Baugruppenfunktion verlängert

Paul Voinea, InnoCoat GmbH, Nürnberg

Mit einer vollständigen Verkapselung der Schaltung in einem Giessharz (Verguss) erzielt man in der Praxis immer noch die besten Ergebnisse hinsichtlich Langzeitstabilität und Funktionssicherheit auch unter extremsten klimatischen Bedingungen.

Seit 2007 bietet die InnoCoat GmbH in Nürnberg mit ihren mehr als 35 Mitarbeitern den Service „Electronic Protection“ an. Speziell für Elektronikfirmen, bei denen dieser Prozesse aus wirtschaftlicher und strategischer Sicht nicht in die Fertigung integriert werden kann, ist diese Dienstleistung die ökonomischste Alternative. Eine eigene Vergussfertigung aufzubauen, ist mit hohen Anlageninvestitionen verbunden, da ein einziges Vergussverfahren nicht die gesamte Anwendungsbreite abdecken kann. Auch der Aufbau einer entsprechenden Personalstruktur mit den benötigten Qualifikationen ist ein Investmentrisiko. Für Hersteller mit geringeren Stückzahlen oder einer High-Mix-Produktion bietet der Beschichtungsservice die ideale Lösung. Dazu hat das Unternehmen in ihrem Nürnberger Service-Center ein breites Angebot an Vergusstechnologien im Portfolio.

Die sorgfältige Vorbereitung eines Beschichtungsprozesses ist die essentielle Voraussetzung einer wirtschaftlichen und Mehrwert schaffenden Beschichtungslösung. Hier kommt das Unternehmen ins Spiel und untersucht mögliche Lösungsansätze, von der Auswahl eventueller Vorbehandlungsprozesse, über die Auswahl geeigneter Beschichtungsstoffe und Applikationsverfahren bis hin zur Optimierung des Fertigungsverfahrens. Darüber hinaus wird auf Basis jahrelanger Erfahrung im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik, Unterstützung in Designfragen zur Konzipierung vergussgerechter elektronischer Baugruppen, geleistet.

Zum Vergießen von Elektronik sind zahlreiche Methoden entstanden, die die Baugruppengeometrie sowie stückzahlbezogene Anforderungen berücksichtigen. Wesentlich für das Funktionieren eines Beschichtungsprozesses, sind die Kenntnisse des späteren Einsatzzwecks, sowie die Berücksichtigung nachfolgender Einflussfaktoren:

Bei der richtigen Auswahl einer Vergussmass, ist der klassische Gehäuse-Vollverguss ein geeigneter Prozess, um die Baugruppe vollständig im Kunststoff zu umgießen. Besonders für einen automatisierten Prozess ist diese Verfahrensweise besonders wirtschaftlich. Je nach Anforderung kann der Verguss auch unter Vakuum erfolgen, um Lufteinschlüsse vollständig zu eliminieren. Der Rahmenverguss bietet dagegen die Möglichkeit die Baugruppe einseitig und selektiv zu vergießen. Dadurch können bestimmte Bereiche oder Bauteile auf der Baugruppe gezielt vergossen werden. Beide genannten Methoden bieten dem Elektronikdesigner vielfältigste Gestaltungsmöglichkeiten unter Berücksichtigung des Baugruppendesigns.

Das „Dam&Fill“ Verfahren

Diese Methode ist besonders für kleine bis mittlere Stückzahlen geeignet, da hohe Werkzeugkosten zur Herstellung des Vergussrahmens eingespart werden können. Beim Dam&Fill-Verfahren wird zunächst ein Damm appliziert, so dass dieser mit der Baugruppe zusammen ein dichtes Gehäuse bildet, das mit dem Vergussmaterial aufgefüllt wird. Hierbei ist es wichtig, geeignete Materialkombinationen zu wählen, um eine höchstmögliche Schutzwirkung und Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Als „Dam“-Materialien werden thixotrope 1K-Vergussmassen mit sehr geringer Fließfähigkeit verwendet. Das „Fill“-Material muss sich entsprechend umgekehrt verhalten, dieser muss niederviskos und fließfähig sein, um alle Bauteile sicher vollständig umschließen zu können.

3D-Formverguss

Diese spezielle gehäuselose Vergusstechnik wurde im Hause InnoCoat entwickelt und perfektioniert. Das Verfahren kann bei Kleinserien besonders von Vorteil sein, da teure Spritzgusswerkzeuge für Kunststoffgehäuse nicht erforderlich sind. Die dafür notwendigen Vergusskavitäten werden aus flexiblen Materialien mit Antihaftwirkung erstellt. Durch die im Hause entwickelte Formgebungsverfahren ist es sogar möglich funktionelle Strukturen auf der Vergussoberseite einzuprägen bis hin zur Typenbeschriftungen. Auch ein einseitig selektiver Formverguss nach dem Select-Cast-Verfahren bietet dem Anwender ungeahnte Möglichkeiten bei der Anpassung der Vergussgeometrie bzw. bei der Gestaltung eines Gerätes.

Die für den 3D Verguss erforderlichen Vorrichtungen werden im Hause selbst hergestellt. Ein leistungsfähiges Metallbearbeitungszentrum und 3D-Plotter für Prototypenerstellung stehen zur Verfügung.

Gebräuchliche Materialien

Die InnoCoat GmbH besitzt Know-how und Erfahrung im Umgang mit der Verarbeitung und Vernetzung vielzähliger Materialien. Hier eine kurze Übersicht:

Epoxide

Polyurethane

Kohlenwasserstoffharze

Silikone

Klassische Beschichtungen wie z.B. Schutzlackierungen können die Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen positiv beeinflussen. Diese stoßen jedoch oft an ihre physikalischen Grenzen. Für eine perfekte Elektroisolation und optimalen klimatischen Schutz, ist eine adhäsive Kunststoffverkapselung der beste und oft einzige Weg. Darüber hinaus ermöglicht diese Art der Isolation dem Anwender völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten. So sind auf einer Baugruppe beispielsweise höhere Betriebsspannungen möglich. Insbesondere im Bereich der Elektromobilität kann diese Technologie viele Lösungsansätze bereitstellen. Die wirtschaftlichen Vorteile sind zu berücksichtigen, denn eine vergossene elektronische Schaltung kann in vielen Fällen ein teures dichtes Gehäuse ersetzen. Die Basis dafür ist ein optimales Design als Ergebnis einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit zwischen Prozessentwicklung, Design/Konstruktion und Fertigungstechnik.