Piirilevyjen valupalvelut: Yhdisteet, prosessi ja suunnittelusäännöt

Piirilevyvalannassa koottu piirilevy (tai liitin tai moduuli) koteloidaan kiinteään hartsilohkoon, joka tiivistää sen täysin kosteutta, tärinää, kemikaaleja ja peukalointia vastaan. Se on kestävin elektroniikan suojausmuoto – paljon kovempi kuin ohut pinnoite – mutta se lisää painoa, kustannuksia ja tekee piirilevystä korjauskelvottoman, joten sitä käytetään siellä, missä ympäristö sitä vaatii. Tässä oppaassa selitetään, mitä valaminen on, miten se eroaa konformaalipinnoitteesta, yleiset hartsit ja niiden kompromissit sekä miten Highleap Electronics tarjoaa valamista osana kokoonpanoa.

1. Mitä on piirilevyvalanta ja miltä se suojaa?

Piirilevyjen valamisessa eli valussa eli pottingissa täytetään kootun piirilevyn ympärille kotelo tai muotti nestemäisellä hartsilla, joka kovettuu kiinteäksi massaksi ja kapseloi elektroniikan kokonaan. Se suojaa kosteudelta ja veden pääsyltä, mekaanisilta iskuilta ja tärinältä, pölyltä, aggressiivisilta kemikaaleilta, lämpövaihteluilta sekä takaisinmallinnukselta tai peukaloinnilta – paljon täydellisempi tiivistys kuin pinnoite, koska komponentit on upotettu kiinteään materiaaliin eivätkä vain peitetty.

Täydellinen kapselointi on syy siihen, miksi valamismenetelmä valitaan vaativimpiin käyttötarkoituksiin: auto- ja teollisuusmoduuleihin, ulko- ja merielektroniikkaan, virtalähteisiin ja kaikkeen, mikä altistuu jatkuvalle tärinälle tai upotukselle. Sama tavoite – pitää ympäristö poissa – ajaa myös täysin vedenpitävää piirilevysuunnittelua , jossa valamismenetelmä on usein ratkaiseva vaihe. Kompromisseja ovat paino, lisäkustannukset, jotkin lämpöön liittyvät näkökohdat ja se, että valattua piirilevyä ei yleensä voida korjata, minkä vuoksi valamismenetelmä varataan tuotteille, jotka sitä todella tarvitsevat.

2. Piirilevyn valu vs. konformaalinen pinnoite: kumpaa tarvitset?

Valitse yleiseen kosteus- ja kontaminaatiosuojaukseen konformaalipinnoite, joka on kevyt ja edullinen, ja valupinnoite, kun piirilevy altistuu vesiupotukselle, voimakkaalle tärinälle tai aggressiivisille kemikaaleille ja vaatii maksimaalista kestävyyttä. Nämä kaksi suojaavat päällekkäisiltä uhilta, mutta eroavat toisistaan ​​​​huomattavasti:

Useimmille sisä- ja kuluttajaelektroniikkalaitteille konformaalinen pinnoite on oikea ja taloudellinen suojaustaso. Valuttaminen ansaitsee painonsa ja kustannukset vain silloin, kun käyttökohde on todella vaativa – upotus, jatkuva tärinä, altistuminen kemikaaleille tai tarve piilottaa piiri. Hyödyllinen sääntö: jos ohut kalvo kestää ympäristön, pinnoita se; jos piirilevy on tiivistettävä kiinteään materiaaliin selviytyäkseen, valuta se.

3. Valamisaineet: epoksi, polyuretaani ja silikoni

Kolme tärkeintä valumassaa ovat epoksi (kovin ja kemikaalien- ja väärennösten kestävä), polyuretaani (luja mutta joustavampi, kestää hyvin tärinää) ja silikoni (pehmeä, joustava ja parhaiten laajalla lämpötila-alueella ja lämpörasituksessa). Hartsi valitaan tasapainoisesti kovuuden, joustavuuden, lämpötila-alueen ja lämpökäyttäytymisen välillä:

• Epoksi kovettuu kovaksi ja sitoutuu vahvasti, mikä tarjoaa parhaan kemikaalienkestävyyden ja vahvimman suojan manipulointia vastaan ​​– mutta sen jäykkyys siirtää lämpöjännitystä, joten se sopii vakaisiin lämpötiloihin.
• polyuretaani on kestävää mutta joustavampaa kuin epoksi, vaimentaen hyvin tärinää ja mekaanisia iskuja, minkä vuoksi se on yleinen valinta liikkuviin tai kestäviin laitteisiin.
• Silikoni pysyy pehmeänä ja joustavana erittäin laajoissa lämpötiloissa, mikä lievittää komponenttien lämpölaajenemisjännitystä, ja sitä suositaan korkean lämpötilan tai lämpösyklin alaisina olevissa kokoonpanoissa.

Koska hartsi rakennetaan suoraan kokoonpanoon, se on läheistä sukua piirilevyjen epoksihartsimateriaaleille , joita käytetään yleisesti kapseloinnissa, ja oikean materiaalin valinta riippuu käyttölämpötilasta, mekaanisesta ympäristöstä ja siitä, onko lämmön haihtumisella valun läpi merkitystä piirilevyllesi.

4. Kuinka suunnitella istutuslauta

Suunnittele valuun sopiva piirilevy ottamalla huomioon hartsin paino ja lämpölaajeneminen, välttämällä ilmataskuja, suojaamalla liittimiä ja säädettäviä osia, joiden on oltava helposti saatavilla, ja hallitsemalla hartsiin upotettujen tehokomponenttien lämpöä. Valuttaminen muuttaa kokoonpanon mekaanista ja lämpökäyttäytymistä, joten se tulisi suunnitella jo suunnittelussa eikä lisätä sokkona. Keskeiset huomioitavat asiat:

• Lämpölaajenemisjännitys. Jäykkä, laajeneva ja supistuva hartsi voi rasittaa juotosliitoksia ja komponentteja, joten komponenttien sijoittelun ja hartsivalinnan on sovittava lämpötila-alueeseen.
• Ilmaloukku. Korkeat osat ja ahtaat raot voivat aiheuttaa ilmarakoja valamisen aikana; asettelu ja kaasunpoisto (usein tyhjiövalu) estävät tiivistystä heikentävien rakojen muodostumisen.
• Alueet, joihin ei saa mennä. Liittimet, testipisteet ja säädettävät komponentit, joiden on pysyttävä käyttökelpoisina, on peitettävä tai ne on sijoitettava valualueen ulkopuolelle.
• Lämmön haihtuminen. Hartsiin upotetut teho-osat menettävät ilmavirran jäähdytyksen, joten hartsin lämmönjohtavuuden ja levyn lämpösuunnittelun on kestettävä se.

Juuri tällaisia ​​ongelmia tuodaan esiin valmistuksen tarkastuksessa varhaisessa vaiheessa, samalla tavalla kuin valmistusta edeltävässä valmistettavuustarkastuksessa havaitaan kokoonpanoon liittyvät riskit ennen kuin ne pääsevät tuotantoon – ne ovat paljon halvempia ratkaista suunnittelussa kuin sen jälkeen, kun piirilevy on tiivistetty hartsiin.

5. Piirilevyn valutusprosessi vaihe vaiheelta

Valuprosessi tapahtuu viidessä vaiheessa: levyn valmistelu ja peittäminen, kaksikomponenttisen hartsin sekoittaminen oikeaan suhteeseen, sen annostelu koteloon tai muottiin, loukkuun jääneen ilman poistaminen tyhjiökaasunpoistolla ja lopuksi kovettaminen kiinteäksi aineeksi. Jokaisella vaiheella on vikaantumistila, joka määrittää, suojaako valmis kapselointi todella levyä, minkä vuoksi valamisprosessi on kontrolloitu eikä pelkkä hartsin kaataminen:

• Valmistele ja käytä maskia. Levy puhdistetaan, jotta hartsi tarttuu hyvin, ja kaikki liittimet, testipisteet tai säädettävät osat, joiden on oltava helposti saatavilla, peitetään ennen valamista.
• Sekoita suhteessa. Useimmat valulaastit ovat kaksikomponenttisia järjestelmiä, jotka on sekoitettava tarkassa suhteessa ja sekoitettava huolellisesti; väärässä suhteessa tai huonosti sekoitettu erä ei välttämättä kovetu täysin tai voi kovettua heikkojen kohtien kera.
• Annostele. Hartsi kaadetaan tai pumpataan koteloon tai muottiin levyn ympärille, jolloin tilavuus täyttyy häiritsemättä komponentteja.
• Tyhjiökaasunpoisto. Kokoonpano asetetaan tyhjiöön, jotta loukkuun jäänyt ilma saadaan pois nestemäisestä hartsista ja matalan etäisyyden omaavien osien alta, koska ilmaraot heikentävät tiivistystä ja luovat lämpö- ja kosteusreittejä.
• Parantaa. Hartsi kovettuu – huoneenlämmössä tai lämmössä riippuen yhdisteestä – muodostaen lopullisen kiinteän lohkon. Kovettumisaikataulu vaikuttaa hartsin mekaanisiin ja lämpöominaisuuksiin.

Tyhjiökaasunpoisto on useimmiten aliarvioitu vaihe: ilman sitä valun aikana jäävät ilmataskut jättävät tyhjiä kohtia, jotka vaarantavat juuri sen suojan, jonka valamisen on tarkoitus tarjota. Näihin vaiheisiin valittu hartsi on läheistä sukua kapseloinnissa käytettäville epoksihartsijärjestelmille , ja tuotteissa, joissa tavoitteena on täydellinen upotus, prosessi on keskeinen osa vedenpitävän piirilevyn rakentamista.

6. Miten Highleap valaa ja suojaa kokoonpanojasi

Highleap tarjoaa valu- ja kapselointipalveluita osana kokoonpanoa, valitsemalla hartsin ja prosessin ympäristöösi sopivaksi ja suojaamalla alueet, joiden on oltava helposti saavutettavissa. Piirilevykapseloinnissa piirilevyt tiivistetään sopivalla epoksi-, polyuretaani- tai silikoniyhdisteellä kiinnittäen huomiota onteloihin, lämpöjännitykseen ja liittimien suojaamiseen.

Koska valu on viimeinen suojausvaihe rakennetun piirilevyn päällä, Highleap toimittaa sen avaimet käteen -kokoonpanona – piirilevy valmistetaan, täytetään, testataan ja valutetaan yhtenä koordinoituna työnkulkuna, ja kevyemmät tuotteet voidaan sen sijaan pinnoittaa muotoaan vastaavalla pinnoitteella, jos se on oikean tasoinen. Kun pyydät tarjousta, kuvaile käyttöympäristö (upotus, tärinä, lämpötila-alue, kemikaalialtistus), mille alueille on oltava esteettömiä, ja mahdolliset lämmönpoistotarpeet, jotta oikea yhdiste ja prosessi voidaan valita.

7. Piirilevyvalun usein kysytyt kysymykset

Paljonko piirilevyjen valamis maksaa?

Valaminen lisää kustannuksia hartsimateriaalin, sekoittamiseen, annosteluun ja tyhjiökaasunpoistoon tarvittavien laitteiden ja työvoiman sekä kovettumisajan vuoksi, joten yksikkökustannukset nousevat levyn koon ja hartsimäärän kasvaessa. Se on edullisinta, kun se suunnitellaan kokoonpanoon ja käytetään erissä sen sijaan, että se lisättäisiin kertaluonteisena jälkikäteen harkittuna toimenpiteenä.

Onko valamispurkaminen sama asia kuin kapselointi?

Termejä käytetään useimmissa elektroniikkatöissä keskenään vaihdellen – molemmat tarkoittavat piirilevyn koteloimista kovettuneella hartsilla. Tarkkaan ottaen "valaminen" tarkoittaa hartsin kaatamista koteloon, joka pysyy tuotteeseen kiinnitettynä, kun taas "kapselointi" voi tarkoittaa valettua hartsirunkoa, mutta prosessi ja materiaalit ovat samat.

Voidaanko ruukutusmassa poistaa korjausta varten?

Jäykkä epoksivalu on käytännössä pysyvää, eikä sitä voida poistaa tuhoamatta levyä; pehmeämpää silikonia ja joitakin polyuretaaniyhdisteitä voidaan joskus leikata tai kaivaa pois rajoitettua uudelleentyöstöä varten, mutta valu valitaan yleensä tuotteille, joita ei korjata.

Aiheuttaako valamisen tekeminen komponenttien ylikuumenemista?

Se voi olla mahdollista, koska osien upottaminen hartsiin poistaa ilmavirran jäähdytyksen. Ratkaisu on käyttää lämpöä johtavaa valumassaa tai suunnitella lämmönsiirtoreitit koteloon siten, että tehokomponentit luovuttavat lämpöä hartsin läpi sen sijaan, että ne keräävät sitä sisäisesti.

Minkä IP-luokituksen voi saavuttaa upotettu piirilevy?

Oikein valettu piirilevy, jossa on suljetut kaapeliläpiviennit, voi saavuttaa korkean tiiviysluokan, mukaan lukien täyden pölytiiviyden ja upotuskestävyyden. Siksi valaminen on yleistä ulko-, meri- ja maahan asennettavissa elektroniikkalaitteissa. Saavutettu luokitus riippuu kotelosta, liittimien tiiviydestä ja tyhjistä valamisista.

Kuinka kauan ruukkukasvien kovettuminen kestää?

Kovettumisaika riippuu yhdisteestä ja menetelmästä ja vaihtelee muutamasta tunnista lämpökovettuville epoksihartseille päivään tai pidempään joissakin huoneenlämmössä toimivissa järjestelmissä. Kovettumisaikataulu vaikuttaa hartsin lopulliseen kovuuteen ja lämpökäyttäytymiseen, joten se sovitetaan käyttötarkoitukseen eikä sitä kiirehditä.