之前我开启了环氧树脂专栏,简述了5个用户常问的关于化学品及其属性、一般树脂应用及其限制的问题。本期专栏将阐述为确保电子组件及产品的可靠性及寿命,对于电路设计人员及制造商非常重要的5个小窍门。
1. 仔细考虑PCB可能遇到的环境。为了使产品能够在最恶劣的条件下正常工作,很容易过度设计产品。但最恶劣的情况可能只是短暂的,因此具有较低温度性能指标的树脂溶液通常可应对短暂的恶劣环境。以极端温度为例,你的应用可能偶尔会遇到180℃的温度峰值,你可能会觉得用一种特殊的树脂来应对是值得的。然而,这种温度环境可能仅是短暂的;在正常操作条件下,PCB可能只会经受120°C的最高温度,从而可选择更广泛的树脂类型和应用方法。
同样,所选树脂的耐化学性将取决于化学污染的持续时间和/或程度。例如,树脂表面有一薄层污染化学品,5分钟之内擦掉,而另一树脂表面有500ml的化学品,保持1小时以上,更不用说完全浸泡,这两种化学损伤程度有明显的不同。此外,PCB可能最终暴露于化学品的范围通常是非常有限的,并且几乎肯定不是在设计阶段常列出的范围,只是为了安全起见,需要认真对待。
2. 通常可能会影响PCB的环境因素有温度、化学腐蚀、物理冲击(振动)和热冲击;窍门是决定哪一种环境因素可能会对PCB产生最大的影响,然后有针对性地选择适当的树脂。3种主要树脂类型(环氧树脂、聚氨酯和硅树脂)都有其优点和缺点。
在所有树脂化学品中,硅树脂具有最宽的连续操作温度范围,因此对于高低温应用,以及那些易受到热冲击的应用,自然会选择它们。在这一温度范围内他们仍可保持柔韧性,随着时间的推移几乎没有退化的迹象。它的缺点是,有机硅在某些基板上的附着性差,它们的耐化学性不如环氧树脂。
除了具有极佳的耐化学性外,环氧树脂还具有良好的温度性能。 然而,由于它们的刚性属性,环氧树脂不能很好地防止物理冲击。 另一方面,聚氨酯具有优异的耐湿性和抗物理冲击性,但其耐高温性能差。 因此,聚氨酯最好限制在-40至+ 120°C之间的应用中。 然而,与硅树脂相比,环氧树脂和聚氨酯的确具有相似的柔韧性和与很多基板具有更好的附着力,并且成本更低。
3. 当PCB安装在一个外壳中,浇注树脂完全灌封PCB时,需要考虑外壳的制成材料。如果外壳是塑料的,通常是注塑成型的,因此表面上可能有脱模剂痕迹,会导致树脂附着性差,所以灌封前要先除去脱模剂。一些塑料对湿气很敏感,在潮湿条件下可能会发生尺寸和其它物理变化,这将对外壳、灌封树脂、PCB和元器件造成物理应力。如果外壳是由钢、铝或其它金属制成的,必须考虑外壳与树脂之间热膨胀系数的差异,而且所采用的表面处理可能也会影响树脂的附着。
4. 通常,树脂层越厚,保护效果越好;但是,除非PCB上的所有器件的高度是一致的,否则电路板的树脂层厚度是有变化的,并且为个别组件提供的保护效果可能会略有不同。良好的板设计和元器件选择将大大缓解这类问题,但最薄的树脂层必须能够为电路板提供全面的保护。当然,如果希望/需要减轻重量和/或体积,设计者倾向于减少施加的树脂量。 尽管如此,需要考虑预期的使用寿命,较厚的树脂层通常能提供更好的长期保护。
6. 切记,在考虑灌封树脂之前,需要彻底清洁PCB。 表面污染物可能会对灌封所提供的保护效果产生负面影响,特别是会对耐化学腐蚀产生影响(因为表面污染物使化学品渗透更容易)。 另外,由于树脂和PCB之间的弱夹层形成,污染物将影响树脂对物理冲击和热冲击的吸收能力,最终导致分层。 当然,在清洁之后,必须去除溶剂或清洗溶液,并且在灌封树脂之前需要使PCB完全干燥。
通过关注这些基本的设计建议,就可能达到可靠性和长期使用寿命,从而确保与客户建立长期愉快的合作关系! 在接下来的几个月中,我将关注树脂的正确选择和应用方面的各种问题,欢迎关注今后的本专栏。
Alistair Little是Electrolube公司树脂分公司的全球业务/技术总监。