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Patent Searching and Data


Title:
ENCAPSULATION OF A CIRCUIT BOARD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/207164
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a circuit board having a cover, which is arranged on the circuit board for encapsulation of components located on the circuit board. According to the invention, the cover is fastened to the circuit board by means of at least one hot rivet joint, which consists of at least one shaft, which can be hot-riveted, and at least one feedthrough corresponding to the shaft. As a result, in contrast to existing methods, the cover into which the later potting material is introduced can be fastened easily and quickly. Moreover, the fastening according to the invention makes it possible to mount a second cover for encapsulation on the underside of the circuit board without an additional fastening step being necessary.

Inventors:
OSSWALD DIRK (DE)
WEHRLE ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/059276
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
April 19, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ENDRESS & HAUSER GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H05K5/06; G01F15/14
Foreign References:
US6560840B12003-05-13
US20090039494A12009-02-12
US20090180265A12009-07-16
EP1359662A12003-11-05
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ANDRES, Angelika (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Leiterplatte, mit

- einem ersten Deckel (2), der zur Kapselung von auf der Leiterplatte (1 ) befindlichen Bauteilen zumindest auf einem Teilbereich einer Oberseite

(3) der Leiterplatte (1 ) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Deckel (2) mittels zumindest einer Heißnietverbindung (4, 5, 10), welche zumindest aus einem heißnietbaren Zapfen (4) und zumindest einer zum Zapfen (4) korrespondierenden Durchführung (5) besteht, an der Leiterplatte (1 ) befestigt ist.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der zumindest eine heißnietbare Zapfen (4) am ersten Deckel (2) angeordnet ist, und wobei die Leiterplatte (1 ) die zumindest eine Durchführung (5) aufweist.

3. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest auf einem Teilbereich einer Unterseite (6) der Leiterplatte (1 ) ein zweiter Deckel (7) angeordnet ist, welcher mittels der zumindest einen Heißnietverbindung (4, 5, 10) an der Leiterplatte (1 ) befestigt ist. 4. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Deckel (2) und/oder zweite Deckel (7) derart ausgestaltet sind/ist, dass zwischen der Leiterplatte (1 ) und dem ersten Deckel (2) und/oder dem zweiten Deckel (7) zumindest ein Hohlraum (8) ausgebildet ist.

5. Leiterplatte nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

in den zumindest einen Hohlraum (8) ein Vergussmaterial eingebracht ist.

6. Leiterplatte nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Deckel (2) und/oder der zweite Deckel (7) zur Abdichtung des zumindest einen Hohlraums (8) zumindest ein Dichtelement (9)

umfassen/umfasst.

7. Leiterplatte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest der erste Deckel (2) aus einem heißnietbaren Material gefertigt ist, und dass der zumindest eine Zapfen 4 als integraler Bestandteil des ersten Deckels (2) ausgestaltet ist.

8. Verfahren zur Befestigung zumindest eines Deckels (2) auf einer

Leiterplatte (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, folgende Verfahrensschritte umfassend:

- ein erster Deckel (2) wird derart auf einer Oberseite (3) der Leiterplatte (1 ) aufgesteckt, dass der zumindest eine Zapfen (4) durch die zumindest eine Durchführung (5) greift, und

- der zumindest eine Zapfen (4) wird derart heißverformt, dass zwischen der Leiterplatte (1 ) und dem ersten Deckel (2) eine Heißnietverbindung (4, 5) ausgebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für den Fall, dass auf der Unterseite (6) der Leiterplatte (1 ) ein zweiter Deckel (7) vorgesehen ist,

- der zweite Deckel (7) nach Aufstecken des ersten Deckels (2) derart auf die Unterseite (6) aufgesteckt wird, dass der zumindest eine Zapfen (4) durch die zumindest eine Durchführung (5) der Leiterplatte (1 ) und zumindest eine zum Zapfen (4) korrespondierende Durchführung (10) im zweiten Deckel (7) greift.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei für den Fall, dass zwischen der Leiterplatte und dem ersten Deckel (2) und/oder dem zweiten Deckel (7) zumindest ein Hohlraum (8) ausgebildet ist, - der zumindest eine Hohlraum (8) mittels eines Vergussmaterials vergossen wird.

1 1 . Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei für den Fall, dass der zumindest erste Deckel (2) über eine Mehrzahl an

Heißnietverbindungen (4, 5, 10) an der Leiterplatte (1 ) angebracht wird, die Zapfen (4) gleichzeitig heißvernietet werden.

Description:
Kapselung einer Leiterplatte

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einem Deckel, der zur Kapselung von auf der Leiterplatte befindlichen Bauteilen mittels eines

Heißnietverfahrens auf der Leiterplatte angeordnet ist.

In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisie- rungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH- Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential 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 diejenigen 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

elektronische Komponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

Speziell die elektronischen Komponenten von Feldgeräten müssen aufgrund ihrer besonderen Einsatzbedingungen gekapselt werden. Dies dient einerseits dem Schutz der elektronischen Bauteile vor Umwelteinflüssen wie Staub, Temperatur oder Feuchtigkeit. Andererseits trägt die Kapselung dazu bei, dass das Füllstandsmessgerät entsprechende Explosionsschutzvorschriften einhält. Explosionsschutzvorschriften werden in Europa unter anderem durch die Normenreihe EN 60079 festgelegt. Bei der Verwendung von Verguss-Kapselung elektronischer Bauteile wird im Rahmen der Normenreihe EN 60079 von der Explosionsschutzart„Ex- m" gesprochen. Zum Verguss von elektronischen Bauteilen, die auf einer Leiterplatte angebracht sind, kann ein Elastomer, beispielsweise Silgel ® verwendet werden. In diesen Fällen ist eine Deckelung der Leiterplatte notwendig, durch die der Verguss zumindest bis zu dessen Aushärten an den entsprechenden Stellen auf der Leiterplatte fixiert wird. Kritisch ist hierbei die Fixierung des Deckels, da dies einerseits aufwandsarm und schnell geschehen soll.

Anderseits muss der Deckel aber derart angebracht sein, dass ein Auslaufen des noch nicht ausgehärteten Vergussmaterials, beispielsweise bei unebenen Leiterplatten, verhindert wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine sichere Kapselung von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten bereitzustellen, welche

aufwandsarm und schnell angebracht werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Leiterplatte mit

- einem ersten Deckel, der zur Kapselung von auf der Leiterplatte

befindlichen Bauteilen zumindest auf einem Teilbereich einer Oberseite der Leiterplatte angeordnet ist.

Dabei ist der erste Deckel erfindungsgemäß mittels zumindest einer

Heißnietverbindung, welche zumindest aus einem heißnietbaren Zapfen und zumindest einer zum Zapfen korrespondierenden Durchführung besteht, an der Leiterplatte befestigt.

Hierdurch kann der Deckel im Gegensatz zu bestehenden Verfahren aufwandsarm und schnell befestigt werden. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn der zumindest eine heißnietbare Zapfen am ersten Deckel angeordnet ist und die Leiterplatte die hierzu korrespondierende eine oder mehrere Durchführungen aufweist.

Außerdem ist es mithilfe der erfindungsgemäßen Befestigung möglich, dass zumindest auf einem Teilbereich einer Unterseite der Leiterplatte ein zweiter Deckel angeordnet ist, welcher mittels der zumindest einen

Heißnietverbindung an der Leiterplatte befestigt ist.

Zur Kapselung der auf der Leiterplatte befindlichen Bauteile ist es

zweckdienlich, dass der erste Deckel und/oder zweite Deckel derart ausgestaltet sind/ist, dass zwischen der Leiterplatte und dem ersten Deckel und/oder dem zweiten Deckel zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, und dass in den zumindest einen Hohlraum ein Vergussmaterial, beispielsweise SilGel ® eingebracht ist. In diesem Fall ist es notwendig, dass zum Schutz gegen Auslaufen des nicht-ausgehärteten Vergussmaterials der erste Deckel und/oder der zweite Deckel zur Abdichtung des zumindest einen Hohlraums zumindest ein Dichtelement umfassen/umfasst. Als Dichtelement bietet sich vor allem eine Dichtschnur mit O- oder X-förmigem Querschnitt an.

Sofern der zumindest erste Deckel aus einem heißnietbaren Material gefertigt ist, ist es zudem möglich, dass der zumindest eine Zapfen als integraler Bestandteil des ersten Deckels ausgestaltet ist, wodurch eine separate Anbringung der Zapfen, beispielsweise durch Anspritzen, überflüssig wird.

Des Weiteren sieht die Erfindung ein Verfahren zur Befestigung des zumindest eines Deckels auf der Leiterplatte nach einem der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungsvarianten vor. Es umfasst folgende

Verfahrensschritte:

- ein erster Deckel wird derart auf einer Oberseite der Leiterplatte

aufgesteckt, dass der zumindest eine Zapfen durch die zumindest eine Durchführung greift, und

- der zumindest eine Zapfen wird derart heißverformt, dass zwischen der Leiterplatte und dem ersten Deckel eine Heißnietverbindung

ausgebildet wird.

Für den Fall, dass auf der Unterseite der Leiterplatte ein zweiter Deckel vorgesehen ist, wird zudem

- der zweite Deckel nach Aufstecken des ersten Deckels derart auf die Unterseite aufgesteckt, dass der zumindest eine Zapfen durch die zumindest eine Durchführung der Leiterplatte und zumindest eine zum Zapfen korrespondierende Durchführung im zweiten Deckel greift.

Sofern zwischen der Leiterplatte und dem ersten Deckel und/oder dem zweiten Deckel zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, wird vorzugsweise - der zumindest eine Hohlraum mittels eines Vergussmaterials

vergossen.

In dem Fall, in dem der zumindest erste Deckel über eine Mehrzahl an Heißnietverbindungen an der Leiterplatte angebracht wird, besteht außerdem eine besonders zeiteffiziente Variante des Verfahrens darin, dass die Zapfen gleichzeitig heißvernietet werden.

Anhand der nachfolgenden Figur wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine Leiterplatte mit zwei erfindungsgemäß angeordneten Deckeln.

Fig. 1 zeigt eine Leiterplatte 1 mit einem auf der Oberseite 3 angeordneten ersten Deckel 2 sowie einem auf der Unterseite 6 angeordneten zweiten Deckel 7.

Erfindungsgemäß sind die zwei Deckel 2, 7 über Heißnietverbindungen 4, 5, 10 mit der Leiterplatte 1 verbunden . In dem gezeigten Beispiel erfolgt dies über vier Heißnietverbindungen 4, 5, 10. Diese bestehen jeweils aus einem am ersten Deckel 2 angeordneten Zapfen 4, einer Durchführung 5 an der

Leiterplatte 1 und einer weiteren Durchführung 10 am zweiten Deckel 7. Durch diese Anordnung ist eine einfache Montage der zwei Deckel 2, 7 möglich: Zuerst wird der erste Deckel 2 derart formschlüssig auf die Oberseite 3 der Leiterplatte 1 aufgesteckt, so dass die vier Zapfen 4 rückseitig aus den vier Durchführungen 5 auf der Leiterplatte 1 überstehen. Im Anschluss wird der zweite Deckel 7 auf die rückseitig überstehenden Zapfen 4, die auf der Unterseite 6 der Leiterplatte 1 überstehen, formschlüssig aufgesteckt, wobei auch beim zweiten Deckel 7 die Zapfen 4 durch die dort vorgesehenen Durchführungen 10 greifen. Abschließend werden diejenigen Teile der Zapfen 4, die über die Durchführungen 10 am zweiten Deckel hinausstehen, heißvernietet. Dies kann je nach Fertigungsanlage seriell oder simultan erfolgen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Deckel 2 aus einem heißnietbaren Material gefertigt und die Zapfen 4 sind als integraler Bestandteil des ersten Deckels 2 konzipiert. Hierdurch ist es nicht notwendig, die vier Zapfen 4 in einem vorgelagerten Fertigungsschritt am ersten Deckel 2 anzubringen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die zwei Deckel 2, 7 zudem jeweils einen zur Leiterplatte 1 gerichteten Hohlraum 8. In diese kann nach dem Heißvernieten der Deckel 2, 7 jeweils ein Vergussmaterial, beispielsweise ein Silikon-Elastomer eingebracht werden. Ein Auslaufen des eventuell noch nicht ausgehärteten Vergussmaterials wird durch zwei Dichtelemente 9 verhindert. Zu diesem Zweck sind die Dichtelemente 9 derart am ersten Deckel 2 bzw. am zweiten Deckel 7 angeordnet, dass sie den Hohlraum 8 formschlüssig zur Oberseite 3 bzw. zur Unterseite 6 hin abschließen. Durch das Vergussmaterial werden Bauteile, die auf der Oberseite 3 oder der Unterseite 6 der Leiterplatte angebracht sind, auf einfachem Wege verkapselt und entsprechend geschützt.

Bezugszeichenliste

1 Leiterplatte

2 Erster Deckel

3 Oberseite

4 Zapfen

5 Durchführung

6 Unterseite

7 Zweiter Deckel

8 Hohlraum

9 Dichtelement

10 Durchführung