PCBA-astiamateriaalin valintaopas: Epoksin, polyuretaanin ja silikonin vertailu

PCBA-valaistusmateriaalin valinta on suunnittelu- ja valmistuspäätös, ei vain materiaaliluettelon rivikohta. Molemmat projektit saattavat tarvita levyn, joka on suojattu kosteudelta, tärinältä, pölyltä tai sähköaltistukselta, mutta vaativat kuitenkin hyvin erilaisia ​​hartsijärjestelmiä. Jäykkä epoksi voi sopia yhteen koteloon, joustava polyuretaani voi sopia toiseen ja silikoni voi olla järkevämpää, kun lämpöliike tai myöhempi huollettavuus muuttaa prioriteetteja.

Oikea PCBA-pinnoitusmateriaali riippuu todellisesta tuotteesta: käyttöympäristöstä, kotelon geometriasta, komponenttien sekoituksesta, lämpöpolusta, sallitusta painosta, korjaussuunnitelmasta, kovettumisikkunasta, testijaksosta ja kaikista materiaali- tai vaatimustenmukaisuusvaatimuksista. Materiaaliperhe on hyödyllinen lähtökohta, mutta se ei korvaa tiettyä tuotetietolomaketta ja validointisuunnitelmaa.

Tässä oppaassa verrataan epoksi-, polyuretaani- ja silikonipurkausyhdisteitä suunnittelun ja tuotannon näkökulmasta. Katso prosessin annostelu-, imurointi-, puhdistus- ja vaiheittainen kaataminen puolelta olemassa olevasta PCBA-valausprosessin opas.

Miksi PCBA-pohjamateriaalin valinta vaikuttaa luotettavuuteen, kustannuksiin ja prosessin suunnitteluun

Istuttaminen täyttää kokonaan tai osan ontelosta, kotelosta tai valitusta kokoonpanoalueesta kovettuneella seoksella. Kun se on kovettunut, siitä tulee osa tuotetta. Se voi suojata kokoonpanoa, mutta se voi myös muuttaa mekaanista rasitusta, lämmönsiirtoa, massaa, pääsyä komponentteihin, testipisteisiin ja kykyä muokata yksikköä.

Tämä tarkoittaa, että materiaalin valinta vaikuttaa enemmän kuin ympäristönsuojeluun:

• kuinka hartsi virtaa korkeiden komponenttien, liittimien ja kapeiden onteloiden ympärillä
• tarvitaanko kaksiosaista seosta, säädeltyä lämpötilaa, tyhjiökaasunpoistoa tai vaiheittaista täyttöä
• kuinka voimakkaasti kovettunut seos rajoittaa komponentteja tärinän tai lämpösyklin aikana
• säilyttääkö, siirtääkö tai estääkö lopullinen kokoonpanon rakenne lämpöä
• voidaanko tuote korjata, tarkastaa tai päivittää kovettumisen jälkeen
• kuinka toimittaja suunnittelee peittämisen, kiinnitykset, puhdistuksen, kovettumisajan ja lopputarkastuksen

Yhdessä tietolomakkeessa ihanteellisen näköinen materiaali voi olla huonosti sovitettu, jos se rasittaa suurta komponenttia, tukkii vaaditun liittimen, estää tarvittavan toimintatestin tai tekee hyväksytyn korjauksen mahdottomaksi. Aloita määrittelemällä suojausongelma ennen kemian valitsemista.

Hyödyllisiä kysymyksiä ovat mm.

• Mikä on todellinen altistuminen: kondensaatio, roiskeet, pöly, kemikaalit, tärinä, lämpökierto vai korkea jännite?
• Onko tavoitteena ympäristötiiviys, mekaaninen säilytys, eristys, lämmönsiirto, peukaloinnin esto vai yhdistelmä?
• Pitääkö kokoonpanon olla korjattavissa kenttäpalautuksen tai tuotantotestin jälkeen?
• Luoko kotelo syvän ontelon, loukkuun jäävän ilman geometrian tai rajallisen hartsin pääsyn?
• Onko lopputuotteella hyväksytty materiaali-, liekki-, lämpö- tai vaatimustenmukaisuusvaatimuksia?

Epoksimaalausyhdisteet: vahvuudet, kompromissit ja tyypilliset riskit

Epoksisekoituksia harkitaan usein, kun malli tarvitsee kovan, kestävän kapseloinnin, jolla on vahva tartunta ja vankka mekaaninen tuki. Monet epoksijärjestelmät kovettuvat suhteellisen jäykäksi tulokseksi, mikä voi olla hyödyllistä, kun kokoonpano on pidettävä tiukasti kotelon sisällä tai kun kestävyys vaativassa ympäristössä on ensisijainen huolenaihe.

Fyysinen vertailu jäykästä epoksista (vasemmalla), elastomeerisesta polyuretaanista (keskellä) ja pehmeästä, joustavasta silikonista (oikealla) identtisillä kohdelevyillä.

Tärkeä määrittäjä on, että epoksi on laaja perhe. Eri formulaatiot vaihtelevat viskositeetin, kovettumisaikataulun, täyteainepitoisuuden, kovuuden, lämpökäyttäytymisen, sähköisten ominaisuuksien, värin ja liekkiin liittyvän suorituskyvyn suhteen. Esimerkiksi lämpöä johtavaa täytettyä epoksia ei pidä käsitellä vaihtokelpoisena yleiskäyttöisen jäykän kapselointiaineen kanssa.

Mahdollisia syitä harkita epoksijärjestelmää ovat:

• tuote tarvitsee lujan, mekaanisesti tukevan kapseloinnin (jolla on tyypillisesti Shore D 70 - 90 kovuus kovettumisen jälkeen)
• kotelo ja komponenttien geometria kestävät jäykemmän kovettuneen materiaalin
• sovellus vaatii erityisen hyväksytyn epoksikoostumuksen (tyypillinen lämmönjohtavuus 0,2–0,5 W/m·K, joka voi saavuttaa 1,5+ W/m·K lämpöä johtavilla täyteaineilla)
• suoja ja pitkäaikainen fyysinen säilyttäminen ovat tärkeämpiä kuin helppo korjaus

Tärkein kompromissi on jäykkyys. Kun jäykkä seos liimataan osiin, jotka laajenevat tai liikkuvat eri tavalla lämpötilan muutosten aikana, rakenne voi aiheuttaa jännitystä juotosliitoksissa, johtimissa, pakkausliitännöissä, johtimissa tai kotelon rajoissa. Tämä ei tarkoita, että epoksi ei sovellu lämpöpyöräilyyn; se tarkoittaa, että koko mekaaninen järjestelmä on tarkistettava.

Uudelleenkäsittely on toinen rajoitus. Jäykkä kovettunut hartsi voi tehdä vioittuneille komponenteille pääsyn vaikeaksi tai epäkäytännölliseksi. Ennen kuin määrität epoksin, sovi, onko aiottu huoltomalli korjaus, koko moduulin vaihto vai rajoitettu tehtaalla tehtävä uusinta.

Ilmoita toimittajan vaihtoa varten tarkka materiaali tai hyväksyttävä vastine, sekoitussuhde ja kovetusvaatimukset, kun ne on määritelty, täyttöraja, sallitut säilytyskohdat ja kaikki testi- tai näytteen hyväksymisvaatimukset. Älä oleta, että yleinen huomautus, kuten "musta epoksipotti", viestii tarpeeksi tuotantoa varten.

Polyuretaanivaljaat: joissa joustavuus ja ympäristön kestävyys ovat tärkeitä

Polyuretaanipurkausseoksia arvioidaan yleisesti, kun projekti vaatii enemmän joustavuutta kuin tyypillinen jäykkä epoksijärjestelmä. Oikein valittu polyuretaani voi auttaa mukautumaan tärinästä, kaapelin venymisestä, levyn taipumisesta tai komponenttien ja kotelon välisistä lämpölaajenemiseroista aiheutuviin liikkeisiin.

Tämä joustavuus voi olla hyödyksi mekaanisesti aktiivisissa tai lämpötilan vaihteluille altistuvissa kokoonpanoissa, mutta se tuo oman valintatyönsä. Polyuretaanijärjestelmät vaihtelevat suuresti. Niiden kovettumiskäyttäytyminen, kosteusherkkyys käsittelyn aikana, kemiallinen kestävyys, kovuus, tarttuvuus ja pitkäaikainen ympäristösoveltuvuus riippuvat pikemminkin tarkasta koostumuksesta kuin pelkästä sukunimestä.

Polyuretaani saattaa olla arvioimisen arvoinen, kun:

• kokoonpano sisältää suurempia komponentteja, johtoja, liittimiä tai geometriaa, jotka voivat liikkua suhteessa koteloon (jossa kovettuneen Shore A 40 - 90 kovuus tarjoaa elastomeerista helpotusta)
• tärinä tai toistuva lämmönmuutos on tärkeä suunnittelun huolenaihe (tyypillisillä käyttöalueilla -40 °C - +120 °C)
• tuote tarvitsee pehmeämmän kapselointiaineen kuin jäykkä epoksi voi tarjota
• määritelty polyuretaanijärjestelmä on jo olemassa tuotteen kelpuutuspaketissa

Älä pidä "joustavaa" automaattisesti turvallisempana. Pehmeämpi materiaali saattaa vaatia huolellista kiinnityssuunnittelua, valvottua täyttökorkeutta, kovettumisen käsittelyä ja tarkastuskriteerejä. Se voi myös vaikuttaa siihen, kuinka tuote käyttäytyy puristettaessa, kuinka se säilyttää lämpöä tai kuinka helposti pinta vaurioituu huollon aikana.

Tuotantotiimin on myös tiedettävä, pitääkö hartsi ilmastoida, sekoittaa tietyissä olosuhteissa, suojata kosteudelta vai kovettaa valvotussa ikkunassa. Nämä yksityiskohdat vaikuttavat materiaalin valmisteluun, annosteluasetuksiin, käsittelyaikaan ja tarjouksen tarkkuuteen.

Silikonivalaistusyhdisteet: kun lämpöpyöräily ja korjattavuus ovat tärkeitä huolenaiheita

Silikonivalusteet arvioidaan usein silloin, kun alhainen mekaaninen rasitus, joustavuus lämpötilan muutoksissa tai vähemmän jäykkä kapselointi ovat tärkeitä. Jotkut silikonijärjestelmät voivat pysyä suhteellisen yhteensopivina kovettumisen jälkeen, mikä voi auttaa malleissa, joissa komponenttien, johtojen tai koteloiden laajenemiskäyttäytyminen on erilaista.

Kuten epoksi ja polyuretaani, silikoni ei ole yksittäinen suorituskykyluokka. Formulaatiot eroavat viskositeetin, kovettumiskemian, adheesion, lämpökäyttäytymisen, sähköisten ominaisuuksien, täyteainepitoisuuden ja yhteensopivuuden suhteen ympäröivien materiaalien kanssa. Varsinaisella tietolomakkeella, kovetusmekanismilla ja kokoonpanomateriaalilla on merkitystä.

Silikoni voi olla hyödyllinen ehdokas, kun:

• tuote altistuu toistuville lämpökierroksille (säilyttää äärimmäisen joustavuuden -50°C - +200°C+)
• herkkien komponenttien tai johdinpäätteiden ympärille tarvitaan matalamoduulimateriaalia (pehmeitä Shore A 10 - 60 tai geelimäisiä rakenteita)
• rakenne vaatii joustavuutta kovettumisen jälkeen (lämmönjohtavuudet vaihtelevat välillä 0,2 - 2,0+ W/m·K mukautetun täytön mukaan)
• tuotetiimi tarvitsee määritellyn polun rajoitettua huoltoa tai materiaalin poistoa varten valitun yhdisteen mukaan

Kompromissit kannattaa silti tarkastella huolellisesti. Jotkin silikonijärjestelmät voivat aiheuttaa tarttumista, kontaminaatiota tai jatkokäsittelyä koskevia näkökohtia. Niiden kovettumisvaatimukset voivat myös vaikuttaa käsittelyyn ja suorituskykyyn. Silikonin valinta on siksi sovitettava yhteen kotelomateriaalien, etikettien, pinnoitteiden, tiivisteiden, testikiinnikkeiden ja kaikkien myöhempien kokoonpanoon koskettavien prosessien kanssa.

Kuinka valumateriaalin ominaisuudet muuttavat valmistusasetuksia ja tarkastuksia

Materiaalipäätös ulottuu suoraan valmistussuunnitelmaan. Se muuttaa tapaa, jolla toimittaja valmistelee laitteet, tarkastaa annostelun laadun, valvoo kovettumista ja tarkastaa valmiin yksikön.

Tyypilliset fyysisten ominaisuuksien vaihteluvälit materiaaliperheen mukaan

Esimerkiksi vaihtaminen materiaalista toiseen voi vaatia laitteiston puhdistamista, materiaalipolun varmennusta, koekuvauksia, kovettumisen vahvistusta ja tarkistettua tarkastusmenetelmää. Toimittaja tarvitsee nämä panokset ennen lainaamista, jotta linja suunnitellaan tuotteen ympärille sen sijaan, että se pakotettaisiin reagoimaan julkaisun jälkeen.

Käytä valintasekvenssiä hartsin nimen aloittamisen sijaan

Tehokas materiaaliarviointi alkaa tuotevaatimuksesta ja kaventaa valintaa vaiheittain. Ensin luetellaan ympäristö- ja toiminnalliset riskit, joihin hartsin on puututtava. Tarkista seuraavaksi mekaaninen järjestelmä: kotelo, kaapelit, komponenttien korkeus, levyn tuki, kiinnityskohdat ja odotettu lämpötilan liike. Päätä sitten, pitääkö valmis moduuli korjata, tarkastaa vai vain vaihtaa, jos se ei toimi.

Vasta kun näihin kysymyksiin on vastattu, tiimin tulee verrata ehdokasmateriaaleja tietolomakkeisiin ja sisäisiin pätevyysvaatimuksiin. Käytännön tarkastelujakso on:

1. Määritä suojaustoiminto ja kriittiset vyöhykkeet.
2. Määritä mekaaniset ja termiset rajoitukset kokoonpanon ympärillä.
3. Määritä pääsy-, testaus- ja korjausmalli kovettamisen jälkeen.
4. Varmista, mitkä materiaalit ovat hyväksyttyjä tai hyväksyttäviä lopputuotteelle.
5. Suorita edustava näyte ja dokumentoi hyväksytty prosessi ja ulkoasu.

Tämä järjestys estää yleisen vikatilan: yhdisteen valitseminen, koska se toimi aikaisemmassa tuotteessa, ja sitten havaitaan, että uusi kotelo, komponenttiyhdistelmä, testipolku tai palvelumalli on erilainen. Samannäköiset moduulit voivat luoda hyvin erilaisia ​​​​pottivaatimuksia.

Käsittele korvauksia teknisenä muutoksena

Materiaalin saatavuus, väri, kovettumisaika tai hinta voivat kannustaa toimittajaa tai asiakasta harkitsemaan korvaavaa tuotetta. Tätä päätöstä ei pitäisi käsitellä epävirallisena ostomuutoksena. Korvaava aine voi muuttaa viskositeettia, sekoituskäyttäytymistä, kovettumisprofiilia, adheesiota, jännitystä, dielektristä suorituskykyä ja tarkastus- tai testisekvenssiä.

Kun vaihtoehto on hyväksyttävä, ilmoita hyväksyntäpolku tarjouspyynnössä. Selvitä, kuka arvioi teknisen sopivuuden, mitä asiakirjoja on verrattava, tarvitaanko uusi näyte ja mitkä tuotantoparametrit on validoitava uudelleen. Tämä estää materiaalinvaihdosta muodostumasta jäljittämättömäksi luotettavuusriskiksi.

Mitä on määritettävä ennen kuin pyydät PCBA-toimittajalta tarjouksen Pottingista

Tarjouspyynnössä tulee yksilöidä olennainen päätös ja sitä ympäröivät tuoterajoitukset. Seuraavat tiedot parantavat sekä teknisen tarkastelun että tuotannon suunnittelua:

• tarkka hartsin osanumero tai hyväksyttävä materiaaliperhe ja suorituskykyvaatimukset
• valintaa ohjaavat turvallisuus-, vaatimustenmukaisuus-, liekki-, lämpö- tai dielektriset vaatimukset
• kokoonpanopiirustus, kotelon piirustus, täyttöalue, tavoitetäyttökorkeus ja ei-täyttöalueet
• liitin, LED, anturi, kytkin, tarra, ruuvinreikä ja testipisteen peittovaatimukset
• käyttöympäristö ja odotettu lämpötila, tärinä, kosteus tai kemikaalialtistus
• vaadittava testisekvenssi ennen ja jälkeen istutusta
• hyväksyttävät kupla-, tyhjiö-, kosmeettiset ja täyttötason kriteerit
• kovettumisvaatimukset, näytteen hyväksymisprosessi ja odotettu korjaus- tai vaihtostrategia

Piirilevyn kokoonpanopalvelu ja laadun testauspalvelu pitäisi olla osa samaa keskustelua. Kastelua ei voida suunnitella erillään kokoonpanosta, tarkastuksesta, lopullisesta testistä, pakkaamisesta ja valmistusprosessista, joka on kuvattu Piirilevyn kokoonpanon tilausprosessi.

Johtopäätös

Paras PCBA-valaistusmateriaali on se, joka vastaa koko tuotteen vaatimuksia, ei se, jolla on houkuttelevin yksittäinen ominaisuus. Epoksilla, polyuretaanilla ja silikonilla on kummallakin hyödyllinen rooli, mutta ne muuttavat myös stressikäyttäytymistä, prosessin hallintaa, kovettumisen suunnittelua, tarkastuksia, kustannuksia ja korjattavuutta.

Ennen julkaisua muuta materiaalin valinta selkeäksi valmistuspanokseksi: tunnista hyväksytty koostumus tai hyväksyttävä suorituskykyalue, määritä täyttö- ja peittovaatimukset, dokumentoi ympäristö ja testijärjestys sekä sovi, onko yksikön oltava kunnossa. Lähetä nämä tiedot osoitteen yhteydenottosivu kautta, jotta materiaali ja prosessi voidaan tarkistaa ennen tuotannon aloittamista.

Usein kysytyt kysymykset PCBA-astiamateriaalien valinnasta

Onko epoksi aina parempi mekaaninen suojaus?

Ei. Epoksi voi muodostaa lujan kapseloinnin, mutta sen jäykkyys voi olla sopimaton joihinkin komponentteihin, koteloihin tai lämpökiertoolosuhteisiin. Materiaalin valinnassa tulee ottaa huomioon koko kokoonpano, ei yksi ominaisuus.

Mikä valumateriaali on helpoin työstää uudelleen?

Ei ole universaalia vastausta. Uudelleentyöstö riippuu tietystä materiaalista, täytteen geometriasta, tarttumisesta, pääsystä vialliseen osaan ja sallitusta huoltoprosessista. Määritä korjausstrategia ennen hartsin valintaa.

Voiko toimittaja valita vastaavan hartsin?

Vain silloin, kun asiakas sen sallii ja suorituskykyvaatimukset ovat selvät. Vastaava materiaali tulee arvioida sovellusympäristön, kovettumisprosessin, sähkötarpeiden, lämpökäyttäytymisen ja pätevyysvaatimusten perusteella.