Смолы. Абсолютная защита в агрессивных средах

Автор: Буданова Ирина, руководитель отдела маркетинга ООО «ПРОТЕХ», по материалам компании Electrolube Со. [email protected] 

Сегодня электронная промышленность является одной из наиболее активно развивающихся отраслей, где число новых применений кажется бесконечным. В качестве одного из множества примеров можно привести печатные платы, которые можно обнаружить в бытовых приборах, промышленном оборудовании, автомобильной и военной технике. Чтобы обеспечить надёжность этих крайне требовательных устройств, печатные платы необходимо защищать, предотвращая тем самым ухудшение их рабочих характеристик или, в худшем случае, полный отказ.

Рис. 1  Заливочные компаунды Electrolube

Заливочные компаунды разработаны для защиты и изоляции печатных плат и электронных компонентов от воздействий тяжёлых и неблагоприятных окружающих условий, таких как влага, вибрации, тепловые и механические удары, а также обычные загрязнения. Герметизируя устройство целиком, компаунды могут образовывать полную защиту от таких окружающих условий, обеспечивая превосходные характеристики в экстремальных рабочих средах.

Заливочные и герметизирующие компаунды также обеспечивают превосходную защиту от механических воздействий, которую можно определить несколькими способами. Превосходные характеристики этих материалов становятся очевидными при применении, подразумевающем длительное воздействие, погружение в агрессивную химическую среду или же, к примеру, воздействие вибраций, тепловых или механических ударов. Более высокий уровень защиты достигается благодаря массе обволакивающего устройство компаунда. Хотя есть и различия в зависимости от конкретного изделия, заливочные и герметизирующие компаунды всегда обеспечивают гораздо лучшую покрывающую способность, чем обеспечиваемая с помощью защитных покрытий.

Благодаря наличию объемного материала, окружающего печатную плату, заливочные и герметизирующие компаунды обычно представляют собой двухкомпонентные системы, которые при смешивании образуют цельный и полностью отверждённый материал без побочных продуктов.

Технические специалисты британской компании Electrolube разработали широкую линейку компаундов для различного применения: эпоксидные, полиуретановые и силиконовые заливочные компаунды как общего, так и специального назначения (Рис 1, табл. 1, 2, 3).

Полиуретановые компаунды обычно применяются благодаря своей эластичности, различной твёрдости по Шору и малому сроку жизнеспособности (рис 2).

Эпоксидные компаунды, в целом, являются намного более твердыми материалами, обладая по сравнению с полиуретановыми компаундами превосходной стойкостью как к химическим веществам, так и к механическим воздействиям.

Силиконовые компаунды обычно применяются в устройствах, подверженных воздействию высоких температур, и обеспечивают превосходную защиту в крайне тяжёлых условиях эксплуатации (рис 3.)

Рис. 2 Зависимость твердости по Шору компаундов Electrolube

Рис. 3  Сравнение типичных диапазонов рабочих температур компаундов Electrolube

Для не экстремальных окружающих условий компания Electrolube предлагает ассортимент защитных покрытий, обеспечивающих защиту как во влажной, так и в коррозионной среде в сочетании с удобством их нанесения. Эти материалы могут использоваться как для полного, так и для селективного нанесения на печатный узел, сводя к минимуму дополнительный вес, образуемый в результате нанесения защитного материала.

Большинство заливочных компаундов от компании Electrolube – это двухкомпонентные системы, которые при смешивании в правильной пропорции образуют в результате химической реакции полимерные материалы (рис 4).

Рис. 4  Двухкомпонентные компаунды  Electrolube

Свойства отвержденного компаунда могут быть тщательно подобраны в соответствии с требованиями заказчика.

Для многих изделий от заливочного компаунда требуется защита в обычных условиях окружающей среды – например, защита от вибраций в стандартных атмосферных условиях. Эти изделия могут различаться между собой, однако компания Electrolube предлагает компаунды общего назначения, соответствующие многим подобным требованиям.

В качестве примера можно привести следующие материалы:

• ER2188 – Эпоксидный компаунд общего назначения
• UR5604 – Полиуретановый компаунд общего назначения
• SC2001 – Силиконовый компаунд общего назначения

Существует ряд потенциальных требований к защитным компаундам для изделий со светодиодами. Типичными примерами являются оптически прозрачные компаунды для защиты самого светодиода, а также теплопроводящие материалы для более эффективного отвода тепла от светодиода или светодиодного модуля. С ростом числа светодиодных устройств также возросло и число других потенциальных требований к таким материалам, среди которых стойкость компаунда к УФ-излучению и изменению цвета, а также минимальное изменение цветовой температуры светодиода.

В качестве примера можно привести следующие материалы:

• UR5562 – Оптически прозрачный полиуретановый компаунд
• SC3001 – Оптически прозрачный силиконовый компаунд
• ER2220 – Теплопроводящий эпоксидный компаунд

Дополнительно к оптически прозрачным материалам так же есть компаунды с превосходной стойкостью к УФ-излучению.

В компании Electrolube провели испытания нескольких поставляемых заливочных компаундов на стойкость к атмосферным воздействиям. Испытания проводились в соответствии со стандартом ISO 4892, часть 3, цикл 1 «Пластики. Методы облучения лабораторными источниками света» в везерометре QUV SE для проведения ускоренных испытаний.

Результаты, полученные после воздействия в течение 1000 часов, показали, что оптически прозрачные полиуретановые и силиконовые компаунды UR5562 и SC3001 обладают превосходной стойкостью к воздействию УФ-излучения, сохраняя прозрачность в ходе испытаний. Интенсивность воздействий различается в зависимости от географического местоположения, поэтому важно правильно определить длительность воздействия при ускоренных испытаниях для вашего региона. В качестве примера, данное испытание приближённо соответствует 4-летнему атмосферному воздействию для климата, типичного для Северной Европы.

Изделия, с помощью которых производится передача радиосигналов, требуют использования заливочных компаундов, которые не создают помех передаче данных. Число таких изделий неуклонно растёт, и автомобильная промышленность – это лишь один из примеров такого роста. Увеличение числа интеллектуальных систем вызвало необходимость передачи информации от различных установленных на автомобиле датчиков на дисплей приборной панели. Основной характеристикой, на которую обычно обращают внимание в данном случае, является диэлектрическая постоянная или диэлектрическая проницаемость. Для высокочастотных приборов, например, требуется низкое значение диэлектрической проницаемости, равное 3-3,5. В состав таких материалов могут входить специальные наполнители для получения минимально возможного значения. Эти наполнители, однако, могут также затруднять перемешивание и дозирование компаунда вследствие увеличения вязкости. Поэтому наилучшим вариантом для получения значения диэлектрической проницаемости, слегка превышающего 4, может оказаться использование специального состава материала и отказ от наполнителей.

В любом случае, чтобы определить оптимальные требования по диэлектрической проницаемости для данного изделия, важно провести испытания предлагаемых компаундов (рис. 4)

• ER1451 – Эпоксидный компаунд без наполнителей
• UR5118 – Полиуретановый компаунд без наполнителей
• SC2001 – Силиконовый компаунд без наполнителей

Для применений в морских условиях требуется превосходная стойкость к погружению в соленую воду; часто также необходимо учитывать и другие требования к изделиям. Типичные применения могут включать в себя сращивание кабелей под водой, защиту светодиодного освещения на корабельной палубе, а также защиту различных датчиков. В таких случаях могут понадобиться прозрачные или цветные компаунды, которые должны обеспечивать сильную адгезию и низкое значение диэлектрической проницаемости на протяжении всего периода эксплуатации устройства в суровых условиях.

• UR5041 – Полиуретановый компаунд с высокой водостойкостью
• UR5083 – Восстанавливаемый полиуретановый гель
• UR5528 – Прочный полиуретановый компаунд с отличной адгезией

Существует множество применений, где требуется высокий уровень адгезии – либо с точки зрения прочности соединения вследствие возможных механических воздействий на узел, либо в таких применениях, как сращивание кабелей. Такие компаунды могут наноситься непосредственно или в сочетании с грунтовкой. Кроме этого, на адгезионные свойства заливочного компаунда также влияет и состояние поверхности основания – поверхности должны быть чистыми и сухими, при этом адгезия к очень гладким поверхностям достигается сложнее. Сложности в работе вызывают основания с очень низким поверхностным натяжением, такие как основания из политетрафторэтилена.

• ER1122 – Эпоксидный компаунд с высокой адгезионной способностью
• UR5545 – Быстросхватывающийся полиуретановый компаунд
• ER2195 – Эпоксидный компаунд-ингибитор горения

Существует также ряд специфических свойств, которые могут потребоваться от материала для определённых применений.

Ингибиторы горения. Материал может соответствовать стандарту UL94, где V-0 является самым высоким классом стойкости к горению.

Кроме того, компания Electrolube предлагает проведение внутрифирменных испытаний на соответствие данному стандарту с целью классификации несертифицированных материалов.

• Сертифицированные в соответствии со стандартами безопасности UL эпоксидные компаунды: ER2165, ER2188, ER2195
• Сертифицированные в соответствии со стандартами безопасности UL полиуретановые компаунды: UR5044, UR5097, UR5604
• Поставляются также и другие материалы, сертифицированные в соответствии со стандартами безопасности UL Теплопроводящие материалы

В некоторых методах измеряется только суммарное тепловое сопротивление материалов и контактное сопротивление материала/инструмента.

Компания Electrolube использует такой вариант метода теплового потока, в котором измеряются оба этих параметра по отдельности, обеспечивая тем самым намного более точное измерение объёмной теплопроводности.

• ER2220 – Теплопроводный эпоксидный компаунд
• UR5633 – Теплопроводный полиуретановый компаунд
• SC2003 – Теплопроводный силиконовый компаунд

Материалы с высокой стойкостью к воздействию химических веществ. Большинство заливочных компаундов обеспечивают защиту от кратковременного воздействия таких химических веществ, как растворители, масла и топливные материалы.

В некоторых случаях такое воздействие может быть частым или более длительным, и в этом случае необходимы специальные материалы.

• ER2162 – Химически стойкий эпоксидный компаунд
• UR5528 – Прочный полиуретановый компаунд
• SC2001 – Силиконовый компаунд общего назначения

Очень мягкие / ремонтопригодные компаунды. Для поддержания, к примеру, эластичности при низких температурах заливочный компаунд должен обладать очень низкой твёрдостью. Это особенно важно для устройств с чувствительными компонентами, подверженных резким колебаниям температуры.

Кроме того, некоторым устройствам может понадобиться восстановление. Обычно заливочные компаунды трудно удалить, однако компаунды специального состава могут обеспечивать ремонтопригодность при помощи срезания лишнего объема компаунда с устройства.

• UR5048 – Сверхмягкий полиуретановый компаунд
• UR5044 – Соответствующий требованиям стандарта UL ремонтопригодный полиуретановый компаунд
• SC2001 – Мягкий силиконовый компаунд

В некоторых случаях более эффективным способом может быть использование однокомпонентного материала и отверждение при повышенной температуре. Среди применений можно отметить нанесение компаунда сверху в виде капли, когда в противоположность заливке всего узла компаунд защищает только выбранный компонент или область печатной платы.

• ER2136 – Однокомпонентный эпоксидный компаунд
• GLR – Однокомпонентный компаунд для нанесения сверху в виде капли
• ER2219 – Однокомпонентный эпоксидный компаунд- ингибитор горения

Перед применением заливочных компаундов необходимо учитывать, какие загрязнения могут присутствовать на печатной плате или устройстве. В «безотмывочном» процессе, например, остатки на печатной плате будут некоррозионными, однако могут присутствовать другие возможные источники загрязнения. Любые потенциально опасные загрязнения, оставленные на печатной плате перед заливкой компаундом, могут привести к отказу устройства. Помимо этого, ряд загрязнений может вызывать сложности с адгезией заливочного компаунда к печатной плате или внешнему корпусу, в свою очередь, снижая уровень обеспечиваемой защиты.

Большинство заливочных компаундов представляют собой двухкомпонентные системы, поэтому для гарантии успешного применения материала необходимо учитывать как процесс приготовления смеси, так и процедуру дозирования. Все виды компаундов могут наноситься как вручную, так и с помощью автоматизированного оборудования, при этом время отверждения можно сократить при повышенных температурах.

Так же очень важно, чтобы поступление воздуха во время приготовления смеси и заливки компаундами было сведено к абсолютному минимуму. В случае с эпоксидными компаундами захват воздуха может привести к образованию пустот, тем самым влияя на обеспечиваемый уровень защиты и создавая потенциальные проблемы, связанные с различиями в коэффициентах теплового расширения. Полиуретановые компаунды восприимчивы к влаге из- за особенности отвердителя. Обычно полиуретановые компаунды отверждаются с помощью изоцианатов, которые реагируют с влагой лучше, чем со смолой. В этом случае при поступлении влаги в смоле образуются пузырьки в результате высвобождения углекислого газа, что может привести к недостаточному отверждению, оставляющему после себя мягкую или клейкую смолу. Поэтому важно следить за тем, чтобы емкости вне периода использования всегда оставались закрытыми, а автоматизированное оборудование было оснащено колоннами с молекулярными фильтрами. Рекомендуется регулярно проверять эти колонны, а также следить за тем, чтобы относительная влажность окружающей среды, в которой происходит перемешивание, дозирование и отверждение, поддерживалась в идеальном варианте на уровне ниже 70%. На силиконовые компаунды могут оказывать воздействие некоторые материалы, химические вещества, отвердители или, к примеру, пластификаторы. Они могут препятствовать отверждению силиконовых компаундов, поэтому все поверхности для подготовки материалов и оборудование необходимо поддерживать в чистоте, избегая контактов со следующими веществами:

• Оловоорганическими и металлоорганическими соединениями
• Силиконовым каучуком, содержащим оловоорганический катализатор
• Серой, полисульфидами, полисульфонами и другими содержащими серу материалами
• Аминами, уретанами или аминосодержащими материалами
• Ненасыщенными углеводородными пластификаторами
• Некоторыми видами остатков паяльных флюсов

Полиуретановые компаунды (Табл. 1)

*Точно вычисленные пропорции смешивания необходимо смотреть в техническом паспорте материала.

Эпоксидные компаунды (Табл. 2)

*Точно вычисленные пропорции смешивания необходимо смотреть в техническом паспорте материала.

Силиконовые компаунды (Табл. 3)

*Точно вычисленные пропорции смешивания необходимо смотреть в техническом паспорте материала.

** Для отверждения требуется относительная влажность воздуха 50% при комнатной температуре.