Titel

Klebemitel zur Bestückung von Leiterplaten, Leiterplatte dieses umfassend und deren Verwendung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Klebemittel zur Bestückung von Leiterplatten, eine Leiterplate dieses enthaltend, sowie deren Verwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Es ist gängige Technik, Leiterplaten oberflächlich mit Bauteilen zu bestücken. Diese Art der Technik wird auch als SMD-Technik bezeichnet (Surface Mounted Device). Oftmals wird eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen auf die Oberfläche derselben Leiterplatte aufgebracht. Werden dabei auch elektronische Bauteile verwendet, die während des späteren Betriebs beispielsweise mechanische Schwingungen oder Geräusche erzeugen, so kann die Funktionstüchtigkeit benachbarter weiterer elektronischer Bauteile beeinträchtigt werden. Hier ist eine geeignete Vibrationsentkopplung wünschenswert. Derartige mechanische Geräusche zeigen sich beispielsweise bei der Verwendung von Drossel- oder Elektrolytkondensatoren. Befinden sich in der Nachbarschaft derartiger Kondensatoren beispielsweise Sensoren, so werden diese Geräusche bzw. Vibrationen von den Sensoren gemessen und führen zu einem verschlechterten Signal- Rausch- Verhältnis der Sensoren im Betrieb.

Ein Lösungsansatz hierfür ist beispielsweise eine Vermeidung von Bauteilen, welche das Risiko bergen, in einem späteren Betrieb Geräusche oder Vibrationen zu verursachen oder die Verwendung von Bauteilen, die in einem separaten Klebeprozess mit der Oberfläche einer Leiterplatte verklebt werden. Beide Ansätze haben jedoch kostentechnische Nachteile, da entweder spezielle Ersatzbauteile verwendet werden müssen oder ein separater Prozessschritt für ein Verkleben entsprechender Bauteile vorgesehen sein muss.

Diesbezüglich ist der US 2021/0247569A1 eine optische Vorrichtung zu entnehmen, bei der Komponenten der optischen Vorrichtung mittels einer Lötverbindung miteinander verbunden sind. Weiterhin ist aus der DE 10 2005 031 181 Al eine Leiterplatte mit mehreren Kontaktflächen bekannt, auf der verschiedene Bauteile mittels eines Leitklebers aufgebracht sind. Darüber hinaus ist in der WO 2016/113225 Al ein Verfahren zum Anordnen eines SMD- Halbleiterlichtquellenbauteils und weiterer Komponenten beschrieben, wobei die erwähnten Komponenten in Abhängigkeit einer Abstrahlcharakteristik zueinander positioniert werden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Klebemittel zur Bestückung von Leiterplatten, eine Leiterplatte dieses umfassend sowie deren Verwendung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereitgestellt.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Klebemittel zur Bestückung von Leiterplatten zur Verfügung gestellt, welches eine flächige Gestalt aufweist und welches aus einem Klebstoff gebildet ist, der bei Raumtemperatur eine feste Konsistenz zeigt und bei einer erhöhten Temperatur eine weiche, fließende oder flüssige Konsistenz annimmt und klebrig wirkt. Im Klebstoff des Klebemittels ist ein Expansionsmittel enthalten, welches bei der erhöhten Temperatur aktiviert wird und dabei eine Volumenzunahme zeigt.

Ein derartig ausgeführtes Klebemittel ermöglicht in vorteilhafter Weise beispielsweise eine S MD- Bestückung von Leiterplatten. Wird ein derartiges Klebemittel beispielsweise in Form eines Klebepads auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht, so ist eine derartige Aufbringung aufgrund der flächigen Gestalt des Klebepads und seiner festen Konsistenz besonders einfach ausführbar. Wird zum Aufbringen eines oberflächlichen Bauteils das Klebemittel einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, so führt dies zu einer Erweichung des Klebstoffs des Klebemittels und somit zu einer möglichen Fixierung von Bauteilen auf der Oberfläche der Leiterplatte.

Da zusätzlich im Klebstoff des Klebemittels ein Expansionsmittel enthalten ist, welches bei erhöhter Temperatur aktiviert wird und zu einer Volumenzunahme des Klebemittels führt, kommt es zum einen zu einer Vibrationsentkopplung des mittels des Klebemittels auf der Oberfläche der Leiterplatte aufgebrachten Bauteils gegenüber der Leiterplatte und zum anderen in einem gewissen Umfang zu einem Umfassen des auf diese Art fixierten Bauteils durch die Volumenzunahme des Klebstoffs des Klebemittels um das Bauteil herum. Im Idealfall bildet sich dabei eine Form von Kleberaupe um das auf der Oberfläche der Leiterplatte fixierte Bauteil herum. Diesem Vorgang kann neben einer wirksamen Fixierung des Bauteils auf der Oberfläche der Leiterplatte zusätzlich auch eine gegenüber externen Medien abdichtende Wirkung zugerechnet werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So ist es von Vorteil, wenn als Klebstoff des Klebemittels ein thermoplastischer Kunststoff, ein Polyurethan-Schmelzklebstoff oder ein Acryl- bzw. Epoxidharz zum Einsatz kommt. Die genannten polymeren Werkstoffe sind bei Raumtemperatur im Wesentlichen fester Natur und zeigen bei erhöhter Temperatur ein Erweichen, dem eine klebende Wirkung zugeordnet werden kann.

Weiterhin ist von Vorteil, wenn dem Klebstoff des Klebemittels als Expansionsmittel definierte Mengen an Lösungsmittel zugesetzt werden. Dies kann beispielsweise geschehen, indem Poren des Klebstoffs mit einem Lösungsmittel befüllt sind. Als Lösungsmittel kommen hierbei beispielsweise neben Wasser auch organische Lösungsmittel wie beispielsweise Alkohole oder fluorierte, niedrig siedende Kohlenwasserstoffe in Betracht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind dem Klebstoff des Klebemittels als Expansionsmittel Hydrogencarbonate, wie beispielsweise Natriumhydrogencarbonat oder Calciumhydrogencarbonat zugesetzt. Diese zeigen bei erhöhter Temperatur eine Zersetzung unter Freisetzung von Kohlendioxid und somit eine definierte Volumenzunahme in Form eines Aufschäumens. Weiterhin eignen sich in diesem Zusammenhang Diazoverbindungen, die bei Erwärmung Stickstoff freisetzen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Klebemittel auf mindestens einer seiner Großflächen mit einer zusätzlichen Schicht eines Klebstoffs versehen, wobei der betreffende Klebstoff der zusätzlichen Schicht bereits bei Raumtemperatur eine klebende Wirkung zeigt und somit eine ortsfeste Fixierung des Klebemittels, beispielsweise auf der Oberfläche einer zu bestückenden Leiterplatte zuverlässig ermöglicht.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein elektronisches Bauelement, welches eine Leiterplatte umfasst, auf der mindestens ein elektronisches Bauteil befestigt ist. Die Befestigung des elektronischen Bauteils auf der Oberfläche der Leiterplatte des elektronischen Bauelements erfolgt dabei mittels des vorbeschriebenen Klebemittels. Der besondere Vorteil dieses elektronischen Bauelements besteht darin, dass die Befestigung des elektronischen Bauteils auf der Oberfläche der Leiterplatte mittels eines Klebepads erfolgt, das insbesondere eine Entkopplung des elektronischen Bauteils von der Leiterplatte in Hinsicht auf Geräusch bzw. Vibrationen ermöglicht.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement neben dem auf einer Oberfläche der Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteil zusätzlich ein Sensorelement, welches ebenfalls auf der Oberfläche der Leiterplatte des elektronischen Bauelements befestigt ist. Handelt es sich bei dem Sensorelement beispielsweise um einen Beschleunigungssensor, so ist eine Vibrationsentkopplung des elektronischen Bauteils von dem ebenfalls auf der Leiterplatte befestigten Sensorelement von besonderer Bedeutung, da ansonsten Schwingungen, die von dem elektronischen Bauteil während des Betriebs ausgehen, von dem Sensorelement miterfasst und zu einer schlechteren Signalqualität des Sensorelements führen würden.

Das erfindungsgemäße elektronische Bauelement lässt sich in vorteilhafter Weise verwenden für Steuergeräte, insbesondere für Steuergeräte für passive Sicherheitssysteme von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Airbag- Anwendungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 die schematische Schnittdarstellung eines Klebemittels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Figur 2 die schematische Darstellung eines elektronischen Bauelements, enthaltend ein Klebemittel gemäß Figur 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figurenbeschreibung

In Figur 1 ist ein Klebemittel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Klebemittel 10 weist eine flächige Gestalt auf und ist aus einem Klebstoff 12 gebildet. Der Klebstoff 12 ist vorzugsweise bei Raumtemperatur fest und weist im Wesentlichen keine klebenden Eigenschaften auf, wohingegen der Klebstoff 12 bei einer erhöhten Temperatur von beispielsweise 200° in eine weiche Konsistenz übergeht, die auch einer Verflüssigung entsprechen kann, und dabei klebende Eigenschaften entwickelt. Der Klebstoff 12 kann beispielsweise aus einem thermoplastischen polymeren Material wie beispielsweise Polystyrol gebildet sein oder durch Harze beispielsweise auf Acryl- oder Epoxidharzbasis. Darüber hinaus umfasst das Klebemittel 10 zusätzlich ein Expansionsmittel 14, welches, wie beispielweise hier dargestellt, aus mit einem Lösungsmittel gefüllten Poren des Klebemittels 10 ausgeführt ist. Das Expansionsmittel 14 kann alternativ jedoch auch innerhalb des Klebstoffs 12 des Klebemittels 10 dispergiert sein. In diesem Fall bietet sich die Verwendung beispielsweise von Hydrogencarbonaten, wie Natrium- oder Calciumhydrogencarbonaten an.

Darüber hinaus eignen sich Diazoverbindungen, die bei Erwärmung Stickstoff freisetzen sowie ggf. fluorierte, niedrig siedende Kohlenwasserstoffe.

Darüber hinaus kann das Klebemittel 10 zusätzlich auf einer Großfläche eine Klebstoffschicht 16 umfassen, welche aus einem zweiten Klebstoff gebildet ist, der bereits bei Raumtemperatur klebende Eigenschaften zeigt. Dies ermöglicht die Positionierung des Klebemittels 10 beispielsweise auf der Oberfläche einer Leiterplatte, wobei es aufgrund der Klebstoffschicht 16 zu einer ortsfesten Fixierung des Klebemittels 10 auf der Oberfläche der Leiterplatte kommt.

In Figur 2 ist ein elektronisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in Figur 1.

Das elektronische Bauelement 20 umfasst beispielsweise eine elektronische Leiterplatte 22, auf der beispielsweise elektronische Bauteile befestigt sind. Exemplarisch ist ein solches elektronisches Bauteil 24 dargestellt, welches beispielsweise in Form eines Elektrolytkondensators ausgeführt ist. Das elektronische Bauteil 24 umfasst beispielsweise eine Kunststoff platte 26, mittels der das elektronische Bauteil 24 auf der Oberfläche der elektronischen Leiterplatte 22 befestigt ist. Zur Befestigung des elektronischen Bauteils 24 auf der Oberfläche der elektronischen Leiterplatte 22 ist beispielsweise die Verwendung eines Klebemittels in der vorbeschriebenen Form vorgesehen.

Dabei ist in Figur 2 das Klebemittel 10 in einer ersten Gestalt 28a vor dem eigentlichen Klebevorgang dargestellt, bei dem das elektronische Bauteil 24 auf der Oberfläche der Leiterplatte 22 zunächst angeordnet wird, und in einem zweiten Zustand 28b dargestellt nach dem Verkleben des elektronischen Bauteils 24 auf der Oberfläche der Leiterplatte 22. Zur Aktivierung des Klebevorgangs wird das elektronische Bauelement 24 auf eine Temperatur von beispielsweise 200°C erwärmt, bei der der Klebstoff 12 des Klebemittels 10 einen klebenden Charakter annimmt. Im gleichen Temperaturbereich wird das im Klebemittel 10 ebenfalls enthaltene Expansionsmittel 14 thermisch aktiviert und es kommt zu einer Volumenvergrößerung des Klebemittels 10.

Dabei bildet sich, wie in Figur 2 erkennbar, im zweiten Zustand 28b des Klebemittels 10 ein in seinem Volumen vergrößerter Klebewulst aus, der wirkungsvoll das elektronische Bauteil 24 auf der Oberfläche der Leiterplatte 22 fixiert und zusätzlich zu einer Vibrationsentkopplung des elektronischen Bauteils 24 gegenüber der Leiterplatte 22 führt. Auf diese Weise kann eine einfache Bestückung der Leiterplatte 22 mit elektronischen Bauteilen erfolgen.

Um in einem Arbeitsgang mehrere elektronische Bauteile und gegebenenfalls auch zugehörige verbindende Bauelemente wie beispielsweise Stecker oder vorverdrahtete Bauelemente mitzuverkleben, kann eine Verlängerung der klebenden Phase des Klebemittels 10 in Betracht gezogen werden.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Expansionsmittel 14 so gewählt werden, dass sich dieses nach dem Klebevorgang bei eintretender Abkühlung in seinem Volumen wieder zusammenzieht. Hier eignen sich insbesondere ggf fluorierte, niedrig siedende Kohlenwasserstoffe als Expansionsmittel.