In meiner letzten Kolumne haben wir uns mit der Auswahl eines geeigneten Vergussmaterials für verschiedene Anforderung befasst. Dabei haben wir berücksichtigt, dass die richtige Produktauswahl von den physikalischen Einschränkungen der Leiterplatte/Baugruppe bzw. des zu vergießenden Bereichs und anderen Problemen beeinflusst wird. In der Kolumne dieses Monats werde ich mich auf den Schutz empfindlicher Komponenten konzentrieren und mich eingehender mit flexiblen Vergussmassen, ihrer Nachbearbeitbarkeit und einigen der am häufigsten auftretenden Problemen befassen. Vergussmassen spielen eine wichtige Rolle in der Elektronikindustrie. Sie dienen dazu, empfindliche Komponenten vor Chemikalien, Feuchtigkeit, Staub und Beschädigungen zu schützen, ihre Auswahl jedoch kann einem manchmal Rätsel aufgeben. Lassen Sie uns daher in einem Frage-Antwort Format einige häufig gestellte Fragen genauer betrachten.
Was sind die wichtigsten Punkte, die bei der Auswahl einer Vergussmasse zum Vergießen empfindlicher Komponenten berücksichtig werden sollten?
Bei der Auswahl eines geeigneten Vergussmaterials für empfindliche Komponenten sind viele wichtige Faktoren zu berücksichtigen. Zunächst müssen Sie bestimmen, welcher Temperaturbereich erwartet wird, und das Design, die Geometrie und die Abmessungen der Komponenten betrachten. Hat eine Komponente beispielsweise lange, dünne Kontaktbeine, die abgebrochen werden könnten? Zusätzlich ist es wichtig zu bestimmen, wie groß das Vergussvolumen sein muss, um das erforderliche Schutzlevel zu erreichen.
Es ist ratsam, die Verträglichkeit der Vergussmasse mit dem Gehäusematerial zu überprüfen. In den meisten Fällen gibt es zwar keine Kompatibilitätsprobleme, es lohnt sich jedoch, dies aus Sicherheitsgründen zu überprüfen.
Prüfen Sie, die Komponentendichte auf der Leiterplatte und überlegen Sie, wie gut die Vergussmasse über die Platine fließt. Es ist erwähnenswert, dass Vergussmassen mit niedrigerer Viskosität besser fließen, jedoch könnte ein thixotropes Material eine bessere Kontrolle bei der Abdeckung bestimmter Komponenten bieten. Muss die Vergussmasse unter Bauteile fließen oder darf sie bestimmte Bereiche nicht bedecken? Eine weitere Überlegung ist, ob das Material flammhemmend sein muss und wenn ja, mit welcher Klassifizierung?
Ein weiterer Faktor, der nicht übersehen werden sollte, ist die Einsatzumgebung. Überlegen Sie, welchen Umweltfaktoren das fertige Gerät ausgesetzt sein wird und wie rau diese sein werden. Dies wirkt sich darauf aus, welches Material am besten geeignet ist. Dies definiert wiederum, ob die Vergussmasse einen primären oder sekundären Schutz bieten muss. Eventuell müssen Sie elektronische Komponenten schützen, die mit Chemikalien in Kontakt kommen, einschließlich Säuren, Laugen, Lösungsmitteln und einer Reihe anderer Substanzen, die eine Gefahr für empfindliche Baugruppen und Komponenten darstellen. Chemikalilenbeständigkeit ist eine Eigenschaft die vielen Epoxidvergussmassen zugeordnet werden kann. Einige der härteren Polyurethanprodukte sowie einige Vergussmassen auf Silikonbasis bieten jedoch auch einen gewissen Schutz, insbesondere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Wasser. Auch sind Epoxidvergussmassen erhältlich, die elektrische Baugruppen schützen, die häufig oder dauerhaft in Lösungsmittel wie Dieselkraftstoff, bleihaltiges und bleifreies Benzin und Zelluloseverdünner eingetaucht werden.
Können Vergussmassen bei Bedarf nachbearbeitet oder entfernt werden?
Die einfache Antwort darauf lautet: Ja, es gibt spezielle nachbearbeitbare Vergussmassen. Diese zielen hauptsächlich auf Entwicklungs- und Prototyping-Projekte ab, bei denen ein einfacher Zugriff auf Komponenten erforderlich ist. Sie haben im Allgemeinen eine schlechtere chemische Beständigkeit und physikalische Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf Festigkeit und Zähigkeit. Generell ist das Entfernen ausgehärteter Vergussmassen um Komponenten und um Leiterplatten herum möglich, dies erfordert jedoch entweder die Verwendung eines Lösungsmittels oder ein mechanisches Entfernen der Masse aus dem gewünschten Bereich. Der Bereich kann dann mit frisch gemischter Vergussmasse aufgefüllt werden. Dies führt jedoch zu einer potenziellen Schwachstelle im Verguss, da Chemikalien und Wasser durch die Grenzfläche eindringen können. In ähnlicher Weise können Temperaturwechsel und Temperaturschock dazu führen, dass die Grenzfläche geschwächt und die Elektronik freigelegt wird. Sowohl Polyurethan- als auch Silikonharze lassen sich zu Nacharbeitszwecken leichter entfernen, und spezielle Lösungsmittel sind erhältlich, um diesen Prozess zu unterstützen.
Was sind die möglichen Auswirkungen wenn eine Vergussmasse bei niedrigen Temperaturen nicht flexibel bleibt?
Der Grund warum eine Vergussmasse seine Flexibilität verliert kann auf eine Reihe von Faktoren zurückzuführen sein. Niedrige Temperaturen sind der wahrscheinlichste Grund dafür, dass sich das Material seiner Glasübergangstemperatur (Tg) nähert oder diese überschreitet. Dies ist die Temperatur, bei der eine Vergussmasse von seinem spröden oder glasartigen Zustand in einen gummiartigen Zustand übergeht. Dabei werden Komponenten und Leiterplatte einer erhöhten physischen Belastung ausgesetzt, die dazu führen kann, dass Komponenten und Anschlussdrähte von der Leiterplatte abgerissen werden. Im schlimmsten Fall kann die Leiterplatte selbst beschädigt werden.
Welche Konsequenzen haben Verunreinigungen auf der Leiterplatte auf den Verguss?
Wenn eine Vergussmasse auf eine kontaminierte Leiterplatte aufgebracht wird, haftet diese eher an der Oberfläche der Verunreinigung als am Leiterplattensubstrat oder an der Oberfläche der Komponenten. Ein Versagen der Adhäsion tritt u.a. auf, wenn keine ausreichende Haftung zwischen Vergussmasse und Kontamination oder zwischen Substrat und Kontamination gegeben ist. Dies kann zu einer Schwachstelle an den Grenzflächen zwischen Vergussmasse und Substrat führen. Verunreinigungen können dann an diesen Stellen eindringen und die Leiterplatte und Komponenten negativ beeinträchtigen.
Verunreinigungen können die Leiterplatte selbst oder die einzelnen Komponenten direkt angreifen oder indirekt zu Ausfällen führen, wenn z. B. Lotreste auf der Leiterplatte zurückbleiben und einzelne Leiterbahnen oder Anschlussdrähte eines Bauelements überbrücken. Der Verguss erhöht dann die Schwere der Problematik, indem die Entfernung der Verunreinigung durch ihn entweder erschwert oder verhindert wird. Bleiben vor dem Verguss Verunreinigungen auf einer Leiterplatte zurück, kann dies zu einem Kurzschluss und zum vorzeitigen Ausfall des Geräts führen.
Was sind die Folgen einer erhöhten Aufnahme von Luft beim Mischen der Vergussmasse?
Eine erhöhte Aufnahme von Luft während des Mischens der Vergussmasse kann eine Fülle von Problemen hervorrufen. Dabei ist dies jedoch das am meisten verbreitete Probelm. Das Einbringen von Luft während des Mischens der Vergussmasse ist unter allen Umständen zu vermeiden, da der übermäßige Eintrag von Luft zur Bildung eines Materials mit geringerer Dichte führen kann. Bei dem Einsatz von Dosieranlagen, die nach Volumen fördern bedeutet dies, dass sobald die Luft beim Dosieren und ersten Aushärten entwichen ist, eine nur unzureichende Menge an Material in der Einheit zurückbleibt. Verbleibt die Luft in der ausgehärteten Vergussmasse, kann dies zu einem vorzeitigen Versagen der Vergussmasse führen. Die entstandenen Hohlräume stellen eine Schwachstelle dar, insbesondere bei thermischem und physischem Schock. Die tatsächlich aufgebrachte Materialdicke ist tatsächlich geringer als es scheint, was zu einer geringeren Leistungsfähigkeit und einem vorzeitigen Ausfall der Einheit führen kann.
Wenn die ausgehärtete Vergussmasse, die eingeschlossene Luft enthält, Druck oder einem Vakuum ausgesetzt wird, kann das Material platzen, wodurch die darunterliegende Baugruppe der Atmosphäre aussetzt wird. Befindet sich der durch die eingeschlossene Luft erzeugte Hohlraum direkt neben einer Komponente oder Leiterbahn, fungiert dieser Hohlraum als Konzentrationspunkt für den Aufbau von elektrostatischer Ladung, welche ggf. ein Energieniveau erreichen kann, das stark genug ist, um zu einem Durschlag bzw. einem Kurzschluss zu führen. Ich kann nicht genug betonen, wie wichtig es ist, ein Augenmerk auf das Vermeiden von Lufteinschlüssen zu legen.
Wenn es um die Auswahl, das Auftragen und die Schutzeigenschaften von Vergussmassen geht, müssen wir noch viele weitere Punkte abdecken. In meinen nächsten Kolumnen zu Vergussmassen hoffe ich, einige nützliche Tipps und Konstruktionshinweise gebeben zu können, die Ihnen dabei helfen werden, ein hohes Schutzlevel für Ihre Baugruppe zu erzielen. Ich werde die typischen Fallstricke und Schwachstellen aufzeigen, die es zu vermeiden gilt, um Kurzschlüsse und vorzeitige Ausfälle von Einheiten zu vermeiden. Bei Electrolube sprechen wir jeden Tag über verschiedenste Kundenlösungen. Wenn Sie Fragen zu Vergussmassen haben, wenden Sie sich bitte einfach an uns.
