Как заливочные компаунды защищают электронные схемы

Надежность продукции является абсолютной необходимостью для производителей, чтобы добиться успеха на современном конкурентном рынке. По мере того, как клиенты требуют все более высоких уровней производительности при более низких удельных затратах, становится все более сложной задача обеспечения того, чтобы электронные схемы работали так, как они были спроектированы в течение длительного периода времени. Деликатные компоненты, плотно монтированные печатные платы, ограничивающий корпус и очень требовательные условия обслуживания могут привести к увеличению частоты отказов в результате чрезмерного накопления тепла и электрических помех.

Агрессивные условия ставят под угрозу надежность продукта

Электронное оборудование часто подвергается одному или нескольким нагрузкам, которые могут ухудшить производительность. Длительное воздействие высоких температур или криогенных условий, химических веществ, строгого термоциклирования, механического удара, теплового удара и других условий может отрицательно повлиять на электронные устройства, вызывая их выход из строя. Во время изготовления и сборки компоненты часто должны выдерживать высокие температуры пайки и иногда подвергаться воздействию чистящих средств и других химических веществ, которые могут помешать работе схемы. Кроме того, электронные сборки обычно подвергаются строгим квалификационным испытаниям. Это включает в себя сложные условия, такие как экстремальная жара, химическое воздействие, термический цикл, тепловой удар или механический удар, чрезмерные вибрации, все из которых могут привести к выходу продукта из строя. Зачастую квалификационные испытания являются более строгими, чем фактические условия эксплуатации.

Заливка компаундом изолирует электронику от окружающей среды

Заливочные и инкапсулирующие компаунды обеспечивают высочайший уровень защиты от воздействия окружающей среды, тепловых, химических, механических и электрических условий. Разработанные для полной инкапсуляции компонента, модуля или печатной платы, эти специально разработанные соединения эффективно защищают устройство от окружающей среды, обеспечивая при этом структурную поддержку. Заливочные компаунды обеспечивают более высокий уровень физической, химической, электрической и температурной защиты, чем конформные покрытия. Обратная сторона заключается в том, что заливка часто может добавить дополнительное время обработки, стоимость и вес. Эпоксиды и силиконы являются одними из наиболее часто используемых заливочных составов. Они могут быть применены к печатным платам, конденсаторам, силовой электронике, светодиодному освещению, датчикам и т. д. Некоторые из желаемых свойств включают хорошую адгезию, отличную электрическую изоляцию, термическую стабильность, превосходную химическую стойкость, низкую усадку при отверждении, соответствующий коэффициент теплового расширения (CTE) и подходящую вязкость для конкретного применения. Составы могут быть смешаны для обеспечения баланса этих и других свойств путем тщательного подбора смолы, агента и наполнителей.

Заливка, Литье и Инкапсуляция – в чем разница?

Заливочные составы могут быть нанесены на электронное устройство одним из трех способов: заливка, литье или инкапсуляция. Наиболее часто используемым методом является заливка, при которой устройство помещают в корпус, или нишу, и жидкий заливочный состав заливают в корпус до тех пор, пока он не заполнится до краев. Корпус остается нетронутым, становясь частью готового агрегата. Литье похоже на заливку, за исключением того, что вместо корпуса используется форма и удаляется после того, как смесь затвердеет. Литье используется для создания формованного блока. Инкапсуляция включает погружение компонента в систему смолы, так что вокруг компонента образуется толстое покрытие. Хотя способы несколько отличаются, в каждом случае компонент полностью окружен защитным заливочным составом. Термины заливка и инкапсуляция часто используются в общих чертах для описания полного покрытия электронного компонента заливочным составом с помощью любого из трех методов.

Разнообразие составов для заливки корпуса в соответствии с различными потребностями применения

Важнейшей частью выбора правильного продукта является определение приоритетов требований и осознание того, что компромиссы связаны с выбором материала. Иными словами, необходимо разработать баланс между конечными свойствами с учетом таких вопросов обработки и заливки, как время открытия, вязкость, график отверждения и другие факторы. Эпоксидные смолы являются наиболее часто используемым материалом для заливки и инкапсуляции, благодаря их широкому спектру свойств и непревзойденной универсальности. Эпоксидные смолы обладают исключительной химической стойкостью, превосходными физическими свойствами и сильной адгезией к металлам, большинству пластмасс, керамике и композитам — материалам, обычно используемым для заливки корпусов. Они обычно обладают превосходными диэлектрическими свойствами и обычно являются термически изолирующими, но при необходимости могут быть сделаны теплопроводными и электрически изолирующими. Они также могут быть сформулированы так, чтобы выдерживать термический цикл, стрессы и удары, сохраняя при этом свои превосходные диэлектрические свойства. Хотя эпоксидные смолы обычно считаются жесткими и постоянными по своей природе, при необходимости их можно сделать более гибкими, причем некоторые марки проявляют достаточную гибкость, чтобы обеспечить возможность извлечения компонента. Однако, когда эпоксидные смолы сформулированы для того, чтобы быть более гибкими, сопротивление химиката и температуры неизменно скомпрометировано. Эпоксидные смолы могут быть спроектированы для использования в заливочных работах, которые требуют очень специфических характеристик, таких как оптическая прозрачность, огнестойкость, теплопроводность или низкие газообразующие свойства, сохраняя при этом свои возможности электрической изоляции. Специально разработанные огнестойкие эпоксидные смолы, сертифицированные в соответствии со спецификациями UL 94V-0, являются самозатухающими и обладают превосходными электроизоляционными свойствами, что делает их идеальными для заливки источников питания, сигнальных трансформаторов и других мощных электронных устройств. Непревзойденная универсальность эпоксидных смол подтверждается их широким диапазоном рабочих температур. Некоторые сорта выдерживают криогенные условия, в то время как другие выдерживают температуру до 500°F. Однако уникальные эпоксидные компаунды обладают высокой термостойкостью и большей гибкостью, чем типичные эпоксиды с высокой термостойкостью. Обычно эпоксидные смолы, которые сопротивляются более высоким температурам, являются жесткими. Они могут выдержать строгий термический цикл и тепловой удар, но требуют более сложной обработки, чтобы реализовать свои особые свойства. Например, они должны быть преобразованы в жидкость из твердого состояния. Самое главное, что материалы имеют более низкую экзотерму, чем типичные однокомпонентные эпоксиды, и подходят для более крупных отливок. Наполнители могут быть добавлены для достижения других эксплуатационных свойств, таких как теплопроводность и повышенная стабильность размеров. Эпоксидные смолы, безусловно, являются лучшим выбором, когда требуется химическая стойкость, хорошая физическая прочность и первоклассные электроизоляционные свойства. Поскольку эпоксидные смолы могут выдерживать многократные температурные отклонения выше температуры стеклования (Tg), не следует исключать возможность использования определенного сорта для применений, которые предполагают только более короткое время выдержки при более высоких температурах. Например, эпоксидная смола с Tg 150°C может легко выдержать повторные нагрузки на много часов выше 200°C, в зависимости от нюансов применения. Эпоксидные смолы обычно используются с наполнителями для снижения усадки, повышения стабильности размеров и повышения стойкости к истиранию. Использование наполнителей является критическим фактором для получения теплопроводности при сохранении электрического сопротивления. Благодаря тщательному отбору химических веществ, добавок и наполнителей способны разрабатывать эпоксидные соединения со свойствами, которые адаптированы к большинству потребностей применения. Силиконы предлагают беспрецедентное сочетание высокой термостойкости (до 400°F), превосходных электрических свойств и гибкости, но иногда требуют использования грунтовок для улучшения адгезии. Они часто выбираются за их непревзойденную способность противостоять тепловому удару и повторному тепловому циклу. Более мягкие, чем эпоксидные смолы, силиконы оказывают меньшее воздействие на чувствительную электронику, а также позволяют извлекать компоненты, которые нуждаются в ремонте или удалении. Свойства силиконов можно регулировать путем добавления наполнителей, например тех, которые используются для достижения теплопроводности и огнестойкости.

Термические и геометрические факторы влияют на обработку

Чтобы обеспечить оптимальный уровень защиты и избежать повреждения деликатных компонентов, необходимо соблюдать осторожность при нанесении и отверждении заливочных составов. Некоторые материалы требуют подготовки поверхности и грунтовки для достижения хорошей адгезии. Во время нанесения жидкий заливочный материал должен легко течь так, чтобы он полностью покрывал компонент, не оставляя пустот. Если воздух попадает в корпус, содержащаяся в нем влага может вызвать коррозию, что в конечном итоге приведет к выходу из строя компонентов или изделий. Удаление пузырьков воздуха очень важно. Обычно используются два метода: вакуумная дегазация или центрифугирование. Дегазация возможна как после смешивания материала, так и после его нанесения. Наилучший метод вакуумной дегазации называется “наталкивание”, которое заключается в попеременном вытягивании и ослаблении вакуума в течение 30-60 секундных циклов. Центрифугирование очень просто. Смешанный материал помещают в центрифугу и вращают в течение 10-15 минут при 500-1000 оборотах в минуту. Эти методы могут быть не нужны для заливки смесей с очень низкой вязкостью, так как пузырьки воздуха могут быть незначительными. Однако в некоторых корпусах системы с более высокой вязкостью более желательны из-за проблем геометрии или конструкции, поэтому вакуумная дегазация или центрифугирование остаются критическим этапом обработки. Одним из популярных методов устранения дегазации или центрифугирования является упаковка соединения в виде предварительно смешанной и замороженной системы. Эти эпоксиды смешивают и центрифугируют перед замораживанием. Они обычно упаковываются в небольшие шприцы (от 3 до 10 кубиков) и поставляются в сухом льду. Температура хранения -40°C. Предварительно смешанные и замороженные эпоксидные смолы обычно используются в очень небольших системах заливки и инкапсуляции, где требуется сверхточное дозирование. Электроника становится все меньше. Таким образом, использование предварительно смешанных и замороженных эпоксидных смол становится все более популярным. На самом деле, теперь доступны специальные дозаторы, позволяющие использовать фракции грамма в инкапсуляции. Геометрия блока и его корпуса также являются важными соображениями при нанесении заливочных составов. Заливочных компаундов вылечить экзотермическим образом; то есть они выделяют тепло, когда происходят химические реакции, связывающие их полимерные цепи. При более глубоких отливках выделяется больше тепла, и реакция протекает еще быстрее. Поскольку большинство заливочных составов не рассеивают тепло, более быстрые реакции приводят к более высоким внутренним температурам, что может привести к повреждению термочувствительных компонентов. Вот почему глубина отверждения является таким важным фактором при применении корпусных технологий. Заливочные составы имеют относительно низкую усадку при переходе из жидкого состояния в твердое во время отверждения. Заполненные заливочные компаунды проявляют наименьшее количество усадки, так, как только полимерный компаунд — а не наполнитель — сжимается во время отверждения. В целом, более быстрая обработка не обязательно лучше подходит для заливки и инкапсуляции, поскольку более быстрые реакции приводят к большей экзотерме, более высокой усадке и меньшему времени открытия. Более быстро отверждающиеся составы часто не могут быть отлиты более чем на 1/4 – ½ дюйма толщиной, потому что они становятся слишком горячими. Помимо добавления наполнителей, можно уменьшить усадку, изменив химическую формулу для уменьшения экзотермы или скорректировав конструкцию.

Характеристики отверждения имеют первостепенное значение для успешного нанесения

Большинство эпоксидных и силиконовых заливочных компаундов представляют собой двухкомпонентные системы (смола и отвердитель). Для их отверждения требуется от 24 до 48 часов или больше, хотя отверждения может быть ускорено добавлением тепла. Одна часть, системы без смешивания также могут быть использованы для заливки, хотя их использование ограничено, поскольку их температура отверждения обычно составляет от 125°C до 150°C. Эти температуры могут повредить электронные компоненты.

Обзор методологии выбора продукта – как выбрать компаунд для заливки

Подводя итог, можно сказать, что профиль требований к производительности системы имеет первостепенное значение. Если требуется химическая стойкость, то лучше всего использовать эпоксидную смолу. Если необходимы термоциклирование и термический удар, а также высокая термостойкость, то предпочтительной системой являются силиконы. С каждым материалом важность электрических свойств невозможно переоценить. Измерения диэлектрической прочности, диэлектрической проницаемости, объемного удельного сопротивления и коэффициента рассеяния часто имеют решающее значение при выборе наилучшего материала. Другими факторами, которые необходимо учитывать, являются диапазон рабочих температур, низкие требования к газообразованию, оптическая прозрачность, теплопроводность, огнестойкость и биосовместимость, а также другие факторы. Другие основные факторы — это проблемы с обработкой продукта, включая время открытия, вязкость и свойства потока. В конечном счете выбор основывается прежде всего на преобладающих требованиях к производительности. Выбор заливочного компаунда, который удовлетворяет все потребности конкретного применения без ущерба для электроники, может быть довольно сложным. Искусство выбора материала для заливки зависит как от свойств, так и от обработки, и любая конструкция должна обеспечивать баланс-достижение подходящей защиты без использования чрезмерного материала для заливки. Формуляторы хорошо оснащены для консультирования по оптимальному выбору заливочного состава для данной ситуации.

Заливочные компаунды расширяют область применения сред

Конкурирующие требования к более высокой производительности, более низким удельным затратам и повышенной надежности продукта заставляют разработчиков рассматривать заливочные и инкапсулирующие составы в качестве основных компонентов электронных систем и устройств. Смягчая хрупкие компоненты и защищая их от экстремальных температур, заливочные составы позволяют электронике выдерживать суровые производственные процессы и надежно работать в агрессивных — даже очень агрессивных условиях. Благодаря тщательному подбору подходящего состава производители электроники могут гарантировать, что их продукция будет работать так, как она была разработана, в еще более сложных условиях. Из-за того, что миниатюризация электроники и компонентов становится все меньше, дозирование заливочных и инкапсуляционных материалов с использованием предварительно смешанных и замороженных шприцев становится все более распространенным явлением. Наиболее важно то, что эпоксидная смола Wevo, обладающая уникальным сочетанием свойств, часто является новым и ярким подходом, применяемым ко многим сложным областям применения.