Глобальная автомобильная промышленность – один из ключевых секторов рынка электроники. Быстрое развитие и расширение данной отрасли из-за растущих требований потребителей и высокого уровня конкуренции привели к тому, что она оказалась на переднем крае применения электроники. Стандарты часто пересматриваются для того, чтобы задать возможно лучшие рабочие характеристики каждого электронного устройства в автомобиле. Это одни из тех стандартов, обеспечить соответствие электронных изделий, которым сложнее всего, что еще раз подтверждает надежду и желание данной отрасли обеспечить для своих клиентов оптимальные характеристики.
Сегодня электронные системы в типичном автомобиле оказывают критическое влияние на его устойчивую и безопасную работу. Даже до запуска двигателя электроника уже должна открыть замки автомобиля. Как только вы заводите двигатель и нажимаете на педаль газа, датчики начинают помогать вам выехать с парковки, блоки управления двигателем регулируют параметры работы двигателя, выполняется мониторинг давления в шинах, а системы безопасности включаются в режиме ожидания. Когда вы готовитесь к поездке, настраиваете кондиционер, проверяете, что телефон подключен к мультимедийной системе, и включаете свою любимую музыку, оживает еще больше электронных систем. Электроника продолжает управлять температурой в салоне с помощью системы нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха. Датчики и системы управления выявляют аварийные ситуации, задействуют подушки безопасности и защиту от бокового удара и могут автоматически известить чрезвычайные службы о месте происшествия, если водитель потерял дееспособность. Управление торможением позволяет предупредить опасные ситуации, такие как блокировка тормозов. Автоматическая трансмиссия и системы управления применяются для максимально эффективного использования топлива, мониторинга и сведения к минимуму выбросов в атмосферу. Активные системы предупреждения столкновений с помощью камер и радаров предупреждают водителей об угрожающих ситуациях и препятствуют выезду из полосы. Использование автомобильной электроники получило установку на непрерывное развитие, поскольку потребители требуют все более высоких характеристик, большей безопасности, комфорта, удобства и средств развлечений в своем автомобиле. Разрабатываются системы, которые будут делать еще больше, чтобы не допускать аварий, защищать и развлекать водителя и пассажиров и снижать влияние поездок на окружающую среду.
Поскольку электронные системы часто составляют более 20% общей стоимости автомобиля, и на автомобиль предлагается гарантия 5-7 лет, надежность этих электронных систем имеет жизненно важное значение. Учитывая требование, что автомобили должны быть более экологичными и эффективными, ключевыми факторами достижения самых высоких целей в этой области являются инновации и кооперация. Специалисты компании Electrolube разработали специальную линейку готовых химических составов для автомобильной промышленности, предлагая законченное решение для всех уровней защиты.
С повышением требований к точности, производительности и надежности, с увеличением срока гарантии на новые транспортные средства, возникает необходимость обеспечить надежность при приемлемой стоимости новых электронных систем автомобиля, что является одной из самых больших проблем, стоящих перед поставщиками компонентов. С течением времени ужесточаются требования к температурным режимам работы электронных систем автомобиля, они должны выдерживать более широкие температурные перепады, высокую влажность, быть устойчивыми конденсату и к агрессивным газам. В условиях стремления человека к использованию электрических транспортных средств, гораздо более высокие значения напряжения считаются нормой, в связи с этим требуется повышенная диэлектрическая защита, устройства должны быть достаточно компактными и легкими. Повышенная сложность электронных систем зачастую означает, что они более чувствительны к загрязнениям и воздействиям внешней среды. С увеличением степени взаимосвязи между системами сбой в одной системе может привести к последствиям в другой. В отличие от аэрокосмической промышленности, где может быть 2 или 3 кратный запас при проектировании электронных систем, в автомобильной индустрии, системы должны стабильно работать, в первый и каждый раз на протяжении всего срока службы изделия.
Защитные покрытия представляют собой тонкие полимерные покрытия, которые часто используются для обеспечения необходимой защиты от окружающей среды, без значительного увеличения стоимости или веса. Эти покрытия, обычно наносимые слоем толщиной 25-75 мкм, повторяют контуры платы, обеспечивая отличную защиту и качество покрытия, в конечном счете увеличивая срок службы платы. Защитные покрытия делятся преимущественно на две категории – для электроники в салоне автомобиля, и вторая - под капотом. Деление на основные категории удобно для определения основных требований к каждой из них, но, конечно же, с увеличением сложности и многофункциональности узлов электронных систем, традиционные категории продолжают сливаться, и движение к более высокой мощности электроники в электрических автомобилях размывает эту линию дальше.
Электронные датчики и системы, расположенные в пассажирском салоне, подвергаются в основном тем же воздействиям окружающей среды, что и сам автомобиль. В зимнее время, это означает экстремальный холод и тенденцию к образованию конденсата. В летнее время тенденция к теплой и влажной атмосфере. Конденсат и высокая влажность негативно сказываются на надежности электроники, способствуя образованию коррозии. В дополнение к этим факторам, электроника может подвергаться воздействию атмосферных загрязняющих веществ, моющих растворов. Любой из этих факторов может быть потенциальной угрозой надежности, особенно в сочетании с влажностью и конденсацией.
Коррозия представляет собой сложный электрохимический процесс, с различными потенциальными механизмами и причинами, выходящими далеко за рамки данной статьи, однако, в подавляющем большинстве случаев, есть 3 фактора, влияющие на возникновение коррозии (рис 1).
- Электрохимическое взаимодействие разнородных металлов (например, золото / серебро и никель / олово).
- Присутствие ионных частиц (обычно соли, галогенангидриды, гидроксиды и т.д.).
- Наличие монослоев конденсированной воды, для для ионных частиц, в результате получается раствор электролита.
Для того, чтобы предотвратить возможность возникновения коррозии, необходимо удалить одно из необходимых условий.
Выбор металлов ограничен теми, которые используются в припое, при условии неоднородности, всегда будут существовать участки разности потенциалов в связи с характером электронного узла. Очистка может помочь удалить ионные частицы, но не может предотвратить повторное осаждение ионных частиц из рабочей среды.
Рис. 1. Факторы влияющие на возникновение коррозии.
Защитные покрытия Electrolube помогают предотвратить образование электролитических растворов, выступая в качестве барьеров влаги. Покрытие должно обеспечивать надежную защиту от влаги и должно иметь хорошую адгезию к подложке, чтобы предотвратить отслаивание (рис2). После того, как покрытие отслоилось, влага может в конечном итоге собраться в этом «кармане», в результате чего образует электролитический раствор с ионными загрязнениями. Поэтому настоятельно рекомендуется отмывать узлы до нанесения конформного покрытия, чтобы максимально сократить количество факторов, приводящих к коррозии.
С учетом относительно благоприятной воздействующей среды, которая воздействует на электронику в салоне автомобиля, акриловые защитные покрытия исторически доминировали в этом сегменте, предлагая всестороннюю защиту высокого уровня, особенно в отношении высокой влажности, проливаний и брызг.
Основные различия между требованиями по защите электроники под капотом и в салоне обусловлены размещением. Окружающая среда подкапотного пространства может быть гораздо менее контролируемой, с более высокими максимальными рабочими температурами и гораздо больше возможностей для загрязнения топливом, маслами, моющими жидкостями, агрессивными газами, металлическими частицами и грязью от дороги.
Если коротко, в подкапотном пространстве и других местах вне салона должна обеспечиваться защита от гораздо более жестких условий.
Для того чтобы противостоять этим вызовам, требуется новый тип защитного покрытия. Эти покрытия должны быть чрезвычайно устойчивы к сырости, химическим воздействиям, должны обладать высокой гибкостью, для того, чтобы выдержать циклические расширения и сжатия при термоударе, должны выдерживать высокие рабочие температуры.
Для того, чтобы противостоять экстремальным условиям окружающей среды, Electrolube разработал новый модельный ряд очень прочных, не содержащих растворителей, модифицированных полиуретановых защитных покрытий, которые предназначены для применения с нанесением большей толщиной, чем обычные защитные покрытия, отверждением в течение 10 минут при 80 ° С и подверг их климатическим испытаниям для проверки на прочность.
Климатические испытания включают в себя воздействие на платы или тестовые купоны с покрытием различных сложных условий. На приведенной ниже диаграмме показаны результаты испытаний на воздействие влажности (отн. вл. 85-90%, 40°C, пост. напряжение 50 В, 168 ч) и на воздействие солевого тумана (IEC 60068-2-11, 5%-ый солевой раствор, 35°C, 168 ч). (рис. 3)
Рис. 2. Защитные покрытия Electrolube
При испытаниях на воздействие коррозийного газа платы подвергаются воздействию смешанной газовой среды, содержащей сероводород и сернистый ангидрид. На представленной ниже диаграмме показаны результаты измерений поверхностного сопротивления изоляции (SIR) после воздействия смешанного коррозийного газа в соответствии со стандартом BS EN 60068-2-60, методика 1 (рис 4).
Рис. 3. Климатические испытания защитных покрытий Electrolube
Рис. 4. Испытания на воздействие коррозийного газа на защитные покрытия Electrolube
Погружение в воду – это крайне тяжелое испытание для конформных покрытий. Большинство покрытий выдерживают погружение на короткие периоды времени, однако при более длительном воздействии могут проявиться проблемы. Платы с покрытием погружались в воду на 7 дней, и сравнивались результаты измерений поверхностного сопротивления изоляции (рис 5).
Основные отличия в требованиях к защите электроники подкапотного пространства и салона вызваны местом расположения первой из них. Условия могут оказаться намного менее контролируемыми и отличаться более высокими максимальными рабочими температурами и значительно бóльшими возможностями загрязнения ГСМ, маслами, моющими средствами, коррозийными газами, металлическими частицами, соленой водой, брызгающей после посыпания дорог солью, и проч.
Подкапотная электроника также подвергается гораздо более интенсивным испытаниям, на переднем плане которых термоудар. Из-за множества возможных климатических условий и частых изменений температуры при эксплуатации автомобиля крайне необходимо, чтобы любой материал, применяемый для улучшения эксплуатационных характеристик, также мог выдерживать такие сложные и изменчивые условия и продолжал обеспечивать требуемую защиту от них ( рис 10). Из-за таких изменчивых внешних условий существенное значение для увеличения срока службы изделий и обеспечения эффективного и устойчивого функционирования, в особенности, в отношении критичных для безопасности функций, имеет обеспечение теплового режима. Коротко говоря, для находящихся под капотом и прочих наружных электронных сборок требуется обеспечивать защиту и улучшать эксплуатационные характеристики в гораздо более сложных условиях (рис 6).
Рис. 5. Испытание погружением в воду защитные покрытия Electrolube
Рис. 7. Сравнение теплопроводности материалов для обеспечение теплового режима Electrolube
Теплопроводность, измеряемая в Вт/м·К, отражает способность материала проводить тепло. Значения теплопроводности большого объема материала являются хорошим показателем ожидаемого уровня теплопередачи, что позволяет сравнивать различные материалы. Однако использование только значений теплопроводности большого объема материала не всегда приводит к получению наиболее эффективного теплоотвода. Чтобы получить оптимальную эффективность теплопередачи, пользователи должны использовать теплопроводность большого объема (рис 7).
Наружные устройства могут быть очень разнообразными, будь то датчики, передающие информацию от различных деталей автомобиля, или специальные двигатели, приводящие в движение, например, стеклоочистители (рис. 11) Большое разнообразие доступных материалов компании Electrolube означает, что могут быть предоставлены решения для широкого спектра вариантов. Отрасль систем освещения – еще один быстро расширяющийся рынок, особенно с учетом непрерывного роста и развития светодиодных решений. Благодаря свободе выбора конструкторских решений и улучшенным характеристикам, обеспечиваемым светодиодными системами, области применения становятся все более разнообразными и интересными, и при этом нельзя забывать о достижении желаемого эстетического эффекта, надежности и сроке службы изделия. Продукция компании Electrolube может применяться для того, чтобы помочь конструкторам защитить светодиодные системы в различных условиях, включая условия с быстрым изменение температуры и коррозийные среды.
Рис. 6. Материалы для обеспечения теплового режима Electrolube
Рис. 8. Заливочные компаунды Electrolube
Заливочные компаунды обеспечивают повышенную защиту в дополнение к защитным покрытиям в очень сложных условиях внешней среды, включая вибрацию, механические или термоудары. Среди областей применения – заливка плат, мест сочленения кабелей, общая заливка и обеспечение общей защиты (рис 8)
Кроме того, в автомобильной промышленности широко применяются светодиоды, и они могут подвергаться воздействию различных условий, точно таких же, что и прочие электронные изделия, о которых идет речь. Такие условия, как солевой туман, химическая среда или среда коррозийного газа, могут создать большие проблемы в обеспечении долговечности светодиодных изделий.
Коррозийные газы могут вызывать особое беспокойство из-за проницаемости, свойственной линзам светодиодов. Если коррозийные газы попадут в светодиод, они могут привести к изменению цвета и снижению светового потока (рис 9). Выбор правильного защитного материала может предотвратить возникновение данной проблемы и обеспечить долговечность устройства.
Рис. 9. Процентное снижение светового потока после воздействия смеси коррозийных газов
Рис. 10. Пример использования материалов Electrolube в подкапотном пространстве
Рис. 11. Пример использования материалов Electrolube в наружном пространстве автомобиля
Для того, чтобы удовлетворить потребности автомобильной промышленности в повышения надежности электроники при неблагоприятных условиях, Electrolube разработал целый ряд высоко эффективных защитных покрытий, не содержащих растворителей. Эти покрытия были разработаны для применения при больших толщинах нанесенного слоя, чтобы устранить типичные дефекты нанесения и улучшить покрытие тонких краев.
Автор: Буданова Ирина, руководитель отдела маркетинга ООО «ПРОТЕХ», по материалам компании Electrolube Со. [email protected]