Elektronika
Moduły elektroniczne
Moduły elektroniczne coraz częściej pracują w trudnych, czasami wręcz ekstremalnych warunkach i są w zawiązku z tym, narażone na szereg niekorzystnych czynników takich jak: wilgoć, woda, chemikalia, niskie i wysokie temperatury, wibracje. Dlatego dla stabilnej i niezawodnej pracy układy elektroniczne wymagają odpowiedniego zabezpieczenia. Decyzja o zastosowaniu ochrony elektroniki i wybór odpowiedniej metody, powinien być określony już
na etapie projektowania płytki, aby uniknąć późniejszych problemów.
Lakierowanie czyli conformal coating
Podstawową metodą zabezpieczania jest lakierowanie, czyli tzw. conformal coating. Płytkę PCB z komponentami pokrywa się nieprzewodzącą, cienką powłoką, która dopasowuje się do kształtu komponentów na płytce i chroni przed wpływem środowiska, korozją, kurzem oraz pyłem. Lakierowanie pozwala na zmniejszenie odległości pomiędzy ścieżkami, padami i komponentami, jak również może stanowić ochronę mechaniczną. Lakier nanosi się zanurzeniowo, natryskowo lub pędzlem.
Firma Blelektronik posiada w ofercie gamę lakierów elektroizolacyjnych, m.in. firmy CHT UK (dawna ACC Silicones): akrylowy oraz silikonowy
Wypełnienie typu dam and fill
Wiele modułów elektronicznych, szczególnie w branży samochodowej czy kolejnictwie, wymaga grubszych powłok ochronnych. Dobrym rozwiązaniem w takim przypadku może być technologia określana terminem „dam and fill”, czyli w wolnym tłumaczeniu „ściana i wypełnienie”. W procesie dam and fill stosowane są dwa różne materiały: substancja o wysokiej i o niskiej lepkości. W pierwszym etapie materiał o wysokiej lepkości, najczęściej neutralny klej silikonowy RTV alkoxy o konsystencji pasty, dozowany jest jako ściana (dam) wokół chronionego elementu. Zapobiega to rozlaniu wypełnienia poza płytkę PCB oraz zabezpiecza elementy, które mają pozostać niepokryte zalewą np. złącza. W drugim kroku obszar wewnątrz jest wypełniany materiałem o niskiej lepkości (fill), np. płynną zalewą silikonową na całej powierzchni lub tylko jej wybranych fragmentach.
Główne zalety technologii dam and fill to m.in.:
- wyższa izolacja elektryczna
- zwiększona odporność mechaniczna na wibracje, wstrząsy
- zabezpieczenie przed korozją i chemikaliami
Zalewnie czyli potting
Najwyższy stopień ochrony urządzenia zapewnia całkowite zalanie modułu elektronicznego w obudowie tzw. potting. Dostęp do chronionego urządzenia jest w tej metodzie trudny lub niemożliwy, ale w wielu aplikacjach pracujących w ekstremalnych warunkach np. elektronika morska czy górnicza, jest to jedyna metoda gwarantująca sukces. Do zalewania elektroniki stosuje się generalnie preparaty dwuskładnikowe. W przypadku modułów elektronicznych, które dodatkowo wymagają odprowadzenia ciepła z elementów na zewnątrz, należy zastosować zalewę o podwyższonym przewodnictwie cieplnym.
Silikony charakteryzują się największą stabilnością termiczną w szerokim zakresie temperatur od –70 do 260°C. Są doskonałą bazą do tworzenia zalew o dobrym przewodnictwie cieplnym (od 0,6 do 4 W/mK). Utwardzają się do miękkich elastomerów (Shore A40…80), a przez to chronią wrażliwe komponenty SMD przed uszkodzeniem przy gwałtownych zmianach temperatury.
Epoksydy mają dobrą odporność na wysoką temperaturę nawet do 200°C, sprawdzają się w trudnych środowiskach np. w urządzeniach wymagających pracy w ciągłym zanurzeniu w wodzie czy narażonych na działanie silnych chemikaliów. Ograniczeniem przy nakładaniu żywic epoksydowych bezpośrednio na wrażliwe komponenty jest ich twardość. Blelektronik oferuje specjalistyczne żywice epoksydowe firmy Robnor ResinLab do hermetyzacji elektroniki.
Zakres twardości poliuretanów od ShoreA40 do Shore D80 pozwala na użycie ich w wielu urządzeniach. Miękkie można aplikować bezpośrednio na płytki PCB. W przypadku większości poliuretanów odporność na wyższe temperatury jest ograniczona do 130 °C.
Chłodzenie układów elektronicznych
Częstym problemem w projektowaniu urządzeń elektronicznych jest zarządzanie ciepłem i regulacja temperatury w celu optymalizacji wydajności, żywotności oraz kosztu produktu. Przy wyborze systemy chłodzenia należy wziąć pod uwagę szereg parametrów, spośród których należy wyróżnić: szczególne wymagania bezpieczeństwa min. wymaganą odporność elektryczną (izolację i rezystancję) oraz mechaniczną (palność i odporność na udary mogące spowodować uszkodzenie warstwy izolacyjnej), średnią i maksymalną moc rozpraszaną w elementach. Ważne są również: maksymalna temperatura pracy, maksymalna bezpieczna temperatura chłodzonych elementów, wydajność zewnętrznego układu chłodzenia, gładkość/porowatość powierzchni chłodzącej oraz wybrany sposób aplikacji. Dzięki szerokiej ofercie materiałów w zakresie chłodzenia układów elektronicznych, możemy dobrać optymalne rozwiązanie spośród poniższych:
Preparaty termoprzewodzące dozowane:
- kleje silikonowe 1- i 2-składnikowe – np. AS1802, AS1803, AS1707
- pasty termoprzewodzące –SG500
- zalewy silikonowe termoprzewodzące – QSIl553, SE3000
- gap fillery 2-składnikowe – TDG-L-SI-2C-Y, TDG-T-SI-2C
- żywice epoksydowe –PX439N-3, PX439XS,
Materiały termoprzewodzące:
- termoprzewodzące, elektroizolacyjne folie silikonowe – TFO –J-SI, TFO-Q-SI, TFO-X-SI
- termoprzewodzące, nieizolujące elektryczne folie grafitowe –TFO-S-CB
- miękkie gap fillery termoprzewodzące, izolujące elektrycznie – TGF-JUS-SI, TGF W-SITGF-V-NS
- materiały termoprzewodzące typu „phase change” – TPC-N-PI, TPC-W-PC
Rury cieplne – Heat Pipe
W urządzeniach gdzie klasyczne pasywne rozwiązania oparte jedynie na radiatorach są niewystarczające, rozwiązaniem może być heat pipe. Jest to 2-fazowy przewodnik ciepła w postaci hermetycznie zamkniętego, rurowego metalowego korpusu, który przewodzi ciepło na duże odległości z niewielkimi stratami. Rury cieplne stały się nieodzowną częścią nowoczesnych systemów chłodzenia. Dzięki wyjątkowo wysokiej przewodności cieplnej od 5 000 do 20 000 W/mK, są wydajniejszymi przewodnikami ciepła niż np. miedź i umożliwiają zdecentralizowane chłodzenie.
