Как упростить заливку компаундом

Получите максимальную отдачу от заливочных компаундов

Заливочные компаунды слишком часто являются запоздалой мыслью при проектировании электронных устройств. Они и не должны быть такими. Эти заливочные системы играют решающую роль в сборке и долгосрочной защите деликатных электронных компонентов. При правильном выборе и применении заливочные составы образуют первую линию защиты от широкого спектра экологических, химических, механических, термических и электрических условий, которые в противном случае разрушили бы электронные компоненты. При неправильном выборе и применении заливочные составы могут не обеспечивать желаемого уровня защиты. Еще хуже то, что плохо подобранная смесь может вызвать некоторые повреждения сама по себе—путем отверждения таким образом, что подвергает электронный компонент нежелательным нагрузкам или нагреву. Хотя существуют компаунды на основе полиуретана, силикона и эпоксидной смолы, большинство применений для заливки имеют баланс механических, термических, электрических, химических и адгезионных свойств.

Приведенные ниже советы по проектированию помогут вам избежать наиболее распространенных подводных камней, связанных с выбором и применением заливочных компаундов:

Сначала Спросите: “Зачем заливаете?”

Начните с постановки фундаментальных вопросов о цели заливки. Выполняет ли заливочный компаунд роль терморегулятора? Должен ли он защищать от агрессивных химических веществ или влаги? Защищает ли он от ударных нагрузок? Важны ли оптические свойства? Будет ли корпус испытывать высокие температуры во время процесса сборки? Существуют ли специальные требования, такие как низкая дегазация, криогенная работоспособность или медицинская биосовместимость? Установление функциональных требований к заливочному компаунду должно быть данностью, но многие инженеры все еще выбирают заливочные компаунды методом проб и ошибок. Задавая правильные вопросы в начале процесса проектирования, вы сведете количество ошибок к минимуму.

Выбор рабочей температуры компаунда

Из всех ошибок, связанных с конструкцией заливки, наиболее распространенной является ограниченное понимание тепловых условий. Инженеры будут подбирать заливочный компаунд исключительно на основе ожидаемых максимальных и минимальных температур нанесения. Этот подход, хотя он и кажется правильным, может привести к неправильному составу для заливки для данной работы, потому что он не учитывает время отверждения. Отсутствие учета времени выдержки или того, как долго заливочный компаунд остается при заданной температуре,как правило, приводит к чрезмерному уточнению. Причина этого заключается в том, что большинство заливочных составов могут выдерживать короткие температурные всплески выше рекомендуемых температур непрерывного использования. Например, заливочный компаунд, рассчитанный на непрерывное использование при температуре 120°C, без труда выдержит короткую вспышку при температуре 180°C во время пайки. Инженеры, которые сосредотачиваются только на максимальной температуре и игнорируют ее короткое время пребывания, как правило, в конечном итоге получают более дорогую заливочную смесь, чем им на самом деле нужно. Неспособность учесть частоту или скорость изменения температуры также может привести к неправильному составу для заливки. Инженеры, которые игнорируют время окончательного отверждения, могут в конечном итоге получить заливочный компаунд, который может соответствовать высоким и низким температурным требованиям, но не выдерживает термического цикла без растрескивания.

Будьте внимательны к компромиссу

Большинство систем материалов предполагают компромиссы, и заливочные составы не являются исключением. Однако, при правильной химии, добавках и наполнителях теперь можно подобрать заливочные составы, механические, химические, электрические и термические свойства которых, были адаптированы к конкретным областям применения. Wevo – хороший тому пример. Он был разработан, чтобы избежать обычного компромисса между высокими температурными характеристиками и твердостью, что дает ему необычную способность выдерживать как тепловой цикл, так и высокие температуры. Есть также продукты, которые отвечают специальным требованиям, таким как низкий уровень газообразования, теплопроводность, криогенная работоспособность и многое другое. Тем не менее, в настоящее время существуют некоторые компромиссы, которые трудно согласовать с учетом современных технологий. Одним из примеров является теплопроводность и оптическая прозрачность, поскольку наполнители, которые делают соединение проводящим, также мешают прозрачности.

Подумайте об отверждении

Инженеры, следящие за затратами на сборку, обычно хотят использовать заливочные составы с быстрым временем отверждения. Хотя есть много хороших продуктов, которые будут соответствовать этому требованию, в том числе Wevo, имейте в виду, что быстрые реакции отверждения имеют тенденцию генерировать большую экзотерму, чем более медленные реакции, повышая потенциал термического повреждения. Системы быстрого отверждения также имеют более высокий потенциал для захваченных пузырьков, что может снизить ожидаемые электрические и механические свойства заливочных составов.

Обратите внимание на усадку

Как и другие полимеры, заливочные составы сжимаются по мере отверждения—от 0,1% до 2,3% для незаполненного компаунда. Если не учитывать эту усадку, то она может создавать напряжения в электронных компонентах, открывать пути утечки и создавать визуальные дефекты. Однако хорошей новостью является то, что усадку можно контролировать, выбрав правильный состав для заливки. Наполненные заливочные компаунды и более медленные отверждающиеся компаунды, как правило, демонстрируют меньшую усадку, чем их незаполненные и быстро отверждающиеся аналоги.

Усадка-это не так уж и плохо. Немного контролируемой усадки, действительно, может быть полезно в термических, циклических решениях. Когда коэффициент теплового расширения заливочного компаунда (CTE) не соответствует коэффициенту теплового расширения корпуса, небольшая усадка может создать достаточный зазор для снятия напряжений, вызванных дифференциальным расширением и сжатием.

Сделайте так, чтобы не прилипало

Как и любой связующий продукт, заливочные составы лучше всего работают, если они имеют хорошую адгезию к своим материалам. Проблема заключается в том, что многие полимеры, используемые для корпусов электроники и крошечных компонентов, часто имеют низкую поверхностную энергию и не легко связываются. Плохая адгезия с материалами корпуса может быть устранена на ранних стадиях процесса проектирования с помощью поверхностных покрытий и грунтовок. Инженеры могут бороться с плохой адгезией с помощью элементов деталей,  которые позволяют отвержденному заливочному компаунду ”запираться” в электронном корпусе.

Идите по течению

Заливочные составы должны хорошо течь, чтобы полностью заполнить электронные компоненты и не оставлять пустот в корпусе. Достижение этого потока легче сказать, чем сделать. Это требует тщательного внимания к вязкости заливочного компаунда, которая, как правило, подается в диапазоне от 400 до 50 000 cps в зависимости от применения. Геометрия корпуса или заливочной оболочки по отношению к электрическому компоненту также может играть определенную роль в препятствовании или стимулировании потока. Одна из проблем, которую следует остерегаться, это корпуса с большими горизонтальными поверхностями. При заполнении сверху они могут захватывать воздух и влагу, которые могут повредить электрические компоненты.

По возможности отдавайте предпочтение более мелким корпусам

По мере увеличения размера корпуса возрастает и риск термического повреждения в процессе горения. Заливочные соединения отверждаются экзотермически, такие лучше вообще не использовать, и эти реакции отверждения могут генерировать тепло для повреждения электронных компонентов. Это не редкость, например, для заливочных составов, которые нагреваются на 200°C или выше, когда они отверждаются. Тепло от экзотермического отверждения является серьезной проблемой и будет основным фактором при выборе заливочного материала, особенно в покрытиях, толщина которых превышает 1/4-1/2 дюйма. Размер корпуса также имеет финансовые последствия. Более крупные корпуса потребляют больше заливочного компаунда и дольше отверждаются, что может увеличить стоимость процесса сборки.

Применение для заливки корпусов

Заливочные составы широко используются в тех случаях, когда электронные компоненты требуют защиты от повреждающих термических, экологических или механических условий. Эти компоненты включают в себя:

• Печатные платы
• Медицинская электроника
• Силовая электроника
• Светодиодное освещение
• Трансформаторы
• Преобразователи и другие датчики
• Конденсаторы
• Устройства защиты от перенапряжения
• Кабельные компоненты
• Соленоиды