环氧树脂在物联网设备PCB制造中的不同作用

文章作者:Emily Newton

物联网市场正在蓬勃发展。这一成功推动工程师探索切实可行的解决方案，以改进印刷电路板(PCBs)，这些电路板已成为当今物联网设备的重要组成部分。

环氧树脂是一种用于在PCB制造过程中用于IOT产品的各种功能的材料。这里更多地了解IOT制造中的重要作用。

调整以满足特定要求

制造商可以选择特殊的环氧树脂或改变特定的环氧树脂性能，以满足特定的性能或制造需要。例如，添加剂可以使环氧树脂更硬或更厚，使其最适合作为保形涂层。这里有一些其他的方法来调整特定的环氧性能。

电气和导热率

用银作为填料，适用于单部分或两部分环氧树脂，可以产生导电粘合剂以替换焊接。导电粘合剂是各向同性或各向异性的。第一类中的那些在所有方向上是导电的。然而，各向异性粘合剂仅在一个方向上进行电。它们有时用于键入射频识别（RFID）产品中的天线结构。

环氧树脂也有助于导热率。一种选择是使用这种粘合剂加入两个表面并将热量传递到冷却器。然而，由于大多数环氧树脂缺乏足够的内在热管理能力，填充物弥补了赤字。铜，氮化硼和铝等粉末显着增加了传热性能。

极端温度耐受性

添加剂和硬化剂也在固化期间和之前将其混合成环氧树脂，以使粘合剂抵抗低温温度。相反，耐高温高于约300华氏度可以的温度耐热地升温。

低调

航空航天行业中使用的环氧树脂必须是低偏向的类型。除了空间的真空，除气导致挥发性化合物围绕着航天器的释放。

NASA使用两个测试参数来确保环氧树脂满足排气要求:总质量损失(TML)和收集挥发性冷凝材料(CVCM)。更具体地说，NASA的标准规定环氧粘合剂或盆栽化合物有TML小于1％，CVCM小于0.1％。

提供低偏见，高纯度环氧树脂的公司首先在专业腔室的严格条件下测试这些产品。然后，他们宣传结果，迎合需要低粘合剂的客户。

热膨胀系数（CTES）

由于温度变化导致分子相互作用的能量增加，大多数材料都经历了热膨胀。CTE表示温度每上升一度所发生的变化。

可以在两个基板或粘合剂和基板之间发生CTE不匹配。因此，常用方法是选择尽可能低的粘合剂。另一种选择是插入专用负CTE填料或陶瓷进入未填充的粘合剂。然而，这样做会导致拉伸模量的显著增加，使环氧树脂更硬。

玻璃化转变(Tg)温度

环氧树脂的玻璃过渡（Tg）温度是它从刚性，更橡胶状的较粗糙的稠度的距离的范围。它可以跨越大约50-250摄氏度。然而，选择环氧树脂，使用的填料和治愈时间都可以影响TG。

TG超过150摄氏度的环氧树脂通常具有优异的高耐温性。然而，120-130摄氏度范围内具有Tg的类型提供优异的耐化学性。

对各种基材的适当粘附

环氧粘合剂键合并密封各种基材，从金属和大多数塑料到木材和混凝土。但是，有一些不合适的材料，如低表面能量塑料，包括聚烯烃、硅酮和氟碳化合物。要想在这些材料上使用环氧树脂，需要对它们进行预处理，以改变基材的表面。

固化时间和储存要求

环氧粘合剂可作为单一和 - 更常见的双组分配方使用。一个组件选项通常作为浆料作为糊状物，并要求人们用镘刀应用它们以填补空白。这些环氧树脂需要加热来固化，以及冷藏储存以保持其架子的生命。

双组分类型需要在特定时间范围内混合和使用可从几分钟到几个小时的特定时间框架。这些环氧树脂在比室温略微温暖（约75-85华氏度），尽管加热了加热过程。

与单组分类型相比，双组分环氧树脂也具有较少的严格存储要求。制造商可能会在选择与其生产要求方面的环氧树脂时保持这些细节。

粘度

eGEIIPOSE（CPS）是应用于环氧树脂的粘度值，以表明它流动的流动程度。低CPS环氧树脂快速流动，而流速随着CP升高而放缓。环氧树脂的粘度决定了其潜在的用例和应用产品的方法。

降低粘度也有助于减少空隙。许多厂商在广泛的粘度下销售环氧树脂，例如100-1,500,000 CPS。然而，热量也会影响粘度，并且暴露于它染色环氧树脂的一致性。

低粘度环氧树脂可能需要12-24小时的固化时间，比高粘度环氧树脂的固化时间更长。高粘度环氧树脂适合表面涂层应用。然而，加工它们不需要超过制造商规定的最大厚度，通常是1-2厘米。

用作整个PCB的材料

工程师在开发pcb时经常使用环氧树脂。特定的环氧树脂有不同的性能，工程专业人员通常必须使用制造商提供的任何材料。

然而，了解特定环氧树脂的功能有助于设计项目顺利进行。有些具有粘接性能，有些则具有导热性。粘合剂的特性和产品材料之间的不匹配可能导致产品上市后影响生产或可用性的问题。

例如，电路板的预浸料通常是由半固化的玻璃环氧材料。预浸料是具有结合和绝缘性能的介电材料。PCB的内核通常具有完全固化的玻璃环氧材料，铜层压到两侧。

此外，在PCB制造期间，公司已经开始将环氧树脂与其他物质结合起来，以持续努力降低与介电材料相关的成本。一种常见的做法是将其与聚苯（PPO）或聚苯基醚（PPE）一起使用，它们是热塑性塑料。

使用PPO没有环氧树脂通常会增加整体制造成本。但是，依靠它减少费用，同时仍会满足性能要求。

您可以通过新开发的植入血氧传感器的示例来了解环氧树脂在PCB组件上的多种用途。这种先进的产品粘合了压电晶体导电环氧银然后将它连接到PCB。显影剂还使用紫外线固化环氧树脂来围绕PCB内的线粘合区域。

选择改善传热

如前所述，具体的环氧树脂具有不同的特征。热管理对于设计和制造IOT设备的大多数公司来说是一个重要的问题。过度的温度会损坏精致的电子产品并导致小工具发生故障。一些工程师已经开发了制作IoT设备从温暖，如体温中受益的方法。然而，目标通常是避免热点和整体过热。

随着物联网设备变得越来越小，控制热量的需求变得更加重要。传统的方法包括使用风扇和散热器。另一种选择是在散发热量或具有冷却能力的部件之间涂上热润滑脂。人们也可以通过使用特定种类的环氧树脂来达到预期的效果。

例如，单组分和双组分环氧树脂增强了界面间的传热。人们也可以选择它们作为其他散热方法的补充，例如使用环氧树脂将散热片粘在PCB上。

当人们讨论散热速度如何与某些环氧树脂发生速度迅速时，他们指的是物质的电导率。如果环氧树脂具有导热率值0.3-0.4瓦特每毫开尔文，这意味着热量消散相对较慢。然而，1.7-2瓦特每毫开尔文的值表明更快的热传导性。

然而，TG是在PCB制造期间使用环氧树脂进行热管理时考虑的另一个方面。所用的任何环氧树脂必须与所附基材的Tg相容。

被选为保形涂料

当公司从事IOT制造时，代表必须考虑在正常使用期间将暴露在小工具的可能环境特征。例如，一些物联网设备在尘埃或潮湿的环境中户外放置。在其他情况下，物联网产品在偏远地区执行恒定的监测，人类不会经常检查。

因此，为IOT设备构建PCB来抵御可能的恶劣元素至关重要。一种常见的方法是施加保形涂层。这种方式使用的环氧树脂是艰难和不透明的，提供良好的保护化学品，磨损和水分。环氧保形涂料也是暴露在高湿度环境中的物联网设备的明智选择。

保形涂层非常薄但保护性。它们直接在PCB组件顶部添加安全层，而不会增加不合需要的散装。由于共形涂层也延长了PCB的寿命，因此IOT设备制造商提供了一种客户预期的长时间性能的简单方法。

同样，保形涂层可以减少可以降低制造商的利润的昂贵的维修成本。PCB过早地破坏物联网产品也可能会损害制造商的声誉。选择在PCB制造过程中应用共形涂层是延长功能的相对简单的方式，从而使客户幸福。

应用于阻止逆向工程

当某人 - 通常是竞争对手时，会发生反向工程 - 试图确定制造商如何生产项目。这是许多行业的风险，适用于化学和生物过程，以及物理产品。

存在众多预防措施以防止逆向工程。例如，一些制造商将传感器放置在PCB内以检测和防止这种尝试。然而，涉及的较少但仍然有效的技术是练习灌封。

它涉及使用壳体或类似层完全包围PCB或另一电子元件。人们将化合物倒入那种案例区域，该区域硬化并成为PCB的一部分。环氧树脂是一个常用的灌封化合物。它的不透明度阻止人们学习的视觉细节，帮助他们了解更多关于设计。

一些灌封的化合物也是不可去除的。在保护复制方面，这是一件好事。然而，它也可以使授权人修复PCB难以或不可能实现困难或不可能。

根据手头的项目，工程师也可以使用硅氧烷来封装而不是环氧树脂。除了在宽温度范围内保持其机械性能之外，硅氧烷柔软，柔性，使其适合覆盖敏感电子器件。

通常选择盆栽与其他几个措施，以阻止人们逆向工程的PCB设计。因此，制造商必须确定哪些选项能提供最佳的保护，并考虑是否需要稍后移除盆栽化合物。

环氧树脂帮助物联网制造进步

这些例子表明，物联网设备制造商可以在多个设计和制造阶段应用环氧树脂，以满足特定的要求或需求。随着物联网设备的不断普及和普及，环氧树脂将继续成为PCB制造的关键部分。

这篇文章最初发表于嵌入式．

艾米丽·牛顿是一项技术和工业记者，他们喜欢发现物联网如何影响不同的行业。艾米丽是主编彻底改变了- 在线杂志探索科学，技术和工业的趋势。订阅和她的通讯保持联系。