Услуги по заливке печатных плат компаундами: составы, технологический процесс и правила проектирования.

Заливка печатной платы компаундом (или разъема, или модуля) представляет собой покрытие собранной платы (или разъема, или модуля) сплошным блоком смолы, полностью герметизирующим ее от влаги, вибрации, химических веществ и несанкционированного доступа. Это наиболее надежная форма защиты электроники — гораздо прочнее, чем тонкое покрытие, — но она увеличивает вес, стоимость и делает плату неремонтопригодной, поэтому используется там, где этого требуют условия окружающей среды. В этом руководстве объясняется, что такое заливка компаундом, чем она отличается от конформного покрытия, какие смолы используются чаще всего и каковы их преимущества и недостатки, а также как компания Highleap Electronics предоставляет услуги по заливке компаундом в рамках сборки.

1. Что такое заливка печатной платы и от чего она защищает?

Заливка печатных плат компаундом — это процесс заполнения корпуса или формы вокруг собранной платы жидкой смолой, которая затвердевает, образуя твердую массу, полностью герметизирующую электронные компоненты. Она защищает от проникновения влаги и воды, механических ударов и вибрации, пыли, агрессивных химических веществ, термических циклов, а также от обратного проектирования или несанкционированного вмешательства — это гораздо более полная герметизация, чем поверхностное покрытие, поскольку компоненты встраиваются в твердый материал, а не просто покрываются им.

Именно из-за такой полной герметизации заливка компаундом выбирается для самых суровых условий эксплуатации: автомобильные и промышленные модули, электроника для наружного и морского применения, источники питания и все, что подвергается постоянной вибрации или погружению. Та же цель — защита от воздействия окружающей среды — также определяет полностью водонепроницаемую конструкцию печатной платы, в которой заливка компаундом часто является решающим этапом. Компромиссы заключаются в весе, дополнительных затратах, некоторых тепловых проблемах и том факте, что залитую компаундом плату, как правило, нельзя отремонтировать, поэтому заливка компаундом используется только в тех случаях, когда она действительно необходима.

2. Заливка печатной платы компаундом или защитное покрытие: что вам нужно?

Для общей защиты от влажности и загрязнений, при этом обеспечивая малый вес и стоимость, выбирайте конформное покрытие, а для защиты платы от погружения в воду, сильной вибрации или воздействия агрессивных химических веществ, когда требуется максимальная прочность, используйте заливку компаундом. Эти два метода обеспечивают защиту от схожих угроз, но значительно различаются по степени защиты:

Для большинства электронных устройств, используемых внутри помещений и в быту, защитное покрытие является оптимальным и экономичным вариантом. Заливка компаундом оправдывает себя и свои затраты только в действительно суровых условиях — погружение в воду, постоянные удары, воздействие химических веществ или необходимость скрыть схему. Полезное правило: если тонкая пленка выдержит воздействие окружающей среды, покройте ее; если плату необходимо герметизировать твердым материалом для обеспечения ее устойчивости, покройте ее компаундом.

3. Заливочные компаунды: эпоксидные, полиуретановые и силиконовые.

Три основных заливочных компаунда — это эпоксидная смола (самая твердая, наиболее устойчивая к химическим воздействиям и несанкционированному вмешательству), полиуретан (прочный, но более гибкий, хорошо подходит для работы в условиях вибрации) и силикон (мягкий, гибкий, лучше всего подходит для широкого диапазона температур и термических нагрузок). Выбор смолы — это баланс твердости, гибкости, температурного диапазона и тепловых характеристик:

• эпоксидная смола Затвердевает до твердого состояния и образует прочные связи, обеспечивая наилучшую химическую стойкость и самую надежную защиту от несанкционированного вмешательства, но его жесткость передает термические напряжения, поэтому он подходит для применения при стабильных температурах.
• полиуретан Этот материал прочный, но при этом более эластичный, чем эпоксидная смола, хорошо поглощает вибрацию и механические удары, что делает его распространенным выбором для подвижного или прочного оборудования.
• силиконовый Сохраняет мягкость и гибкость в очень широком диапазоне температур, снижая тепловое расширение компонентов, и предпочтителен для высокотемпературных или циклически перегреваемых узлов.

Поскольку смола наносится непосредственно на сборку, она тесно связана с эпоксидными смолами, используемыми в герметизации печатных плат, и выбор подходящей смолы зависит от рабочей температуры, механических условий окружающей среды и от того, имеет ли значение для вашей платы рассеивание тепла через заливочный слой.

4. Как сконструировать доску для пересадки растений.

При проектировании платы для заливки компаундом учитывайте вес и тепловое расширение смолы, избегайте образования воздушных пузырьков, защищайте разъемы и регулируемые детали, которые должны оставаться доступными, и отводите тепло от силовых компонентов, встроенных в смолу. Заливка компаундом изменяет механические и тепловые характеристики сборки, поэтому ее следует планировать на этапе проектирования, а не добавлять вслепую. Ключевые моменты:

• Напряжение теплового расширения. Жесткая смола, расширяясь и сжимаясь, может создавать напряжение в паяных соединениях и компонентах, поэтому размещение компонентов и выбор смолы должны соответствовать диапазону температур.
• Захват воздуха. Высокие детали и узкие зазоры могут приводить к образованию воздушных пустот во время заливки; разметка и дегазация (часто вакуумная заливка) предотвращают образование пустот, которые ослабляют герметичность.
• Зоны, куда вход воспрещен. Разъемы, контрольные точки и регулируемые компоненты, которые должны оставаться пригодными для использования, необходимо маскировать или размещать за пределами залитой компаундом области.
• Рассеивание тепла. Компоненты силовой установки, залитые смолой, теряют возможность воздушного охлаждения, поэтому теплопроводность смолы и тепловая конструкция платы должны компенсировать это.

Именно такие проблемы выявляет предварительный анализ технологичности производства, подобно тому как предварительный анализ технологичности сборки обнаруживает риски сборки до того, как они достигнут стадии производства — гораздо дешевле устранить их на этапе проектирования, чем после того, как плата будет герметизирована смолой.

5. Пошаговый процесс заливки печатной платы компаундом.

Процесс заливки компаундом состоит из пяти этапов: подготовка и маскировка платы, смешивание двухкомпонентной смолы в правильном соотношении, дозирование в корпус или форму, удаление захваченного воздуха вакуумной дегазацией, а затем отверждение до твердого состояния. На каждом этапе существует определенный механизм отказа, определяющий, действительно ли готовое покрытие защищает плату, поэтому заливка компаундом — это контролируемый процесс, а не просто заливка смолы.

• Подготовьтесь и наденьте маску. Плата очищается для обеспечения хорошего сцепления смолы, а все разъемы, контрольные точки или регулируемые детали, которые должны оставаться доступными, закрываются малярным скотчем перед заливкой.
• Смешайте в правильной пропорции. Большинство заливочных компаундов представляют собой двухкомпонентные системы, которые необходимо смешивать в точно выверенной пропорции и тщательно перемешивать; смесь с нарушенной пропорцией или плохо перемешанная может никогда полностью не затвердеть или затвердеть с образованием слабых мест.
• Раздать. Смола заливается или закачивается в корпус или форму вокруг платы, заполняя объем без нарушения целостности компонентов.
• Вакуумная дегазация. Собранный узел помещается под вакуум, чтобы удалить захваченный воздух из жидкой смолы и из-под деталей с небольшим выступом, поскольку воздушные пустоты ослабляют герметичность и создают пути проникновения тепла и влаги.
• Излечивать. Смола затвердевает — при комнатной температуре или при нагревании, в зависимости от состава, — образуя окончательный твердый блок. Режим отверждения влияет на механические и термические свойства смолы.

Вакуумная дегазация — это этап, который чаще всего недооценивают: без нее воздушные карманы, образовавшиеся во время заливки, создают пустоты, которые ставят под угрозу ту самую защиту, которую должна обеспечивать заливка. Смола, выбранная для этих этапов, тесно связана с эпоксидными смолами, используемыми в системах герметизации, и для изделий, где целью является полное погружение, этот процесс является ключевой частью создания водонепроницаемой печатной платы.

6. Как Highleap герметизирует и защищает ваши сборки.

Компания Highleap предоставляет услуги по заливке компаундом и герметизации в рамках сборки, подбирая смолу и технологию в соответствии с условиями эксплуатации и защищая доступные участки. В процессе герметизации печатных плат , платы покрываются соответствующим эпоксидным, полиуретановым или силиконовым компаундом, при этом особое внимание уделяется пустотам, термическим напряжениям и местам, где могут отсутствовать контакты разъемов.

Поскольку заливка компаундом является заключительным этапом защиты готовой платы, Highleap выполняет её в рамках комплексной сборки — таким образом, плата изготавливается, монтируется, тестируется, а затем заливается компаундом в рамках единого скоординированного процесса, а для изделий меньшей нагрузки вместо этого может быть нанесено конформное покрытие там, где это необходимо. При запросе коммерческого предложения опишите условия эксплуатации (погружение, вибрация, температурный диапазон, воздействие химических веществ), какие зоны должны оставаться доступными, а также любые потребности в отводе тепла, чтобы выбрать подходящий компаунд и технологический процесс.

7. Часто задаваемые вопросы о заливке печатных плат компаундом

Сколько стоит заливка печатной платы компаундом?

Заливка компаундом увеличивает стоимость за счет смоляного материала, трудозатрат и оборудования для смешивания, дозирования и вакуумной дегазации, а также времени отверждения, поэтому себестоимость единицы продукции возрастает с увеличением размера платы и объема смолы. Наиболее экономично это делать, если заливка компаундом заложена в конструкцию и выполняется партиями, а не добавляется в качестве разовой процедуры после завершения производства.

Посадка в горшок — это то же самое, что и инкапсуляция?

В большинстве работ по электронике эти термины используются взаимозаменяемо — оба означают заливку платы затвердевшей смолой. Строго говоря, «заливка» подразумевает заливку смолы в корпус, который остается на изделии, в то время как «герметизация» может означать формованный корпус из смолы, но процесс и материалы одинаковы.

Можно ли удалить компаунд для ремонта?

Жесткий эпоксидный компаунд фактически является постоянным и не может быть удален без повреждения платы; более мягкий силикон и некоторые полиуретановые компаунды иногда можно срезать или удалить для проведения ограниченного ремонта, но компаунд обычно выбирают для изделий, которые не подлежат ремонту.

Приводит ли заливка компаундом к перегреву компонентов?

Это возможно, поскольку заливка компонентов в смолу устраняет охлаждение за счет воздушного потока. Решение состоит в использовании теплопроводящего компаунда или в проектировании путей отвода тепла к корпусу, чтобы силовые компоненты отводили тепло через смолу, а не накапливали его внутри.

Какого уровня защиты IP может достичь печатная плата в герметичном корпусе?

Правильно залитая компаундом плата с герметичными кабельными вводами может обеспечить высокий уровень защиты от проникновения влаги и пыли, включая полную пыленепроницаемость и защиту от погружения в воду, поэтому заливка компаундом широко используется в наружной, морской и подземной электронике. Достигнутый уровень защиты зависит от корпуса, герметичности разъемов и отсутствия пустот в компаунде.

Сколько времени занимает затвердевание грунтовки?

Время отверждения зависит от состава и метода, варьируясь от нескольких часов для термоотверждаемых эпоксидных смол до суток и более для некоторых систем, работающих при комнатной температуре. Режим отверждения влияет на конечную твердость и термические свойства смолы, поэтому его следует подбирать в соответствии с конкретным применением, а не спешить.