Die Herausforderungen der Elektronikverkapselung meistern
Die Verkapselung von Elektronik ist ein entscheidender Prozess, um elektronische Komponenten vor Umwelteinflüssen zu schützen und ihre Langlebigkeit und Funktionalität sicherzustellen. Dennoch können bei der Herstellung verkapselter Elektronikkomponenten verschiedene Herausforderungen auftreten, darunter Materialvarianz und die Empfindlichkeit der Elektronik. Zudem stellt die Balance zwischen Qualität und Kosten, bei gleichzeitiger Bewältigung von Prozessinkonsistenzen von Standort zu Standort, eine weitere Schwierigkeit dar.
In unserem vorherigen Artikel haben wir die Grundlagen der Herstellung verkapselter Elektronik erörtert, indem wir die Bedeutung der Verkapselung herausgestellt, gängige Materialien für die Verkapselung vorgestellt und einige übliche Verfahren zur Verkapselung im geschlossenen Formwerk erläutert haben.
In diesem Artikel behandeln wir die Material- und Prozessherausforderungen der Elektronikverkapselung und bieten Strategien und Lösungen zur Bewältigung dieser Herausforderungen.
Der Markt für Kunststoffe im Elektroniksektor
Um das Ausmaß des Marktes für die Verkapselung von elektronischen Komponenten mit Kunststoff in Perspektive zu setzen, wird erwartet, dass der weltweite Markt für Kunststoffe in elektronischen Komponenten von 2022 bis 2027 mit einer jährlichen Wachstumsrate von 5,5% wachsen wird. Genauer gesagt, während der geschätzte Marktwert im Jahr 2022 bei 7,9 Milliarden US-Dollar lag, wird erwartet, dass er bis 2027 auf 10,3 Milliarden US-Dollar steigen wird.
Angesichts der Größe der Branche ist es entscheidend, die Herausforderungen zu erkunden, die die Verkapselungsprozesse für Elektronik behindern, und die Lösungen, die dazu beitragen können, ihnen entgegenzuwirken.
Eine Zusammenfassung der Grundlagen
Bevor wir die in diesem Artikel zentralen Herausforderungen einführen, fasst dieser Abschnitt kurz die Grundlagen der Elektronikverkapselung zusammen, über die Sie mehr in unserem vorherigen Artikel ‚Die Grundlagen der Elektronikverkapselung‘ lesen können.
Elektronische Komponenten werden verkapselt, um sie vor Umweltbedingungen wie Verschmutzung, Feuchtigkeit und aggressiven Chemikalien zu schützen, um sie zu isolieren, ihre thermischen Eigenschaften zu steuern, ihre Lebensdauer zu verlängern und um branchenspezifischen Standards zu entsprechen.
Drei gängige Materialien zur Verkapselung von Elektronikkomponenten sind Silikone, Epoxidharze und Polyurethane. Darüber hinaus verwenden Hersteller einige Prozesse, um elektronische Komponenten zu schützen, darunter das Spritzgießen, Überziehen und Transferformen.
Herausforderungen der Elektronikverkapselung
Wie bereits erwähnt, können Prozesse, die die Elektronik verkapseln, auf verschiedene Herausforderungen stoßen. Unterschiede in den Materialien von Charge zu Charge und Abweichungen im Materialverhalten während des Prozesses können zu Qualitätsschwankungen, fehlerhaften Teilen und erhöhten Ausschussraten führen. Darüber hinaus führt die mangelnde Transparenz bei geschlossenen Formprozessen dazu, dass ein Produktions-„Blackbox“ entsteht. Dadurch wissen die Hersteller nicht, ob eine Komponente ordnungsgemäß und zuverlässig verkapselt wurde oder ob die Elektronikkomponente während des Formgebungsprozesses beschädigt wurde, bis nach der Qualitätssicherungsprüfung.
Darüber hinaus hängt die Verkapselung von Elektronik in Kunststoff von spezialisierten Polymeren ab, die sich als sehr teuer erweisen können, insbesondere wenn Prozesse fehlerhafte oder unzuverlässige Endprodukte herstellen. Eine weitere Herausforderung besteht in der Variation oder Abweichung zwischen Prozessen in verschiedenen Fertigungsstandorten.
Glücklicherweise gibt es bestimmte Strategien und Lösungen, die Herstellern dabei helfen können, diese Herausforderungen zu bewältigen oder gänzlich zu vermeiden. sensXPERT Digital Mold ist eine Lösung, die mehrere Hardware- und Softwarefunktionen kombiniert, um Echtzeit-Prozesskontrolle, Qualitätssicherung (QA) und Stabilität sowie Transparenz im Formprozess und die Möglichkeit zur Fernüberwachung des Prozesses zu ermöglichen.
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Materialvarianz
Materialvarianz kann aus einer Vielzahl von Faktoren resultieren, einschließlich Unterschieden zwischen Chargen, Prozessabweichungen und Umweltbedingungen. Inkonsistente Materialeigenschaften wie Viskosität, Wärmeleitfähigkeit und Aushärteverhalten können zu Defekten und Leistungsproblemen bei verkapselten Elektronikkomponenten führen.
Zusätzlich können Abweichungen im Prozess aufgrund von Temperaturschwankungen, Druckveränderungen und zeitabhängigen Reaktionen auftreten, was zu Schwankungen im Materialverhalten, Defekten und unzureichendem Schutz elektronischer Komponenten führen kann.
In-Mold-Qualitätskontrolle und Materialcharakterisierung sind zwei Möglichkeiten, um das Problem der Materialvarianz in geschlossenen Formen für die Elektronikverkapselung anzugehen. Echtzeitüberwachungssensoren wie die Materialcharakterisierungssensoren von sensXPERT überwachen das Materialverhalten während des Verarbeitungsprozesses und können viele potenzielle Abweichungen in Echtzeit erkennen.
Die Materialcharakterisierung ermöglicht eine eingehende Analyse der Materialeigenschaften in einem laufenden Prozess, was es Herstellern ermöglicht, ihre Prozesse anzupassen, sollten sich Materialverhalten und Eigenschaften von der Norm abweichen. Auf diese Weise ermöglicht eine Lösung wie sensXPERT eine Qualitätskontrolle direkt innerhalb einer Form, anstatt auf Nachprozess-Qualitätssicherungstests angewiesen zu sein, um Defekte oder Leistungsprobleme im verkapselten Teil zu erkennen.
Elektronische Anfälligkeit
Elektronische Komponenten sind anfällig für äußere Gefahren wie Feuchtigkeit, mechanische Belastung und Umwelteinflüsse. Feuchtigkeit kann in elektronische Komponenten eindringen und kurzschließen oder Korrosion verursachen. Diese Anfälligkeit ist besonders relevant in Außen- oder feuchten Umgebungen. Gleichzeitig können Temperaturschwankungen, Strahlenexposition und chemische Verunreinigungen zu Leistungsverschlechterung oder Ausfällen führen.
In einer Fertigungsumgebung können elektronische Komponenten durch ihre Montage, Verarbeitung oder Verkapselung mechanischer Belastung ausgesetzt sein, was potenziell zu physischen Schäden oder Fehlausrichtungen führt.
Daher ist es entscheidend, die angemessene und zuverlässige Verkapselung elektronischer Komponenten durch eine Kombination von Materialcharakterisierung, Prozessüberwachung und prädiktiven Algorithmen sicherzustellen.
sensXPERT Digital Mold ist eine Lösung, die Prozesse überwacht und transparent macht, aber gleichzeitig die Ergebnisse des Prozesses vorhersagt. sensXPERT erreicht dies durch prädiktive Algorithmen, die maschinelles Lernen nutzen, um den optimalen Zeitpunkt für das Entformen eines Endteils vorherzusagen. Darüber hinaus kann diese Lösung ’schädliche‘ Zyklen identifizieren, um die elektronischen Komponenten zu schützen, oder feststellen, dass ein bestimmtes Teil zusätzliche Qualitätsprüfungen erfordert.
Der Digital Mold stellt außerdem sicher, dass das verkapselfte Teil ausreichend ausgehärtet ist, um eine optimale Schutzwirkung für die elektronische Komponente zu bieten.
Hohe Materialkosten
Wie bereits erwähnt, können die spezialisierten Hochleistungspolymere, die für die Verkapselung von elektronischen Komponenten benötigt werden, teuer sein. Diese Herausforderung wird durch die Notwendigkeit einer konstanten Qualität und Zuverlässigkeit noch verstärkt.
Die Effizienz des Verfahrens ist eine Möglichkeit, hohe Materialkosten zu bewältigen, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Die Optimierung von Arbeitsabläufen ist eine Methode zur Verbesserung der Verfahrenseffizienz und kann dazu beitragen, den Materialverbrauch zu minimieren und die Verarbeitungszeit zu verkürzen.
Zusätzlich kann die Lösung von sensXPERT durch ihre prognostischen Fähigkeiten die Zykluszeiten verkürzen, wodurch ein Verfahren effizienter gestaltet werden kann, um die Produktionskosten zu minimieren. Die Fähigkeit der Lösung zur Überwachung des Materialverhaltens und zur Vorhersage von Prozessergebnissen reduziert auch erheblich die Mängel an Endprodukten und die Ausschleusung kostspieliger Materialien, während die Qualität erhalten oder verbessert wird.
Standortbedingte Inkonsistenzen
Fertigungsstandorte in verschiedenen geografischen Regionen können Unterschiede in ihren Umwelt- und saisonalen Bedingungen aufweisen, wie z.B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftqualität, die sich auf die Materialien in der Lagerung vor der Verarbeitung und ihr Verhalten in der Form auswirken können.
In solchen Fällen ist eine dynamische Prozessanpassung eine Lösung, die Materialverhaltensabweichungen berücksichtigt und den Prozess stoppt, sobald ein Teil den optimalen Aushärtegrad erreicht hat, unabhängig von der Reaktion eines Materials auf schwankende Umweltbedingungen.
Gleichzeitig bietet sensXPERT eine remote Prozessüberwachung durch den sensXPERT Digital Cloud Service. Hersteller können ihre Prozesse an allen Standorten überwachen und die Ergebnisse visualisieren, um sicherzustellen, dass alle Prozesse in qualitätsgesicherte, zuverlässig verkapselte Produkte resultieren.
In diesem Artikel haben wir einige der Herausforderungen besprochen, die sich auf die Prozesse der Elektronikverkapselung auswirken können, zusammen mit Lösungen, um ihnen zu begegnen. Materialvarianz, elektronische Anfälligkeit, hohe Materialkosten und standortbedingte Inkonsistenzen können sich alle auf die Prozessergebnisse und die produktive Fertigung auswirken.
sensXPERT Digital Mold begegnet diesen Herausforderungen, bevor sie auftreten können, durch die Charakterisierung des Materialverhaltens, vorhersagende Fähigkeiten, In-Mold-Transparenz und Überwachung, dynamische Prozesskontrolle und Remote-Tracking.
Sie können unsere Erfolgsgeschichte zur Elektronikverkapselung in der Automobilindustrie lesen, um zu erfahren, wie der weltweite Automobilzulieferer ZF Friedrichshafen AG einen neuen effizienten Prozess entwickelt hat.
