PCB Waterproof Potting Compound vs Silicone Gel: Làm thế nào để chọn bảo vệ phù hợp

"Chống thấm cho PCB" nghe có vẻ là một nhiệm vụ duy nhất, nhưng ngành công nghiệp sử dụng ba công nghệ riêng biệt để thực hiện điều đó, và chúng không thể thay thế cho nhau:

• Lớp phủ bảo vệ — một lớp màng dày 25–200 µm, thường là acrylic, urethane, silicone hoặc parylene, được áp dụng bằng cách phun, nhúng hoặc quét.
• Gel silicone — một chất đóng gói rất mềm, có mô đun thấp (Shore OO 10–40), được đổ hoặc phân phối lên bảng mạch, thường dày 0,8–3 mm, thường yêu cầu khung chứa.
• Hợp chất đóng gói — một chất đóng gói kết cấu (silicone, polyurethane hoặc epoxy) lấp đầy vỏ và trở thành một phần của cấu trúc cơ khí.

Mỗi loại nằm ở một điểm khác nhau trên đường cong chi phí quy trình so với bảo vệ. Chọn sai loại là một trong những lý do phổ biến nhất khiến thiết kế IP67 hoặc IP68 thất bại trong quá trình xác nhận — hoặc một sản phẩm đắt tiền trở nên không thể sửa chữa được.

Lớp phủ hoạt động bằng cách chặn các màng ẩm bề mặt và sự ô nhiễm gây ra sự di chuyển điện hóa và sự phát triển của dendrite. Nó rất tốt cho độ ẩm, ngưng tụ và ô nhiễm, và nó hầu như không làm tăng khối lượng hoặc điện trở nhiệt. Nó không chịu được ngâm nước tốt: các lỗ kim, các khuyết tật ở cạnh tại các đầu nối và các khe hở mao dẫn dưới các linh kiện lớn trở thành đường rò rỉ, và lớp màng quá mỏng để chống lại áp lực thủy tĩnh hoặc mài mòn cơ học.

Sử dụng cho: bảng mạch tiêu dùng và công nghiệp trong vỏ kín, bảng mạch nơi trọng lượng và điện trở nhiệt quan trọng, và các sản phẩm có vòng lặp sửa chữa.

Gel là sự thỏa hiệp tốt nhất cho hầu hết các thiết bị điện tử ngoài trời và ô tô. Mô đun rất thấp của nó có nghĩa là nó hấp thụ sự không khớp CTE thay vì truyền ứng suất vào các mối hàn — đây là lý do tại sao nó cải thiện đáng kể tuổi thọ chu kỳ nhiệt trên các gói BGA và QFN lớn. Nó làm ướt hoàn toàn bảng mạch, loại bỏ các khe hở mao dẫn và che khuất mà lớp phủ gặp phải, và nó ổn định nhiệt từ −50 đến +200 °C.

Giới hạn của nó: gel yếu về mặt cơ học, vì vậy nó phải được chứa bởi vỏ hoặc đập; nó dẫn nhiệt chỉ ở mức độ vừa phải ở các loại chưa được lấp đầy; và nó không phải là rào cản cho việc ngâm sâu hoặc kéo dài.

Sử dụng cho: thiết bị IoT ngoài trời, bảng mạch điều khiển ô tô, bộ điều khiển LED, bộ nguồn và bất kỳ bảng mạch nào có mối hàn diện tích lớn tiếp xúc với chu kỳ nhiệt.

Đóng gói là tùy chọn duy nhất cung cấp khả năng niêm phong cấp độ ngâm cộng với tính toàn vẹn kết cấu. Vỏ được lấp đầy chống lại áp lực thủy tĩnh, rung động, sốc và tấn công hóa học. Việc lựa chọn hóa học cơ bản có ý nghĩa to lớn:

• Đóng gói silicone: mô đun thấp, phạm vi nhiệt độ rộng, tốt nhất cho độ tin cậy chu kỳ nhiệt và khả năng sửa chữa khi sử dụng các loại có thể bóc.
• Polyurethane: độ bền cơ học và độ bám dính tốt, chi phí trung bình, nhưng phạm vi nhiệt độ cao bị hạn chế và khó sửa chữa.
• Epoxy: khả năng chống cơ học và hóa học cao nhất, các tùy chọn dẫn nhiệt cao — nhưng mô đun cao và sự không khớp CTE, có thể làm nứt các mối hàn hoặc linh kiện dưới sốc nhiệt. Chỉ sử dụng khi thiết kế đã được xác nhận cho nó.

Sử dụng cho: sản phẩm ngâm IP68, thiết bị hàng hải và ngoài trời, mô-đun EV và pin, cảm biến và đầu nối, và bất kỳ sản phẩm nào mà chất đóng gói là một yếu tố kết cấu.

• Che khuất lớp phủ: phun không thể tiếp cận dưới các linh kiện cao. Nếu sự ô nhiễm có thể ngưng tụ ở đó, lớp phủ sẽ không bảo vệ khu vực quan trọng.
• Gel không có khung chứa: gel chảy ra khỏi cạnh bảng mạch làm lộ ra chính xác đường rò rỉ mà bạn đang bảo vệ.
• Epoxy trên các gói lớn: mô đun cao cộng với sự không khớp CTE bằng mỏi mối hàn sau vài trăm chu kỳ nhiệt, ngay cả khi bảng mạch được niêm phong hoàn hảo.
• Đóng gói trên các đầu nối: hợp chất thấm vào thân đầu nối làm chặn kết nối hoặc làm ô nhiễm các tiếp điểm. Che chắn bằng cơ học, không chỉ bằng băng dính.
• Hợp chất chưa đóng rắn hoặc có lỗ rỗng: lỗ rỗng tập trung ứng suất và hoạt động như bể chứa độ ẩm; khử khí và kiểm tra.

• Làm sạch và, khi cần, sơn lót bảng mạch và vỏ — các lỗi bám dính chiếm phần lớn các trường hợp trả về.
• Che các đầu nối, quang học, cảm biến áp suất và điểm kiểm tra.
• Khử khí hợp chất đã trộn ở ≤ 5 mbar; phân phối từ một góc để đẩy không khí về phía trước dòng chảy.
• Kiểm soát tỷ lệ trộn chính xác, đặc biệt đối với các hệ thống đóng rắn cộng 1:1.
• Xác minh quá trình đóng rắn bằng độ cứng, không phải bằng cách chạm vào bề mặt; xác nhận không bị ức chế bởi cặn thông lượng hoặc găng tay.
• Kiểm tra các mẫu đầu tiên bằng X-quang hoặc cắt ngang để tìm lỗ rỗng và các điểm mỏng.
• Xác nhận bằng tiền xử lý (chu kỳ nhiệt cộng 85/85) trước khi kiểm tra IP — một mẫu mới vượt qua IP68 chứng minh rất ít.

Lớp phủ bảo vệ có đạt được IP68 không?
Không đáng tin cậy một mình. Với vỏ kín tốt và lớp phủ bao phủ tất cả các bề mặt, có thể đạt được IP67, nhưng IP68 cấp độ ngâm thường yêu cầu gel hoặc đóng gói.

Gel silicone có phù hợp cho môi trường rung động cao không?
Nó bảo vệ các mối hàn tốt, nhưng nó không cố định các linh kiện nặng về mặt cơ học. Thêm keo dán hoặc chất kết dính cho các tụ điện điện phân lớn, đầu nối và máy biến áp.

Loại nào tốt hơn cho tản nhiệt — gel hay đóng gói?
Cả hai đều có thể được lấp đầy. Đóng gói dẫn nhiệt (1,5–3,0 W/m·K) thường được sử dụng khi nhiệt phải đi qua hợp chất đến thành vỏ; gel chưa lấp đầy là một đường dẫn nhiệt kém.

Bảng mạch được đóng gói có thể sửa chữa được không?
Chỉ với các loại silicone có thể bóc, hoặc bằng cách đào bỏ phá hủy. Nếu khả năng bảo trì là một yêu cầu, hãy quyết định điều này trước khi chọn hóa học.

Lớp phủ bảo vệ, gel silicone và hợp chất đóng gói giải quyết các phần khác nhau của cùng một vấn đề. Kết hợp công nghệ với ứng suất thực tế: chỉ độ ẩm, chu kỳ nhiệt hoặc ngâm. Sau đó, chọn hóa học theo mô đun và phạm vi nhiệt độ, và xác nhận bằng thử nghiệm tiền xử lý. Hầu hết các lỗi PCB chống thấm nước không phải là lỗi vật liệu — chúng là lỗi áp dụng sai.

Chúng tôi sản xuất gel silicone RTV-2, hợp chất đóng gói mô đun thấp, các loại dẫn nhiệt và hệ thống có thể bóc để bảo vệ PCB, và có thể giúp bạn chuyển từ hồ sơ ứng suất sang thông số kỹ thuật đã được xác nhận.