DE102022133125A1 - Method for producing a printed circuit board for a field device in automation technology - Google Patents

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DE102022133125A1 DE102022133125.3A DE102022133125A DE102022133125A1 DE 102022133125 A1 DE102022133125 A1 DE 102022133125A1 DE 102022133125 A DE102022133125 A DE 102022133125A DE 102022133125 A1 DE102022133125 A1 DE 102022133125A1
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Patrick Doria
Benjamin Lemke
Sergey Lopatin
Rene Ziermann
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Endress and Hauser SE and Co KG
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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte (1) für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend die Folgenden Schritte:- Bereitstellen zumindest einer, mit elektronischen Bauteilen (4) versehenen Leiterplatte (1);- Bereitstellen eines Mittels (2) zum Begrenzen eines zu vergießenden Bereiches auf der Leiterplatte oder bereitstellen eines Gehäuses für das Feldgerät in das die Leiterplatte (1) mit den elektronischen Bauteilen eingebracht werden soll und Einbringen der zumindest einen Leiterplatte in das Gehäuse, so dass der zu vergießende Bereich durch das Gehäuse begrenzt wird;- Einbringen eines zumindest bei einer Befülltemperatur im flüssigen Zustand vorliegenden ersten Mediums der Vergussmasse in den zu vergießenden Bereich bei der Befülltemperatur;- Einbringen eines zweiten Mediums der Vergussmasse in den zu vergießenden Bereich, nachdem das erste Medium eingebracht wurde, wobei das zweite Medium eine geringere Dichte als das erste Medium aufweist und sich zumindest bei der Befülltemperatur nicht mit dem ersten Medium mischt.Method for producing a circuit board (1) for a field device in automation technology, comprising the following steps:- providing at least one circuit board (1) provided with electronic components (4);- providing a means (2) for delimiting an area to be potted on the circuit board or providing a housing for the field device into which the circuit board (1) with the electronic components is to be introduced and introducing the at least one circuit board into the housing so that the area to be potted is delimited by the housing;- introducing a first medium of the potting compound, which is in the liquid state at least at a filling temperature, into the area to be potted at the filling temperature;- introducing a second medium of the potting compound into the area to be potted after the first medium has been introduced, wherein the second medium has a lower density than the first medium and does not mix with the first medium, at least at the filling temperature.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, eine Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik erhältlich durch das Verfahren, ein Gehäuse für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, eine Vergussmasse zum Vergießen von elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik und eine Verwendung einer solchen Vergussmasse zum Vergießen von elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik.The invention relates to a method for producing a circuit board for a field device in automation technology, a circuit board for a field device in automation technology obtainable by the method, a housing for a field device in automation technology, a potting compound for potting electronic components on a circuit board for a field device in automation technology and a use of such a potting compound for potting electronic components on a circuit board for a field device in automation technology.

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.Field devices are often used in automation systems, particularly in process automation systems, to record and/or influence process variables. Sensors that are integrated in, for example, level measuring devices, flow meters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., are used to record process variables. These sensors record the corresponding process variables of level, flow, pressure, temperature, pH value or conductivity. Actuators such as valves or pumps are used to influence process variables, such as valves or pumps, which can be used to change the flow of a liquid in a pipe section or the level in a container. In principle, field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information. In the context of the invention, field devices also include remote I/Os, radio adapters or, in general, devices that are arranged at the field level. A large number of such field devices are manufactured and sold by Endress + Hauser.

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 bzw. Elektronikeinheit bilden.In order to enable the electrical or electronic functionality of such field devices, corresponding circuit boards with electrical or electronic components are used inside the field device, which form field device electronics or electronics units.

Ferner weisen Feldgeräte 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. Die in einem Transmittergehäuse angeordnete Elektronikeinheit dient vorzugsweise der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von von der Sensoreinheit erzeugten Signalen, insbesondere elektrischen und/oder elektronischen Signalen. Typischerweise umfasst die Elektronikeinheit zumindest eine Leiterplatte mit darauf angeordneten elektronischen Bauteilen.Furthermore, field devices often have a sensor unit, in particular at least partially and/or at least partially in contact with a process medium, which serves to generate a signal dependent on the process variable. The electronic unit arranged in a transmitter housing preferably serves to process and/or forward signals generated by the sensor unit, in particular electrical and/or electronic signals. The electronic unit typically comprises at least one circuit board with electronic components arranged thereon.

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.Such field devices that are also intended to be operated in potentially explosive areas (Ex areas) (or their electronic units) must meet very high safety requirements with regard to explosion protection. In particular, this involves reliably preventing the formation of sparks or at least ensuring that a spark created in the event of a fault has no effect on the environment.

Hierfür hat auf europäischer Ebene die Europäische Gemeinschaft mit der ATEX-Richtlinie 2014/34/EU eine Basis für verbindliche einheitliche Beschaffenheitsanforderungen hinsichtlich des Explosionsschutzes von Systemen, Geräten und Komponenten geschaffen. Diese werden durch harmonisierte EN-Standards der CENELEC- und CEN-Normenorganisation unterlegt, wie zum Beispiel die europäischen Norm IEC 600079-11 und/oder EN60079-11 mit einer Reihe von dazugehörigen Schutzklassen.For this purpose, the European Community has created a basis for binding, uniform quality requirements with regard to the explosion protection of systems, devices and components with the ATEX Directive 2014/34/EU. These are underpinned by harmonized EN standards from the CENELEC and CEN standards organizations, such as the European standard IEC 600079-11 and/or EN60079-11 with a series of associated protection classes.

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.In the protection class called "Increased Safety" (Ex-e), explosion protection is achieved by ensuring that the spatial distances between two different electrical potentials are so large that sparks cannot form even in the event of a fault due to the distance. When encapsulation of electronic components is used, the protection class is referred to as "Ex-m" within the framework of the above-mentioned standard. In the protection class called "Intrinsic Safety" (Ex-i), explosion protection is achieved by ensuring that the values for an electrical quantity (current, voltage, power) are always below a specified limit value so that no ignition spark is generated even in the event of a fault.

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.Comparable protection classes are defined in the American standard FM3610 and/or ANSI/UL60079-11 and/or the Canadian standard CAN/CAS C22.2 No. 60079-11.

Um die in der o.g. Norm erwähnten notwendigen räumlichen Abstände reduzieren zu können, können Isolationen vorgesehen sein, die in den erforderlichen Bereichen an- bzw. aufgebracht sind. Dies geschieht für gewöhnlich mit Hilfe einer Vergussmasse. Aus der Schutzklasse „Eigensicherheit“ (Ex-i; EN60079-11) geht hervor, dass die Überdeckung mit einer Vergussmasse mindestens 0,5mm (Mindestüberdeckung) bei einer Spannung von kleiner gleich 60V (U ≤ 60 V) betragen muss.In order to reduce the necessary spatial distances mentioned in the above-mentioned standard, insulation can be provided which is attached or applied in the required areas. This is usually done using a casting compound. The "intrinsic safety" protection class (Ex-i; EN60079-11) states that the covering with a casting compound must be at least 0.5mm (minimum covering) at a voltage of less than or equal to 60V (U ≤ 60 V).

Problematisch beim Vergießen der Leiterplatte mit einer Vergussmasse ist, dass sich Luftblasen in der Vergussmasse während des Aushärtens bilden können. An den Stellen in der Vergussmasse, wo sich die Luftblasen bilden, werden dann die räumlichen Abstände bzw. die Mindestüberdeckung nicht eingehalten. Dieses Problem kann zu einem Fertigungsstopp führen.The problem with potting the circuit board with a potting compound is that air bubbles can form in the potting compound during curing. can form. At the points in the casting compound where the air bubbles form, the spatial distances or the minimum coverage are not maintained. This problem can lead to a production stop.

Ein weiteres Problem, welches sich bei der Verwendung einer Vergussmasse zum Vergießen einer Leiterplatte, ergibt, ist die Bildung von Rissen in dem Verguss nach einem, vorzugsweise periodischen Temperaturwechsel, wie er zum Beispiel bei CIP-Reinigungszyklen im Pharma- und/oder Lebensmittelbereich vorkommt. Sobald sich der ausgehärtete Verguss in kleinen Räumen bzw. Spalten befindet, wie z.B. zwischen Leiterplatte und Gehäuse, können sich durch wiederholte Ausdehnung bei erhöhten Temperaturen und Schrumpfen bei tiefen Temperaturen Risse und leere Kanäle bilden. Hierdurch kann z.B. Feuchtigkeit die elektronischen Bauteile erreichen was dann wiederum zu Kurzschlüssen führen kann. Weiterhin können auch durch das Ausdehnen und Zusammenziehen aufgrund des Temperaturwechsels ungewollte Kräfte an sensible elektronische Bauteile übertragen werden, was dann wiederum zu einer Beschädigung führen kann.Another problem that arises when using a potting compound to encapsulate a circuit board is the formation of cracks in the potting after a, preferably periodic, temperature change, such as occurs during CIP cleaning cycles in the pharmaceutical and/or food industry. As soon as the hardened potting compound is in small spaces or gaps, such as between the circuit board and the housing, cracks and empty channels can form due to repeated expansion at high temperatures and shrinkage at low temperatures. This can allow moisture, for example, to reach the electronic components, which in turn can lead to short circuits. Furthermore, the expansion and contraction due to the temperature change can also transfer unwanted forces to sensitive electronic components, which in turn can lead to damage.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.The invention is therefore based on the object of remedying this situation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1, die Leiterplatte gemäß Patentanspruch 8, das Gehäuse gemäß Patentanspruch 9, die Vergussmasse gemäß Patentanspruch 10 sowie die Verwendung gemäß Patentanspruch 11.The object is achieved according to the invention by the method according to patent claim 1, the circuit board according to patent claim 8, the housing according to patent claim 9, the potting compound according to patent claim 10 and the use according to patent claim 11.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, welche zumindest teilweise mit einer aus zwei Medien bestehenden Vergussmasse vergossen ist, sieht die Folgenden Schritte vor:

  • - Bereitstellen zumindest einer, mit elektronischen Bauteilen versehenen Leiterplatte;
  • - Bereitstellen eines Mittels zum Begrenzen eines zu vergießenden Bereiches auf der Leiterplatte oder bereitstellen eines Gehäuses für das Feldgerät in das die Leiterplatte mit den elektronischen Bauteilen eingebracht werden soll und Einbringen der zumindest einen Leiterplatte in das Gehäuse, so dass der zu vergießende Bereich durch das Gehäuse begrenzt wird;
  • - Einbringen eines zumindest bei einer Befülltemperatur im flüssigen Zustand vorliegenden ersten Mediums der Vergussmasse in den zu vergießenden Bereich bei der Befülltemperatur;
  • - Einbringen eines zweiten Mediums der Vergussmasse in den zu vergießenden Bereich, nachdem das erste Medium eingebracht wurde, wobei das zweite Medium eine geringere Dichte als das erste Medium aufweist und sich zumindest bei der Befülltemperatur nicht mit dem ersten Medium mischt.
The method according to the invention for producing a printed circuit board for a field device in automation technology, which is at least partially encapsulated with a potting compound consisting of two media, provides the following steps:
  • - Providing at least one circuit board provided with electronic components;
  • - Providing a means for delimiting an area to be potted on the circuit board or providing a housing for the field device into which the circuit board with the electronic components is to be introduced and introducing the at least one circuit board into the housing so that the area to be potted is delimited by the housing;
  • - introducing a first medium of the casting compound, which is in a liquid state at least at a filling temperature, into the area to be cast at the filling temperature;
  • - Introducing a second medium of the casting compound into the area to be cast after the first medium has been introduced, wherein the second medium has a lower density than the first medium and does not mix with the first medium, at least at the filling temperature.

Erfindungsgemäß wird eine Verkapselung von empfindlichen elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte anhand eines ersten Mediums (Flüssigkeitsschicht) und eines zweiten Mediums (Vergussschicht), die in Kombination als Vergussmasse dienen, vorgeschlagen, wobei die beiden Medien derartig gewählt sind, dass sie sich nicht mischen und dass das zweite Medium eine geringere Dichte als das erste Medium aufweist.According to the invention, an encapsulation of sensitive electronic components on a circuit board is proposed using a first medium (liquid layer) and a second medium (potting layer), which in combination serve as a potting compound, wherein the two media are selected such that they do not mix and that the second medium has a lower density than the first medium.

Eine vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass an den Verfahrensschritt des Einbringens des zweiten Mediums in den zu vergießenden Bereich ein Aushärteverfahrensschritt anschließt, bei dem das zweite Medium, insbesondere bei Raumtemperatur ausgehärtet wird.An advantageous embodiment of the method according to the invention can provide that the method step of introducing the second medium into the area to be cast is followed by a curing method step in which the second medium is cured, in particular at room temperature.

Eine weitere vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass als erstes Medium ein Medium gewählt wird, welches zumindest bei dem Einbringen in den zu vergießenden Bereich bei der Befülltemperatur und vorzugsweise auch nach dem Aushärteverfahrensschritt in einem flüssigen oder gelartigen Zustand vorliegt.A further advantageous embodiment of the method according to the invention can provide that a medium is selected as the first medium which is in a liquid or gel-like state at least when introduced into the area to be cast at the filling temperature and preferably also after the curing process step.

Eine weitere vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass das Einbringen des ersten Mediums der Vergussmasse in den zu vergießenden Bereich derartig durchgeführt wird, dass zumindest die elektronischen Bauteile, welche vergossen werden sollen, vollständig mit dem ersten Medium bedeckt sind.A further advantageous embodiment of the method according to the invention can provide that the introduction of the first medium of the potting compound into the area to be potted is carried out in such a way that at least the electronic components which are to be potted are completely covered with the first medium.

Eine weitere vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass als Befülltemperatur eine Raumtemperatur gewählt wird.A further advantageous embodiment of the method according to the invention can provide that a room temperature is selected as the filling temperature.

Eine weitere vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass das erste Medium ausgewählt ist aus Tetramethyltetraphenyltrisiloxan, Trimethylpentaphenyltrisiloxan, Tetraethylenglycoldimethylether, Leybonol LVO520, Silikonöl Wacker AP100, Halocarbonöl (Polychlortrifluorethylen), Perfluorpropylether, und/oder einem Gemisch aus Phenylmethyldimethylcyclosiloxane.A further advantageous embodiment of the method according to the invention can provide that the first medium is selected from tetramethyltetraphenyltrisiloxane, trimethylpentaphenyltrisiloxane, tetraethylene glycol dimethyl ether, Leybonol LVO520, silicone oil Wacker AP100, halocarbon oil (polychlorotrifluoroethylene), perfluoropropyl ether, and/or a mixture of phenylmethyldimethylcyclosiloxane.

Eine weitere vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass das zweite Medium ausgewählt ist aus einem Polymerstoff mit einer Dichte kleiner 1,0 g/cm3 und/oder einem additionsvernetzenden und gießbaren RTV-2 Zweikomponenten-Silikonkautschuk.A further advantageous embodiment of the method according to the invention can provide that the second medium is selected from a polymer material with a density of less than 1.0 g/cm3 and/or an addition-curing and pourable RTV-2 two-component silicone rubber.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik erhältlich durch das Verfahren nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.The invention further relates to a printed circuit board for a field device of automation technology obtainable by the method according to at least one of the previously described embodiments.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gehäuse für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, wobei in das Gehäuse eine Leiterplatte gemäß der zuvor beschrieben Ausgestaltung eingebracht ist.The invention further relates to a housing for a field device in automation technology, wherein a circuit board according to the previously described embodiment is introduced into the housing.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vergussmasse zum Vergießen von elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik bestehend aus einem zumindest bei einer Befülltemperatur im flüssigen Zustand vorliegenden ersten Medium und einem zweiten Medium, welches eine geringere Dichte als das erste Medium aufweist und sich zumindest bei der Befülltemperatur nicht mit dem ersten Medium mischt.The invention further relates to a potting compound for potting electronic components on a circuit board for a field device in automation technology, consisting of a first medium which is in the liquid state at least at a filling temperature and a second medium which has a lower density than the first medium and does not mix with the first medium at least at the filling temperature.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer Vergussmasse nach der zuvor beschriebenen Ausgestaltung zum Vergießen von elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik.The invention further relates to a use of a potting compound according to the previously described embodiment for potting electronic components on a circuit board for a field device in automation technology.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: einen Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 2: einen Querschnitt durch eine Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vergossen sind.
The invention is explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:
  • 1 : a process flow of the method according to the invention and
  • 2 : a cross-section through a circuit board with electronic components encapsulated according to the method according to the invention.

1 zeigt einen Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren sieht dabei die Folgenden Schritte vor:

  • In einem ersten Verfahrensschritt S100 wird eine mit elektronischen Bauteilen versehenen Leiterplatte 1 bereitgestellt. Die Leiterplatte 1 umfasst mehrere elektronische Bauteile 4. 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 kann zuvor auf der Leiterplatte 1 Lotpaste und/oder Kleber 5 an der entsprechenden Stelle, an der die elektronischen Bauteile 4 vorgesehen sind, aufgebracht worden sein. Anschließend können die elektronischen Bauteile 4 aufgelötet oder aufgeklebt worden sein. 1 shows a process flow of the method according to the invention. The method provides the following steps:
  • In a first method step S100, a circuit board 1 provided with electronic components is provided. The circuit board 1 comprises several electronic components 4. The electronic components 4 can be
For example, these can be SMD components (abbreviation for: surface-mounted device) that are applied to the circuit board 1 in an SMD process. The electronic components 4 can be placed on the circuit board 1, for example, by an automatic production machine. For this purpose, solder paste and/or adhesive 5 can have been applied to the circuit board 1 in advance at the corresponding location where the electronic components 4 are intended. The electronic components 4 can then be soldered or glued on.

In einem daran anschließenden zweiten Verfahrensschritt S200 wird entweder ein Mittel zum Begrenzen eines zu vergießenden Bereichs auf der Leiterplatte 1 oder ein Gehäuse für das Feldgerät, in das die Leiterplatte 1 mit den elektronischen Bauteilen 4 eingebracht werden soll, bereitgestellt, wobei in letzterem Fall, die Leiterplatte 1 in das Gehäuse eingebracht wird, so dass der zu vergießende Bereich durch das Gehäuse begrenzt bzw. festgelegt wird. Als Mittel zum Begrenzen des zu vergießenden Bereichs 6 kann beispielsweise ein Elektronik- bzw. Vergussbecher 2 vorgesehen werden, der entweder auf die Leiterplatte 1 aufgesetzt oder in den die Leiterplatte 1 eingebracht wird.In a subsequent second method step S200, either a means for delimiting an area to be potted on the circuit board 1 or a housing for the field device into which the circuit board 1 with the electronic components 4 is to be inserted is provided, in which case, in the latter case, the circuit board 1 is inserted into the housing so that the area to be potted is delimited or defined by the housing. As a means for delimiting the area to be potted 6, for example, an electronics or potting cup 2 can be provided, which is either placed on the circuit board 1 or into which the circuit board 1 is inserted.

In einem daran anschließenden dritten Verfahrensschritt S300 wird ein erstes Medium 3a der Vergussmasse 3 in den zu vergießenden Bereich 6 eingebracht. Hierbei wird das erste Medium 3a vorzugsweise derartig in den zu vergießenden Bereich 6 eingebracht, dass zumindest die zu vergießenden elektronischen Bauteile 4 vollständig mit dem ersten Medium 3a bedeckt sind.In a subsequent third method step S300, a first medium 3a of the potting compound 3 is introduced into the region 6 to be potted. The first medium 3a is preferably introduced into the region 6 to be potted in such a way that at least the electronic components 4 to be potted are completely covered with the first medium 3a.

Wie zuvor beschrieben, kann es sich bei dem vergießenden Bereich 6 bspw. um einen Vergussbecher 2 handeln, in den die Leiterplatte 1 zumindest teilweise eingeführt ist und in den in diesem Fall das erste Medium 3a eingebracht wird. Alternativ kann der Vergussbecher 2 aber auf die Leiterplatte 1 über die zu vergießenden elektronischen Bauteile 4 aufgesetzt sein, so dass das erste Medium 3a in den aufgesetzten Vergussbecher 2 eingebracht wird. Eine weitere Alternative kann sein, dass die Leiterplatte 1 in ein Feldgerätegehäuse eingebracht wird, welches den zu vergießenden Bereich definiert, und das erste Medium in das Feldgerätegehäuse eingebracht wird. Das Einbringen kann insbesondere bei einer Raumtemperatur erfolgen.As previously described, the potting area 6 can be, for example, a potting cup 2 into which the circuit board 1 is at least partially inserted and into which, in this case, the first medium 3a is introduced. Alternatively, the potting cup 2 can be placed on the circuit board 1 over the electronic components 4 to be potted, so that the first medium 3a is introduced into the attached potting cup 2. Another alternative can be that the circuit board 1 is introduced into a field device housing which defines the area to be potted, and the first medium is introduced into the field device housing. The introduction can take place in particular at room temperature.

Als erstes Medium 3a der Vergussmasse 3 wird ein Medium gewählt, welches zumindest bei der Befülltemperatur im flüssigen Zustand vorliegt.As the first medium 3a of the casting compound 3, a medium is selected which is in the liquid state at least at the filling temperature.

Ein Beispiel für ein erstes Medium kann bspw. das Silikonöl Wacker AP 100 auf Polyphenylmethilsiloxan-Basis, mit einer Dichte zwischen 1,06-1.07 g/cm3 (bei einer Temperatur von 20°C) und einer Viskosität von ca. 100 mPa·s sein. Als weitere besonders bevorzugte Medien haben sich ebenfalls Tetramethyltetraphenyltrisiloxan, Trimethylpentaphenyltrisiloxan, Tetraethylenglycoldimethylether, Leybonol LVO520, Halocarbonöl (Polychlortrifluorethylen), Perfluorpropylether, und/oder ein Gemisch aus Phenylmethyldimethylcyclosiloxane erwiesen. Das erste Medium 3a zeichnet sich somit dadurch aus, dass es eine deutlich geringere Viskosität und höhere Dichte als herkömmliche Vergussmassen 3, wie bspw. eine Silikon-Vergussmasse, aufweist. Durch diese geringe Viskosität kann das erste Medium besser in kleine Spalten, Kavitäten, Hohlräume und/oder Ecken gelangen und diese vollständig ohne Luftblasen einzuschließen füllen und/oder das Erzeugen von Luftblasen während des Aushärtens kann vermieden werden. Das erfindungsgemäß eingesetzte erste Medium 3a hat außerdem exzellente dielektrische Eigenschaften und isoliert die Bauteile gleich gut wie eine herkömmliche Vergussmasse.An example of a first medium can be the silicone oil Wacker AP 100 based on polyphenylmethylsiloxane, with a density between 1.06-1.07 g/cm 3 (at a temperature of 20°C) and a viscosity of approx. 100 mPa·s. Other particularly preferred media have also been found to be tetramethyltetraphenyltrisiloxane, trimethylpentaphenyltrisiloxane, tetraethylene glycol dimethyl ether, Leybonol LVO520, halocarbon oil (polychlorotrifluoroethylene), perfluoropropyl ether, and/or a mixture of phenylmethyldimethylcyclosiloxane. The first medium 3a is thus characterized by the fact that it has a significantly lower viscosity and higher density than conventional casting compounds 3, such as a silicone casting compound. Due to this low viscosity, the first Medium can better penetrate into small gaps, cavities, hollow spaces and/or corners and fill them completely without enclosing air bubbles and/or the generation of air bubbles during curing can be avoided. The first medium 3a used according to the invention also has excellent dielectric properties and insulates the components just as well as a conventional potting compound.

In einem daran anschließenden vierten Verfahrensschritt S400 wird, nachdem zunächst das erste Medium 3a eingebracht wurde, ein zweites Medium 3b der Vergussmasse 3 in den zu vergießenden Bereich 6 eingebracht. Als zweites Medium 3b der Vergussmasse 3 wird ein Medium gewählt, welches sich zumindest bei der Befülltemperatur nicht mit dem ersten Medium 3a mischt und welches eine geringer Dichte als das erste Medium 3a aufweist. Das zweite Medium 3b dient im Wesentlichen dazu, das erste Medium 3a einzukapseln. Als besonders bevorzugte Medien haben sich dabei ein Polymerstoff mit einer Dichte kleiner 1,0 g/cm3 und/oder ein additionsvernetzender und gießbarer RTV-2 Zweikomponenten-Silikonkautschuk erwiesen. Ein Beispiel für ein zweites Medium kann z.B. ein Silikonkautschuk Silgel 612, mit einer Dichte von 0,97 g/cm3 (bei einer Temperatur von 20°C) und einer Viskosität von 1000 mPa·s sein.In a subsequent fourth method step S400, after the first medium 3a has been introduced, a second medium 3b of the casting compound 3 is introduced into the area 6 to be cast. A medium is selected as the second medium 3b of the casting compound 3 which does not mix with the first medium 3a, at least at the filling temperature, and which has a lower density than the first medium 3a. The second medium 3b essentially serves to encapsulate the first medium 3a. A polymer material with a density of less than 1.0 g/cm3 and/or an addition-curing and pourable RTV-2 two-component silicone rubber have proven to be particularly preferred media. An example of a second medium can be, for example, a silicone rubber Silgel 612, with a density of 0.97 g/ cm3 (at a temperature of 20°C) and a viscosity of 1000 mPa·s.

Daran anschließend kann in einem fünften Verfahrensschritt S500 (Aushärteverfahrensschritt) das zweite Medium 3b ausgehärtet werden. Hierfür kann zumindest der zu vergießenden Bereich 6 auf der Leiterplatte 1, vorzugsweise die gesamte Leiterplatte 1, für eine vorgegebene Zeit auf eine definierte Temperatur gebracht werden. Bspw. kann der zu vergießenden Bereich 6 auf der Leiterplatte 1, vorzugsweise die gesamte Leiterplatte 1, für 2 Stunden auf Raumtemperatur gebracht werden. Dadurch, dass das erste Medium 3a auch nach dem Aushärten noch in einem flüssigen Zustand vorliegt und die elektronischen Bauteile vollständig bedeckt, können sich beim Aushärten des zweiten Mediums 3b immer noch Luftblasen bilden, welche aber in diesem Fall unkritisch sind, da das zweite Medium 3b nicht in Kontakt mit den zu schützenden elektronischen Bauteilen 4 ist.Following this, in a fifth method step S500 (curing method step), the second medium 3b can be cured. For this purpose, at least the area 6 to be cast on the circuit board 1, preferably the entire circuit board 1, can be brought to a defined temperature for a predetermined time. For example, the area 6 to be cast on the circuit board 1, preferably the entire circuit board 1, can be brought to room temperature for 2 hours. Because the first medium 3a is still in a liquid state even after curing and completely covers the electronic components, air bubbles can still form when the second medium 3b cures, but these are not critical in this case because the second medium 3b is not in contact with the electronic components 4 to be protected.

2 zeigt eine Leiterplatte 1 mit elektronischen Bauteilen 4, die gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren vergossen worden sind. Wie zuvor beschrieben umfasst die Leiterplatte 1 mehrere elektronische Bauteile 4, wovon in 2 exemplarisch allerdings nur drei Bauteile mit Hilfe eines Vergussbechers 2 gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren mit der aus zwei Medien bestehenden Vergussmasse 3 vergossen wurden. 2 shows a circuit board 1 with electronic components 4 which have been encapsulated according to the method described above. As described above, the circuit board 1 comprises several electronic components 4, of which 2 However, by way of example, only three components were cast using a casting cup 2 according to the method described above with the casting compound 3 consisting of two media.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
LeiterplatteCircuit board
22
VergussbecherPotting cup
2a2a
BefüllöffnungFilling opening
33
VergussmasseCasting compound
3a3a
Erstes Medium der VergussmasseFirst medium of the casting compound
3b3b
Zweites Medium der VergussmasseSecond medium of the casting compound
44
Elektronische BauteileElectronic components
55
LotpasteSolder paste
66
Zu vergießender BereichArea to be poured

Claims (11)

Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte (1) für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, welche zumindest teilweise mit einer aus zwei Medien bestehenden Vergussmasse vergossen ist, aufweisend die Folgenden Schritte: - Bereitstellen zumindest einer, mit elektronischen Bauteilen (4) versehenen Leiterplatte (S100); - Bereitstellen eines Mittels (2) zum Begrenzen eines zu vergießenden Bereiches auf der Leiterplatte oder bereitstellen eines Gehäuses für das Feldgerät in das die Leiterplatte (1) mit den elektronischen Bauteilen eingebracht werden soll und Einbringen der zumindest einen Leiterplatte in das Gehäuse, so dass der zu vergießende Bereich durch das Gehäuse begrenzt wird (S200); - Einbringen eines zumindest bei einer Befülltemperatur im flüssigen Zustand vorliegenden ersten Mediums (3a) der Vergussmasse (3) in den zu vergießenden Bereich (6) bei der Befülltemperatur (S300); - Einbringen eines zweiten Mediums (3b) der Vergussmasse (3) in den zu vergießenden Bereich (6), nachdem das erste Medium (3a) eingebracht wurde, wobei das zweite Medium (3b) eine geringere Dichte als das erste Medium (3a) aufweist und sich zumindest bei der Befülltemperatur nicht mit dem ersten Medium (3a) mischt.Method for producing a circuit board (1) for a field device in automation technology, which is at least partially cast with a casting compound consisting of two media, comprising the following steps: - Providing at least one circuit board (S100) provided with electronic components (4); - Providing a means (2) for delimiting an area to be cast on the circuit board or providing a housing for the field device into which the circuit board (1) with the electronic components is to be introduced and introducing the at least one circuit board into the housing so that the area to be cast is delimited by the housing (S200); - Introducing a first medium (3a) of the casting compound (3), which is in the liquid state at least at one filling temperature, into the area to be cast (6) at the filling temperature (S300); - introducing a second medium (3b) of the casting compound (3) into the region to be cast (6) after the first medium (3a) has been introduced, wherein the second medium (3b) has a lower density than the first medium (3a) and does not mix with the first medium (3a), at least at the filling temperature. Verfahren nach Anspruch 1, wobei an den Verfahrensschritt des Einbringens des zweiten Mediums (3b) in den zu vergießenden Bereich (6) ein Aushärteverfahrensschritt (S500) anschließt, bei dem das zweite Medium (3b), insb. bei Raumtemperatur ausgehärtet wird.Procedure according to Claim 1 , wherein the process step of introducing the second medium (3b) into the region to be cast (6) is followed by a curing process step (S500) in which the second medium (3b) is cured, in particular at room temperature. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als erstes Medium (3a) ein Medium gewählt wird, welches zumindest bei dem Einbringen in den zu vergießenden Bereich bei der Befülltemperatur und vorzugsweise auch nach dem Aushärteverfahrensschritt in einem flüssigen oder gelartigen Zustand vorliegt.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein as the first medium (3a) a medium is selected which is in a liquid or gel-like state at least when introduced into the area to be cast at the filling temperature and preferably also after the curing process step. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen des ersten Mediums (3a) der Vergussmasse (3) in den zu vergießenden Bereich (6) derartig durchgeführt wird, dass zumindest die elektronischen Bauteile (4), welche vergossen werden sollen, vollständig mit dem ersten Medium (3a) bedeckt sind.Method according to one or more of the preceding claims, wherein the introduction of the first medium (3a) of the potting compound (3) into the region (6) to be potted is carried out in such a way that at least the electronic components (4) to be potted are completely covered with the first medium (3a). Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Befülltemperatur eine Raumtemperatur gewählt wird.Method according to one or more of the preceding claims, wherein a room temperature is selected as the filling temperature. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Medium ausgewählt ist aus Tetramethyltetraphenyltrisiloxan, Trimethylpentaphenyltrisiloxan, Tetraethylenglycoldimethylether, Leybonol LVO520, Silikonöl Wacker AP100, Halocarbonöl (Polychlortrifluorethylen), Perfluorpropylether, und/oder einem Gemisch aus Phenylmethyldimethylcyclosiloxane.Method according to one or more of the preceding claims, wherein the first medium is selected from tetramethyltetraphenyltrisiloxane, trimethylpentaphenyltrisiloxane, tetraethylene glycol dimethyl ether, Leybonol LVO520, silicone oil Wacker AP100, halocarbon oil (polychlorotrifluoroethylene), perfluoropropyl ether, and/or a mixture of phenylmethyldimethylcyclosiloxane. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Medium (3b) ausgewählt ist aus einem Polymerstoff mit einer Dichte kleiner 1,0 g/cm3 und/oder einem additionsvernetzenden und gießbaren RTV-2 Zweikomponenten-Silikonkautschuk.Method according to one or more of the preceding claims, wherein the second medium (3b) is selected from a polymer material with a density of less than 1.0 g/cm3 and/or an addition-curing and pourable RTV-2 two-component silicone rubber. Leiterplatte (1) für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik erhältlich durch das Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.Printed circuit board (1) for a field device in automation technology obtainable by the method according to at least one of the preceding claims. Gehäuse für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, wobei in das Gehäuse eine Leiterplatte (1) gemäß dem vorherigen Anspruch eingebracht ist.Housing for a field device of automation technology, wherein a printed circuit board (1) according to the previous claim is introduced into the housing. Vergussmasse zum Vergießen von elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte (1) für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik bestehend aus einem zumindest bei einer Befülltemperatur im flüssigen Zustand vorliegenden ersten Medium (3a) und einem zweiten Medium (3b), welches eine geringere Dichte als das erste Medium (3a) aufweist und sich zumindest bei der Befülltemperatur nicht mit dem ersten Medium (3a) mischt.Potting compound for potting electronic components on a circuit board (1) for a field device in automation technology, comprising a first medium (3a) which is in the liquid state at least at a filling temperature and a second medium (3b) which has a lower density than the first medium (3a) and does not mix with the first medium (3a) at least at the filling temperature. Verwendung einer Vergussmasse nach dem vorhergehenden Anspruch zum Vergießen von elektronischen Bauteilen (4) auf einer Leiterplatte (1) für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik.Use of a potting compound according to the preceding claim for potting electronic components (4) on a printed circuit board (1) for a field device in automation technology.
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Norm FM 3610 2010-01-00. Approval standard for intrinsically safe apparatus and associated apparatus for use in class I, II, and III, division 1, hazardous (classified) locations.

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