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Analyse des Fertigungsprozesses von kunststoffumspritzten Bauteilen

Verhalten von thermoelastischen anisotropen Spritzguss-Ummantelungen

Analyse des Fertigungsprozesses von kunststoffumspritzten Bauteilen

Aufgabe

Gemeinsam mit Continental wurde von CADFEM der Fertigungsprozess von mehrfach kunststoffumspritzten Sensorelementen (Bare Die Packaging) untersucht, um ihn zu optimieren. Dazu war es notwendig, die Prozesseinflüsse auf die umspritzten Sensorelemente, die mit ihren elektrischen Kontakten auf einem Träger platziert sind, zu analysieren. Von Interesse war insbesondere das Verhalten der thermoelastischen anisotropen Materialien einschließlich der Faserorientierung der kurzfaser-verstärkten Spritzguss- Ummantelung.

Lösung

Die einzelnen Prozessschritte der Fertigung wurden simulationstechnische abgearbeitet und die damit einhergehenden Aufheiz- und Abkühlvorgänge sowie die auftretende Schwindung und der entstehende Verzug analysiert. Dazu gehörten auch das Aufheizen zum Aushärten von Kleber, Verguss, Reaktionsharz und Umspritzung sowie das anschließende Abkühlen auf Raumtemperatur.
Die Temperaturverteilung sowie die Faserorientierung für die Spritzguss-Ummantelung ergaben sich aus der Füllsimulation. Durch die Kopplung von Spritzgussanalyse und FEM-Berechnung wurden diese Daten für die strukturmechanische Berechnung von Dehnung und Spannung eingesetzt. Die Homogenisierung des kurzfaserverstärkten Modells führte zu repräsentativen Volumenelementen mit anisotropen Eigenschaften. Die Materialdaten dieser Spritzguss-Ummantelung wurde für drei Belastungsrichtungen (0°/45°/90°) sowie deren Temperaturabhängigkeit auf Basis von Zugproben ermittelt.

Nutzen für den Kunden

Continental hat gemeinsam mit CADFEM eine Methode zur FE-Simulation des Fertigungsprozesses von mehrfach kunststoffumfassten Elektronikbauteilen entwickelt. Dabei wurden folgende Punkte besonders beleuchtet:
  1. Die Einbindung von thermoelastischem anisotropem Material inklusive der Faserorientierung der kurzfaserverstärkten Spritzguss-Ummantelung.
  2. Die Übertragung der Eigenspannungen und des Verzugs von Spritzgusssimulationen auf das mechanische Modell durch Temperatur-Mapping.
  3. Die Ermittlung des Einflusses von Verzug und Schrumpfung aus den einzelnen Fertigungsschritten auf die Elektronikbauteile durch Zu- und Abschalten von Elementen.
Damit konnten zu einem frühen Zeitpunkt Vorhersagen zur Funktionsfähigkeit und Robustheit von Sensorelementen unter Berücksichtigung der Einflüsse des Fertigungsprozesses untersucht werden, um diesen zu optimieren und mit anderen Fertigungstechniken zu vergleichen.

Anwendungsfall_Continental_BareDiePack.pdf