De diverse rol van epoxy bij de fabricage van PCB's voor IoT-apparaten

Fabrikanten kunnen speciale epoxy's kiezen of specifieke epoxy-eigenschappen wijzigen om aan bepaalde prestatie- of productiebehoeften te voldoen. Zo kunnen additieven een epoxy harder of dikker maken, waardoor deze maximaal geschikt is als conformal coating. Hier zijn enkele andere manieren om bepaalde epoxy-eigenschappen af ​​te stemmen.

Elektrische en thermische geleidbaarheid

Door zilver als vulmiddel voor een- of tweecomponenten epoxy te gebruiken, kan een elektrisch geleidende lijm ontstaan ​​die het solderen vervangt. Elektrisch geleidende lijmen zijn isotroop of anisotroop. Die in de eerste categorie zijn in alle richtingen elektrisch geleidend. Anisotrope lijmen geleiden echter slechts in één richting elektriciteit. Ze worden soms gebruikt om antennestructuren te verbinden in producten voor radiofrequentie-identificatie (RFID).

Epoxy's helpen ook bij thermische geleidbaarheid. Een optie is om dergelijke lijmen te gebruiken om twee oppervlakken met elkaar te verbinden en warmte over te dragen naar de koelere. Omdat de meeste epoxy's echter onvoldoende intrinsieke thermische beheermogelijkheden hebben, vullen vulstoffen het tekort aan. Poeders zoals koper, boornitride en aluminium verhogen de warmteoverdrachtseigenschappen aanzienlijk.

Extreme temperatuurtolerantie

Additieven en verharders worden ook gemengd in epoxy's tijdens en voor het uitharden om de lijmen bestand te maken tegen cryogene temperaturen. Omgekeerd bestaan ​​er epoxy's die bestand zijn tegen temperaturen die warmer zijn dan de ongeveer 300 graden Fahrenheit die niet-extreem hittebestendige typen kunnen.

Lage uitgassing

Epoxy's die in de lucht- en ruimtevaartindustrie worden gebruikt, moeten van het type zijn met een lage ontgassing. Uitgassen veroorzaakt het vrijkomen van vluchtige verbindingen rond een ruimtevaartuig als gevolg van het vacuüm in de ruimte.

NASA gebruikt twee testparameters om ervoor te zorgen dat epoxy's voldoen aan de vereisten voor ontgassing:totaal massaverlies (TML) en verzamelde vluchtige condenseerbare materialen (CVCM). Meer specifiek schrijven de NASA-normen voor dat een epoxylijm of potgrond een TML heeft van minder dan 1% en een CVCM van minder dan 0,1%.

Bedrijven die epoxy's met een lage ontgassing en een hoge zuiverheid aanbieden, testen die producten eerst onder strikte voorwaarden in gespecialiseerde kamers. Vervolgens publiceren ze de resultaten en richten ze zich op klanten die lijmen met een lage ontgassing nodig hebben.

Coëfficiënten van thermische uitzetting (CTE's)

De meeste materialen ervaren thermische uitzetting als gevolg van de toename van de energie van moleculaire interacties als gevolg van temperatuurveranderingen. CTE drukt uit hoeveel verandering er optreedt bij elke temperatuurstijging van één graad.

CTE-mismatches kunnen optreden tussen twee substraten of tussen een lijm en een substraat. Een gebruikelijke benadering is dus om lijmen te selecteren met een zo laag mogelijke CTE. Een andere optie is om speciale negatieve CTE-vulstoffen of keramiek in ongevulde lijmen in te voegen. Als u dat doet, neemt de trekmodulus echter aanzienlijk toe, waardoor de epoxy stijver wordt.

Glasovergangstemperatuur (Tg)

De glasovergangstemperatuur (Tg) van epoxy is een bereik waarover het gaat van een stijve, glasachtige consistentie naar een zachtere, meer rubberachtige consistentie. Het kan variëren van ongeveer 50-250 graden Celsius. De keuze van epoxy, de gebruikte vulstoffen en de uithardingstijd kunnen echter allemaal de Tg beïnvloeden.

Epoxy's met een Tg van meer dan 150 graden Celsius hebben doorgaans een superieure weerstand tegen hoge temperaturen. Typen met een Tg in het bereik van 120-130 Celsius bieden echter uitstekende chemische weerstandseigenschappen.

Goede hechting op verschillende ondergronden

Epoxylijmen hechten en dichten een breed scala aan ondergronden af, variërend van metalen en de meeste kunststoffen tot hout en beton. Er zijn echter een paar ongeschikte materialen, zoals kunststoffen met een lage oppervlakte-energie, waaronder polyolefinen, siliconen en fluorkoolstoffen. Om verder te gaan met beslissingen om epoxy's op die materialen te gebruiken, moeten ze worden voorbehandeld om het oppervlak van het substraat te veranderen.

Uithardingstijd en opslagvereisten

Epoxylijmen zijn verkrijgbaar als één- en — vaker — tweecomponentenformuleringen. Eéncomponentopties komen meestal als pasta's en vereisen dat mensen ze met een troffel aanbrengen om gaten te vullen. Deze epoxy's hebben warmte nodig om uit te harden, evenals koude opslag om hun houdbaarheid te behouden.

Typen met twee componenten vereisen het mengen en gebruiken van de producten binnen een specifiek tijdsbestek dat kan variëren van enkele minuten tot enkele uren. Deze epoxy's harden uit bij iets warmer dan kamertemperatuur (ongeveer 75-85 graden Fahrenheit), hoewel meer warmte het proces versnelt.

Tweecomponentenepoxy's hebben ook minder strenge opslagvereisten in vergelijking met typen met één component. Fabrikanten kunnen deze bijzonderheden in gedachten houden bij het kiezen van epoxy's die aansluiten bij hun productie-eisen.

Viscositeit

Centipose (CPS) is een viscositeitswaarde die wordt toegepast op epoxy's om aan te geven hoe snel het vloeit. Een epoxy met een lage CPS stroomt snel, terwijl de stroomsnelheid vertraagt ​​​​naarmate de CPS stijgt. De viscositeit van een epoxy bepaalt de mogelijke gebruikssituaties en de methoden voor het aanbrengen van de producten.

Verminderde viscositeit helpt ook om holtes te verminderen. Veel fabrikanten verkopen epoxy's in een breed scala aan viscositeiten, zoals van 100-1.500.000 CPS. Warmte heeft echter ook invloed op de viscositeit en blootstelling eraan verdunt de consistentie van een epoxy.

Epoxies met een lage viscositeit kunnen 12-24 uur nodig hebben om uit te harden - langer dan hun tegenhangers met een hoge viscositeit. Epoxy's met een hoge viscositeit zijn geschikt voor toepassingen met oppervlaktecoating. Om ze te verwerken, mag de door de fabrikant gespecificeerde maximale dikte echter niet worden overschreden, die vaak 1-2 centimeter is.

Gebruikt als materiaal op de printplaat

Ingenieurs werken vaak met epoxy's tijdens het ontwikkelen van PCB's. Specifieke epoxy's gedragen zich op verschillende manieren, en technische professionals moeten doorgaans alles gebruiken wat een fabrikant biedt.

Het kennen van de functies van een bepaalde epoxy helpt het ontwerpproject echter soepel te laten verlopen. Terwijl sommige hechtende eigenschappen hebben, bieden andere thermische geleidbaarheid. Een mismatch tussen de eigenschappen van een lijmverbinding en de materialen van het product kan leiden tot problemen met de fabricage of bruikbaarheid zodra een product op de markt komt.

De prepregs van een printplaat zijn bijvoorbeeld vaak gemaakt van een semi-uitgehard glas-epoxy materiaal. Prepregs zijn diëlektrische materialen met bindende en isolerende eigenschappen. De interne kern van een printplaat bestaat meestal uit volledig uitgehard glas-epoxymateriaal met aan beide zijden gelamineerd koper.

Bovendien zijn bedrijven begonnen met het combineren van epoxy met andere stoffen tijdens de productie van PCB's in een voortdurende inspanning om de kosten in verband met diëlektrische materialen te verlagen. Een gebruikelijke praktijk is om het te gebruiken met polyfenyleenoxide (PPO) of polyfenylether (PPE), die thermoplasten zijn.

Het gebruik van PPO zonder epoxy verhoogt doorgaans de totale productiekosten. Als u erop vertrouwt, worden de kosten echter verlaagd terwijl u toch aan de prestatie-eisen voldoet.

U kunt een idee krijgen van het veelvuldige gebruik van epoxy op PCB-componenten voor een IoT-apparaat met het voorbeeld van een nieuw ontwikkelde geïmplanteerde bloed-zuurstofsensor. Dit geavanceerde product verbond een piëzo-elektrisch kristal met geleidende zilverepoxy en bevestigde het vervolgens op een PCB. De ontwikkelaars gebruikten ook ultraviolet-uithardbare epoxy om de draadgebonden gebieden binnen de PCB te omringen.

Gekozen om de warmteoverdracht te verbeteren