Płytka drukowana stanowi podstawę większości urządzeń elektronicznych, ale samo lutowanie nie zawsze wystarcza do trwałego zamocowania wszystkich elementów. Odpowiednio dobrany klej może unieruchomić komponenty i przewody, odciążyć połączenia lutowane, zabezpieczyć układ przed drganiami, a nawet ułatwić odprowadzanie ciepła. W tym artykule omawiamy najważniejsze zastosowania klejów do PCB oraz właściwości ich poszczególnych rodzajów.
Co to jest klej do PCB?
Klej stosowany podczas montażu elektroniki.
Klej do PCB to materiał przeznaczony do mocowania lub zabezpieczania elementów elektronicznych na płytce. Do popularnych rozwiązań należą neutralne silikony RTV, które podczas utwardzania nie wydzielają kwasu, oraz kleje cyjanoakrylowe (CA), używane tam, gdzie potrzebne jest szybkie połączenie. Wybór zależy od materiału podłoża, temperatury pracy, wymaganej elastyczności i warunków środowiskowych.
Klej do PCB-Typowe zastosowania kleju do płytek drukowanych
Technik nakładający klej na płytkę.
Kleje do PCB stosuje się przede wszystkim w następujących procesach:
Klejenie komponentów montowanych powierzchniowo (Surface Mount Components Bonding)
Samochodowe płytki drukowane z elementami montowanymi powierzchniowo.
Podczas klejenia elementów montowanych powierzchniowo (SMD) najpierw nanosi się niewielkie krople nieutwardzonego kleju, a następnie umieszcza na nich komponenty. Spoiwo utwardza się promieniowaniem UV albo pod wpływem ciepła, zależnie od jego składu. Proces ten jest również określany jako chip bonding.
Utwardzenie zapewnia stabilne zamocowanie elementów SMD. Klej montażowy pełni przy tym dwie podstawowe funkcje:
Utrzymuje komponenty na miejscu podczas kolejnych etapów procesu.
Odciąża mechanicznie połączenia lutowane, ograniczając ryzyko ich pękania pod wpływem drgań lub naprężeń.
Dobry klej do montażu SMD powinien mieć odpowiednio długi okres przechowywania i umożliwiać precyzyjne dozowanie. Jego nadmiar nie może zalewać pól lutowniczych ani wrażliwych części komponentów. Ważne są również następujące właściwości:
Powinien szybko się utwardzać.
Nie powinien tworzyć nitek podczas dozowania.
Przed utwardzeniem powinien zachowywać odpowiednią lepkość i stabilnie utrzymywać element.
Po utwardzeniu powinien mieć odpowiednie właściwości izolacyjne.
Powinien łączyć wymaganą wytrzymałość mechaniczną z elastycznością odpowiednią dla danego zastosowania.
Klej do PCB-Wire Tacking
Mocowanie przewodów podczas naprawy elektroniki.
Mocowanie przewodów do PCB ogranicza ich przemieszczanie i odciąża punkty lutownicze. Najpierw usuń izolację jedynie z końców przeznaczonych do lutowania, następnie przylutuj przewody, a po kontroli połączenia unieruchom ich izolowaną część na powierzchni płytki za pomocą odpowiedniego kleju.
Do tego celu można użyć kleju cyjanoakrylowego, epoksydowego, akrylowego albo światłoutwardzalnego. W przypadku cyjanoakrylanów odpowiednio dobrany aktywator może skrócić czas utwardzania do 30 sekund. Klej nie powinien jednak reagować z izolacją przewodu ani utrudniać późniejszego serwisowania płytki.
Potting I Encapsulating Electronic Components
Płytka drukowana przygotowana do zalewania.
Zalewanie, czyli potting, polega na wypełnieniu żywicą przestrzeni wokół komponentów lub całego modułu. Warstwa ta chroni elektronikę przed wilgocią, zabrudzeniami, drganiami i uszkodzeniami mechanicznymi, a zarazem poprawia izolację elektryczną.
Materiał do zalewania PCB powinien być odporny chemicznie oraz dobrze przylegać do metali i tworzyw sztucznych występujących w module. Najczęściej stosuje się żywice epoksydowe, silikonowe, akrylowe i poliuretanowe.
Klej do PCB-Powłoki konformalne
Nakładanie materiału ochronnego na płytkę.
Powłoka konforemna nie służy do mechanicznego klejenia elementów, choć często powstaje z podobnych rodzajów żywic. Do jej wykonania wykorzystuje się między innymi materiały epoksydowe, silikonowe, akrylowe i poliuretanowe.
Głównym zadaniem powłoki konforemnej jest ochrona płytki przed wilgocią, kurzem, zanieczyszczeniami i korozją połączeń lutowanych. Odpowiednia warstwa ogranicza również ryzyko zwarć powierzchniowych i pomaga zabezpieczyć układ podczas zmian temperatury pracy.
Rodzaje kleju do płytek drukowanych
Klej dozowany z butelki.
Wybierając klej, trzeba uwzględnić jego stan podczas nakładania, przebieg utwardzania oraz właściwości po osiągnięciu stanu stałego. Każdy z tych etapów wpływa na dozowanie, czas procesu i trwałość gotowego połączenia.
Poniżej przedstawiamy najczęściej spotykane rodzaje klejów do płytek drukowanych.
Klej do PCB-Kleje utwardzane ultrafioletem
Klej utwardzany promieniowaniem UV.
Kleje światłoutwardzalne wiążą pod wpływem promieniowania UV. Do tej grupy należą materiały do klejenia, powlekania i enkapsulacji. Są chętnie stosowane w elektronice ze względu na krótki czas procesu i możliwość precyzyjnego sterowania obszarem utwardzania.
Ich dodatkową zaletą jest utwardzanie bez konieczności długiego wygrzewania całego zespołu.
Wiele takich preparatów powstaje na bazie akrylanów i zawiera fotoinicjatory uruchamiane światłem o odpowiedniej długości fali. Warstwa nie może być zbyt gruba ani znajdować się w cieniu elementu, ponieważ promieniowanie UV nie przeniknie skutecznie do całej objętości kleju.
Klej do PCB-Kleje termoprzewodzące
Płytka drukowana z wieloma komponentami.
Gdy radiator trzeba zamocować bezpośrednio do elementu elektronicznego, spoiwo powinno nie tylko utrzymywać połączenie, lecz także tworzyć skuteczną drogę odprowadzania ciepła. Służy do tego klej termoprzewodzący. Nie należy mylić go ze zwykłym klejem topliwym, który zazwyczaj ma znacznie gorsze właściwości cieplne.
Żywicę wypełnia się cząstkami o wysokiej przewodności cieplnej, które mogą być elektrycznie izolujące lub przewodzące. Wypełniacz zwiększa lepkość materiału, ale przede wszystkim poprawia transport ciepła przez warstwę kleju. Jego rodzaj trzeba dobrać tak, aby nie spowodować zwarcia.
Kleje termoprzewodzące są dostępne w wielu formulacjach opartych między innymi na żywicach epoksydowych, akrylowych i silikonowych. Nie należy samodzielnie mieszać różnych systemów chemicznych, jeśli producent nie przewidział takiego sposobu przygotowania.
Przewodzący klej do PCB
Do części zastosowań potrzebny jest klej przewodzący elektrycznie.
Większość standardowych klejów jest izolatorem elektrycznym. Nie mogą więc zastąpić połączenia przewodzącego podczas montażu wybranych elementów powierzchniowych ani układów scalonych.
W takich zastosowaniach wykorzystuje się specjalne kleje przewodzące, zwykle zawierające cząstki metalu. Dzielą się one na materiały anizotropowe i izotropowe.
Kleje anizotropowe przewodzą przede wszystkim w jednym kierunku, najczęściej przez grubość spoiny. Kleje izotropowe tworzą natomiast połączenia przewodzące we wszystkich kierunkach.
Klej do PCB-Inne rodzaje klejów
Ilustracja różnych rodzajów kleju.
W elektronice spotyka się również następujące grupy materiałów:
Klej do PCB-Poliimidy
Poliimidy mogą pracować w temperaturze do 300ºC. Stosuje się je więc w zaawansowanych urządzeniach, w których nie da się uniknąć długotrwałego oddziaływania wysokiej temperatury.
Żywice silicone
Żywice silikonowe są wykorzystywane przede wszystkim jako elastyczne uszczelniacze, powłoki konforemne i materiały do enkapsulacji. Ich ważną zaletą jest odporność zarówno na niską, jak i wysoką temperaturę. Zachowują właściwości w zakresie od - 60ºC do +200ºC.
Klej do PCB-Cyjanoakrylany
Cyjanoakrylany często służą do szybkiego mocowania przewodów i niewielkich elementów zewnętrznych do PCB. Są to jednoskładnikowe kleje, które wiążą po naniesieniu cienkiej warstwy między dopasowane powierzchnie. Aktywator może przyspieszyć proces, ale trzeba sprawdzić jego zgodność z materiałami płytki i komponentów.
Winooski
Klej do PCB może mocować elementy i przewody, odciążać luty, uszczelniać moduł, chronić płytkę przed środowiskiem albo odprowadzać ciepło. Nie istnieje jednak jeden preparat odpowiedni do wszystkich tych zadań. Przed wyborem trzeba sprawdzić sposób utwardzania, temperaturę pracy, elastyczność, przewodność elektryczną i cieplną oraz zgodność z materiałami. Jeśli potrzebujesz pomocy przy doborze technologii montażu lub wykonaniu PCB, skontaktuj się z nami.