GRAUF, Gerhard (Hoelderlinstr. 56, Lichtenstein-Unterhausen, 72805, DE)
| Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe (1) mit wenigstens einem elektronischen Bauteil (3, 4) und einem das elektronische Bauteil (3, 4) zumindest teilweise umgebenden Formkörper (2), umfassend die Schritte: Einlegen wenigstens eines elektronischen Bauteils (3, 4) in eine geöffnete Werkzeugform (10), Zuführen eines ersten Moldmaterials (21) und eines zweiten Moldmaterials (22) in einen Hohlraum (13) im Formwerkzeug (10), wobei das erste Moldmaterial unterschiedlich zum zweiten Moldmaterial ist, und Schließen des Formwerkzeugs (10), wobei das Schließen des Formwerkzeugs (10) vor oder gleichzeitig mit dem Zuführen des ersten und zweiten Moldmaterials (21 , 22) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Moldmaterial (21 , 22) gleichzeitig zugeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Moldmaterial (21) mit einem ersten Kolben (18) und das zweite Moldmaterial (22) mit einem zweiten Kolben (19) zugeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Trennelement (6), welches an das elektronische Bauteil (3, 4) angelegt ist oder welches am elektronischen Bauteil (3, 4) fixiert ist, wobei das Trennelement mit einer Werkzeugswand (12a) eine Unterteilung des Hohlraums (13) im Formwerkzeug (10) bereitstellt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Führungselement (7) zum Führen des zugeführten Moldmaterials im Hohlraum (13), wobei das Führungselement (7) als Einlegeteil vorgesehen ist und/oder am Werkzeug fixiert ist und/oder am elektronischen Bauteil fixiert ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Moldmaterial (21 , 22) von einander gegenüberliegenden Seiten in das Werkzeug (10) zugeführt werden. Elektronische Baugruppe, umfassend wenigstens ein elektronisches Bauteil (3, 4) und einen das elektronische Bauteil (3, 4) zumindest teilweise umgebenden Formkörper (2), wobei der Formkörper (2) wenigstens ein erstes Moldmaterial (21) und ein zweites Moldmaterial (22) umfasst und wobei das erste Moldmaterial (21) unterschiedlich zum zweiten Moldmaterial (22) ist. Baugruppe nach Anspruch 7, ferner umfassend wenigstens ein Trennelement (6), welches im Formkörper (2) angeordnet ist und das erste Moldmaterial (21) vom zweiten Moldmaterial (22) trennt. Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement ein elektronisches Bauteil ist oder dass das Trennelement (6) umlaufend geschlossen ausgebildet ist, um im Formkörper (2) einen Hohlraum (30) zu bilden. Baugruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend wenigstens ein Führungselement (7), welches im Formkörper (2) angeordnet ist, wobei das Führungselement (7) Moldmaterial im Hohlraum (13) des Formwerkzeugs (10) geführt hat. |
Titel
Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe mit Formkörper Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe mit Formkörper sowie eine derartige elektronische Baugruppe.
Elektronische Baugruppen mit Formkörper sind bisher derart bekannt, dass ein elektronisches Bauteil, wie beispielsweise eine bestückte Leiterplatte oder Sensoren, auf einem Stanzgitter oder Keramiksubstraten von einem Formkörper aus einem Moldmaterial teilweise oder vollständig umschlossen sind. Bei vollständig umschlossenen elektronischen Baugruppen sind elektrische
Kontaktelemente bis zur Außenseite des Formkörpers geführt. Da bei den bekannten elektronischen Baugruppen nur ein einziges Moldmaterial zur Einbettung der elektronischen Bauteile verwendet wird, können diese zwar in einem Schritt relativ schnell hergestellt werden, jedoch können keine
Anpassungen an die verschiedenen elektronischen Bauteile, welche
beispielsweise unterschiedlich große Wärmemengen erzeugen, gemacht werden. Es wäre daher wünschenswert, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe sowie eine derartige elektronische Baugruppe bereitzustellen, welche unterschiedlichen
Anforderungen von elektronischen Bauteilen entspricht.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer elektronischen
Baugruppe mit wenigstens einem elektronischen Bauteil und einem das elektronische Bauteil zumindest teilweise umgebenden Formkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass zwei oder mehr verschiedene Moldmaterialien verwendet werden können, welche entsprechend spezifischen Anforderungen von verschiedenen elektronischen Bauteilen ausgewählt werden können. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das zumindest eine elektronische Bauelement zumindest teilweise, bevorzugt vollständig von dem ersten Moldmaterial umschlossen wird. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der nicht vom ersten Moldmaterial umschlossene Bereich des zumindest einen elektronischen Bauelements zumindest teilweise, bevorzugt vollständig von dem zweiten und/oder den weiteren Moldmaterialien umschlossen wird. Alternativ oder zusätzlich ist ebenso bevorzugt vorgesehen, dass ein weiteres elektronisches Bauelement zumindest teilweise, bevorzugt vollständig von dem zweiten und/oder den weiteren Moldmaterialien
umschlossen wird. Mit„umschließen" ist insbesondere gemeint, dass das jeweilige Moldmaterial in unmittelbarem Kontakt zum jeweiligen elektronischen Bauelement steht. Durch die lokal verteilte Anordnung der zwei oder mehreren
Molmaterialien zur Ausbildung eines Formkörpers ist sichergestellt, dass jedes elektronische Bauelement in Abhängigkeit seiner spezifischen Anforderung in Bezug auf z.B. Entwärmung, Ausdehnung, mechanische Belastung usw., von einem daraufhin abgestimmten Moldmaterial umgeben ist. Dabei bleibt das erfindungsgemäße Verfahren sehr wirtschaftlich und ist insbesondere auch für große Stückzahlen geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die Schritte des Einlegens eines oder mehrerer elektronischer Bauteile in ein geöffnetes Formwerkzeug, des Zuführens von wenigstens zwei verschiedenen Moldmaterialien in einen Hohlraum im Formwerkzeug und des Schließens des Formwerkzeugs. Dabei kann das Schließen des Formwerkzeugs vor oder gleichzeitig mit dem Zuführen der Moldmaterialien erfolgen. Es sei angemerkt, dass bei einem gleichzeitigen Schließen des Formwerkzeugs und des Zuführens der Moldmaterialien darauf geachtet werden muss, dass das Moldmaterial nicht aus dem Formwerkzeug austreten kann. Das elektronische Bauteil ist vorzugsweise eine Leiterplatte oder ein Stanzgitter oder ein Keramiksubstrat, auf welchem verschiedenste weitere elektronische Bauteile, z.B. Sensoren, Chips, ICs, Leistungstransistoren, Kondensatoren, Spulen, Widerstände, usw., angeordnet sein können. Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders bevorzugt zur Herstellung von Steuergeräten für Fahrzeuge oder anderer Elektronikbaugruppen für Fahrzeuge verwendet. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Um eine besonders schnelle Befüllung des Formwerkzeugs mit den
verschiedenen Moldmaterialien sicherzustellen, werden die Moldmaterialien vorzugsweise gleichzeitig zugeführt.
Besonders bevorzugt werden dabei das erste Moldmaterial mit einem ersten Presskolben und das zweite Moldmaterial mit einem zweiten Presskolben zugeführt.
Um eine Vermischung der Moldmaterialien zu vermeiden, sind vorzugsweise Trennelemente vorgesehen, welche an einem elektronischen Bauteil angelegt sind oder welche an einem elektronischen Bauteil fixiert sind, z.B. mittels Kleben oder Schweißen oder Löten, wobei die Trennelemente mit einer Werkzeugwand des Formwerkzeugs eine Unterteilung des im Formwerkzeug vorhandenen
Hohlraums bereitstellen. Die Trennelemente bewirken somit eine Abdichtung an dem elektronischen Bauteil und der Werkzeugwand, so dass eine klar definierte Unterteilung der den Formkörper bildenden Moldmaterialien möglich ist. Auf diese Weise ist beispielsweise ein erstes elektronisches Bauelement von einem ersten Moldmodul vollständig bis zum Außenbereich des Formkörpers umschlossen, wobei das erste Moldmaterial an ein Trennelement angrenzt. Ferner ist beispielsweise ein weiteres elektronisches Bauelement von einem zweiten Moldmaterial bis zum Außenbereich des Formkörpers umschlossen. Dabei ist das zweite Moldmaterial durch das eine Trennelement von dem ersten Moldmaterial getrennt. Die Trennelemente sind vorzugsweise aus Kunststoff.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind
Führungselemente zum Führen des zugeführten Moldmaterials im Hohlraum vorgesehen. Die Führungselemente können dabei am Formwerkzeug und/oder am elektronischen Bauteil und/oder als loses Einlegeteil vorgesehen sein. Die
Führungselemente ermöglichen dabei eine Strömungsführung der zugeführten Moldmassen, so dass beispielsweise eine gezielte Vermischung von zwei Moldmaterialien in gewünschten Teilbereichen des Formkörpers möglich ist. Hierdurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit durch Mischen von zwei reinen Moldmaterialien ein drittes Moldmaterial mit unterschiedlichen Eigenschaften während des Moldvorgangs herzustellen. Für eine besonders schnelle und gleichmäßige Befüllung des Hohlraums des Formwerkzeugs werden das erste und zweite Moldmaterial vorzugsweise von einander gegenüber liegenden Seiten in das Formwerkzeug zugeführt.
Als Moldmaterial werden vorzugsweise Kunststoffe mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihrer Eigenelastizität, verwendet.
Die Erfindung betrifft ferner eine elektronische Baugruppe, wie beispielsweise ein elektronisches Steuergerät für Fahrzeuge, umfassend wenigstens ein elektronisches Bauteil, z.B. eine Leiterplatte mit verschiedenen
Elektronikbauteilen (z.B. Chips), und einen das elektronische Bauteil zumindest teilweise umgebenden Formkörper. Der Formkörper ist dabei aus wenigstens zwei verschiedenen Moldmaterialien hergestellt. Dabei ist insbesondere das zumindest eine elektronische Bauelement zumindest teilweise, bevorzugt vollständig von dem ersten Moldmaterial umschlossen. Ferner ist der nicht vom ersten Moldmaterial umschlossene Bereich des zumindest einen elektronischen Bauelements zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, von dem zweiten und/oder den weiteren Moldmaterialien umschlossen. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt ein weiteres elektronisches Bauelement zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, von dem zweiten und/oder den weiteren Moldmaterialien umschlossen. Hierdurch kann eine individuelle Anpassung durch Auswahl der jeweiligen Moldmaterialien auf die spezifischen Gegebenheiten der
verschiedenen elektronischen Bauteile ausgeführt werden.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe ferner wenigstens ein Trennelement, welches im Formkörper angeordnet ist und das erste Moldmaterial vom zweiten Moldmaterial trennt. Hierdurch ist eine exakte Trennung zwischen den beiden Moldmaterialien ohne eine Vermischung der
Moldmaterialien möglich. Besonders bevorzugt ist das Trennelement direkt an einem elektronischen Bauteil angeordnet oder alternativ ist das Trennelement direkt das elektronische Bauteil selbst. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe vorzugsweise wenigstens ein Führungselement, welches im Formkörper angeordnet ist. Das Führungselement dient bei der Herstellung des Formkörpers zur Strömungsführung des zugeführten Moldmaterials. Das Führungselement kann dabei einerseits die Führung des Moldmaterials im Formwerkzeug definieren und andererseits auch eine gezielte Vermischung von zwei verschiedenen Moldmaterialien durch entsprechende Führung der Materialströme ermöglichen. Das Führungselement ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer elektronischen
Baugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugaufbaues zur
Herstellung der Baugruppe von Figur 1 ,
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf ein Formwerkzeug zur
Herstellung einer elektronischen Baugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit eingelegtem elektronischen Bauteil,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III von
Figur 3,
Figur 5 eine schematische Draufsicht entsprechend Figur 3 mit
Darstellung der Zuführung von Moldmaterialien, und
Figur 6 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie Vl-Vl von
Figur 5.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Verfahren sowie eine elektronische Baugruppe 1 gemäß einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die elektronische Baugruppe einen Formkörper 2 sowie eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen, insbesondere eine Leiterplatte 3 und eine Vielzahl von auf der Leiterplatte angeordneten Elektronikelementen 4. Ferner sind zwei Leitungsanschlüsse 5 aus dem elektronischen Bauteil 1 herausgeführt.
Der Formkörper 2 des ersten Ausführungsbeispiels ist aus einem ersten
Moldmaterial 21 und einem zweiten Moldmaterial 22 hergestellt. Die
Moldmaterialien sind beispielsweise verschiedene Kunststoffe mit
unterschiedlichen elastischen Eigenschaften. Ferner umfasst die elektronische Baugruppe 1 ein aus Kunststoff hergestelltes Trennelement 6, welches die Leiterplatte 3 berührt, bis zur Außenseite des Formkörpers 2 vorsteht und eine exakte Trennung zwischen dem ersten Moldmaterial 21 und dem zweiten Moldmaterial 22 bereitstellt.
Weiterhin ist ein Führungselement 7 vorgesehen, welches an der Leiterplatte 2 angeordnet ist, jedoch nicht bis zur Außenfläche des Formkörpers vorsteht. Das Führungselement 7 dient zur Führung der zugeführten, strömenden
Moldmaterialien. Dabei ergibt sich an der zur Oberfläche des Formkörpers 2 gerichteten Seite ein Mischbereich 23, in welchem eine Vermischung des ersten und zweiten Moldmaterials auftritt. Je nach Ausgestaltung des Führungselements 7 kann diese Vermischung der beiden Moldmaterialien 21 und 22 stärker oder schwächer ausgeprägt sein. Somit kann durch das Führungselement 7 durch Vermischung des ersten und zweiten Moldmaterials ein drittes Moldmaterial mit unterschiedlichen Eigenschaften während des Moldvorgangs bereitgestellt werden.
Insgesamt ist in diesem konkreten Beispiel ein Bereich der Unterseite der Leiterplatte 3 bis zum Trennelement 3 und bis zur unteren Außenfläche des Förmkörpers 2, sowie ein Bereich von der Oberseite der Leiterplatte 3 zusammen mit zwei elektronischen Bauelementen 4 bis zum Führungselement 7 bzw. Mischbereich 23 und bis zur oberen Außenfläche des Formkörpers 2 vom ersten Moldmaterial 21 umschlossen. Ferner ist ein weiterer Bereich der
Unterseite der Leiterplatte 3 ausgehend vom Trennelement 3 bis zur unteren Außenfläche des Förmkörpers 2, sowie ein Bereich von der Oberseite der Leiterplatte 3 zusammen mit zwei elektronischen Bauelementen 4 ausgehende vom Führungselement 7 bzw. Mischbe reich 23 bis zur oberen Außenfläche des Formkörpers 2 vom zweiten Moldmaterial 22 umschlossen
Figur 2 verdeutlicht die Herstellung der elektronischen Baugruppe 1. Wie aus der Darstellung von Figur 2 ersichtlich ist, ist eine mit Elektronikelementen 4 bestückte Leiterplatte 3 in einen Hohlraum 13 des Formwerkzeugs 10 eingelegt, welcher zwischen einer ersten Formwerkzeughälfte 11 und einer zweiten
Formwerkzeughälfte 12 vorhanden ist. Über Kanäle 14, 15 wird das erste und zweite Moldmaterial 21 , 22 aus einem Vorratsraum 16, 17 mittels Kolben 18, 19 in den Hohlraum 13 zugeführt.
Das Trennelement 6 kann dabei als Einlegeteil zwischen die Leiterplatte 3 und eine Werkzeugwand 12a eingelegt sein oder das Trennelement 6 ist an der Leiterplatte 3 oder an der zweiten Formwerkzeughälfte 12 fest vorgesehen. Das Führungselement 7 kann ebenfalls als Einlegeteil vorgesehen sein oder das Führungselement 7 ist alternativ an der Leiterplatte 3 fixiert, beispielsweise mittels Kleben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei derart ausgeführt werden, dass zuerst die beiden Formwerkzeughälften 1 1 , 12 geschlossen werden und dann das erste und zweite Moldmaterial 21 , 22 in den Hohlraum 13 zugeführt wird. Alternativ können gleichzeitig mit dem Beginn des Schließvorgangs der beiden Formwerkzeughälften 11 , 12 auch die beiden Kolben 18, 19 bewegt werden und so mit dem Zuführen des ersten und zweiten Moldmaterials 21 , 22 in den
Hohlraum 13 gleichzeitig mit dem Beginn des Schließvorgangs des
Formwerkzeugs 10 begonnen werden. Bei letzterer Alternative ist lediglich darauf zu achten, dass das schon vor dem vollständigen Schließen des Formwerkzeugs zugeführte Moldmaterial nicht über die Grenzen des Hohlraums hinaustritt. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 6 ein elektronisches Bauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt eine elektronische Baugruppe sowie ein Verfahren, bei dem zusätzlich noch ein drittes Moldmaterial 23 verwendet wird. Somit weist die derart hergestellte elektronische Baugruppe einen Formkörper mit drei unterschiedlichen Eigenschaften entsprechend den
Materialeigenschaften der drei Moldmaterialien auf. Die Figuren 3 und 4 zeigen dabei den Zustand, bei dem die elektronischen Bauteile wie die Leiterplatte 3 und Chips 4 in das Werkzeug 10 eingelegt sind. Hierdurch entstehen oberhalb und unterhalb der Leiterplatte 3 Hohlräume 13, die am Außenumfang miteinander verbunden sind. In der Leiterplatte 3 ist ferner ein Trennelement 6 angeordnet, welches in diesem Ausführungsbeispiel an einer Oberseite und einer Unterseite der Leiterplatte 3 vorgesehen ist. Ferner ist ein drittes, umlaufend geschlossenes Trennelement 60 an der Leiterplatte 3 bzw. einem Chip 4 angeordnet, welches einen Teilbereich des Chips 4 überdeckt. Hierdurch entsteht ein weiterer Hohlraum 30. Da das dritte Trennelement 60 rundum geschlossen ist, ergibt sich im späteren Bauteil, wie aus Figur 6 ersichtlich ist, ein verbleibender Hohlraum 30, welcher nicht mit Moldmaterial gefüllt ist.
Ferner ist ein Führungselement 7 vorgesehen, welches, wie insbesondere aus Figur 3 ersichtlich ist, eine zinnenartige Kronenform aufweist. Hierdurch ist es möglich, dass das zweite Moldmaterial 22 und das dritte Moldmaterial 24 sich im Bereich des Führungselements 7 teilweise vermischen. Das Führungselement 7 beeinflusst insbesondere die Formkörpermassen-Fließfront, auch im
Zusammenspiel mit der Positionierung der Ausgussöffnungen für die
Moldmaterialien. In Figur 5 sind durch dünne Strichlinien jeweils die Fließlinien bei der Befüllung der Kavität 13 dargestellt. Für das erste Moldmaterial 21 sind insgesamt sieben Fließlinien a, b, c, d, e, f, g eingezeichnet. Für das zweite Moldmaterial 22 sind fünf Fließlinien a2, b2, c2, d2 und e2 eingezeichnet. Für das dritte Moldmaterial 24 sind acht Fließlinien a3, b3, c3, d3, e3, f3, g3 und h3 eingezeichnet. Durch die in Draufsicht winkelförmige Form des
Führungselements 7 kann sichergestellt werden, dass das zweite Moldmaterial 22 den Bereich zwischen der Ausgussöffnung und dem Führungselement 7 auffüllt, wobei es im Bereich der Zinnen des Führungselements 7 zu einer Vermischung mit dem dritten Moldmaterial 24 kommt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorherigen Ausführungsbeispiel, so dass auf die Beschreibung verwiesen werden kann.
Erfindungsgemäß wird, wie in den beiden Ausführungsbeispielen beschrieben, somit ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe
bereitgestellt, welche aus mehreren Moldmaterialien hergestellt ist. Hierbei kann auf spezifische Eigenschaften von einzelnen elektronischen Bauteilen durch Materialwahl und/oder Anordnung von Trennelementen 6, insbesondere vollständig geschlossenen Trennelementen, zur Erzeugung moldmassenfreier Bereiche, und/oder Verwendung von Führungselementen 7 ein spezifischer Formkörper 2 hergestellt werden. Dabei ist sowohl eine teilweise Einbettung elektronischer Bauteile als auch eine vollständige Einkapselung möglich. Die Erfindung wird besonders bevorzugt in Verbindung mit elektronischen
Baugruppen für Fahrzeuge, beispielsweise Steuergeräten, Sensoren usw.
verwendet.