WO2017207164A1 - Kapselung einer leiterplatte - Google Patents

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WO2017207164A1
WO2017207164A1 PCT/EP2017/059276 EP2017059276W WO2017207164A1 WO 2017207164 A1 WO2017207164 A1 WO 2017207164A1 EP 2017059276 W EP2017059276 W EP 2017059276W WO 2017207164 A1 WO2017207164 A1 WO 2017207164A1
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Dirk Osswald
Andreas Wehrle
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/0091—Housing specially adapted for small components
    • H05K5/0095—Housing specially adapted for small components hermetically-sealed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material

Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board with a lid for the encapsulation of components located on the circuit board by means of a
  • Hot riveting is arranged on the circuit board.
  • field devices are often used which serve to detect and / or influence process variables.
  • Sensors that are used, for example, in level gauges, flowmeters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity meters, etc., which contain the corresponding process variables level, flow, pressure, temperature, pH value, redox potential, resp Detect conductivity.
  • actuators such as valves or pumps, are used to control the flow of a liquid in a single fluid
  • Pipe section or the level can be changed in a container.
  • Field devices are in principle all those devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information. In connection with the invention are under
  • Field devices also include remote I / Os, radio adapters or general
  • an elastomer for example Silgel®
  • Silgel® elastomer
  • a capping of the printed circuit board is necessary, by means of which the potting is fixed at the relevant points on the printed circuit board at least until it cures, in which case the fixing of the lid is critical, since on the one hand this should be time-consuming and fast.
  • the invention is therefore based on the object to provide a secure encapsulation of electronic components on printed circuit boards, which
  • the invention solves this problem with a printed circuit board
  • located components is disposed at least on a portion of an upper surface of the circuit board.
  • the first lid according to the invention by means of at least one
  • Hot rivet connection which consists of at least one hot-rivet pin and at least one passage corresponding to the pin, fixed to the printed circuit board.
  • the lid in contrast to existing methods little effort and quickly attached. It is advantageous here if the at least one hot-rivetable pin is arranged on the first cover and the printed circuit board has the one or more bushings corresponding thereto.
  • a second Lid is arranged, which means of at least one
  • Hot rivet connection is attached to the circuit board.
  • the first cover and / or second cover is configured such that at least one cavity is formed between the circuit board and the first cover and / or the second cover, and that in the at least one cavity, a potting material, for example SilGel ® is introduced.
  • a potting material for example SilGel ® is introduced.
  • the first cover and / or the second cover for sealing the at least one cavity it is necessary for the first cover and / or the second cover for sealing the at least one cavity to comprise at least one sealing element to protect against leakage of the uncured potting material.
  • a sealing element especially a sealing cord with O- or X-shaped cross section offers.
  • the at least first cover is made of a heat-Riveting material
  • the at least one pin is designed as an integral part of the first lid, whereby a separate attachment of the pins, for example by injection, is superfluous.
  • the invention provides a method for attaching the at least one cover on the circuit board according to one of the previously described embodiments variants. It includes the following
  • a first cover is so on an upper surface of the circuit board
  • At least one cavity is formed between the printed circuit board and the first cover and / or the second cover, it is preferred that the at least one cavity be formed by means of a potting material
  • a particularly time-efficient variant of the method is that the pins are simultaneously hot-riveted.
  • Fig. 1 a circuit board with two inventively arranged lids.
  • FIG. 1 shows a printed circuit board 1 with a first cover 2 arranged on the upper side 3 and a second cover 7 arranged on the lower side 6.
  • the two covers 2, 7 are connected to the circuit board 1 via hot rivet connections 4, 5, 10. In the example shown, this takes place via four H devisnieteducationen 4, 5, 10. These consist of a respectively arranged on the first cover 2 pin 4, a passage 5 at the
  • the first cover 2 is such a form-fitting plugged onto the top 3 of the circuit board 1, so that the four pins. 4 on the back of the four bushings 5 on the circuit board 1 survive.
  • the second cover 7 is fitted in a form-fitting manner onto the pins 4 protruding on the rear side, which protrude on the underside 6 of the printed circuit board 1, wherein the pins 4 also engage through the through-holes 10 provided there for the second cover 7.
  • those parts of the pins 4, which protrude beyond the bushings 10 on the second cover hot riveted. Depending on the production plant, this can be done serially or simultaneously.
  • the first cover 2 is made of a H Schonietbaren material and the pins 4 are designed as an integral part of the first lid 2. As a result, it is not necessary to attach the four pins 4 in an upstream production step on the first cover 2.
  • the two covers 2, 7 also each comprise a directed to the circuit board 1 cavity 8.
  • the lid 2, 7 each have a potting material, for example, a silicone elastomer can be introduced. Leakage of possibly not cured potting material is prevented by two sealing elements 9.
  • the sealing elements 9 are arranged on the first cover 2 and on the second cover 7 in such a way that they close the cavity 8 in a form-fitting manner to the upper side 3 or to the lower side 6.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Casings For Electric Apparatus (AREA)
  • Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung betriffteine Leiterplatte miteinem Deckel,der zur Kapselung von auf der Leiterplattebefindlichen Bauteilen auf der Leiterplatte angeordnet ist. Dabei ist der Deckel erfindungsgemäß mittels zumindest einer Heißnietverbindung, welche zumindest aus einem heißnietbaren Zapfen und zumindest einer zum Zapfenkorrespondierenden Durchführungbesteht,an der Leiterplatte befestigt. Hierdurch kann der Deckel, in den das spätere Vergussmaterial eingebracht wird,im Gegensatz zu bestehenden Verfahren aufwandsarm und schnell befestigt werden. Durch die erfindungsgemäße Befestigung wird es außerdem ermöglicht,einenzweiten Deckel zur Kapselung auf der Unterseite der Leiterplatteanzubringen,ohne dass ein zusätzlicher Befestigungs-Schritt notwendig wird.

Description

Kapselung einer Leiterplatte
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einem Deckel, der zur Kapselung von auf der Leiterplatte befindlichen Bauteilen mittels eines
Heißnietverfahrens auf der Leiterplatte angeordnet ist.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisie- rungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH- Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem
Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle diejenigen Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter
Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein
elektronische Komponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
Speziell die elektronischen Komponenten von Feldgeräten müssen aufgrund ihrer besonderen Einsatzbedingungen gekapselt werden. Dies dient einerseits dem Schutz der elektronischen Bauteile vor Umwelteinflüssen wie Staub, Temperatur oder Feuchtigkeit. Andererseits trägt die Kapselung dazu bei, dass das Füllstandsmessgerät entsprechende Explosionsschutzvorschriften einhält. Explosionsschutzvorschriften werden in Europa unter anderem durch die Normenreihe EN 60079 festgelegt. Bei der Verwendung von Verguss-Kapselung elektronischer Bauteile wird im Rahmen der Normenreihe EN 60079 von der Explosionsschutzart„Ex- m" gesprochen. Zum Verguss von elektronischen Bauteilen, die auf einer Leiterplatte angebracht sind, kann ein Elastomer, beispielsweise Silgel ® verwendet werden. In diesen Fällen ist eine Deckelung der Leiterplatte notwendig, durch die der Verguss zumindest bis zu dessen Aushärten an den entsprechenden Stellen auf der Leiterplatte fixiert wird. Kritisch ist hierbei die Fixierung des Deckels, da dies einerseits aufwandsarm und schnell geschehen soll.
Anderseits muss der Deckel aber derart angebracht sein, dass ein Auslaufen des noch nicht ausgehärteten Vergussmaterials, beispielsweise bei unebenen Leiterplatten, verhindert wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine sichere Kapselung von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten bereitzustellen, welche
aufwandsarm und schnell angebracht werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Leiterplatte mit
- einem ersten Deckel, der zur Kapselung von auf der Leiterplatte
befindlichen Bauteilen zumindest auf einem Teilbereich einer Oberseite der Leiterplatte angeordnet ist.
Dabei ist der erste Deckel erfindungsgemäß mittels zumindest einer
Heißnietverbindung, welche zumindest aus einem heißnietbaren Zapfen und zumindest einer zum Zapfen korrespondierenden Durchführung besteht, an der Leiterplatte befestigt.
Hierdurch kann der Deckel im Gegensatz zu bestehenden Verfahren aufwandsarm und schnell befestigt werden. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn der zumindest eine heißnietbare Zapfen am ersten Deckel angeordnet ist und die Leiterplatte die hierzu korrespondierende eine oder mehrere Durchführungen aufweist.
Außerdem ist es mithilfe der erfindungsgemäßen Befestigung möglich, dass zumindest auf einem Teilbereich einer Unterseite der Leiterplatte ein zweiter Deckel angeordnet ist, welcher mittels der zumindest einen
Heißnietverbindung an der Leiterplatte befestigt ist.
Zur Kapselung der auf der Leiterplatte befindlichen Bauteile ist es
zweckdienlich, dass der erste Deckel und/oder zweite Deckel derart ausgestaltet sind/ist, dass zwischen der Leiterplatte und dem ersten Deckel und/oder dem zweiten Deckel zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, und dass in den zumindest einen Hohlraum ein Vergussmaterial, beispielsweise SilGel® eingebracht ist. In diesem Fall ist es notwendig, dass zum Schutz gegen Auslaufen des nicht-ausgehärteten Vergussmaterials der erste Deckel und/oder der zweite Deckel zur Abdichtung des zumindest einen Hohlraums zumindest ein Dichtelement umfassen/umfasst. Als Dichtelement bietet sich vor allem eine Dichtschnur mit O- oder X-förmigem Querschnitt an.
Sofern der zumindest erste Deckel aus einem heißnietbaren Material gefertigt ist, ist es zudem möglich, dass der zumindest eine Zapfen als integraler Bestandteil des ersten Deckels ausgestaltet ist, wodurch eine separate Anbringung der Zapfen, beispielsweise durch Anspritzen, überflüssig wird.
Des Weiteren sieht die Erfindung ein Verfahren zur Befestigung des zumindest eines Deckels auf der Leiterplatte nach einem der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungsvarianten vor. Es umfasst folgende
Verfahrensschritte:
- ein erster Deckel wird derart auf einer Oberseite der Leiterplatte
aufgesteckt, dass der zumindest eine Zapfen durch die zumindest eine Durchführung greift, und
- der zumindest eine Zapfen wird derart heißverformt, dass zwischen der Leiterplatte und dem ersten Deckel eine Heißnietverbindung
ausgebildet wird.
Für den Fall, dass auf der Unterseite der Leiterplatte ein zweiter Deckel vorgesehen ist, wird zudem
- der zweite Deckel nach Aufstecken des ersten Deckels derart auf die Unterseite aufgesteckt, dass der zumindest eine Zapfen durch die zumindest eine Durchführung der Leiterplatte und zumindest eine zum Zapfen korrespondierende Durchführung im zweiten Deckel greift.
Sofern zwischen der Leiterplatte und dem ersten Deckel und/oder dem zweiten Deckel zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, wird vorzugsweise - der zumindest eine Hohlraum mittels eines Vergussmaterials
vergossen.
In dem Fall, in dem der zumindest erste Deckel über eine Mehrzahl an Heißnietverbindungen an der Leiterplatte angebracht wird, besteht außerdem eine besonders zeiteffiziente Variante des Verfahrens darin, dass die Zapfen gleichzeitig heißvernietet werden.
Anhand der nachfolgenden Figur wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine Leiterplatte mit zwei erfindungsgemäß angeordneten Deckeln.
Fig. 1 zeigt eine Leiterplatte 1 mit einem auf der Oberseite 3 angeordneten ersten Deckel 2 sowie einem auf der Unterseite 6 angeordneten zweiten Deckel 7.
Erfindungsgemäß sind die zwei Deckel 2, 7 über Heißnietverbindungen 4, 5, 10 mit der Leiterplatte 1 verbunden . In dem gezeigten Beispiel erfolgt dies über vier Heißnietverbindungen 4, 5, 10. Diese bestehen jeweils aus einem am ersten Deckel 2 angeordneten Zapfen 4, einer Durchführung 5 an der
Leiterplatte 1 und einer weiteren Durchführung 10 am zweiten Deckel 7. Durch diese Anordnung ist eine einfache Montage der zwei Deckel 2, 7 möglich: Zuerst wird der erste Deckel 2 derart formschlüssig auf die Oberseite 3 der Leiterplatte 1 aufgesteckt, so dass die vier Zapfen 4 rückseitig aus den vier Durchführungen 5 auf der Leiterplatte 1 überstehen. Im Anschluss wird der zweite Deckel 7 auf die rückseitig überstehenden Zapfen 4, die auf der Unterseite 6 der Leiterplatte 1 überstehen, formschlüssig aufgesteckt, wobei auch beim zweiten Deckel 7 die Zapfen 4 durch die dort vorgesehenen Durchführungen 10 greifen. Abschließend werden diejenigen Teile der Zapfen 4, die über die Durchführungen 10 am zweiten Deckel hinausstehen, heißvernietet. Dies kann je nach Fertigungsanlage seriell oder simultan erfolgen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Deckel 2 aus einem heißnietbaren Material gefertigt und die Zapfen 4 sind als integraler Bestandteil des ersten Deckels 2 konzipiert. Hierdurch ist es nicht notwendig, die vier Zapfen 4 in einem vorgelagerten Fertigungsschritt am ersten Deckel 2 anzubringen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die zwei Deckel 2, 7 zudem jeweils einen zur Leiterplatte 1 gerichteten Hohlraum 8. In diese kann nach dem Heißvernieten der Deckel 2, 7 jeweils ein Vergussmaterial, beispielsweise ein Silikon-Elastomer eingebracht werden. Ein Auslaufen des eventuell noch nicht ausgehärteten Vergussmaterials wird durch zwei Dichtelemente 9 verhindert. Zu diesem Zweck sind die Dichtelemente 9 derart am ersten Deckel 2 bzw. am zweiten Deckel 7 angeordnet, dass sie den Hohlraum 8 formschlüssig zur Oberseite 3 bzw. zur Unterseite 6 hin abschließen. Durch das Vergussmaterial werden Bauteile, die auf der Oberseite 3 oder der Unterseite 6 der Leiterplatte angebracht sind, auf einfachem Wege verkapselt und entsprechend geschützt.
Bezugszeichenliste
1 Leiterplatte
2 Erster Deckel
3 Oberseite
4 Zapfen
5 Durchführung
6 Unterseite
7 Zweiter Deckel
8 Hohlraum
9 Dichtelement
10 Durchführung

Claims

Patentansprüche
1 . Leiterplatte, mit
- einem ersten Deckel (2), der zur Kapselung von auf der Leiterplatte (1 ) befindlichen Bauteilen zumindest auf einem Teilbereich einer Oberseite
(3) der Leiterplatte (1 ) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Deckel (2) mittels zumindest einer Heißnietverbindung (4, 5, 10), welche zumindest aus einem heißnietbaren Zapfen (4) und zumindest einer zum Zapfen (4) korrespondierenden Durchführung (5) besteht, an der Leiterplatte (1 ) befestigt ist.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine heißnietbare Zapfen (4) am ersten Deckel (2) angeordnet ist, und wobei die Leiterplatte (1 ) die zumindest eine Durchführung (5) aufweist.
3. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest auf einem Teilbereich einer Unterseite (6) der Leiterplatte (1 ) ein zweiter Deckel (7) angeordnet ist, welcher mittels der zumindest einen Heißnietverbindung (4, 5, 10) an der Leiterplatte (1 ) befestigt ist.
4. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Deckel (2) und/oder zweite Deckel (7) derart ausgestaltet sind/ist, dass zwischen der Leiterplatte (1 ) und dem ersten Deckel (2) und/oder dem zweiten Deckel (7) zumindest ein Hohlraum (8) ausgebildet ist.
5. Leiterplatte nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
in den zumindest einen Hohlraum (8) ein Vergussmaterial eingebracht ist.
6. Leiterplatte nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Deckel (2) und/oder der zweite Deckel (7) zur Abdichtung des zumindest einen Hohlraums (8) zumindest ein Dichtelement (9)
umfassen/umfasst.
7. Leiterplatte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest der erste Deckel (2) aus einem heißnietbaren Material gefertigt ist, und dass der zumindest eine Zapfen 4 als integraler Bestandteil des ersten Deckels (2) ausgestaltet ist.
8. Verfahren zur Befestigung zumindest eines Deckels (2) auf einer
Leiterplatte (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, folgende Verfahrensschritte umfassend:
- ein erster Deckel (2) wird derart auf einer Oberseite (3) der Leiterplatte (1 ) aufgesteckt, dass der zumindest eine Zapfen (4) durch die zumindest eine Durchführung (5) greift, und
- der zumindest eine Zapfen (4) wird derart heißverformt, dass zwischen der Leiterplatte (1 ) und dem ersten Deckel (2) eine Heißnietverbindung (4, 5) ausgebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für den Fall, dass auf der Unterseite (6) der Leiterplatte (1 ) ein zweiter Deckel (7) vorgesehen ist,
- der zweite Deckel (7) nach Aufstecken des ersten Deckels (2) derart auf die Unterseite (6) aufgesteckt wird, dass der zumindest eine Zapfen (4) durch die zumindest eine Durchführung (5) der Leiterplatte (1 ) und zumindest eine zum Zapfen (4) korrespondierende Durchführung (10) im zweiten Deckel (7) greift.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei für den Fall, dass zwischen der Leiterplatte und dem ersten Deckel (2) und/oder dem zweiten Deckel (7) zumindest ein Hohlraum (8) ausgebildet ist, - der zumindest eine Hohlraum (8) mittels eines Vergussmaterials vergossen wird.
1 1 . Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei für den Fall, dass der zumindest erste Deckel (2) über eine Mehrzahl an
Heißnietverbindungen (4, 5, 10) an der Leiterplatte (1 ) angebracht wird, die Zapfen (4) gleichzeitig heißvernietet werden.
PCT/EP2017/059276 2016-05-31 2017-04-19 Kapselung einer leiterplatte Ceased WO2017207164A1 (de)

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DE102016110052.8A DE102016110052B4 (de) 2016-05-31 2016-05-31 Feldgerät mit einer gekapselten Leiterplatte sowie Verfahren zur Kapselung einer Leiterplatte eines solchen Feldgerätes

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