Kuinka valita paras PCB-kapselointimateriaali projektiisi

Johdatus istutukseen ja kapselointiin

Potting tai kapselointi on laajalti käytetty menetelmä piirilevyjen suojaamiseksi vaurioilta, ja se on osoittautunut tehokkaaksi. Erilaisissa piiriympäristöissä käytetään erilaisia ​​​​patatusseoksia materiaalien etujen ja ominaisuuksien perusteella. Yleisiä materiaaleja ovat:

• Eteeni-vinyyliasetaatti (EVA)
• Polyfenyleenisulfidi (PPS)
• Polyfenyleenioksidi
• Polyamidi-imidi
• akryylit
• polyesterit

Tässä artikkelissa Highleap Electronic tarjoaa yksityiskohtaisen kuvauksen eri materiaalien eduista, haitoista ja sovellusmahdollisuuksista. Valmistettavuussuunnittelun (DFM) tarkistusten integrointi piirilevyjen valmistusprosessiin varmistaa projektisi parhaat tulokset.

Mikä on potting PCB?

Kiinnitys on yleinen suojatoimenpide, jota useimmat PCBA-levyjen valmistajat käyttävät suojaamaan elektronisia piirejä kuumuudelta, ympäristövaaroilta, kemikaaleilta ja vaikutuksilta. Tämä saavutetaan täyttämällä piirilevyn kotelo tiivisteaineella, joka toimii kapselointihartsina ja suojaa siten koko levyä ja sen komponentteja. Tässä on joitain syitä, miksi sinun pitäisi harkita piirilevyn asentamista:

• Potting parantaa elektroniikan suorituskykyä ja piirien luotettavuutta suojaamalla piirilevyjä peukaloitumiselta, kosteudelta ja jännitevuodoilta. Potting suojaa myös elektroniikkaa tärinän ja rasituksen vaikutuksilta, mikä estää johtojen katkeamisia ja varhaisia ​​järjestelmävikoja.
• Lisäksi piirilevyn ja piirilevykotelon värähtelyaallot voivat muodostaa pariliitoksen, mikä lisää piirilevyyn kohdistuvaa rasitusta ja aiheuttaa varhaisen vian. Piirilevyistä tulee jännitystä ja tärinää kestäviä kastelun ansiosta.
• Lisäksi kapselointi suojaa piirilevyjä lialta ja pölyltä, mikä voi aiheuttaa ylikuumenemista, signaalihäiriöitä ja heikentää nopeutta tai suorituskykyä.
• Lopuksi PCB-levyjen pinnoitus parantaa elektronisen laitteen turvallisuutta ja yksityisyyttä. Valaistuksen luonne tekee piirilevyn käyttämisestä ja laitteesi käänteissuunnittelusta uskomattoman haastavaa, mikä parantaa piirilevysi yksityisyyttä ja turvallisuutta.

Yleiset materiaalit PCB-kapselointiin

Eteeni-vinyyliasetaatti (EVA)

Etyleeni-vinyyliasetaatti (EVA) on elektroniikkateollisuudessa laajalti käytetty valaistusmateriaali sen monikäyttöisten etujen vuoksi. Se on ihanteellinen ulkokäyttöön, joka vaatii iskunkestoa, koska se vaimentaa iskuja ja tärinää. Lisäksi se tarttuu hyvin erilaisiin materiaaleihin, kuten metalleihin, muoveihin ja muihin alustoihin. Se säilyttää ominaisuutensa myös alhaisissa lämpötiloissa ja tarjoaa erinomaisen sähköeristyksen.

Huolimatta eduistaan, tällä ruukkumassalla on joitain haittoja, joita on vaikea jättää huomiotta. Vaikka joustavat materiaalit tekevät halkeilun mahdottomaksi taivutettaessa, ne eivät voi tarjota yhtä paljon mekaanista suojaa kuin jäykät materiaalit eivätkä välttämättä sovellu joillekin herkälle osalle. Lisäksi sitä ei suositella erityisen äärimmäisiin ympäristöihin, kuten korkeisiin lämpötiloihin tai happamiin ympäristöihin. Vaikka se ei ole kallista, se ei ehkä ole helppoa saada PCBA-valmistajille tietyillä alueilla.

Ottaen huomioon sen edut ja haitat, on selvää, että EVA:ta voidaan käyttää erilaisissa tilanteissa ja sovelluksissa. Sitä käytetään yleisesti kulutuselektroniikan piirilevyissä, kuten matkapuhelimissa, tableteissa ja kannettavissa tietokoneissa. Se ei kuitenkaan välttämättä sovellu teollisiin sovelluksiin, joissa joidenkin valmistajien teollisuustuotteet, kuten moottoriohjaimet, PLC:t ja anturit, vaativat painetuilta piireiltä tietynasteista mekaanista kestävyyttä, jota EVA ei välttämättä täytä. Lisäksi sitä ei käytetä huippuluokan sovelluksissa, kuten lääketieteellisissä laitteissa , merielektroniikassa, ilmailu- ja puolustuselektroniikassa, autoelektroniikassa ja uusiutuvan energian sovelluksissa. Rajoituksistaan ​​huolimatta EVA on edelleen monipuolinen ja kustannustehokas kapselointimateriaali monille elektronisille laitteille.

Polyfenyleenisulfidi (PPS)

Polyfenyleenisulfidi (PPS) on erittäin kestävä ja lämmönkestävä termoplastinen materiaali, joka kestää jopa 260 °C:n lämpötiloja, joten se sopii erinomaisesti korkeiden lämpötilojen sovelluksiin. Tämä materiaali on erittäin palonestoainepitoista ja täyttää UL 94 V-0 -syttyvyysstandardit, mikä varmistaa sen luotettavuuden ja turvallisuuden vaativissa olosuhteissa. Sen korkea lujuus ja jäykkyys yhdistettynä hyvään kutistumaan ja mittapysyvyyteen tekevät siitä erinomaisen valinnan piirilevyille, jotka vaativat tarkkoja toleransseja. Lisäksi sen poikkeuksellinen korroosionkestävyys kestää altistumisen hapoille ja emäksille.

On kuitenkin tärkeää huomata, että PPS on suhteellisen kallis vaihtoehto ja vaatii erikoislaitteita PCBA-käsittelyyn. Lisäksi se on jäykkä materiaali, eikä se voi täyttää joustavien piirilevyjen tarpeita. Sen ominaisuudet voivat myös heiketä tietyissä ympäristöissä, kuten pehmeneminen matalissa lämpötiloissa ja värimuutos tai hajoaminen altistuessaan UV-säteilylle.

PPS:ää käytetään laajalti huippuluokan ja kalliissa sovelluksissa, kuten ilmailu- ja avaruustekniikan tietoliikennelaitteissa, puolustuselektroniikan navigointijärjestelmissä ja ohjausmoduuleissa sekä itseohjautuvien autojen antureissa. Sitä arvostavat kuitenkin myös teollisuusasiakkaat, joiden on toimittava haastavissa ympäristöissä, kuten korkeissa lämpötiloissa ja kemiallisessa korroosiossa. Vaikka teollisuuden ohjauskorttien vaihtaminen tai korjaaminen voi olla kallista, PPS tarjoaa luotettavan ja kustannustehokkaan ratkaisun, mikä tekee siitä ihanteellisen valinnan sovelluksiin, kuten moottorikäyttöihin ja PLC:ihin.

Polyfenyleenioksidi

Käyttäjille, jotka etsivät monikäyttöistä materiaalia, polyfenyleenioksidi (PPO) on erinomainen vaihtoehto, jossa on tasapainoinen yhdistelmä ominaisuuksia ja kohtuuhintaisuutta. Vaikka se ei ole yhtä lämmönkestävä kuin polyfenyleenisulfidi, se voi silti toimia jopa 140 °C:n ympäristöissä, mikä riittää useimpiin sovelluksiin. Lisäksi PPO tarjoaa riittävän mekaanisen suojan ja mittapysyvyyden ja kestää hyvin sekä ulkona että happamia/emäksisiä ympäristöjä. Sen muutamat puutteet varjostavat sen monet edut, ja ainoa huomattava haittapuoli on sen satunnainen hankintavaikeus.

Laajan vastustuskykynsä ansiosta PPO:ta voidaan käyttää monissa sovelluksissa. Sitä käytetään esimerkiksi yleisesti kodinkoneissa, kuten televisioissa ja ilmastointilaitteissa , sekä julkisissa tiloissa, kuten aurinkopaneeleissa , tuuliturbiineissa ja energian varastointijärjestelmissä. PPO soveltuu myös hyvin käytettäväksi lääketieteellisissä piirilevyissä , mukaan lukien implantoitavat anturit ja lääkkeenantojärjestelmät, ja se voi löytää paikkansa esimerkiksi ilmailu-, sotilas- ja teollisuustuotannon aloilla. Kaiken kaikkiaan PPO:n monipuolisuus ja edullisuus tekevät siitä erinomaisen valinnan moniin sovelluksiin.

Polyamidi-imidi

Polyamidi-imidi (PAI) on yleisesti käytetty yhdiste teollisuudessa, koska se on sitkeämpi äärimmäisissä ympäristöissä ja voi tarjota pitkäkestoisen suojan. Se on yhteensopiva korkean lämpötilan kestävyyden ja alhaisen veden imeytymisen kanssa, mikä tekee siitä ihanteellisen kosteuden aiheuttamien ongelmien estämiseen teollisissa sovelluksissa, joissa korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa vesihöyryn hajoamisen ympäristössä, mikä johtaa piirilevyn oikosulkuun.

Kuitenkin, kuten muutkin korkeita lämpötiloja kestävät yhdisteet, käsittely vaatii erikoislaitteita ja prosessin aikana voi tapahtua vääntymistä, mikä voi johtaa tuotteen muodonmuutokseen. Polyamidi-imidi ei sovellu sovelluksiin, jotka vaativat tiettyä väriä, koska sillä on luonnollinen väri, jota ei voida helposti muuttaa käsittelyn aikana. Lisäksi se muuttuu hauraaksi matalissa lämpötiloissa, ja liiallinen ulkoinen voima voi aiheuttaa sen rikkoutumisen.

Näistä rajoituksista huolimatta PAI:lla on parempi yhteensopivuus alumiinisten piirilevyjen kanssa, mikä tekee siitä sopivan valumassan LED- valaistusjärjestelmiin ja aurinkoelektroniikkaan. Se on hyödyllinen myös öljyn- ja kaasunetsintälaitteiden, kuten porausantureiden ja -ohjainten, valusovelluksissa.

akryylit

Akryyli on kapselointiyhdiste, joka on helppo käsitellä ja kovettuu nopeasti, joten se on houkutteleva valinta asiakkaille, jotka etsivät nopeaa PCB-kokoonpanoa valmistusyritykseltä. Se on myös sopiva materiaali PCB-valaukseen, koska se auttaa lyhentämään tuotantoaikaa. Vaikka akryylillä on erinomainen tarttuvuus ja kemiallinen kestävyys, sillä on huono lämmönkestävyys ja se voi haurastua ajan myötä, mikä johtaa lyhyeen käyttöikään. Se voidaan kuitenkin muotoilla optisesti läpinäkyväksi, mikä tekee siitä ihanteellisen elektronisiin sovelluksiin, jotka vaativat valonläpäisyä.

Mitä etuja tulee, akryylillä ei ole monia muita materiaaleja verrattuna. Sen tärkein etu on, että se on halpa, joten se sopii paremmin kulutuselektroniikkasovelluksiin pienemmillä voittomarginaaleilla, koska se ei lisää merkittävästi tuotantokustannuksia.

polyesterit

Polyesterillä on erinomaiset sähköä eristävät ominaisuudet, joten se soveltuu erilaisiin sähkösovelluksiin, kuten autoelektroniikkaan, virtalähteisiin ja LVI-järjestelmiin. Vaikka se on halvempi ruukkuseos, sen käyttöikä on lyhyempi, joten se on taloudellinen valinta. Lääketieteellisissä laitteissa sitä käytetään yleisesti valvontalaitteissa ja diagnostisissa työkaluissa.

Mitkä ovat PCB-kapseloinnin edut?

Insinöörinä voin todistaa ne lukuisat edut, joita PCB-kapselointi tuo pöytään. Tämä prosessi on kriittinen elektronisten komponenttien luotettavuuden ja pitkäikäisyyden parantamiseksi. Tässä syy:

• Kestävä suojaus vedeltä ja iskuilta : Kapselointi on elintärkeää piirilevyjen suojaamiseksi vesivahingoilta ja fyysisiltä iskuilta, jotka ovat yleisiä uhkia erilaisissa ympäristöissä.

• Kemikaali- ja korroosionkestävyys : Tämä menetelmä tarjoaa poikkeuksellisen suojan kemikaaleille altistumista ja korroosiota vastaan, joten se sopii erinomaisesti ankarissa olosuhteissa toimiville piirilevyille.

• Parannettu eristys ja toimivuus : Parantamalla sähkökomponenttien välistä eristystä kapselointi auttaa vähentämään virtahäviöitä varmistaen, että laite säilyttää optimaalisen toimivuuden ajan kuluessa.

• Mekaaninen tärinäsuojaus : Kapselointi estää tehokkaasti mekaanisten tärinöiden aiheuttamat vauriot ja säilyttää piirilevyn komponenttien eheyden.

• RFI/EMI-häiriöiden vähentäminen : Tämä prosessi on erittäin tehokas radiotaajuushäiriöiden (RFI) ja sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) vähentämisessä, jotka voivat häiritä laitteen suorituskykyä.

• Juotosliitosten jännityksen vähentäminen : Kapselointi tarjoaa vankan perustan johdinten liittämiselle, mikä vähentää merkittävästi juotosliitosten rasitusta ja estää mahdolliset viat tai rikkoutumiset.

• Suoja kontaminaatioilta : Muodostaa turvallisen tiivisteen, joka pitää pölyn, lian ja muut epäpuhtaudet loitolla ja suojaa piirilevyä mahdollisilta vaurioilta.

• Suojaus tinahiukkasia vastaan : Kapselointi toimii ympäristöesteenä estäen haitallisten tinahiukkasten muodostumisen, jotka voivat aiheuttaa oikosulkuja ja muita vikoja.

• Käänteisen suunnittelun vaikeus : Turvallisuuden näkökulmasta kapseloituja piirilevyjä on paljon vaikeampi suunnitella takaisin suunnitteluun verrattuna niihin, joissa on vain konformaalisia pinnoitteita, jotka suojaavat suunnitelmiasi kopioinnilta.

• Lämpölaajenemissuojaus : Tämä menetelmä suojaa komponentteja myös lämpölaajenemiseen liittyviltä ongelmilta varmistaen, että piirilevy säilyttää ionipuhtautensa ja kosteudenkestävyysominaisuutensa.

• Kustannustehokas ja tehokas : Kapselointi on yleensä nopeampaa ja kustannustehokkaampaa kuin muut suojausmenetelmät, sillä se vaatii vähemmän työvaiheita ja poistaa uudelleenkokoamisen tarpeen. Lisäksi ympäristövaikutuksista huolissaan oleville on saatavilla VOC-vapaita vaihtoehtoja.

• Helppokäyttöisyys : Prosessi on suoraviivainen ja tehokas jopa suurten volyymien sovelluksissa, joten se on käytännöllinen valinta valmistajille, jotka haluavat virtaviivaistaa toimintaansa.

Kaiken kaikkiaan piirilevyjen kapselointi on välttämätön prosessi, joka tarjoaa kattavan suojan, parantaa suorituskykyä ja varmistaa elektronisten laitteiden pitkäaikaisen luotettavuuden.

Yhteenveto

Projektisi laadun edistämiseksi on tärkeää valita sopiva materiaali erilaisten sovellusten ja tarpeiden perusteella. Piirilevyjen suojauksessa konformaalipinnoitus on käyttökelpoinen vaihtoehto valupinnoitukselle. Vaikka molemmat vaihtoehdot tarjoavat suojaa, niiden välillä on joitakin merkittäviä eroja. Artikkelin ” Konformaalipinnoitus vs. valupinnoitus” lukeminen auttaa sinua selvittämään, kumpi palvelu sopii parhaiten tarpeisiisi.

Ota yhteyttä ja pyydä piirilevyn kokoonpanotarjous nyt