Свідомий вибір – захисне покриття чи інкапсулюючі смоли?

Захист схеми може бути виконаний у вигляді захисного покриття або заливки та повної інкапсуляції смолою, і завжди виникає питання: що краще для мого застосування – захист тонким покриттям чи заливка смолою?

Електронна промисловість є однією з найбільш швидкозростаючих галузей з майже безмежною кількістю застосувань. Системи, що використовуються в побутових, промислових, автомобільних або військових цілях, потребують захисту від впливу навколишнього середовища. Відсутність цього захисту може призвести до зниження функціональності або навіть виходу пристрою з ладу. Захист схеми може бути виконаний у вигляді захисного покриття або заливки та повної інкапсуляції смолою, і завжди виникає питання: що краще для мого застосування, захист тонким покриттям чи заливка смолою?

Будь-який хороший інженер відповість, що це залежить від необхідного ступеня захисту від навколишнього середовища. Першим пунктом для розгляду часто є конструкція будь-якого корпусу, в якому буде розміщено друковану плату. Якщо вузол потрібно помістити в корпус, призначений для забезпечення первинного захисту від навколишнього середовища, то захисне покриття служить лише вторинним захистом. З іншого боку, якщо корпус не призначений або не може повністю захистити плату, тоді смола може бути кращим вибором у більшості випадків.

Наступне питання має бути таким: що таке покриття і що таке інкапсуляція смолою? По-перше, давайте подивимося на схожість: обидва типи захисту засновані на органічних полімерах, які можуть затвердіти, щоб забезпечити певний ступінь хімічної та термічної стійкості. Хімічний склад обох полімерів певною мірою схожий, причому найчастіше зустрічаються акрил, епоксидні смоли, поліуретани та силікони.

Інкапсуляційні смоли

Заливні та інкапсуляційні смоли забезпечують найвищий рівень захисту системи. Ці смоли можуть утворювати шари від 0,5 міліметрів і вище. Але збільшена товщина призводить до значного збільшення ваги приладу і збільшення ціни в порівнянні зі звичайним захисним покриттям. Однак товщий шар також означає набагато кращий захист друкованої плати від хімічного впливу, особливо у випадку тривалого впливу.

Крім того, смола може бути відмінним захистом від механічного впливу – її застигла маса сприяє розсіюванню енергії по всій поверхні друкованої плати, захищаючи від її концентрації в одній точці. Шар смоли темного кольору може повністю приховати друковану плату, що дуже важливо для захисту інтелектуальної власності, а спроби видалити цей шар зазвичай призводять до руйнування системи.

Завдяки повній інкапсуляції друкованої плати в смолу забезпечується ідеальна ізоляція модуля, створюючи хороші електричні умови та відмінний рівень механічного захисту. У випадку останньої переваги, механічної стійкості, вона має особливе значення в додатках, які піддаються тривалому хімічному, вібраційному, термічному або механічному удару. Вищий ступінь захисту досягається завдяки великій вазі та товщині затверділої смоли, що оточує модуль.

Смоли, як правило, є двокомпонентними сполуками (2K), де компонент A, смола, змішується у відповідній пропорції з компонентом B, затверджувачем, у результаті чого запускається хімічна реакція, що призводить до утворення зшитого полімеру, тобто затвердіння смоли. Порівняно зі звичайними покриттями, смоли, які використовуються для заливки, мають значно вищу в’язкість і найчастіше містять мінеральні наповнювачі, які покращують їхні властивості. Оскільки смоли набагато щільніші за захисні покриття, їх не можна наносити розпиленням, але вони також не містять летких органічних сполук (ЛОС) і більшість із них твердіють при кімнатній температурі (час твердіння можна скоротити нагріванням). У випадку деяких смол необхідний додатковий час для повного затвердіння, щоб розвинути їх оптимальні властивості (зміцнення).

Більшість смол починають реакцію відразу після змішування двох компонентів. Більшість реакцій є екзотермічними (тобто виділяють тепло), оскільки хімічні зв’язки розриваються та відновлюються. Тепло, що утворюється в результаті екзотермічної реакції, можна контролювати шляхом правильного вибору смоли та ретельного розрахунку кількості сполук, необхідних для здійснення процесу. Також важливо враховувати наявність такої реакції в процесі проектування друкованої плати та корпусу: занадто багато нанесеної смоли може призвести до перегріву компонентів, а в крайньому випадку – до займання корпусу.

Через велику кількість застосувань важливим елементом є тестування модуля в середовищі, яке відповідає цільовим умовам використання. Подібним чином, смоли також можуть бути випробувані в різних умовах навколишнього середовища, що вказує на їхні властивості для майбутніх застосувань. Як правило, ці випробування включають витримку затверділої маси в контрольованих умовах протягом певного періоду часу. Стан, розмір і вага смоли вимірюють до і після випробування, щоб визначити зміни цих параметрів. Також визначаються електричні та фізичні параметри смоли до та після випробування.

Захисні покриття

У багатьох сферах застосування процес нанесення захисного покриття може бути використаний для захисту друкованих плат від несприятливих умов. Хімія, яка використовується в цьому процесі, створює набагато тонші покриття, товщиною від 25 до 250 мікрон, що, у свою чергу, призводить до мінімального збільшення ваги модулів. Ці покриття легко адаптуються до контурів плати для максимального захисту з мінімальним збільшенням ваги або розмірів друкованої плати. Це, мабуть, найбільша перевага захисного покриття перед заливкою та повною інкапсуляцією.

Часто ці покриття прозорі, що полегшує ідентифікацію компонентів і позитивно впливає на можливість ремонту або заміни компонентів. Хімічна та температурна стійкість захисних покриттів підходить для короткого часу експозиції. Покриття завдає відносно невеликого навантаження на компоненти, що може бути важливим у випадку тонких штирів або ніжок.

Найпоширенішим середовищем, якому може бути піддане покриття, є стандартні атмосферні умови. Потім проводяться попередні випробування для перевірки механічних і електричних властивостей шару, затверділого на підкладці за допомогою стандартних методів. На наступному етапі умови навколишнього середовища змінюються, щоб перевірити поведінку покриття за більш складних умов. Зміни умов можуть включати утворення соляного туману, підвищену вологість або температуру (в останньому випадку перевіряються ефекти як поступового підвищення температури, так і раптового температурного шоку). Після впливу погіршених умов навколишнього середовища покриття повторно перевіряють на механічні та електричні властивості, таким чином визначають його придатність для конкретних застосувань.

Більшість покриттів є однокомпонентною системою (1K), які мають тривалий термін служби, низьку температуру затвердіння та короткий час висихання. Будучи однокомпонентним рішенням, таке покриття ще й просто легше наносити, полегшуючи процес. Однак слід зазначити, що більшість із них містять розчинник, мета якого – змінювати в’язкість для цілей застосування. Нанесення можна виконувати вручну, пензлем, розпилювачем або навіть занурюючи плату. Проте все частіше нанесення здійснюється за допомогою спеціалізованого обладнання для вибіркового розпилення, яке забезпечує контрольовані умови та стабільність процесу.

З іншого боку, нещодавно представлені двокомпонентні поліуретанові (2K) покриття поєднують переваги смол, що використовуються для заливки, з легкістю нанесення конформного покриття, але без використання розчинників, що дає їм екологічну перевагу. Вони можуть утворювати чудове покриття, зберігаючи еластичність і  захищаючи делікатні компоненти. Покриття 2K також характеризуються чудовими механічними властивостями та стійкістю до стирання. Недоліком, однак, є те, що як двокомпонентні системи, вони вимагають більш досконалого обладнання для нанесення і їх набагато важче видалити, що ускладнює ремонт плати.

Широке використання розпилення під час нанесення покриттів означає, що їх в’язкість повинна бути достатньо низькою, щоб дозволити їх розпилювати. Це означає, що зазвичай ці речовини містять велику кількість розчинника, який знижує в’язкість. Щоб його позбутися, необхідно забезпечити тепло, необхідне для затвердіння. Якщо залишити покриття затвердіти при кімнатній температурі, частина розчинника може залишитися в покритті, що спричинить поломку.

З підвищенням обізнаності про екологічні аспекти типи розчинників змінилися, обмеживши в них вміст летких органічних сполук (ЛОС), а також зменшивши відсоток розчинників. Сучасні покриття вже не містять розчинників і тому після висихання вони утворюють плівку, майже ідентичну за товщиною до плівки, яку вони утворюють відразу після нанесення в рідкому стані. Потім ці покриття твердіють під дією тепла або УФ-світла.

Свідомий вибір стає ширшим

Конструкція друкованої плати, компоненти, що використовуються, корпус і очікувані умови використання є основними факторами при прийнятті рішення про використання смоли або покриття. Як згадувалося раніше, якщо корпус уже забезпечує первинний захист плати, то покриття забезпечує вторинний захист у випадках, коли корпус пошкоджений або протікає. Також воно може захистити від високої вологості та конденсату всередині корпусу.

Часто смоли використовуються як оболонка, тому вони вже є базовим захистом, і тому очікується, що вони будуть стійкими до будь-якого потенційного забруднення або фізичного впливу, який може виникнути під час використання пристрою. Смоли часто використовуються у високовольтній електроніці або електроніці, що працює у вибухонебезпечних умовах, що запобігає утворенню електричних пробоїв.

Правильно розроблена друкована плата та корпус зроблять нанесення покриття або смоли швидким та ефективним процесом, ефективним як з точки зору кількості часу, необхідного для обробки, так і кількості необхідного матеріалу.

Однак, щоб зробити ваш вибір дещо складнішим, нещодавно фірма Electrolube представила на ринку двокомпонентні покриття, заснованих на хімічному складі, подібному до смол, але розроблених для нанесення обладнанням для селективного покриття в діапазоні 200-400 мікрон (0,2-0,4 міліметра). Вони поєднують переваги обох груп, розглянутих раніше, і мінімізують багато їхніх недоліків.

Ці 2K покриття, які можна фарбувати, довели свою придатність для застосувань, що працюють в умовах високої конденсації. До недавнього часу випробування, проведені в екологічних камерах, що моделюють умови високої конденсації, показали, що матеріалом, який отримує найвищий ступінь захисту та найменшу зміну своїх властивостей під час конденсації, були уретанові смоли. Однак порівняння між обговорюваними смолами та 2К-покриттями не показало істотної різниці в захисних властивостях, незважаючи на величезну різницю в товщині шару. Шари, утворені захисними покриттями 2K, у десять разів тонші, а результати майже ідентичні.

Захисні 2К покриття також можуть створювати більш товсті шари порівняно зі стандартними покриттями без ризику розтріскування. Їх можна легко наносити за допомогою обладнання для нанесення захисних покриттів, і за своїми властивостями вони знаходяться десь між звичайними покриттями та смолами.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl