29. března 2019 09:19

Co ochrání automobilovou elektroniku lépe – ochranné laky, nebo zalévání pryskyřicí?

ULBRICH HYDROAUTOMATIK s. r. o. – distributor elektrochemie ELECTROLUBE

Tato otázka je u výrobců elektroniky v automobilovém průmyslu velmi častá a podobně jako každá jiná správná odpověď říká, že záleží na stupni požadované ochrany vůči nepříznivému prostředí.

První věcí, která by se měla brát v úvahu, je zakrytí desky plošných spojů. Pokud je kryt elektroniky použité v automobilu navržen pro primární ochranu desky proti nepříznivým vlivům okolí (např. řídící jednotka, obr. 1), potom jsou na desce nejčastěji použity ochranné laky (conformal coating), které slouží jako zálohová ochrana. Když kryt zařízení nemůže zajistit hlavní ochranu desky proti nepříznivému prostředí, potom bývá zalévání pryskyřicí jednoznačně lepší volbou – obr. 2.

V obou případech bývá materiálem organický polymer, který se vytvrzením stává elektrickou izolační vrstvou a který do určité míry odolává chemickým prostředkům a teplotě. Jako polymer se nejčastěji používá akrylát, epoxid, polyuretan a silikon.

Ochranné povlaky

Ochranné povlaky jsou tenké suché filmy o tloušťce 25−100 mikronů a velmi malé hmotnosti. Často jsou transparentní, takže je možné identifikovat elektronické součástky pod nimi. Odolávají chemickým a teplotním účinkům po krátkou dobu. Slabé vrstvy laku nevyvolávají na povrchu objektů (součástek atd.) žádné velké pnutí, což je výhodné například v případě tenkých vývodů součástek.

Většina laků jsou jednosložkové materiály (značené jako 1 K), které mají dlouhou životnost v tekutém stavu, nízkou teplotu vytvrzení a krátkou dobu sušení. Protože jsou jednosložkové, jsou jednodušší na výrobu a použití, ale většina z nich se musí ředit, aby se dosáhla potřebná viskozita pro dané účely.

Nově zaváděné dvousložkové (2 K) epoxidové a polyuretanové laky kombinují výhodu ochrany a vlastnosti pryskyřice, přičemž jsou snadno použitelné bez aplikování ředidla, čímž mají výhodu v ochraně životního prostředí. 2 K laky mají výborné pokrytí povrchu, zatímco jejich pružnost umožňuje chránit i velmi delikátní součástky. Jsou také odolné proti mechanickému namáhání a otěru. Na druhé straně, protože jsou dvousložkové, není jejich zpracování tak jednoduché jako u 1 K laků. Navíc je skoro nemožné je odstranit, takže téměř znemožňují opravu desek plošných spojů. Laky mohou být nanášeny štětcem, rozprašovačem nebo i jenom namáčením. Stále častěji jsou také aplikovány robotickými systémy pro selektivní lakování, čímž se lépe zajistí požadovaný proces nanášení.

Se stoupajícími nároky na ochranu životního prostředí začala mít ředidla nižší obsah VOC (Volatile Organic Compound) a laky postupně obsahovaly menší procento ředidla. Moderní lakovací materiály jsou často bez ředidla, označované jako 100% pevný materiál, protože všechen materiál nanesený na desku se změní na suchý film laku stejné tloušťky jako nanesený mokrý film. Laky z těchto 100% pevných materiálů se vytvrzují teplem, vlhkem či UV zářením, v závislosti na jejich složení.

Obr. 1.: Ochrana desky elektroniky lakováním

Ochrana zaléváním

Zalévací hmoty používané k zalévání elektronických dílů v automobilovém průmyslu i obecně, se aplikují v silnějších vrstvách od 0,5 mm, většinou ale podstatně více. Silnější vrstva ovlivňuje hmotnost a také cenu zalévání, ale na druhé straně zajišťuje lepší ochranu desky plošných spojů proti nepříznivým vlivům okolí, zejména při jejich dlouhodobém působení. Pryskyřice také dobře chrání proti mechanickému namáhání, například v motorovém prostoru, nebo na podvozku vozidla. Neprůhledné a tvrdé zalévací materiály zajišťují také nemožnost identifikace návrhu elektroniky pro konkurenci. Odstranění nalité pryskyřice většinou vede k poškození desky.

Zalévací hmoty jsou obvykle dvousložkové materiály (2 K), ve kterých je pryskyřice (složka A) smíchána se správným množstvím tvrdidla (složka B). Pryskyřice mají obecně vyšší viskozitu a často obsahují minerální pojidla, která jejich vlastnosti vylepšují. Protože se nestříkají, většina pryskyřic neobsahuje nestabilní organické směsi (VOC − Volatile Organic Compound). Bývají navrženy pro vytvrzení při pokojové teplotě, přičemž doba potřebná k vytvrzení může být zkrácena použitím tepla. Některé pryskyřice vyžadují dodatečné vytvrzení pro dosažení svých optimálních vlastností. Většina pryskyřic začne reagovat okamžitě po smíchání obou složek dohromady, přičemž vytvrzovací reakce jsou exotermické. Pro ně je přirozené, že jsou horké, ale vzniklé teplo může být regulováno množstvím smíchaného materiálu, takže je vhodné vzít v danou chvíli v úvahu jeho potřebné množství.

Aplikace pryskyřice může být i jednoduchá, pokud se použije balení, kde jsou obě dvě složky uloženy odděleně a ve správném poměru – takzvaný resinpack. Uživatel odstraní přepážku mezi oběma složkami, smíchá je dohromady a potom nalitím vyplní požadované prostory do potřebné výšky. Podobně jako u ochranných laků i zalévací hmota se může nanášet s použitím 2 K rozstřikovacího zařízení, čímž se pryskyřice rozlévá jednotným a opakovatelným způsobem.

Obr. 2.: Ochrana elektroniky zapalování zalévací hmotou

Jak zjistit, co je nejlepší pro danou aplikaci?

Návrh desky plošných spojů, její zakrytí a předpokládané provozní prostředí hrají hlavní roli při rozhodování, jestli použít ochranný povlak, nebo zalévací pryskyřici. Jak už bylo zmíněno, pokud zakrytí desky zajišťuje dostatečnou primární ochranu proti účinkům okolního prostředí, potom použití ochranného povlaku poskytuje zálohové řešení ochrany pro případ, že je hlavní ochrana poškozena. Současně poskytuje ochranu proti vysoké vlhkosti a kondenzaci uvnitř prostoru s deskou.

Pryskyřice bývají často použity i jako materiál vlastního obalu (krytu) desky a jsou tak součástí primární ochrany desky. Potom je požadováno, aby odolaly potenciální kontaminaci během použití výrobku v pracovním prostředí. Pryskyřice jsou často používány ve vysokonapěťové elektronice (např. zapalovací cívky) a v elektronice používané ve výbušném prostředí, protože umožňují vznik silné dielektrické vrstvy, která zabraňuje vzniku oblouku.

Správně navržená deska a její zakrytí umožní aplikovat ochranný lak nebo zalití rychle a jednoduše tak, aby byl celý proces maximálně efektivní z pohledu potřebné doby pro aplikaci a množství použitého materiálu.

Firma Electrolube uvedla na trh řadu materiálů pro ochranné povlaky, jejichž chemické složení je podobné 2 K pryskyřicím, ale jsou navrženy pro selektivní lakovací zařízení v rozsahu 200−400 mikronů, čímž kombinují mnohé výhody obou dvou technik ochrany.

Nové 2 K hybridní ochranné laky prokázaly výborné vlastnosti během zkoušek v prostředí, kde dochází ke kondenzaci. 2 K povlaky dosáhly při ochraně elektroniky podobných výsledků jako zalévací hmoty, i když jejich tloušťka byla desetkrát menší než při zalití. Tyto ochranné laky mohou být aplikovány rychleji než předcházející typy laků a navíc bez nebezpečí vzniku trhlin. Mohou být rychle naneseny technikou selektivního lakování, která zajistí správnou tloušťku vrstvy i její ostré obvodové hrany, přičemž poskytuje ochranu i v případech, kdy obvyklé lakování nestačí.

Firma ULBRICH HYDROAUTOMATIK s. r. o. nabízí pro vývoj, výrobu a údržbu v automobilovém průmyslu mimo produktů z divize elektrochemie i širokou nabídku strojních maziv a průmyslových lepidel.

www.electrolube.com , www.ulbrich.cz