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WO2013037698A1 - Leiterplatte und elektrische bauteile zum einsatz in aggressiver umgebung und verfahren zur herstellung einer solchen leiterplatte - Google Patents

Leiterplatte und elektrische bauteile zum einsatz in aggressiver umgebung und verfahren zur herstellung einer solchen leiterplatte Download PDF

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WO2013037698A1
WO2013037698A1 PCT/EP2012/067434 EP2012067434W WO2013037698A1 WO 2013037698 A1 WO2013037698 A1 WO 2013037698A1 EP 2012067434 W EP2012067434 W EP 2012067434W WO 2013037698 A1 WO2013037698 A1 WO 2013037698A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit board
component
copper
base plate
contacting 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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/067434
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Otto
Sabrina RATHGEBER
Marc Fischer
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
Priority to US14/344,521 priority Critical patent/US20140340860A1/en
Publication of WO2013037698A1 publication Critical patent/WO2013037698A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/28—Applying non-metallic protective coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/02—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used
    • F16H61/0202—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric
    • F16H61/0251—Elements specially adapted for electric control units, e.g. valves for converting electrical signals to fluid signals
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H10W90/736—
    • H10W90/756—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49128—Assembling formed circuit to base

Definitions

  • the present invention relates to a printed circuit board and electrical components, which are designed in particular as a basis for a control unit, for use within aggressive media. It is e.g. in automobiles, to integrate the ECUs for individual components directly into the respective component, e.g. a control device for a transmission in the transmission itself. However, then the controller must be protected against aggressive media (for example, ATF, automatic transmission fluid). Constituents of such a medium (e.g., sulfur or sulfur compounds) or the medium itself may react with the copper on the circuit board or on the electrical component, allowing the copper to dissolve. Moreover, the ATF may be due to precipitation or
  • housings are used to hermetically seal off the electrical components from the aggressive media. However, it must be ensured that, despite the shielding, sufficient heat dissipation is ensured so that the components do not overheat.
  • a device which seals a circuit board accordingly to use them within a transmission.
  • a provided with an electrical circuit circuit board made of a ceramic substrate (LTCC) is glued to an aluminum plate for heat dissipation.
  • a plastic lid with a circumferential seal is then attached form-fitting on the aluminum plate, for example by riveting.
  • a control unit which has only a lid.
  • a circuit carrier which is usually made of LTCC, is provided with a circuit. Thereafter, a lid is attached to the circuit board, which hermetically seals the electrical circuit, possibly using an additional seal.
  • Lids are fitted with a hold-down device which, on the one hand, ensures the tight fit of the components and, on the other hand, is responsible for heat dissipation.
  • a base plate is used, on which conductor tracks or electrical circuits are applied made of copper. If several such plates are stacked on top of each other, the result is one
  • Printed circuit board with multilayer construction Such, at least monolayer constructed base plate now has two surfaces that can be equipped with components. For this purpose, copper surfaces are mounted on the surfaces to which corresponding electronic components can be soldered. It is irrelevant whether it is the mounting method to the
  • the printed circuit board according to the invention has a coating which is correspondingly resistant. Therefore, it is possible to directly suspend the printed circuit board according to the invention media that would otherwise dissolve the copper and / or would form electrically conductive deposits thereon and therefore shorten the life of the circuit board drastically.
  • the electrical component according to the invention consists of a semiconductor chip, which is surrounded by a plastic jacket.
  • the chip is thus already before
  • this can be applied to a base plate.
  • the chip is mounted directly on the base plate and provides electrical
  • the base plate is configured analogously to the base plate of the printed circuit board, ie it is at least single-layered and comprises inner and / or outer conductor tracks, and copper surfaces are located on the surface of the base plate
  • BGA Ball Grid Array
  • LGA Land Grid Array
  • the chip can be connected to contacting elements made of copper, wherein the
  • the contacting element may be formed of copper or another material which is resistant to copper attacking media. In this way, the amount of exposed copper is reduced.
  • Both described variants of the electrical component have in common that all exposed copper is provided with a coating which is resistant to the surrounding medium, preferably liquid media, in particular oils. It is therefore possible to expose the electrical component according to the invention directly to media which otherwise dissolve the copper and / or would form electrically conductive deposits and therefore the
  • the coating in the circuit board according to the invention or the components of the invention from NiAu, NiPdAu, NiPdAgAu, PdAg, Sn or Ag exist, since these metals or metal alloy additionally have a good soldering property.
  • the contacting element is preferably made of pure Sn, Al or Ni or of alloys with these materials (for example FeNi) or of electrically conductive plastic.
  • the plastic can either be self-conducting or provided with appropriate conductive additives.
  • solder mask (solder mask) provided, which covers all located on the surface tracks (coated or uncoated).
  • solder mask can either be used to mount components
  • SMD solder mask defined
  • NSMD non solder mask defined
  • the printed circuit boards or components are manufactured with the following methods, which differ in whether there are conductor tracks on the surface and how the solder mask is to be applied (SMD or NSMD):
  • SMD or NSMD solder mask
  • a triple point forms when solder mask, copper and coating meet. Therefore, the manufacturing process must be changed for the layout variant SMD or in the presence of external tracks.
  • Circuit boards or components with SMD layout and / or outer conductor tracks are preferably produced by the following method: First, the at least single-layer base plate is produced. If a component is to be fabricated, then a semiconductor chip is then mounted on the surface and electrically connected to the base plate (e.g., by bonding). To protect the chip from external influences, the chip and the surface of the base plate are surrounded by a plastic jacket. The application of chip and jacket is omitted when a circuit board is made. All previous steps are analogous to the previous procedure. Thereafter, all exposed copper layers (outer traces and / or copper surfaces for
  • a coating is completely or partially provided with a coating.
  • the solder resist is applied, which can be formed either as SMD or NSMD. Since this step may adversely affect the quality of the coating, it is preferred to finish the inspection to eventually finish the coating.
  • Components which do not contain a base plate, but rather a contacting element are preferably produced by the following method: First, a contacting element is produced, which may consist, for example, of copper or a copper compound (eg CuFe 2 P) or of a material that is resistant to copper-attacking medium. Subsequently, a coating is applied to the contacting element only if it contains copper. The contacting element can now be connected to a semiconductor chip before a plastic jacket is placed around the chip, which partially covers the contacting elements. In a final step, the existing coating must be checked and, if necessary, coated again.
  • the base plate or the contacting element e.g. is structured by laser, or that, for example, a chemical adhesion promoter is applied before attaching a plastic sheath.
  • the printed circuit board described and / or the described component may preferably serve to produce a transmission control unit therefrom.
  • control unit is no longer required by further measures, such as by a housing, of the
  • FIG. 1 shows a printed circuit board which is suitable both for surface mounting (SMT) and for through-hole mounting (THT) with a coating according to the invention in the "non solder mask defined" embodiment
  • FIG. 2 shows a circuit board which is suitable both for surface mounting (SMT) and for through-hole mounting (THT) with a coating according to the invention in the "solder mask defined" embodiment
  • FIG. 3 shows a component which is intended for contacting by means of LGA technology, with a coating according to the invention in the "non solder mask defined" embodiment
  • FIG. 4 shows a component which is intended for contacting by means of LGA technology, with a coating according to the invention in the "solder mask defined" embodiment
  • FIG. 5 A component which has a contacting element instead of a
  • Base plate contains.
  • a base plate 2 which is preferably made of a glass fiber resin or a paper-resin composite, contains, by way of example, three internal copper layers 3 containing electrical circuits. On the surface of the base plate 2 are copper surfaces 4, which can preferably accommodate components according to the SMT principle. In addition, the base plate 2 contains
  • Copper surfaces 5 which serve as a via, to several internal
  • the Copper surfaces 4, 5 are coated to protect against aggressive media with another metal 7, which is resistant to the surrounding medium of the plate, in particular an ATF.
  • the copper is hermetically shielded from the ATF by metallization. Thus, the copper can not be attacked, which is a prerequisite for use of the (otherwise unprotected) circuit board as a control unit within a transmission.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the invention.
  • the same elements as in Figure 1 are provided with the same reference numerals.
  • the copper surfaces 4, 5 are partially obscured by the applied solder mask 6 (SMD). Besides, too
  • the second embodiment also ensures that all
  • exposed copper is hermetically shielded from the ATF.
  • FIG. 3 shows a component 9 according to the invention in a first embodiment.
  • the structure of the base plate 2 and the copper surfaces 4 for making an electrical contact is largely identical to the structure of the circuit board 1 of Figure 1. Therefore, the same or similar elements have been designated by the same reference numeral.
  • a semiconductor chip 10 In contrast to the circuit board 1 is located on one side of the base plate 2, a semiconductor chip 10. This chip can be
  • a plastic jacket 12 is applied to the surface of the base plate, the chip 10 and bonds 1 1 completely covered.
  • solder resist 6, copper surfaces 4 and coating 7 is identical to the structure of FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a component in a further embodiment of the invention.
  • a chip 10 is mounted analogous to Figure 3, which by bonding
  • a plastic sheath 12 protects the chip and the bonds.
  • Embodiment of the printed circuit board Embodiment of the printed circuit board.
  • Figure 5 shows a component used without base plate. It has contacting elements 13, which are connected to the chip 10, for example by bonding 1 1.
  • the plastic sheath includes not only chip 10 and bonds 1 1, but also partially the contacting elements 13.
  • the contacting element In order to hermetically protect all copper surfaces relative to the ATF in this embodiment, the contacting element must be completely coated. Alternatively, it may be made of a material that is resistant to the ATF.

Landscapes

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  • Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst eine mindestens einschichtige elektrische Leiterplatte (1) mit innen und/oder außen liegenden Leiterbahnen bzw. elektrischen Schaltungen (3, 8), die auf der Oberfläche angeordnete Kupferflächen (4, 5) zum Bestücken mit elektrischen Komponenten aufweist und/oder die Kupferflächen (5) zum elektrischen Verbinden von mindestens zwei Schichten der Leiterplatte aufweist, und die von Medien, insbesondere flüssigen Medien, weiter insbesondere Öl, zumindest teilweise umschlossen oder diesem direkt ausgesetzt ist, wobei die genannten Kupferflächen (4, 5) sowie freiliegende Leiterbahnen (8) mit einem weiteren Metall (7) beschichtet sind.

Description

Beschreibung Titel
Leiterplatte und elektrische Bauteile zum Einsatz in aggressiver Umgebung und Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplatte
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte sowie elektrische Bauteile, die insbesondere als Basis für ein Steuergerät ausgelegt sind, zum Einsatz innerhalb von aggressiven Medien. Es ist z.B. bei Automobilen gängig, die Steuergeräte für einzelne Komponenten direkt in die jeweilige Komponente zu integrieren, z.B. ein Steuergerät für ein Getriebe in das Getriebe selbst. Jedoch muss dann das Steuergerät vor aggressiven Medien (z.B. ATF, automatic transmission fluid) geschützt werden. Bestandteile eines solchen Mediums (z.B. Schwefel oder Schwefelverbindungen) oder das Medium selbst können mit dem Kupfer auf der Leiterplatte bzw. auf dem elektrischen Bauteil reagieren, wodurch das Kupfer in Lösung gehen kann. Außerdem kann das ATF durch Niederschlag oder
Migration von gelöstem Kupfer leitfähige Ablagerungen bilden, wodurch unerwünschte leitende Verbindungen entstehen können.
Um die Steuergeräte zu schützen, verwendet man Gehäuse, welche die elektrischen Komponenten von den aggressiven Medien hermetisch abriegeln. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass trotz der Abschirmung eine ausreichende Wärmeabfuhr gegeben ist, damit die Bauteile nicht überhitzen.
Aus der DE 199 07 949 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Leiterplatte entsprechend abdichtet, um sie innerhalb eines Getriebes einzusetzen. Dazu wird eine mit einer elektrischen Schaltung versehene Leiterplatte aus einem Keramiksubstrat (LTCC) zur Wärmeabfuhr auf eine Aluminiumplatte geklebt. Ein Kunststoffdeckel mit einer umlaufenden Dichtung wird anschließend auf der Aluminiumplatte formschlüssig befestigt, z.B. durch Nieten. Durch Leiterbahnen, die zwischen Aluminiumplatte und Dichtung den abgeriegelten Bereich verlassen, kann die elektronische Schaltung mit der Umgebung kommunizieren.
Eine ähnliche Herangehensweise zeigt auch die DE 10 2007 061 1 16 A1 . Hier wird ein erster Gehäuseteil in Form einer Wanne verwendet, in der die elektrischen Bauelemente angebracht sind. Mit dieser Wanne wird ein Deckel stoffschlüssig verbunden, wobei die Verbindung auch gleichzeitig die Abdichtung ist. Die Wanne bietet mit ihrer großen Grundfläche die Möglichkeit zur Abführung von entstehender Wärme.
Schließlich ist aus der DE 10 2007 045 261 A1 ein Steuergerät bekannt, das lediglich einen Deckel aufweist. Ein Schaltungsträger, der üblicherweise aus LTCC hergestellt ist, wird mit einer Schaltung versehen. Danach wird ein Deckel auf dem Schaltungsträger befestigt, der die elektrische Schaltung hermetisch abdichtet, evtl. unter Verwendung einer zusätzlichen Dichtung. Innerhalb des
Deckels ist ein Niederhalter angebracht, der einerseits für den festen Sitz der Komponenten sorgt und andererseits für die Wärmeabfuhr zuständig ist.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Leiterplatte nach Anspruch 1 und die erfindungsgemäßen Bauteile nach Ansprüchen 2 und 3 können direkt innerhalb eines Kupfer angreifenden Mediums verwendet werden, ohne dass ihre Funktionsweise eingeschränkt wird. Ansprüche 8 bis 10 beschreiben ein Verfahren zum
Herstellen solcher Leiterplatten bzw. Bauteile und Anspruch 12 ein Getriebe, das eine solche Leiterplatte und/oder solche Bauteile umfasst.
Für die erfindungsgemäße Leiterplatte wird eine Basisplatte verwendet, auf welcher Leiterbahnen bzw. elektrische Schaltungen aus Kupfer aufgebracht sind. Werden mehrere solche Platten übereinander gestapelt, so entsteht eine
Leiterplatte mit Mehrlagenaufbau. Ein solche, mindestens einschichtig aufgebaute Basisplatte besitzt nun zwei Oberflächen, die mit Komponenten bestückt werden können. Dazu sind Kupferflächen auf den Oberflächen angebracht, auf die entsprechende elektronische Komponenten aufgelötet werden können. Es ist dabei unerheblich, ob es sich bei der Montageart um die
Oberflächenmontage (SMT, surface-mounting technology), die Durchsteckmontage (THT, through-hole technology) oder um eine sonstige Montageart handelt. Um das Kupfer vor aggressiven Medien zu schützen, weist die erfindungsgemäße Leiterplatte eine Beschichtung auf, die entsprechend resistent ist. Daher ist es möglich, die erfindungsgemäße Leiterplatte direkt Medien auszusetzen, die das Kupfer ansonsten auflösen und/oder darauf elektrisch leitfähige Ablagerungen bilden würden und daher die Lebensdauer der Leiterplatte drastisch verkürzen.
Das erfindungsgemäße elektrische Bauteil besteht aus einem Halbleiterchip, der von einem Kunststoffmantel umgeben ist. Der Chip ist somit bereits vor dem
Umgebungsmedium geschützt. Zum Verbinden des Chips mit anderen
Komponenten, kann dieser auf eine Basisplatte aufgebracht werden. In diesem Fall ist der Chip direkt auf der Basisplatte montiert und stellt elektrische
Verbindungen mit dieser her; der Kunststoffmantel dient als„Deckel", der auf der Basisplatte aufliegt. Die Basisplatte ist analog zu der Basisplatte der Leiterplatte ausgestaltet, ist also mindestens einschichtig und umfasst innen und/oder außen liegende Leiterbahnen. Weiterhin befinden sich Kupferflächen auf der Oberfläche der Basisplatte, die zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit anderen Komponenten dienen. Dazu können z.B. die Techniken Ball Grid Array (BGA) oder Land Grid Array (LGA) verwendet werden.
In einer alternativen Variante des elektrischen Bauteils kann der Chip mit Kontaktierungselementen aus Kupfer verbunden werden, wobei die
Kontaktierungselemente teilweise von dem Kunststoffmantel des Chips umschlossen sind. Dies ist z.B. in der Bauweise Quad Fiat Package (QFP) realisiert. Das Kontaktierungselement kann dabei aus Kupfer oder einem anderen Material ausgebildet sein, das gegenüber kupferangreifenden Medien resistent ist. Auf diese Weise wird die Menge des freiliegenden Kupfers verringert.
Beide beschriebenen Varianten des elektrischen Bauteils haben gemeinsam, dass sämtliches freiliegendes Kupfer mit einer Beschichtung versehen ist, die resistent gegenüber dem Umgebungsmedium ist, bevorzugt flüssige Medien, insbesondere Öle. Daher ist es möglich, das erfindungsgemäße elektrische Bauteil direkt Medien auszusetzen, die das Kupfer ansonsten auflösen und/oder darauf elektrisch leitfähige Ablagerungen bilden würden und daher die
Lebensdauer des Bauteils drastisch verkürzen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
In vorteilhafter Weise kann die Beschichtung bei der erfindungsgemäßen Leiterplatte bzw. den erfindungsgemäßen Bauteilen aus NiAu, NiPdAu, NiPdAgAu, PdAg, Sn oder Ag bestehen, da diese Metalle bzw. Metalllegierung zusätzlich eine gute Löteigenschaft aufweisen. Außerdem ist es vorteilhaft, dass sämtliche freiliegenden Kupferschichten vollständig metallisch beschichtet sind. Nur so wird sichergestellt, dass das aggressive Medium die Kupferschichten nicht mehr erreichen kann und damit sämtliches Kupfer der Leiterplatte vollständig von der Umgebung abgeschirmt ist.
Wird für ein Bauteil ein Kontaktierungselement verwendet, das gegenüber kupferangreifenden Medien resistent ist, so ist das Kontaktierungselement vorzugsweise aus reinem Sn, AI oder Ni oder aus Legierungen mit diesen Werkstoffen (z.B. FeNi) oder aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gefertigt. Der Kunststoff kann entweder selbstleitend oder mit entsprechenden leitenden Additiven versehen sein.
Bevorzugt wird die Basisplatte von Leiterplatte oder Bauteil mit einem
Lötstopplack (solder mask) versehen, der sämtliche auf der Oberfläche befindlichen Leiterbahnen (beschichtet oder unbeschichtet) abdeckt. Zusätzlich kann der Lötstopplack entweder die zur Montage von Komponenten
vorgesehenen Kupferflächen teilweise bedecken (SMD, solder mask defined), oder überhaupt nicht berühren (NSMD, non solder mask defined). Damit wird eine Montage von elektronischen Komponenten je nach Anforderungsprofil auf die eine (SMD) oder auf die andere Variante (NSMD) ermöglicht.
Besonders bevorzugt werden die Leiterplatten oder Bauteile mit den folgenden Verfahren hergestellt, die sich darin unterscheiden, ob Leiterbahnen auf der Oberfläche vorhanden sind und wie der Lötstopplack aufgebracht werden soll (SMD oder NSMD): Die Herstellung von Leiterplatten oder Bauteilen ohne äußere Leiterbahnen und mit der Layoutvariante NSMD, also Leiterplatten bzw. Bauteile, bei welchen sämtliche Verbindungen in den Innenlagen hergestellt werden, läuft wie folgt ab: Zunächst wird die Basisplatte hergestellt, die mindestens eine Kupferschicht im Inneren enthält. Falls ein Bauteil hergestellt werden soll, wird anschließend ein
Halbleiterchip auf der Oberfläche montiert und mit der Basisplatte elektrisch verbunden. Um den Chip vor äußeren Einflüssen zu schützen, werden der Chip und die Oberfläche der Basisplatte von einem Kunststoffmantel umgeben. Das Aufbringen von Chip und Mantel entfällt, wenn eine Leiterplatte hergestellt wird. Anschließend kann ein Lötstopplack auf die Oberflächen der Basisplatte aufgebracht werden, der als NSMD ausgeführt ist, die Kupferflächen also nicht berührt. Auf Grund des Abstandes des Lötstopplacks zu den Kupferflächen ist es als abschließender Schritt problemlos möglich, die Kupferflächen zu beschichten. Sollte die zuvor genannte Konfiguration nicht gewünscht sein, so muss bei der
Herstellung die Bildung von Tripelpunkten vermieden werden. Ein Tripelpunkt bildet sich, wenn Lötstopplack, Kupfer und Beschichtung aufeinander treffen. Daher muss für die Layoutvariante SMD oder bei Vorhandensein äußerer Leiterbahnen das Herstellungsverfahren abgeändert werden.
Leiterplatten oder Bauteile mit SMD Layout und/oder äußeren Leiterbahnen werden bevorzugt nach dem folgenden Verfahren hergestellt: Zunächst wird die mindestens einschichtige Basisplatte hergestellt. Falls ein Bauteil hergestellt werden soll, wird anschließend ein Halbleiterchip auf der Oberfläche montiert und mit der Basisplatte elektrisch verbunden (z.B. durch Bonden). Um den Chip vor äußeren Einflüssen zu schützen, werden der Chip und die Oberfläche der Basisplatte von einem Kunststoff mantel umgeben. Das Aufbringen von Chip und Mantel entfällt, wenn eine Leiterplatte hergestellt wird. Alle bisher durchgeführten Schritte sind analog zum vorherigen Verfahren. Danach können sämtliche freiliegenden Kupferschichten (äußere Leiterbahnen und/oder Kupferflächen zum
Bestücken mit Komponenten) vollständig oder teilweise mit einer Beschichtung versehen werden. Im Anschluss wird der Lötstopplack aufgebracht, der entweder als SMD oder NSMD ausgebildet werden kann. Da dieser Schritt die Qualität der Beschichtung negativ beeinflussen kann, wird bevorzugt als Abschluss eine Kontrolle der Oberfläche durchgeführt, um die Beschichtung eventuell aufzufrischen. Bauteile, die keine Basisplatte, sondern ein Kontaktierungselement enthalten, werden bevorzugt nach folgendem Verfahren hergestellt: Zunächst wird ein Kontaktierungselement gefertigt, das beispielsweise aus Kupfer bzw. einer Kupferverbindung (z.B. CuFe2P) oder aus einem Material bestehen kann, dass gegenüber kupferangreifenden Medium resistent ist. Anschließend wird auf das Kontaktierungselement nur dann eine Beschichtung aufgebracht, wenn es Kupfer enthält. Das Kontaktierungselement kann nun mit einem Halbleiterchip verbunden werden, bevor um den Chip ein Kunststoff mantel gelegt wird, der die Kontaktierungselemente teilweise bedeckt. In einem abschließenden Schritt muss die evtl. vorhandene Beschichtung überprüft und ggf. noch einmal beschichtet werden.
Um ein mögliches Eindringen von Medium zwischen Basisplatte und
Kunststoffmantel bzw. zwischen Kontaktierungselement und Kunststoff mantel zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Haftung zwischen beiden Elementen zu verbessern. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass die Basisplatte bzw. das Kontaktierungselement z.B. mittels Laser strukturiert wird, oder dass vor dem Anbringen eines Kunststoffmantels z.B ein chemischer Haftvermittler aufgetragen wird.
Die beschriebene Leiterplatte und / oder das beschriebene Bauteil können bevorzugt dafür dienen, daraus ein Getriebesteuergerät herzustellen. Durch die erfindungsgemäße metallische Beschichtung freiliegender Kupferflächen ist sie beständig gegenüber kupferangreifenden Medien, wie sie innerhalb von
Getrieben auftreten. Dadurch muss das Steuergerät nicht mehr durch weitere Maßnahmen, wie beispielsweise durch ein Gehäuse, von den
kupferangreifenden Medien abgeschirmt werden, sondern kann diesen direkt ausgesetzt werden. Das macht sogar einen Betrieb der Leiterplatte möglich, wenn diese komplett von dem Medium umschlossen ist.
Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Figur 1 Eine Leiterplatte, die sowohl zur Oberflächenmontage (SMT), als auch zur Durchsteckmontage (THT) geeignet ist, mit erfindungsgemäßer Beschichtung in der Ausführung„non solder mask defined",
Figur 2 Eine Leiterplatte, die sowohl zur Oberflächenmontage (SMT), als auch zur Durchsteckmontage (THT) geeignet ist, mit erfindungsgemäßer Beschichtung in der Ausführung„solder mask defined",
Figur 3 Ein Bauteil, das für eine Kontaktierung mittels LGA - Technik vorgesehen ist, mit erfindungsgemäßer Beschichtung in der Ausführung„non solder mask defined",
Figur 4 Ein Bauteil, das für eine Kontaktierung mittels LGA - Technik vorgesehen ist, mit erfindungsgemäßer Beschichtung in der Ausführung„solder mask defined", und
Figur 5 Ein Bauteil, das ein Kontaktierungselement anstatt einer
Basisplatte enthält.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist beispielhaft der Schnitt durch eine erfindungsgemäße Leiterplatte 1 in einer ersten bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Eine Basisplatte 2, die vorzugsweise aus einem Glasfaser-Harz oder einem Papier-Harz- Verbundwerkstoff hergestellt wurde, enthält beispielhaft drei innen liegende Kupferschichten 3, die elektrische Schaltungen enthalten. Auf der Oberfläche der Basisplatte 2 befinden sich Kupferflächen 4, die bevorzugt Bauteile nach dem SMT-Prinzip aufnehmen können. Zusätzlich enthält die Basisplatte 2
Kupferflächen 5, die als Durchkontaktierung dienen, um mehrere innere
Kupferschichten zu verbinden und/oder das Kontaktloch für Bauteilbestückung nach dem THT-Prinzip bereitstellen.
Ein Lötstopplack 6, z.B. Epoxydharz, ist auf die freie Oberfläche der Basisplatte 2 aufgetragen, der die Kupferflächen 4, 5 jedoch nicht berührt (NSMD). Die Kupferflächen 4, 5 sind zum Schutz gegenüber aggressiven Medien mit einem weiteren Metall 7 beschichtet, das gegenüber dem Umgebungsmedium der Platte, insbesondere einem ATF, resistent ist. Durch diesen Aufbau werden Tripelpunkte, an denen sich die metallische
Beschichtung, das Kupfer und der Lötstopplack berühren vermieden. Das Kupfer ist durch die Metallisierung hermetisch vom ATF abgeschirmt. Damit kann das Kupfer nicht angegriffen werden, was Vorraussetzung für ein Einsatz der (ansonsten ungeschützten) Leiterplatte als Steuergerät innerhalb eines Getriebes ist.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hierbei wurden gleiche Elemente wie in Figur 1 mit den gleichen Bezugsziffern versehen. In der zweiten Ausführungsform werden die Kupferflächen 4, 5 teilweise von dem aufgebrachten Lötstopplack 6 verdeckt (SMD). Außerdem sind auch
Leiterbahnen 8 auf der Oberfläche der Basisplatte 2 vorhanden, die von dem Lötstopplack überdeckt werden sollen. Dies bedeutet, dass die metallische Beschichtung 7 aufgebracht wird, bevor der Lötstopplack 6 aufgebracht wird, da sich ansonsten die bereits erläuterten Tripelpunkte bilden würden. Somit sind in dieser Ausführungsform auch die äußeren Leiterbahnen 8, die eigentlich direkt mit dem Lötstopplack 6 beschichtet sind und daher ausreichend geschützt wären, mit einem Metall beschichtet, welches dann mit dem Lötstopplack überzogen wird.
Daher stellt auch die zweite Ausführungsform sicher, dass sämtliches
freiliegendes Kupfer hermetisch gegenüber dem ATF abgeschirmt ist.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil 9 in einer ersten Ausführungsform. Der Aufbau der Basisplatte 2 und der Kupferflächen 4 zur Herstellung eines elektrischen Kontakts ist weitgehend identisch zu dem Aufbau der Leiterplatte 1 aus Figur 1 . Daher wurden gleiche bzw. ähnliche Elemente mit derselben Bezugsziffer bezeichnet. Im Unterschied zu der Leiterplatte 1 befindet sich auf einer Seite der Basisplatte 2 ein Halbleiterchip 10. Dieser Chip kann
verschiedene Logikschaltungen enthalten, deren Ein- und Ausgänge über die
Kupferflächen 4 der Basisplatte 2 angesteuert werden sollen. Dazu wird der Chip 10 beispielsweise per Bondverfahren mit der Basisplatte verbunden. Um diese Bondverbindungen 1 1 sowie den Chip 10 vor äußeren Einflüssen zu schützen, wird ein Kunststoff mantel 12 auf die Oberfläche der Basisplatte aufgebracht, der Chip 10 und Bondverbindungen 1 1 vollständig bedeckt.
Der Aufbau von Lötstopplack 6, Kupferflächen 4 und Beschichtung 7 ist identisch zu dem Aufbau aus Figur 1.
Figur 4 zeigt ein Bauteil in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Auf einer Basisplatte 2 ist analog zu Figur 3 ein Chip 10 montiert, der durch Bonden
1 1 elektrisch leitend mit dieser verbunden ist. Ein Kunststoff mantel 12 schützt den Chip und die Bondverbindungen.
Analog zu Figur 2 ist Lötstopplack 6, Kupferflächen 4 und Beschichtung 7 in der Layoutvariante NSMD ausgeführt und ist daher identisch zu der zweiten
Ausführungsform der Leiterplatte.
Figur 5 zeigt ein Bauteil, das ohne Basisplatte verwendet wird. Es besitzt Kontaktierungselemente 13, die mit dem Chip 10 beispielsweise durch Bonden 1 1 verbunden sind. Der Kunststoff mantel umfasst dabei nicht nur Chip 10 und Bondverbindungen 1 1 , sondern auch teilweise die Kontaktierungselemente 13. Um auch bei dieser Ausführungsform sämtliche Kupferflächen gegenüber dem ATF hermetisch abzuschirmen, muss das Kontaktierungselement vollständig beschichtet sein. Alternativ kann es aus einem Werkstoff gefertigt sein, der gegenüber dem ATF resistent ist.

Claims

Ansprüche
1 . Mindestens einschichtige elektrische Leiterplatte (1 ) mit innen und/oder außen liegenden Leiterbahnen bzw. elektrischen Schaltungen (3, 8), die auf der Oberfläche angeordnete Kupferflächen (4, 5) zum Bestücken mit elektrischen Komponenten aufweist und/oder
die Kupferflächen (5) zum elektrischen Verbinden von mindestens zwei Schichten der Leiterplatte aufweist, und
die von Medien, insbesondere flüssigen Medien, weiter insbesondere Öl, zumindest teilweise umschlossen oder diesem direkt ausgesetzt ist, wobei die genannten Kupferflächen (4, 5) sowie freiliegende Leiterbahnen
(8) mit einem weiteren Metall (7) beschichtet sind.
2. Elektrisches Bauteil (9), umfassend:
mindestens eine Basisplatte (2) mit innen und/oder außen liegenden Leiterbahnen bzw. elektrischen Schaltungen (3, 8) und
mindestens einen Halbleiterchip (10) der mit der Basisplatte (2) verbunden (1 1 ) ist und mit einem Kunststoffmantel (12) versehen ist und
auf der Oberfläche der Basisplatte (2) angeordnete Kupferflächen (4) zur elektrischen Verbindung mit anderen Komponenten,
wobei das Bauteil (9) von Medien, insbesondere flüssige Medien, insbesondere Öl, zumindest teilweise umschlossen oder diesem direkt ausgesetzt ist, und
wobei die genannten Kupferflächen (4) sowie freiliegende Leiterbahnen (8) mit einem weiteren Metall (7) beschichtet sind.
3. Elektrisches Bauteil (9), umfassend:
mindestens ein Kontaktierungselement (13) zur elektrischen Verbindung des Bauteils (9) mit anderen Komponenten
einen Halbleiterchip (10) der mit dem Kontaktierungselement (13) verbunden (1 1 ) ist und mit einem Kunststoffmantel (12) versehen ist, wobei das Bauteil (9) von Medien, insbesondere flüssige Medien, weiter insbesondere Ol, zumindest teilweise umschlossen oder diesem direkt ausgesetzt ist, und
wobei das mindestens eine Kontaktierungselement (13) mit einem weiteren Metall (7) beschichtet ist oder aus einem Material besteht, das gegen kupferangreifenden Medien, insbesondere Ölen, resistent ist.
Leiterplatte (1 ) oder Bauteil (9) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) aus einem Metall aus der Gruppe NiAu, NiPdAu, NiPdAgAu, PdAg, Sn, Ag besteht und sämtliche zu beschichtenden Flächen vollständig bedeckt.
Elektrisches Bauteil (9) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass das resistente Material entweder aus reinem Sn, AI oder Ni oder aus Legierungen mit diesen Werkstoffen oder aus elektrisch leitfähigem
Kunststoff (selbstleitend oder durch leitende Additive) besteht.
Leiterplatte (1 ) oder Bauteil (9) nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche einen Lötstopplack (6) aufgebracht ist, wobei der Lötstopplack (6) die beschichteten Kupferflächen (4, 5) zumindest teilweise bedeckt.
Leiterplatte (1 ) oder Bauteil (9) nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche ein Lötstopplack (6) aufgebracht ist, wobei der Lötstopplack (6) die beschichteten Kupferflächen (4, 5) nicht berührt.
Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte (1 ) oder eines Bauteils (9) nach Anspruch 7 mit ausschließlich innen liegenden Leiterbahnen, umfassend die folgenden Schritte:
Herstellung einer mindestens einschichtigen Basisplatte (2) mit genannten Leiterbahnen bzw. elektrischen Schaltungen (3), genannten Kupferflächen (4, 5) und evtl. einem von einem Kunststoffmantel umgebenen
Halbleiterchip,
Aufbringen eines Lötstopplacks (6) auf die Oberflächen der Basisplatte (2), und
Aufbringen einer metallischen Beschichtung (6) auf die Kupferflächen (4,5).
9. Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte (1 ) oder eines Bauteils (9) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, umfassend die folgenden Schritte:
Herstellung einer mindestens einschichtigen Basisplatte (2) mit genannten Leiterbahnen bzw. elektrischen Schaltungen (3, 8), genannten
Kupferflächen (4, 5) und vorzugsweise einem von einem Kunststoffmantel umgebenen Halbleiterchip,
Aufbringen einer metallischen Beschichtung auf die Kupferflächen (4, 5) und die äußeren Leiterbahnen (8),
Aufbringen eines Lötstopplacks (6) auf die Oberflächen der Basisplatte (2), und
Prüfung der Oberfläche und gegebenenfalls Auffrischen der Beschichtung (7). 10. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (9) nach Anspruch 3 oder 4, umfassend die folgenden Schritte:
Herstellen eines Kontaktierungselements (13),
Aufbringen einer Beschichtung (7) auf das Kontaktierungselement (13), sofern dieses Kupfer enthält
Herstellen eines von einem Kunststoffmantels (12) umgebenen
Halbleiterchips (10), der mit dem Kontaktierungselement (13) verbunden (1 1 ) ist, wobei das Kontaktierungselement (13) teilweise von dem
Kunststoffgehäuse (12) umgeben ist, und
Prüfung der Oberflächen des Kontaktierungselements (13) und
gegebenenfalls Auffrischen der Beschichtung (7).
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass zum Aufbringen des Kunststoffmantels mindestens einer der folgenden Schritte zusätzlich ausgeführt wird:
Aufbringen einer Struktur auf die Basisplatte 2 bzw. das
Kontaktierungselement;
Verwenden eines Haftvermittlers, bevor der Kunststoffmantel aufgetragen wird.
Getriebe, umfassend:
mindestens eine Leiterplatte (1 ) und/oder mindestens ein Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche als Steuergerät für dieses Getriebe ausgeführt sind, und
mindestens ein, zumindest in einem Teil des Getriebes vorhandenes, Medium, insbesondere ein flüssiges und Kupfer angreifendes Medium, weiter insbesondere Öl,
wobei die Leiterplatte (1 ) und/oder das Bauteil (9) dem Medium direkt ausgesetzt ist.
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