Rainer Haslauer, produktchef inom företaget Scheugenpflug beskriver här företagets automatiserade system för dispensering av värmeledande gjutmassa, med applikationer inom såväl elektronik- som bil-, tele, medicin- och kemiindustrierna.

Oavsett om det gäller bilindustrin, kommunikations- och elelektronik eller inom mobila uppkopplade enheter, blir nya apparater och produkter gradvis mindre. Samtidigt packas allt fler funktioner packas i minimalt utrymme. Ett problem hur elektronik skall kunna byggas kompaktare utan att det leder till överhettning.

För att effektivt leda bort värme kan termiskt ledande material för ingjutning användas. De brukar bestå av en koncentration av speciella fyllnadsmaterial som garanterar en tillförlitlig värmeöverföring mellan två delar – till exempel mellan ett kretskort och en kylfläns. På detta sätt förebygger dessa material prestandaförluster eller fel i elektroniska delar till följd av överhettning. Materialen kallas vanligen ”gap fillers” eller ”termal interface material”, TIM.
Gjutmassorna, 1- eller 2-komponents, är vanligen baserade på kisel, epoxi eller polyuretan. Genom tillsatta fyllnadsmaterial kan egenskaperna hos de termiskt ledande pastorna exakt modifieras och justeras för respektive tillämpning.

Anpassad systemteknik
Värmöverföringen i dessa pastor åstadkommes med fyllnadsmedel som aluminiumoxid, grafit, silver eller bornitrid. Ofta är fyllnadsmedlen hårda och har skarpa kanter. Vid val av system för beredning och dosering av termiska pastor är det absolut nödvändigt att leta efter tillverkningsutrustning som är skräddarsydd för uppgiften. Annars riskerar operatörer att stå inför höga underhålls- och reparationskostnader.

Fig 2. Aluminiumhydroxid fyllmedel, 2000 gångers förstoring

Det är ganska vanligt att använda 1-komponentmaterial eftersom de inte kräver blandning och således antas vara lättare att bearbeta. I jämförelse med 2-komponentmaterial krävs de dock en mer detaljerad logistik.
Processen kan initieras genom fuktighet, UV-strålar eller temperatur. Viktigt är att vidta viss försiktighet så att härdningsprocessen inte startar för tidigt. Det kan innebära att det krävs kontinuerlig kylning av mediet eller speciella lagringsförhållanden för hinkar och patroner. 2-komponentmaterial har ofta bättre materialegenskaper, kortare härdningstider och minskat VOC-utsläpp.

Termiska pastor kontra pads och folier
I motsats till stansade pads eller folier för att leda borta värme, erbjuder termiskt ledande pastor möjligheten att realisera individuella konturer på komponenten. Tack vare deras anpassningsförmåga passar de termiskt ledande pastorna bäst för komponenter med komplex topografi eller ytstruktur. Genom att materialet är rinnande kan det vid komprimering anpassa sig efter sin tillämpning och därmed förbättra toleranserna. Speciellt känsliga elektriska delar utsätts för mindre mekanisk belastning under montering, vilket avsevärt minskar risken för fel.

Att använda pastor leder till ökade prestanda eftersom pastor har en högre värmeledningsförmåga än pads eller folier. Ytterligare fördelar är lägre lagerkostnader, minskade eller till och med obefintliga utgifter för hantering samt möjligheten till att automatiskt påföra materialen.

För en process med en reproducerbar utfallskvalitet är det avgörande att materialet kan dispenseras av maskinen. Om det termiska gränssnittsmaterialet är alltför rinnande på grund av extremt hög andel fyllnadsmaterial kan man knappast bearbeta det maskinellt längre. Däremot kan manuell påförsel leda till varierande materialmängd samt otillräcklig lagertjocklek, något som kan leda till otillräckligt eller icke reproducerbart utfall. När det gäller medium med ett stort innehåll av fyllnadsmaterial förekommer också problemet med separering av de olika delkomponenterna eller sedimentering av fyllnadsmedel. Här är det nödvändigt att använda ett lämpligt system för materialpreparering som förhindrar dåliga gjutresultat, vilka till sist utmynnar i fel.

Ny komplett lösning för värmehanteringsuppgifter
Vid applicering av termiska pastor är mottot: Så tunt som möjligt och så tjockt som nödvändigt. Medan ett tunt lager hindrar fullständig kontakt, reducerar ett tjockt lager värmeavledning.

Därför har Scheugenpflug utvecklat sin DispensingCell. Den har inte bara en mycket hög precision, utan även en dispenseringshastighet i särklass.

Fig 3. Den nya DispensingCell är en helt förkonfigurerad och parametriserad instegslösning, som har optimerats för värmehanteringsuppgifter.

DoS P016 TCA kan påföra värmeledande material tre gånger snabbare än motsvarande maskiner, och med ökad precision. Detta har dokumenterats i en rad test med värmeledande, kiselbaserade 2-komponentmassor.

Fig 4. Kolvdispenseraren Dos P016 TCA kan disponera material upp till tre gånger snabbare än standardvarianten.

Beroende på använd version kunde Dos P016 uppnå en dispenseringshastighet av 2,0 ml/s med en noggrannhet av ±0,03 g (med mängden 2,3 – 40,8 g per steg) eller 0,5 ml/s med noggrannheten ±0,015 g (med mängden 0,32 – 5,7 g per steg).

DispensingCell är en fullständig förkonfigurerad och parametriserad dispenserings- och gjutningscell som är exakt inställd för testade och godkända 1K- och 2K-värmeledende material från väletablerade tillverkare. Den bygger på Scheugenpflugs modulära system och är uppbyggd av standardmoduler. Förutom kvalitetskomponenter är fördelen här särskilt att systemet snabbt är tillgängligt. Tack vare ”plug-and-produce” garanteras även en snabb produktionsstart.

DispensingCell finns i tre storlekar. De enskilda systemkomponenterna kan justeras exakt till de nödvändiga prestanda, önskat doseringsintervall och respektive testade gjutmaterial. ”Kanban” och ”Lean produktion” utgör grunden för korta leveranstider och ett attraktivt prisförhållande.

Fig 5a/5b. Resultat av testserien med ett höggradigt fyllande 2C-kiselmaterial. Dessa vägda prover visar att Dos P016 TCA kan uppnå bästa doseringsnoggrannhet.

Repeterbara resultat
På grund av den ökande miniatyriseringen av elektriska komponenter för mobila enheter eller fordonsapplikationer blir det viktigt att åstadkomma en effektiv värmebehandling. Termiskt ledande pastor ger inte bara en högpresterande och designfrihet. De kan också anpassas till respektive uppgift. På grund av deras höga viskositet och den stora mängden slipmedelsfyllmedel utgör dessa material ofta en utmaning. Men med rätt systemteknik kan ekonomiska processer samt utmärkta, repeterbara utmatningsresultat realiseras.
Av Rainer Haslauer, Chef, Produktledning, Scheugenpflug
Bilder: Scheugenpflug

Företaget Scheugenpflug
Scheugenpflug levererar precisionsverktyg för limning, dosering och gjutning över hela världen med hög automationskompetens. Produkt- och teknikportföljen sträcker sig från materialförberedelser och matningssystem till system för atmosfärs- och vakuumgjutning, till modulära ”in-line” och automatiserade kundanpassade lösningar. Scheugenpflugs dispenseringssystem används inom elektronik- och bilindustrin samt inom telekommunikation, medicinsk och kemisk industri.

EP-TeQ är distributör av Scheugenpflug-produkter i Norden och Baltikum. Se www.ep-teq.com under Scheugenpflug.

Filed under: Produktion, Utländsk Teknik