Elektronik effektiv einhausen
Mechanischer Schutz in Kombination mit effektivem Wärmemanagement durch Bornitrid Füllstoffen
Das Duroplastspritzgießen von elektronischen Bauteilen bietet mechanischen Schutz und effektives thermisches Management in einem.
Die Direktumspritzung eines Bauteils stellt ein zielführendes Verfahren zur mediendichten und schonenden Kapselung elektronischer Komponenten dar und verhilft darüber hinaus auch zu einem sehr guten thermischen Management. So werden unterschiedlichste Anforderungen für den Einsatz in harschen Umgebungen erfüllt – dank des Einsatzes von Epoxidformmassen und zielgerichtet ausgewählten Füllstoffen wie Bornitrid.
Je stärker die Leistungsfähigkeit der Bauteile steigt, umso effektiver muss die Wärme von den Leiterplatten abgeführt werden, wie zum Beispiel bei medizinischen Geräten, Steuerplatinen, Powertools sowie Hochleistungsbatterien und -motoren in Elektro- und Hybridfahrzeugen.
Der steigende Einsatz von 5G-Komponenten erfordert wiederum zusätzliche Elektronik, was gleichzeitig die Wärmeentwicklung erhöht. Die Herausforderungen an das thermische Management sind daher so hoch wie nie zuvor.
Komponentenschutz auf schonende Art
Auf Epoxidharz basierende, duroplastische Formmassen ermöglichen innovative Lösungen für anspruchsvolle Elektronikbauteile, was auf ihre hohe Temperaturbeständigkeit, gute Chemikalienresistenz sowie ihre Möglichkeit zur Hybridisierung mit anderen Werkstoffen und Substraten zurückzuführen sind. Mit lediglich 10 bis 15 bar Werkzeuginnendruck und 150 Grad Celsius wird die Elektronik schonend umspritzt. Die Bauteile werden zuverlässig mediendicht und somit vor Einwirkungen von Flüssigkeiten geschützt. Die sehr gute Kostenperformance ist ein weiterer Vorteil, der neben der Zuverlässigkeit, Funktionsintegration und Prozesseffizienz zu erwähnen ist. Die optimierten Wandstärken tragen zur Gewichtseinsparung bei und erfüllen die Anforderung in Sachen Robustheit und Leichtbau. Zu guter Letzt schützt das Einhausen sogar vor Manipulation und der Plagiatsherstellung.
Eigenschaften ganz nach Bedarf herbeiführen – mit Füllstoffen
Um bedarfsgerecht anpassbare Duroplast-Rezepturen zu erzeugen, arbeiten Unternehmen aus dem Segment der Spezialkunststoffe wie die Raschig GmbH eng mit 3M zusammen. Durch unterschiedliche Zusammensetzungen der Füll- und Verstärkungsstoffe werden hochleistungsfähige Resultate erzielt. Bornitrid besteht aus Bor und Stickstoff und verfügt über thermische Stabilität sowie exzellente thermische Leitfähigkeit. Die keramischen Füllstoffe von 3M beziehen ihre Eigenschaften aus Bornitrid, wie zum Beispiel die isotrope Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Isolierung. Auch werden dank ihnen metallische Kühlkörper sowie zusätzliche Isolationsschichten überflüssig, was zu Einsparungen von Größe und Gewicht bei den Elektronikbauten führt und somit auch Systemkosten reduziert.
Optimierte Wärmeleitfähigkeit
Standardmäßige EP-Formmassen mit 0,4-0,6 W/m·K weisen bereits eine doppelt so hohe Wärmeleitfähigkeit auf als bisher bekannte Thermoplaste, die lediglich eine typische Wärmeleitfähigkeit von 0,2–0,3 W/m·K besitzen. Die Aufbereitung mit wärmeleitfähigen Füllstoffen ermöglicht eine Steigerung der Wärmeleitfähigkeit von duroplastischen Formmassen auf bis zu 10 W/m·K. Diese elektrisch isolierenden Compounds besitzen elektrische Durchschlagsfestigkeiten von 40–60 KV/mm. Das Resultat bildet eine chemisch und thermisch hoch beständige Verkapselung, die zum Beispiel die typischen Anforderungen im Automotive-Segment wie den 85/85-Test und Anwendungsbereiche von –50 °C bis +200 °C mit Reserven vollauf erfüllt.
Anwendungsspezifische Formulierungen
Die Komponentenumhüllung erfordert eine Anpassung des Längenausdehnungskoeffizienten der EP-Formmasse auf die zu umhüllenden Werkstoffe und Substrate, wobei 3M™ Boron Nitride Cooling Fillers hier mit ihrem geringen Längenausdehnungskoeffizienten nachhaltige Vorteile bieten. Die EP-Formmassen lassen sich somit gewichtssparend mit einem hohen Füllstoffgehalt von 70 bis 80 Gew% darstellen und finden ihre Anwendung in einer Vielzahl von Automobil-, Elektro- und Elektronikgeräten.
In der Medizintechnik sind duroplastische Formmassen von Vorteil, da sie chemisch höchst beständig, aber auch autoklavierbar und sterilisierbar sind. Zu ihren Anwendungen zählen etwa die Steuerelektronik in intensivmedizinischen Apparaten oder Gerätschaften der Dentalchirurgie. Moderne Beleuchtungssysteme gehören ebenfalls zum Anwendungsgebiet, da angesichts immer kleinerer Bauräume die LED-Technik hier ein besonders effektives thermisches Management benötigt
Material- und Fertigungskompetenz
Die ideale Verbindung aus Material- und Fertigungskompetenz ist für das Einhausen von Elektronikbauteilen per DIM-Verfahren entscheidend. Damit bis zur individuellen Formgebung alles reibungslos funktioniert, sollten bereits beim Bauteildesign idealerweise alle Beteiligten frühzeitig einbezogen werden.
So lassen sich mit Blick auf die Funktionsintegration weitere Mehrwerte schaffen. Ferner kann zugunsten der Gewichtseinsparung auch auf Schraubbuchsen verzichtet werden, da sich mit duroplastischen Formmassen auch Steckerkonturen anspritzen lassen
Fazit: Einhausen birgt noch viel Potenzial
Ob das effektive, thermische Management, die Kosteneffizienz oder der reine Schutz der elektronischen Komponenten: Das Direktverpacken von Bauteilen in duroplastisches Material ist von erheblichem Nutzen und eröffnet vielfältige Perspektiven für eine wachsende Zahl von Anwendungen.
Zur Umrüstung der Maschinen von thermoplastischen auf duroplastische Werkstoffe bieten nahezu alle Maschinenhersteller Optionen, mit denen sich innerhalb weniger Stunden das Plastifizier-Aggregat effektiv und mit geringem Aufwand tauschen lässt. Somit kann die Elektronikeinhausung in immer mehr Anwendungsbereichen ihre vielfältigen Vorteile unter Beweis stellen.
Zusätzliche Informationen finden Sie hier: RASCHIG Duroplaste – Duroplastische Formmmassen
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