So wählen Sie das beste PCB-Verkapselungsmaterial für Ihr Projekt aus

Einführung in Verguss und Kapselung

Vergießen oder Verkapseln ist eine weit verbreitete Methode, um Leiterplatten vor Beschädigungen zu schützen, und sie hat sich als wirksam erwiesen. Abhängig von den Vorteilen und Eigenschaften der Materialien werden in verschiedenen Schaltungsumgebungen unterschiedliche Vergussmassen verwendet. Zu den gängigen Materialien gehören:

• Ethylen-Vinylacetat (EVA)
• Polyphenylensulfid (PPS)
• Polyphenylenoxid
• Polyamidimid
• Acryl
• Polyester

In diesem Artikel beschreibt Highleap Electronic detailliert die Vor- und Nachteile sowie die Anwendungsbereiche verschiedener Materialien. Die Integration von DFM-Prüfungen (Design for Manufacturability) in den Leiterplattenfertigungsprozess gewährleistet optimale Ergebnisse für Ihr Projekt.

Was ist PCB-Verguss?

Das Vergießen ist eine gängige Schutzmaßnahme, die von den meisten PCBA-Platinenherstellern eingesetzt wird, um elektronische Schaltkreise vor Hitze, Umweltgefahren, Chemikalien und Stößen zu schützen. Dies wird erreicht, indem das Gehäuse der Leiterplatte mit einer Vergussmasse gefüllt wird, die als Vergussharz fungiert und so die gesamte Leiterplatte und ihre Komponenten schützt. Hier sind einige Gründe, warum Sie das Vergießen von Leiterplatten in Betracht ziehen sollten:

• Das Vergießen verbessert die elektronische Leistung und die Zuverlässigkeit der Schaltkreise, indem es Leiterplatten vor Manipulation, Feuchtigkeit und Spannungslecks schützt. Das Vergießen schützt die Elektronik außerdem vor den Auswirkungen von Vibrationen und Belastungen und verhindert so Unterbrechungen der Verkabelung und einen frühen Systemausfall.
• Darüber hinaus können sich die Vibrationswellen der Leiterplatte und des Leiterplattengehäuses paaren, was die Belastung der Leiterplatte erhöht und zu einem frühen Ausfall führt. Durch das Vergießen werden Leiterplatten spannungs- und vibrationsfest.
• Darüber hinaus schützt die Kapselung Leiterplatten vor Schmutz und Staub, die zu Überhitzung, Signalstörungen und verringerter Geschwindigkeit oder Leistung führen können.
• Schließlich verbessert das Vergießen von Leiterplatten die Sicherheit und Privatsphäre des elektronischen Geräts. Die Art des Vergießens macht den Zugriff auf Ihre Leiterplatte und das Reverse Engineering Ihres Geräts zu einer unglaublichen Herausforderung, wodurch die Privatsphäre und Sicherheit Ihrer Leiterplatte erhöht wird.

Gängige Materialien für die PCB-Verkapselung

Ethylen-Vinylacetat (EVA)

Ethylen-Vinylacetat (EVA) ist aufgrund seiner multifunktionalen Vorteile ein weit verbreitetes Vergussmaterial in der Elektronikindustrie. Aufgrund seiner Fähigkeit, Stöße und Vibrationen zu absorbieren, eignet es sich ideal für Außenanwendungen, bei denen eine Stoßfestigkeit erforderlich ist. Darüber hinaus weist es eine gute Haftung auf einer Vielzahl von Materialien wie Metallen, Kunststoffen und anderen Substraten auf. Es behält seine Eigenschaften auch bei niedrigen Temperaturen und bietet eine hervorragende elektrische Isolierung.

Trotz seiner Vorteile weist diese Vergussmasse einige Nachteile auf, die kaum zu ignorieren sind. Während flexible Materialien eine Rissbildung beim Biegen verhindern, bieten sie nicht so viel mechanischen Schutz wie starre Materialien und sind möglicherweise für einige empfindliche Komponenten nicht geeignet. Darüber hinaus wird es nicht für besonders extreme Umgebungen wie hohe Temperaturen oder saure Umgebungen empfohlen. Obwohl es nicht teuer ist, ist es für PCBA-Hersteller in bestimmten Regionen möglicherweise nicht leicht zu bekommen.

Unter Berücksichtigung seiner Vor- und Nachteile ist EVA in verschiedenen Anwendungsbereichen einsetzbar. Es findet häufig Verwendung in Leiterplatten von Unterhaltungselektronik wie Mobiltelefonen, Tablets und Laptops. Für industrielle Anwendungen ist es jedoch möglicherweise nicht geeignet, da einige Hersteller bei ihren Produkten, beispielsweise Motortreibern, SPSen und Sensoren, Leiterplatten mit einer bestimmten mechanischen Festigkeit benötigen, die EVA unter Umständen nicht erfüllt. Darüber hinaus wird EVA nicht in High-End-Anwendungen wie Medizintechnik , Schiffselektronik, Luft- und Raumfahrtelektronik, Automobilelektronik und Anwendungen im Bereich erneuerbarer Energien eingesetzt. Trotz dieser Einschränkungen bleibt EVA ein vielseitiges und kostengünstiges Verkapselungsmaterial für viele elektronische Geräte.

Polyphenylensulfid (PPS)

Polyphenylensulfid (PPS) ist ein äußerst widerstandsfähiger und hitzebeständiger thermoplastischer Werkstoff, der Temperaturen bis zu 260 °C standhält und sich daher ideal für Hochtemperaturanwendungen eignet. Das Material ist schwer entflammbar und erfüllt die Entflammbarkeitsnorm UL 94 V-0 , wodurch seine Zuverlässigkeit und Sicherheit auch unter rauen Umgebungsbedingungen gewährleistet sind. Seine hohe Festigkeit und Steifigkeit in Kombination mit geringem Schrumpfverhalten und hoher Dimensionsstabilität machen es zu einer ausgezeichneten Wahl für Leiterplatten, die präzise Toleranzen erfordern. Darüber hinaus ermöglicht seine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit den Einsatz gegenüber Säuren und Laugen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass PPS eine relativ teure Option ist und spezielle Ausrüstung für die PCBA-Verarbeitung erfordert. Darüber hinaus ist es ein starres Material und kann die Anforderungen flexibler Leiterplatten nicht erfüllen. Seine Eigenschaften können in bestimmten Umgebungen auch geschwächt sein, z. B. durch Erweichen bei niedrigen Temperaturen und Verfärbung oder Zersetzung bei Einwirkung von UV-Strahlung.

PPS findet breite Anwendung in hochmodernen und kostenintensiven Bereichen wie der Luft- und Raumfahrtkommunikation, der Verteidigungselektronik, Navigationssystemen und Steuermodulen sowie Sensoren in autonomen Fahrzeugen. Auch Industriekunden, die in anspruchsvollen Umgebungen wie hohen Temperaturen und chemischer Korrosion arbeiten müssen, schätzen PPS sehr. Während industrielle Steuerplatinen teuer in der Anschaffung oder Reparatur sein können, bietet PPS eine zuverlässige und kostengünstige Lösung und ist daher ideal für Anwendungen wie Motorantriebe und SPS-Steuerungen.

Polyphenylenoxid

Für Anwender, die ein multifunktionales Material suchen, ist Polyphenylenoxid (PPO) eine hervorragende Option mit einer ausgewogenen Mischung aus Leistungsfähigkeit und Erschwinglichkeit. Obwohl es nicht so hitzebeständig wie Polyphenylensulfid ist, kann es dennoch in Umgebungen mit bis zu 140 °C betrieben werden, was für die meisten Anwendungen ausreichend ist. Darüber hinaus bietet PPO ausreichenden mechanischen Schutz und Dimensionsstabilität und weist eine gute Beständigkeit sowohl im Freien als auch in sauren/alkalischen Umgebungen auf. Seine wenigen Mängel werden von seinen vielen Vorteilen überschattet, wobei der einzige nennenswerte Nachteil die gelegentlichen Schwierigkeiten bei der Beschaffung sind.

Dank seines breiten Widerstandsbereichs ist PPO vielseitig einsetzbar. Es findet beispielsweise häufig Verwendung in Haushaltsgeräten wie Fernsehern und Klimaanlagen sowie in öffentlichen Einrichtungen wie Solaranlagen , Windkraftanlagen und Energiespeichersystemen. Auch für medizinische Leiterplatten , einschließlich implantierbarer Sensoren und Medikamentenverabreichungssysteme, eignet sich PPO hervorragend und findet Anwendung in Branchen wie der Luftfahrt, dem Militär und der industriellen Fertigung. Insgesamt machen die Vielseitigkeit und die Wirtschaftlichkeit von PPO es zu einer ausgezeichneten Wahl für zahlreiche Anwendungen.

Polyamidimid

Polyamidimid (PAI) ist eine häufig verwendete Verbindung im industriellen Bereich, da es in extremen Umgebungen widerstandsfähiger ist und einen lang anhaltenden Schutz bieten kann. Es zeichnet sich durch hohe Temperaturbeständigkeit und geringe Wasseraufnahme aus und eignet sich daher ideal zur Vermeidung feuchtigkeitsbedingter Probleme in industriellen Anwendungen, wo hohe Temperaturen zur Zerstäubung von Wasserdampf in der Umgebung führen können, was zu einem Kurzschluss auf der Leiterplatte führen kann.

Wie bei anderen hochtemperaturbeständigen Verbindungen ist jedoch für die Verarbeitung eine spezielle Ausrüstung erforderlich, und während des Prozesses kann es zu Verwerfungen kommen, die zu einer Verformung des Produkts führen können. Polyamidimid eignet sich nicht für Anwendungen, die eine bestimmte Farbe erfordern, da es eine natürliche Farbe hat, die sich während der Verarbeitung nicht leicht verändern lässt. Darüber hinaus wird es in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen brüchig und übermäßige äußere Kräfte können zum Bruch führen.

Trotz dieser Einschränkungen weist PAI eine höhere Kompatibilität mit Aluminium-Leiterplatten auf und eignet sich daher als Vergussmasse für LED- Beleuchtungssysteme und Solarelektronik. Es ist auch für Vergussanwendungen in der Öl- und Gasexploration, wie z. B. Bohrsensoren und -steuerungen, geeignet.

Acryl

Acryl ist eine Vergussmasse, die einfach zu verarbeiten ist und schnell aushärtet, was sie zu einer attraktiven Wahl für Kunden macht, die von einem Fertigungsunternehmen eine schnelle Leiterplattenbestückung erwarten. Es ist auch ein geeignetes Material für den PCB-Verguss, da es die Produktionszeit verkürzt. Während Acryl eine hervorragende Haftung und chemische Beständigkeit aufweist, weist es eine geringe Hitzebeständigkeit auf und kann mit der Zeit spröde werden, was zu einer kurzen Lebensdauer führt. Es kann jedoch optisch transparent formuliert werden, was es ideal für elektronische Anwendungen macht, die Lichtdurchlässigkeit erfordern.

Hinsichtlich der Vorteile hat Acryl im Vergleich zu anderen Materialien nicht viele Vorteile. Sein Hauptvorteil besteht darin, dass es kostengünstig ist und sich daher besser für Anwendungen in der Unterhaltungselektronik mit geringeren Gewinnspannen eignet, da es die Produktionskosten nicht wesentlich erhöht.

Polyester

Polyester verfügt über hervorragende elektrische Isoliereigenschaften und eignet sich daher für verschiedene elektrische Anwendungen, darunter Automobilelektronik, Netzteile und HVAC-Systeme. Obwohl es sich um eine kostengünstigere Vergussmasse handelt, ist ihre Lebensdauer kürzer, was sie zu einer wirtschaftlichen Wahl macht. In medizinischen Geräten wird es häufig in Überwachungsgeräten und Diagnosewerkzeugen verwendet.

Was sind die Vorteile der PCB-Verkapselung?

Als Ingenieur kann ich die zahlreichen Vorteile bestätigen, die die PCB-Verkapselung mit sich bringt. Dieser Prozess ist entscheidend für die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit elektronischer Komponenten. Hier ist der Grund:

• Robuster Schutz vor Wasser und Stößen : Die Verkapselung ist unerlässlich, um Leiterplatten vor Wasserschäden und physikalischen Stößen zu schützen, die in verschiedenen Umgebungen häufige Gefahren darstellen.

• Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit : Diese Methode bietet einen außergewöhnlichen Schutz vor chemischer Einwirkung und Korrosion und ist daher ideal für Leiterplatten, die unter rauen Bedingungen eingesetzt werden.

• Verbesserte Isolation und Funktionalität : Durch die Verbesserung der Isolation zwischen den elektrischen Bauteilen trägt die Verkapselung dazu bei, Stromverluste zu reduzieren und so sicherzustellen, dass das Gerät über die Zeit eine optimale Funktionalität beibehält.

• Schutz vor mechanischen Vibrationen : Die Verkapselung verhindert wirksam Schäden durch mechanische Vibrationen und erhält so die Integrität der Komponenten auf der Leiterplatte.

• Reduzierung von RFI/EMI-Interferenzen : Dieses Verfahren ist äußerst wirksam bei der Minderung von Hochfrequenzstörungen (RFI) und elektromagnetischen Störungen (EMI), die die Leistung des Geräts beeinträchtigen können.

• Spannungsreduzierung an Lötstellen : Die Verkapselung bietet eine solide Grundlage für das Drahtbonden, wodurch die Spannung an Lötstellen deutlich reduziert und potenzielle Ausfälle oder Brüche verhindert werden.

• Barriere gegen Verunreinigungen : Sie bildet eine sichere Versiegelung, die Staub, Schmutz und andere Verunreinigungen fernhält und die Leiterplatte vor potenziellen Schäden schützt.

• Schutz vor Zinnwhiskern : Die Verkapselung dient als Barriere gegen Umwelteinflüsse und verhindert die Bildung schädlicher Zinnwhisker, die Kurzschlüsse und andere Ausfälle verursachen können.

• Schwierigkeit beim Reverse Engineering : Aus Sicherheitsgründen sind gekapselte Leiterplatten im Vergleich zu solchen mit lediglich einer Schutzlackierung wesentlich schwieriger zu reverse-engineeren, wodurch Ihre Designs vor dem Kopieren geschützt sind.

• Schutz vor thermischer Ausdehnung : Diese Methode schützt die Komponenten auch vor Problemen im Zusammenhang mit thermischer Ausdehnung und gewährleistet so, dass die Leiterplatte ihre Ionenreinheit und Feuchtigkeitsbeständigkeit beibehält.

• Kostengünstig und effizient : Die Verkapselung ist in der Regel schneller und kostengünstiger als andere Schutzmethoden, da weniger Arbeitsschritte erforderlich sind und ein erneutes Zusammenbauen entfällt. Zudem sind VOC-freie Optionen für umweltbewusste Anwender erhältlich.

• Anwendungsfreundlichkeit : Der Prozess ist unkompliziert und effizient, auch bei Anwendungen mit hohem Durchsatz, was ihn zu einer praktischen Wahl für Hersteller macht, die ihre Abläufe optimieren möchten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Leiterplattenverkapselung ein unverzichtbarer Prozess ist, der umfassenden Schutz bietet, die Leistung verbessert und die langfristige Zuverlässigkeit elektronischer Geräte gewährleistet.

Fazit

Um die Qualität Ihres Projekts zu steigern, ist die Wahl des passenden Materials je nach Anwendung und Bedarf entscheidend. Beim Schutz von Leiterplatten stellt die Schutzlackierung eine sinnvolle Alternative zum Vergießen dar. Beide Verfahren bieten Schutz, weisen aber einige wesentliche Unterschiede auf. Der Artikel „ Schutzlackierung vs. Vergießen“ hilft Ihnen, die für Ihre Bedürfnisse optimale Lösung zu finden.

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