Effects of PDMS Potting Compound Outgassing and Other Properties on Measurement Device Design
Kokkila, Toni (2019)
Kokkila, Toni
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019120324141
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019120324141
Tiivistelmä
Tämän insinöörityön tavoitteena oli tutkia ja kehittää prosessia, jossa elektronisen mittalaitteen komponentit suojataan silikonipohjaiseen valumassaan. Valamisprosessissa elektroninen kokoonpano upotetaan hartsimaiseen materiaaliin. Tekniikkaa käytetään useimmiten suojaamaan laitteita ympäristön aiheuttamaa kulumista vastaan.
Työ alkoi tutustumalla käytössä olleeseen massausprosessiin ja siinä havaittuihin ongelmiin. Seuraavaksi tutkittiin aiheeseen liittyvää kirjallisuutta ja selvitettiin tarpeelliset vaiheet onnistuneen lopputuloksen aikaansaamiseksi. Kaasumaisten sivutuotteiden epäiltiin aiheuttavan ongelmia prosessissa, joten niiden tutkimista pidettiin tärkeänä. Tietoa tästä ilmiöstä haettiin kirjallisista lähteistä.
Kokeellinen osuus tehtiin käyttämällä erilaisia prototyyppilaitteita, jotka täytettiin massalla ja kovetettiin eri menetelmiä käyttäen. Päätavoitteena keskityttiin prosessin osaan, jossa valumateriaali kovetetaan. Kovettaminen tehdään lämmön avulla ja kokeissa tarkasteltiin erityisesti lämmön jakautumista kovettamisen aikana. Lopputulos oli että lämmönjakautumisella ei ole merkittävää vaikutusta silikonin paisumiseen eikä mekaanisiin jännityksiin.
Kaasujen muodostumista tutkittiin kokeellisesti kahdella erilaisella menetelmällä. Kokeissa materiaalina käytettiin erilaisia kaupallisia elektroniikan valusilikoneja. Määrällistä tutkimusta tehtiin tarkastelemalla silikoninäytteistä muodostuvan kaasun kokonaismäärää. Koejärjestely tehtiin mukailemalla ASTM E595 –standardissa olevaa koejärjestelyä projektin tarpeiden mukaisesti. Näistä kokeista opittiin, että kaasun muodostuminen jatkuu vielä valmistajan ohjeiden mukaisen kovettamisen jälkeenkin. Laadullista tutkimusta tehtiin käyttämällä kaasukromatografi-massaspektrometri-laitteistoa. Tuloksista nähtiin eri valmistajien valusilikonien kaasumaisten sivutuotteiden poikkeavan toisistaan. Tulosten hyödyntäminen käytännössä vaatisi vielä lisää tutkimista. The objective for this bachelor’s thesis was to study and develop a process where an electronic measurement device is potted with silicone-based potting compound. Potting is a process where electronic assembly is embedded in resinous encapsulant. Potting is generally used to achieve protection against environmental wear and tear.
The thesis project started by getting familiar with the process used and the problems it had. The next step was identifying the necessary steps for the successful process and researching related literature. It was suspected that outgassing phenomenon may have caused uncontrolled problems in the potting, therefore it was taken under consideration. The outgassing was studied using literature sources.
Experiments were done with different prototype devices and varying potting methods. The main focus was on the curing process where the encapsulant is hardened permanently. Curing is done by heat, and the effect of heat distribution on the final result was investigated. The end result was that the heat distribution had no significant effect on either silicone swelling or mechanical stresses.
Outgassing was studied experimentally with two different methods. Different commercial silicone potting compounds were used in the tests. A quantitative study was done with the total amount of gas released in the curing process. The test was adapted from the ASTM E595 standard, and it was modified to meet needs for this project. These experiments showed that gas formation continues after curing. A qualitative study was made with the gas chromatography-mass spectrometry equipment. Results revealed variation in the outgassing compositions of different silicone products. Applying this information to practice needs more research.
Työ alkoi tutustumalla käytössä olleeseen massausprosessiin ja siinä havaittuihin ongelmiin. Seuraavaksi tutkittiin aiheeseen liittyvää kirjallisuutta ja selvitettiin tarpeelliset vaiheet onnistuneen lopputuloksen aikaansaamiseksi. Kaasumaisten sivutuotteiden epäiltiin aiheuttavan ongelmia prosessissa, joten niiden tutkimista pidettiin tärkeänä. Tietoa tästä ilmiöstä haettiin kirjallisista lähteistä.
Kokeellinen osuus tehtiin käyttämällä erilaisia prototyyppilaitteita, jotka täytettiin massalla ja kovetettiin eri menetelmiä käyttäen. Päätavoitteena keskityttiin prosessin osaan, jossa valumateriaali kovetetaan. Kovettaminen tehdään lämmön avulla ja kokeissa tarkasteltiin erityisesti lämmön jakautumista kovettamisen aikana. Lopputulos oli että lämmönjakautumisella ei ole merkittävää vaikutusta silikonin paisumiseen eikä mekaanisiin jännityksiin.
Kaasujen muodostumista tutkittiin kokeellisesti kahdella erilaisella menetelmällä. Kokeissa materiaalina käytettiin erilaisia kaupallisia elektroniikan valusilikoneja. Määrällistä tutkimusta tehtiin tarkastelemalla silikoninäytteistä muodostuvan kaasun kokonaismäärää. Koejärjestely tehtiin mukailemalla ASTM E595 –standardissa olevaa koejärjestelyä projektin tarpeiden mukaisesti. Näistä kokeista opittiin, että kaasun muodostuminen jatkuu vielä valmistajan ohjeiden mukaisen kovettamisen jälkeenkin. Laadullista tutkimusta tehtiin käyttämällä kaasukromatografi-massaspektrometri-laitteistoa. Tuloksista nähtiin eri valmistajien valusilikonien kaasumaisten sivutuotteiden poikkeavan toisistaan. Tulosten hyödyntäminen käytännössä vaatisi vielä lisää tutkimista.
The thesis project started by getting familiar with the process used and the problems it had. The next step was identifying the necessary steps for the successful process and researching related literature. It was suspected that outgassing phenomenon may have caused uncontrolled problems in the potting, therefore it was taken under consideration. The outgassing was studied using literature sources.
Experiments were done with different prototype devices and varying potting methods. The main focus was on the curing process where the encapsulant is hardened permanently. Curing is done by heat, and the effect of heat distribution on the final result was investigated. The end result was that the heat distribution had no significant effect on either silicone swelling or mechanical stresses.
Outgassing was studied experimentally with two different methods. Different commercial silicone potting compounds were used in the tests. A quantitative study was done with the total amount of gas released in the curing process. The test was adapted from the ASTM E595 standard, and it was modified to meet needs for this project. These experiments showed that gas formation continues after curing. A qualitative study was made with the gas chromatography-mass spectrometry equipment. Results revealed variation in the outgassing compositions of different silicone products. Applying this information to practice needs more research.