Ingjutning med silikon för elektronik för maximalt skydd

Ingjutning med silikon för maximalt skydd av elektronik. Det finns flera typer av gjutmassor som är populära att använda för att skydda elektronik. I det här inlägget ska vi titta på fördelarna
med att välja en silikon och hur du väljer mellan en silikonelastomer eller en
gel.

Varför ska jag välja att använda en silikongjutmassa eller gel istället för ett kretskortslack?

En gjutmassa ger bättre skydd samt snabbare och enklare härdningsalternativ än kretskortslack när:

  • Komponenter på kretskortet är mer än 200 mikrometer höga.
  • Kretskortet har en mer invecklad topografi.
  • Kretskortet har känsliga trådar eller lödpunkter.

Varför välja silikon istället för organiska gjutmassor eller geler?

Ingjutning med silikon för elektronik, silikoner har en rad fördelar gentemot uretaner och epoxi:

  • Maximalt skydd – speciellt när det gäller silikongeler – mot mekanisk spänning vid till exempel termisk cykling eller vid stor skillnad i utvidgning hos olika material.
  • Extraordinärt skydd mot slag och vibrationer.
  • Bättre temperaturtålighet och mer pålitlig prestanda vid temperaturer mellan -45 ˚C och 200 ˚C.
  • Bättre vattenbeständighet och större beständighet mot kemikalier och UV-strålning.
  • Minskad eller helt eliminerade försiktighetsåtgärder vid hantering som ofta förknippas med härdplaster så som polyuretan och epoxi. Till exempel skador vid inandning eller risk för allergier.
  • Härdschemat hos silikoner kan anpassas till produktionen utan betydande förändringar i slutegenskaperna.
  • Enkel bearbetning utan behov av ugnar eller oro över exoterma reaktioner (som för epoxi).
  • Enkelt att omarbeta eller reparera om nödvändigt.
  • Brett urval av produkter med olika egenskaper.

Passar en silikonelastomer eller en gel bäst?

Ingjutning med silikon för elektronik. Både gjutmassor som består av elastomerer och geler kan ge liknande fördelar så som utmärkt dielektriskt skydd, skydd mot omgivande miljö, termisk stabilitet och mekaniskt skydd. De flesta silikoner för ingjutning är additionshärdande 2-komponentsprodukter.

Elastomer Gel
Högre nötningsbeständighet Maximalt skydd mot mekanisk spänning (mjukare)
Enkelt reparerbar vid omarbetning Självläkande vid omarbetning
Alternativ finns för:
– Vidhäftning utan primer
– Optiska och rymdklassade applikationer
– Termiska egenskaper
Alternativ finns för:
– Lösningsmedels- och bränsletålighet (fluorosilikon
– Snabb UV-härdning

Hur väljer jag rätt gjutmassa av silikon?

Silikonelastomerer

DowSils slikonelastomerer för ingjutning har hårdhet mellan Shore 00 20 till Shore A65. Hos gjutmassor från DowSil finns tre kategorier av produkter: Standard, primerless och special.

Produkter av standard-typ kräver att en primer används om god vidhäftning är ett krav.

Exempel på produkt: DowSil SYLGARD 170 Silicone Elastomer

De alternativ som är sk. primerless kräver värmehärdning vid minst 100 ˚C men har å andra sidan vidhäftning till många vanliga material som förekommer inom ingjutning av elektronik.

Exempel på produkt: DowSil SYLGARD 567 Primerless Silicone Encapsulant

Special-produkterna i DowSils portfolio inkluderar till exempel termiskt ledande silikon, produkter för optik eller med olika typer av godkännanden, till exempel för försvaret.

Exempel på produkt: DowSil SYLGARD EI-1184 Optical Encapsulant

Geler

Geler är mjukare än elastomerer. Förutom att ge ultimat spänningsavlasning har geler även en så pass klibbig yta att de naturligt får vidhäftning mot de flesta ytor, även utan att primer används. Det finns fyra familjer av silikongeler i DowSils sortiment: Standard, för låga temperaturer, slagsega och special.

Vid val av en silikongel bör hänsyn tas till tillämpningens behov på spänningsavlasning, viskositet, härdtid och brukstid.

Exempel på produkt: DowSil SYLGARD 527 Dielectric Gel

UV-härdande silikongel: DowSil X3-6211 Encapsulant

Behöver du hjälp att välja?

KLICKA HÄR FÖR URVALSGUIDE

Kontakta oss gärna för att diskutera mer om vilka alternativ som skulle passa just din applikation bäst.

Olika typer av kretskortslack

Elektroniska system med kretskort (PCB) finns idag i alla miljöer. Kretskortslack (conformal coating på engelska) har tagits fram för att skydda kretskort och dess komponenter från de miljöer de kan utsättas för, så som värme, smuts, damm, fukt och annat som kan skada dem. Dessutom kan en de ge en extra säkerhet i kritiska tillämpningar.

Att tänka på vid val av kretskortslack

Vid val av en kretskortslack finns det många olika faktorer att ta hänsyn till. Den viktigaste frågan att börja med kan vara i vilken miljö kretskortet kommer att befinna sig i och vad lacken ska skydda mot.

  • I de flesta fall behöver kretskortet skydd mot fukt och damm då de i alla miljöer utsätts för detta i olika grader.
  • Elektrisk isoleringsförmåga kan variera och skyddar mot både intern och extern chock.
  • Utmanande miljöer kräver extra hänsyn. Kretskortet kan till exempel bli utsatt för mekanisk spänning och vibrationer, temperaturvariationer, nötning, brandfara eller kemikalier.
  • Omarbetning kanske kommer att behövas om komponenterna under lacken behöver repareras eller bytas ut. Kretskortslack tar man ofta bort genom slipning, bränning eller användning av kemikalier.

Typer av kretskortslack

Det finns många typer av kemi som en kretskortslack kan vara baserad på: akryl, silikon, uretan, epoxi eller andra special-formulerade material.

Akryl-baserade

Akryl-baserade kretskortslack är vanliga att använda i generell industri. De är relativt enkla att applicera (finns ofta till och med i sprayburk), härdar snabbt i rumstemperatur och är enkla att få bort om det finns behov av omarbetning..

Polyuretan-baserade

Polyuretan-baserade kretskortslack är ofta både mer beständiga mot nötning och repor samt kemikalier. Det innebär förstås också att det blir svårare att omarbeta dem.  Härdtiden är generellt längre än för akryler om det inte gäller en 2-komponentsprodukt. Innehåller isocyanater.

Epoxi-baserade

Epoxi-baserade är inte lika vanliga men har hög tålighet mot det mesta. Ger en hård beläggning och dess höga mekaniska styrka gör att den är svår att få bort för omarbetning.

Silikon-baserade

Silikonbaserade kretskortslack har fördelen att de ofta är betydligt mer arbetsmiljövänliga. Till skillnad från övriga typer är silikon mjukt och flexibel och skyddar även kretsar med känsliga komponenter som annars kanske skulle gå sönder under termisk cykling eller mekaniska stötar eller vibrationer. Silikoner är den mest temperaturtåliga typen av kretskortslack och tål ofta upp till 200 ˚C. Silikons kemikalietålighet är också hög. Av dessa anledningar passar silikoner ofta bra även i mer krävande applikationer inom till exempel bil-, olje-, flyg- och rymdindustrin (låg-utgasande). Finns även medicinskt klassade produkter, även för implantering.

Parylen-baserade kretskortslack

Parylen-coatings kan man använda i specialfall så som medicinska eller militära applikationer där kretskortet ska befinna sig i mycket tuffa miljöer. Applicering måste ske på extremt rena ytor via en speciell process som vid namn vapor deposition polymerization.

Electrolube kretskortslack

Härdtyper

De flesta av ovan nämnda typer av kretskortslack härdar med olika metoder beroende på vilken produkt du väljer.

Lösningsmedelsbaserade

För akryl- uretan- och epoxibaserade produkter är den vanligaste metoden avdunstning av lösningsmedel och efterföljande härdning. Nackdelen med lösningsmedelsbaserade produkter är att lösningsmedlet ofta omfattas av regler och bestämmelser för hantering, utrustning och skydd.

Fukthärdande

Kretskortslack utan lösningsmedel, så som silikoner, kan vara fukthärdande. Det innebär att de härdar utifrån och in. Ytan härdar först och är för silikon klibbfri inom ca. 10-15 minuter. Däremot tar full härdning betydligt längre tid.

Värmehärdande

Värmehärdning ger en kortare härdtid men kräver också utrustning i form av ugnar. En nackdel kan vara att lacken får högre krympning så att känsliga komponenter kan ta skada. Se också till att kretskortet och dess komponenter tål den temperatur som lacken kräver för härdning. I många fall krävs minst 100 ˚C.

UV-härdande

Ljushärdande, eller UV-härdande, kretskortslacker har den i särklass kortaste härd-tiden (vi pratar sekunder) och passar bra för snabba produktionsserier. UV-härdande kretskortslack kräver en speciell UV-lampa. Tänk på att ljuset från lampan behöver nå alla delar av den applicerade lacken för att härda. Om det finns skuggade områden kommer de att behöva härda med en sekundär härdningsmekanism som vissa UV-härdande kretskortslack har.

Appliceringsmetoder

En annan viktig faktor vid val av kretskortslack är hur du vill applicera den.

Doppning eller sprayning är de vanligaste metoderna för applicering av kretskortslack. I de fall där vissa komponenter inte får bli täckta behöver du använda någon typ av maskering. Om inte sprayning med robot eller annan mycket noggrann metod används för applicering det vill säga. Applicering med pensling kan du använda för mindre jobb men var medveten om att resultatet lätt blir ojämnt. Dock är det ofta lämpligt vid reparationer.

För att appliceringen ska bli så bra som möjligt bör viskositeten på kretskortslacken vara anpassad till både appliceringsmetod och kretskortet i sig. Till exempel kan ett kretskort med många höga komponenter kräva en tjockare lack och komplicerade designer kanske passa bäst med doppning.

För att med enkelhet kunna utföra kvalitetskontroll av appliceringen så kan det vara en idé att titta på kretskortslack som innehåller fluorescerande ämnen. Speciellt med tunnare coatings som är svåra att se med blotta ögat. Denna tillsats gör att lacken enkelt går att se under UV-ljus med hjälp av en blacklight.

kretskortslack sprayning

Förslag på produkter

Electrolube AFA: Lösningsmedelsbaserad kretskortslack av akryl.

Dymax 9482: Akryl-baserad UV-härdande kretskortslack med sekundär fukthärdning för skuggade områden.

Dymax 9-20557: Akryl-baserad UV-härdande kretskortslack med sekundär värmehärdning för skuggade områden.

DowSil 3140: Fukthärdande silikon.

DowSil 1-2577 Low VOC Conformal Coating: Lösningsmedelsbaserad silikon med lite högre hårdhet för bättre nötningsbeständighet.

Välj rätt kretskortslack av silikon

DOWSIL ™ har kretskortslack av silikon med många flexibla alternativ för bearbetning, skydd och prestanda. Vi går igenom hur du väljer rätt produkt för dina behov.

Varför använda en kretskortslack av silikon?

I ett ord: tillförlitlighet. Mångsidigheten i silikonkemi möjliggör designfrihet, ökar bearbetningsalternativen, breddar prestandaparametrarna och introducerar unika alternativ för hållbara och miljövänliga val. Jämfört med organiska typer av kretskortslack (till exempel akryl-baserade eller polyuretan-baserade) erbjuder kretskortslack av silikon flera värdefulla fördelar:

silikonbaserad kretskortslack termisk stabilitet silikonbaserad kretskortslack stressavlastning Lösningsmedelsfri silikonbaserad kretskortslack

Temperaturtålighet

Silikoner fungerar pålitligt vid ett mycket brett temperaturområde. Silikoner tål långvariga temperaturer så låga som -45 °C och så högt som 150 °C – ett mycket bredare område än organiska beläggningar, som tenderar att brytas ned vid sådana extrema temperaturer. Många silikoner kan till och med motstå kortsiktig exponering för temperaturer upp till 250 °C.

Spänningsavlastning

Silikonbaserade kretskortslacker finns i ett utomordentligt brett sortiment med varierande hårdhet, samt extremt mjuka och flexibla alternativ med mycket låg modul. Det innebär att de levererar bättre spänningsavlastning på känsliga kretskortskomponenter under termisk cykling.

Lösningsmedelsfri

De flesta silikonbaserade kretskortslacker är lösningsmedelfria, vilket gör dem till ett säkrare materialval arbetsmiljömässigt. Utan lösningsmedel är det också enklare att undvika nya regler och krav för hantering och bearbetning.

Dessutom har ofta silikon betydligt lägre hälso- och miljöklassificeringar än sina organiska motsvarigheter.

Att välja kretskortslack av silikon

Det finns några egenskaper som kan vara viktiga att fundera över.

1.      Välj viskositet

Silikonbaserade kretskortslack finns i många olika viskositeter för att hjälpa dig att uppfylla alla dina krav på bearbetning och applikation.

Låg viskositet för höghastighetsproduktion

Kretskortslack med låg viskositet passar bra till höghastighetsproduktion inklusive manuella eller automatiska dispenseringsmetoder så som spray-, flödes-eller jetting-teknik. Mer lättflytande kretskortslacker är också lämpliga att använda när du vill att lacken ska rinna genom vior eller under chip.

Högre viskositet för större kontroll
kretskortslack av silikon

Kretskortslack med högre viskositet ger ökad kontroll över hastigheten och avståndet som lacken flödar. Det kan vara viktigt för att förhindra att materialet sprids till områden den inte får. Silikoner med högre viskositet möjliggör också tjockare beläggningsskikt med endast en applicering. Vissa kvaliteter kan även ge en stabil beläggning på höga komponenter på kretskortet.

2. Välj typ av härdning

Silikoner är mångsidiga och har flexibla härdprofiler för att du ska kunna välja den optimala lösningen för din produktionslinje, volym eller applikation.

Snabb fukthärdning

Dessa typer av kretskortslacker härdar snabbt vid rumstemperatur för att ge en ”dispensera and var klar”-lösning. Fukthärdningen gör att kretskortslacket är klibbfritt inom ca 10 minuter i rumstemperatur och normal luftfuktighet. De belagda kretskorten är sedan redo att fortsätta längs produktionslinjen. Detta gör dem till perfekta alternativ för högvolym-produktioner.

Fukthärdning med ökad arbetstid

Silikonbaserade kretskortslack i denna kategori härdar också vid rumstemperatur men ger längre tid för materialet att flöda över stora eller komplexa kretskort. De är också den föredragna lösningen för applikationer som kräver en tjockare beläggning av lack.

Värmehärdning

Värmehärdande kretskortslacker kallas ibland för ”command cure” på grund av den kontroll som de tillåter över härdtid. Kretskortslack i denna kategori är det du väljer när din produktion kräver full härdning på under fem minuter. De kan också ge lägre påfrestning ombord komponenter under termisk cykling. Ett krav är att kretskortet tål härdningstemperaturen.

3. Välj din hårdhet

Silikoner kan leverera lägre modul än någon typ av organiskt baserad kretskortslack. Detta gör dem idealiska för att minimera stress på små, fina trådar eller känsliga lödningar. Men silikon är mångsidig och dess kemi möjliggör också hårda beläggningar med nötningsbeständighet som närmar sig akryl- eller uretanlösningar. Oavsett vad din tillämpning kräver finns det en silikon med rätt durometer (hårdhet) för att möta dina krav.

Högsta spänningsavlastning (<15 Shore A)

De mjukaste silikonbaserade kretskortslackerna maximerar stressavlastningen på mycket tunna trådar eller de allra mest känsliga komponenterna under termisk cykling.

Normal spänningsavlastning (15 Shore A till 40 Shore A)

Det perfekta alternativet till sköra organiskt baserade beläggningar. Silikoner inom denna kategori erbjuder en optimal kombination av spänningsavlastning och skydd mot tuffa miljöer som fukt, damm, vibration och slag.

Nötningsbeständiga (40 Shore A till 25 Shore D)

Silikoner i denna klass härdar till att bilda hårda men sega beläggningar. De kan jämföras med akryl – förutom det att silikoner ger betydligt större flexibilitet och fungerar tillförlitligt vid mycket högre och lägre temperaturer.

4. Välj gärna en lösningsmedelsfri silikon

Medan det finns lösningsmedelsbaserade elastoplastiska silikon-lack som efterliknar hårdheten i akryl, är de flesta av våra silikonprodukter lösningsmedelsfria.

Detta blir ett mer och mer viktigt urvalskriterium för kretskortslack eftersom det påverkar arbetsmiljön. Produktionsoperatörers säkerhetsprotokoll, specialutrustning, hantering och behandling av brandfarliga lösningsmedel måste alla uppfylla miljöregler. Därför kan att välja en lösningsmedelsfri silikonbaserad kretskortslack eliminera komplexitet, kostnad och tid för din tillverkning.

Förslag på produkt

Kretskortslacker från DowSil finns i många utföranden för att passa just dina behov.

Klicka nedan för att komma till en selector guide över silikonbaserade kretskortslack från Dow:

Fråga oss också gärna om hjälp med att välja!