Indkapsling af elektronik med flydende materiale. En kontrolleret fyldningsproces er vigtig for at undgå indesluttet luft omkring komponenterne. Foto: ViscoTec.
ViscoTec Nordic – Luftbobler i støbemasser, indkapslingsmaterialer og termisk ledende pastaer kan få betydning for elektroniske komponenters funktion og levetid. Derfor er korrekt materialeforberedelse og en kontrolleret doseringsproces afgørende for at opnå en ensartet og pålidelig kvalitet.
Ved produktion af elektroniske komponenter spiller lim, støbemasser og termisk ledende materialer en vigtig rolle. Materialerne anvendes blandt andet til at beskytte følsom elektronik mod fugt, vibrationer og mekaniske belastninger. Andre materialer skal sikre effektiv varmeoverførsel og dermed bidrage til komponenternes driftssikkerhed.
Selv med præcis dosering kan der imidlertid opstå udfordringer, som påvirker det færdige resultat. En af de mest almindelige er luftbobler, der enten findes i materialet på forhånd eller opstår under påføringen.
Disse luftlommer, også kendt som air entrapment eller voids, kan have forskellige konsekvenser. Afhængigt af anvendelsen kan de påvirke varmeledning, elektrisk isolation, mekanisk stabilitet og komponenternes samlede funktion.
Hvor kommer luftboblerne fra?
Luftbobler kan opstå flere steder i produktionsprocessen. Derfor er det vigtigt at finde den egentlige årsag, inden der vælges en løsning.
Nogle materialer indeholder allerede luft ved leveringen. Det kan skyldes fremstillingsprocessen, omrøring, påfyldning eller anden håndtering, inden materialet når frem til produktionen.
Andre gange opstår problemet under materialeforsyningen. Eksempelvis kan beholderskift, utætte forbindelser eller utilstrækkelig afgasning af slanger og doseringsudstyr medføre luftindtrængning.
Luft kan også blive indesluttet under selve doseringen. Det sker blandt andet, når materialet skal fordeles omkring komponenter eller fylde smalle hulrum med komplekse geometrier.
Da årsagerne varierer, findes der heller ikke én universel metode til at eliminere luftbobler.
Hvilken betydning har luftbobler for elektronikken?
Konsekvenserne afhænger i høj grad af materialets egenskaber og den funktion, det skal udføre.
Ved anvendelse af termisk ledende materialer kan luftlommer forringe kontakten mellem de overflader, hvor varmen skal overføres. Resultatet kan være øget termisk modstand og højere lokale temperaturer.
I elektrisk isolerende indkapslingsmaterialer kan luftbobler svække den ønskede beskyttelse. Særligt ved højspændingskomponenter kan hulrum udgøre en risiko for isolationssystemets langsigtede pålidelighed.
Ved traditionel potting og indkapsling kan luftlommer desuden resultere i ufuldstændig udfyldning og variationer mellem de færdige komponenter.
Det er dog vigtigt at understrege, at ikke alle luftbobler nødvendigvis medfører fejl. Betydningen afhænger blandt andet af deres størrelse, placering, materialets egenskaber og komponenternes driftsforhold.
Præcis indkapsling af temperatursensorer
Et eksempel på betydningen af luftfri dosering findes ved fremstilling af temperatursensorer.
Her placeres et sensorelement i et rør, som efterfølgende fyldes med termisk ledende pasta. Formålet er at skabe en effektiv varmeoverførsel mellem sensoren og omgivelserne.
Hvis der opstår luftlommer mellem sensoren og indkapslingsmaterialet, kan varmeoverførslen blive påvirket. Det kan få betydning for sensorens måleegenskaber.
ViscoTec har beskrevet en applikation, hvor en 1-komponent RD-dispenser anvendes til præcis fyldning af sensorrør med termisk pasta.
Inden doseringen afgasses materialet, enten hos materialeleverandøren eller ved hjælp af et integreret materialebehandlingssystem.
Under selve fyldningen kan sensorrøret gradvist bevæges væk fra doseringsnålen, efterhånden som materialet tilføres. Dermed kan fyldningsprocessen tilpasses rørets geometri og reducere risikoen for indesluttet luft.
Eksemplet illustrerer, hvordan materialeforberedelse, doseringsteknologi og bevægelsesmønster tilsammen har betydning for det færdige resultat.
Volumetrisk dosering giver kontrol over materialet
Valget af doseringsteknologi spiller en væsentlig rolle, når der arbejdes med følsomme eller vanskeligt håndterbare materialer.
Volumetriske doseringssystemer baseret på excentersnekkeprincippet transporterer materialet gennem definerede hulrum mellem en rotor og en stator.
Denne teknologi muliggør en kontrolleret og ensartet materialetransport. Den kan anvendes til både lav- og højviskose materialer, herunder fyldte pastaer og andre følsomme medier.
Det er dog vigtigt at skelne mellem kontrolleret materialetransport og egentlig afgasning.
En volumetrisk doseringspumpe fjerner ikke automatisk luft, som allerede findes i materialet. Hvis luftbobler følger med ind i pumpen, kan de derfor også fortsætte gennem doseringssystemet.
Ved applikationer med særlige krav til luftfri indkapsling bør doseringsteknologien derfor kombineres med korrekt materialeforsyning og eventuelt separat afgasning.
Vakuumafgasning kan reducere luftindholdet
En effektiv metode til at fjerne indesluttede luftbobler er vakuumafgasning.
Princippet bygger på at reducere trykket omkring materialet. Derved får gasboblerne mulighed for at udvide sig og lettere blive frigivet fra materialet.
Metoden er blandt andet relevant ved højviskose støbemasser og pastaer. Her kan luftbobler have vanskeligt ved at bevæge sig mod overfladen uden hjælp.
Resultatet afhænger dog af flere faktorer, herunder materialets viskositet, temperatur, opholdstid og den valgte proces.
ViscoTec har udviklet ViscoTreat-systemerne til materialeforberedelse og afgasning inden den efterfølgende dosering. Systemerne kan blandt andet anvendes til behandling af højviskose pastaer og andre industrielle materialer.
Efter afgasningen er det samtidig vigtigt, at materialet transporteres videre gennem et egnet forsyningssystem. Ellers risikerer man, at ny luft introduceres, inden materialet når doseringshovedet.
Hele doseringsprocessen skal undersøges
Når luftbobler opstår i en automatiseret produktionsproces, er det sjældent tilstrækkeligt kun at undersøge doseringspumpen.
En systematisk fejlsøgning bør omfatte hele materialets vej fra den oprindelige beholder til den færdige komponent.
Først bør materialets tilstand kontrolleres. Indeholder det allerede luft ved leveringen, eller opstår boblerne under den efterfølgende håndtering?
Herefter bør materialeforsyningen gennemgås. Slanger, koblinger, tilslutninger og procedurer ved beholderskift kan alle have betydning for risikoen for luftindtrængning.
Endelig skal selve påføringen vurderes. Doseringsnålens placering, fyldningshastighed, bevægelsesmønster og komponentens geometri kan være afgørende for resultatet.
Ved særligt kritiske applikationer kan det desuden være nødvendigt at supplere procesovervågningen med kvalitetskontrol. Afhængigt af komponenten kan det eksempelvis være visuel inspektion, røntgenundersøgelse eller andre relevante kontrolmetoder.
Luftfri dosering starter med korrekt materialeforberedelse
For elektronikproducenter handler en stabil doseringsproces om mere end at tilføre den korrekte mængde materiale.
Materialet skal også fordeles korrekt og bevare de egenskaber, der er nødvendige for komponentens funktion.
Erfaringer fra blandt andet bilindustrien viser, hvordan vakuumafgasning og kontrolleret materialeforberedelse kan bidrage til mere ensartet håndtering af termisk ledende pastaer.
Derfor bør materialekvalitet, afgasning, forsyningssystem, doseringsteknologi og påføringsmetode betragtes som dele af én samlet proces.
ViscoTec Nordic tilbyder løsninger til materialeforsyning, materialeforberedelse og volumetrisk dosering inden for blandt andet elektronikproduktion, potting, indkapsling og termisk styring.
Med den rette kombination af teknologier og proceskontrol kan producenter reducere risikoen for luftindeslutning. Samtidig skabes et bedre grundlag for stabil produktion, ensartet kvalitet og pålidelige elektroniske komponenter.
Svogerslev Hovedgade 48
4000 Roskilde
Tlf.: +45 45828090
E-mail: info@viscotec-nordic.com
