Letzten Monat habe ich diese Blog-Serie über Gießharze begonnen, indem ich zu den Grundlagen zurückkehrte und die wichtigsten Gründe für die Auswahl und Anwendung von Harzen hinterfragte. In den kommenden Monaten werde ich diesen Bereich ausführlicher behandeln, denn es gibt noch viel mehr zu besprechen, um Sie bei Ihrem Streben nach einem zuverlässigen Schutz von Leiterplatten zu unterstützen. In diesem Blog wollen wir einen genaueren Blick auf die grundlegenden chemischen Eigenschaften von Verguss- und Verkapselungsharzen werfen und untersuchen, wie jeder Harztyp individuelle Eigenschaften bietet, die zur Maximierung der Leistung unter einer Vielzahl von Einsatz- und Umgebungsbedingungen genutzt werden können. Bei der Auswahl der Harze gibt es einige kritische Punkte, die für eine wirksame Beständigkeit in der Endanwendung von Bedeutung sind.
Betrachten wir zunächst den Erzfeind elektrischer und elektronischer Geräte, die gefürchtete “Feuchtigkeit”. Feuchtigkeit führt nicht nur zu Kurzschlüssen, sondern auch zu Korrosion, die eine vorzeitige Beschädigung der Bauteile zur Folge hat. Welches Harz ist also am besten geeignet, um Feuchtigkeit zu bekämpfen? Polyurethanharze! Diese werden in der Regel als zweikomponentige Produkte geliefert, die beim Mischen die gewünschte Aushärtung erreichen und die so wichtige Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie eine hervorragende elektrische Isolierung, Flexibilität und gute Haftung auf den meisten Substraten, sowohl auf Metall als auch auf Kunststoff, bieten. Für eine intensivere Feuchtigkeitsbeständigkeit, z. B. bei Anwendungen im maritimen Bereich, sind Polyurethanharzsysteme erhältlich, die eine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber Meerwasser und extremen Temperaturen aufweisen, was sie zu einer idealen Wahl für Marine-Anwendungen wie z. B. die Verkapselung von Sensoren macht. Ein weiteres gutes Beispiel für ein mit Polyurethanharz vergossenes Bauteil, das maximalen Schutz gegen das Eindringen von Wasser im Außenbereich erfordert, ist eine LED-Beleuchtungseinheit; diese Harze sind auch optisch klar und UV-stabil, was sie ideal für diese Aufgabe macht.
Electrolube wurde mit der Lösung einer Unterwasser-LED-Beleuchtungsanwendung betraut. Dies ist ein Paradebeispiel dafür, dass Verkapselungsharze für die langfristige Leistung entscheidend sind. Wasser korrodiert die meisten Metalle auf natürliche Weise durch elektrochemische Oxidation. Wenn ein Salzwassermedium verwendet wird, erhöht sich die Oxidationsrate aufgrund des Vorhandenseins von gelösten Natrium- und Chlorid-Ionen erheblich.
Das Technical Support Team trat in Aktion, um das Problem zu lösen. Der Kunde verwendete bereits ein Epoxidharz eines anderen Anbieters, das aufgrund der hohen Exothermie zu Verformungen des Kunststoffgehäuses führte und ersetzt werden musste. Das Harz musste Wassertemperaturen zwischen 5 und 40°C standhalten, flammhemmend sein und aus ästhetischen Gründen hellblau. Wichtig war, dass das ständige Eintauchen des Geräts in Schwimmbadwasser eine Vergussmasse mit gewisser Flexibilität erforderte. Dabei konnte es sich sowohl um Salzwasser als auch um Süßwasser handeln. Das zu vergießende Gerät war komplex und wies winzige Lücken im Gehäuse auf. Es war wichtig, dass das Harz nicht durch diese Lücken ausläuft und somit die LED-Linse bedeckt.
Die Wahl fiel auf UR5097, ein Produkt, das sich bereits in der Vergangenheit als Schutz in Unterwasseranwendungen bewährt hat. Das einzige Problem war die schwarze Farbe und die Tatsache, dass UR5097 so konzipiert ist, dass es durch enge Spalte fließt. Mit ein wenig Querdenken bestand die logische Lösung darin, die thixotrope Eigenschaft des Gießharzes zu erhöhen, was ein Auslaufen der Vergussmasse durch den Spalt verhindern würde, und einfach das Pigment im Harz zu ändern.
Das Forschungs- und Entwicklungsteam stellte ein Material her, das sich noch immer sehr leicht mischen und in das Gerät gießen ließ, das eine ausreichende Thixotropie aufwies, um ein Fließen durch die Spalten und über die LED-Linse zu verhindern, und das auf den gewünschten Farbton abgestimmt war. Die Lösung funktionierte sehr gut. Wichtig für diese Anwendung ist, dass die Vergussmasse sowohl dem Eindringen von Süß- als auch von Salzwasser standhält und die Übertragung von Metallionen verhindert, die das vorhandene Metall angreifen könnten. Das in der Vergussmasse verwendete Polymer ist selbst bei hohem Druck, der mit zunehmender Wassertiefe auftritt, äußerst wasserbeständig. Dieses Beispiel zeigt, dass alles möglich ist, wenn es darum geht, Lösungen in Bezug auf Vergussmassen zu finden, die eine wirksame Widerstandsfähigkeit gegen ihre Endanwendungsumgebung bieten.
Wenn es um den Schutz von Bauteilen vor mechanischen Stößen und Vibrationen geht, ist ein flexibleres, ausgehärtetes Harz wahrscheinlich die beste Lösung, da es eine gewisse Nachgiebigkeit bietet, die dazu beiträgt, die vergossenen Bauteile gegen ungünstige mechanische Bewegungen zu isolieren. Zusätzlich zu ihren feuchtigkeitsbeständigen Eigenschaften bieten Polyurethanharze auch dieses gewünschte Maß an Flexibilität und sind daher oft die erste Wahl für den Schutz vor Stößen und Vibrationen. Das Polyurethanharz Electrolube UR5118 wird in Sensoren für Reifendrucküberwachungssysteme (TPMS) verwendet; diese zähe, feuchtigkeitsbeständige Vergussmasse besteht problemlos die beschleunigten Lebensdauertests, die für die Qualifizierung von Vergussmassen für TPMS in der Automobilindustrie entscheidend sind. Silikonharze bieten ebenfalls eine ausgezeichnete Flexibilität und vertragen sogar höhere Betriebstemperaturen.
Es gibt Epoxidharze, die eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie eine schnelle Aushärtung, Härte und hohe Stabilität bieten, insbesondere in Umgebungen mit wechselnden Temperaturen. Diese Epoxidharze haften auch gut auf den meisten Substraten, selbst auf schwierigen Substraten mit sehr niedriger Oberflächenspannung, wie z.B. PTFE, und gewährleisten eine wasserdichte Verkapselung.
Möglicherweise müssen Sie auch elektrische oder elektronische Bauteile vor dem Kontakt mit Chemikalien wie Säuren, Laugen, Lösungsmitteln und anderen Substanzen schützen, die eine Gefahr für empfindliche Schaltkreise und Bauteile darstellen. Chemische Beständigkeit ist das Spezialgebiet von Epoxidharzen, obwohl auch einige der stärkeren Polyurethanprodukte sowie einige silikonbasierte Formulierungen einen gewissen Schutz bieten. Viele Epoxidharzprodukte bieten wirksamen Schutz für Geräte, die häufig oder dauerhaft in Lösungsmittel getaucht werden. Electrolube ER2223 ist ein Epoxidharz, das speziell für hohe Temperaturstabilität und hervorragende Beständigkeit gegen eine Vielzahl von Chemikalien und Ölen entwickelt wurde. Es wird in Kraftstofffüllstandssensoren verwendet, die den widrigsten Bedingungen ausgesetzt sind, und ER2223 ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und Funktionalität, die in Automobilanwendungen erforderlich sind.
Thermische Schocks können verheerende Auswirkungen auf elektronische Bauteile haben, die im besten Fall ihre Lebensdauer verkürzen und sie im schlimmsten Fall vollständig zerstören. Die nachteiligen Auswirkungen thermischer Belastungen können durch die Verwendung von Zweikomponenten-Epoxidharzen mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) erheblich verbessert werden. Dies ist die beste Lösung für Anwendungen, die starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind oder bei denen die Gefahr von Temperaturschocks besteht. Vergussmassen mit niedrigem WAK vermindern den Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen Harz, Substrat, Bauteilen und Lötstelle. Epoxidharze mit niedrigem WAK bieten Dimensionsstabilität und schützen die Integrität der gesamten Einheit bei hohen und niedrigen Temperaturzyklen.
Schließlich ist zu bedenken, dass undurchsichtige Verguss- und Verkapselungsharze nicht nur alle oben genannten Schutzfunktionen bieten, sondern auch verbergen, was darunter liegt. Dies könnte eine wirksame Abdeckung zum Schutz gegen Fälscher oder diejenigen sein, die ein Schaltungslayout kopieren wollen, und Ihnen helfen, Ihr geistiges Eigentum zu schützen.
Ich hoffe, dass ich Ihnen in den nächsten Monaten einige nützliche Tipps und Ratschläge zum Design geben kann, die denjenigen, die für den Schutz von Bauteilen und Schaltungen verantwortlich sind, das Leben etwas leichter machen. Ich hoffe, dass die vorstehenden Ausführungen Ihnen bei der Auswahl des richtigen Harzes für den jeweiligen Einsatzbereich helfen werden. Halten Sie Ausschau nach meiner nächsten Kolumne, in der ich mich ausführlicher mit Harzsystemen befassen werde.
