkapselungsmaterials beziehungsweise der ausgebildeten Verkapselung derart an das Substrat, insbesondere an die Materialien, welche das Substrat, also etwa die Leiterplatte, umfasst, angepasst werden, dass ein Verzug der Verkapselung vermieden oder zumindest verringert werden kann. Ebenso kann die thermische Dehnung der Verkapselung über die thermischen Eigenschaften, insbesondere thermische Dehnung, Steifigkeit und Glasübergangstemperatur angepasst werden.
Nach dem Einbringen des Verkapselungsmaterials erfolgt gemäß Verfahrensschritt c) das Entgasen des Verkapselungsmaterials durch Anlegen eines Vakuums an die Einfüllöffnung. Dadurch können bei dem Einfüllen des Verkapselungsmaterials in dieses eingebrachte Gasblasen entfernt werden. Dadurch kann die Stabilität der Verkapselung erhöht werden, was den mechanischen Schutz des verkapselten elektrischen Schaltkreises verbessern kann. Darüber hinaus kann es verhindert werden, dass die Gasblasen eine poröse Struktur ausbilden, durch welche etwa korrodierende Fluide durch die Verkapselung gelangen. Somit kann durch ein Entgasen des eingefüllten und noch nicht gehärteten Verkapselungsmaterials die Schutzwirkung deutlich verbessert werden.
Das Entgasen ist insbesondere möglich, indem an die Einfüllöffnung ein Vakuum angelegt wird. Hierzu kann eine Vakuumpumpe unmittelbar an die Einfüllöffnung angelegt werden, oder das Substrat mitsamt Verkapselungsbegrenzung und eingefülltem Verkapselungsmaterial kann in einem Volumen angeordnet werden, welches mit einem Vakuum versehen wird.
Wenn das Verkapselungsmaterial entgast ist, wird gemäß Verfahrensschritt d) die Einfüllöffnung verschlossen beziehungsweise versiegelt. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Verkapselungsbegrenzung insbesondere vor einem gegebenenfalls notwendigen Härten des Verkapselungsmaterials im Bereich der Einfüllöffnung an dem Substrat, wie insbesondere der Leiterplatte dichtend befestigt wird. Anschließend kann das Verkapselungsmaterial soweit notwendig gehärtet werden.
Alternativ kann das Verschließen der Einfüllöffnung beispielsweise unmittelbar durch das Härten des Verkapselungsmaterials erfolgen.
Dadurch kann die Verkapselung fertig gestellt sein. Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass die Verkapselungsbegrenzung vorteilhaft flexibel ist, um eine Beweglichkeit beziehungsweise Verformbarkeit, etwa beim Einfüllen des Verkapselungsmaterials, zu ermöglichen.
Nach dem Erzeugen der Verkapselung ist es insbesondere erreicht, dass die Verkapselung beziehungsweise das Verkapselungsmaterial die elektrische Schaltung zumindest zum Teil umgibt. Insbesondere kann es von Vorteil sein, wenn das Verkapselungsmaterial alle Komponenten auf der bestückten Flachseite des Substrats, insbesondere der Trägerleiterplatte, vollständig und einteilig umgibt, so dass sowohl die elektronischen Bauteile sowie alle weiteren Verbindungselemente zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Bauteile vor äußeren Einflüssen, wie etwa vor Spänen, Getriebeöl, korrodierenden Gasen oder Flüssigkeiten geschützt sind.
Aufgrund einer etwaigen einteiligen Ausbildung der Verkapselung innerhalb der Verkapselungsbegrenzung sind auch die Zwischenräume zwischen den elektronischen Bauteilen verschlossen, so dass offene Schnittstellen vermieden sind. Mittels der Verkapselung ist damit für die elektronische Baugruppe eine optimale Kombination von Elektronikschutz und einem Gehäusekonzept mit einem geringem Bauraumbedarf ermöglicht. Des Weiteren ist aufgrund der Verkapselung eine dichtende Funktion gegenüber der Verwendung mehrerer Gehäuse, die zueinander abgedichtet werden müssen, erheblich verbessert.
Durch die Verwendung der Verkapselungsbegrenzung kann es ferner erreicht werden, dass ein Verkapseln werkzeuglos, also ohne die Verwendung von Werkzeugen, in welche das Verkapselungsmaterial gepresst wird, möglich wird. Dadurch können die Nachteile von werkzeuggebundenen Verfahren, wie etwa hohe Investitionskosten vermieden werden. Darüber hinaus sind Prototypenprozesse gemäß dem Stand der Technik nicht oder nur sehr schwierig beziehungsweise mit hohen Kosten möglich. Auch dies kann erfindungsgemäß überwunden werden, da durch eine gewünschte Anpassung der Verkapselungsbegrenzung eine problemlose und kostenarme Durchführung auch von Prototypen beziehungsweise Kleinserien auch mit geringer auch als „lead time“ bezeichneter Vorlaufzeit möglich ist.
Ausschuss durch sogenannte Überspritzungen, wenn Toleranzen beispielsweise bei werkzeugbasierten Verfahren auftreten können, treten nicht oder sehr begrenzt auf. Dies bietet auch Vorteile für Großserien.
Weiterhin können die Prozessschritte zum Verkapseln gegebenenfalls hinsichtlich der Arbeitssicherheit, Prozesssicherheit, und/oder Verschmutzung bieten. Insbesondere kann es verhindert werden, dass bei einem Entgasen ein Überschäumen auftritt, was zu Verschmutzungen von Werkzeugen führen könnte. Darüber hinaus können an die Umgebung abgegebene Ausdampfungen vermieden werden, was Personal und Gerätschaften schützt. Grundsätzlich kann ferner ein direkter Kontakt mit dem Verkapselungsmaterial vermieden werden.
Vorteile können weiterhin im Hinblick auf Gewichts- und Formgebungsvorteile verglichen mit herkömmlichem werkzeuglosem Verguss, wie beispielsweise dem sogenannten Liquid Molding oder Potting erreicht werden. Dies ist beispielsweise möglich, da durch die Verkapselungsbegrenzung das Verkapselungsmaterial sehr dünn ausgestaltet werden kann. Darüber hinaus kann auch eine Vorkonturierung durch die Verkapselungsbegrenzung möglich sein, wie dies nachstehend beschrieben ist.
Darüber hinaus kann hinsichtlich entsprechender Formgebungsprozesse des Verkapslungsmaterials beziehungsweise der Verkapselung eine hohe Präzision erreicht werden, was die Anwendbarkeit zu den Lösungen aus dem Stand der Technik gleichsetzt.
Hinsichtlich eines Formgebungsprozesses beziehungsweise hinsichtlich einer Formgebung kann es bevorzugt sein, wenn die Verkapselungsbegrenzung auf der dem Verkapselungsmaterial entgegengesetzten Seite während oder nach Verfahrensschritt b) gegebenenfalls unter Anwendung von Druck an einer Form anliegt. Beispielsweise kann ein Formstempel als Negativform gegen die Verkapselungsbegrenzung gepresst werden oder umgekehrt, um so eine Form in die Verkapselung einzubringen. Dies kann insbesondere vor beziehungsweise während oder auch nach einem Aushärten erfolgen. Diese Ausgestaltung kann etwa durch einen Tampondruck, etwa im Wesentlichen drucklos, realisiert werden unter Verwendung eines jeweils angepassten Formgebungsstempels.
Die insbesondere flexible Verkapselungsbegrenzung kann somit in einem Zustand, in dem sie vollständig mit Verkapselungsmaterial gefüllt ist, an einer entsprechenden Negativform anliegen. Dies ist bevorzugt vor beziehungsweise bei einem Flärten des Verkapselungsmaterials möglich, wobei durch das Härten die Form ihre Form manifestiert. In dieser Ausgestaltung wird somit das Einfließen von Verkapselungsmaterial in die Verkapselungsbegrenzung nicht nur durch die Verkapselungsbegrenzung sondern durch die Negativform begrenzt, so dass die Negativform die Form der Verkapselung bestimmen kann.
Alternativ kann eine Formgebung auch durch einen beheizten Formstempel und gegebenenfalls unter Einwirkung von Druck erfolgen, wobei dies auch während des Härtens vorteilhaft sein kann.
Alternativ oder zusätzlich kann es bevorzugt sein, dass das Verkapselungsmaterial geformt wird, indem die Verkapselungsbegrenzung eine definierte Vorform aufweist. In dieser Ausgestaltung wird die zu erreichende Form der Verkapselung somit bereits dann erreicht, wenn die Verkapselungsbegrenzung vollständig mit dem Verkapselungsmaterial gefüllt ist. In dieser Ausgestaltung kann somit eine Verkapselung und auch die Ausbildung der geometrischen Form vollkommen werkzeugfrei erfolgen, was die vorbeschriebenen Vorteile besonders effektiv ermöglichen kann.
Die Formgebung kann beispielsweise aber in keiner Weise beschränkend notwendig sein, um Verstärkungsstrukturen, wie etwa Versteifungsrippen, in die Verkapselung einzubringen. Die Versteifungsrippen sind beispielsweise in Form einer Bienenwabenstruktur oder in Form gekreuzter Rippen ausgeführt. Alternativ sind auch andere Geometrien und/oder mehrere Versteifungsrippen denkbar. Die Versteifungsrippen ermöglichen eine Versteifung der Baugruppe, wodurch die im Stand der Technik beschriebene Grundplatte, insbesondere Aluminiumgrundplatte, entfallen kann. Eine mechanische Stabilität der elektronischen Baugruppe ist somit auch bei mechanisch hoher Beanspruchung während der Montage und/oder im Betrieb sichergestellt.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, eine andere versteifende Struktur, beispielsweise mit Kunststoff umspritzte Metallgitter oder -platten, anzuordnen.
Weiter bevorzugt kann die Verkapselungsbegrenzung als Folie ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine einfache Befestigung der Verkapselungsbegrenzung an dem Substrat und gleichermaßen ein problemloses vollständiges Befüllen mit dem Verkapselungsmaterial. Beispiele für geeignete Folien umfassen etwa Polyethylenterephtalat (PET) oder ein anderes insbesondere thermoplastisches Material, das einen Schmelz-/Erweichungspunkt über der Flärtungstemperatur des Verkapselungsmaterials hat und das insbesondere elektrisch isolierend ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Verkapselungsbegrenzung mit dem Substrat verklebt oder verschweißt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine gleichermaßen sichere und prozesstechnisch einfach und kostengünstig anwendbare Möglichkeit, um die Verkapselungsbegrenzung an dem Substrat zu befestigen.
Das Verkapselungsmaterial kann in einem zusammenhängenden Arbeitsschritt entgast und die Einfüllöffnung verschlossen beziehungsweise versiegelt wird. Diese Ausgestaltung kann prozesstechnische Vorteile aufweisen, da auf einen zusätzlichen Prozessschritt verzichtet werden kann.
Alternativ kann das Verkapselungsmaterial in einem ersten Schritt entgast werden, und in einem getrennten Verfahrensschritt die Einfüllöffnung verschlossen werden. Dieser Schritt kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn ein zu starkes Entgasen stattfindet, welches etwa eine Mechanik um Abtrennen eines Opfervolumens beziehungsweise zum Versiegeln der Einfüllöffnung beschädigen könnte. Somit kann ein Entgasen in einer ersten Kammer und ein Verschließen in einer zweiten Kammer die entsprechende Mechanik schützen.
Grundsätzlich kann ein Versiegeln, also bevorzugt ein Befestigen der Verkapselungsbegrenzung an dem Substrat im Vakuum vorteilhaft sein, da so keine Luft in das innere Volumen gezogen wird, was die Gefahr für Beschädigungen der elektronischen Komponenten weiter verringern kann.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn eine Verkapselungsbegrenzung mit einer elektrisch isolierenden Matrix und mit einer elektrisch leitfähigen Struktur verwendet wird. Die elektrisch leitfähige Struktur kann in oder an der Matrix vorliegen, also etwa von der Matrix umgeben sein oder auf der Oberfläche der Matrix ausgebildet sein. Beispielsweise kann, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde, die Verkapselungsbegrenzung als Folie aus einem elektrisch isolierenden Polymer ausgebildet sein, wobei in der Folie die elektrisch leitfähige Struktur angeordnet ist.
In dieser Ausgestaltung kann die Verkapselungsbegrenzung somit hinsichtlich der elektrischen beziehungsweise elektromagnetischen Eigenschaften funktionalisiert sein, was deutliche Vorteile mit sich bringen kann.
Beispielsweise kann die Verkapselungsbegrenzung so hinsichtlich einer elektrostatischen Entladung (ESD) optimiert sein beziehungsweise Schutz hiergegen liefern. Weiterhin ist es möglich, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu verbessern oder die Verkapselungsbegrenzung als Antenne auszugestalten, welche etwa signalleitend mit dem Substrat wie etwa der Leiterplatte (PCB) verbunden ist. Anwendungen für eine derartige Antenne umfassen etwa die drahtlose Kommunikation beispielsweise für vorhandene Sensorik beispielsweise bei einer Anwendung in einem Getriebe. Die vorstehenden Wirkungen können grundsätzlich erreicht werden, indem die Folie mit einer gegebenenfalls strukturierten, elektrisch leitfähigen, beispielsweise metallischen, Beschichtung versehen wird oder eine entsprechende elektrisch leitfähige Struktur zwischen zwei Folien laminiert wird. Beispiele umfassen etwa gedruckte Strukturen und/oder Netzstrukturen, Mäanderstrukturen oder weitere Strukturen.
Eine Antenne kann beispielsweise über 3D-MID Technik (3D-Mechatronic Integrated Device) aufgebracht sein oder durch eine funktionalisierte metallbeschichtete Oberfläche. Die Kontaktierung kann erfolgen, indem die Struktur mit der Leiterplatte elektrisch leitfähig verbunden wird, wie etwa gelötet, geklebt oder geschweißt. An die Struktur auf der Folienoberfläche kann ein Draht angebracht werden, der mit der Leiterplatte verbunden ist.
Mit Bezug auf weitere Vorteile und technische Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung der elektronischen Baugruppe, auf die Figuren wie auf die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Beschrieben wird ferner eine elektronische Baugruppe, aufweisend ein Substrat, auf dem ein elektrischer Schaltkreis angeordnet ist und zumindest zum Teil durch ein Verkapselungsmaterial verkapselt ist, wobei das Verkapselungsmaterial durch eine Verkapselungsbegrenzung begrenzt ist, wobei die Verkapselungsbegrenzung dichtend an dem Substrat befestigt ist.
Eine derartige elektronische Baugruppe kann insbesondere Vorteile hinsichtlich der Herstellbarkeit aufweisen und ferner besonders anpassbar hinsichtlich der spezifischen Anwendung sein.
Beispielsweise kann die Verkapselungsbegrenzung, etwa eine Folie, unmittelbar an dem Verkapselungsmaterial anliegen und dieses so unmittelbar umgeben und nach außen abschließen. Die Verkapselungsbegrenzung kann etwa stoffschlüssig an dem Verkapselungsmaterial befestigt sein. Spezifische Anwendungsgebiete für derartige elektronische Baugruppen umfassen beispielsweise Steuereinheiten oder andere elektronische Bauteile etwa für Doppelkupplungsgetriebe, Handschaltgetriebe, Wandler-Automaten, Antriebe mit hohen Leistungsdaten, wie etwa Bootsantriebe, Verteilergetriebe für Allradantriebe, Nutzfahrzeuganwendungen und/oder allgemein die Inverter- beziehungsweise Leistungselektronik.
Beschrieben wird ferner ein Steuergerät, insbesondere ein Getriebesteuergerät, für ein Kraftfahrzeug mit einer elektronische Baugruppe im Sinne der vorliegenden Offenbarung.
Mit Bezug auf weitere Vorteile und technische Merkmale des Steuergeräts und/oder der elektronischen Baugruppe wird auf die Beschreibung des Verfahrens, auf die Figuren wie auf die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Figuren weiter erläutert, wobei einzelne oder mehrere Merkmale der Figuren für sich oder in Kombination ein Merkmal der Erfindung sein können. Ferner sind die Figuren nur exemplarisch aber in keiner Weise beschränkend zu sehen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen ersten Schritt eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt schematisch einen weiteren Schritt eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt schematisch einen weiteren Schritt eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 zeigt schematisch zeigt schematisch einen weiteren Schritt eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt einen ersten Schritt eines Verfahrens zum Verkapseln eines zu verkapselnden Bereichs 12 einer elektronischen Baugruppe 10. In der Figur 1 ist angedeutet, dass der zu verkapselnde Bereich 12 eine elektrische Schaltung 14 umfasst, wobei die elektrische Schaltung 14 wenigstens ein elektrisches Bauelement 16 umfasst, dass auf einem, als Leiterplatte ausgebildeten, Substrat 18 angeordnet und verschaltet ist.
Gemäß Verfahrensschritt a) erfolgt das Befestigen einer Verkapselungsbegrenzung 20 auf dem Substrat 18 derart, dass die Verkapselungsbegrenzung 20 den zu verkapselnden Bereich 12 zu dem Substrat 18 dichtend zumindest teilweise einschließt beziehungsweise umgibt. Hierzu kann beispielsweise eine Folie als Verkapselungsbegrenzung 20 stoffschlüssig auf dem Substrat 18, etwa der Leiterplatte, befestigt werden, etwa mittels Kleben oder Schweißen.
Dabei ist es gemäß Figur 1 vorgesehen, dass zwischen dem Substrat 18 und der Verkapselungsbegrenzung 20 eine Einfüllöffnung 22 verbleibt.
Die Einfüllöffnung 22 wird verwendet, um gemäß Verfahrensschritt b) Verkapselungsmaterial 28, etwa ein Epoxidharz, in diese einzubringen und somit an den zu verkapselnden Bereich 12 zu fördern. Dies ist in der Figur 2 gezeigt, aus der weiterhin ersichtlich ist, dass sich das Substrat 18 zum einen auf einem Träger 24 abstützt und ferner eine Form 26 vorgesehen ist, welche die Form der auszubildenden Verkapselung 30 definiert. Das Verkapselungsmaterial 28 wird durch eine Düse 32 ausgetragen, wobei angedeutet sein soll, dass das Verkapselungsmaterial 28 noch Gasblasen aufweist.
Figur 2 zeigt ferner eine Klemmeinheit 34 durch die, wie später ausgeführt, Verkapselungsmaterial 28 von der Verkapselungsbegrenzung 20 abgetrennt werden kann.
In der Figur 3 ist ein weiterer Verfahrensschritt gezeigt. Insbesondere wird in Figur 3 und gemäß Verfahrensschritt c) das Verkapselungsmaterial 28 durch Anlegen eines Vakuums an die Einfüllöffnung 22 entgast. Das Anlegen des Vakuums soll durch den Pfeil 36 dargestellt werden. Demgemäß wird in dem von der Verkapselungsbegrenzung 20 umschlossenen Raum beziehungsweise in dem zu verkapselnden Bereich 12 ein Vakuum erzeugt, so dass Lufteinschlüsse innerhalb des Verkapselungsmaterials 28 in Richtung der Einfüllöffnung 22 verlagert werden, und der Schaltkreis 14 beziehungsweise das Bauelement 16 von einem entgasten auch als Mold-Material bezeichneten Verkapselungsmaterial 28 umgeben ist. Insbesondere können sich die Luftblasen in einem Opfervolumen 38 außerhalb des zu verkapselnden Bereichs 12 ansammeln.
Anschließend erfolgt, wie dies in der Figur 4 gezeigt ist, gemäß Verfahrensschritt d) das Verschließen der Einfüllöffnung 22. Hierzu kann zunächst das Opfervolumen 38 durch die Klemmeinheit 34 abgetrennt werden. Hierzu kann die Klemmeinheit 34 an ihrem unteren Ende eine Schneide aufweisen, welche das Verkapselungsmaterial 28 durchtrennt. Vor- oder nachher erfolgt bei der Verwendung eines härtbaren Verkapselungsmaterials 28 ein Härten desselben, etwa mittels thermischer Beeinflussung, was durch die Strahlung 40 dargestellt sein soll. Durch das Härten des Verkapselungsmaterials 28 und so das Ausbilden der Verkapselung 30 wird die Einfüllöffnung 22 verschlossen. In der Ausgestaltung gemäß Figur 4 erfolgt das Härten in der Anordnung, in welcher auch zuvor das Verkapselungsmaterial 28 in die Einfüllöffnung 22 eingefüllt wurde.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verkapseln eines zu verkapselnden Bereichs (12) einer elektronischen Baugruppe (10), wobei der zu verkapselnde Bereich (12) wenigstens einen Teil einer auf einem Substrat (18) angeordneten elektrischen Schaltung (14) mit wenigstens einem elektrischen Bauelement (16) umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Befestigen einer Verkapselungsbegrenzung (20) auf dem Substrat (18) derart, dass die Verkapselungsbegrenzung (20) den zu verkapselnden Bereich (12) zu dem Substrat (18) dichtend zumindest teilweise einschließt, wobei insbesondere zwischen dem Substrat (18) und der Verkapselungsbegrenzung (20) eine Einfüllöffnung (22) verbleibt; b) Einbringen von Verkapselungsmaterial (28) in die Einfüllöffnung (22); c) Entgasen des Verkapselungsmaterials (28) durch Anlegen eines Vakuums an die Einfüllöffnung (22); und d) Verschließen der Einfüllöffnung (22).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsmaterial (28) einer Formgebung unterworfen wird, indem die Verkapselungsbegrenzung (20) auf der dem Verkapselungsmaterial (28) entgegengesetzten Seite während oder nach Verfahrensschritt b) gegebenenfalls unter Anwendung von Druck an einer Form (26) anliegt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsmaterial (28) einer Formgebung unterworfen wird, indem die Verkapselungsbegrenzung (20) eine definierte Vorform aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkapselungsbegrenzung (20) als Folie ausgebildet ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsmaterial (28) härtbar ist und nach dem Entgasen gehärtet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkapselungsbegrenzung (20) mit dem Substrat (18) verklebt oder verschweißt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsmaterial (28) in einem zusammenhängenden Arbeitsschritt entgast und die Einfüllöffnung (22) verschlossen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsmaterial (28) in einem ersten Schritt entgast wird, und in einem getrennten Verfahrensschritt die Einfüllöffnung (22) verschlossen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkapselungsbegrenzung (20) mit einer elektrisch isolierenden Matrix und mit einer elektrisch leitfähigen Struktur verwendet wird.
10. Elektronische Baugruppe (10), aufweisend ein Substrat (18), auf dem ein elektrischer Schaltkreis (14) angeordnet ist und zumindest zum Teil durch ein Verkapselungsmaterial (28) verkapselt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verkapselungsmaterial (28) durch eine Verkapselungsbegrenzung (20) begrenzt ist, wobei die Verkapselungsbegrenzung (20) dichtend an dem Substrat (18) befestigt ist.
11 . Getriebesteuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Baugruppe (10) nach Anspruch 10.
PCT/EP2022/058100 2021-04-20 2022-03-28 Verfahren zum verkapseln einer elektronischen baugruppe WO2022223243A1 (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008128809A1 (de) * 2007-04-23 2008-10-30 Continental Automotive Gmbh Elektronikgehäuse
DE102015219011A1 (de) * 2015-10-01 2017-04-06 Robert Bosch Gmbh Sensoranordnung für ein Getriebesteuergerät
EP3257339B1 (de) 2015-02-10 2019-09-25 Conti Temic microelectronic GmbH Mechatronische komponente und verfahren zu deren herstellung
DE102018215768A1 (de) * 2018-09-17 2020-03-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum flüssigkeitsdichten Abdichten und Elektronikmodul

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3287306B2 (ja) 1998-05-15 2002-06-04 国産電機株式会社 内燃機関用制御ユニット及びその製造方法
JP2005294702A (ja) 2004-04-02 2005-10-20 Denso Corp 点火制御ユニットの熱硬化樹脂の供給方法
DE102013215368A1 (de) 2013-08-05 2015-02-05 Zf Friedrichshafen Ag Elektronische Einheit mit Leiterplatte
DE102016100479B4 (de) 2016-01-13 2019-02-14 Asm Automation Sensorik Messtechnik Gmbh Sensor, sowie Herstellverfahren hierfür
DE102017218131B4 (de) 2017-10-11 2019-06-06 Continental Automotive Gmbh Elektrische Komponente und Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008128809A1 (de) * 2007-04-23 2008-10-30 Continental Automotive Gmbh Elektronikgehäuse
EP3257339B1 (de) 2015-02-10 2019-09-25 Conti Temic microelectronic GmbH Mechatronische komponente und verfahren zu deren herstellung
DE102015219011A1 (de) * 2015-10-01 2017-04-06 Robert Bosch Gmbh Sensoranordnung für ein Getriebesteuergerät
DE102018215768A1 (de) * 2018-09-17 2020-03-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum flüssigkeitsdichten Abdichten und Elektronikmodul

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