Hermetyzacja i odprowadzanie ciepła – jaki preparat zastosować?

BL elektronik oferuje kompleksowe rozwiązania dla branży elektronicznej oraz energetycznej w zakresie klejenia, uszczelniania, hermetyzacji, lakierowania i preparatów termoprzewodzących. Oferowane przez nas zalewy termoprzewodzące renomowanych producentów znajdują zastosowanie w motoryzacji oraz innych gałęziach przemysłu. Dobór optymalnej zalewy termoprzewodzącej przy coraz bardziej złożonych układach, pracujących w trudnych warunkach środowiskowych, nie jest sprawą prostą i wymaga wnikliwej analizy, a często długotrwałych testów. Na etapie wyboru preparatu ważne jest poznanie założeń projektowych, wymagań i oczekiwań klienta, co pozwala ograniczyć koszty związane z testami i skraca czas wdrożenia do produkcji. Ważna uwaga – preparaty termoprzewodzące zawierają wypełniacze i w związku z tym ciężar jest nawet 2 krotnie większy od objętości. Można wyróżnić kilka podstawowych parametrów, których zdefi niowanie ułatwia wybór typu zalewy czy żywicy, którą możemy zastosować w danej aplikacji i pozwala wyeliminować te, które najprawdopodobniej się nie sprawdzą. Są to:

• zakres temperatur pracy urządzenia
• przewodnictwo cieplne – parametr określający współczynnik odprowadzania ciepła W/mK
• lepkość – inaczej płynność, warunkuje penetrację wokół elementów elektronicznych
• twardość – wyrażana w skali Shore'a od A do D
• adhezja • środowisko pracy, odporność na chemikalia, zanurzenie w wodzie
• niepalność, UL94
• czas życia – czas, który mamy na użycie zalewy do momentu jej żelowania
• czas pełnego utwardzenia – w części produktów istnieje możliwość skrócenia tego procesu poprzez utwardzanie w wyższych temperaturach
• proporcja mieszania w przypadku zalew 2-składnikowych

Do zabezpieczania elektroniki wykorzystuje się wiele preparatów, jednak gdy zachodzi konieczność odprowadzania ciepła, najczęściej są to: silikony, epoksydy czy poliuretany. Każdy materiał ma swoje zalety, ale ma również pewne ograniczenia.

Zalewy silikonowe

Zalewy silikonowe charakteryzują się największą stabilnością termiczną. Zachowują swoje właściwości w bardzo szerokim zakresie temperatur nawet od –70 do 260oC. Utwardzają się do miękkich elastomerów (Shore'a 40–80), a przez to chronią wrażliwe komponenty SMD przed uszkodzeniem przy gwałtownych zmianach temperatury.

Zabezpieczają także przed wilgocią i wodą, są łatwe w aplikacji i nietoksyczne lub o małej toksyczności (tabela 1). Przy zalewach dwuskładnikowych utwardzanie następuje w wyniku reakcji chemicznej po zmieszaniu komponentów, grubość warstwy może być dowolna. Pełne utwardzenie zależy od typu zlewy i następuje w czasie od kilku godzin do doby. W przypadku zalew addycyjnych, np. QSIl553, SE3000 ACC Silicones, proces ten można skrócić do kilku minut po podgrzaniu do temp. 100oC. Silikony addycyjne mają mechaniczną adhezję, pozwalającą na ewentualny serwis. W urządzeniach, gdzie dobra adhezja jest kluczowa, można to poprawić, stosując np. primer nr 3. Innym rozwiązaniem jest użycie zalewy, która zawiera w swoim składzie primer zwiększający przyczepność np. silikon niemieckiej fi rmy Otto Chemie, Novasil S151. Rozwiązaniem jest też 1-składnikowy silikon, który utwardzany w temp. powyżej 100oC doskonale łączy się z podłożem jak np. AS1420 fi rmy ACC. Wysokie koszty zalew silikonowych, szczególnie typu addycyjnego, gdzie składnik B zawiera platynę, stanowią problem w projektach budżetowych. Mimo to coraz więcej modułów elektronicznych, szczególnie w automatyce i branży motoryzacyjnej, wymaga parametrów pracy, które mogą być gwarantowane wyłącznie przez tego typu zalewy.

Żywice epoksydowe i poliuretanowe

Drugą grupą zalew termoprzewodzących są żywice epoksydowe i poliuretanowe. Ich niewątpliwą zaletą jest niska cena, ponieważ skład chemiczny nie jest oparty na tak drogich składnikach jak w przypadku silikonów. Żywice epoksydowe mają dobrą odporność na wysoką temperaturę i pracują nawet do 200°C, sprawdzają się w trudnych środowiskach np. w urządzeniach wymagających pracy w ciągłym zanurzeniu w wodzie czy narażonych na działanie chemikaliów. Preparaty epoksydowe mają doskonałą przyczepność do metali, gorszą do tworzyw sztucznych, warto o tym pamiętać przy projektowaniu obudowy urządzenia (tabela 2).

epoksydowych bezpośrednio na wrażliwe komponenty jest ich twardość. Firma Robnor ResinLab ma w swojej ofercie żywice epoksydowe o podwyższonym przewodnictwie cieplnym (w tabeli zamieszczono przegląd podstawowych parametrów). Na szczególną uwagę zasługuje żywica PX439XS, o wysokim przewodnictwie cieplnym, odporności na wysokie temperatury i chemikalia.

Żywice poliuretanowe są niewątpliwie najbardziej ekonomicznymi materiałami do hermetyzacji. Zakres twardości od Shore A40 do Shore D80 pozwala na użycie ich w wielu urządzeniach, miękkie można aplikować bezpośrednio na płytki PCB, twarde jako odlewy mogą stanowić obudowę urządzenia. Bardzo dobra adhezja do tworzyw sztucznych jest kolejną zaletą. W przypadku większości poliuretanów odporność na wyższe temperatury jest ograniczona do 130°C, wyjątkiem jest np. żywica fi rmy Copaltec EN88 o bardzo szerokim zakresie temperatur pracy do +165°C (tabela 3).

W dobie miniaturyzacji oraz rosnących wymagań, jeśli chodzi o sprawność i niezawodność, dużym wyzwaniem jest wzrastająca gęstość mocy i punktowe źródła ciepła. Wiele z przedstawionych powyżej materiałów pozwala rozwiązać lub przynajmniej ograniczyć te problemy, ale wybór optymalnego produktu wymaga wiedzy i doświadczenia, którymi chcielibyśmy się dzielić.

BL elektronik
www.blelektronik.com.pl
tel. 12 35 76 378