Form-in-Place-Dichtungen Abgeschirmt und dicht

Elektronikhersteller verlangen heute eine kosteneffiziente, flexible und reaktionsschnelle Fertigung. Daher bevorzugen sie zunehmend Form-in-Place-Dichtungen gegenüber herkömmlichen vorgeformten Komponenten zur Abdichtung und elektromagnetischen Abschirmung. Ein großes Angebot an Materialien steht zur Verfügung und bietet Entwicklern die Wahl zwischen verschiedenen Eigenschaften, um so die Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen zu erfüllen.

Abdichtung und elektromagnetische Abschirmung sind erforderlich, um die Zuverlässigkeit und EMV-Konformität heutiger Elektronik zu garantieren. Dies gilt vor allem im Mobilfunkbereich bei Smartphones bis hin zu hochleistungsfähigen Anwendungen in der Industrie oder in der Medizintechnik.

Ist eine Abdichtung oder Abschirmung nötig, zum Beispiel wenn einzelne Teile eines Gehäuses miteinander verbunden werden, spezifizieren Entwickler anstelle einer herkömmlichen vorgeformten Dichtung immer häufiger eine Form-in-Place-Dichtung. Diese wird während der eigentlichen Fertigung des Produkts erzeugt – in der Regel mit einem softwaregesteuerten Inline-Dispenser (Bild 1).

Im Vergleich zu kundenspezifischen vorgeformten Dichtungen kann der Einsatz einer Form-in-Place-Dichtung die Anschaffungs- und Einbaukosten um bis zu 60% verringern. Auch die Logistik vereinfacht sich, da nicht länger mehrere Einheiten einzelner Dichtungen vorrätig sein müssen oder eine Lieferung der korrekten Anzahl und Art von Dichtungen an die Fertigungslinie erfolgen muss. Form-in-Place-Dichtungen können innerhalb der Linie (inline) gefertigt werden – innerhalb kurzer Zeit und mit Standard-Dispensern.

Damit erübrigen sich teure kundenspezifische Maschinen oder menschliche Eingriffe, um die Dichtung vor der Endmontage zu platzieren. Zudem ist dieser Ansatz durch die Steuerung per Software flexibler, sodass sich kleine Designänderungen einfacher berücksichtigen lassen, was das Prototyping beschleunigt.

Heutige moderne Form-in-Place-Materialien sind hochleistungsfähige Elastomere, die für genaues und kontrolliertes Aufbringen (Dispensieren) entwickelt wurden – zusätzlich zu ihren Abschirm- und/oder 
Abdichteigenschaften. Die Materialien bieten auch eine ansprechende Scherfestigkeit auf gängigen Gehäusesubstraten wie gegossenen Legierungen, Edelstahl und überzogenem Kunststoff.

Füllpartikel aus Silber-Kupfer tragen dazu bei, dass die Form-in-Place-Materialien eine Abschirmeffizienz von mehr als 70 dB erzielen. Kostengünstigere Nickel-Graphit-Filler bieten eine EMI-Abschirmeffizienz von mehr als 65 dB und gute Beständigkeit gegen galvanische Korrosion, wenn sie mit Aluminium in Verbindung kommen. Damit eignen sie sich auch für den Außeneinsatz.

Für hochleistungsfähige Anwendungen bietet »Choform 5560« von Chomerics eine angemessene Beständigkeit gegen galvanische Korrosion und erlauben sogar den Einsatz in rauen Umgebungen mit Salznebel. Ein neuer Nickel-Aluminium-Filler sorgt für eine EMI-Abschirmeffizienz von mehr als 90 dB.

Die Technik des Aufbringens

Dispensiersysteme sind von verschiedenen Herstellern erhältlich und in der Regel kompatibel mit den meisten Form-in-Place-Dichtungsmaterialien. Die für die jeweilige Anwendung bestmögliche Auswahl des Materials und das Programmieren des Dispensers sind entscheidend, damit der Prozess zur Ausformung der Dichtung kontrolliert und reproduzierbar ist.

Ist der Dispensierprozess korrekt optimiert, erlauben die Materialien eine Maßeinhaltung mit einer Positionsgenauigkeit von 0,05 mm und einer Querschnitts-Höhentoleranz von 0,10 mm. Kleine Querschnitte und komplexe Geometrien lassen sich erzielen, und Dichtungen lassen sich an Gehäusewänden oder Flanschen im Abstand von 0,76 mm platzieren, ohne eine mechanische Retention wie eine Nut oder eine Reibungsanpassung zu benötigen. Dies schafft Platz auf der Leiterplatte oder verkleinert selbige, womit Entwickler kleinere Gesamtabmessungen erzielen können. Verschiedene Materialien stehen zur Verfügung, einschließlich chemischer Zusammensetzungen mit hoher Biegefestigkeit, die sich ideal für Gehäuse mit geringer mechanischer Festigkeit eignen.

Heutige Prozesse können Dichtungen mit sauberen Wulstenden und minimalen Platzierungsrückständen erzeugen. Nahezu jeder Dichtungsweg lässt sich erzeugen, und das Aufbringen kann in drei Achsen programmiert werden, wobei die Dichtung auf Wunsch auch auf schräge oder unebene Oberflächen aufgebracht werden kann. In Situationen, in denen das Gehäuse mehrere Kammern hat, um zum Beispiel Datenverarbeitungs- und Signalaufbereitungsschaltkreise zu trennen (Bild 2), lässt sich eine ideale Abdichtung an der T-Verbindung zwischen Kammersträngen und der Außenwulst erzielen, um die EMI-Abschirmung zu optimieren.

Leitfähige Form-in-Place-Elastomere wie die Serie »Choform« von Chomerics kommen zum Einsatz, wenn eine EMI-Abschirmung und Abdichtung gegen Umgebungseinflüsse erforderlich sind. Die Zusammensetzung der Form-in-Place-Elastomere erfordert in der Regel ein Aushärten bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur.

 In Anwendungen, die nur eine Abdichtung benötigen, können Produkte aus der nicht leitfähigen »ParPHorm«-Reihe des Unternehmens zum Einsatz kommen. Diese Form-in-Place-Materialien widerstehen verschiedenen Flüssigkeiten, haften gut auf dem Substrat, sind relativ weich und lassen sich daher gut zusammendrücken.

Um die Materialauswahl und das Prozessdesign zu unterstützen, bieten die Materialanbieter Unterstützung. Chomerics hat dazu ein Choform- und ParPHorm-Handbuch für Europa veröffentlicht. Neben detaillierten Spezifikationen für die Materialauswahl bietet das Handbuch auch Designrichtlinien, wie sich das Gehäusedesign optimieren lässt, auf das später das Material aufgebracht wird. Auch Designüberlegungen bezüglich der Dichtungswulst-Profile und der Materialaufbringung sind darin beschrieben (Bild 3).

Über den Autor:

Christoph Loret ist Produktmanager für Conductive Compounds bei Chomerics Europe.