Jak skutecznie chronić komponenty – właściwa metoda, właściwe złącze
Branża elektroniczna przechodzi transformację: czy to w sektorze motoryzacyjnym, energetyce słonecznej i wiatrowej, czy też w automatyce przemysłowej – elektryfikacja postępuje we wszystkich dziedzinach. Jednak wraz z ciągłym wzrostem poziomu sieciowości w ostatnich latach wzrosła również liczba awarii elektronicznych – według Center for Automotive Research aż o 29%. W zależności od spodziewanych wpływów środowiskowych konieczna jest zatem ochrona elementów elektronicznych. Dzięki niej elektronika może być niezawodnie chroniona – jednak w tym celu użytkownicy potrzebują również odpowiedniego rozwiązania połączeniowego, które jest kompatybilne z zalewaniem.
Rosnące zapotrzebowanie na metody ochrony komponentów
Różne metody chronią elementy elektroniczne przed wstrząsami, wibracjami, wilgocią, zanieczyszczeniami, wysokimi temperaturami, długotrwałymi wahaniami temperatury oraz wynikającymi z nich uszkodzeniami. Ochrona komponentów może zatem w znacznym stopniu przyczynić się do poprawy trwałości, bezpieczeństwa działania i niezawodności produktów końcowych.
Z tego powodu metody ochrony komponentów są już regularnie stosowane w wielu zastosowaniach: e-mobilność, automatyka przemysłowa, zastosowania kolejowe, technika medyczna, energetyka wiatrowa i słoneczna, elektronika komunikacyjna, rolnictwo i sprzęt AGD – elektronika jest dziś stosowana niemal wszędzie. Rosnącym wyzwaniem jest tutaj coraz silniejszy trend w kierunku miniaturyzacji. Elektronika staje się coraz mniejsza i wymaga różnych środków ochronnych, aby ponownie zwiększyć odległości upływowe i wyeliminować odległości powietrzne.
W zależności od obciążenia i warunków pracy komponentów wybiera się zatem między różnymi metodami: zalewanie, powlekanie konformalne i formowanie na gorąco to najpopularniejsze z nich.
Z tego powodu metody ochrony komponentów są już regularnie stosowane w wielu zastosowaniach: e-mobilność, automatyka przemysłowa, zastosowania kolejowe, technika medyczna, energetyka wiatrowa i słoneczna, elektronika komunikacyjna, rolnictwo i sprzęt AGD – elektronika jest dziś stosowana niemal wszędzie. Rosnącym wyzwaniem jest tutaj coraz silniejszy trend w kierunku miniaturyzacji. Elektronika staje się coraz mniejsza i wymaga różnych środków ochronnych, aby ponownie zwiększyć odległości upływowe i wyeliminować odległości powietrzne.
W zależności od obciążenia i warunków pracy komponentów wybiera się zatem między różnymi metodami: zalewanie, powlekanie konformalne i formowanie na gorąco to najpopularniejsze z nich.
Masz konkretne pytania?
Metoda zabezpieczania elementów: zalewanie

Bardzo często stosuje się jedno- i dwuskładnikowe masy zalewowe, tzw. potting compounds. W przypadku dwuskładnikowych mas zalewowych żywica i utwardzacz są mieszane w odpowiednich proporcjach przy użyciu odpowiedniej technologii maszynowej, a następnie standardowo wlewane do wnęki za pomocą statycznej rury mieszającej. Tym samym zalewanie na zimno jest procesem nieformującym i wymaga obudowy, do której wlewa się masę zalewową.
Zalewanie typu potting oferuje przy tym wiele zalet: zapewnia nie tylko doskonałą izolację elektryczną, wysokie odprowadzanie ciepła oraz redukcję drgań i wstrząsów, ale posiada również odporność na chemikalia, wilgoć, szok termiczny i cykle, chroni elektronikę przed kurzem i wilgocią, a ponadto ma właściwości trudnopalne.
Standardowo, w zależności od konkretnych wymagań, stosuje się żywice epoksydowe, poliuretanowe i silikonowe. Wszystkie one różnią się pod względem swoich właściwości (tab. 1).
Zalewanie typu potting oferuje przy tym wiele zalet: zapewnia nie tylko doskonałą izolację elektryczną, wysokie odprowadzanie ciepła oraz redukcję drgań i wstrząsów, ale posiada również odporność na chemikalia, wilgoć, szok termiczny i cykle, chroni elektronikę przed kurzem i wilgocią, a ponadto ma właściwości trudnopalne.
Standardowo, w zależności od konkretnych wymagań, stosuje się żywice epoksydowe, poliuretanowe i silikonowe. Wszystkie one różnią się pod względem swoich właściwości (tab. 1).
Oprócz wymienionych materiałów istnieją również specjalne masy zalewowe i żywice odlewnicze. Stosuje się je jednak wyłącznie w ekstremalnych warunkach. Zgodnie z wymogami ATEX zapewniają one na przykład ochronę przed wybuchami, zapobiegając reakcji chemicznej między źródłem zapłonu, substancją palną a tlenem. Ponadto zapewniają izolację elektryczną od wysokiego napięcia (do 30 kV/mm), chronią przed przegrzaniem spowodowanym częściowym wydzielaniem ciepła oraz, dzięki klasie ochrony IP68, zapewniają ochronę przed pyłem i długotrwałym zanurzeniem.
Zalewanie oferuje użytkownikowi wiele możliwości. Typowe produkty, w których stosuje się tę metodę, to zestawy akumulatorów, elektronika mocy i sterująca, ładowarki, elektronika z ochroną przeciwwybuchową, czujniki, monitory i wyświetlacze.
Zalewanie oferuje użytkownikowi wiele możliwości. Typowe produkty, w których stosuje się tę metodę, to zestawy akumulatorów, elektronika mocy i sterująca, ładowarki, elektronika z ochroną przeciwwybuchową, czujniki, monitory i wyświetlacze.
Metoda ochrony elementów: powłoka konformalna

W procesie powlekania konformalnego płytki drukowane są pokrywane powłoką w całości lub tylko selektywnie. W przypadku powlekania selektywnego tylko niezbędne obszary płytki drukowanej są pokrywane warstwą ochronną. Z reguły rozróżnia się dwa rodzaje powłok: powłoka cienkowarstwowa, dzięki szybkiemu utwardzaniu i dostosowanej lepkości, zapewnia wysoką ekonomiczność procesów produkcyjnych. Natomiast powłoka grubowarstwowa zapewnia szczególnie wysoką ochronę krawędzi i powierzchni, chroniąc podzespoły elektroniczne zwłaszcza przed ekstremalną wilgocią. W obu przypadkach powłoki konformalne po wyschnięciu tworzą warstwy o grubości od 30 do 2000 µm. Dzięki temu podzespoły elektroniczne można nadal montować w ograniczonej przestrzeni.
Ze względu na różną lepkość lakierów ochronnych, a tym samym różne właściwości rozlewania, na zmontowanych podzespołach elektronicznych często stosuje się zasadę DAM & FILL. W tym przypadku za pomocą lakieru ochronnego o właściwościach tiksotropowych tworzy się „dam” (pol. „tama”), np. wokół elementów, które nie mogą być zalane, na przykład wokół złączy wtykowych. Pozostałe elementy są następnie pokrywane lakierem ochronnym o niskiej lepkości („Fill”, po niemiecku „wypełnienie”).
Do powlekania konformalnego stosuje się różne materiały polimerowe. Dzięki temu użytkownicy mogą wybierać między innymi między produktami na bazie silikonu a produktami utwardzanymi promieniowaniem UV. Te pierwsze, ze względu na szeroki zakres temperatur od -40°C do +200°C, doskonale nadają się do trudnych warunków eksploatacyjnych, takich jak w lotnictwie i kosmonautyce lub na morzu. Te drugie składają się z akrylanów i poliuretanów lub hybryd obu tych materiałów. Wyróżniają się one przede wszystkim tym, że bardzo szybko utwardzają się pod wpływem promieniowania UV i charakteryzują się bardzo dobrą odpornością na szok termiczny.
Obszary zastosowań powłok konformalnych są różnorodne i sięgają od branży motoryzacyjnej po technikę kolejową, czujniki, elektronikę przemysłową, technikę medyczną, a także wspomnianą energetykę morską oraz technikę lotniczą i kosmiczną.
Ze względu na różną lepkość lakierów ochronnych, a tym samym różne właściwości rozlewania, na zmontowanych podzespołach elektronicznych często stosuje się zasadę DAM & FILL. W tym przypadku za pomocą lakieru ochronnego o właściwościach tiksotropowych tworzy się „dam” (pol. „tama”), np. wokół elementów, które nie mogą być zalane, na przykład wokół złączy wtykowych. Pozostałe elementy są następnie pokrywane lakierem ochronnym o niskiej lepkości („Fill”, po niemiecku „wypełnienie”).
Do powlekania konformalnego stosuje się różne materiały polimerowe. Dzięki temu użytkownicy mogą wybierać między innymi między produktami na bazie silikonu a produktami utwardzanymi promieniowaniem UV. Te pierwsze, ze względu na szeroki zakres temperatur od -40°C do +200°C, doskonale nadają się do trudnych warunków eksploatacyjnych, takich jak w lotnictwie i kosmonautyce lub na morzu. Te drugie składają się z akrylanów i poliuretanów lub hybryd obu tych materiałów. Wyróżniają się one przede wszystkim tym, że bardzo szybko utwardzają się pod wpływem promieniowania UV i charakteryzują się bardzo dobrą odpornością na szok termiczny.
Obszary zastosowań powłok konformalnych są różnorodne i sięgają od branży motoryzacyjnej po technikę kolejową, czujniki, elektronikę przemysłową, technikę medyczną, a także wspomnianą energetykę morską oraz technikę lotniczą i kosmiczną.
Metoda ochrony elementów: formowanie na gorąco

Szczególną formą zalewania jest formowanie na gorąco (Hotmelt Moulding). W tej metodzie w jednym etapie pracy zespół jest otulany materiałem, co pozwala uzyskać strukturę obudowy i jednocześnie chroni zespół. Elektronika nie ulega przy tym uszkodzeniu, ponieważ materiały termoplastyczne o niskiej lepkości charakteryzują się niską temperaturą przetwarzania i są przetwarzane przy znacznie niższym ciśnieniu wtrysku niż w przypadku zwykłego formowania wtryskowego tworzyw sztucznych. Z jednej strony chroni to elementy, a z drugiej pozwala na szybkie utwardzanie tworzyw termoplastycznych i sprawia, że proces ten jest stosunkowo niedrogi.
Formowanie wtryskowe pod niskim ciśnieniem umożliwia zatem, nawet w przypadku wrażliwych elementów, takich jak styki, czujniki, płytki drukowane i cewki, ekologiczne obudowywanie, klejenie lub uszczelnianie zgodnie z normą IP68, a tym samym ochronę przed nawet najsilniejszymi obciążeniami.
Jedną z branż, na którą ogromny wpływ mają czynniki zewnętrzne, jest na przykład rolnictwo. Maszyny są tu codziennie narażone na różne warunki pogodowe. Do ochrony ich elektroniki idealnie nadaje się formowanie na gorąco: zapewnia niezawodną i długotrwałą ochronę przed wilgocią, wahaniami temperatury, korozją i wstrząsami.
Formowanie wtryskowe pod niskim ciśnieniem umożliwia zatem, nawet w przypadku wrażliwych elementów, takich jak styki, czujniki, płytki drukowane i cewki, ekologiczne obudowywanie, klejenie lub uszczelnianie zgodnie z normą IP68, a tym samym ochronę przed nawet najsilniejszymi obciążeniami.
Jedną z branż, na którą ogromny wpływ mają czynniki zewnętrzne, jest na przykład rolnictwo. Maszyny są tu codziennie narażone na różne warunki pogodowe. Do ochrony ich elektroniki idealnie nadaje się formowanie na gorąco: zapewnia niezawodną i długotrwałą ochronę przed wilgocią, wahaniami temperatury, korozją i wstrząsami.
Podsumowanie
Zalewanie, powlekanie konformalne czy formowanie na gorąco: to, która metoda ochrony elementów jest najbardziej odpowiednia, zależy zawsze od konkretnego zastosowania elektroniki i związanych z tym wymagań. Nie ma jednego rozwiązania, które pasowałoby do wszystkich sytuacji.
Problem związany z złączami

Ekstremalne temperatury, zanieczyszczenia i wilgoć, obciążenia chemiczne lub mechaniczne: dzięki odpowiedniej metodzie zabezpieczenia elementów elektronika jest chroniona przed niemal każdym czynnikiem zewnętrznym. Należy jednak wziąć pod uwagę jedną kwestię: zalanie komponentów jest możliwe tylko wtedy, gdy zastosowane materiały nie ograniczają funkcjonalności zamontowanych elementów. Wymaga to jednak również rozwiązania połączeniowego kompatybilnego z zalewaniem – wyklucza to zatem stosowanie zwykłych złączy do płytek drukowanych. Powodem tego jest stosowana najczęściej dwuczęściowa technologia styków sprężynowo-nożowych, w której masa zalewowa może przedostać się do wrażliwego obszaru złącza, utrudniając w ten sposób kontakt.
W przypadku tradycyjnych złączy przed zalaniem należy zatem uszczelnić obszar styku metodą Dam & Fill, aby nie ryzykować wpływu masy zalewowej (rys. 2). Chodzi o to, że masa zalewowa w obszarze styku może z jednej strony zakłócać punkty styku, a tym samym przerywać transmisję sygnału. Z drugiej strony mogłaby ona hamować właściwości relaksacyjne sprężyny.
Aby mimo to umożliwić zalanie i jednocześnie zapewnić wymaganą niezawodność, zaleca się wybór jednoczęściowego rozwiązania przyłączeniowego, czyli złącza, które nie wymaga tradycyjnego obszaru wtykowego. W przypadku takiego jednoczęściowego złącza przedostanie się masy zalewowej do obszaru styku jest niemożliwe.
W przypadku tradycyjnych złączy przed zalaniem należy zatem uszczelnić obszar styku metodą Dam & Fill, aby nie ryzykować wpływu masy zalewowej (rys. 2). Chodzi o to, że masa zalewowa w obszarze styku może z jednej strony zakłócać punkty styku, a tym samym przerywać transmisję sygnału. Z drugiej strony mogłaby ona hamować właściwości relaksacyjne sprężyny.
Aby mimo to umożliwić zalanie i jednocześnie zapewnić wymaganą niezawodność, zaleca się wybór jednoczęściowego rozwiązania przyłączeniowego, czyli złącza, które nie wymaga tradycyjnego obszaru wtykowego. W przypadku takiego jednoczęściowego złącza przedostanie się masy zalewowej do obszaru styku jest niemożliwe.
Technika wciskania jako preferowana metoda łączenia

Złącza jednoczęściowe zapewniają zatem wymagany stopień ochrony IP dla tych materiałów, umożliwiając zalanie – a tym samym trwałe i wytrzymałe połączenie. Jednak również wybór technologii połączeń odgrywa tu istotną rolę. Dzięki obustronnym strefom wciskania obszar połączenia staje się gazoszczelny w wyniku zgrzewania na zimno między tuleją miedzianą a strefą wciskania, tworząc w ten sposób połączenie nadające się do zalania między dwiema płytkami drukowanymi, które sprawdziło się już miliard razy w praktyce.

Aby zapewnić tę gazoszczelność, konieczne jest jednak wykonanie przelotek zgodnie ze specyfikacją ept:
Brak obszaru wtykowego sprawia, że złącze, w połączeniu z techniką wciskania, jest w stanie wytrzymać obciążenia udarowe sięgające nawet 200 g. Również przemieszczanie się materiału spowodowane dużymi wahaniami temperatury oraz wpływ szkodliwych gazów nie mają negatywnego wpływu na połączenie. Dzięki technice wciskania niezawodność wzrasta wielokrotnie w porównaniu z techniką lutowania, ponieważ nie mogą wystąpić ani zimne, ani pęknięte połączenia lutowane. Ponadto pozwala to uniknąć pracochłonnych selektywnych prac lutowniczych, kosztownych rozwiązań kablowych i elementów dystansowych, dzięki czemu projektanci nie tylko oszczędzają miejsce na płytce drukowanej, ale także mogą obniżyć koszty nawet o 50 procent.
Za pomocą zaledwie jednego elementu tworzy się zarówno połączenie mechaniczne, jak i elektryczne. Szczególnie w przypadku modułów o budowie modułowej, wyposażonych w konfigurowalne funkcje lub charakteryzujących się różnymi poziomami wydajności, proces wciskania doskonale nadaje się do zastosowania na końcu procesu montażu. W tym przypadku na płytkach bazowych można dowolnie montować różne moduły. W ten sposób w jednym szybkim etapie można wytwarzać szeroką gamę produktów. Ponieważ możliwe jest również końcowe zalanie modułu, połączenie elektryczne i mechaniczne pozostaje niezawodne.
Dzięki zalaniu użytkownicy mogą zapewnić maksymalną ochronę swoich podzespołów elektronicznych przed agresywnymi czynnikami środowiskowymi. Kto jednak rozważa ochronę komponentów w swojej aplikacji, musi również uwzględnić dobór odpowiedniego złącza w połączeniu z odpowiednią techniką połączeniową. Jednoczęściowe, wciskane i zalane – w tej kombinacji podzespoły elektroniczne są zabezpieczone przed (prawie) wszystkimi czynnikami zewnętrznymi.
Za pomocą zaledwie jednego elementu tworzy się zarówno połączenie mechaniczne, jak i elektryczne. Szczególnie w przypadku modułów o budowie modułowej, wyposażonych w konfigurowalne funkcje lub charakteryzujących się różnymi poziomami wydajności, proces wciskania doskonale nadaje się do zastosowania na końcu procesu montażu. W tym przypadku na płytkach bazowych można dowolnie montować różne moduły. W ten sposób w jednym szybkim etapie można wytwarzać szeroką gamę produktów. Ponieważ możliwe jest również końcowe zalanie modułu, połączenie elektryczne i mechaniczne pozostaje niezawodne.
Dzięki zalaniu użytkownicy mogą zapewnić maksymalną ochronę swoich podzespołów elektronicznych przed agresywnymi czynnikami środowiskowymi. Kto jednak rozważa ochronę komponentów w swojej aplikacji, musi również uwzględnić dobór odpowiedniego złącza w połączeniu z odpowiednią techniką połączeniową. Jednoczęściowe, wciskane i zalane – w tej kombinacji podzespoły elektroniczne są zabezpieczone przed (prawie) wszystkimi czynnikami zewnętrznymi.
Więcej informacji na temat technologii wciskania w bezpłatnym opracowaniu

Chcieliby Państwo uzyskać jeszcze bardziej szczegółową wiedzę specjalistyczną na temat techniki wciskania?
Chętnie prześlemy Państwu nasz bezpłatny raport techniczny zawierający szczegółowe informacje na temat podstaw tej techniki:
Poproś o raport techniczny »
Chętnie prześlemy Państwu nasz bezpłatny raport techniczny zawierający szczegółowe informacje na temat podstaw tej techniki:
Poproś o raport techniczny »
Odpowiednie złącze wciskane

flexilink b-t-b
Nasze złącze flexilink b-t-b dokładnie spełnia te wymagania dotyczące wytrzymałości i niezawodności, a ponadto jest dostępne w sprawdzonej technologii wciskanej.
Więcej informacji na temat produktu można znaleźć tutaj:
Flexilink »
Nasze złącze flexilink b-t-b dokładnie spełnia te wymagania dotyczące wytrzymałości i niezawodności, a ponadto jest dostępne w sprawdzonej technologii wciskanej.
Więcej informacji na temat produktu można znaleźć tutaj:
Flexilink »

Mają Państwo pytania?
Prosimy o kontakt!
Zapytanie za pośrednictwem formularza
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Prosimy o kontakt!
Zapytanie za pośrednictwem formularza
+49 8861 2501 0
sales@ept.de

