Klej do PCB dobiera się do zadania: mocowania elementów SMD przed lutowaniem na fali, mocowania przewodów albo połączenia elementu z radiatorem. Zalewa wypełnia przestrzeń wokół zespołu i chroni go, natomiast lakier ochronny tworzy powłokę i nie jest klejem. O wyborze decydują sposób utwardzania, właściwości cieplne i elektryczne oraz możliwość późniejszej naprawy.
Co to jest klej do PCB?
Klej stosowany podczas montażu elektroniki.
Klej do PCB to materiał przeznaczony do mocowania elementów elektronicznych na płytce. Stosuje się między innymi kleje epoksydowe i silikonowe, a do szybkiego mocowania tymczasowego także cyjanoakrylowe lub topliwe. Wybór zależy od materiału podłoża, temperatury pracy, wymaganej elastyczności i warunków środowiskowych; szybkie wiązanie nie oznacza przydatności w pobliżu styków czy optyki.
Typowe zastosowania klejów do płytek drukowanych
Technik nakładający klej na płytkę.
Kleje do PCB stosuje się przede wszystkim w następujących procesach:
Mocowanie elementów SMD przed lutowaniem na fali
Samochodowe płytki drukowane z elementami montowanymi powierzchniowo.
Przed lutowaniem na fali nanosi się niewielkie krople kleju i umieszcza na nich elementy SMD. Typowo stosuje się jednoskładnikowy klej epoksydowy utwardzany cieplnie, według harmonogramu z noty katalogowej. Nie należy zakładać, że klej UV utwardzi się pod nieprzezroczystym elementem: zacienione miejsca nie otrzymają wymaganego naświetlenia.
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.
Mocowanie przewodów do płytki
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 szybkiego mocowania przewodów stosuje się między innymi kleje topliwe. Cyjanoakrylany wiążą szybko, lecz są kruche i mogą powodować biały nalot oraz uwalniać opary, dlatego nie nadają się do stosowania w pobliżu styków i optyki. Zgodność z izolacją przewodu oraz czas wiązania trzeba sprawdzić w karcie konkretnego produktu.
Zalewanie i enkapsulacja zespołów elektronicznych
Płytka drukowana przygotowana do zalewania.
Zalewanie polega na wypełnieniu żywicą przestrzeni wokół komponentów lub całego modułu. Materiał chroni zespół przed wilgocią i drganiami, a jego właściwości izolacyjne należy sprawdzić w karcie katalogowej.
Do zalewania PCB stosuje się żywice epoksydowe, silikonowe lub poliuretanowe. Dobór obejmuje odporność na wilgoć, sztywność oraz właściwości elektryczne materiału po utwardzeniu.
Lakiery ochronne i powłoki konforemne
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.
Kleje utwardzane promieniowaniem UV
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.
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.
Kleje przewodzące elektrycznie
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.
Rodzaje żywic i ich właściwości
Ilustracja różnych rodzajów kleju.
W elektronice spotyka się również następujące grupy materiałów:
Żywice epoksydowe
Epoksydy typowo zapewniają wysoką wytrzymałość mechaniczną, ale po utwardzeniu są sztywne i trudne do usunięcia. Parametry konkretnej odmiany należy sprawdzić w nocie katalogowej, szczególnie gdy połączenie będzie poddawane cyklom temperatury lub przewiduje się naprawy.
Żywice silikonowe i poliuretanowe
Silikony są typowo elastyczne, pracują w szerokim zakresie temperatur i łatwiej je usunąć niż epoksydy, lecz zwykle mają mniejszą wytrzymałość mechaniczną. Poliuretany łączą elastyczność z dobrą odpornością na wilgoć. Dokładny zakres temperatur pracy i pozostałe właściwości zależą od producenta i wersji materiału — sprawdź kartę katalogową.
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.
Jak dobrać materiał do zadania?
Najpierw określ funkcję materiału, dopiero potem wybieraj produkt. Poniższa tabela opisuje typowe zastosowania, a nie gwarantowane parametry konkretnego preparatu. Lakier ochronny pozostaje osobną kategorią: tworzy powłokę, nie zastępuje kleju mocującego ani zalewy wypełniającej moduł.
| Zadanie | Typowy materiał | Zaleta | Ryzyko lub ograniczenie |
|---|---|---|---|
| Mocowanie SMD pod lutowanie na fali | Epoksyd jednoskładnikowy, utwardzany cieplnie | Szybkie nanoszenie precyzyjnych kropli | Trudne usuwanie; wymagany profil temperatury |
| Odprowadzanie ciepła | Klej lub pasta termiczna z wypełniaczem | Niska rezystancja cieplna połączenia | Wytrzymałość mechaniczna zależy od produktu; pasta nie musi zapewniać mocowania |
| Ochrona i usztywnienie zespołu | Zalewa epoksydowa, silikonowa lub poliuretanowa | Ochrona przed wilgocią i wibracjami | Koszt, masa i utrudniony dostęp serwisowy; sztywność zależy od materiału |
| Szybka naprawa tymczasowa | Cyjanoakryl lub klej topliwy | Wygodne, szybkie mocowanie | Cyjanoakryl jest kruchy i może zostawiać nalot; nie stosuj go przy stykach i optyce |
Co sprawdzić w karcie katalogowej kleju lub zalewy?
Parametry oceniaj wg noty katalogowej, razem z warunkami badania. Dokładne wartości zależą od producenta i wersji — sprawdź kartę katalogową. Sama nazwa żywicy nie określa dopuszczalnej temperatury, izolacyjności ani wytrzymałości gotowego połączenia.
| Parametr | Jednostka lub sposób opisu | Znaczenie przy doborze |
|---|---|---|
| Lepkość | mPa·s; warunki pomiaru wg noty | Dopasowanie do dozowania kropli lub wypełniania przestrzeni |
| Czas życia mieszanki i utwardzanie | Czas oraz temperatura procesu | Okno robocze po zmieszaniu składników i wymagany harmonogram utwardzania |
| Tg i CTE | Temperatura zeszklenia; współczynnik rozszerzalności cieplnej | Duża różnica CTE względem laminatu i elementu powoduje naprężenia przy cyklach temperatury |
| Przewodność cieplna | W/(m·K) | Ocena materiału w połączeniu elementu z radiatorem |
| Wytrzymałość dielektryczna i rezystywność | Jednostki i metoda wg noty | Ocena właściwości izolacyjnych zalewy |
| Wytrzymałość na ścinanie | MPa; np. ścinanie zakładkowe | Porównuj ten sam test i podłoża; wyniki z różnych metod nie są bezpośrednio porównywalne |
| Zakres temperatur i zgodność procesowa | Warunki pracy, topnik, czyszczenie, deklaracja RoHS | Sprawdzenie przydatności do procesu oraz środowiska pracy |
Zgodność z topnikiem do lutowania i późniejszym czyszczeniem sprawdzaj dla wybranego produktu. Dla utwardzania cieplnego potrzebny jest harmonogram temperatury i czasu; UV wymaga dostępu światła. Silikony jednoskładnikowe mogą utwardzać się wilgocią, a w materiałach dwuskładnikowych czas życia mieszanki ogranicza czas pracy po połączeniu składników.
Przykład obliczeniowy: grubość spoiny a przepływ ciepła
Dla jednorodnej warstwy w uproszczonym modelu przewodzenia rezystancję cieplną opisuje wzór Rθ = t / (λ · A), gdzie t to grubość w m, λ — przewodność cieplna w W/(m·K), a A — powierzchnia w m². Wynik otrzymuje się w K/W. Wartość λ należy pobrać z noty katalogowej konkretnego produktu.
Przykład porównawczy: przy tej samej powierzchni i tym samym materiale podwojenie grubości daje Rθ,nowa = (2 · t) / (λ · A) = 2 · Rθ,początkowa. Rezystancja samej warstwy rośnie więc dwukrotnie. To wynik obliczenia modelowego, nie pomiar; nie uwzględnia oporów kontaktu na granicach materiałów i nie wyznacza temperatury całego urządzenia.
Testowanie i naprawialność przed utwardzeniem
Przed zalaniem lub końcowym klejeniem zabezpieczającym wykonaj test funkcjonalny PCB. Po utwardzeniu dostęp do punktów pomiarowych jest zwykle utracony. Mocowanie SMD przed lutowaniem na fali stanowi wcześniejszy etap montażu; test gotowego układu należy przeprowadzić przed jego późniejszym zalaniem.
Jeżeli przewidujesz serwis, wybierz materiał o mniejszej sztywności lub pozostaw potrzebne miejsca bez zalewy. Utwardzony epoksyd zwykle wymaga usuwania mechanicznego albo termicznego, co grozi uszkodzeniem padów. Zaplanuj dostęp do elementów i punktów pomiarowych przed dozowaniem, zamiast zakładać, że zalewę uda się później bezpiecznie oderwać.
Wnioski
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.
