Applikationer vid höga frekvenser, accelerationer och G krafter.
Ingjutning innefattar tre olika produkttyper
- Epoxy – slagtåliga , kemiskt stabila
- Polyuretan – slagtåliga, från mycket flexibla till mycket hårda,
- kostnadseffektiva.
- Polyuretan – skummade ger lätta ingjutningar.
- Silikoner hög elasticitet – från geler till elastomerer, klarar låga/höga
- temperaturer.
Då det gäller ingjutning är det extra viktigt med val av produkt och metod.
Några saker att tänka på är:
- Vad ska produkten klara för temperatur?
- Termisk expansion?
- Termisk ledning?
- Hur ska produkten blandas för säker hantering?
- Finns de hydroskopiska material i de ingående detaljerna?
- Vilken penetration önskas?
- Vad får det kosta?
- Hur många detaljer ska gjutas in?
- Vilka krafter kommer slutprodukten att utsättas för?
- mm.
Olika typer av ingjutning av elektronik.
Ingjutning av elektronik med epoxy.
Den produkttyp som klarar kemikalier som tex. bensin , fotogen , diesel eller lösningsmedel och
alkaliska miljöer bäst över tid är epoxy produkter.
Epoxyprodukterna är oftast relativt hårda och kan i vissa fall ge en hög termisk expansion vid
härdning då de flesta av dem har en hög exoterm reaktion. Det är inte ovanligt att
temperaturökningarna kan vara mellan 30-60 °C över rumstemperatur.
Enkelt uttryckt kan man säga att ju hårdare ( hög fylldnadsgrad ) produkter är så är den termiska
ledningsförmågan ( w/mK ) högre -vilket är positivt om elektroniken avger mycket värme.
Om produkten har en hög fyllnadsgrad så är den termiska expansionen lägre – vilket gör att
påkänningen på elektroniken blir lägre.
Det man måste ta hänsyn till är hur elektronik kortet ser ut så att expansionen inte påverkar
kretskortet och dess komponenter över tid.
Långa kretskort kommer att innebära en risk om man gjuter in med en epoxy då epoxyn expanderar
mer än kretskortet så ger den stor påkänning på komponenterna. Det kan leda till att man ” bryter”
loss komponenter.
Epoxy är stabila inom temperaturområdet -40 – 100 °C.
Ingjutning av elektronik med polyuretan.
Vid ingjutning av elektronik är polyuretan det som är mest förekommande. Det gäller särskilt vid
användning i stora volymer där priset är en avgörande faktor.
Polyuretan finns i så många former med många olika egenskaper från mjuka till hårda och för låg
respektive hög temperatur( – 60- +160 °C ).
Det finns produkter med brandskyddsklassning enligt UL94-V0, ATEX, tåg EN45545, termiskt ledande
i en rad olika värmeklasser, geler och transparenta material för LED.
Polyuretanerna har en exoterm reaktion som är ca 10-50 °C över rumstemperatur.
Polyuretanerna är känsliga för fukt och i samband med ingjutning så är material som är
hydroskopiska som ingår i konstruktionen viktiga att man torkar före. Detta kan göras i ett torkskåp
med en temperatur som är ca + 40°C.
Om man inte torkar den applikation som skall gjutas in finns det risk för att polyuretanet reagerar
med fukt och att polyuretanen gasar vilket gör att den ”jäser” och ger upphov till luftinneslutningar.
Ingjutning av elektronik med polyuretan skum.
Ingjutning av elektronik med polyuretan skum är inte så vanligt men är en bra metod då man önskar
lätta konstruktioner.
Polyuretanskum har en densitet från 10 till 250 g/ liter.
Om applikationen utsätts för höga G krafter eller accelerationer är polyuretanskum ett tänkbart
alternativ.
Ingjutning av elektronik med silikon.
Maximalt skydd – speciellt när det gäller silikongeler – mot mekanisk spänning vid till exempel
termisk cykling eller vid stor skillnad i utvidgning hos olika material.
Bra skydd mot slag och vibrationer.
Bra temperaturtålighet – klarar temperaturer mellan -45 ˚C och 200 ˚C.
Bättre vattenbeständighet och högre beständighet mot UV-strålning.
Silikonerna är sämre än epoxy och polyuretaner då det gäller diffusion – dvs upptagning av fukt.
Silikonerna klarar vatten bra men tar upp fukt lättare. Det innebär att de också släpper ifrån sig fukt
enklare.
Minskad eller helt eliminerade försiktighetsåtgärder vid hantering som ofta förknippas med
härdplaster så som polyuretan och epoxi. Till exempel skador vid inandning eller risk för allergier.
Härdschemat hos silikoner kan anpassas till produktionen utan betydande förändringar i
slutegenskaperna.
Enkel bearbetning/ härdning utan behov av ugnar eller oro över exoterma reaktioner (som för epoxi).
Ingjutning av elektronik med kombination av olika produkttyper.
I många fall behöver man kombinera olika produkttyper för att uppnå önskat resultat.
Det är viktigt att man har förståelse för vad applikationen kommer att utsättas för och man bör göra
en FMEA så att man får med alla olika risker.
Vanligt är att man skyddar vissa känsliga komponenter med sk. ”glob top”, vilket är en övergjutning
av känsliga komponenter med tex. en elektroniksilikon ( några exempel är Dow Corning 3140 eller
Wacker Elastosil 745).
Härdschemat hos silikoner kan anpassas till produktionen utan betydande förändringar i
slutegenskaperna.
Om applikationen utsätts för vibrationer eller chock belastning kan man göra en dubbelgjutning där
man tex gjuter in elektronikkortet med en elastomer eller ett hårdare material som en hård epoxy
eller polyuretan som steg 1.
Som steg 2 placerar man det man tillverkat i steg 1 i en box och därefter gjuter in det man gjutit i steg
1 med tex en silikon eller polyuretan gel för att ta upp chock belastningar.
Slutsummering gällande ingjutning av elektronik .
Vi har försökt beskriva olika applikationer och material generellt.
Det man kan säga är att det finns ingen metod som täcker in alla applikationer utan det är viktigt att
ge varje applikation rätt förutsättningar.
Vi hjälper gärna till med val av produkt och metod för att få en så bra lösning som möjligt ur både ett
tekniskt som kostnadsmässigt perspektiv.
Vid frågor kontakta info@polymerteknik.com
Stefan Grönqvist
