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Vergussmasse und Gießharze: Kurze Erläuterung der wichtigsten technischen Begriffe

GB FR Posted on 13 February 2019 by Electrolube
Stichworte: Gießharz

Sie brauchen nur auf die Gießharzseite auf der Website von Electrolube zu gehen, um zu sehen, dass Harze in vielerlei Form erhältlich sind und so viele verschiedene Eigenschaften aufweisen, dass selbst ein studierter Chemiker an seine Grenzen käme! Mir ist bewusst, dass die meisten Elektronikhersteller wenig Zeit haben, sich mit Kleinigkeiten zu befassen – sie wollen einfach nur ein Harz, das für die entsprechende Aufgabe geeignet ist. Aber wie soll man bei so großer Auswahl die Zeit finden, sich mit dem technischen Jargon zu befassen, eine Auswahl zu treffen und dann auch noch sicher sein, dass es erwartungsgemäß funktioniert?

Zweifelsohne sind Details zum Produkt wichtig für den Nutzer, der diese als erste Entscheidungshilfe nutzt; diesen Monat werde ich jedoch ein paar der technischeren Fachbegriffe erläutern, und dabei einige der häufig gestellten Fragen zu Harzen unserer Kunden berücksichtigen, um Ihnen dabei zu helfen, das Auswahlverfahren zu vereinfachen. Es gibt natürlich unzählige technische Begriffe, aber für den Zweck dieses kurzen Artikels können wir uns auf die Betriebsumgebung von Leiterplatten konzentrieren, sowie zu vergießende Komponenten und spezielle Anforderungen von Anwendungen wie z. B. LED-Beleuchtung und Funksysteme.

„Allzweck“ – was genau ist ein „Allzweckschutz“?

Bedeutet dies, dass ein Allzweckharz die meisten, sich im Betrieb stellenden, Anforderungen erfüllt, oder müssen wir hier vorsichtig sein, wenn die Betriebsumgebung etwas herausfordernder ist?

„Allzweck“ bedeutet, dass das Harz einen guten Schutz gegen die Auswirkungen von Temperatur und Feuchtigkeit in einem weiten Bereich sowie gute Beständigkeit gegen viele verschiedene Chemikalien bietet. Sie bieten außerdem Schutz gegen Vibrationen und Stöße, aber bei der letztendlichen Auswahl, ist die chemische Zusammensetzung des Harzes von Bedeutung – Polyurethan oder Epoxid – da sie jeweils eine andere Art an Schutz bieten. Allgemein schützen Polyurethane besser gegen Vibrationen/zyklische mechanische Stöße und bei thermischen Belastungen innerhalb eines bestimmten Betriebstemperaturbereichs, da sie ihre Flexibilität über die ganze Lebensdauer behalten. Epoxidharze sind dahingegen besser bei höheren Betriebstemperaturen und beständiger als Polyurethane. Sie sind jedoch steifer und werden spröde bei der Trocknung. Sie schützen zwar besser gegen stärkere mechanische Stöße, sind aber nicht genauso effektiv in Situationen mit hohen Vibrationen oder zyklischen Stößen.

Welche Hauptparameter sind bei der Auswahl eines Harzes zu beachten und vor welchen Gefahren muss ich mich hüten?

Die Größe und Geometrie einer Leiterplattenbaugruppe sind die wichtigsten Parameter für die Auswahl einer Vergussmasse bzw. eines Gießharzes. Die Größe hat Auswirkungen auf die erforderliche Verwendbarkeits- und Gelierzeit eines Zweikomponentenharzes und es hat auch eine relativ große Auswirkung auf die Aushärtungszeit.

Die Daten zur Verwendbarkeits- und Gelierzeit werden typischerweise für eine Mischungsgröße von 100 g bei Raumtemperatur 20-23 °C angegeben. Kurze Gelierzeiten sind für eine schnelle Produktionszeit von Einheiten von Vorteil, können aber Probleme verursachen, da beim Vergießen eingeschlossene Luft nicht rechtzeitig freigesetzt werden kann; lange Gelierzeiten können andererseits Produktionszykluszeiten verlängern und Engpässe im Fertigungsprozess verursachen.

Es ist wichtig zu beachten, dass sehr kleine Harzmengen längere Aushärtezeiten benötigen und dass besonders auf das richtige Mischverhältnis geachtet werden muss. Bei größeren Harzmengen muss der Benutzer beachten, dass einerseits die Aushärtezeiten verkürzt werden, andererseits durch exotherme Reaktion die entsprechende Temperatursteigerung der Harz‑/Härtemittelmischung so hoch sein könnte, dass empfindliche Komponenten beschädigt werden. Epoxidharze sind viel exothermer als Polyurethane.

Bei komplizierten Geometrien ist der Fluss des Harzes um die Komponenten und Anschlussdrähte zu berücksichtigen. Bei vielen Komponenten und/oder Konntaktbeinchen ist ein Vakuumverguss in Betracht zu ziehen, wenn ein lückenloser Verguss erforderlich ist.

Grundsätzlich müssen die thermischen und physikalischen Eigenschaften des Harzes auf die Komponenten und das Substrat abgestimmt werden. Idealerweise sollten alle drei sehr ähnliche thermischen Eigenschaften haben, um Spannung und Druck auf die Leiterplatte während des Vergusses und der Aushärtung zu minimieren.

Was sind die gefragtesten Anforderungen für Harze bei LED-Beleuchtung?

Bei der Auswahl eines Harzes für den Verguss von LEDs, ist die optische Klarheit das wichtigste Kriterium, gefolgt durch Festigkeit (siehe unsere Produkte UR5634, 5638 und 5639, die in diesen Anwendungen sehr erfolgreich sind). Wenn Sie jedoch einen Streulichteffekt erzielen wollen, gibt es auch dafür Optionen, wie z. B. unsere Produkte UR5635 und 5637.

Lufteinschlüsse sind der Fluch jedes Vergusses von LED-Leuchtmitteln, da dies die Leistung der Beleuchtungseinheit verschlechtert. Hier kann ich Ihnen einen wichtigen Tipp geben: eine oft übersehene Eigenschaft ist die Mischviskosität des Harzes, welche einen Einfluss darauf hat, wie es um die Komponenten fließt. Je mehr Komponenten sich in einem bestimmten Bereich befinden, desto höher das Risiko von turbulentem Fluss und dadurch verursachtem Lufteinschluss.

Bei Funkanwendungen ist es wichtig, dass das Harz das Funksignal nicht abschwächt. Wie werden Harze zusammengestellt, um das zu erzielen?

Das Polymerharz selbst ist für Funkfrequenzen durchlässig. Die zugefügten Füllstoffe – normalerweise, um das gehärtete Harz flammhemmend zu machen – verursachen eine Streuung und Abschwächung von Funksignalen. Deshalb wird natürlich das beste Ergebnis mit Harzen mit wenig oder keinen Füllstoffen erzielt (sehen Sie sich unsere Epoxidharze ER1137, 1426, 1448, 1450, 1451, 1452, 2223 und Polyurethan-Harze UR5048, 5118, 5123, 5545, 5562, 5626, 5634, 5635, 5637, 5638, 5639 an, welche alle sehr gut für Funkanwendungen geeignet sind). Wir haben auch ein Epoxidharz im Angebot – ER2141  das durch seine Nickelfüllung als Abschirmung gegen Funkstrahlen eingesetzt werden kann. Sie sehen schon, wir decken alle Eventualitäten ab!

Wie wählen Sie ein Produkt effektiv aus? Gibt es allgemeingültige Regeln, oder unterscheidet es sich von Fall zu Fall?

Jeder Kunde und jedes Kundenprojekt ist unterschiedlich; wir können einen Kunden aufgrund unserer langjährigen Erfahrung dahingehend beraten, welche Produkte für seine Bedürfnisse am besten geeignet sind. Alles hängt jedoch von der Baugruppe, der verwendeten Auftragsmethode bzw. Ausrüstung, den Aushärtezeiten und den Temperaturbeschränkungen ab, die sich aus dem Produktionsprozess ergeben können. Und je mehr Informationen der Kunde in Bezug auf die letztendlichen Betriebsbedingungen für das Harz bieten kann – Temperaturbereich, wahrscheinliche chemische Aussetzung, usw. – desto besser.

Wir hoffen, dass wir mit diesem Artikel einige Ihrer Fragen beantworten konnten! Eine Fortsetzung folgt nächsten Monat, aber in der Zwischenzeit steht Ihnen unser fachkundiges Support-Team zur Verfügung, um eine passende Lösung für Sie zu finden.

Alistair Little