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0 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
CREATING TOMORROW`S SOLUTIONS
SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKTIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar Komplexe Vergussaufgaben, ViscoTec, 10.-11.6.2015
1 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
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SILICONELASTOMERE – URSPRUNG & BESTANDTEILE
Silicon Silane Quartz
Silica
Siliconelastomere
Additive Kats
Öle Polymere Siliconharze
Müller-Rochow Prozess
Destillation
Polymersynthese Harzsynthese Conversion Flamme
Reduktion
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DIFFERENZIERUNG SILICONELASTOMERE
SILICONELASTOMERE
HCR or HTV Hochtemperatur- Kautschuk
LSR Liquid Silicone Rubber
RTV „Room temp“ curing rubber
Peroxid Vernetzung
Additions-Vernetzung
Additions-Vernetzung Kondensation
Additions-Vernetzung
Extrusion Spritzguss
Prozess
Vergießen Dispensen, Beschichten
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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
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SILICONE
außergewöhnliche Hitzestabilität und Tieftemperaturflexibilität
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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
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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 ………….
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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)
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Produktions- prozess
Dosierung
Stoff
AUSGEWÄHLTE EIGENSCHAFTEN
Produkt Produkt in
Anwendung
Stoffeigenschaften
Stabilität in der Anwendung
Anwendungseigenschaften Bedingungen
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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
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Produktions- prozess
Dosierung
Stoff
AUSWAHLKRTIERIEN
Produkt Produkt in
Anwendung
Stoffeigenschaften
Stabilität in der Anwendung
Hitze /Kältebeständigkeit Konstanter niedriger Modul Dielektrische Isolation Haftung / Klebrigkeit
Anwendungseigenschaften Bedingungen
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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]
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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
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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
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HOCHTEMPERATUR – SPEZIAL SILICONGELE
16 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN SILICONE I
0
20
40
60
80
100
120
SiliconeÖl
WeichesGel
Gel HartesGel
Elastomer
IEC 60243 (2013)
Durchschlagfestigkeit [kV/mm]
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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)
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SILICONOEL – SILICONGEL - SILICONELASTOMER
ELASTOMER
Shore A Shore 00 Penetration Öl
0
Tough Gel Soft Gel
Härte Modul
Netzwerkdichte 0
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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.
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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
22 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
Produktions- prozess
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
23 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
24 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
25 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
26 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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]
27 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
28 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
Wacker SilGel® 613 200 mPas / 10:1
6/32
Wacker SilGel® 613 200 mPas / 10:1
6/24
Wacker SilGel® 613 200 mPas / 10:1
6/16
HOMOGENITÄT - STATIK MISCHER [MRT UNTERSUCHUNG]
29 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
TAKTZEIT - PROZESSGESCHWINDIGKEIT
Dispensen Auftrag
Verlaufen im Bauteil Entgasen Härtung
Silicon Haftungs-aufbau
Vorbe-handlung QC-Test
Dosierung
Produk-tions-
prozess
30 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
31 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
32 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
TAKTZEITEN
Dispensen Auftrag
Verlaufen im Bauteil Entgasen Härtung
Silicon Haftungs-aufbau
Vorbe-handlung QC-Test
Dosierung
Produk-tions-
prozess
SEMICOSIL® UV FÜR SCHNELLE PRODUKTIONSPROZESSE
33 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
34 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
Start UV
End UV
Reaktion läuft weiter nach UV-Belichtung
UV-Rheometer Experiment
SEMICOSIL® UV FÜR SCHNELLE PRODUKTIONSPROZESSE
35 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
Verlaufen im Bauteil Entgasen Härtung
Silicon Haftungs-aufbau
Vorbe-handlung QC-Test
36 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
TAKTZEITEN Dosierung
Produk-tions-
prozess
Anwendungsbeispiel: Steckerverguss
SEMICOSIL® UV
Der Kunde steht im Fokus
Dispensen Auftrag
Verlaufen im Bauteil Entgasen Härtung
Silicon Haftungs-aufbau
Vorbe-handlung QC-Test
Niederviskos (200 mPas) Shore 00: 40 10:1 Taktzeit: ca. 40 sec
37 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
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
SEMICOSIL® UV FÜR SCHNELLE PRODUKTIONSPROZESSE
38 of 39 SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKIONSPROZESSE Dr. Markus Jandke, WACKER Chemie AG Praxisseminar ViscoTec (Töging am Inn), 10.-11.06.2015
Kondensationvernetzende Massen
Additions-Vernetzung
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
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
SILICONE FÜR SCHNELLE UND EFFIZIENTE PRODUKTIONSPROZESSE