Vergussmassen für Elektronik: Epoxid, Silikon oder PU?
Elektronische Baugruppen müssen zuverlässig gegen Feuchtigkeit, mechanische Belastungen und Temperaturschwankungen geschützt werden. Vergussmassen bieten diesen Schutz – doch welches Material ist das richtige? Dieser Fachartikel vergleicht Epoxid-, Silikon- und Polyurethan-Vergussmassen und zeigt, wann Sie welches System einsetzen sollten.
Was sind Vergussmassen?
Vergussmassen sind flüssige oder pastöse Materialien, die elektronische Baugruppen vollständig umhüllen und nach der Aushärtung dauerhaft schützen. Im Gegensatz zu Beschichtungen (Coatings), die nur eine dünne Schutzschicht bilden, füllen Vergussmassen den gesamten Hohlraum um die Elektronik aus.
Hauptfunktionen von Vergussmassen
- Feuchtigkeitsschutz: Verhindert Korrosion und Kriechströme auf Leiterplatten
- Mechanischer Schutz: Absorbiert Vibrationen und Stösse, fixiert Bauteile
- Elektrische Isolation: Hohe dielektrische Festigkeit verhindert Überschläge
- Thermisches Management: Wärmeleitende Varianten leiten Verlustwärme ab
- Chemikalienschutz: Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe, Reinigungsmittel
Die Wahl der richtigen Vergussmasse hängt von zahlreichen Faktoren ab: Betriebstemperatur, mechanische Belastung, chemische Exposition, Reparierbarkeit und natürlich den Kosten. Die drei wichtigsten Vergussmassen-Typen – Epoxid, Silikon und Polyurethan – unterscheiden sich grundlegend in ihren Eigenschaften.
Epoxid-Vergussmassen
Epoxidharze bestehen aus zwei Komponenten (Harz und Härter), die beim Mischen eine irreversible chemische Reaktion eingehen. Nach der Aushärtung entstehen duroplastische Kunststoffe mit ausgezeichneten mechanischen und elektrischen Eigenschaften.
Eigenschaften von Epoxid-Vergussmassen
- Hohe mechanische Festigkeit: Shore D 70-85, sehr hart und stabil
- Ausgezeichnete Adhäsion: Haftet hervorragend auf Metallen, Leiterplatten, Keramik
- Hohe dielektrische Festigkeit: Bis 25 kV/mm, ideal für Hochspannungsanwendungen
- Chemikalienbeständigkeit: Resistent gegen Säuren, Laugen, Lösungsmittel
- Temperaturbeständigkeit: Standard -40°C bis +130°C, spezielle Systeme bis +180°C
- Niedrige Feuchtigkeitsaufnahme: Unter 0,5 % Wasseraufnahme
Vorteile
Epoxid-Vergussmassen bieten den besten mechanischen Schutz aller drei Systeme. Sie sind ideal für Anwendungen mit hohen mechanischen Belastungen oder wenn die Baugruppe absolut starr fixiert werden muss. Die hervorragende Adhäsion sorgt dafür, dass sich keine Hohlräume bilden, in denen sich Feuchtigkeit sammeln könnte.
Für Hochspannungsanwendungen wie Transformatoren, Zündspulen oder Netzteile sind Epoxidharze oft die erste Wahl. Die hohe dielektrische Festigkeit und niedrige Kriechstromneigung gewährleisten zuverlässige Isolation auch unter extremen Bedingungen.
Nachteile
Die hohe Endfestigkeit ist gleichzeitig der grösste Nachteil: Epoxid-vergossene Baugruppen sind praktisch nicht reparierbar. Komponenten können nur durch mechanische Zerstörung des Vergusses entfernt werden, was die Leiterplatte beschädigt. Für Prototypen oder Kleinserien kann dies problematisch sein.
Epoxidharze sind spröde und können bei thermischer Zyklierung oder mechanischen Schocks Risse bilden. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Epoxid, Leiterplatte und Bauteilen führen zu mechanischen Spannungen, die sensible Komponenten beschädigen können.
Typische Anwendungen
- Hochspannungs-Netzteile und Transformatoren
- Zündelektronik in Automotive-Anwendungen
- Sensoren in aggressiven Umgebungen
- Unterwasser-Elektronik und Marine-Anwendungen
- Sicherheitsrelevante Steuerungen (Manipulationsschutz)
Produktbeispiel: Permabond bietet spezialisierte Epoxid-Vergussmassen für Elektronik-Anwendungen, darunter wärmeleitende und flexible Varianten für unterschiedliche Anforderungen.
Silikon-Vergussmassen
Silikone (Polysiloxane) sind eine Materialklasse mit einzigartigen Eigenschaften. RTV-Silikone (Room Temperature Vulcanizing) härten bei Raumtemperatur aus und bilden elastische, temperaturbeständige Vergussmassen.
Eigenschaften von Silikon-Vergussmassen
- Hohe Elastizität: Shore A 15-60, bleibt auch nach Aushärtung flexibel
- Extreme Temperaturbeständigkeit: -60°C bis +200°C (kurzzeitig +250°C)
- UV- und Witterungsbeständigkeit: Kein Vergilben, keine Versprödung im Freien
- Niedrige mechanische Spannung: Minimale Belastung sensibler Bauteile
- Gute dielektrische Eigenschaften: 15-25 kV/mm Durchschlagfestigkeit
- Reparierbarkeit: Lässt sich mechanisch entfernen ohne Leiterplatte zu beschädigen
Vorteile
Die Elastizität von Silikon-Vergussmassen ist ihr grösster Vorteil. Sie absorbieren Vibrationen ausgezeichnet und kompensieren unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen Bauteilen und Leiterplatte. Dies macht sie ideal für Anwendungen mit extremen Temperaturschwankungen oder mechanischen Belastungen.
Silikon-Vergussmassen behalten ihre Eigenschaften über einen extrem breiten Temperaturbereich. Während Epoxid- und PU-Systeme bei tiefen Temperaturen spröde werden, bleibt Silikon bis -60°C flexibel. Bei hohen Temperaturen übertreffen sie beide Alternativen deutlich.
Für LED-Anwendungen sind Silikone oft die beste Wahl. Spezielle optische Silikone sind transparent, vergilben nicht und haben einen passenden Brechungsindex. Sie schützen die LED-Chips ohne die Lichtausbeute zu reduzieren.
Nachteile
Die niedrige mechanische Festigkeit bedeutet weniger Schutz gegen direkte mechanische Einwirkung. Scharfe Gegenstände können Silikon-Vergüsse leicht durchdringen. Die Adhäsion auf manchen Oberflächen ist schwächer als bei Epoxiden, weshalb oft Primer notwendig sind.
Silikone haben eine höhere Gasdurchlässigkeit als Epoxid oder PU. In sehr feuchten Umgebungen oder bei aggressiven Gasen kann dies problematisch sein. Zudem sind Silikone in der Regel teurer als die beiden Alternativen.
Ein oft unterschätztes Problem: Niedermolekulare Siloxane können ausgasen und empfindliche Kontakte kontaminieren. Für Hochzuverlässigkeits-Anwendungen sollten nur Low-Bleeding-Silikone verwendet werden.
Typische Anwendungen
- LED-Module für Aussenbeleuchtung und Automotive
- Temperatursensoren und Thermoelemente
- Automotive-Steuergeräte mit hohen Temperaturanforderungen
- Outdoor-Elektronik (Solar-Wechselrichter, Aussensensoren)
- Medizinelektronik (biokompatible Varianten)
- Luft- und Raumfahrt (extreme Temperaturen)
Produktbeispiel: Die Bluesil-Serie bietet RTV-2 Silikon-Vergussmassen mit unterschiedlichen Shore-Härten und Viskositäten. Spezielle wärmeleitende Varianten erreichen über 3 W/m·K für effizientes thermisches Management.
Polyurethan-Vergussmassen
Polyurethan-Vergussmassen (PU) positionieren sich zwischen Epoxid und Silikon. Sie kombinieren gute mechanische Eigenschaften mit ausreichender Flexibilität und sind oft die wirtschaftlichste Lösung.
Eigenschaften von Polyurethan-Vergussmassen
- Mittlere Härte: Shore A 60-95, semi-flexibel bis hart
- Gute Abriebfestigkeit: Besser als Silikon, robuste Oberfläche
- Moderate Temperaturbeständigkeit: -40°C bis +120°C
- Ausgezeichnete Adhäsion: Haftet auf den meisten Substraten ohne Primer
- Gute elektrische Isolation: 16-22 kV/mm Durchschlagfestigkeit
- Wirtschaftlich: Günstigstes der drei Systeme
Vorteile
Polyurethan-Vergussmassen bieten ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil zu attraktiven Kosten. Für viele Standard-Anwendungen in der Elektronik sind sie vollkommen ausreichend. Die Verarbeitung ist unkompliziert, und die Topfzeiten sind länger als bei vielen Epoxid-Systemen.
Die semi-flexible Konsistenz vieler PU-Vergussmassen bietet guten Vibrationsdämpfung bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Stabilität. Sie sind flexibler als Epoxide, aber stabiler als weiche Silikone – ideal für Steuergeräte in rauer Industrieumgebung.
PU-Vergussmassen lassen sich bei Bedarf teilweise reparieren. Mit geeigneten Lösungsmitteln oder mechanisch können Bereiche freigelegt werden, ohne die gesamte Baugruppe zu zerstören. Dies ist besonders in der Entwicklungsphase wertvoll.
Nachteile
Die Feuchtigkeitsempfindlichkeit ist der Hauptnachteil von Polyurethan-Systemen. PU ist hygroskopisch und nimmt Feuchtigkeit auf, was die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen kann. Für Dauerbetrieb in feuchter Umgebung sind Epoxid oder Silikon besser geeignet.
UV-Licht führt bei vielen PU-Vergussmassen zu Vergilbung und Versprödung. Für Outdoor-Anwendungen oder transparente Vergüsse sollten UV-stabilisierte Varianten gewählt oder auf Silikon ausgewichen werden.
Die Temperaturbeständigkeit ist begrenzt. Oberhalb von 100-120°C beginnen viele PU-Systeme zu erweichen. Für Hochtemperatur-Anwendungen in Automotive oder Industrie sind sie nicht geeignet.
Typische Anwendungen
- Industriesteuerungen und SPS-Module
- Schaltnetzteile für Indoor-Anwendungen
- Consumer Electronics (geschützte Umgebung)
- Messgeräte und Sensoren (moderate Temperaturen)
- E-Mobility: Ladegeräte, BMS-Module
- Building Automation und Smart Home Devices
Vergleichstabelle: Epoxid vs. Silikon vs. Polyurethan
| Eigenschaft | Epoxid | Silikon | Polyurethan |
|---|---|---|---|
| Temperaturbereich | -40°C bis +130°C (+180°C spezial) |
-60°C bis +200°C (+250°C kurzzeitig) |
-40°C bis +120°C |
| Shore-Härte | Shore D 70-85 (sehr hart) |
Shore A 15-60 (weich bis mittel) |
Shore A 60-95 (mittel bis hart) |
| Dielektrische Festigkeit | 20-25 kV/mm (ausgezeichnet) |
15-25 kV/mm (sehr gut) |
16-22 kV/mm (gut) |
| Wärmeleitfähigkeit | 0.2-3 W/m·K (gefüllt bis 5 W/m·K) |
0.2-3 W/m·K (standard bis gefüllt) |
0.2-1.5 W/m·K (begrenzt) |
| Chemikalienbeständigkeit | Ausgezeichnet (Säuren, Laugen, Öle) |
Sehr gut (eingeschränkt bei Lösungsmitteln) |
Gut (empfindlich bei starken Säuren) |
| UV-Beständigkeit | Gut (kann vergilben) |
Ausgezeichnet (kein Vergilben) |
Mässig (Vergilbung, Versprödung) |
| Feuchtigkeitsaufnahme | < 0.5% (sehr niedrig) |
< 0.2% (niedrig) |
1-3% (hygroskopisch) |
| Reparierbarkeit | Sehr schwierig (destruktiv) |
Gut (mechanisch entfernbar) |
Möglich (teilweise lösbar) |
| Preis-Niveau | Mittel bis hoch | Hoch | Niedrig bis mittel |
| Topfzeit (typisch) | 10-60 Min. | 30-120 Min. | 20-90 Min. |
Entscheidungsmatrix: Welche Vergussmasse für welche Anwendung?
LED-Module und Beleuchtung
Empfehlung: Silikon – LED-Module erzeugen Wärme und benötigen oft transparente Vergüsse. Silikon bietet die beste Temperaturbeständigkeit, vergilbt nicht und hat ausgezeichnete optische Eigenschaften. Wärmeleitende Silikon-Varianten leiten die Verlustwärme effizient ab.
Für Indoor-LED-Anwendungen mit moderaten Temperaturen kann auch klares Polyurethan eine kostengünstige Alternative sein. Allerdings muss mit Vergilbung nach einigen Jahren gerechnet werden.
Automotive-Elektronik (Motorraum)
Empfehlung: Silikon oder Epoxid – Der Motorraum stellt extreme Anforderungen: Temperaturen bis +150°C, Vibrationen, Öle und Kraftstoffe. Für Sensoren und Steuergeräte mit hoher Temperaturbelastung ist Silikon ideal. Für Hochspannungs-Zündmodule bietet Epoxid die bessere dielektrische Festigkeit.
Moderne Elektrofahrzeuge haben kühlere Antriebe, hier kann auch hochwertiges Polyurethan für BMS-Module und Ladegeräte eingesetzt werden.
Medizintechnik
Empfehlung: Silikon (biokompatibel) – Medizinische Geräte erfordern biokompatible Materialien nach ISO 10993. Spezielle medizinische Silikone erfüllen diese Anforderungen und können sterilisiert werden. Sie sind hautverträglich und lösen keine allergischen Reaktionen aus.
Für implantierbare Elektronik kommen ausschliesslich getestete medizinische Silikone in Frage.
Industriesteuerungen und SPS
Empfehlung: Polyurethan – Industriesteuerungen arbeiten meist in geschützten Schaltschränken bei moderaten Temperaturen. Die mechanische Belastung ist überschaubar. Polyurethan bietet hier das beste Preis-Leistungs-Verhältnis mit ausreichendem Schutz.
Für besonders vibrationsbehaftete Umgebungen (Maschinen, Anlagen) kann flexibles Silikon die bessere Wahl sein.
Outdoor-Elektronik und Solar
Empfehlung: Silikon – UV-Strahlung, Temperaturzyklen von -30°C bis +80°C und Feuchtigkeit machen Outdoor-Anwendungen anspruchsvoll. Silikon ist UV-stabil, temperaturbeständig und altert nicht. Solar-Wechselrichter und Junction-Boxen werden standardmässig mit Silikon vergossen.
Hochspannungs-Netzteile
Empfehlung: Epoxid – Für Transformatoren und Hochspannungs-Schaltungen ist die dielektrische Festigkeit entscheidend. Epoxidharze bieten die höchste Kriechstromfestigkeit und verhindern Teilentladungen. Die mechanische Fixierung verhindert Vibrationen im Magnetfeld.
Verarbeitungshinweise
Mischverhältnis und Dosierung
Alle drei Vergussmassen-Typen sind in der Regel 2-Komponenten-Systeme. Das korrekte Mischverhältnis ist kritisch für die Endeigenschaften. Abweichungen von mehr als ±5% führen zu unvollständiger Aushärtung, klebriger Oberfläche oder reduzierter mechanischer Festigkeit.
Für Kleinserien genügt das Mischen von Hand mit präziser Waage. Ab mittleren Stückzahlen lohnen sich Dosiersysteme mit volumetrischer oder gravimetrischer Dosierung. Moderne 2K-Kartuschen mit statischem Mischer gewährleisten reproduzierbare Qualität.
Entlüftung und Vakuumverguss
Luftblasen im Verguss reduzieren die dielektrische Festigkeit massiv. Bereits kleine Lufteinschlüsse können zu Teilentladungen und vorzeitigem Ausfall führen. Für hochwertige Vergüsse ist Vakuumentlüftung unverzichtbar.
Typischer Prozess: Material mischen, 5-10 Minuten bei 10-50 mbar entlüften, unter Vakuum vergiessen. Alternativ kann nach dem Vergiessen nochmals evakuiert werden. Niedrigviskose Systeme entlüften leichter als hochviskose.
Topfzeit und Aushärtung
Die Topfzeit beschreibt, wie lange das gemischte Material verarbeitbar bleibt. Sie ist stark temperaturabhängig: Bei 10°C höherer Temperatur halbiert sich die Topfzeit oft. Für komplexe Vergüsse sollte die Topfzeit mindestens 30 Minuten betragen.
Die Aushärtung kann durch Temperatur beschleunigt werden. Typische Zyklen: 2 Stunden bei 60°C oder 1 Stunde bei 80°C. Aber Vorsicht: Zu schnelles Aufheizen führt zu Spannungsrissen durch ungleichmässige Erwärmung. Empfohlen ist eine Aufheizrate von max. 2-3°C/Min.
Wichtig: Nachhärtung
Auch wenn ein Verguss nach 24 Stunden bei Raumtemperatur griffest ist, erreicht er erst nach 7 Tagen die vollen mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Für Funktionstests sollte dieser Zeitraum berücksichtigt werden. Eine Temperung bei 60-80°C für 2-4 Stunden beschleunigt die Nachhärtung.
Häufige Verarbeitungsfehler
- Falsches Mischverhältnis: Führt zu unvollständiger Aushärtung und klebriger Oberfläche
- Unzureichendes Mischen: Schlieren im Material, inhomogene Eigenschaften
- Feuchte Komponenten: Polyurethan-Härter reagiert mit Luftfeuchtigkeit, Gebinde immer verschliessen
- Kontamination: Silikone sind empfindlich auf Schwefel, Amine und Zinn-Katalysatoren (Inhibierung)
- Zu hohe Vergusstemperatur: Thermischer Schock kann Bauteile beschädigen
- Keine Grundierung: Bei schwierigen Substraten (PP, PE, PTFE) sind Primer notwendig
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Beratung zu Vergussmassen für Ihre Elektronik-Anwendung
Sie sind unsicher, welche Vergussmasse für Ihre Anwendung optimal ist? Unser Technik-Team unterstützt Sie bei der Materialauswahl und berät Sie zu Verarbeitung, Prüfmethoden und Qualitätssicherung.
SILITECH AG
Worbstrasse 173, 3073 Gümligen
Telefon: +41 31 398 50 70
E-Mail: info@silitech.ch
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Elektronische Baugruppen müssen zuverlässig gegen Feuchtigkeit, mechanische Belastungen und Temperaturschwankungen geschützt werden. Vergussmassen bieten diesen Schutz – doch welches Material ist das richtige? Dieser Fachartikel vergleicht Epoxid-, Silikon- und Polyurethan-Vergussmassen und zeigt, wann Sie welches System einsetzen sollten.
Was sind Vergussmassen?
Vergussmassen sind flüssige oder pastöse Materialien, die elektronische Baugruppen vollständig umhüllen und nach der Aushärtung dauerhaft schützen. Im Gegensatz zu Beschichtungen (Coatings), die nur eine dünne Schutzschicht bilden, füllen Vergussmassen den gesamten Hohlraum um die Elektronik aus.
Hauptfunktionen von Vergussmassen
- Feuchtigkeitsschutz: Verhindert Korrosion und Kriechströme auf Leiterplatten
- Mechanischer Schutz: Absorbiert Vibrationen und Stösse, fixiert Bauteile
- Elektrische Isolation: Hohe dielektrische Festigkeit verhindert Überschläge
- Thermisches Management: Wärmeleitende Varianten leiten Verlustwärme ab
- Chemikalienschutz: Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe, Reinigungsmittel
Die Wahl der richtigen Vergussmasse hängt von zahlreichen Faktoren ab: Betriebstemperatur, mechanische Belastung, chemische Exposition, Reparierbarkeit und natürlich den Kosten. Die drei wichtigsten Vergussmassen-Typen – Epoxid, Silikon und Polyurethan – unterscheiden sich grundlegend in ihren Eigenschaften.
Epoxid-Vergussmassen
Epoxidharze bestehen aus zwei Komponenten (Harz und Härter), die beim Mischen eine irreversible chemische Reaktion eingehen. Nach der Aushärtung entstehen duroplastische Kunststoffe mit ausgezeichneten mechanischen und elektrischen Eigenschaften.
Eigenschaften von Epoxid-Vergussmassen
- Hohe mechanische Festigkeit: Shore D 70-85, sehr hart und stabil
- Ausgezeichnete Adhäsion: Haftet hervorragend auf Metallen, Leiterplatten, Keramik
- Hohe dielektrische Festigkeit: Bis 25 kV/mm, ideal für Hochspannungsanwendungen
- Chemikalienbeständigkeit: Resistent gegen Säuren, Laugen, Lösungsmittel
- Temperaturbeständigkeit: Standard -40°C bis +130°C, spezielle Systeme bis +180°C
- Niedrige Feuchtigkeitsaufnahme: Unter 0,5 % Wasseraufnahme
Vorteile
Epoxid-Vergussmassen bieten den besten mechanischen Schutz aller drei Systeme. Sie sind ideal für Anwendungen mit hohen mechanischen Belastungen oder wenn die Baugruppe absolut starr fixiert werden muss. Die hervorragende Adhäsion sorgt dafür, dass sich keine Hohlräume bilden, in denen sich Feuchtigkeit sammeln könnte.
Für Hochspannungsanwendungen wie Transformatoren, Zündspulen oder Netzteile sind Epoxidharze oft die erste Wahl. Die hohe dielektrische Festigkeit und niedrige Kriechstromneigung gewährleisten zuverlässige Isolation auch unter extremen Bedingungen.
Nachteile
Die hohe Endfestigkeit ist gleichzeitig der grösste Nachteil: Epoxid-vergossene Baugruppen sind praktisch nicht reparierbar. Komponenten können nur durch mechanische Zerstörung des Vergusses entfernt werden, was die Leiterplatte beschädigt. Für Prototypen oder Kleinserien kann dies problematisch sein.
Epoxidharze sind spröde und können bei thermischer Zyklierung oder mechanischen Schocks Risse bilden. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Epoxid, Leiterplatte und Bauteilen führen zu mechanischen Spannungen, die sensible Komponenten beschädigen können.
Typische Anwendungen
- Hochspannungs-Netzteile und Transformatoren
- Zündelektronik in Automotive-Anwendungen
- Sensoren in aggressiven Umgebungen
- Unterwasser-Elektronik und Marine-Anwendungen
- Sicherheitsrelevante Steuerungen (Manipulationsschutz)
Produktbeispiel: Permabond bietet spezialisierte Epoxid-Vergussmassen für Elektronik-Anwendungen, darunter wärmeleitende und flexible Varianten für unterschiedliche Anforderungen.
Silikon-Vergussmassen
Silikone (Polysiloxane) sind eine Materialklasse mit einzigartigen Eigenschaften. RTV-Silikone (Room Temperature Vulcanizing) härten bei Raumtemperatur aus und bilden elastische, temperaturbeständige Vergussmassen.
Eigenschaften von Silikon-Vergussmassen
- Hohe Elastizität: Shore A 15-60, bleibt auch nach Aushärtung flexibel
- Extreme Temperaturbeständigkeit: -60°C bis +200°C (kurzzeitig +250°C)
- UV- und Witterungsbeständigkeit: Kein Vergilben, keine Versprödung im Freien
- Niedrige mechanische Spannung: Minimale Belastung sensibler Bauteile
- Gute dielektrische Eigenschaften: 15-25 kV/mm Durchschlagfestigkeit
- Reparierbarkeit: Lässt sich mechanisch entfernen ohne Leiterplatte zu beschädigen
Vorteile
Die Elastizität von Silikon-Vergussmassen ist ihr grösster Vorteil. Sie absorbieren Vibrationen ausgezeichnet und kompensieren unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen Bauteilen und Leiterplatte. Dies macht sie ideal für Anwendungen mit extremen Temperaturschwankungen oder mechanischen Belastungen.
Silikon-Vergussmassen behalten ihre Eigenschaften über einen extrem breiten Temperaturbereich. Während Epoxid- und PU-Systeme bei tiefen Temperaturen spröde werden, bleibt Silikon bis -60°C flexibel. Bei hohen Temperaturen übertreffen sie beide Alternativen deutlich.
Für LED-Anwendungen sind Silikone oft die beste Wahl. Spezielle optische Silikone sind transparent, vergilben nicht und haben einen passenden Brechungsindex. Sie schützen die LED-Chips ohne die Lichtausbeute zu reduzieren.
Nachteile
Die niedrige mechanische Festigkeit bedeutet weniger Schutz gegen direkte mechanische Einwirkung. Scharfe Gegenstände können Silikon-Vergüsse leicht durchdringen. Die Adhäsion auf manchen Oberflächen ist schwächer als bei Epoxiden, weshalb oft Primer notwendig sind.
Silikone haben eine höhere Gasdurchlässigkeit als Epoxid oder PU. In sehr feuchten Umgebungen oder bei aggressiven Gasen kann dies problematisch sein. Zudem sind Silikone in der Regel teurer als die beiden Alternativen.
Ein oft unterschätztes Problem: Niedermolekulare Siloxane können ausgasen und empfindliche Kontakte kontaminieren. Für Hochzuverlässigkeits-Anwendungen sollten nur Low-Bleeding-Silikone verwendet werden.
Typische Anwendungen
- LED-Module für Aussenbeleuchtung und Automotive
- Temperatursensoren und Thermoelemente
- Automotive-Steuergeräte mit hohen Temperaturanforderungen
- Outdoor-Elektronik (Solar-Wechselrichter, Aussensensoren)
- Medizinelektronik (biokompatible Varianten)
- Luft- und Raumfahrt (extreme Temperaturen)
Produktbeispiel: Die Bluesil-Serie bietet RTV-2 Silikon-Vergussmassen mit unterschiedlichen Shore-Härten und Viskositäten. Spezielle wärmeleitende Varianten erreichen über 3 W/m·K für effizientes thermisches Management.
Polyurethan-Vergussmassen
Polyurethan-Vergussmassen (PU) positionieren sich zwischen Epoxid und Silikon. Sie kombinieren gute mechanische Eigenschaften mit ausreichender Flexibilität und sind oft die wirtschaftlichste Lösung.
Eigenschaften von Polyurethan-Vergussmassen
- Mittlere Härte: Shore A 60-95, semi-flexibel bis hart
- Gute Abriebfestigkeit: Besser als Silikon, robuste Oberfläche
- Moderate Temperaturbeständigkeit: -40°C bis +120°C
- Ausgezeichnete Adhäsion: Haftet auf den meisten Substraten ohne Primer
- Gute elektrische Isolation: 16-22 kV/mm Durchschlagfestigkeit
- Wirtschaftlich: Günstigstes der drei Systeme
Vorteile
Polyurethan-Vergussmassen bieten ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil zu attraktiven Kosten. Für viele Standard-Anwendungen in der Elektronik sind sie vollkommen ausreichend. Die Verarbeitung ist unkompliziert, und die Topfzeiten sind länger als bei vielen Epoxid-Systemen.
Die semi-flexible Konsistenz vieler PU-Vergussmassen bietet guten Vibrationsdämpfung bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Stabilität. Sie sind flexibler als Epoxide, aber stabiler als weiche Silikone – ideal für Steuergeräte in rauer Industrieumgebung.
PU-Vergussmassen lassen sich bei Bedarf teilweise reparieren. Mit geeigneten Lösungsmitteln oder mechanisch können Bereiche freigelegt werden, ohne die gesamte Baugruppe zu zerstören. Dies ist besonders in der Entwicklungsphase wertvoll.
Nachteile
Die Feuchtigkeitsempfindlichkeit ist der Hauptnachteil von Polyurethan-Systemen. PU ist hygroskopisch und nimmt Feuchtigkeit auf, was die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen kann. Für Dauerbetrieb in feuchter Umgebung sind Epoxid oder Silikon besser geeignet.
UV-Licht führt bei vielen PU-Vergussmassen zu Vergilbung und Versprödung. Für Outdoor-Anwendungen oder transparente Vergüsse sollten UV-stabilisierte Varianten gewählt oder auf Silikon ausgewichen werden.
Die Temperaturbeständigkeit ist begrenzt. Oberhalb von 100-120°C beginnen viele PU-Systeme zu erweichen. Für Hochtemperatur-Anwendungen in Automotive oder Industrie sind sie nicht geeignet.
Typische Anwendungen
- Industriesteuerungen und SPS-Module
- Schaltnetzteile für Indoor-Anwendungen
- Consumer Electronics (geschützte Umgebung)
- Messgeräte und Sensoren (moderate Temperaturen)
- E-Mobility: Ladegeräte, BMS-Module
- Building Automation und Smart Home Devices
Vergleichstabelle: Epoxid vs. Silikon vs. Polyurethan
| Eigenschaft | Epoxid | Silikon | Polyurethan |
|---|---|---|---|
| Temperaturbereich | -40°C bis +130°C (+180°C spezial) |
-60°C bis +200°C (+250°C kurzzeitig) |
-40°C bis +120°C |
| Shore-Härte | Shore D 70-85 (sehr hart) |
Shore A 15-60 (weich bis mittel) |
Shore A 60-95 (mittel bis hart) |
| Dielektrische Festigkeit | 20-25 kV/mm (ausgezeichnet) |
15-25 kV/mm (sehr gut) |
16-22 kV/mm (gut) |
| Wärmeleitfähigkeit | 0.2-3 W/m·K (gefüllt bis 5 W/m·K) |
0.2-3 W/m·K (standard bis gefüllt) |
0.2-1.5 W/m·K (begrenzt) |
| Chemikalienbeständigkeit | Ausgezeichnet (Säuren, Laugen, Öle) |
Sehr gut (eingeschränkt bei Lösungsmitteln) |
Gut (empfindlich bei starken Säuren) |
| UV-Beständigkeit | Gut (kann vergilben) |
Ausgezeichnet (kein Vergilben) |
Mässig (Vergilbung, Versprödung) |
| Feuchtigkeitsaufnahme | < 0.5% (sehr niedrig) |
< 0.2% (niedrig) |
1-3% (hygroskopisch) |
| Reparierbarkeit | Sehr schwierig (destruktiv) |
Gut (mechanisch entfernbar) |
Möglich (teilweise lösbar) |
| Preis-Niveau | Mittel bis hoch | Hoch | Niedrig bis mittel |
| Topfzeit (typisch) | 10-60 Min. | 30-120 Min. | 20-90 Min. |
Entscheidungsmatrix: Welche Vergussmasse für welche Anwendung?
LED-Module und Beleuchtung
Empfehlung: Silikon – LED-Module erzeugen Wärme und benötigen oft transparente Vergüsse. Silikon bietet die beste Temperaturbeständigkeit, vergilbt nicht und hat ausgezeichnete optische Eigenschaften. Wärmeleitende Silikon-Varianten leiten die Verlustwärme effizient ab.
Für Indoor-LED-Anwendungen mit moderaten Temperaturen kann auch klares Polyurethan eine kostengünstige Alternative sein. Allerdings muss mit Vergilbung nach einigen Jahren gerechnet werden.
Automotive-Elektronik (Motorraum)
Empfehlung: Silikon oder Epoxid – Der Motorraum stellt extreme Anforderungen: Temperaturen bis +150°C, Vibrationen, Öle und Kraftstoffe. Für Sensoren und Steuergeräte mit hoher Temperaturbelastung ist Silikon ideal. Für Hochspannungs-Zündmodule bietet Epoxid die bessere dielektrische Festigkeit.
Moderne Elektrofahrzeuge haben kühlere Antriebe, hier kann auch hochwertiges Polyurethan für BMS-Module und Ladegeräte eingesetzt werden.
Medizintechnik
Empfehlung: Silikon (biokompatibel) – Medizinische Geräte erfordern biokompatible Materialien nach ISO 10993. Spezielle medizinische Silikone erfüllen diese Anforderungen und können sterilisiert werden. Sie sind hautverträglich und lösen keine allergischen Reaktionen aus.
Für implantierbare Elektronik kommen ausschliesslich getestete medizinische Silikone in Frage.
Industriesteuerungen und SPS
Empfehlung: Polyurethan – Industriesteuerungen arbeiten meist in geschützten Schaltschränken bei moderaten Temperaturen. Die mechanische Belastung ist überschaubar. Polyurethan bietet hier das beste Preis-Leistungs-Verhältnis mit ausreichendem Schutz.
Für besonders vibrationsbehaftete Umgebungen (Maschinen, Anlagen) kann flexibles Silikon die bessere Wahl sein.
Outdoor-Elektronik und Solar
Empfehlung: Silikon – UV-Strahlung, Temperaturzyklen von -30°C bis +80°C und Feuchtigkeit machen Outdoor-Anwendungen anspruchsvoll. Silikon ist UV-stabil, temperaturbeständig und altert nicht. Solar-Wechselrichter und Junction-Boxen werden standardmässig mit Silikon vergossen.
Hochspannungs-Netzteile
Empfehlung: Epoxid – Für Transformatoren und Hochspannungs-Schaltungen ist die dielektrische Festigkeit entscheidend. Epoxidharze bieten die höchste Kriechstromfestigkeit und verhindern Teilentladungen. Die mechanische Fixierung verhindert Vibrationen im Magnetfeld.
Verarbeitungshinweise
Mischverhältnis und Dosierung
Alle drei Vergussmassen-Typen sind in der Regel 2-Komponenten-Systeme. Das korrekte Mischverhältnis ist kritisch für die Endeigenschaften. Abweichungen von mehr als ±5% führen zu unvollständiger Aushärtung, klebriger Oberfläche oder reduzierter mechanischer Festigkeit.
Für Kleinserien genügt das Mischen von Hand mit präziser Waage. Ab mittleren Stückzahlen lohnen sich Dosiersysteme mit volumetrischer oder gravimetrischer Dosierung. Moderne 2K-Kartuschen mit statischem Mischer gewährleisten reproduzierbare Qualität.
Entlüftung und Vakuumverguss
Luftblasen im Verguss reduzieren die dielektrische Festigkeit massiv. Bereits kleine Lufteinschlüsse können zu Teilentladungen und vorzeitigem Ausfall führen. Für hochwertige Vergüsse ist Vakuumentlüftung unverzichtbar.
Typischer Prozess: Material mischen, 5-10 Minuten bei 10-50 mbar entlüften, unter Vakuum vergiessen. Alternativ kann nach dem Vergiessen nochmals evakuiert werden. Niedrigviskose Systeme entlüften leichter als hochviskose.
Topfzeit und Aushärtung
Die Topfzeit beschreibt, wie lange das gemischte Material verarbeitbar bleibt. Sie ist stark temperaturabhängig: Bei 10°C höherer Temperatur halbiert sich die Topfzeit oft. Für komplexe Vergüsse sollte die Topfzeit mindestens 30 Minuten betragen.
Die Aushärtung kann durch Temperatur beschleunigt werden. Typische Zyklen: 2 Stunden bei 60°C oder 1 Stunde bei 80°C. Aber Vorsicht: Zu schnelles Aufheizen führt zu Spannungsrissen durch ungleichmässige Erwärmung. Empfohlen ist eine Aufheizrate von max. 2-3°C/Min.
Wichtig: Nachhärtung
Auch wenn ein Verguss nach 24 Stunden bei Raumtemperatur griffest ist, erreicht er erst nach 7 Tagen die vollen mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Für Funktionstests sollte dieser Zeitraum berücksichtigt werden. Eine Temperung bei 60-80°C für 2-4 Stunden beschleunigt die Nachhärtung.
Häufige Verarbeitungsfehler
- Falsches Mischverhältnis: Führt zu unvollständiger Aushärtung und klebriger Oberfläche
- Unzureichendes Mischen: Schlieren im Material, inhomogene Eigenschaften
- Feuchte Komponenten: Polyurethan-Härter reagiert mit Luftfeuchtigkeit, Gebinde immer verschliessen
- Kontamination: Silikone sind empfindlich auf Schwefel, Amine und Zinn-Katalysatoren (Inhibierung)
- Zu hohe Vergusstemperatur: Thermischer Schock kann Bauteile beschädigen
- Keine Grundierung: Bei schwierigen Substraten (PP, PE, PTFE) sind Primer notwendig
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
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