Usługi zalewania PCB: związki chemiczne, proces i zasady projektowania

Zalewanie PCB polega na zamknięciu zmontowanej płytki (lub złącza lub modułu) w litym bloku żywicy, całkowicie zabezpieczając ją przed wilgocią, wibracjami, chemikaliami i ingerencją. Jest to najtrwalsza forma ochrony elektroniki – znacznie trwalsza niż cienka powłoka – ale zwiększa wagę, koszty i uniemożliwia naprawę płytki, dlatego jest stosowana tam, gdzie jest to wymagane przez środowisko. Niniejszy poradnik wyjaśnia, czym jest zalewanie, czym różni się od powłoki ochronnej, jakie są popularne żywice i ich wady oraz w jaki sposób firma Highleap Electronics oferuje zalewanie w ramach montażu.

1. Czym jest zalewanie PCB i przed czym chroni?

Zalewanie PCB to proces wypełniania obudowy lub formy wokół zmontowanej płytki ciekłą żywicą, która utwardza ​​się w stałą masę, całkowicie otaczając elektronikę. Chroni to przed wilgocią i wnikaniem wody, wstrząsami mechanicznymi i wibracjami, kurzem, agresywnymi chemikaliami, cyklami termicznymi oraz inżynierią wsteczną lub manipulacją – zapewnia znacznie pełniejsze uszczelnienie niż powłoka powierzchniowa, ponieważ komponenty są osadzone w stałym materiale, a nie tylko pokryte.

To właśnie ta całkowita hermetyzacja jest powodem, dla którego zalewanie jest wybierane w najtrudniejszych zastosowaniach: modułach samochodowych i przemysłowych, elektronice zewnętrznej i morskiej, zasilaczach oraz wszędzie tam, gdzie występują ciągłe wibracje lub zanurzenie. Ten sam cel – ochrona przed czynnikami zewnętrznymi – napędza również w pełni wodoodporna płytka drukowana Projektowanie, w którym zalewanie jest często decydującym krokiem. Kompromisy obejmują wagę, dodatkowe koszty, pewne względy termiczne oraz fakt, że zalana deska zazwyczaj nie nadaje się do naprawy, dlatego zalewanie jest zarezerwowane dla produktów, które naprawdę tego wymagają.

2. Zalewanie PCB czy powłoka ochronna: co jest lepsze?

Wybierz powłokę konforemną, aby zapewnić ogólną ochronę przed wilgocią i zanieczyszczeniami przy niskiej wadze i koszcie, a także do zalewania, gdy deska jest narażona na zanurzenie w wodzie, silne wibracje lub agresywne chemikalia i wymaga maksymalnej wytrzymałości. Obie te metody chronią przed nakładającymi się zagrożeniami, ale różnią się znacząco pod względem stopnia ochrony:

W przypadku większości urządzeń elektronicznych do użytku wewnętrznego i użytkowego, Powłoka ochronna to właściwy, ekonomiczny poziom ochrony. Zalewanie opłaca się tylko wtedy, gdy zastosowanie jest naprawdę trudne – zanurzenie, ciągłe wstrząsy, narażenie na działanie chemikaliów lub konieczność ukrycia obwodu. Przydatna zasada: jeśli cienka warstwa przetrwa w środowisku, należy ją pokryć; jeśli płytka musi być uszczelniona w materiale stałym, aby przetrwać, należy ją zalać.

3. Masy zalewowe: epoksydowe, poliuretanowe i silikonowe

Trzy główne rodzaje żywicy zalewowej to żywica epoksydowa (najtwardsza i najbardziej odporna na działanie chemikaliów i ingerencję), poliuretan (wytrzymały, ale bardziej elastyczny, odporny na wibracje) oraz silikon (miękki, elastyczny i najlepszy w szerokim zakresie temperatur i naprężeń termicznych). Wybór żywicy to kwestia równowagi między twardością, elastycznością, zakresem temperatur i właściwościami termicznymi:

• Epoxy utwardza ​​się twardo i mocno wiąże, zapewniając najlepszą odporność chemiczną i najmocniejszą barierę przed manipulacją — ale jego sztywność przenosi naprężenia termiczne, dlatego nadaje się do zastosowań w stabilnych temperaturach.
• poliuretan jest wytrzymały, a jednocześnie bardziej elastyczny niż żywica epoksydowa, dobrze pochłania drgania i wstrząsy mechaniczne, dzięki czemu jest powszechnie wybierany do sprzętu ruchomego lub wytrzymałego.
• silikon zachowuje miękkość i elastyczność w szerokim zakresie temperatur, łagodząc naprężenia wynikające z rozszerzalności cieplnej komponentów. Jest preferowany w zespołach pracujących w wysokich temperaturach lub poddawanych cyklom termicznym.

Ponieważ żywica jest bezpośrednio nabudowywana na zespole, jest ściśle związana z Żywica epoksydowa PCB materiały stosowane ogólnie w procesie hermetyzacji, a wybór właściwego zależy od temperatury pracy, środowiska mechanicznego i tego, czy rozpraszanie ciepła przez zalewanie ma znaczenie dla płytki.

4. Jak zaprojektować deskę do sadzenia w doniczkach

Zaprojektuj płytkę do zalewania, uwzględniając wagę i rozszerzalność cieplną żywicy, unikając uwięzionych kieszeni powietrznych, chroniąc złącza i regulowane elementy, które muszą pozostać dostępne, oraz regulując ciepło generowane przez elementy zasilania zatopione w żywicy. Zalewanie zmienia właściwości mechaniczne i termiczne zespołu, dlatego należy je zaplanować w projekcie, a nie dodawać na ślepo. Kluczowe kwestie:

• Naprężenie rozszerzalności cieplnej. Sztywna żywica, która rozszerza się i kurczy, może wywoływać naprężenia w połączeniach lutowanych i elementach, dlatego rozmieszczenie elementów i dobór żywicy muszą być dostosowane do zakresu temperatur.
• Uwięzienie powietrzne. Wysokie części i ciasne szczeliny mogą powodować uwięzienie pęcherzyków powietrza podczas zalewania; odpowiednie rozmieszczenie elementów i odgazowanie (często zalewanie próżniowe) zapobiega powstawaniu pustych przestrzeni, które osłabiają uszczelnienie.
• Strefy wyłączone z użytku. Złącza, punkty testowe i regulowane elementy, które muszą pozostać użyteczne, wymagają maskowania lub umieszczenia na zewnątrz zalanej części.
• Rozpraszanie ciepła. Elementy zasilające zatopione w żywicy tracą chłodzenie przepływem powietrza, dlatego przewodnictwo cieplne żywicy i konstrukcja termiczna płytki muszą sobie z tym radzić.

To właśnie tego typu problemy ujawniają się na wczesnym etapie kontroli produkcji, tak samo jak w przypadku wstępnej wersji. przegląd możliwości produkcyjnych wykrywa ryzyka związane z montażem jeszcze przed rozpoczęciem produkcji — znacznie tańsze do rozwiązania na etapie projektowania niż po uszczelnieniu płytki w żywicy.

5. Proces zalewania PCB krok po kroku

Proces zalewania składa się z pięciu etapów: przygotowania i zamaskowania płytki, wymieszania dwuskładnikowej żywicy w odpowiednich proporcjach, dozowania jej do obudowy lub formy, usunięcia uwięzionego powietrza poprzez odgazowanie próżniowe, a następnie utwardzenia do postaci stałej. Każdy etap ma tryb awaryjny, który decyduje o tym, czy gotowa hermetyzacja faktycznie chroni płytkę, dlatego zalewanie jest procesem kontrolowanym, a nie tylko wlewaniem żywicy:

• Przygotuj się i załóż maskę. Płytkę należy oczyścić, aby żywica dobrze się związała, a wszelkie złącza, punkty testowe lub regulowane części, które muszą pozostać dostępne, należy zamaskować przed zalaniem.
• Wymieszaj zgodnie z proporcjami. Większość mas zalewowych to dwuskładnikowe systemy, które należy mieszać w określonych proporcjach i dokładnie wymieszać; partia zapraw wymieszanych w niewłaściwych proporcjach lub źle wymieszanych może nigdy nie utwardzać się całkowicie lub utwardzanie może mieć słabe punkty.
• Obyć się. Żywica jest wlewana lub pompowana do obudowy lub formy otaczającej płytkę, wypełniając całą przestrzeń bez naruszania komponentów.
• Odgazowywanie próżniowe. Zespół umieszczany jest w warunkach próżniowych w celu odciągnięcia uwięzionego powietrza z płynnej żywicy oraz spod elementów o małej odległości, ponieważ pustki powietrzne osłabiają uszczelnienie i tworzą ścieżki przenikania ciepła i wilgoci.
• Wyleczyć. Żywica utwardza ​​się – w temperaturze pokojowej lub pod wpływem ciepła, w zależności od rodzaju mieszanki – tworząc finalny, stały blok. Harmonogram utwardzania wpływa na właściwości mechaniczne i termiczne żywicy.

Odgazowanie próżniowe to etap najczęściej niedoceniany: bez niego, pęcherzyki powietrza uwięzione podczas zalewania pozostawiają puste przestrzenie, które osłabiają ochronę, jaką ma zapewniać zalewanie. Żywica wybrana do tych etapów jest ściśle związana z… żywica epoksydowa systemy stosowane w kapsułkowaniu i w przypadku produktów, w których celem jest pełne zanurzenie, proces ten stanowi podstawową część budowy wodoodporna płytka drukowana.

6. Jak Highleap chroni i zabezpiecza Twoje zespoły

Firma Highleap zapewnia zalewanie i hermetyzację w ramach montażu, dobierając żywicę i proces do danego środowiska oraz zabezpieczając obszary, które muszą pozostać dostępne. Hermetyzacja PCBPłyty uszczelnia się odpowiednimi związkami epoksydowymi, poliuretanowymi lub silikonowymi, zwracając uwagę na puste przestrzenie, naprężenia termiczne i miejsca wystające poza obrys złączy.

Ponieważ wkładanie do wiadra jest ostatnim etapem ochronnym na wierzchu zbudowanej deski, Highleap zapewnia to w ciągu montaż pod klucz — dzięki temu płytka jest wytwarzana, montowana, testowana, a następnie zalewana w ramach jednego, skoordynowanego procesu, a lżejsze produkty mogą zostać pokryte powłoką ochronną, jeśli poziom powłoki jest odpowiedni. W przypadku prośby o wycenę prosimy o opisanie środowiska pracy (zanurzenie, wibracje, zakres temperatur, narażenie na działanie substancji chemicznych), obszarów, które muszą pozostać dostępne, oraz wszelkich wymagań dotyczących odprowadzania ciepła, aby dobrać odpowiednią mieszankę i proces.

7. Najczęściej zadawane pytania dotyczące zalewania PCB

Ile kosztuje zalewanie PCB?

Zalewanie zwiększa koszty związane z żywicą, robocizną i sprzętem do mieszania, dozowania i odgazowywania próżniowego, a także czasem utwardzania, więc koszt jednostkowy rośnie wraz z rozmiarem płytki i objętością żywicy. Jest to najbardziej ekonomiczne, gdy jest zaprojektowane w ramach montażu i produkowane partiami, a nie dodawane jednorazowo.

Czy zalewanie jest tym samym co enkapsulacja?

W większości prac elektronicznych terminy te są używane zamiennie – oba oznaczają zalewanie płytki utwardzoną żywicą. Ściśle rzecz biorąc, „zalewanie” oznacza wlewanie żywicy do obudowy, która pozostaje na produkcie, podczas gdy „enkapsulacja” może oznaczać formowanie korpusu z żywicy, ale proces i materiały są takie same.

Czy masę zalewową można usunąć w celu dokonania naprawy?

Sztywne zalewanie epoksydowe jest w zasadzie trwałe i nie można go usunąć bez zniszczenia płytki; miękki silikon i niektóre związki poliuretanowe można czasami wyciąć lub wykopać w celu przeprowadzenia niewielkich przeróbek, ale zalewanie jest zazwyczaj wybierane w przypadku produktów, które nie będą naprawiane.

Czy zalewanie powoduje przegrzewanie się elementów?

Może, ponieważ zatopienie elementów w żywicy eliminuje chłodzenie przepływem powietrza. Rozwiązaniem jest użycie masy termoprzewodzącej lub zaprojektowanie ścieżek ciepła do obudowy, dzięki czemu elementy zasilania odprowadzają ciepło przez żywicę, zamiast je gromadzić.

Jaki stopień ochrony IP może osiągnąć płytka PCB w zabudowie zalewowej?

Prawidłowo zalana płytka z uszczelnionymi wejściami kablowymi może osiągnąć wysoki poziom ochrony przed wnikaniem, w tym pełną pyłoszczelność i odporność na zanurzenie, dlatego zalewanie jest powszechne w przypadku elektroniki przeznaczonej do zastosowań zewnętrznych, morskich i podziemnych. Osiągnięta klasa zależy od obudowy, uszczelnienia złączy oraz szczelności zalewania.

Jak długo trwa proces utwardzania zaprawy?

Czas utwardzania zależy od rodzaju i metody, od kilku godzin w przypadku żywic epoksydowych utwardzanych w wysokiej temperaturze do jednego dnia lub dłużej w przypadku niektórych systemów utwardzanych w temperaturze pokojowej. Harmonogram utwardzania wpływa na ostateczną twardość i właściwości termiczne żywicy, dlatego jest on dopasowywany do zastosowania, a nie spieszony.