EP3084272A1 - Verfahren zum herstellen eines elektronikmoduls mit formschlüssig angeschlossenem gehäuseteilelement - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines elektronikmoduls mit formschlüssig angeschlossenem gehäuseteilelement

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EP3084272A1
EP3084272A1 EP14793549.8A EP14793549A EP3084272A1 EP 3084272 A1 EP3084272 A1 EP 3084272A1 EP 14793549 A EP14793549 A EP 14793549A EP 3084272 A1 EP3084272 A1 EP 3084272A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing part
circuit board
printed circuit
part element
board element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14793549.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Ott
Gerhard Wetzel
Gerald Kammer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3084272A1 publication Critical patent/EP3084272A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a
  • Electronic modules generally serve to form electrical circuits.
  • the electrical circuits may be part of a control unit, for example.
  • vehicle electronics modules are used to provide vehicle control devices.
  • a plurality of electronic components are typically provided on a printed circuit board element, which are electrically connected to one another by means of conductor tracks.
  • Transmission control unit can be arranged for example inside a vehicle transmission, where, for example, chemically aggressive gear oil, dirt or chips can come into contact with the electronic module. Since at least parts of the electronic module provided on the components, interconnects, etc. sensitive to such aggressive media or May be necessary to protect them by a hermetically sealed housing.
  • a housing sub-element may be e.g. a lid or a frame, which optionally together with other components and in particular together with the circuit board element form a housing.
  • the circuit board element can hermetically enclose a space together with the housing part element or the housing part elements, in which electronic components can be protected against surrounding media.
  • Microstructuring to provide and then injecting at this microstructured portion plastic, so that a frame or a
  • the plastic to be sprayed can penetrate in cavities in the microstructured portion in the initially liquid state and form a positive connection with the printed circuit board element during subsequent solidification.
  • Printed circuit board element are introduced into an injection molding tool. During an injection molding process, the printed circuit board element and possibly already attached thereto electronic components can be damaged or contaminated.
  • a method for producing an electronic module in which advantageously can be omitted, a circuit board element in a To introduce injection mold. Accordingly, risks of damage or contamination can be minimized.
  • the inventive method for producing an electronic module has at least the following steps: providing a printed circuit board element, which at least one electronic component and a
  • the step of attaching the housing part element to the circuit board element comprises the following substeps: First, a separately manufactured housing part element is provided, wherein the
  • Housing part element is formed from a reversibly plastifiable material. Then at least a portion of a surface of this
  • Housing part element on the circuit board element by joining the plasticized portion of the surface of the housing part element with the microstructured portion of the circuit board element and then solidifying the plasticized portion of the surface of the
  • Circuit board elements used for electronic modules often consist of a material such as thermosetting material, such as epoxy resin, which can often only be connected with other materials using conventional methods with the aid of measures in which electronic components can be damaged on the circuit board element.
  • thermosetting plastic with other materials has hitherto mostly been adhesively bonded only with the aid of tempering steps, whereby electronic components can be damaged at the high temperatures that occur in the process.
  • Microstructuring differs from an otherwise smooth surface of a printed circuit board element in that the surface has some roughness due to microscopic pits in the surface.
  • the microstructuring can be generated, for example, by irradiation with the aid of a laser, as a result of which parts of the material of the printed circuit board element can be removed by absorption of laser radiation and thus microscopically small depressions can be formed which form a microstructure.
  • Microstructured portions should be injected, it has now been recognized that such direct injection molding can bring disadvantages in terms of manufacturing technology.
  • Either the Anspritzvorgang should be performed before the circuit board element is equipped with electronic component elements, after the Anspritzvorgang any occurring contamination must be removed from the circuit board element before the electronic components are attached. Or alternatively should be electronic
  • a housing sub-element already in advance separately produce for example, with a separately performed injection molding.
  • the housing part element should in this case be formed from a reversibly plastifiable material.
  • the housing member may be made of a thermoplastic material such as polyamide, for example PA66. Such material should normally be firm and for the
  • such a material should be able to be plasticized reversibly, that is, reversibly in a plastic, ie viscous or liquid and thus plastically deformable state, transfer, and then allowed to solidify again.
  • PCB element or attached thereto electronic components to damage or pollute.
  • Housing part element reversibly plasticized.
  • this sub-area can be temporarily heated locally, for example.
  • at least one near-surface layer of the housing part element is temporarily plasticized, that is soft and deformable.
  • the housing sub-element and the circuit board element are joined together.
  • the joining takes place in such a way that the plastified subregion of the surface of the housing subelement is brought into contact with the microstructured subregion of the printed circuit board element and both are pressed together as far as possible.
  • Parts of the previously already plasticized material of the housing part element can thereby flow into the recesses or microcavities in the microstructured portion of the printed circuit board element.
  • this subarea can be locally irradiated with light, in particular laser light.
  • the incident light should in this case have a sufficiently high power density, so that it comes to a heating of the thermoplastic material of the housing part member to beyond a plasticizing temperature.
  • One wavelength of the light used should be on
  • Material properties of the housing part element be adapted so that the incident light is absorbed as completely as possible in a near-surface layer of the housing part element and this heated.
  • a pulsed laser the one
  • this portion may be heated by hot air, radiant heat, contacting with a hot plate or other heating object, etc.
  • this portion may be heated by hot air, radiant heat, contacting with a hot plate or other heating object, etc.
  • energy for plastification of the subregion is introduced locally only in the subregion or that the
  • the microstructured portion of the surface of the printed circuit board element may
  • Such depressions or microcavities can be generated in particular by local irradiation by means of a laser.
  • the wavelength and power density of the laser should be chosen appropriately, but it is not enough, by irradiating the laser light, the material of the
  • PCB element only to plasticize or melt.
  • the material should be removed locally, for example by evaporation or ablation.
  • the laser radiation used for this purpose must generally have a higher power density than is the case for merely plasticizing a thermoplastic material. It can be used for this purpose, for example, a pulsed laser with a wavelength in the range of 200 nm to 10 ⁇ , preferably between 512 nm and 1064 nm, and a power of about 1 to 100 watts.
  • a pulsed laser with a wavelength in the range of 200 nm to 10 ⁇ , preferably between 512 nm and 1064 nm, and a power of about 1 to 100 watts.
  • the housing part element may have an annularly closed bearing surface and the part of the surface to be plastified of the surface of the housing part element may be this contact surface of the frame.
  • the microstructured portion of the surface of the printed circuit board element may also be closed annularly and thereby correspond in terms of its geometry of the contact surface of the housing part element.
  • Housing part element in microstructured material of the printed circuit board element and then can solidify therein. This results in a form-fitting connection along the entire annularly closed contact surface, which is also hermetically sealed.
  • FIG. 1 shows a perspective top view of a printed circuit board element for an electronic module to be produced according to the invention.
  • FIG. 2 shows a perspective view from below of a housing part element for an electronic module to be produced according to the invention.
  • 3 shows an enlarged sectional view along the line AA from FIG. 1.
  • FIG. 4 shows an enlarged sectional view along the line B-B of FIG. 2.
  • Fig. 5 shows an enlarged sectional view of the areas shown in Figs. 3 and 4, after these in the context of an inventive
  • Fig. 6 shows a sectional view through a manufactured according to the invention
  • FIG. 7 shows a partial sectional view through a further electronic module produced according to the invention.
  • Fig. 1 shows a printed circuit board element 1 for an electronic module, for example for use in a transmission control unit.
  • the printed circuit board element 1 has on its surface a plurality of electronic components 3, such as electrical resistors, coils, capacitors, ICs, etc.
  • the components 3 are interconnected by electrically conductive tracks 5.
  • the conductor tracks 5 may extend on the surface of the printed circuit board element 1 or be arranged in the interior of the printed circuit board element as intermediate layers.
  • the printed circuit board element 1 is made of reinforced with glass fibers thermosetting material such as epoxy resin, sometimes referred to as prepreg.
  • a ring-shaped closed portion 7 is provided, in which a microstructuring is introduced.
  • Fig. 3 shows this provided with the microstructure 9 portion 7 in
  • the microstructuring has microscopic depressions 1 1, which extend for example over several microns deep into the surface of the PCB element 1 extend into it.
  • the microstructured subregion 7 is arranged in an annular manner around a partial surface 13 of the printed circuit board element 1. Within this subarea 13 components 3 may be provided, which are to be protected against aggressive media from the environment, for example.
  • Fig. 2 shows a housing part element 15 in the form of a rectangular frame.
  • the housing part element 15 is made of a thermoplastic material such as polyamide.
  • the rectangular shape of the housing part element 15 essentially corresponds to the shape of the microstructured portion 7 of the printed circuit board element 1.
  • FIG. 4 shows a cross section through the housing part element 15.
  • this contact surface 17 is supported by means of a laser
  • Light 19 of appropriate wavelength and power irradiated is absorbed near the surface of the contact surface 17, whereby the local material is above its plasticizing temperature, when using polyamide, for example, to over 220 ° C, preferably over 250 ' ⁇ , heated and thus plastic.
  • Side next to the contact surface 17 are respectively
  • Fig. 5 shows a sectional view in which the parts shown in Figs. 3 and 4 of the printed circuit board element 1 on the one hand and the housing part element 15 on the other hand are interconnected.
  • Bearing surface 17 adjacent portion 18 of the housing part element 15 is in the recesses 1 1 of the microstructured portion 7 of the
  • Flowed circuit board element 1 and is solidified in the subsequent cooling therein. Excess plasticized material has been partially pushed aside and may be received in the material overflow grooves 21.
  • FIG. 6 shows an example of an electronic module 23 produced according to the invention in cross section. Many optional features are illustrated as they may be provided on an electronics module, but do not need it.
  • PCB element 1 is formed with the frame Housing part element 15 via the microstructured portion 7 positively connected.
  • a lid 25 is placed, which is hermetically sealed to the housing part member 15, for example via a weld 27.
  • the printed circuit board element 1, the housing part element 15 and the cover 25 thus enclose the
  • Interior 13 hermetically sealed. Via an opening 29, the interior 13 can optionally be filled with a protective gel 31. The opening 29 can then be closed by means of a plug, for example a ball.
  • the housing part element 15 can be additionally held by at least one rivet head 33 on the printed circuit board element 1. When assembled, the rivet head 33 in undeformed state in an opening 35 in the
  • Printed circuit board element 1 is inserted and then hot-caulked.
  • housing sub-element 15 is shown in the illustrated examples each as an annular frame, this housing sub-element 15 may also have other suitable shapes and geometries.
  • the housing part element 15 may be designed as a cover element, which may have a trough-like shape, so that the inner space 13 is enclosed solely by the housing part element 15 embodied in one piece and the printed circuit board element 1.
  • a film for example
  • Polyamide are provided, which is plasticized in suitable areas and is pressed into microstructured portions 7 of a printed circuit board element 1.
  • the film can cover electronic component and against external
  • FIG. 7 shows a partial sectional view through a further electronic module 23 produced according to the invention.
  • this electronic module 23 designed as a housing part element 15 lid is made in two parts.
  • a trough-shaped main part 37 is formed of a laser-transparent plastic.
  • an additional part 39 made of a laser-absorbing plastic is provided at the edge of this main part 37. This additional part 39 encloses the
  • Body 37 is annular and extends into an area in which at the Printed circuit board element 1 of the microstructured portion 7 is provided.
  • laser light 41 is transmitted from above through the laser-transparent body 37, toward the attachment 39, where it is absorbed.
  • the main and auxiliary parts 37, 39 are welded together and on the other hand the plastic of the additional part 39 is plasticized in a partial area 18 so that it can be connected to the microstructured partial area 7 of the printed circuit board element 1.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls beschrieben, bei dem ein Leiterplattenelement (1) bereitgestellt wird und an dem Leiterplattenelement (1) ein Gehäuseteilelement (15) angebracht wird. Das Gehäuseteilelement (15) wird dabei zunächst separat hergestellt und bereitgestellt. Das Gehäuseteilelement (15) ist mit einem reversibel plastifizierbaren Material wie zum Beispiel einem Thermoplast, beispielsweise Polyamid, ausgebildet. Zumindest ein Teilbereich (18) einer Oberfläche des Gehäuseteilelements (15) wird dann reversibel plastifiziert, beispielsweise durch lokales Erhitzen, insbesondere durch Bestrahlen mit Licht. Das Gehäuseteilelement (15) wird dann an dem Leiterplattenelement (1) durch Zusammenfügen des plastifizierten Teilbereichs der Oberfläche des Gehäuseteilelements mit einem mikrostrukturierten Teilbereich (7) des Leiterplattenelements und anschließendes Verfestigen des plastifizierten Teilbereichs (18) angebracht. Dabei kommt es zu einer formschlüssigen und hermetisch dichten Verbindung zwischen dem Gehäuseteilelement (15) und dem Leiterplattenelement (1).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls mit formschlüssig
angeschlossenem Gehäuseteilelement
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Elektronikmoduls mit einem Leiterplattenelement und einem daran angebrachten Gehäuseteilelement.
Stand der Technik
Elektronikmodule dienen im Allgemeinen dazu, elektrische Schaltkreise auszubilden. Die elektrischen Schaltkreise können beispielsweise Teil eines Steuergeräts sein. Insbesondere im Fahrzeugbau werden Elektronikmodule dazu eingesetzt, um Fahrzeugsteuergeräte bereitzustellen. In einem Elektronikmodul sind dabei typischerweise an einem Leiterplattenelement eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen vorgesehen, welche mithilfe von Leiterbahnen geeignet miteinander elektrisch verbunden sind.
Insbesondere für Getriebesteuergeräte in einem Fahrzeug kann es vorteilhaft sein, ein entsprechendes Elektronikmodul in einem Bereich anzuordnen, in dem es aggressiven Medien ausgesetzt ist. Ein Elektronikmodul eines
Getriebesteuergeräts kann beispielsweise im Inneren eines Fahrzeuggetriebes angeordnet werden, wo beispielsweise chemisch aggressives Getriebeöl, Schmutz oder Späne in Kontakt mit dem Elektronikmodul treten können. Da zumindest Teile der an dem Elektronikmodul vorgesehenen Bauelemente, Leiterbahnen, etc. empfindlich gegenüber solchen aggressiven Medien oder Partikeln sein können, kann es nötig sein, diese durch ein hermetisch dichtes Gehäuse zu schützen.
Es wurde vorgeschlagen, ein die elektronischen Bauelemente tragendes Leiterplattenelement direkt als Teil eines solches Gehäuses einzusetzen und an diesem Leiterplattenelement ein oder mehrere Gehäuseteilelemente
anzubringen. Ein Gehäuseteilelement kann dabei z.B. ein Deckel oder ein Rahmen sein, die gegebenenfalls zusammen mit anderen Komponenten und insbesondere zusammen mit dem Leiterplattenelement ein Gehäuse bilden. Das Leiterplattenelement kann dabei zusammen mit dem Gehäuseteilelement bzw. den Gehäuseteilelementen einen Raum hermetisch dicht umschließen, in dem elektronische Bauelemente geschützt vor umgebenden Medien aufgenommen werden können.
Beispielsweise wurde in DE 10 2012 213917 AI beschrieben, eine Oberfläche des Leiterplattenelements in einem ringförmigen Teilbereich mit einer
Mikrostrukturierung zu versehen und anschließend an diesen mikrostrukturierten Teilbereich Kunststoff anzuspritzen, um damit einen Rahmen oder ein
Deckelelement zu bilden. Der anzuspritzende Kunststoff kann dabei im zunächst flüssigen Zustand in Kavitäten in dem mikrostrukturierten Teilbereich eindringen und beim anschließenden Erstarren eine formschlüssige Verbindung mit dem Leiterplattenelement eingehen.
Allerdings muss bei einem solchen Verfahren zum Anbringen eines
Gehäuseteilelements an einem Leiterplattenelement das gesamte
Leiterplattenelement in ein Spritzgusswerkzeug eingebracht werden. Während eines Spritzgussvorganges kann dabei das Leiterplattenelement und eventuell bereits daran angebrachte elektronische Bauelemente beschädigt oder verschmutzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls vorgeschlagen, bei dem in vorteilhafter Weise darauf verzichtet werden kann, ein Leiterplattenelement in ein Spritzgusswerkzeug einzubringen. Dementsprechend können Risiken von Beschädigungen oder Verschmutzungen minimiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls weist zumindest die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Leiterplattenelements, welches zumindest ein elektronisches Bauelement sowie einen
mikrostrukturierten Teilbereich an einer Oberfläche des Leiterplattenelements aufweist, und Anbringen eines Gehäuseteilelements an dem
Leiterplattenelement. Das vorgeschlagene Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Schritt des Anbringens des Gehäuseteilelements an dem Leiterplattenelement die folgenden Teilschritte aufweist: Zunächst wird ein separat hergestelltes Gehäuseteilelement bereitgestellt, wobei das
Gehäuseteilelement aus einem reversibel plastifizierbaren Material ausgebildet ist. Dann wird zumindest ein Teilbereich einer Oberfläche dieses
Gehäuseteilelements reversibel plastifiziert. Anschließend wird das
Gehäuseteilelement an dem Leiterplattenelement durch Zusammenfügen des plastifizierten Teilbereichs der Oberfläche des Gehäuseteilelements mit dem mikrostrukturierten Teilbereich des Leiterplattenelements und anschließendes Verfestigen des plastifizierten Teilbereichs der Oberfläche des
Gehäuseteilelements angebracht.
Ideen zu dem vorgeschlagenen Verfahren können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend verstanden werden:
Für Elektronikmodule eingesetzte Leiterplattenelemente bestehen häufig aus einem Material wie zum Beispiel duroplastischem Material, beispielsweise Epoxidharz, welches mit herkömmlichen Methoden mit anderen Materialien oft nur unter Zuhilfenahme von Maßnahmen verbunden werden kann, bei denen elektronische Bauteile auf dem Leiterplattenelement geschädigt werden können.
Beispielsweise kann ein aus Duroplast hergestelltes Leiterplattenelement mit anderen Materialien bisher meist nur unter Zuhilfenahme von Temperschritten verklebt werden, wobei elektronische Bauelemente bei den dabei auftretenden hohen Temperaturen Schaden nehmen können. Insbesondere hat es sich als sehr schwierig erwiesen, ein duroplastisches Leiterplattenelement mit anderen Materialien auf einfache und schädigungsarme Weise langfristig sowohl mechanisch stabil als auch hermetisch dicht zu verkleben.
Es wurde daher vorgeschlagen, das Leiterplattenelement zumindest in
Teilbereichen gezielt mit einer Mikrostrukturierung zu versehen. Eine solche
Mikrostrukturierung unterscheidet sich von einer ansonsten glatten Oberfläche eines Leiterplattenelementes dadurch, dass die Oberfläche eine gewisse Rauheit aufweist, die durch mikroskopische Vertiefungen in der Oberfläche bedingt ist. Die Mikrostrukturierung kann beispielsweise durch Bestrahlen mithilfe eines Lasers erzeugt werden, wodurch Teile des Materials des Leiterplattenelements durch Absorption von Laserstrahlung entfernt werden und somit mikroskopisch kleine Vertiefungen entstehen können, die eine Mikrostrukturierung bilden.
Während bisher jedoch vorgeschlagen wurde, an dem Leiterplattenelement Gehäuseteilelemente zu befestigen, indem diese direkt mithilfe von
Spritzgussverfahren an das Leiterplattenelement im Bereich der
mikrostrukturierten Teilbereiche angespritzt werden sollten, wurde nun erkannt, dass ein solches direktes Anspritzen fertigungstechnisch Nachteile mit sich bringen kann. Entweder sollte der Anspritzvorgang durchgeführt werden, bevor das Leiterplattenelement mit elektronischen Bauteilelementen bestückt wird, wobei nach dem Anspritzvorgang etwaige dabei auftretende Verschmutzungen von dem Leiterplattenelement entfernt werden müssen, bevor die elektronischen Bauelemente angebracht werden. Oder alternativ sollten elektronische
Bauelemente, welche bereits vor dem Anspritzvorgang an dem
Leiterplattenelement angebracht wurden, während des Anspritzens
beispielsweise durch eine Schutzschicht geschützt werden, dies erfordert jedoch zusätzliche Arbeitsschritte und bedingt somit zusätzliche Kosten.
Als Alternative zum Anspritzen von Gehäuseteilelementen wird daher hier vorgeschlagen, ein Gehäuseteilelement bereits vorab separat herzustellen, beispielsweise mit einem separat durchgeführten Spritzgussverfahren. Das Gehäuseteilelement sollte hierbei aus einem reversibel plastifizierbaren Material ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Gehäuseteilelement aus einem thermoplastischen Material wie zum Beispiel Polyamid, zum Beispiel PA66, hergestellt sein. Ein solches Material sollte normalerweise fest und für die
Verwendung in einem Elektronikmodul ausreichend mechanisch stabil sein. Andererseits sollte sich ein solches Material reversibel plastifizieren lassen, das heißt, reversibel in einen plastischen, das heißt viskosen oder flüssigen und somit plastisch verformbaren Zustand, überführen lassen und sich anschließend wieder erstarren lassen. Beim Herstellen eines solchen Gehäuseteilelements in einem separaten Spritzgussverfahren entfällt das Risiko, das
Leiterplattenelement bzw. daran angebrachte elektronische Bauelemente zu beschädigen oder zu verschmutzen.
Um das separat hergestellte Gehäuseteilelement mit dem Leiterplattenelement zu verbinden, wird zumindest ein Teilbereich einer Oberfläche des
Gehäuseteilelements reversibel plastifiziert.
Hierzu kann dieser Teilbereich beispielsweise temporär lokal erhitzt werden. Durch ein solches lokales Erhitzen wird zumindest eine oberflächennahe Schicht des Gehäuseteilelements temporär plastifiziert, das heißt weich und verformbar. In diesem Zustand werden das Gehäuseteilelement und das Leiterplattenelement zusammengefügt. Das Zusammenfügen erfolgt derart, dass der plastifizierte Teilbereich der Oberfläche des Gehäuseteilelements mit dem mikrostrukturierten Teilbereich des Leiterplattenelements in Kontakt gebracht wird und beide möglichst miteinander verpresst werden. Teile des zuvor bereits plastifizierten Materials des Gehäuseteilelements können dabei in die Vertiefungen oder Mikrokavitäten in dem mikrostrukturierten Teilbereich des Leiterplattenelements fließen. Nachdem das zuvor plastifizierte Material des Gehäuseteilelements beispielsweise durch Abkühlen wieder verfestigt wurde, kommt es somit zu einer zumindest teilweise formschlüssigen Verbindung zwischen dem
Gehäuseteilelement und dem Leiterplattenelement.
Um den Teilbereich der Oberfläche des Gehäuseteilelements temporär und lokal zu erhitzen, kann dieser Teilbereich lokal mit Licht, insbesondere Laserlicht, bestrahlt werden. Das eingestrahlte Licht sollte hierbei eine ausreichend hohe Leistungsdichte aufweisen, so dass es zu einem Erhitzen des thermoplastischen Materials des Gehäuseteilelements bis über eine Plastifizierungstemperatur hinaus kommt. Eine Wellenlänge des verwendeten Lichts sollte dabei an
Materialeigenschaften des Gehäuseteilelements derart angepasst sein, dass das eingestrahlte Licht möglichst vollständig in einer oberflächennahen Schicht des Gehäuseteilelements absorbiert wird und diese dadurch erhitzt. Beispielsweise kann zum Bestrahlen ein gepulster Laser verwendet werden, der eine
Wellenlänge im Bereich von 200 nm bis 10 μηι, vorzugsweise zwischen 512 nm und 1064 nm, und eine Leistung von etwa 1 bis 100 Watt aufweist. Es ist alternativ jedoch auch vorstellbar, den zu plastifizierenden Teilbereich der
Oberfläche des Gehäuseteilelements mittels anderer Techniken zu plastifizieren bzw. insbesondere zu erhitzen. Beispielsweise kann dieser Teilbereich durch Heißluft, Wärmestrahlung, Kontaktieren mit einer Heizplatte oder einem anderen heizenden Gegenstand, etc. erhitzt werden. Allerdings kann bei den meisten dieser alternativen Ansätze im Gegensatz zu einer Bestrahlung mit Licht nicht immer gewährleistet werden, dass Energie zum Plastifizieren des Teilbereichs ausschließlich in dem Teilbereich lokal eingebracht wird bzw. dass der
Teilbereich verunreinigt wird. Der mikrostrukturierte Teilbereich der Oberfläche des Leiterplattenelements kann
Vertiefungen mit Strukturabmessungen im Bereich von 0,1 bis 500 μηι, vorzugsweise zwischen 1 und 100 μηι aufweisen. In solche Vertiefungen oder Mikrokavitäten kann das plastifizierte Material des Gehäuseteilelements beim Zusammenfügen desselben mit dem Leiterplattenelement gut einströmen, sich darin verteilen und nach einem anschließenden Erstarren eine formschlüssige
Verbindung herstellen.
Solche Vertiefungen oder Mikrokavitäten können insbesondere durch lokales Bestrahlen mittels eines Lasers erzeugt werden. Auch hier sollte die Wellenlänge und Leistungsdichte des Lasers geeignet gewählt werden, wobei es jedoch nicht genügt, durch das Bestrahlen mithilfe des Laserlichts das Material des
Leiterplattenelements lediglich zu plastifizieren oder aufzuschmelzen.
Stattdessen soll das Material lokal entfernt werden, beispielsweise durch Verdampfen oder Ablatieren. Dementsprechend muss die zu diesem Zweck eingesetzte Laserstrahlung im Allgemeinen eine höhere Leistungsdichte aufweisen, als dies zum lediglichen Plastifizieren eines thermoplastischen Materials der Fall ist. Es kann hierfür beispielsweise ein gepulster Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 nm bis 10 μηι, vorzugsweise zwischen 512 nm und 1064 nm, und einer Leistung von etwa 1 bis 100 Watt verwendet werden. Insbesondere für die einleitend beschriebene Anwendung eines
Elektronikmoduls als Getriebesteuergerät kann es vorteilhaft oder notwendig sein, das Gehäuseteilelement nicht nur mechanisch fest mit dem
Leiterplattenelement zu verbinden, sondern auch mithilfe dieser Verbindung ein dazwischen aufgenommenes Innenvolumen hermetisch nach außen hin abzudichten. Insbesondere hierfür kann das Gehäuseteilelement eine ringförmig geschlossene Anlagefläche aufweisen und der zu plastifizierende Teilbereich der Oberfläche des Gehäuseteilelements kann diese Anlagefläche des Rahmens sein. Der mikrostrukturierte Teilbereich der Oberfläche des Leiterplattenelements kann ebenfalls ringförmig geschlossen sein und dabei hinsichtlich seiner Geometrie der Anlagefläche des Gehäuseteilelements entsprechen. Somit können das Gehäuseteilelement und das Leiterplattenelement entlang einer ringförmig geschlossenen Anlagefläche miteinander zusammengefügt werden, wobei entlang der gesamten Anlagefläche plastifiziertes Material des
Gehäuseteilelements in mikrostrukturiertes Material des Leiterplattenelements einströmen und sich anschließend darin verfestigen kann. Hierdurch kommt es entlang der gesamten ringförmig geschlossenen Anlagefläche zu einer formschlüssigen Verbindung, welche auch hermetisch dicht ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von
Ausführungsformen des hierin vorgeschlagenen Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert bzw. ausgetauscht werden können, um zu weiteren
Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein Leiterplattenelement für ein erfindungsgemäß herzustellendes Elektronikmodul.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten auf ein Gehäuseteilelement für ein erfindungsgemäß herzustellendes Elektronikmodul. Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 1 .
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie B-B aus Fig. 2.
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Bereiche, nachdem diese im Rahmen eines erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens zusammengefügt wurden.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäß hergestelltes
Elektronikmodul.
Fig. 7 zeigt eine Schnittteilansicht durch ein weiteres erfindungsgemäß hergestelltes Elektronikmodul.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Zeichnungen gleiche bzw. gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Leiterplattenelement 1 für ein Elektronikmodul, beispielsweise zur Verwendung in einem Getriebesteuergerät. Das Leiterplattenelement 1 weist an seiner Oberfläche mehrere elektronische Bauelemente 3 wie beispielsweise elektrische Widerstände, Spulen, Kondensatoren, ICs, etc. auf. Die Bauelemente 3 sind untereinander durch elektrisch leitende Leiterbahnen 5 verbunden. Die Leiterbahnen 5 können an der Oberfläche des Leiterplattenelements 1 verlaufen oder im Inneren des Leiterplattenelements als zwischenlagernde Schichten angeordnet sein. Das Leiterplattenelement 1 besteht aus mit Glasfasern verstärktem duroplastischen Material wie zum Beispiel Epoxidharz, teilweise auch als Prepreg bezeichnet.
An einer Oberfläche des Leiterplattenelements 1 ist ein ringförmig geschlossener Teilbereich 7 vorgesehen, in dem eine Mikrostrukturierung eingebracht ist. Fig. 3 zeigt diesen mit der Mikrostrukturierung 9 versehenen Teilbereich 7 im
Querschnitt. Die Mikrostrukturierung weist mikroskopische Vertiefungen 1 1 auf, welche sich beispielsweise über mehrere Mikrometer tief in die Oberfläche des Leiterplattenelements 1 hinein erstrecken. Der mikrostrukturierte Teilbereich 7 ist ringförmig geschlossen um eine Teilfläche 13 des Leiterplattenelements 1 herum angeordnet. Innerhalb dieser Teilfläche 13 können Bauelemente 3 vorgesehen sein, die beispielsweise gegen aggressive Medien aus der Umgebung geschützt werden sollen.
Fig. 2 zeigt ein Gehäuseteilelement 15 in Form eines rechteckigen Rahmens. Das Gehäuseteilelement 15 besteht aus einem thermoplastischen Material wie zum Beispiel Polyamid. Die rechteckige Form des Gehäuseteilelements 15 entspricht dabei im Wesentlichen der Form des mikrostrukturierten Teilbereichs 7 des Leiterplattenelements 1 .
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Gehäuseteilelement 15. Um einen Teilbereich 18 angrenzend an eine Anlagefläche 17 des Gehäuseteilelements 15 temporär zu plastifizieren, wird diese Anlagefläche 17 mithilfe eines Lasers mit
Licht 19 geeigneter Wellenlänge und Leistung bestrahlt. Das Licht 19 wird dabei oberflächennah an der Anlagefläche 17 absorbiert, wodurch sich das dortige Material bis über seine Plastifizierungstemperatur, bei Verwendung von Polyamid beispielsweise bis über 220 °C, vorzugsweise über 250 'Ό, erhitzt und somit plastisch wird. Seitlich neben der Anlagefläche 17 sind jeweils
Materialüberlauftaschen oder -rinnen 21 vorgesehen.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht, bei der die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Teile des Leiterplattenelements 1 einerseits und des Gehäuseteilelements 15 andererseits miteinander verbunden sind. Plastifiziertes Material im an die
Anlagefläche 17 angrenzenden Teilbereich 18 des Gehäuseteilelements 15 ist dabei in die Vertiefungen 1 1 des mikrostrukturierten Teilbereichs 7 des
Leiterplattenelements 1 eingeflossen und ist beim anschließenden Abkühlen darin erstarrt. Überschüssiges plastifiziertes Material ist teilweise zur Seite geschoben worden und kann in den Materialüberlaufrinnen 21 aufgenommen werden.
Fig. 6 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäß hergestelltes Elektronikmodul 23 im Querschnitt. Dabei sind viele optionale Merkmale veranschaulicht, wie sie an einem Elektronikmodul vorgesehen sein können, aber nicht brauchen. Das
Leiterplattenelement 1 ist mit dem als Rahmen ausgebildeten Gehäuseteilelement 15 über den mikrostrukturierten Teilbereich 7 formschlüssig verbunden. Auf den ringförmigen Rahmen des Gehäuseteilelements 15 ist ein Deckel 25 aufgesetzt, der mit dem Gehäuseteilelement 15 beispielsweise über eine Verschweißung 27 hermetisch dicht verbunden ist. Das Leiterplattenelement 1 , das Gehäuseteilelement 15 sowie der Deckel 25 umschließen somit den
Innenraum 13 hermetisch dicht. Über eine Öffnung 29 kann der Innenraum 13 optional mit einem schützenden Gel 31 befüllt werden. Die Öffnung 29 kann anschließend mithilfe eines Pfropfens, beispielsweise einer Kugel, verschlossen werden. Das Gehäuseteilelement 15 kann ergänzend über mindestens einen Nietkopf 33 an dem Leiterplattenelement 1 gehalten sein. Beim Zusammenbau kann der Nietkopf 33 in unverformtem Zustand in eine Öffnung 35 in dem
Leiterplattenelement 1 eingeführt und dann warmverstemmt werden.
Während das Gehäuseteilelement 15 in den dargestellten Beispielen jeweils als ringförmiger Rahmen dargestellt ist, kann dieses Gehäuseteilelement 15 auch andere geeignete Formen und Geometrien aufweisen. Beispielsweise kann das Gehäuseteilelement 15 als Deckelelement ausgeführt sein, welches eine wannenartige Form haben kann, so dass der Innenraum 13 allein durch das einstückig ausgeführte Gehäuseteilelement 15 und das Leiterplattenelement 1 umschlossen wird.
Alternativ kann als Gehäuseteilelement 15 eine Folie beispielsweise aus
Polyamid vorgesehen werden, die in geeigneten Bereichen plastifiziert wird und in mikrostrukturierte Teilbereiche 7 eines Leiterplattenelements 1 gepresst wird. Die Folie kann dabei elektronische Bauelement überdecken und gegen äußere
Einflüsse schützen. Gegebenenfalls kann die Folie mit einer Metallschicht beschichtet sein, welche als Diffusionsbarriere und/oder als EMV-Schutz dienen kann. In Fig. 7 ist eine teilweise Schnittansicht durch ein weiteres erfindungsgemäß hergestelltes Elektronikmodul 23 dargestellt. Bei diesem Elektronikmodul 23 ist ein als Gehäuseteilelement 15 ausgebildeter Deckel zweiteilig ausgeführt. Ein wannenförmiger Hauptteil 37 ist aus einem lasertransparenten Kunststoff ausgebildet. Am Rand dieses Hauptteils 37 ist ein Zusatzteil 39 aus einem laserabsorbierenden Kunststoff vorgesehen. Dieser Zusatzteil 39 umschließt den
Hauptteil 37 ringförmig und reicht bis in ein Gebiet, in dem an dem Leiterplattenelement 1 der mikrostrukturierte Teilbereich 7 vorgesehen ist. Beim Montieren des Elektronikmoduls 23 wird Laserlicht 41 von oben durch den lasertransparenten Hauptteil 37 transmittiert, hin zu dem Zusatzteil 39, wo es absorbiert wird. Durch die beim Absorbieren des Laserlichts 41 auftretende Wärme werden einerseits das Haupt- und das Zusatzteil 37, 39 miteinander verschweißt und andererseits der Kunststoff des Zusatzteils 39 in einem Teilbereich 18 soweit plastifiziert, dass dieses mit dem mikrostrukturierten Teilbereich 7 des Leiterplattenelements 1 verbunden werden kann.

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls (23), aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Leiterplattenelementes (1 ), aufweisend zumindest ein elektronisches Bauelement (3) sowie einen mikrostrukturierten Teilbereich (7) an einer Oberfläche des Leiterplattenelements (1 );
Anbringen eines Gehäuseteilelements (15) an dem Leiterplattenelement (1 ); dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anbringens des
Gehäuseteilelements (15) an dem Leiterplattenelement (1 ) die folgenden Teilschritte aufweist:
Bereitstellen eines separat hergestellten Gehäuseteilelements (15), wobei das Gehäuseteilelement (15) mit einem reversibel plastifizierbaren Material ausgebildet ist;
reversibles Plastifizieren zumindest eines Teilbereichs (18) einer Oberfläche des Gehäuseteilelements (15);
Anbringen des Gehäuseteilelements (15) an dem Leiterplattenelement (1 ) durch Zusammenfügen des plastifizierten Teilbereichs (18) der Oberfläche des Gehäuseteilelements (15) mit dem mikrostrukturierten Teilbereich (7) des Leiterplattenelements (1 ) und anschließendes Verfestigen des plastifizierten Teilbereichs (18) der Oberfläche des Gehäuseteilelements (15).
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Teilbereich (18) der Oberfläche des Gehäuseteilelements (15) durch temporäres lokales Erhitzen plastifiziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Teilbereich (18) der Oberfläche des Gehäuseteilelements (15) durch lokales Bestrahlen mit Licht (19), insbesondere Laserlicht, erhitzt
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mikrostrukturierte Teilbereich (7) der Oberfläche des Leiterplattenelementes (1 ) Vertiefungen (1 1 ) mit Strukturabmessungen von zwischen 0,1 und 500μηι, vorzugsweise zwischen 1 und 100μηι, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Vertiefungen (1 1 ) durch lokales Bestrahlen mittels eines Lasers erzeugt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuseteilelement (15) eine ringförmig geschlossene Anlagefläche (17) aufweist und der zu plastifizierende Teilbereich (18) der Oberfläche des Gehäuseteilelements (15) angrenzend an die Anlagefläche (17) angeordnet ist und wobei der mikrostrukturierte Teilbereich (7) der Oberfläche des Leiterplattenelements (1 ) ringförmig geschlossenen ist und der Anlagefläche (17) des
Gehäuseteilelements entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gehäuseteilelement (15) mit einem thermoplastischen Material ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das
Leiterplattenelement (1 ) mit einem duroplastischen Material ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gehäuseteilelement (15) als einstückiges Deckelelement oder mehrstückig mit einem Rahmen und einem separaten Deckel (25) ausgebildet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Gehäuseteilelement (15) zweistückig mit einem lasertransparenten Hauptteil (37) und einem laserabsorbierenden Zusatzteil (39) ausgebildet ist und wobei durch
Einstrahlen von Laserlicht (41 ) sowohl der Hauptteil (37) mit dem Zusatzteil (39) verschweißt als auch der Zusatzteil (39) plastifiziert wird.
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