Послуги з заливки друкованих плат: компаунди, процес та правила проектування

Заливка друкованих плат огортає зібрану плату (або роз'єм, чи модуль) міцним блоком смоли, повністю герметизуючи її від вологи, вібрації, хімічних речовин та несанкціонованого втручання. Це найміцніша форма захисту електроніки — набагато міцніша, ніж тонке покриття — але вона додає вагу, вартість і робить плату неремонтопридатною, тому її використовують там, де цього вимагають умови навколишнього середовища. У цьому посібнику пояснюється, що таке заливка, чим вона відрізняється від конформного покриття, пояснюється поширена смола та її недоліки, а також те, як Highleap Electronics забезпечує заливку як частину складання.

1. Що таке заливка друкованих плат і від чого вона захищає?

Заливка друкованих плат — це процес заповнення корпусу або форми навколо зібраної плати рідкою смолою, яка затвердіває у тверду масу, повністю інкапсулюючи електроніку. Це захищає від вологи та потрапляння води, механічних ударів та вібрації, пилу, агресивних хімічних речовин, термоциклування, а також зворотного проектування або втручання — набагато повніша герметизація, ніж поверхневе покриття, оскільки компоненти вбудовані в твердий матеріал, а не просто покриті.

Саме через повну інкапсуляцію герметизацію обирають для найсуворіших застосувань: автомобільних та промислових модулів, зовнішньої та морської електроніки, блоків живлення та всього, що постійно піддається вібрації або зануренню. Та ж мета — захист від впливу навколишнього середовища — також спонукає до повністю водонепроникної конструкції друкованих плат, для якої герметизація часто є вирішальним кроком. Компромісами є вага, додаткові витрати, деякі теплові міркування та той факт, що плата, залита герметизацією, зазвичай не підлягає ремонту, тому герметизацію використовують лише для продуктів, які її дійсно потребують.

2. Заливка друкованих плат проти конформного покриття: що вам потрібно?

Оберіть конформне покриття для загального захисту від вологи та забруднення за низької ваги та вартості, а також заливку, коли плата піддається зануренню у воду, сильній вібрації або впливу агресивних хімічних речовин і потребує максимальної міцності. Ці два типи захисту забезпечують захист від перекриваючихся загроз, але суттєво відрізняються за ступенем:

Для більшості видів електроніки для внутрішнього використання та побутової електроніки конформне покриття є правильним та економічним рівнем захисту. Герметизація виправдовує свою вагу та вартість лише за справді суворих умов експлуатації — занурення у воду, постійні удари, хімічний вплив або необхідність приховати схему. Корисне правило: якщо тонка плівка витримає вплив навколишнього середовища, покрийте її; якщо плата повинна бути герметизована твердим матеріалом, щоб витримати, залийте її герметиком.

3. Герметичні склади: епоксидний, поліуретановий та силіконовий

Три основні герметичні склади – це епоксидна смола (найтвердіша та найстійкіша до хімічних речовин та пошкоджень), поліуретан (міцна, але більш гнучка, добре витримує вібрацію) та силіконова смола (м’яка, гнучка та найкраще підходить для широкого діапазону температур та термічних навантажень). Вибір смоли – це баланс твердості, гнучкості, діапазону температур та теплових властивостей:

• епоксидної смоли твердне та міцно зв'язується, забезпечуючи найкращу хімічну стійкість та найміцніший бар'єр проти несанкціонованого втручання, але його жорсткість передає термічні навантаження, тому він підходить для застосувань при стабільній температурі.
• поліуретан є міцним, але водночас більш еластичним, ніж епоксидна смола, добре поглинає вібрацію та механічні удари, що робить його поширеним вибором для рухомого або міцного обладнання.
• силіконовий залишається м'яким та гнучким за дуже широкого діапазону температур, знімаючи напругу теплового розширення компонентів, і є кращим варіантом для вузлів, що працюють за високих температур або піддаються термічному циклуванню.

Оскільки смола вбудовується безпосередньо в збірку, вона тісно пов'язана з епоксидними смолами для друкованих плат , які зазвичай використовуються для інкапсуляції, і правильний варіант залежить від робочої температури, механічного середовища та того, чи важливо для вашої плати розсіювання тепла через герметизацію.

4. Як спроектувати дошку для пересадки рослин

Розробляйте плату для заливки, враховуючи вагу смоли та її теплове розширення, уникаючи утворення повітряних кишень, захищаючи роз'єми та регульовані деталі, які повинні залишатися доступними, та керуючи теплом від силових компонентів, вбудованих у смолу. Заливка змінює механічну та теплову поведінку збірки, тому її слід планувати в конструкції, а не додавати навмання. Ключові міркування:

• Теплове розширення. Розширення та стискання жорсткої смоли може створювати навантаження на паяні з'єднання та компоненти, тому розміщення компонентів та вибір смоли повинні відповідати діапазону температур.
• Захоплення повітря. Високі деталі та вузькі зазори можуть утримувати повітряні порожнечі під час заливання; планування та дегазація (часто вакуумне заливання) запобігають утворенню порожнеч, які послаблюють герметизацію.
• Зони, заборонені для відвідування. Роз'єми, контрольні точки та регульовані компоненти, які повинні залишатися придатними для використання, потребують маскування або розміщення поза залитою областю.
• Розсіювання тепла. Силові компоненти, вбудовані в смолу, втрачають охолодження повітряним потоком, тому теплопровідність смоли та тепловий дизайн плати повинні з цим справлятися.

Саме такі проблеми виявляє на ранніх етапах перевірки виробництва, так само як і перевірка технологічності перед складанням виявляє ризики складання до того, як вони потраплять у виробництво — набагато дешевше вирішити їх на етапі проектування, ніж після того, як плата буде запечатана смолою.

5. Процес заливки друкованої плати крок за кроком

Процес заливки складається з п'яти кроків: підготовка та маскування плати, змішування двокомпонентної смоли у правильному співвідношенні, дозування її в корпус або форму, видалення повітря, що залишилося, за допомогою вакуумної дегазації, а потім затвердіння до твердого стану. Кожен крок має режим відмови, який визначає, чи дійсно готова інкапсуляція захищає плату, тому заливка є контрольованим процесом, а не просто заливкою смоли:

• Підготуйтеся та нанесіть маску. Плата очищається для того, щоб смола добре зв'язалася, а будь-які роз'єми, контрольні точки або регульовані деталі, які повинні залишатися доступними, маскуються перед заливкою.
• Змішати у співвідношенні. Більшість заливальних сумішей – це двокомпонентні системи, які необхідно змішувати в точному співвідношенні та ретельно перемішати; неправильно змішана або погано перемішана партія може ніколи повністю не затвердіти або може затвердіти, залишивши слабкі місця.
• Видавати. Смолу заливають або закачують у корпус або форму навколо плати, заповнюючи об'єм, не порушуючи компоненти.
• Вакуумна дегазація. Збірку поміщають у вакуум, щоб витягнути повітря, що затрималося, з рідкої смоли та з-під деталей з низьким відступом, оскільки повітряні порожнини послаблюють герметизацію та створюють шляхи проникнення тепла та вологи.
• Лікування. Смола твердне — за кімнатної температури або під дією тепла, залежно від складу, — утворюючи кінцевий твердий блок. Графік твердіння впливає на механічні та теплові властивості смоли.

Вакуумна дегазація – це крок, який найчастіше недооцінюють: без неї повітряні кишені, що утворюються під час заливання, залишають порожнечі, які порушують сам захист, який має забезпечити заливка. Смола, обрана для цих кроків, тісно пов'язана з епоксидними смолами, що використовуються для герметизації, а для продуктів, де метою є повне занурення, цей процес є ключовою частиною створення водонепроникної друкованої плати.

6. Як Highleap захищає ваші збірки та забезпечує їхню герметичність

Highleap забезпечує заливку та герметизацію в рамках складання, вибираючи смолу та процес відповідно до вашого середовища та захищаючи ділянки, які повинні залишатися доступними. Завдяки герметизації друкованих плат , плати герметизуються відповідним епоксидним, поліуретановим або силіконовим компаундом, з урахуванням порожнин, термічного напруження та закриття роз'ємів.

Оскільки заливка – це останній захисний етап на поверхні готової плати, Highleap виконує її за принципом «під ключ» – тобто плата виготовляється, заповнюється, тестується, а потім заливається як єдиний скоординований процес, а легші вироби можуть натомість отримувати конформне покриття там, де це є необхідним рівнем. Коли ви запитуєте цінову пропозицію, опишіть робоче середовище (занурення, вібрація, діапазон температур, хімічний вплив), які ділянки повинні залишатися доступними, та будь-які потреби в тепловіддачі, щоб було обрано правильний компаунд та процес.

7. Найчастіші запитання щодо заливки друкованих плат

Скільки коштує заливання друкованих плат?

Заливка збільшує вартість смоли, оплату праці та обладнання для змішування, дозування та вакуумної дегазації, а також час затвердіння, тому вартість одиниці зростає з розміром плати та об'ємом смоли. Найбільш економічно вигідно вбудовувати її в конструкцію та використовувати партіями, а не додавати як одноразовий продукт додатково.

Чи є заливка тим самим, що й інкапсуляція?

Ці терміни використовуються взаємозамінно в більшості електронних виробів — обидва означають заливання плати затверділою смолою. Строго кажучи, «заливання» означає заливання смоли в корпус, який залишається на виробі, тоді як «інкапсуляція» може означати литий корпус зі смоли, але процес і матеріали однакові.

Чи можна видалити заливну суміш для ремонту?

Жорстке епоксидне герметизування є фактично постійним і його неможливо видалити, не пошкодивши плату; м'якший силікон та деякі поліуретанові компаунди іноді можна зрізати або викопати для обмеженої обробки, але герметизацію зазвичай вибирають для виробів, які не ремонтуватимуться.

Чи призводить герметизація до перегріву компонентів?

Це можливо, оскільки вбудовування деталей у смолу усуває охолодження повітряним потоком. Вирішення полягає у використанні теплопровідного компаунда для заливки або проектуванні теплових шляхів до корпусу, щоб силові компоненти відводили тепло через смолу, а не накопичували його всередині.

Який рівень IP може досягти герметична друкована плата?

Правильно залита плата з герметичними кабельними вводами може досягти високого рівня захисту від пилу та занурення, тому заливання є поширеним явищем для зовнішньої, морської та закопаної електроніки. Досягнутий рівень залежить від корпусу, герметизації роз'ємів та заливання без пустот.

Скільки часу потрібно, щоб загартування занурювалося?

Час затвердіння залежить від складу та методу, коливаючись від кількох годин для епоксидних смол, що затвердівають нагріванням, до доби або більше для деяких систем кімнатної температури. Графік затвердіння впливає на кінцеву твердість смоли та її термічні властивості, тому його підбирають відповідно до застосування, а не поспішають.