Umspritzen von Elektroniken

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1 Projektziel Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Versuchsaufbaus (Testboard). Auf diesem sollen diverse elektronische Bauteile angebracht werden können. Nach Konstruktion und Bau eines entsprechenden Testwerkzeuges, werden diese Testboards einem Spritzgussprozess mit seriennahen Parametereinstellungen unterzogen und deren Funktion geprüft. Projektleistungen Teil 1 Entwicklung einer Versuchselektronik Bestimmung eines Testboards zur Funktionsprüfung von elektrischen Bauteilen nach und ggf. während der Umspritzung Teil 2 Entwicklung eines Testwerkzeuges Konstruktion und Bau eines Testwerkzeuges mit: integrierter Messtechnik (Temperatur- und Forminnendrucksensoren) unterschiedlichen Wanddicken über der Elektronik diversen Anbindungspositionen und -geometrien (Sensornah und -fern) Teil 3 Funktionsbemusterungen Abstimmung einer DOE mit unterschiedlichen Prozess- und Geometrieparametern Anfertigung von Mustern zum Funktionstest spritzfrisch sowie nach Bauteilstressungen Allgemein Weitere Prüfungen nach Anforderungen der Projektteilnehmer Einbindung der Projektteilnehmer in Auslegung und Prüfung der Elektroniken Möglichkeit zu firmenspezifischen Abmusterungen Ca. vier Projekttreffen im Projektverlauf Projektdaten Projektname: Umspritzen von Elektroniken Projektstart: Januar 2017 Projektlaufzeit: 2 Jahre Projektkosten: /Jahr* Die Rechnungsstellung erfolgt in Teilbeträgen jeweils zum Start des Projektes und nach einer Laufzeit von einem Jahr. *Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff- Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Quereinstieg möglich Auch nach Projektstart ist ein Quereinstieg jederzeit möglich. Information Weitere Auskünfte zum Projektinhalt und -ablauf erhalten Sie über unsere Internetseite oder durch einen direkten Kontakt: Dipl.-Ing. Guido Kramer +49 (0) kramer@kunststoff-institut.de Stefan Bremicker +49 (0) bremicker@kunststoff-institut.de Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W.) Karolinenstraße Lüdenscheid Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) mail@kunststoff-institut.de Quelle: Duresco GmbH Verbundprojekt Umspritzen von Elektroniken mit vernetzenden Kunststoffen

2 Inhalt Umspritzen von Elektroniken Einleitung Hintergrund In der Industrie werden immer mehr Elektroniken in Form von Sensoren bis hin zu Modulen eingesetzt um Prozesse, Anlagen, Fahrzeuge etc. zu überwachen und zu steuern. In diesem Zusammenhang werden diese immer häufiger in Bereichen verwendet, die hohe Anforderungen (Temperatur, Medien) an die Sensoren und Elektronik stellen. Stand der Technik Im Markt werden bereits seit einiger Zeit Elektroniken mit thermoplastischen Materialien gekapselt, bei denen jedoch aufgrund hoher Temperaturen, Fülldrücke und unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten Fehlfunktionen auftreten können. Wie in allen Anwendungsbereichen unterliegt auch die Sensortechnik dem Trend der Produktoptimierung. Hierbei sollen Sensoren kompakter, mit einer Vielzahl an integrierten Funktionen und möglichst in einem Fertigungsschritt hergestellt werden. Zeitgleich sollen diese aber auch nicht unbedeutenden Anforderungen entsprechen. Zu nennen sind hier unter anderem Medienbeständigkeit gegen eine Vielzahl von Fluiden zum Beispiel aus dem Automotivebereich sowie Beständigkeit gegen Temperaturwechsel und Temperaturschocks. Für dieses Vorhaben rücken duroplastische Formmassen zurzeit in den Fokus vieler Unternehmen. Im Formgebungsprozess bestechen diese Materialien durch vergleichsweise geringe Verarbeitungstemperaturen. Gleichzeitig weisen sie eine niedrige Viskosität auf, die es ermöglicht, insbesondere im Sensorkopf geringe Wanddicken zu erlangen. Fragestellungen, die sich aus diesen neuen Möglichkeiten ergeben, erfordern Beantwortung. Quelle: Kunststoff-Institut Lüdenscheid Was ist ein Verbundprojekt? In den Verbundprojekten entwickelt das Institut für die teilnehmenden Unternehmen ein innovatives Thema. Dieses ist praxisnah, mit hohem technologischem Know-how und wird ausschließlich über Teilnehmer-Beiträge finanziert. Vorteile eines Verbundprojektes Kostensharing = niedrige Projektbeiträge pro Teilnehmer Geringe Personaleinbindung der teilnehmenden Firmen Technologische Marktführerschaft Netzwerkbildung Interdisziplinärer Erfahrungsaustausch Mitarbeiterweiterbildung/-qualifizierung Zeit- und kostenintensive Untersuchungen sowie die Projektabwicklung erfolgen ausschließlich durch das Institut. Die Personaleinbindung der Firmen beschränkt sich im Minimum auf die Teilnahme an den Projekttreffen (i. d. R. zwei- bis dreimal im Jahr). Projektschwerpunkte Um sich hierbei den Fragen des Verarbeitungsprozesses zu nähern, soll im ersten Schritt ein modular aufgebautes Werkzeug konstruiert werden. In diesem sollen im Projektverlauf diverse Elektoniken auf Testleiterplatten und -stanzgittern mit unterschiedlichen Wanddicken und Anbindungspunkten sowie -geometrien umspritzt werden. Mit entsprechender Werkzeugmesstechnik wie z.b. Forminnendrucksensoren sollen sämtliche Einflüsse aus dem Formgebungsprozesses auf eine etwaige Signaldrift oder Fehlfunktion auch nach Bauteilstressungen ermittelt werden. Weiterhin soll eine Überprüfung der Testsensoriken während oder nach spezifizierten Tests ermöglicht werden. Die Teilnehmer haben die Möglichkeit während und nach dem Projekt auf das Testwerkzeug zuzugreifen. Hierdurch können weiterführende firmenspezifische Fragestellungen beantwortet oder auch andere Formmassen abgemustert werden. Aufgrund diverser Anfragen ermöglichen wir Ihnen in diesem Projekt eine anonyme Teilnahme. Das bedeutet für Sie: Sie haben Zugriff auf alle Informationen und Projektergebnisse in dem geschützten Bereich. Genauso wie alle anderen Projektteilnehmer können Sie für firmenspezifische Abmusterungen auf das Projektwerkzeug zugreifen. Zeitgleich werden Sie und Ihre Firma nicht als Projektteilnehmer genannt. Eine Teilnahme an den Projekttreffen ist Ihnen freigestellt. Geheimhaltung Sämtliche Projektergebnisse unterliegen während der Projektlaufzeit der Geheimhaltung. Ergebnisse von firmenspezifischen Untersuchungen werden vertraulich behandelt.

3 Projektskizze Umspritzen von Elektroniken mit vernetzenden Kunststoffen Ziel des Projekts Aussagen über die Machbarkeit von Elektronikumspritzungen können zurzeit im Vorfeld kaum oder nur wage getroffen werden. In Entwicklungsprojekten wird derzeit die Elektronikumspritzung an teuren Versuchswerkzeugen, die bereits einen fortgeschrittenen Musterstand abbilden erprobt. Änderungen zu einem kunststoffbzw. umspritzgerechten Elektronik- oder Artikellayout sind in dieser Phase des Projektes kaum noch möglich. Die Entwicklung der EP- und BMC Formmassen für die Elektronikkapselung ist jedoch in den letzten Jahren weit vorangeschritten. Es liegen zu wenig Erkenntnisse vor, die die Grenzen dieser Verfahrens- und Materialkombination aufzeigen. Ein variabler Versuchsaufbau soll bei der Definition neuer Grenzen dienen. 2 Informationspräsentation 1

4 Ziel des Projekts Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Versuchsaufbaus (Testboard) für diverse elektronische Bauteile. Der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die Elektroniken soll während der Formgebungsphase (Online) untersucht werden. Hierzu wird ein einheitlicher Versuchsaufbau zur Elektronikumspritzung erarbeitet. 1. Definition einer Standardleiterplatte. 2. Bau eines Werkzeuges (Spitzgieß- / Transferpressverarbeitung). 3. Erarbeitung einer Methode zur Onlinemessung (Funktionsprüfung) der Elektronik a. während des Formgebungsprozesses und b. während anschließender Bauteilstressungen wie z.b. Klimawechseltest etc. 3 Stand der Technik Die meisten elektrischen Baugruppen (Sensoren, Steuermodule etc.) bestehen aus der Elektronik (SMD-Bauteile, Hall Sensoren Kondensatoren etc.) auf einer Leiterplatte oder einem Lead frame und einem Gehäuse zum Schutz dieser gegen Medien, Umwelteinflüsse etc. Einer Möglichkeit zur Kontaktierung. Diese Elemente müssen derzeit in aufwendigen Montageprozessen miteinander vereint werden. Häufig muss zusätzlich ein kostenintensives vergießen der Elektronik im Gehäuse erfolgen. 4 Informationspräsentation 2

5 Stand der Technik An dieser Stelle stellt sich die Frage: Besteht nicht auch die Möglichkeit einer Direktumspritzung? Einlegen der Elektronik (Leadframes, Leiterplatten) etc. in ein Spritzgießwerkzeug Umspritzen dieser, so dass das Formgebungsverfahren die Funktion der Montage übernimmt. Thermoplaste sind in der Regel zu hochviskos und erfordern relativ hohe Verarbeitungstemperaturen Demnach zeigen Sie sich für die meisten Anwendungsbereiche bei der Elektronikumspritzung als ungeeignet. 5 Motivation für eine Teilnahme Duroplastische Formmassen sind bei der Verarbeitung erheblich niedrigviskoser als thermoplastische Kunststoffschmelzen. werden bei erheblich niedrigeren Temperaturen verarbeitet. erlauben hohe Anwendungstemperaturen ohne zu erweichen. Ihr Vorteil bei der Elektronikumspritzung Während des Formgebungsprozesses wirken geringe Kräfte auf die Elektronik. Materialdicken <0,5 mm über der Elektronik z.b. Hall Sensoren, kapazitiver Elemente usw. sind realisierbar. Es wirkt eine geringe thermische Belastung während des Formgebungsprozesses auf die Elektronik und Lötstellen. Funktionsintegration: Schraubdome und andere Befestigungselemente können direkt in das Artikeldesign einfließen. 6 Informationspräsentation 3

6 Motivation für eine Teilnahme Artikelseitig: Es sind keine aufwendigen Montageschritte notwendig. Der umspritze Kunststoff übernimmt die Funktionen: Einhausung Fixierung der Elektronik Schutz vor Physikalischen und Medieneinflüssen Befestigung und Positionierung im Bauraum bzw. der Applikation Abbildung der Kontaktierung etc. Verfahrensseitig: Sie erhalten fundierte Erkenntnisse, welchen Belastungen einzelne Bauteile während des Formgebungsprozesses standhalten. Sie haben die Möglichkeit Ihre eigenen Anforderungen frühzeitig im Versuchswerkzeug zu prüfen. 7 Kompetenzen des KIMW Die Anwendungstechnik des Kunststoff-Institutes kann auf fundierte Erfahrungen in der Duroplast- und Thermoplastverarbeitung zurückgreifen. Zudem wurden vom KIMW in der Vergangenheit diverse Verbundprojekte bearbeitet, deren Ergebnisse unterstützend für aktuelle Fragestellungen wirken können. Duroverbund Umspritzen von Metallteilen Sensortechnik 8 Informationspräsentation 4

7 Projektleistungen Konstruktion und Bau eines Testwerkzeuges mit: integrierter Messtechnik (Temperatur- und Forminnendrucksensoren) unterschiedlichen Wanddicken über der Elektronik diversen Anbindungspositionen und geometrien (Sensornah und - fern) Bestimmung eines Testboards zur Funktionsprüfung von elektrischen Bauteilen nach und ggf. während der Umspritzung Abstimmung einer DOE mit unterschiedlichen Prozess- und Geometrieparametern Anfertigung von Mustern und Funktionstests Allgemein Möglichkeit zur firmenspezifischen Abmusterung während und nach der Projektlaufzeit (Abmusterung von Leiterplatten nach Anforderungen der Projektteilnehmer). Einbindung der Projektteilnehmer in Auslegung und Prüfung der Elektroniken. Ca. 4 Projekttreffen im Projektverlauf 9 Zusammenfassung Entwicklung eines Testboards zur Funktionsprüfung von elektrischen Bauteilen nach und ggf. während der Umspritzung. Konstruktion und Bau eines Testwerkzeuges mit: integrierter Messtechnik (Temperatur- und Forminnendrucksensoren) unterschiedlichen Wanddicken über der Elektronik diversen Anbindungspositionen und -geometrien (Sensornah und fern) Funktionsbemusterungen Abstimmung einer DOE mit unterschiedlichen Prozess- und Geometrieparametern Anfertigung von Mustern zum Funktionstest spritzfrisch sowie nach Bauteilstressungen. 10 Informationspräsentation 5

8 Projektinformationen Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Guido Kramer +49 (0) Projektkosten 8500,- /Jahr Start im Januar 2017 Laufzeit 2 Jahre 11 Informationspräsentation 6

9 Kunststoff-Institut Lüdenscheid Herr Stefan Euler Karolinenstr Lüdenscheid per Fax: +49 (0) per mail@kunststoff-institut.de Anmeldung zum Projekt: Umspritzen von Elektroniken Hiermit bestätigen wir verbindlich unsere Teilnahme an dem Projekt. Projektleiter: Dipl.-Ing. Guido Kramer Stefan Bremicker Projektkosten: /Jahr Laufzeit: 2 Jahre Projektstart: Januar 2017 Mitgeltende Unterlagen: AGB und Projektflyer Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Unsere Einkaufsbestell-Nr. lautet: Wir reichen unsere Einkaufsbestell-Nr. nach Die Rechnungserstellung erfolgt ohne Einkaufsbestell-Nr. Die Einkaufsbestell-Nr. muss spätestens nach Ablauf von zwei Wochen nachgereicht werden! Sollte nach Ablauf der Frist noch keine Bestell-Nr. vorliegen, erfolgt die Rechnungsstellung ohne diese Angabe. Abweichende Rechnungsadresse Firma* Straße* PLZ/Ort* Telefon Telefax Folgende Personen nehmen teil*: Durchwahl/ *: Datum rechtsverbindliche Unterschrift/Stempel *erforderliche Angaben Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W.) Karolinenstraße Lüdenscheid