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Guida alla scelta del rivestimento per PCB: Padroneggiare le sollecitazioni meccaniche per garantire la durata

Indice dei contenuti

È stress meccanico silenziosamente le prestazioni e la durata di vita dei vostri PCB? Dal calore delle saldature di assemblaggio alle vibrazioni operative, Le sollecitazioni attaccano continuamente le schede dei circuiti, minacciando le giunzioni di saldatura, le tracce e, in ultima analisi, i circuiti stessi, affidabilità. La difesa fondamentale del vostro PCB contro queste forze è la un adeguato rivestimento conformale.
 
Questa guida approfondisce il tema delle sollecitazioni meccaniche nei circuiti stampati, analizzando cosa sono, perché sono importanti per i rivestimenti, come selezionare la soluzione ottimale per i rivestimenti. rivestimento per resistere e perché rivestimenti conformali come l'epossidico e il parilene sono la prima linea di difesa del settore. PCB ELE garantisce che le vostre tavole sopravvivano e prosperino sotto pressione!

Che cos'è la sollecitazione meccanica nei circuiti stampati?

Definizione e formula di comprensione

La sollecitazione meccanica è la forza interna che genera l'interazione tra le parti di un oggetto quando questo si deforma per cause esterne (forza, umidità, variazioni di campo della temperaturaecc.) di resistere a tali cause esterne e di cercare di ripristinare l'oggetto dalla posizione successiva alla deformazione a quella precedente..
 
Nel contesto dei PCB, le sollecitazioni meccaniche sono generate principalmente da a causa di forze esterne, variazioni di temperatura e altri fattori. durante la produzione, assemblea e l'uso della scheda. 
Ad esempio, quando saldatura componenti elettronici a un circuito stampato durante l'assemblaggio di un PCB, si generano sollecitazioni meccaniche all'interno del PCB a causa di termico durante il processo di saldatura; durante l'uso, la scheda può essere soggetta a forze esterne come vibrazioni, flessioni e così via, che generano anch'esse sollecitazioni meccaniche.
 
Le sollecitazioni meccaniche possono essere espresso semplicemente con la formula σ = F/A.
(dove σ indica lo stress, F indica la forza esterna e A indica l'area sottoposta a stress)

Perché i PCB sono soggetti: Disadattamento dei materiali (differenze CTE)

struttura del multistrato
Nella struttura del PCB, materiale diverso strato(ad es. strato di rame), strato isolante, ecc.) hanno proprietà fisiche diversecome il coefficiente di espansione termica. Quando la temperatura cambia, questi strati di materiale si espandono o si contraggono in misura diversa, dando luogo a sollecitazioni meccaniche.
 
Ad esempio, il coefficiente di espansione termica del rame è maggiore di quello di alcuni materiali isolanti e, quando la temperatura aumenta, lo strato di lamina di rame si espande più dello strato isolante, generando tensioni tra gli strati.

Perché il rivestimento conforme è fondamentale per la protezione dalle sollecitazioni meccaniche?

Protezione dell'integrità del PCB

Un ruolo importante del rivestimento di un PCB è quello di proteggere il PCB dalle ambiente esterno. Il rivestimento migliora la resistenza della tavola all'abrasione e alla corrosionee previene le sollecitazioni causate da sostanze corrosive.
 
Se si sceglie un rivestimento per PCB inadeguato, le sollecitazioni meccaniche possono causare crepe, delaminazione e altri danni. mentre un rivestimento adeguato può assorbire o disperdere le sollecitazioni meccaniche ed evitare che si verifichino questi danni. In un ambiente vibrante, questo rivestimento può servire da strato intermedio che smorza le sollecitazioni imposto alla struttura interna del PCB.

Garantire la stabilità elettrica Prestazioni

  • Mantenere il layout corretto
Le sollecitazioni meccaniche possono alterare la layout delle linee all'interno del PCB, il che significa modificare la loro spaziatura e influenzare ulteriormente le prestazioni elettriche, la capacità, l'induttanza e altri parametri. I rivestimenti possono ridurre o disperdere le concentrazioni di sollecitazioni localizzate causate dai carichi meccanici, ma anche ridurre l'attrito tra i materiali e migliorare la lubrificazioneriducendo così le sollecitazioni meccaniche.
 
  • Riduzione dell'effetto di trazione sui giunti di saldatura
Quando il PCB è sottoposto a sollecitazioni meccaniche, può verificarsi un'alterazione del giunti di saldatura interni da tirare. Il rivestimento può ridurre in una certa misura l'effetto di trazione sui giunti di saldatura ed evitare problemi come la fessurazione dei giunti di saldatura. Questo garantisce la connettività del circuito, che è anche molto importante per mantenere le prestazioni elettriche.
Prevenzione dei difetti delle sfere di saldatura sui PCB 1
Prevenzione dei difetti delle sfere di saldatura sui PCB

Massimizzazione della durata e dell'affidabilità dei PCB

Nell'uso a lungo termine del PCB, lo stress meccanico è il fattore più importante. nell'invecchiamento e nel danneggiamento dei PCB.
 
Un appropriato rivestimento per PCB può migliorare la resistenza all'ossidazione dei materiali influenzando le loro proprietà elettrochimiche, in modo efficace resistere agli effetti a lungo termine delle sollecitazioni meccaniche, rallentando l'invecchiamento del PCB e prolungandone la vita utile.
il rivestimento superficiale di una scheda PCB
Rivestimento conformale in perilene
Rivestimenti conformali in perilene

Proprietà chiave del rivestimento per la resistenza alle sollecitazioni

Stabilità chimica

Il materiale di rivestimento applicato al PCB deve essere altamente stabile dal punto di vista chimico e non reagisce facilmente con altri materiali presenti sul pannello. Dovrebbe anche avere forte resistenza alla corrosione per garantire buone prestazioni anche in caso di esposizione prolungata ad ambienti difficili.
 
Prendiamo ad esempio il rivestimento in resina epossidica: la sua struttura produce una grande resistenza agli agenti chimici esterni, come ad esempio acidi, alcali, solventi, tra gli altri, che hanno difficoltà a passare e a diffondersi all'interno del rivestimento, evitando così l'attacco chimico.

Resistenza meccanica

Per evitare l'usura causata dall'attrito o dagli urti durante l'uso prolungato, il rivestimento di protezione deve essere duro e resistente.
 
Ad esempio, il alta resistenza dei rivestimenti in resina epossidica è dovuto principalmente alla loro struttura molecolare altamente reticolata, che rende la resina epossidica estremamente dura e resistente agli urti dopo l'indurimento.

Assorbimento chimico o fisico

Il rivestimento e la sostanza del PCB devono aderire correttamente.. Se l'adesione del rivestimento al PCB è scarsa, esso può sfaldarsi sotto le sollecitazioni meccaniche e quindi perdere i suoi effetti protettivi nei confronti del PCB. In una situazione di questo tipo, diventa indispensabile che il rivestimento sia in grado di sviluppare un buon legame chimico o un adsorbimento fisico sulla superficie di un PCB, sufficientemente resiliente da sopportare le sollecitazioni meccaniche.

Caso di studio: Resistenza della resina epossidica sotto pressione

La capacità della resina epossidica di mantenere l'integrità strutturale in presenza di sollecitazioni meccaniche dipende dai seguenti meccanismi:

  • Struttura di rete altamente reticolata

La resina epossidica, grazie alla sua polimerizzazione, acquisisce una struttura altamente reticolata che fornisce resistenza meccanica e rigidità estremamente elevate. Pertanto, quando tali strutture sono sottoposte a una sollecitazione esterna, la possibilità di deformazione o rottura della struttura diventa meno probabile.

  • Rinforzo di riempitivi in nanoscala

Miscele di ossido di grafene e ossido di cerio (GO-CeO₂)La buona dispersione di questi tipi di nanomateriali nelle resine epossidiche può aumentare notevolmente la loro durezza, il modulo di elasticità e la resistenza all'usura. L'aggiunta di GO-CeO₂ ha aumentato la forza di adesione dei rivestimenti epossidici da 7,3 MPa a 12,2 MPa rispetto alla resina epossidica originale. ha migliorato notevolmente la loro resistenza all'usura.
Allo stesso tempo, la resina epossidica può ottimizzare ulteriormente le sue proprietà meccaniche aggiungendo diverse cariche (ad esempio, silice, grafene, ecc.) come richiesto. Ad esempio, l'aggiunta di silice può migliorare significativamente la resistenza all'usura e la durezza delle resine epossidiche.

  • Miglioramento appropriato della robustezza

L'aggiunta di segmenti di catena flessibile (ad esempio, ammine di polietere) permette alle resine epossidiche di formare strutture di microfasi disperse internamente. Queste microfasi sono in grado di assorbire e disperdere le sollecitazioni dalla loro stessa deformazione quando è sottoposto a sollecitazioni, proteggendo così l'integrità dell'intero rivestimento.

La tenacità delle resine epossidiche può essere migliorata con l'aggiunta di resine termoplastiche, come ad esempio polietersolfone PESche consente loro di assorbire l'energia piuttosto che fratturarsi immediatamente sotto stress meccanico. Ad esempio, le resine epossidiche rinforzate con PES hanno mostrato una aumento di 14% e 106% nella resistenza alla trazione e all'impatto, rispettivamente, il che è stato un grande merito in termini di mantenimento dell'integrità strutturale.

Come si evince dal caso di studio di cui sopra, le prestazioni dei rivestimenti protettivi possono essere ulteriormente rafforzato rafforzando il materiale, riempiendolo con materiali in scala nanometrica e migliorandone la flessibilità. Grazie a questi metodi, è possibile ridurre al minimo l'impatto delle sollecitazioni meccaniche del PCB.

Selezione del giusto rivestimento per PCB per combattere le sollecitazioni meccaniche

Oltre alla resina epossidica citata in precedenza, esistono molti altri tipi di rivestimenti conformali per PCB. Una buona selezione di rivestimenti protettivi per PCB può migliorare la durata del circuito stampato.
La selezione dei rivestimenti per PCB per la resistenza alle vibrazioni richiede confrontare le proprietà critiche:
Tipo di rivestimento Durezza Flessibilità Compatibilità CTE Proprietà di resistenza alle sollecitazioni
Acrilico (AR) Medio-alto Basso-Med Moderato → Incline alla microfessurazione Economico, ma fragile in presenza di cicli termici
Silicone (SR) Basso Estremo Eccellente → Tamponamento elastico Migliore flessibilità, assorbe le vibrazioni e le flessioni
Uretano (UR) Medio-alto Medio-alto Buono → Resistente alla fatica Resistenza all'abrasione e flessibilità bilanciate
Epossidico Molto alto Molto basso Scarso → Rischio di delaminazione Elevata resistenza alla compressione, problemi di disallineamento CTE
Parylene Medio Eccellente Eccezionale → Conforme a livello molecolare Ultrasottile, il CTE si adatta al substrato
Film sottile/Nano Sintonizzabile Sintonizzabile Progettato I nanoriempitivi ottimizzano il CTE/la durezza

Se volete ottenere maggiori informazioni sui rivestimenti confomali delle schede PCB, leggete questo blog:

La guida definitiva al rivestimento conformazionale dei circuiti stampati

Clicca qui

Conclusione

È importante mitigare gli effetti delle sollecitazioni meccaniche durante la progettazione e la produzione dei PCB. Un modo semplice ed efficace per proteggere i PCB dalle sollecitazioni è quello di applicare rivestimenti protettivi. Migliorare la durata e la stabilità di questi rivestimenti garantisce le prestazioni dei PCB e ne prolunga la durata.
 
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Riferimenti

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Benjamin è il direttore generale di ELE PCB, un'azienda leader nella progettazione e produzione di PCB con sede in Cina. Ha oltre 10 anni di esperienza nel settore dei PCB e ha partecipato a diversi progetti.

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