Wybór związków do gotowania do elektroniki samochodowej: wymagania dotyczące temperatury, wilgotności i AEC-Q

Motoryzacyjny związek do zalewania nie jest wybierany wyłącznie na podstawie karty katalogowej. Jest wybierany w oparciu o profil naprężeń: zimne rozruchy w temperaturze -40°C, nagrzewanie pod maską do 125°C lub 150°C, 85°C przy 85% wilgotności względnej przez 1000 godzin, tysiące cykli termicznych, ciągłe wibracje, mgła solna i kontakt z paliwem, olejem i chłodziwem. Uszczelniacz musi przetrwać wszystko to, jednocześnie utrzymując połączenia lutowane pod nim w nienaruszonym stanie – i nie unieważniając kwalifikacji AEC-Q, którą komponenty już zdobyły.

Ten przewodnik dopasowuje te wymagania do konkretnych właściwości materiałowych i zawiera macierz wyboru według obszaru zastosowania motoryzacyjnego.

Powszechne nieporozumienie: związki do zalewania same w sobie nie posiadają certyfikatu AEC-Q. AEC-Q100 dotyczy zintegrowanych układów scalonych w obudowach, AEC-Q101 dyskretnych półprzewodników, AEC-Q200 komponentów pasywnych, AEC-Q102 optoelektroniki, a AEC-Q104 modułów wieloukładowych. Dostawca komponentów kwalifikuje matrycę i obudowę; uszczelniacz nie może pogorszyć tej kwalifikacji.

W praktyce oznacza to, że materiał do zalewania musi:

• Przetrwać te same testy naprężeń, do których zakwalifikowano moduł, bez pękania, rozwarstwiania lub wydzielania szkodliwych substancji.
• Nie wprowadzać zanieczyszczeń jonowych (chlorków, sodu, potasu), które powodują migrację elektrochemiczną lub korozję metalizacji aluminiowej i srebrnej.
• Zapobiegać zmęczeniu połączeń lutowanych spowodowanemu przez różnicę współczynników rozszerzalności cieplnej między krzemem (≈3 ppm/K), lutem, miedzią (≈17 ppm/K) a samym związkiem.
• Utrzymać wytrzymałość dielektryczną po ekspozycji na wilgoć – w pełni utwardzony silikon zazwyczaj zachowuje > 18 kV/mm; materiał nasiąknięty wilgocią, z pustkami, już nie.

Silikonowe związki do zalewania wygrywają w elektronice motoryzacyjnej głównie dzięki niskiemu modułowi. Utwardzony silikon o twardości Shore A 20–40 lub żel o twardości Shore OO 20–40 z wydłużeniem 150–400% pochłania różnicę CTE zamiast przenosić ją na połączenia lutowane. W przypadku dużych pakietów BGA lub pakietów chip-scale, niski moduł jest zazwyczaj cenniejszy niż wysoka przewodność cieplna. Cel: moduł poniżej ~5 MPa dla dużych pakietów, wydłużenie powyżej 100%.

Niewypełniony silikon przewodzi około 0,2 W/m·K. Wypełnione gatunki osiągają 1,0–3,0 W/m·K, ale wypełnienie zwiększa moduł, zwiększa różnicę CTE z obudową i komplikuje dozowanie. Używaj gatunków przewodzących ciepło tam, gdzie ciepło faktycznie musi przejść przez związek (moduły mocy, przetwornice OBC/DC-DC, sterowniki LED), a dla płyt sterujących, gdzie związek jest warstwą ochronną, a nie ścieżką termiczną, zachowaj gatunki o niskim module, niewypełnione lub lekko wypełnione.

Systemy utwardzania addycyjnego katalizowane platyną (1:1) są standardem w motoryzacji: brak produktów ubocznych, utwardzanie w głębokich sekcjach, kontrolowany czas życia, utwardzanie przyspieszane ciepłem. Ich słabością jest inhibicja przez siarkę, cynę, aminy oraz niektóre pozostałości uretanów i epoksydów – realne ryzyko w zakładzie, gdzie te same uchwyty dotykają różnych chemii. Systemy utwardzania kondensacyjnego (10:1) są bardziej tolerancyjne na podłoża, ale podczas utwardzania uwalniają alkohol lub kwas octowy, które mogą korodować miedź i naprężać zamknięte obudowy; utwardzają się również wolno w grubych sekcjach. Dla zamkniętych modułów motoryzacyjnych, utwardzanie addycyjne 1:1 z potwierdzoną kompatybilnością podłoża jest bezpieczniejszym wyborem.

Lotne siloksany mogą skraplać się na stykach przekaźników, powierzchniach optycznych i szybach czujników, powodując dryft rezystancji styku lub zaparowanie. Określ gatunki o niskiej lotności dla wszystkiego, co zawiera optykę lub przekaźniki, i zażądaj danych o zawartości jonów (Cl⁻, Na⁺, K⁺) dla obwodów o wysokiej impedancji.

UL94 V-0 jest często wymagane w modułach pojazdów; potwierdź również zgodność z RoHS/REACH, a w przypadku pakietów akumulatorów EV – odpowiednie oczekiwania dotyczące odporności ogniowej projektu pakietu.

• Test kompatybilności podłożaprzed produkcją: zalej próbkę rzeczywistego materiału obudowy i utwardź; sprawdź pod kątem inhibicji, przyczepności i przebarwień.
• Odgazowanieprzy ≤ 5 mbar; pustki są główną przyczyną awarii HAST i szoku termicznego w zalewanych modułach.
• Weryfikacja profilu utwardzaniaza pomocą DSC lub rozwoju twardości, a nie przez dotykanie powierzchni. Lepka powierzchnia nad utwardzonym rdzeniem jest powszechna w systemach z inhibitorami.
• Inspekcja pustekza pomocą rentgena lub tomografii komputerowej na pierwszej sztuce i po każdej zmianie dozowania; zdefiniuj akceptowalny ułamek powierzchni pustek.
• Wstępne kondycjonowanie przed testami niezawodności:zanurzenie w wilgoci plus ekspozycja równoważna lutowaniu dla modułów, które przechodzą lutowanie montażowe.
• Weryfikacja elektryczna po teście:rezystancja izolacji, wytrzymałość dielektryczna i test funkcjonalny po każdym bloku naprężeń.
• Test przyczepnościna próbkach produkcyjnych na partię, zwłaszcza po zmianach podkładu lub czyszczenia.

• Zmęczenie połączeń lutowanych pod wpływem szoku termicznego:moduł związku zbyt wysoki lub CTE zbyt dalekie od miedzi – przełącz na niższy moduł, a nie na grubszą warstwę.
• Rozwarstwienie na ścianie obudowy:zanieczyszczona powierzchnia, brak podkładu lub inhibicja utwardzania; pogarszane również przez nadmierną grubość i wysoki moduł.
• Wzrost prądu upływu po wilgotnym cieple:zanieczyszczenie jonowe lub niepełne utwardzenie – sprawdź materiał przychodzący i stosunek mieszania.
• Zaparowanie na powierzchniach optycznych:zbyt wysoka zawartość lotnych związków lub zbyt szybkie utwardzanie; określ gatunek o niskiej lotności i wolniejszy ramp.
• Osiadanie wypełniacza podczas przechowywania:silnie wypełnione gatunki przewodzące wymagają mieszania przed dozowaniem; zdefiniuj okres przydatności do użycia i procedurę mieszania.

Czy związek do zalewania z AEC-Q100 wymieniony w karcie katalogowej jest rzeczywiście zgodny?
Traktuj takie twierdzenia ostrożnie. AEC-Q100 kwalifikuje obudowę układu scalonego, a nie uszczelniacz. Zapytaj zamiast tego o dane testowe pokazujące, że związek przeszedł testy szoku termicznego, 85/85 i HAST na poziomie modułu.

Czy mogę używać jednego związku do zalewania we wszystkich modułach motoryzacyjnych?
Zazwyczaj nie. Wymagania dotyczące przewodności cieplnej, modułu, CTI i odgazowania znacznie różnią się między stopniem mocy a przednim końcem radaru. Krótka, kwalifikowana lista dwóch lub trzech gatunków jest praktycznym optimum.

Czy niski moduł oznacza słabą ochronę?
Nie. Niski moduł poprawia ochronę przed zmęczeniem spowodowanym przez CTE, które dominuje w awariach polowych w motoryzacji. Ochrona przed wstrząsami mechanicznymi pochodzi głównie z obudowy.

Ile czasu zajmuje kwalifikacja?
Bloki szoku termicznego i wilgotnego ciepła zazwyczaj trwają 6–12 tygodni. Zaplanuj wybór materiału przed zamrożeniem projektu modułu, a nie po nim.

Wybór związku do zalewania dla elektroniki motoryzacyjnej to ćwiczenie kwalifikacyjne, a nie przeglądanie katalogu. Zacznij od profilu naprężeń, wybierz chemię utwardzania ze względu na ryzyko zanieczyszczenia w Twoim zakładzie, zdecyduj, czy związek jest warstwą ochronną, czy ścieżką termiczną, i waliduj na poziomie modułu. Ta sekwencja zamienia przechodzącą kartę katalogową w przechodzący PPAP.

Nasza gama silikonów RTV-2 i związków do zalewania obejmuje gatunki ochronne o niskim module, gatunki przewodzące ciepło od 1,0 do 3,0 W/m·K oraz systemy ognioodporne do zastosowań EV. Prześlij nam rysunek modułu i profil testowy, a my zaproponujemy zatwierdzoną krótką listę z ilościami próbek.