Jak wybrać najlepszy materiał do enkapsulacji PCB dla swojego projektu

Wprowadzenie do zalewania i enkapsulacji

Zalewanie lub enkapsulacja to szeroko stosowana metoda ochrony płytek drukowanych przed uszkodzeniem, która okazała się skuteczna. W różnych środowiskach obwodów stosuje się różne związki zalewowe, w zależności od zalet i właściwości materiałów. Typowe materiały obejmują:

• Octan etylenu i winylu (EVA)
• Siarczek polifenylenu (PPS)
• Tlenek polifenylenu
• Poliamid-imid
• akryle
• Poliestry

W tym artykule firma Highleap Electronic szczegółowo opisuje zalety, wady i scenariusze zastosowań różnych materiałów. Integracja kontroli projektowania pod kątem możliwości produkcyjnych (DFM) z procesem produkcji płytek PCB gwarantuje uzyskanie najlepszych rezultatów dla Twojego projektu.

Czym jest zalewanie PCB?

Zalewanie jest powszechnym środkiem ochronnym stosowanym przez większość producentów płytek PCBA w celu zabezpieczenia obwodów elektronicznych przed ciepłem, zagrożeniami środowiskowymi, chemikaliami i uderzeniami. Osiąga się to poprzez wypełnienie obudowy płytki PCB masą zalewową, która działa jak żywica enkapsulacyjna, chroniąc w ten sposób całą płytkę i jej komponenty. Oto kilka powodów, dla których warto rozważyć zalewanie płytki PCB:

• Zalewanie zwiększa wydajność elektroniki i niezawodność obwodów, chroniąc PCB przed manipulacją, wilgocią i wyciekami napięcia. Zalewanie chroni również elektronikę przed skutkami wibracji i naprężeń, zapobiegając rozłączaniu się przewodów i wczesnej awarii systemu.
• Ponadto fale wibracyjne PCB i obudowy PCB mogą się ze sobą łączyć, nasilając naprężenia PCB i powodując wczesną awarię. PCB stają się odporne na naprężenia i wibracje poprzez zalewanie.
• Ponadto hermetyzacja chroni płytki PCB przed brudem i kurzem, które mogą powodować przegrzewanie się, zakłócenia sygnału oraz spadek prędkości lub wydajności.
• Na koniec, zalewanie płytek PCB poprawia bezpieczeństwo i prywatność urządzenia elektronicznego. Natura zalewania sprawia, że ​​dostęp do płytki PCB i inżynieria wsteczna urządzenia są niezwykle trudne, zwiększając tym samym prywatność i bezpieczeństwo płytki PCB.

Materiały powszechnie stosowane do enkapsulacji PCB

Octan etylenu i winylu (EVA)

Octan etylenu i winylu (EVA) jest szeroko stosowanym materiałem do zalewania w przemyśle elektronicznym ze względu na swoje wielofunkcyjne zalety. Jest idealny do zastosowań zewnętrznych, które wymagają odporności na wstrząsy ze względu na zdolność pochłaniania wstrząsów i wibracji. Ponadto wykazuje dobrą przyczepność do różnych materiałów, takich jak metale, tworzywa sztuczne i inne podłoża. Zachowuje swoje właściwości nawet w niskich temperaturach i zapewnia doskonałą izolację elektryczną.

Pomimo swoich zalet, ta masa zalewowa ma pewne wady, których trudno zignorować. Podczas gdy elastyczne materiały uniemożliwiają pękanie podczas gięcia, nie mogą zapewnić tak dużej ochrony mechanicznej jak materiały sztywne i mogą nie nadawać się do niektórych delikatnych elementów. Ponadto nie jest zalecana do szczególnie ekstremalnych środowisk, takich jak wysokie temperatury lub środowiska kwaśne. Chociaż nie jest droga, może być trudna do uzyskania dla producentów PCBA w niektórych regionach.

Biorąc pod uwagę zalety i wady, oczywiste jest, że EVA może być stosowana w różnych scenariuszach i zastosowaniach. Jest powszechnie stosowana w płytkach PCB elektroniki użytkowej , takich jak telefony komórkowe, tablety i laptopy. Może jednak nie nadawać się do zastosowań przemysłowych, w których produkty przemysłowe niektórych producentów, takie jak sterowniki silników, sterowniki PLC i czujniki, wymagają od obwodów drukowanych określonego poziomu wytrzymałości mechanicznej, którego EVA może nie spełniać. Ponadto, nie jest stosowana w zaawansowanych zastosowaniach, takich jak sprzęt medyczny , elektronika morska, elektronika lotnicza i obronna, elektronika samochodowa oraz energetyka odnawialna. Pomimo swoich ograniczeń, EVA pozostaje wszechstronnym i ekonomicznym materiałem do hermetyzacji wielu urządzeń elektronicznych.

Siarczek polifenylenu (PPS)

Polisiarczek fenylenu (PPS) to niezwykle wytrzymały i odporny na wysoką temperaturę materiał termoplastyczny, który wytrzymuje temperatury do 260°C, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań wysokotemperaturowych. Materiał ten jest wysoce trudnopalny i spełnia normy palności UL 94 V-0 , co gwarantuje jego niezawodność i bezpieczeństwo w trudnych warunkach. Jego wysoka wytrzymałość i sztywność, w połączeniu z dobrą odpornością na skurcz i stabilnością wymiarową, czynią go doskonałym wyborem do płytek PCB wymagających precyzyjnych tolerancji. Ponadto, jego wyjątkowa odporność na korozję pozwala na działanie kwasów i zasad.

Należy jednak zauważyć, że PPS jest stosunkowo drogą opcją i wymaga specjalistycznego sprzętu do przetwarzania PCBA. Ponadto jest to sztywny materiał i nie może sprostać potrzebom elastycznych PCB. Jego właściwości mogą również ulec osłabieniu w niektórych środowiskach, takich jak zmiękczenie w niskich temperaturach i odbarwienie lub degradacja po wystawieniu na działanie promieniowania UV.

PPS jest szeroko stosowany w najnowocześniejszych i drogich aplikacjach, takich jak sprzęt komunikacyjny w lotnictwie, elektroniczne systemy nawigacyjne i moduły sterujące w obronności oraz czujniki w samochodach autonomicznych. Jest jednak również wysoko ceniony przez klientów przemysłowych, którzy muszą pracować w trudnych warunkach, w tym w wysokich temperaturach i narażeni na korozję chemiczną. Chociaż wymiana lub naprawa przemysłowych płyt sterujących może być kosztowna, PPS zapewnia niezawodne i ekonomiczne rozwiązanie, co czyni go idealnym wyborem do zastosowań takich jak napędy silników i sterowniki PLC.

Tlenek polifenylenu

Dla użytkowników poszukujących wielofunkcyjnego materiału, tlenek polifenylenu (PPO) jest doskonałą opcją, z wyważonym połączeniem możliwości i przystępności cenowej. Chociaż nie jest tak odporny na ciepło jak siarczek polifenylenu, nadal może działać w środowiskach do 140°C, co jest wystarczające dla większości zastosowań. Ponadto PPO zapewnia odpowiednią ochronę mechaniczną i stabilność wymiarową oraz ma dobrą odporność zarówno na środowisko zewnętrzne, jak i kwaśne/zasadowe. Jego kilka wad jest przyćmionych przez jego liczne zalety, a jedyną zauważalną wadą jest okazjonalna trudność w jego zakupie.

Dzięki szerokiemu zakresowi rezystancji, PPO może być stosowany w wielu zastosowaniach. Na przykład, jest powszechnie stosowany w urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak telewizory i klimatyzatory , a także w obiektach użyteczności publicznej, takich jak panele słoneczne , turbiny wiatrowe i systemy magazynowania energii. PPO doskonale nadaje się również do stosowania w medycznych płytkach PCB , w tym w czujnikach wszczepialnych i systemach dostarczania leków, a także w branżach takich jak lotnictwo, wojsko i produkcja przemysłowa. Podsumowując, wszechstronność i przystępna cena PPO sprawiają, że jest to doskonały wybór do wielu zastosowań.

Poliamid-imid

Poliamid-imid (PAI) jest powszechnie stosowanym związkiem w przemyśle, ponieważ jest bardziej wytrzymały w ekstremalnych warunkach i może zapewnić długotrwałą ochronę. Jest kompatybilny z wysoką odpornością na temperaturę i niską absorpcją wody, co czyni go idealnym do zapobiegania problemom związanym z wilgocią w zastosowaniach przemysłowych, gdzie wysokie temperatury mogą powodować rozpylanie pary wodnej w środowisku, co prowadzi do zwarcia płytki drukowanej.

Jednak podobnie jak inne związki odporne na wysokie temperatury, do przetwarzania wymagany jest specjalny sprzęt, a w trakcie procesu może dojść do odkształcenia, co może prowadzić do deformacji produktu. Poliamidoimid nie nadaje się do zastosowań wymagających określonego koloru, ponieważ ma naturalny kolor, którego nie można łatwo zmienić podczas przetwarzania. Ponadto staje się kruchy w środowiskach o niskiej temperaturze, a nadmierna siła zewnętrzna może spowodować jego pęknięcie.

Pomimo tych ograniczeń, PAI charakteryzuje się wyższą kompatybilnością z aluminiowymi płytkami PCB, co czyni go odpowiednim materiałem do zalewania systemów oświetlenia LED i elektroniki solarnej. Jest również przydatny do zalewania urządzeń do poszukiwania ropy naftowej i gazu, takich jak czujniki i sterowniki wiertnicze.

akryle

Akryl to związek enkapsulacyjny, który jest łatwy w obróbce i szybko się utwardza, co czyni go atrakcyjnym wyborem dla klientów poszukujących możliwości szybkiego montażu PCB od firmy produkującej. Jest to również odpowiedni materiał do zalewania PCB, ponieważ pomaga skrócić czas produkcji. Podczas gdy akryl ma doskonałą przyczepność i odporność chemiczną, ma słabą odporność na ciepło i może stać się kruchy z czasem, co skutkuje krótką żywotnością. Jednak można go formułować tak, aby był optycznie przezroczysty, co czyni go idealnym do zastosowań elektronicznych wymagających transmisji światła.

Jeśli chodzi o zalety, akryl nie ma ich wiele w porównaniu z innymi materiałami. Jego główną zaletą jest to, że jest niedrogi, co czyni go bardziej odpowiednim do zastosowań w elektronice użytkowej o niższych marżach zysku, ponieważ nie zwiększa znacząco kosztów produkcji.

Poliestry

Poliester ma doskonałe właściwości izolacyjne, dzięki czemu nadaje się do różnych zastosowań elektrycznych, w tym elektroniki samochodowej, zasilaczy i systemów HVAC. Chociaż jest to tańsza masa zalewowa, jej żywotność jest krótsza, co czyni ją ekonomicznym wyborem. W urządzeniach medycznych jest powszechnie stosowany w sprzęcie monitorującym i narzędziach diagnostycznych.

Jakie są korzyści z enkapsulacji PCB?

Jako inżynier mogę zaświadczyć o licznych zaletach, jakie przynosi enkapsulacja PCB. Proces ten jest krytyczny dla zwiększenia niezawodności i trwałości podzespołów elektronicznych. Oto dlaczego:

• Solidna ochrona przed wodą i wstrząsami : Hermetyzacja jest niezbędna do ochrony płytek PCB przed uszkodzeniami spowodowanymi przez wodę i wstrząsy fizyczne, które stanowią powszechne zagrożenia w różnych środowiskach.

• Odporność na działanie chemikaliów i korozję : Metoda ta zapewnia wyjątkową ochronę przed działaniem chemikaliów i korozją, dzięki czemu doskonale nadaje się do płytek PCB eksploatowanych w trudnych warunkach.

• Lepsza izolacja i funkcjonalność : Hermetyzacja poprzez poprawę izolacji pomiędzy elementami elektrycznymi pomaga ograniczyć straty prądu, zapewniając optymalną funkcjonalność urządzenia przez długi czas.

• Ochrona przed drganiami mechanicznymi : Hermetyzacja skutecznie zapobiega uszkodzeniom wywołanym przez drgania mechaniczne, zachowując integralność komponentów na płytce PCB.

• Redukcja zakłóceń RFI/EMI : Proces ten jest niezwykle skuteczny w ograniczaniu zakłóceń radiowych (RFI) i zakłóceń elektromagnetycznych (EMI), które mogą zakłócać działanie urządzenia.

• Redukcja naprężeń w połączeniach lutowanych : Hermetyzacja zapewnia solidną podstawę do łączenia przewodów, znacząco redukując naprężenia w połączeniach lutowanych i zapobiegając potencjalnym awariom lub pęknięciom.

• Bariera chroniąca przed zanieczyszczeniami : Tworzy solidną uszczelkę, która zapobiega przedostawaniu się kurzu, brudu i innych zanieczyszczeń, chroniąc płytkę PCB przed potencjalnymi uszkodzeniami.

• Ochrona przed wąsami cynowymi : Hermetyzacja działa jak bariera środowiskowa, zapobiegając tworzeniu się szkodliwych wąsów cynowych, które mogą powodować zwarcia i inne awarie.

• Trudności w inżynierii odwrotnej : Z punktu widzenia bezpieczeństwa, płytki PCB w obudowie są znacznie trudniejsze do inżynierii odwrotnej w porównaniu do płytek z samymi powłokami ochronnymi, co chroni projekty przed kopiowaniem.

• Ochrona przed rozszerzalnością cieplną : Metoda ta zabezpiecza również komponenty przed problemami związanymi z rozszerzalnością cieplną, zapewniając zachowanie czystości jonowej płytki PCB i jej odporności na wilgoć.

• Oszczędność i wydajność : Enkapsulacja jest zazwyczaj szybsza i tańsza niż inne metody ochrony, wymaga mniej etapów aplikacji i eliminuje konieczność ponownego montażu. Dodatkowo, dla osób dbających o środowisko dostępne są opcje bez lotnych związków organicznych (LZO).

• Łatwość zastosowania : Proces jest prosty i wydajny, nawet w przypadku zastosowań o dużej objętości, co czyni go praktycznym wyborem dla producentów, którzy chcą usprawnić swoje działania.

Ogólnie rzecz biorąc, hermetyzacja PCB to niezbędny proces, który zapewnia kompleksową ochronę, zwiększa wydajność i gwarantuje długoterminową niezawodność urządzeń elektronicznych.

Wniosek

Aby zapewnić wysoką jakość projektu, ważne jest, aby wybrać odpowiedni materiał, biorąc pod uwagę różne zastosowania i potrzeby. Jeśli chodzi o ochronę PCB, powłoka ochronna jest realną alternatywą dla zalewania. Chociaż obie opcje zapewniają ochronę, istnieją między nimi pewne istotne różnice. Przeczytanie artykułu „ Powłoka ochronna a zalewanie” pomoże Ci określić, która usługa jest bardziej odpowiednia dla Twoich potrzeb.

Skontaktuj się z nami już teraz, aby otrzymać wycenę montażu PCB