Bectron Silikone in der Elektronikfertigung

Transkript

1 ETFN & in Hamburg Bectron Silikone in der, Michael Suwe Seite 1 ELANTAS Technical Days Silikon Systeme 7. Oktober 2011

2 ELANTAS Electrical Insulation Business Lines Primary Insulation (Drahtlacke) Secondary Insulation (Imprägnierharze) E&EM Potting, Casting and Conformal Coatings (Lacke und Verguss) Seite 2 ETFN -Silikone in der

3 Einleitung Die obere Temperatur, bei der Baugruppen noch verlässlich schalten oder schalten sollen, erhöht sich immer weiter -nicht nur bei Elektroniken im Automobil. Durch die stark steigenden elektronischen Anwendungen werden aus Platzmangel die Baugruppen mehr und mehr im Motorraum verbaut. Liegen die Temperaturanforderungen in der Fahrgastzelle für Elektroniken noch bei nur 85 C, so steigen diese beim Einbauort Motor auf z.b. 140 C in Getriebenähe. Und auch bei 180 C soll die Elektronik bei z.b. Flugzeugbremsen nicht versagen. Messdaten bei hohen Temperaturen zu erfassen und möglichst in unmittelbarer Nähe zu verarbeiten, betrifft viele Industriezweige. Neben der Vehrkehrsmittelindustrie steigen auch die Temperaturanforderungen der elektronische Steuerungen in Computern und Haushaltsgeräten wie Herden, Backöfen oder Leuchten. Wenn Epoxyd, Polyurethan oder Acrylic an Ihre Temperaturgrenzen kommen finden Silikone trotz einiger Vorbehalte (Kontamination)-mehr und mehr Zuspruch in der Industrie. Seite 3 ETFN -Silikone in der

4 Aufbau von Silikonen Poly organo siloxane Synthetische polymere Verbindungen alternierende Silizium Sauerstoffverbindung Si O Si O Si O Siloxane mit unterschiedlichen Strukturen werden durch Kombination unterschiedlicher Gruppen beschrieben: M (mono); D (di); T (tri); Q (tetra) CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C Si O Si O Si CH 3 [MD n M] Oktamethyltrisiloxan bei n=1 CH 3 CH 3 CH 3 n Seite 4 ETFN -Silikone in der [M] = (CH 3 ) 3 SiO mono [D] = (CH 3 ) 2 SiO di [M] = (CH 3 ) 3 SiO mono

5 Warum Silikone? Poly organo siloxane hohe Bindungsenergie Si-O = ca. 470 KJ/mol hervorragende thermische Eigenschaften - Temperaturbereich von -50 C bis 180 C - Temperaturen bis 250 C//300 C möglich hervorragende elektrische Eigenschaften - Isolationswiderstand (bei z.b. 85% rel. Feuchte // 85 C) -niedrige Dielektrizitätskonstante (tan δ; є r ) - Durchschlagsfestigkeit kaum abhängig von T Elastizität (geringer E-Modul) Chemische Beständigkeit (Säuren, polare Lösungsmittel, Alkalien) Ozon und Sauerstoffstabil(LED Verguss auch im FreienP) hohe Flammwidrigkeit Seite 5 ETFN-Silikone in der Lösemittelfreie Systeme verfügbar // RTV-1; RTV-2

6 Seite 6 ETFN-Silikone in der Warum Silikone? SIR-Test-Gegenüberstellung

7 Silikone - Definition Poly organo siloxane RTV 1-1K - raumtemperaturvernetzend - kondensationsvernetzend [sauer: z.b. Essigsäure abspaltend, basisch, neutrale: Oxime und Alkohol abspaltend] Nachteil: in z.b. gekapselten Gehäusen Rückspaltung Volumenschrumpf bis zu 2% - Feuchtigkeitsabhängige Vernetzung - additionsvernetzend HTV 1K hochtemperaturvernetzende Systeme Seite 7 ETFN -Silikone in der RTV 2-2K raumtemperaturvernetzend - additionsvernetzend - meist Platinkatalysator Katalysatorgifte - lösemittelfrei - Volumenschrumpf ca. 0,1% - elastische Si für Komponentenschutz auf Elektronik - temperaturabhängige Vernetzung

8 Silikone linearer Ausdehnungskoeffizient P1 P2 Seite 8 ETFN -Silikone in der

9 Silikone - Volumenausdehnung Außendurchmesser Innendurchmesser Höhe (22 C) Volumen (22 C) Höhe (180 C) Volumen (180 C) Volumenzunahme gemessen 43 mm 38 mm 42 mm mm³ (lt. Markierung) 42 mm + 8,7 mm Kuppel mm³ 18,2 % P1-22 C P2-180 C Seite 9 ETFN -Silikone in der P2-25 C P3-200 C Außendurchmesser Innendurchmesser Höhe (25 C) Volumen (25 C) Höhe (200 C) Volumen (200 C) Volumenzunahme gemessen Volumenzunahme gerechnet mit 2 * 10-4 / K 75,5 mm 72 mm 43,5 mm + 3 mm Kuppel (als Kugelabschnitt gerechnet) mm³ 46,5 mm + 6 mm Kuppel (als Kugelabschnitt gerechnet) mm³ 11,0% 10,5%

10 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Vorgängerprodukt: additionsvernetzendes Silikon Inhibitionsprobleme durch TPE basierendes Material und Flussmittelreste auf dem PCB Elektronik 2K, kondensationsvernetzend Anforderungen: gleichmäßige Aushärtung mindestens UL 94 V2 Seite 10 ETFN Silikone in der

11 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Vorgängerprodukt: zu hohe Viskosität zu hohe Viskositätsschwankungen Viskositätsabfall über Lagerzeitraum Seite 11 ETFN Silikone in der Magnetventil 2K, additionsvernetzend ± 250 mpas; 100:2,5 Anforderungen: Viskositätsreduzierung Stabilität der Viskosität enge Viskositätstolerant UL 94V0 gute Haftung zum Gehäuse

12 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Vorgängerprodukt: Ausfälle bei Überbelastung durch Temperatur Seite 12 ETFN Silikone in der Lasthebemagnet 2K additionsvernetzend mpas; 1:1 Anforderungen: kurzfristige Überbelastung 250 C//270 C additionsvernetzend Arbeitstemperatur 40 C bis 180 C reparaturfähig Wärmeleitfähigkeit (0,6 W/mK) selbstverlöschend

13 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Vorgängerprodukt: 2K Epoxy; Klasse F Heizelemente 2K additionsvernetzend mpas; 1:1 Anforderungen: höhere Temperaturbeständigkeit selbstverlöschend Seite 13 ETFN -Silikone in der

14 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Seite 14 ETFN Silikone in der Schweißmolch // Abformmasse 2K, additionsvernetzend mpas; 10:1 Anforderungen: Temperaturbeständigkeit bis 180 C kurzfristige Überbelastung 300 C Dichtfunktion hohe Reißfestigkeit flexibel selbstverlöschend

15 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Vorgängerprodukt: 2K PU Seite 15 ETFN Silikone in der Blitzleuchte Ex geschützt 2K, additionsvernetzend mpas; 1:1 Anforderungen: hohe Temperaturbeständigkeit (180 C) klar transparent selbstverlöschend gelartig / weich für Bergwerkszulassungen ausreichende Haftung

16 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Seite 16 ETFN -Silikone in der Frequenzumrichter 2K, additionsvernetzend mpas; 1:1 Anforderungen: hohe Temperaturbeständigkeit (180 C) thermische Leitfähigkeit Bergwerkszulassungen unterschiedliche Viskositäten geringe Druckbelastung (Härtevariation)

17 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Vorgängerprodukt: Epoxy Klasse F bis 155 C hart Wärmeleitfähigkeit (0,4 W/mK) Magnetventil 2K, additionsvernetzend mpas; 1:1 Anforderungen: flexibles Material Klasse F bis H (155 C bis 180 C) erhöhte Wärmeleitfähigkeit Seite 17 ETFN -Silikone in der

18 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Vorgängerprodukt: täglicher Dichtungstausch an der Applikationstechnik Notwendige Wartung an der Dispensanlage alle 10 Tage (Stillstand der Produktion von 2-3h) Seite 18 ETFN Silikone in der Temperatursensor 2K, additionsvernetzend mpas; 1:1 2K, additionsvernetzend mpas; 1:1 Anforderungen: definierte Wärmeleitfähigkeit abriebarme Füllstoffe gute Mischviskosität Temperatureinsatz -50 C bis 180 C UL 94V0

19 Silikone von der ELANTAS Bectron CS-Konzept Bectron CS CG (Gel) CA (Adhesives) CP (Potting) CC (Coating) Anwendungsselektor Anwendungsselektor Anwendungsselektor Anwendungsselektor Viskosität Topfzeit Gelzeit Härte Klebrigkeit Rheologie Topfzeit Gelzeit therm. Leitfähigkeit Klebkraft Viskosität Topfzeit Vernetzungsschema Härte Wärmeleitfähigkeit Viskosität Topfzeit Vernetzungsschema Härte Klebkraft Seite 19 ETFN -Silikone in der

20 Silikone von der ELANTAS Realisierung von Kundenanforderungen 5 Kriterien des Selektors Definition der Hauptkriterien innerhalb denen das Produkt ausgewählt werden kann. Seite 20 ETFN -Silikone in der Kalibrierung der Kriterien Für die Kriterien werden die Toleranzen definiert (liegen die Anforderungen außerhalb der Toleranzen Entscheidung EBEI für eine neue Produktentwicklung) kundenspezifisches Produkt

21 Silikone von der ELANTAS Realisierung von Kundenanforderungen Entwicklung Bectron CG 75xx unit Viskosität mpa/s Above 5000 Gelzeit 100 C Härte 1/10 mm Klebrigkeit klebfrei klebrig Topfzeit min Beispiel Kundenanforderung Seite 21 ETFN -Silikone in der

22 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Entwicklung Bectron CG 75xx Viskosität [mpas] CG (Gel) Klebrigkeit klebfrei Topfzeit [ RT ] 200 Anforderungen: Viskosität mPas RT: min C 1-2 min Härte x 0,1mm mittelklebrig Seite 22 ETFN Silikone in der Härte x 0,1mm Gelzeit [ 100 C ]

23 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Entwicklung Bectron CG 75xx Vorgängerprodukt: hochviskos Vakuumprozess notwendig lange Aushärtezeiten Seite 23 ETFN -Silikone in der IGBT-Modul mit vier IGBTs zu je 400V und 600V Bipolartransistor mit isolierter Gate Elektrode (Steuerelektrode) Bectron CG 75xx / CG 79xx 300 mpas; 1:1; schnelle Reaktionszeit Anforderungen: Optimierung des Prozesses Temperaturen bis 175 C 18 KV/mm Ω*cm UL C -40 C 85% rel. Luftfeuchte // 85 C

24 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Entwicklung Bectron CG 75xx Abnahme der Eindrucktiefe bei Lagerung bei 206 C Eindruchtiefe in mm Wettbewerber SG 7510 SG Additiv Zeit in Stunden Seite 24 ETFN -Silikone in der

25 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Entwicklung Bectron CA 75xx Rheologie CA (Adhesives) Klebrigkeit Topfzeit [ RT ] Seite 25 ETFN Silikone in der therm. Leitfähigkeit Gelzeit [ 100 C ]

26 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Entwicklung Bectron CA 75xx Vorgängerprodukt: zu lange Prozesszeit von 90 Minuten Aufwärmen und Abkühlen je 20 Minuten Seite 26 ETFN Silikone in der Dichtkleber für eine Elektronik Al - Druckguss mit PA66-GF30/PBT-GF30 Bectron CA 75xx / CA 79xx xxx mpas (niedrigviskos) Bectron CA 75xx / CA 79xx x.xxx mpas (thixothrop) Anforderungen: max. Aushärtetemperatur 125 C/135 C max. Prozesszeit 60 min Dichttest max. Aushärtezeit 24P48h Temperaturtest -40 C bis 125 C Einsatztemperatur -40 C bis 140 C Haftkraft 3,8 MPa Al/Al Klebespalte von 0,2 mm bis 4 mm

27 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Entwicklung Bectron CC 75xx Viskosität [ mpas ] CC (Coating) Klebkraft Topfzeit [ RT ] Seite 27 ETFN Silikone in der Härte Vernetzungsschema

28 Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM Entwicklung Bectron CC 75xx Vorgängerprodukt: Acrylate und Polyurethane Seite 28 ETFN Silikone in der Conformal Coating Bectron CC 75xx xxx mpas; Anforderungen: Viskosität < 300mPas R iso > 5*10 8 Ω(nach 85/85) gute T-Schock (-50 C // 150 C) gute Haftung und Kantenabdeckung UL 94V0

29 Komponentenschutz im Bereich E&EM Testequipment I 2 x Nordson Asymtec 1 x PVA 1 x KC Stream Coater Seite 29 ETFN Silikone in der

30 Komponentenschutz im Bereich E&EM Testequipment II 1 x SMT Reflow -Ofen Seite 30 ETFN Silikone in der

31 Komponentenschutz im Bereich E&EM Testequipment III 7 x Klimaschränke 1 x Temperaturschockkammer Seite 31 ETFN Silikone in der

32 Komponentenschutz im Bereich E&EM Testequipment IV Seite 32 ETFN -Silikone in der 1 x AMI (Espec) und 2 x Sefelec Zur Durchführung von SIR -Tests (Oberflächenisolationwiderstandstestgerät)

33 Komponentenschutz im Bereich E&EM Testequipment V 1 x Salzspühnebelkammer Seite 33 ETFN Silikone in der 1 x UV -Trockner

34 Komponentenschutz im Bereich E&EM Standardtests I Klimate Testbedingungen Dauer Norm Feuchte Wärme, konstant T = 85 C // F rel. = 85%; 85 C ± 2 C bei F rel = 85% ± 2% Dauer > 168h > 168h Ziel 1000h IPC-TM (Flux) IPC-SM-840C; Class T Feuchte Wärme, Zyklus T = C // F rel. = 95% IPC-CC-830B Klimaschranktemperatur + 25 C bis + 55 C bei ± 2 C rel. Feuchte von 93% +2-3% Verweildauer 9h bei 55 C; Anzahl der Zyklen (24h) = 9; Überführungsdauer 3h > 216h Ziel 1000h IEC GS VW Seite 34 ETFN Silikone in der Temperatur-Schock IPC-CC-830B -40 C bis C bei ± 2 C; Verweildauer 30/45 min; Anzahl der Zyklen = 100, 500; (3000); Überführungsdauer < 10 s > 127h Ziel 1000h IEC GS VW IPC-TM

35 Komponentenschutz im Bereich E&EM Standardtests II Klimate Testbedingungen Dauer Norm Feuchte Wärme, konstant T= 40 C // F rel. = 93% Klimaschranktemperatur 40 ± 2 C relativen Feuchte von 93% +2-3% > 504h Ziel 1000h IEC GS VW Temperatur-Wechsel -40 C bis +120 C bei ± 2 C Anzahl der Zyklen = 35 kurzzeitig bis 135 C > 280h Ziel 1000h IEC GS VW Seite 35 ETFN Silikone in der Temperatur konstant T1=variabel T2= -40 C T3= +125 C für Kälte = 96h für trockene Wärme = 1000h IEC (2) GS VW

36 Seite 36 ETFN Silikone in der Bectron Coating and Potting Anwendungen Electronic & Engineering Materials im Automobil

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