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Seite 1ELANTAS Beck GmbH,ELANTAS Technical DaysSilikon Systeme7. Oktober 2011

Bectron®

Silikone in der Elektronikfertigung

31. Januar 2013, Michael Suwe

ETFN 201330. & 31. Januar 2013 in Hamburg

Seite 2ELANTAS Beck GmbH,ETFN - Silikone in der Elektronikfertigung31. Januar 2013

ELANTAS Electrical Insulation Business Lines

Secondary Insulation(Imprägnierharze)

E&EMPotting, Castingand Conformal Coatings(Lacke und Verguss)

Primary Insulation(Drahtlacke)

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.


Aufbau von SilikonenPoly organo siloxane

• Synthetische polymere Verbindungen

• alternierende Silizium – Sauerstoffverbindung

• Siloxane mit unterschiedlichen Strukturen werden durch Kombinationunterschiedlicher Gruppen beschrieben: M (mono); D (di); T (tri); Q (tetra)

– Si – O – Si – O – Si – O –

[M] = (CH3)3 SiO

mono

H3C

CH3

CH3

––

– Si – O –

n

[D] = (CH3)2 SiO

di

CH3

CH3

––

– Si – O – [MDnM]Oktamethyltrisiloxan bei n=1

[M] = (CH3)3 SiO

mono

CH3

CH3

CH3

––

Si –

– Si – O – Si – O – Si – O –

– Si – O – Si – O – Si –


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; єr)- 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

• Lösemittelfreie Systeme verfügbar // RTV-1; RTV-2Seite 5ELANTAS Beck GmbH,ETFN- Silikone in der Elektronikfertigung31. Januar 2013

Warum Silikone?SIR-Test-Gegenüberstellung

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Silikone - DefinitionPoly 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

- additionsvernetzendHTV 1K – hochtemperaturvernetzende Systeme

• RTV – 2

- 2K – raumtemperaturvernetzend- additionsvernetzend- meist Platinkatalysator → Katalysatorgifte- lösemittelfrei- Volumenschrumpf ca. 0,1%- elastische Si für Komponentenschutz auf Elektronik- temperaturabhängige Vernetzung


Silikone – linearer Ausdehnungskoeffizient


P1

P2

Silikone - Volumenausdehnung


Außendurchmesser 75,5 mmInnendurchmesser 72 mmHöhe (25°C) 43,5 mm + 3 mm Kuppel (als

Kugelabschnitt gerechnet)Volumen (25°C) 185.253 mm³Höhe (200°C) 46,5 mm + 6 mm Kuppel (als

Kugelabschnitt gerechnet)Volumen (200°C) 205.610 mm³Volumenzunahme gemessen

11,0%

Volumenzunahme gerechnet mit 2 * 10-4 / K

10,5%

Außendurchmesser 43 mmInnendurchmesser 38 mmHöhe (22°C) 42 mmVolumen (22°C) 40.000 mm³ (lt. Markierung) Höhe (180°C) 42 mm + 8,7 mm KuppelVolumen (180°C) 47.288 mm³Volumenzunahme gemessen

18,2 %

P1 - 22°C

P2 - 25°C

P2 - 180°C

P3 - 200°C

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Vorgängerprodukt:• additionsvernetzendes Silikon• Inhibitionsprobleme durch TPEbasierendes Material und Flussmittelreste auf dem PCB

Elektronik2K, kondensationsvernetzend

Anforderungen:• gleichmäßige Aushärtung• mindestens UL 94 V2

Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EM



Vorgängerprodukt:• zu hohe Viskosität• zu hohe Viskositätsschwankungen• Viskositätsabfall über Lagerzeitraum

Magnetventil2K, additionsvernetzend2.500 ± 250 mPas; 100:2,5

Anforderungen:• Viskositätsreduzierung• Stabilität der Viskosität• enge Viskositätstolerant• UL 94V0• gute Haftung zum Gehäuse


Vorgängerprodukt:• Ausfälle bei Überbelastung durch Temperatur

Lasthebemagnet2K additionsvernetzend3.350 mPas; 1:1

Anforderungen:• kurzfristige Überbelastung 250°C//270°C• additionsvernetzend• Arbeitstemperatur – 40 °C bis 180 °C• reparaturfähig• Wärmeleitfähigkeit (0,6 W/mK)• selbstverlöschend

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Vorgängerprodukt:• 2K Epoxy; Klasse F

Heizelemente2K additionsvernetzend3.350 mPas; 1:1

Anforderungen:• höhere Temperaturbeständigkeit• selbstverlöschend




Schweißmolch // Abformmasse2K, additionsvernetzend22.000 mPas; 10:1

Anforderungen:• Temperaturbeständigkeit bis 180°C• kurzfristige Überbelastung 300°C• Dichtfunktion• hohe Reißfestigkeit• flexibel• selbstverlöschend


Vorgängerprodukt:• 2K PU

Blitzleuchte Ex geschützt2K, additionsvernetzend3.000 mPas; 1:1

Anforderungen:• hohe Temperaturbeständigkeit (180°C)• klar transparent• selbstverlöschend• gelartig / weich• für Bergwerkszulassungen• ausreichende Haftung

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Frequenzumrichter2K, additionsvernetzend10.500 mPas; 1:1

Anforderungen:• hohe Temperaturbeständigkeit (180°C)• thermische Leitfähigkeit• Bergwerkszulassungen• unterschiedliche Viskositäten• geringe Druckbelastung (Härtevariation)



Vorgängerprodukt:• Epoxy Klasse F bis 155°C• hart• Wärmeleitfähigkeit (0,4 W/mK)

Magnetventil2K, additionsvernetzend3.350 mPas; 1:1

Anforderungen:• flexibles Material• Klasse F bis H (155°C bis 180°C)• erhöhte Wärmeleitfähigkeit




Vorgängerprodukt:• täglicher Dichtungstausch an der Applikationstechnik

• Notwendige Wartung an der Dispensanlage alle 10 Tage(Stillstand der Produktion von 2-3h)

Temperatursensor2K, additionsvernetzend2.000 mPas; 1:1

2K, additionsvernetzend3.200 mPas; 1:1

Anforderungen:• definierte Wärmeleitfähigkeit• abriebarme Füllstoffe• gute Mischviskosität• Temperatureinsatz -50°C bis 180°C• UL 94V0

Silikone von der ELANTASBectron CS-Konzept

Bectron CS

Anwendungsselektor

• Viskosität• Topfzeit• Gelzeit• Härte• Klebrigkeit

CG (Gel)

Anwendungsselektor

• Rheologie• Topfzeit• Gelzeit• therm. Leitfähigkeit• Klebkraft

CA (Adhesives)

Anwendungsselektor

• Viskosität• Topfzeit• Vernetzungsschema• Härte• Wärmeleitfähigkeit

CP (Potting)

Anwendungsselektor

• Viskosität• Topfzeit• Vernetzungsschema• Härte• Klebkraft

CC (Coating)


Silikone von der ELANTASRealisierung von Kundenanforderungen

5 Kriterien des SelektorsDefinition der Hauptkriterien

innerhalb denen das Produkt

ausgewählt werden kann.

Kalibrierung der KriterienFür die Kriterien werden die

Toleranzen definiert

(liegen die Anforderungen

außerhalb der Toleranzen →

Entscheidung EBEI für eine neue

Produktentwicklung)

kundenspezifisches

Produkt


Silikone von der ELANTASRealisierung von Kundenanforderungen

unit 1 2 3 4 5

Viskosität mPa/s 200-300 300-500 500-1000 1000-5000 Above 5000

Gelzeit Min @ 100°C 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6

Härte 1/10 mm 10-20 20-30 30-40 40-60 60-80

Klebrigkeit klebfrei klebrig

Topfzeit min 30-60 60-120 120-240 240-480 480-960

Entwicklung Bectron® CG 75xx

Beispiel Kundenanforderung



Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EMEntwicklung Bectron® CG 75xx

Anforderungen:Viskosität 200-300mPasTopfzeit @ RT: 60-120minGelzeit @100°C 1-2 minHärte 40-60 x 0,1mmmittelklebrig

CG (Gel)

klebfrei

200

Topfzeit

[ min @ RT ]

Gelzeit

[ min @ 100°C ]Härte x 0,1mm

Viskosität [mPas]

Klebrigkeit

5.000


Vorgängerprodukt:• hochviskos• Vakuumprozess notwendig• lange Aushärtezeiten

IGBT-Modul mit vier IGBTs zu je 400V und 600V

Bipolartransistor mit isolierter Gate Elektrode (Steuerelektrode)

Bectron® CG 75xx / CG 79xx300 mPas; 1:1; schnelle Reaktionszeit

Anforderungen:• Optimierung des Prozesses• Temperaturen bis 175°C• 18 KV/mm• 1015 Ω*cm• UL 94• 1.000h @ 150°C bzw. @ -40°C• 1.000h @ 85% rel. Luftfeuchte // 85°C




0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 200 400 600 800 1000 1200

Ein

dru

ch

tiefe

in

mm

Zeit in Stunden

Abnahme der Eindrucktiefe bei Lagerung bei 206°C

Wettbewerber SG 7510

SG 7510 + Additiv


Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EMEntwicklung Bectron® CA 75xx

Gelzeit

[ min @ 100°C ]therm. Leitfähigkeit

Topfzeit

[ min @ RT ]

Klebrigkeit

Rheologie CA (Adhesives)


Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EMEntwicklung Bectron® CA 75xx

Vorgängerprodukt:• zu lange Prozesszeit von 90 MinutenAufwärmen und Abkühlen je 20 Minuten

Dichtkleber für eine Elektronik

Al - Druckguss mit PA66-GF30/PBT-GF30

Bectron® CA 75xx / CA 79xxxxx mPas (niedrigviskos)

Bectron® CA 75xx / CA 79xxx.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


Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EMEntwicklung Bectron® CC 75xx

Vernetzungsschema

Härte

Topfzeit

[ min @ RT ]

Klebkraft

Viskosität [ mPas ] CC (Coating)


Silikon als Komponentenschutz im Bereich E&EMEntwicklung Bectron® CC 75xx

Vorgängerprodukt:• Acrylate und Polyurethane

Conformal Coating

Bectron® CC 75xx xxx mPas;

Anforderungen:• Viskosität < 300mPas• Riso > 5*108Ω (nach 1.000h @ 85/85)• gute ∆T-Schock (-50°C // 150°C)• gute Haftung und Kantenabdeckung• UL 94V0


Komponentenschutz im Bereich E&EMTestequipment I

2 x Nordson Asymtec 1 x KC–Stream Coater1 x PVA


Komponentenschutz im Bereich E&EMTestequipment II

1 x SMT Reflow - Ofen


Komponentenschutz im Bereich E&EMTestequipment III

7 x Klimaschränke 1 x Temperaturschockkammer

Komponentenschutz im Bereich E&EMTestequipment IV

1 x AMI (Espec) und 2 x SefelecZur Durchführung von SIR - Tests (Oberflächenisolationwiderstandstestgerät)Seite 32

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Komponentenschutz im Bereich E&EMTestequipment V

1 x Salzspühnebelkammer

1 x UV - Trockner


Komponentenschutz im Bereich E&EMStandardtests I

IPC-SM-840C; Class T

IPC-TM-650

2.6.3.3 (Flux)

> 168hZiel 1000h

Feuchte Wärme, konstant

T = 85°C // Frel. = 85%;

IEC 60068-2-30

GS 95003-4

VW 801 01

> 216hZiel 1000h

Feuchte Wärme, Zyklus

T = 25-55°C // Frel.= 95%

IPC-CC-830B

IPC-CC-830B

IEC 60068-2-14

GS 95003-4

VW 801 01

IPC-TM-650

2.6.7.1

> 127hZiel 1000h

85°C ± 2°C bei Frel = 85% ± 2%Dauer > 168h

Klimaschranktemperatur + 25°C bis + 55°C bei ± 2°Crel. Feuchte von 93% +2

-3%Verweildauer 9h bei 55°C; Anzahl der Zyklen (24h) = 9; Überführungsdauer 3h

- 40°C bis + 120°C bei ± 2 °C; Verweildauer 30/45 min;Anzahl der Zyklen = 100, 500; (3000); Überführungsdauer < 10 s

Temperatur-Schock

Norm DauerTestbedingungenKlimate


Komponentenschutz im Bereich E&EMStandardtests II

IEC 60068-2-78

GS 95003-4

VW 801 01

> 504hZiel 1000h

Klimaschranktemperatur 40 ± 2°Crelativen Feuchte von 93% +2

-3%Feuchte Wärme,

konstant

T= 40°C // Frel.= 93%

Norm DauerTestbedingungenKlimate

IEC 60068-2-14

GS 95003-4

VW 801 01

> 280hZiel 1000h

-40 °C bis +120 °C bei ± 2 °CAnzahl der Zyklen = 35kurzzeitig bis 135 °C

Temperatur-Wechsel

IEC 60068-2-1(2)

GS 95003-4

VW 801 01

für Kälte = 96hfür trockene

Wärme = 1000h

T1=variabelT2= -40°CT3= +125°C

Temperatur konstant


Bectron® Coating and PottingAnwendungen Electronic & Engineering Materials im Automobil

Haben Sie noch Fragen?

[email protected]

+49 40 78946-267

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