Durch Vergießen werden die zu schützenden Bauteile durch ein Polymer komplett umschlossen, um ihre Zuverlässigkeit zu sichern. Im Bild: Vergießen eines elektronischen Bauteils. Im Projekt SOVEB unterstützen wir durch die Simulation solcher Prozesse.

Prozesssimulation vom Verguss elektronischer Bauteile

Projekt SOVEB (Simulationsgestützte Optimierung des Vergussprozesses elektronischer Bauteile)

Durch Vergießen werden elektronische Bauteile durch partikelverstärkte Polyurethanharze komplett umschlossen, um ihre Zuverlässigkeit zu sichern. Im Projekt SOVEB (Simulationsgestützte Optimierung des Vergussprozesses elektronischer Bauteile) simulieren wir diesen Prozess mit unserer Software FLUID, damit Unternehmen ihre Produktionsschritte optimieren können.

Die rasante Entwicklung der Mikroelektronik hat dazu geführt, dass aus isolierten elektronischen Komponenten zunehmend hochintegrierte und modulare Bauteilsysteme werden. Daraus resultiert u.a. eine hohe Wärmeabgabe während des Betriebs. Aber auch andere Anforderungen wie Langzeitstabilität und Funktionssicherheit steigen mit der Komplexität der Baugruppen. Um ein Beispiel zu nennen: LEDs sind empfindliche elektronische Komponenten und benötigen häufig zusätzlichen Schutz gegen mechanische Beschädigung, Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse.

Partikelverstärkte Harze zum Schutz von elektronischen Geräten

Polyurethanharze sind hier ein typisches Beispiel für Vergussmassen zur kompletten Umschließung von Elektronikbauteilen. Sie schützen empfindliche elektronische Komponenten nicht nur vor Stößen, Vibrationen, Feuchtigkeit, Wasser, sondern auch vor Überhitzung der eingebetteten elektronischen Komponenten.

Die Vergussmassen erreichen ihre hohe Wärmeleitfähigkeit durch die Hinzugabe von Partikeln. Die Partikel unterscheiden sich in Form, Größe und Füllmaterialbeladung. Die resultierende Vergussmasse aus partikelverstärkten Polyurethanharzen bildet eine extrem hochviskose Suspension, die für Simulationen sehr anspruchsvoll ist.

Entwicklung optimaler Simulationswerkzeuge für industrielle Anwendungen

Um die Dynamik solcher Suspensionen korrekt zu beschreiben, verwenden wir geeignete Strömungsmodelle und eine dafür angepasste numerische Diskretisierung. Nach der Parameteridentifikation der Viskositätsparameter führen wir mit unserer Software FLUID numerische Studien durch, um die richtige Materialverteilung bei der Formfüllung vorherzusagen. Durch die Simulationsstudien im Vorfeld, optimieren wir Bahn und Dynamik der Einfülldüse wie auch das Werkzeugdesign.

Unsere Ergebnisse (siehe Abbildung unten) zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen, die das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen durchgeführt hat. Das entwickelte Simulationswerkzeug steht somit der Industrie sowohl für Auslegungs- und Optimierungsstudien zur Verfügung, aber auch als Softwaretool, um die Zusammensetzung der Vergussmassen und ihre effiziente industrielle Verarbeitung im Voraus zu berechnen.

Partielles Vergießen einer Leiterplatte
© Fraunhofer IFAM
Partielles Vergießen einer Leiterplatte.
Vergussprozess im Experiment
© Fraunhofer ITWM
Vergussprozess im Experiment des Fraunhofer IFAM.
Vergussprozess Simulation mit FLUID
© Fraunhofer ITWM
Vergussprozess in unserer Simulation mit FLUID.

Video: Simulation mit FLUID

Vergussprozess in unserer Simulation mit FLUID.