Pri výrobe a montáži elektroniky sa zalievacie hmoty a materiály používajú  pre vyplnenie a utesnenie konštrukčných dutín v elektronických konštrukciách. Týmto spôsobom zalievacie hmoty chránia elektronické komponenty pred vibráciami,  nárazmi, alebo priamym , či nepriamym stykom s vlhkosťou, prachom a inými nečistotami, ktoré by mohli spôsobiť koróziu alebo elektrické poruchy. Aktuálne je dispozícii celý rad zalievacích hmôt od rúznych výrobcov, ktoré vyhovujú jedinečným potrebám rôznych zariadení, prostrediam, v ktorých budú používatelia elektronické zariadenie prevádzkovať, a poskytujú ďalšie špeciálne vlastnosti, ako je napríklad nehorľavosť, ochrana proti žiareniu alebo nízku plynnosť pre vesmírne aplikácie a aplikácie s vysokým vákuom.  Aktuálne ponúka trh stovky zalievacích a zapuzdrovacích zmesí na báze rôznych chemických látok vrátane epoxidových, polyuretánových a silikónových systémov a vy si tak môžete prispôsobiť systémy pre vašu konkrétnu aplikáciu. 

Kľúčové výhody zalievacích hmôt pre elektroniku

Okrem ochrany elektrických komponentov pred nárazmi a vibráciami patria medzi hlavné výhody zalievacích hmôt pre elektroniku:

• Elektrická izolácia - Zalievací materiál, ktorý nahrádza vzduch v konštrukcii, poskytuje dodatočnú vrstvu elektrickej izolácie. Môže eliminovať riziko prepätia alebo vzniku elektrického oblúku, či prepätia prepätia vo vysokonapäťových zariadeniach a pomáhajú tak zabrániť alebo obmedziť vznik požiaru pri poruche zariadenia.
• Tepelné vlastnosti - V rámci konštrukcie sa môže počas používania nahromadiť stratové teplo, ktoré vytvárajú elektrické komponenty, a to môže viesť k poruche zariadenia, alebo ku skráteniu životnosti niektorých citlivých komponentov.  Aby sa zabránilo nadmernému lokálnemu prehriatiu, tepelne vodivý zalievací materiál efektívne odvádza teplo v rámci konštrukcie k najbližšiemu chladiču, alebo ku konštrukcii skrinky. Pružné zalievacie materiály sú tiež schopné ochrániť elektroniku pred tepelnými šokmi a poškodením spôsobeným vnútorným zmrštením v dôsledku vystavenia nízkym teplotám.
• Odolnosť voči vlhkosti a chemickej korózii - Vlhkosť v elektronickej konštrukcii môže spôsobiť rôzne elektrické poruchy a jej následné nesprávne fungovanie, ako sú napríklad vysoké hodnoty prechodového odporu na pinoch konektorov.  V niektorých prevádzkových prostrediach sú komponenty vystavené aj pôsobeniu rozpúšťadiel, olejov, paliva a iných chemikálií. Vhodné zalievacie zmesi môžu vytesniť vlhkosť a chemikálie a umožniť tak, aby zariadenie naďalej fungovalo aj pri úplnom ponorení do vody, či špecifických chemikálií.
• Ochrana pred rizikami prostredia - Okrem ochrany pred vlhkosťou a chemikáliami poskytujú zalievacie materiály účinnú ochranu aj pred vlhkosťou, prachom, teplotami okolia a dokonca aj pred zmenami tlaku a to aj vrátane vákua, ktoré by mohli poškodiť komponenty.
• Výkonové zaťaženie - Keďže zalievací materiál minimalizuje poškodenie spôsobené vibráciami, nárazmi, pádmi a inými neželanými pohybmi, môže výrazne predĺžiť životnosť zariadenia. To môže mať zásadný význam pri aplikáciách v blízkosti motorov a pri mobilných zariadeniach, kde môže dochádzať k častým vibráciám a pádom.
• Zvýšená odolnosť - Niektoré typy zalievacích materiálov môžu poskytovať ochranu pred poškodením odieraním a/alebo posúvaním. Zvyčajne ide buď o húževnaté elastoméry s vysokou pevnosťou v roztrhnutí, alebo o tuhé systémy plnené minerálmi.
• Možnosť používať elektroniku v extrémnych podmienkach - Zalievanie a zapuzdrenie chránia koncových používateľov pred vystavením elektrickému prúdu a môžu byť formulované tak, aby spĺňali normy Underwriter Laboratory (UL) pre spotrebné zariadenia.  Niektoré zmesi môžu byť skutočne uznané spoločnosťou UL a používanie zalievacích zmesí uznaných spoločnosťou UL môže znížiť náklady výrobcov na to, aby ich zariadenia boli uvedené na zozname UL. 
• Ochrana jedinečných konfigurácií elektronického výrobku - Napokon zalievacie zmesi môžu byť formulované tak, aby boli nepriehľadné a ťažko odstrániteľné vrstvy bez toho, aby sa zničili jednotlivé elektronické konštrukcie. To môže pomôcť chrániť napríklad patentované dizajny a môže sa to vyžadovaťaj  na splnenie požiadaviek na uchovanie bezpečnosti napríklad pre finančný priemysel, letectvo a armádu.

Zalievanie vs. konformný povlak

Konformné povlaky sú materiály, ktoré sa nanášajú na dosky s plošnými spojmi a konštrukcie s cieľom vytvoriť tenké ochranné dielektrické vrstvy.  Tieto pri nanášaní tekuté povlaky sa prispôsobujú tvaru elektronických komponentov na doske plošnéh spoja a po úplnom vytvrdnutí vytvárajú tenkú izolačnú vrstvu (zvyčajne 0,127mm alebo menej).  Konformné povlaky sú k dispozícii na báze viacerých chemických látok vrátane akrylových, epoxidových, polyuretánových, silikónových a parylénových. Tieto povlaky musia spĺňať rúzne normy pre konformné povlaky podľa noriem  Mil-I-46058 a IPC-CC-830.

Hoci zalievanie a konformný povlak poskytujú izolačnú vrstvu okolo elektroniky a chránia ju pred vlhkosťou, chemikáliami a vibráciami, každý z nich má inú hrúbku a odolnosť. V prípade aplikácií, ktoré vyžadujú vysokú mechanickú pevnosť, odolnosť proti oderu, tepelnú vodivosť alebo najlepšiu možnú elektrickú izoláciu a odolnosť voči chemikáliám a prostrediu, je pravdepodobne najlepšou voľbou zalievanie. Konformný povlak je zvyčajne rýchlejší proces, spotrebuje sa pri ňom menej materiálu a často sa používajú aj na pružné až polopružné materiály, takže je vhodný pre komponenty citlivé na mechanické namáhanie. Konformný povlak je vhodný aj pre aplikácie s prísnymi toleranciami alebo hmotnostnými limitmi.

Typy zalievacích zmesí a ich bežné aplikácie

Každá zalievacia hmota ponúka mierne odlišné vlastnosti a aj stupne ochrany. Tri najpoužívanejšie chemické zloženia zalievacích hmôt sú:

Epoxidové zalievacie zmesi

Epoxidové zalievacie hmoty sa ponúkajú v širokej škále od polopružných až po tuhé systémy s vynikajúcou odolnosťou voči chemikáliám a životnému prostrediu, vysokou mechanickou pevnosťou, vynikajúcou tepelnou odolnosťou a veľmi dobrými izolačnými vlastnosťami.  Niektoré triedy sú vhodné na dlhodobé vonkajšie aplikácie, aplikácie s nízkym obsahom splodín a môžu poskytovať vysokú tepelnú vodivosť.

Uretánové zalievacie zmesi

Uretánové (alias polyuretánové) zalievacie hmoty môžu mať rôzne vlastnosti a to v podobe od veľmi mäkkých a pružných gélov, ktoré sú alternatívou silikónov, až po tuhé, pevné materiály s vlastnosťami podobnými epoxidom.  Často sa používajú na utesnenie konštrukcií, pre kryogénne aplikácie a pre aplikácie vyžadujúce krátke časy spracovania pre vysokú produktivitu.  Mnohé uretány sú cenovo výhodné a môžu byť formulované tak, aby spĺňali požiadavky UL, NASA, alebo pre letecký priemysel s podmienkov na nízku plynatosť a iné špeciálne požiadavky na výkon.

Silikónové zalievacie zmesi

Silikónové zalievacie hmoty sú dostupné ako super mäkké gélové materiály až po tvrdé kaučuky.  Vynikajú v aplikáciách kde sa vyžaduje pružnosť a ohybnosť a v kryogénnych aplikáciách. Preto sa často používajú pre krehké alebo na napätie citlivé konštrukcie. Veľmi dobre zabezpečujú aj odolnosť voči teplotám do približne 200 ºC a majú rovnako veľmi dobrú odolnosť voči vlhkosti a niektorým chemikáliám. Veľmi často sa používajú v automobilovom priemysle, ale pre použitie vo vesmíre alebo aplikácie s vysokým vákuom sa môžu vyžadovať špeciálne triedy silikónov so zreteľom na časovú a tepelnú degradáciu.

Aká je životnosť zalievacej hmoty?

Životnosť zalievacích hmôt sa zvyčajne meria pomocou odolnosti konkrétneho zalievacieho materiálu počas niekoľkých tepelných cyklov, ktoré vyvolávajú tepelný šok na časticiach živice a môžu spôsobiť praskanie. Zatiaľ čo mäkké živice alebo živice na báze silikónu sú voči cyklom odolné, niektoré tvrdé živice alebo živice na báze epoxidu vydržia až 1500 cyklov, čo by sa dalo preložiť na mnoho rokov v teréne alebo vo vonkajšom prostredí.

Ako dlho trvá schnutie zalievacích hmôt?

V závislosti od procesu vytvrdzovania nanesenej živice môže trvať od desiatich do tridsiatich sekúnd v prípade živíc na báze UV žiarenia až po desať až pätnásť minút celkového času vytvrdzovania epoxidových zalievacích hmôt. Je dôležité vziať do úvahy, že niektoré zlúčeniny budú v dôsledku chemického procesu vytvrdzovania vylučovať plyn alebo sa budú zahrievať, preto by sa mali vopred prijať potrebné preventívne opatrenia a konštrukčné úvahy pre konkrétny proces vytvrdzovania/vypúšťania živice. Príprava zalievacích zmesí je tiež nevyhnutná a musí zohľadňovať správnu kombináciu živicových prvkov s rýchlosťou dávkovania a teplotami aplikácie.

Ako odstrániť zalievaciu hmotu?

Proces, ktorý je známy aj ako depotovanie, sa opäť líši od základného materiálu, z ktorého bola živica vytvorená. Pri tvrdých živiciach môže "chemický útok acetónom a teplom" čiastočne rozpustiť živicu, pokiaľ ešte nie je vytvrdená. V prípade, že zalievacia hmota už vytvrdla, môžu fungovať fyzikálne prostriedky (napr. kladivo a sekáč :-) ), ale neodporúčame túto metódu, nakoľko sa vám s určitosťou podarí zničiť aj dosku plošného spoja a komponenty na nej. Teoreticky by mohlo fungovať využitie ťažkých a veľmi toxických a karcinogénnych materiálov, ako sú pyrolidóny či organické kyseliny, ale kvôli nebezpečnému procesu je nevhodné vykonávať ho bez patričných znalostí a vybavenia. Vo všeobecnosti sa dá povedať, že zalievacia hmota sa neaplikuje na zariadenie preto, aby sa  neho odstraňovala, preto pokusy o jej odstránenie sú viac, či menej úspešné.

Záver

Od miniatúrnych osobných zariadení až po automatizované priemyselné zariadenia - elektronika umožňuje svetu zlepšovať život ľudí na celom svete a vyvíjať produkty a služby, ktoré musia byť riadne chránené. Zalievacie hmoty sa používajú na ochranu citlivých a kritických elektronických komponentov pred drsným a klimatickým prostredím, vibráciami, korozívnymi chemikáliami, prachom, kontaktom s teplom a ohňom atď. Je dôležité zvážiť všetky výhody, ale aj nevýhody konkrétnej zalievacej zmesi, pretože niektoré z nich môžu pri vytvrdzovaní produkovať teplo, ktoré spôsobuje poškodenie konkrétnych integrovaných obvodov, alebo sa môžu aplikovať len raz a po aplikácii sa nedajú odstrániť.