In der Elektronik ist der Verguss ein Prozess, bei dem eine komplette elektronische Baugruppe mit einer festen oder gallertartigen Masse gefüllt wird, um sie gegen Stöße und Vibrationen zu schützen und Feuchtigkeit und korrosive Stoffe auszuschließen.
Während die Umstellung von mechanischen auf überwiegend elektronische Lösungen und Komponenten den Verschleiß und die Materialermüdung, die mit freiliegenden und beweglichen Teilen einhergehen, praktisch eliminiert hat, gibt es bei der Festkörpertechnologie eine Reihe von Problemen, die den zuverlässigen Betrieb beeinträchtigen können.
Eines davon ist Feuchtigkeit in der Elektronik, die zu Fehlalarmen, fehlerhaftem Betrieb und Mikrokorrosion und damit zum Ausfall von Komponenten und Systemen führen kann. Ein weiteres Problem ist die beschleunigte Alterung aufgrund von Lufteinschlüssen und Lücken sowie der Kontakt mit korrosiven Substanzen. Einige dieser Probleme lassen sich durch eine geeignete Verkapselung der anfälligen Komponenten und Systeme in Gehäusen lösen, was jedoch die Kosten erhöht und zu mehr Größe und Gewicht führen kann.
"Der Verguss ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von elektronischen Komponenten und Systemen zu erhöhen."
Sam Liao, CTO, Winmate Inc.
Eine alternative Lösung zur mechanischen Verkapselung ist das "Vergießen" von Elektronik. Man spricht von "Vergießen", weil das empfindliche Wurzelsystem einer Pflanze stabilisiert und geschützt wird, indem man sie in einen Topf setzt, der dann mit Erde gefüllt wird. Elektronische Komponenten können in geeigneten Gehäusen und mit geeigneten Verbindungen "vergossen" werden, die nicht nur gegen Stöße und Vibrationen, sondern auch gegen die Bildung von Feuchtigkeit und den Kontakt mit korrosiven Stoffen schützen. Der Grundgedanke besteht darin, empfindliche elektronische Bauteile so zu kapseln, dass sie vor jeglicher Art von Schaden bewahrt werden.
Wie funktioniert der Elektronik-Verguss?
Werfen wir einen genaueren Blick auf das "Vergießen" von Elektronik. Im Wesentlichen geht es darum, einen geeigneten "Topf" zu schaffen, in dem die Elektronik untergebracht werden kann, und diesen Topf dann mit speziellen aushärtenden Flüssigkeiten (wie Epoxidharzen, Polyurethanen oder Silikonen) zu füllen, die wärmeisolierende und klebende strukturelle Eigenschaften haben. Ein "Topf" kann auch ein Guss sein, der entfernt wird, sobald die Vergussmasse ausgehärtet ist, oder die Bauteile werden einfach in die Masse getaucht, um sie zu verkapseln.
Einer der vielen Vorteile des "Vergießens" von Elektronik ist, dass es eine sehr flexible Lösung ist. Der Verguss kann sowohl bei Hochrisikobauteilen und -komponenten als auch bei kompletten Platinen und Baugruppen angewendet werden. Es sind viele Vergussmaterialien erhältlich, die Leitfähigkeit, elektrische und thermische Isolierung und Schutz gegen verschiedene Umweltbedingungen und Gefahren bieten.
Der Prozess des Vergusses von Elektronikbauteilen
Wie wird der Verguss durchgeführt? Das hängt von der Art und Verwendung der zu vergießenden Bauteile ab.
Auf der chemischen Seite können einige Materialien oder Klebstoffe chemische Reaktionen mit bestimmten Vergussmaterialien eingehen, was zu nicht ausgehärteten Bereichen führen kann. Die richtige Vergussmasse wird ermittelt, um das beste Ergebnis zu erzielen. Einige elektrische Bauteile können unzureichend abgedichtet sein, so dass Vergussmaterial an Stellen gelangen kann, an denen es nicht hingehört. Solche Bauteile müssen identifiziert werden, um spätere Fehlfunktionen zu vermeiden.
Verschiedene Vergussmassen müssen unterschiedlich verarbeitet werden. Sie erfordern unter Umständen ein spezielles Mischen, unterschiedliche Temperaturen, verschiedene Methoden zur Beseitigung von Blasen und eine zusätzliche Aushärtung, um die Schrumpfung zu minimieren. Die Beseitigung von Blasen (oder "Entgasung") kann Vakuumkammern erfordern. Für bestimmte komplizierte Vergussprojekte ist eine höhere Viskosität des Vergussmaterials erforderlich, die durch höhere Temperaturen erreicht wird.
Elektronik-Vergussausrüstung
Der Verguss von elektronischen Bauteilen erfordert hochspezialisierte Ausrüstung. Dazu gehören Maschinen zum präzisen, gleichmäßigen Mischen der Vergussmaterialien und Entgasungstanks, die jegliche Luftblasen in den Materialien beseitigen. Die Ausrüstung muss eine präzise Einstellung der Vergussmaterialverhältnisse und der Durchflussgeschwindigkeit ermöglichen. Zu den Anlagen für den elektronischen Verguss gehören auch Vakuum- und Aushärtekammern mit vollständiger Temperaturkontrolle. Weitere Faktoren sind die Dauer und die Temperatur des Aushärtungsprozesses, die sich auf die Schrumpfung auswirken.
Qualitäts- und Prozessinspektionen
Bei einem ersten Vergusslauf prüfen die Techniker die Fließmuster, die richtige Füllung und die Aushärtung. Mustereinheiten werden zerlegt, aufgeschnitten und dann sorgfältig untersucht. Die Ergebnisse werden dokumentiert, und die Inspektoren stellen Notizen und Checklisten für die Vergießer zusammen. Werden Probleme festgestellt, werden der Vergussprozess und die Materialien angepasst, und die Kontrollen werden wiederholt, bis alles den Erwartungen entspricht. Vergussproben können für die Genehmigung von Mischungsverhältnissen aufbewahrt werden.
Vorteile des elektronischen Vergusses
Die Vorteile des Vergusses sind beträchtlich. Der Verguss schützt nicht nur vor Feuchtigkeit und Exposition, sondern auch vor Stößen und Vibrationen. Die schädlichen Auswirkungen von Luft und Feuchtigkeit werden vollständig aus der Gleichung für Wartung, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit entfernt, während gleichzeitig laute und EMI-empfindliche Bauteile geschützt werden.
Wie ist der Vergleich zwischen Verguss und anderen Schutzlösungen?
Der Verguss ist zwar eine ausgereifte und kostengünstige Methode zum Schutz von Elektronik, aber auch andere Lösungen können diese Aufgabe erfüllen. Eine davon ist eine konforme Beschichtung, bei der eine dünne Schutzschicht auf die gesamte Leiterplatte aufgetragen wird. Eine andere ist die Unterbringung von Komponenten und Systemen in vollständig abgedichteten Gehäusen. Beide Methoden sind weit verbreitet und haben viele nützliche Anwendungen. Je nach Anwendung können sie jedoch weniger kosteneffizient sein als der Verguss, und weder die konforme Beschichtung noch die Vollverkapselung können das Problem der eingeschlossenen heißen Luft lösen. Daher ist ein strategisch angewandter Verguss für gefährdete Komponenten oft die beste und kostengünstigste Lösung.
Anwendungen des Elektronikvergusses
Da der Einsatz von Elektronik im modernen Leben und in der Industrie zunimmt, ist der Verguss ein wesentliches Werkzeug, um Dinge am Laufen zu halten.
Einige Beispiele sind:
- Im Automobilsektor kommen zahlreiche elektronische Bauteile und Systeme zum Einsatz, die Schmutz, Flüssigkeiten, Feuchtigkeit, Vibrationen und extremen Temperaturen ausgesetzt sein können. Der Verguss strategischer Teile und Komponenten kann die Zuverlässigkeit erheblich verbessern und vor vorzeitiger Alterung und Ausfall schützen.
- Gabelstapler und andere Baufahrzeuge werden nach Schichtende routinemäßig mit Druck gewaschen, was geeignete elektronische Systeme und Leitungen für einen kontinuierlichen zuverlässigen Betrieb voraussetzt. Auch hier kann ein Verguss die empfindlichen Teile schützen und sie vor Schäden bewahren.
- Infrastrukturelektronik wie Ampeln, Schalter, Stromversorgungen, Sensoren usw. sind für den ordnungsgemäßen Betrieb auf abgedichtete Gehäuse angewiesen. Sobald diese Gehäuse durch Alterung, thermische und mechanische Belastung, UV-Belastung usw. ihre Wirksamkeit verlieren, ist ein zuverlässiger Betrieb nicht mehr gewährleistet. Ein strategischer Komponentenverguss kann die Zuverlässigkeit deutlich erhöhen und die Reparatur- und Austauschkosten senken.
Abgesehen von diesen drei Beispielen gibt es zahlreiche andere elektronische Anwendungen und Lösungen, die Flüssigkeiten und unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind. Sie alle sind gefährdet, da selbst kleinste Lücken in den Gehäusen zu Feuchtigkeitseinwirkung und korrosiven Effekten führen. Auch hier kann der elektronische Verguss helfen.
Der Erfolg eines Vergussprojekts hängt von 4 Dingen ab:
- Ermittlung der Risikokomponenten mit der höchsten Investitionsrentabilität durch Verguss.
- Die Bestimmung der Vergussmasse mit der genau richtigen Mischung von Eigenschaften für das Projekt.
- Eine hochmoderne Elektronik-Vergussanlage mit allen erforderlichen Geräten.
- Ein erfahrener Mitarbeiter für den Elektronikverguss.
