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CREATING TOMORROW`S SOLUTIONS

SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKTIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar Komplexe Vergussaufgaben, ViscoTec, 10.-11.6.2015


Produktions- prozess

Dosierung

Stoff

AUSWAHLKRTIERIEN UND AUSGEWÄHLTE THEMEN

Produkt Produkt in

Anwendung

Verarbeitungseigenschaften Aufbereitung / Dosierung / Reproduzierbarkeit Massenproduktionsprozess

Anwendungseigenschaften Bedingungen

Stabilität in der Anwendung

Taktzeiten Schnelle Härtung Ofenfreie Härtung Cure on demand Haftaufbau

Entgasung / Aufbereitung Verarbeitungszeit / Topfzeit Vermeidung von Spülverlusten Flexible Topfzeit / Aushärtung Robustheit des Prozesses Dispensleistung

Vergussaufgabe Dielektrische Isolation Minimierung von Spannungen

Hitze /Kältebeständigkeit Konstanter niedriger Modul Dielektrische Isolation

Stoffeigenschaften

Grundlagen Silicone


SILICONELASTOMERE – URSPRUNG & BESTANDTEILE

Silicon Silane Quartz

Silica

Siliconelastomere

Additive Kats

Öle Polymere Siliconharze

Müller-Rochow Prozess

Destillation

Polymersynthese Harzsynthese Conversion Flamme

Reduktion


DIFFERENZIERUNG SILICONELASTOMERE

SILICONELASTOMERE

HCR or HTV Hochtemperatur- Kautschuk

LSR Liquid Silicone Rubber

RTV „Room temp“ curing rubber

Peroxid Vernetzung

Additions-Vernetzung

Additions-Vernetzung Kondensation


Extrusion Spritzguss

Prozess

Vergießen Dispensen, Beschichten


DIFFERENZIERUNG DER SILICONELASTOMERTYPEN

Eigenschaft HTV LSR RTV-add. RTV-kond.

Polymerisationsgrad Basispolymer

5.000 – 10.000

500 – 1.000 100 – 300 < 800

Viskosität Fertigmasse [Pas]

200.000 ± 50.000

100 – 8.000 0,2 – 100 5 – 500

Härte [Shore A] (DIN 53 505) 30 – 90 20 – 80 0 – 60 10 – 60

Reißdehnung [%] (DIN 53 504)

200 – 1.000

100 – 800 50 – 800 100 – 600

Reißfestigkeit [MPa] (DIN 53 504)

6 – 14 5 – 10 0.5 – 6 0.5 – 6

Weiterreißwiderstand [N/mm] (ASTM D 624 B)

20 – 55 10 – 45 5 – 40 5 – 35


SILICONE

außergewöhnliche Hitzestabilität und Tieftemperaturflexibilität


RTV - SILICONELASTOMERE ADDITIONS - VERNETZUNG

��

Si

Si

SiH

OO O

Si

OSi

R R

R

R

RR

R

R

H

H

��

Si

Si

SiO

OO O

Si

OSi

Si

HC

CH2

RR R

R

R

R

R

R

R

RR

CH

CH2 ��

Si

Si

SiO

OO O

Si

O SiSi

H2C

CH2

RR R

RR

R

R

R

R

RR

��

Si

SiSiO

O

O

Si

O

Si

RRR R

RRR

R

H

CH2

CH2

• Keine Abspaltungsprodukte • Kein Schrumpf • 1K-Systeme möglich • Inhibierung möglich >

Einstellung Topfzeit & Vernetzungszeit möglich

Pt-cat


VERGUSSANWENDUNG I SILICONELASTOMERE IN DER AUTOMOBILELEKTRONIK

FUNKTION Hitzestabilität, Stabilität vs. Temperaturwechsel, Dämpfung, Feuchteschutz, Korrosionsschutz, Dielektrische Isolation, Chemische Beständigkeit

• ANWENDUNG • Verguss von ABS-, ESP-, ESL

Steuergeräten • Lenkungs- und Getriebesteuerung • Luftmassenmesser • Sensorikanwendungen ………….


Automotive Power Electronics ABS, ECU, EPS, EWP, Airbag, Fan, Gear, HEV/EV, Xenon-Trafo

Power Modules Dioden, Gleichrichter, Thyristoren, MOSFETs, IGBTs

VERGUSSANWENDUNGEN II LEISTUNGSHALBLEITERBAUELEMENTE (POWER MODULE)



Dosierung

Stoff

AUSGEWÄHLTE EIGENSCHAFTEN

Produkt Produkt in

Anwendung

Stoffeigenschaften




EIGENSCHAFTSSPEKTRUM SILICONE

WACKER entwickelt das Eigenschaftsspektrum von Silicongelen und Siliconelastomeren ständig weiter

antikorrosiv dämpfend hochtransparent wärmeleitend tieftemperatur-flexibel

weich stressfrei

eigenadhäsiv isolierend witterungsstabil UV-stabil hochtemperaturstabil

entspiegelnd

selbstheilend gaspermeabel

ionenrein biokompatibel alterungs-beständig

hydrophob

Stoff Produkt Produkt in An-

w endung



Dosierung

Stoff

AUSWAHLKRTIERIEN

Produkt Produkt in

Anwendung

Stoffeigenschaften


Hitze /Kältebeständigkeit Konstanter niedriger Modul Dielektrische Isolation Haftung / Klebrigkeit



TEMPERATURSTABILITÄT

Dauergebrauchstemperatur

Hitzestabilität und Kälteflexibilität Silicone Einsatztemperaturen von -40 ~ 200°C: (Spezielle Typen bis -110°C)

Ungefüllte Silicone

Spezialtypen

-100 -50 0 50 100 150 200 250 Silicone Acrylate

EPDM BR NR

[oC]

Epoxy PU

0 10 20 30 40 50 60 70 80

160°C 180°C 200°C

24 h 168 h 1176 h

WACKER SilGel 612 [Penetration]


THERMISCHE STABILITÄT & DEGRADATION JENSEITS DES GRENZBEREICHS

Texture Analyzer (Gele)

Oxidative Vernetzung (Zunahme Härte)

Anaerobe Reversion (Kettenspaltung; Erweichung)

DT / Kat / starke Säure / Base)

Force meter

Gel 6 mm


Tage

0 2 4 6 8 10 12 14

20

30

40

50

60 70

Anstieg Modul nach Lagerung

keine Moduländerung

TIEFTEMPERATURANWENDUNGEN – LT SPEZIALGELE

Penetration [mm/10]

-55°C Lagerung

Tieftemperaturgel SEM 920 LT AB oder SEM 900 LT AB

Standard Gel


HOCHTEMPERATUR – SPEZIAL SILICONGELE


DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN SILICONE I

0

20

40

60

80

100

120

SiliconeÖl

WeichesGel

Gel HartesGel

Elastomer

IEC 60243 (2013)

Durchschlagfestigkeit [kV/mm]


STANDARDANFORDERUNGEN POWER MODULE CHARAKTERISTIKA VON EINGESETZTEN VERGUSSMASSEN

► Viskosität 1000 – 10000 mPas Newtonsch od. scherverdünnend ► E-Modul < 100 kPa

► Stabilität - 50°C / +180°C (Standard)

> 2000 h Spezial (-110°C / + 210°C)

► H2O-Aufnahme < 500 ppm (24 h / 25°C)

► Ionengehalt < 10 bzw. < 2 ppm

► Durchschlagsfestigkeit > 23 kV/mm IEC 60243 (1998/2)


SILICONOEL – SILICONGEL - SILICONELASTOMER

ELASTOMER

Shore A Shore 00 Penetration Öl

0

Tough Gel Soft Gel

Härte Modul

Netzwerkdichte 0


SILICONGEL VERGUSS & DÄMPFUNG MINIMIERUNG VON THERMOMECHANISCHEM STRESS

Automobilelektronik, Power Module, Sensoren

► Materialien mit unterschiedlichen CTEs

► Temperaturwechsel (-50oC to +180oC)

► Thermomechanischer Stress ~ CTE, ~ Modul

► Sicherheit durch dämpfenden Siliconverguss

Gel Chip Substrat

Bonddrahtabriss etc.


Thermomechanischer Stress σ

σ ~ CTE x E-Modul

CTE [ppm]

Modul [MPa]

Epoxy 40 5000 Silicon Elastomere 250 5 Silicongele 300 0.005

T [°C] -50 0 50 100 150 0

0,005 0,01 0,015 0,02

Modul [MPa] WACKER Silgel® 612

SILICONGELVERGUSS & DÄMPFUNG MINIMIERUNG VON THERMOMECHANISCHEM STRESS



Dosierung

Stoff

AUSWAHLKRTIERIEN UND AUSGEWÄHLTE THEMEN

Produkt Produkt in

Anwendung

Verarbeitungseigenschaften Aufbereitung / Dosierung / Reproduzierbarkeit Massenproduktionsprozess

Taktzeiten Schnelle Härtung Ofenfreie Härtung

Entgasung / Aufbereitung Verarbeitungszeit / Topfzeit Vermeidung von Spülverlusten Flexible Topfzeit / Aushärtung Robustheit des Prozesses Dispensleistung Cure on demand


ENTGASUNG / AUFBEREITUNG

15-20 vol-% gelöste Luft Aufbereitung: Entgasung im Vakuum Lufteintrag beim Dispensen (Verlaufen im Bauteil) Optional 2. Vakuum beim Dispensen Ziel: luftblasenfrei nach Aushärtung - Vermeidung Korrosion - Dielektrische Isolation

Dosierung


VERARBEITUNGSZEIT (TOPFZEIT) UND SPÜLPROZESS

1:1 10:1 UV

Spülvorgang - abhängig von Topfzeit - mit Pt-Komponente - stark reduzierte Spülverluste

Topfzeit - produktspezifisch - temperaturabhängig - einstellbar: ELASTOSIL® CAT PT ELASTOSIL® CAT PT-F

Topfzeit - produktspezifisch - temperaturabhängig

Spülvorgang - abhängig von Topfzeit - mit Pt-Komponente

Keine Chargenbindung - A/B unabhängig - Minimierung Verluste - Robust vs. MV

Chargenbindung - A & B mit gleicher Charge - Härte einstellbar mit MV

Topfzeit - unbegrenzt (ELASTOSIL® Cat UV) - kein Spülen notwendig - Ausnahme: Schattenhärtende Katalysatoren

Dosierung


SilGel® 613 +

Topfzeit 1 Pas [min]

Gelierzeit 25°C [min]

Gelierzeit 70°C [min]

EL Cat Pt 30 120 10

EL Cat Pt-F 5 15 < 3

EL Cat UV > 7 d < 2 < 1

• Viskosität 200 mPas, 10:1 • Flexibles & robustes Processing, keine

Chargenbindung • Kombinierbar mit versch. Härtern • Reduzierte Gesamtkosten • Härtung nach Bedarf • Niedriger Ionengehalt • Hohe Klebrigkeit und Dämpfung

Bsp.: WACKER SilGel® 613:

MODULARES SYSTEM (10:1) UV-HÄRTUNG MODULARE SYSTEME UV-VERNETZUNG ALS EINE AUSHÄRTEOPTION


VERARBEITUNGSOPTIONEN

1:1 10:1 UV

Dosierung

Produk-tions-

prozess

Opt: Homogene Schattenhärtung ELASTOSIL® CAT UV SEMICOSIL® 950 UV

UV-Intensität / Dosis v

WACKER

1,5:1

1,25:1

70°C

1 :1

[mPas]

Zeit [min]


HOMOGENITÄT -- MV / VISKOSITÄT [MRT UNTERSUCHUNG]

Wacker SilGel® 612 A/B 1000 mPas

1:1

Wettbewerb 425 mPas

1:1

Wettbewerb 290 mPas

1:1

Statik Mischer 6/32


Wacker SilGel® 613 200 mPas / 10:1

6/32


6/24


6/16

HOMOGENITÄT - STATIK MISCHER [MRT UNTERSUCHUNG]


TAKTZEIT - PROZESSGESCHWINDIGKEIT

Dispensen Auftrag

Verlaufen im Bauteil Entgasen Härtung

Silicon Haftungs-aufbau

Vorbe-handlung QC-Test

Dosierung

Produk-tions-

prozess


MAßGESCHNEIDERTE RHEOLOGIE OPTIMIERT DISPENSLEISTUNG UND ERFÜLLT ANFORDERUNGEN BAUTEIL

Düse Φ 1.5 mm Druck: 3 bar Zeit : 3 sec

Silicone-Polymer I

20000 mPas

Silicone- Polymer II

100000 mPas

Gel mit

Fließ-grenze

Standfester Klebstoff

0,25 g

0,08 g

2,25 g

0,31 g

Dosierung

Produk-tions-

prozess


OPTIMIERTE RHEOLOGIE FÜR WÄRMELEITENDE SILICONE SEMICOSIL® 975 TC

( )W

KmmRth

KmW ,λBulk

⋅±=

⋅±=

²120

)2,034(

0

RD 12: > 3,1 ml / sec > 10 g / sec


TAKTZEITEN

Dispensen Auftrag




Dosierung

Produk-tions-

prozess

SEMICOSIL® UV FÜR SCHNELLE PRODUKTIONSPROZESSE


UV-AKTIVE SILICONE SEMICOSIL® UV

��

Si

Si

SiH

OO O

Si

OSi

R R

R

R

RR

R

R

H

H

��

Si

Si

SiO

OO O

Si

O SiSi

H2C

CH2

RR R

RR

R

R

R

R

RR

��

Si

SiSiO

O

Si

O

Si

RRR R

RRR

R

H

CH2

CH2

��

Si

Si

SiO

OO O

Si

OSi

Si

HC

CH2

RR R

R

R

R

R

R

R

RR

CH

CH2

• Additionsvernetzung (sec – min) • Keine Photoinitiatoren Keine Nebenprodukte • Kein Schrumpf • Reaktion läuft nach

Belichtung weiter oder ist bereits beendet

Eigenschaften Starke Reduktion Taktzeit Erhöhter Durchsatz und Steigerung

Linienkapazität Einsparung (Energie, Platz, kein Ofen, Feuchte-

Kontrolle, Teile-Zwischenlagerung) Kombination von schneller Vernetzung & langer

Topfzeit bei Raumtemperatur Aushärtegeschwindigkeit einstellbar (Intensität /

Dosis) Verläßlichkeit & Flexibilität im Prozess

Vorteile


Start UV

End UV

Reaktion läuft weiter nach UV-Belichtung

UV-Rheometer Experiment



TAKTZEITEN Dosierung

Produk-tions-

prozess

Anwendungsbeispiel: SEMICOSIL® UV

• Reduzierung der Härtungsdauer von 60 Minuten auf 5 Minuten

• Vermeidung von Ofenprozessen, Einsparung von Heizkosten & Investkosten

• Verkürzung der Taktzeiten von 30 Minuten auf 9 Sekunden

Der Kunde steht im Fokus

Dispensen Auftrag





TAKTZEITEN Dosierung

Produk-tions-

prozess

Anwendungsbeispiel: Steckerverguss

SEMICOSIL® UV

Der Kunde steht im Fokus

Dispensen Auftrag




Niederviskos (200 mPas) Shore 00: 40 10:1 Taktzeit: ca. 40 sec


Automotive Electronics Power Electronics Consumer Electronics

Industrien Anwendungen

Verguss Beschichtung Dichtkleben

Lösungen Niederigviskose Gele „Thixotrope“ Gele Klebrige Gele Verguss Shore 00 Schattenhärtende Systeme Modular Systeme

Verguss Power Module

Steckerverguss Verguss von Sensoren & Steuergeräten

PCB-Beschichtung



Kondensationvernetzende Massen


Grundierung / Primer

Klebrige Gele

physikalische Adhäsion unabhängig von Substrat

Selbsthaftende Systeme Hitzehärtende Systeme Ofenprozess Platz Aufheizen großer Teile Sensitive Elektronik schnelle QC-Kontrolle

Raumtemperatur/ Niedrig-Temperatur Systeme

Einflussfaktoren

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

0

100

200

300

400

500

600

700

Time [h]

Lap

Shea

r [N

][41

5 m

m2 ]

23°C 1min 60°C

2 min 80°C

0,2 - 0,3 N/mm2

Mechanik von Verguss-massen of limitiert:

SCHNELLE PRODUKTIONSPROZESSE HAFTUNGSAUFBAU


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKTIONSPROZESSE

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