КПТД 1

Полная или частичная заливка электронной платы в корпусе является основным направлением применения компаундов КПТД-1. Максимальная толщина слоя компаунда при заливке, как правило, не превышает 4 – 6 мм. При правильном подборе заливочной вязкости и технологии нанесения компаунда возможна проливка зазоров между платой и корпусом шириной от 0,1 – 0,3 мм.

Технологический процесс

Основные операции технологического процесса заливки изделий в корпусе:

1. Подготовка поверхностей корпуса и платы (очистка, обезжиривание, нанесение грунтовки-подслоя);
2. Приготовление компаунда: вымешивание компонентов А и Б в исходной таре до равномерной консистенции, дозирование компонентов А и Б по массе в емкость приготовления компаунда, смешивание;
3. Заливка приготовленного компаунда в корпус с электронной платой;
4. При заливке электронной платы в корпусе, как правило, осуществляется обработка последнего на вибростоле для заполнения компаундом микрощелей и выхода пузырьков воздуха (заполнение газовых полостей), обработка в вакуумной камере для выхода микропузырьков воздуха, выдерживание в термокамере при 60 – 85 °С для быстрого отверждения компаунда.

Пример выбора компаунда

При выборе компаунда для корпусной заливки важно учитывать два параметра: заливочную вязкость и теплопроводность. Эти характеристики определяют, насколько хорошо материал заполняет зазоры и отводит тепло.

Рассмотрим два компаунда: КПТД-1/1Л-2,5 (К1/90) и КПТД-1/1Т-12,5 (К4).

К1/90 имеет заливочную вязкость в 5 раз ниже, чем К4. Поэтому он способен заполнять более узкие конструктивные зазоры — от 0,35 мм, тогда как для К4 требуется зазор не менее 1 мм.

При этом теплопроводность К4 в 1,6 раза выше, чем у К1/90. Однако при корпусной заливке важна не только теплопроводность материала, но и фактическая толщина слоя.

При толщине слоя 0,35 мм для К1/90 удельное термическое сопротивление составляет 7,17 (К·см²)/Вт. Для К4 при толщине слоя 1,0 мм оно составляет 12,72 (К·см²)/Вт.

Таким образом, при небольших зазорах К1/90 может обеспечить более эффективный теплоотвод за счёт возможности формирования более тонкого слоя.

Итоговые рекомендации

Для корпусной заливки с минимальными зазорами целесообразно рассматривать компаунд КПТД-1/1Л-2,5 (К1/90). В приведённом примере его применение обеспечивает в 1,8 раза более высокий теплоотвод, чем К4. Кроме того, за счёт меньшей минимальной толщины слоя и плотности массовый расход К1/90 оказывается в 3,7 раза ниже.

Для процессов заливки и капсулирования с заданной толщиной слоя, где толщина не зависит от заливочной вязкости, ключевым параметром становится теплопроводность компаунда: чем выше теплопроводность, тем ниже термическое сопротивление слоя.

С учётом этих факторов:

• КПТД-1/1Л-2,5 (К1/90) и КПТД-1/1Т-5,5 (К1) — для корпусной заливки, в том числе при небольших зазорах;
• КПТД-1/3Л-10,5 (К6) и КПТД-1/3Т-15,0 (К7) — для заливки с нормируемыми зазорами и капсулирования.

Капсулирование – это сплошное или частичное нанесение слоя компаунда только на поверхность самой электронной платы. При капсулировании толщина слоя компаунда, как правило, не превышает 0,5 – 1,0 мм.

В условиях массового производства при существенных габаритах заливаемых изделий преимущества капсулирования очевидны: наименьший по сравнению с полной заливкой в корпусе расход компаунда, полный контроль качества покрытия после отверждения, возможность извлечения капсулированного изделия из корпуса для проверки работоспособности и замены. Опыт полного капсулирования электронных плат показывает, что покрытие КПТД-1 обеспечивает степень защиты оболочки IP68 (длительное время работы под водой на глубине более 1 м).

Технологический процесс

Основные операции технологического процесса капсулирования изделий:

1. Подготовка поверхности платы и электронных элементов: чистка, обезжиривание, нанесение грунтовки-подслоя, сушка;
2. Приготовление компаунда: вымешивание компонентов А и Б в исходной таре до равномерной консистенции, дозирование компонентов А и Б по массе в емкость приготовления компаунда, смешивание;
3. Дозирование компаунда на каждую плату;
4. Распределение компаунда по плате специальной автоматической дозирующей головкой или вручную кистью;
5. Выдерживание покрытой платы в термокамере при 60 – 85 °С для быстрого отверждения компаунда;
6. Визуальный контроль качества покрытия;
7. Выборочный ультразвуковой контроль толщины покрытия.

Автоматизированные системы заливки

В настоящее время процессы заливки в корпус и капсулирования достаточно автоматизированы с применением специальных двухкомпонентных дозаторов для дозирования по объему (массе) смешивания и подачи компаунда, а также координатных роботов для позиционирования подающей головки дозатора. Преимущество автоматизированных систем нанесения заключается в возможности полной интеграции в конвейерную линию при массовом производстве, а также в возможности работы в полуавтоматическом режиме при наличии оператора и устройства дозирования в виде ручного пистолета.

Среди производителей двухкомпонентных дозаторов следует выделить оборудование фирмы SECMER серии DOSAMIX, серии PU и RIM, системы дозирования PD44 и PR70 фирмы Graco, системы дозирования Liquid Control LC120FR, Liquid Control MINI, IJ30C, IJ40C компании Fisnar Liquid Control.

Возможности перечисленных дозирующих систем позволяют использовать компоненты А и Б с различной вязкостью, включая силиконы с различными наполнителями при соотношении смешивания от 1:1 до 100:1.

Опыт применения компаундов КПТД-1 на автоматизированных технологических участках заливки показал их полное соответствие требованиям данного дозирующего оборудования по точности смешивания и дозирования.

Модель расчёта

Для оценки теплопроводящих свойств компаундов КПТД-1 применяется математическая модель расчета термического сопротивления. В данном случае суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R включает термическое сопротивление на границе «теплоотдающая контактная поверхность – поверхность слоя компаунда» R1S , термическое сопротивление, зависящее от толщины δ и теплопроводности λ слоя компаунда δ/λ , а также термическое сопротивление на границе «поверхность слоя компаунда – теплопринимающая контактная поверхность» R2S.

При заливке и полимеризации между контактными поверхностями поверхность компаунда даже на микроуровне в основном полностью повторяет контур контактной поверхности, что значительно снижает суммарное удельное контактное термическое сопротивление RS.

Коэффициенты и данные

Для расчета термического сопротивления слоя компаунда RF следует принимать следующие значения эмпирических коэффициентов:

• компаунды КПТД-1 легкого наполнения (Л) RS = 0,17 (К⋅см²)/Вт
• компаунды КПТД-1 тяжелого наполнения (Т) RS = 0,22 (К⋅см²)/Вт

При этом значение теплопроводности λ для конкретной марки компаунда берется из таблицы «Технические характеристики», или из удостоверения о качестве, которое прилагается к поставляемой продукции.

Пример выбора

Пример 1. Плата контроллера двигателя с целью комплексного отвода тепла и герметизации от внешней среды вклеивается компаундом КПТД-1/1Т-12,5 в алюминиевый корпус, имеющий внешний воздушный радиатор. Средняя толщина слоя компаунда между платой и корпусом после полимеризации δ составляет 0,35 мм, площадь теплоотдающей поверхности F микропроцессора на плате составляет 10,5 см². Требуется определить термическое сопротивление слоя компаунда RF для оценки достаточности теплоотвода от микропроцессора на корпус контроллера, а также рассчитать перепад температур ΔT между поверхностью микропроцессора и корпусом при значении отводимой тепловой мощности Q = 15 Вт.

Принимаем значение RS = 0,22 (К⋅см²)/Вт для компаундов тяжелого наполнения;

Из удостоверения о качестве принимаем значение теплопроводности компаунда λ = 0,84 Вт/(м⋅K);

Рассчитываем R = RS + δ / λ R = 4,39 (К⋅м2)/Вт;

Определяем значение RF по формуле 4: RF = 0,418 К/Вт ;

Рассчитываем перепад температур, используя формулу 1: ΔT = RF ⋅ Q ΔT = 6,3 °С

Итоговые рекомендации

Альтернативный расчет

Для примера 1 при применении компаунда КПТД-1/3Т-15,5 (К7) имеем:

• λ = 1,27 Вт/(м⋅K)
• R = 2,98 (К⋅м2)/Вт
• RF = 0,283 К/Вт
• ΔT = 4,3 °С

Вывод: Использование компаунда с более высокой теплопроводностью (К7) позволяет снизить термическое сопротивление и перепад температур почти на 2 °C (с 6,3°C до 4,3°C) при тех же условиях. Выбор между марками зависит от требуемого баланса между теплопроводностью, технологичностью нанесения и стоимостью решения.

1. Компоненты А и Б компаундов КПТД-1 смешивают непосредственно перед применением. Для компаундов с соотношением компонентов А и Б 1:1 на 1 массовую часть компонента А добавляют 1 массовую часть компонента Б. Для компаундов с соотношением компонентов А и Б 25 – 35:1 на 25 – 35 массовых частей компонента А добавляют 1 массовую часть компонента Б. При хранении более 60 дней с даты изготовления возможно изменение времени жизнеспособности компаунда из-за частичной утраты катализатором своих свойств. В данном случае необходима предварительная проверка и корректирование времени жизнеспособности.
2. Перед применением компоненты А и Б компаундов с соотношением компонентов 1:1, или компонент А компаундов с соотношением компонентов 25 – 35:1 должны быть тщательно перемешаны в таре изготовителя (см. рисунок 1). Наличие осадка, а также пигментных пятен на поверхности при хранении не является выбраковочным фактором. Осадок и пигментные пятна должны распределяться и исчезать при последующем перемешивании. Допускается смешение компонентов А и Б с растворителем бензином типа БР-2 ТУ 38.401-67-108 или нефрасом С2 – 80/120 по ТНПА изготовителя для достижения требуемой заливочной вязкости (консистенции) в соотношении на 100 весовых частей компонента А или Б не более 3 весовых частей растворителя.
3. Смешение компонентов А и Б при приготовлении компаунда должно выполняться при тщательном перемешивании в течение не менее 1 – 2 минут. Технология применения компаундов КПТД-1 должна исключать возможность попадания пузырьков воздуха, частиц пыли и прочих посторонних включений в материал при заливке изделий.
4. Поверхности, подлежащие нанесению КПТД-1, тщательно очищают от пыли, грязи и другого сора волосяными щетками, тканевыми салфетками или с помощью обдува сжатым воздухом. Для удаления влаги, следов минеральных масел, а также жировых пятен и других загрязнений поверхности обезжиривают тканью, смоченной в растворителе бензине БР-2, нефрасе С2 – 80/120 или в спирте изопропиловом ТУ 2632-015-11291058. После обработки растворителем поверхности тотчас же протирают сухой чистой тканью насухо или высушивают на воздухе и в термошкафу. Затем в таком же порядке проводят вторичное обезжиривание.
5. Компаунд наносится на покрываемые поверхности шпателем, шприцем, дозирующей головкой или другими заливочными приспособлениями различного профиля (см. рисунок 2).
6. Для достижения заданной прочности связи компаунда с поверхностью при отслаивании поверхности металлических изделий должны быть подготовлены в соответствии с ГОСТ 21981. При нанесении КПТД-1 на поверхности прочих полимерных или керамических изделий адгезионные свойства не нормируются. В данном случае адгезионные свойства КПТД-1 согласуются с потребителем или определяются потребителем самостоятельно.
7. Прочность связи материалов КПТД-1 с поверхностью может быть увеличена путем нанесения на предварительно подготовленную поверхность подслоя (праймера) типа П-11 или П-12Э ТУ 38.103-04-06-90, SS4120, SS4155 фирмы GE Silicones, Ambersil Primer №3 фирмы Ambersil Silicones, Dow Corning 1200 RTV Prime Coat фирмы Dow Corning. Следует учитывать, что адгезионные свойства компаундов проявляются в полной мере в течение 2 – 14 суток после полимеризации.
8. С целью обеспечения качества покрытия полимеризация КПТД-1 до потери жизнеспособности должна производиться преимущественно при комнатной температуре, полная полимеризация должна осуществляется при температурах от плюс 15ºС до плюс 70ºС.
9. Применение компаундов осуществляется путем частичной или полной заливки изделий (см. рисунок 3 и 4), а также нанесением на поверхность в виде теплопроводящего изолирующего от внешней среды или герметизирующего слоя – капсулированием (см. рисунок 2). При этом толщина слоя компаунда составляет, как правило, 0,5 – 1,0 мм, а линейные усадки не превышают 0,1 – 1,5 %.
10. За счет остаточной эластичности и минимальной усадки даже высоконаполненные компаунды КПТД-1 не создают после полимеризации остаточных напряжений, приводящих к механическим повреждениям компонентов электронных плат. Таким образом, полная заливка изделий в корпуса (см. рисунок 4) гарантирует надежную герметизацию от внешней среды, дополнительную электрическую изоляцию, высокую стойкость к вибрационным и ударным нагрузкам, а также эффективный теплоотвод одновременно от всех элементов платы через компаунд на корпус изделия и в окружающую среду.
11. Применение компаундов КПТД-1 не исключает возможность осуществления ремонта залитых изделий. Благодаря эластичности и сравнительно невысокой механической прочности слой компаунда достаточно легко вскрывается пластмассовой отверткой или шпателем, а также режется ножом. Места вскрытия и восстановленные элементы затем опять заливаются компаундом (желательно той же марки) с гарантированной адгезией к предыдущему слою.