لماذا لا يجب عليك تطبيق الغراء العازل مباشرة على لوحات المنطق من منظور المكونات الإلكترونية؟

 في الآونة الأخيرة، كان لدى أحد العملاء من كوريا الجنوبية سؤال بخصوص استخدام الغراء العازل أثناء الاستفسار عن مجموعة شاشة LCD مقاس 15.6 بوصة.

استناداً إلى أكثر من 20 عاماً من الخبرة في الإنتاج والتصميم، قدم مهندسونا الاستجابة التالية:
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————-

اللوحات المنطقية، مثل لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)، هي المراكز العصبية للأجهزة الإلكترونية، وتحتوي على مجموعة معقدة من الدوائر الإلكترونية.

شبكة من المكونات الإلكترونية. في حين أن فكرة وضع الغراء العازل مباشرة على اللوحة المنطقية قد تبدو جذابة للحماية، إلا أنها قد تؤدي إلى العديد من المشكلات الحرجة من منظور المكونات الإلكترونية:

1. تداخل الأداء الكهربائي

يمكن أن يتسرب الغراء إلى الفجوات الصغيرة بين أسلاك المكونات أو الفوط (عادةً أقل من 0.5 مم). يمكن أن يؤدي هذا التطفل إلى زيادة السعة الطفيلية أو تقليل مقاومة العزل. في الدوائر ذات التردد العالي، حتى التغيير الطفيف في هذه المعلمات قد يؤدي إلى تشويه الإشارات أو إضعافها بشكل كبير. على سبيل المثال، في وحدات الاتصالات 5G العاملة بترددات متعددة الجيجاهيرتز، فإن الزيادة الصغيرة في السعة الطفيلية بسبب الغراء يمكن أن تؤدي إلى خسائر كبيرة في الإشارة.

تحتوي بعض المواد اللاصقة على شوائب أيونية. بمرور الوقت، وتحت تأثير المجال الكهربائي والرطوبة، يمكن لهذه الشوائب أن تسبب الهجرة الكهروكيميائية (ECM). يمكن أن يؤدي ECM إلى إنشاء مسارات موصلة بين المكونات المتجاورة، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث فشل في الدائرة القصيرة.

2. الضرر الناتج عن إجهاد التمدد الحراري

غالبًا ما لا يتطابق معامل التمدد الحراري (CTE) للمواد اللاصقة الشائعة مع معامل التمدد الحراري للركيزة FR4 (حوالي 17 جزء في المليون/℃). أثناء التغيرات في درجات الحرارة، عادةً من - 40 درجة مئوية إلى + 85 درجة مئوية في التطبيقات الصناعية، يتسبب CTE غير المتطابق في توليد ضغط عند مفاصل لحام المكونات.

تعتبر المكونات مثل حزم مصفوفة الشبكة الكروية (BGA)، والتي تحتوي على كرات لحام صغيرة جدًا (يبلغ قطرها 0.3 مم فقط)، معرضة للخطر بشكل خاص. يمكن أن يؤدي الضغط إلى تشقق كرات اللحام. وفقًا للمعيار IPC - J - STD - 020، يجب أن يكون الضغط على مفاصل اللحام أقل من 10 ميجا باسكال لضمان التشغيل الموثوق به.

3. تدهور أداء تبديد الحرارة

تتمتع المواد اللاصقة عمومًا بموصلية حرارية منخفضة، وعادة ما تكون أقل من 0.2 واط/(م·ك)، في حين أن الموصلية الحرارية للهواء هي 0.026 واط/(م·ك). على الرغم من أنه قد يبدو من غير المنطقي أن تؤدي طبقة الغراء إلى تفاقم تبديد الحرارة مقارنة بالهواء، إلا أنه في الممارسة العملية:

يمكن لطبقة الغراء التي يبلغ سمكها 1 مم أن تزيد من درجة حرارة الوصلات الخاصة بأجهزة الطاقة بنحو 15 درجة مئوية، كما تم قياسها بناءً على معيار JEDEC JESD51 - 2. في التطبيقات ذات الطاقة العالية مثل وحدات المعالجة المركزية الخاصة بالخادم، قد يؤدي هذا الارتفاع في درجة الحرارة إلى تشغيل آليات الحماية من الحرارة الزائدة، مما يقلل من أداء الجهاز.

4. فقدان القدرة على الصيانة

يمكن أن تتمتع الغراء القائم على الإيبوكسي، بمجرد المعالجة، بقوة قص تزيد عن 20 ميجا باسكال. عند محاولة إزالة المكونات للإصلاح أو الاستبدال:

بالنسبة لمكونات الحزمة الرباعية المسطحة (QFP) ذات الحد الأدنى من خطوة الرصاص 0.4 مم، فإن القوة المطلوبة لإزالة المكون يمكن أن تسبب تشوه الرصاص.

في حالة حزم BGA، من المحتمل أن تتمزق وسادات اللحام، التي يبلغ قطرها 0.25 مم فقط.

يمكن أن تتلف أجهزة الاستشعار الحساسة، مثل جيروسكوبات MEMS، بسهولة أثناء عملية التفكيك.

5. قضايا توافق المواد

يمكن لبعض المواد اللاصقة التي تحتوي على عوامل معالجة حمضية، مثل الأمينات، أن تتسبب في تآكل رقاقة الكاثود للمكثفات الكهروليتية المصنوعة من الألومنيوم، والتي يقل سمكها عن 10 ميكرومتر. يمكن أن يؤدي هذا التآكل إلى فشل المكثف، مما يؤثر على تصفية مصدر الطاقة واستقرار الدائرة.

قد يتحول لون الغراء المعالج بالأشعة فوق البنفسجية إلى اللون الأصفر عند تعرضه لأشعة فوق البنفسجية لفترات طويلة. يمكن أن يتداخل هذا التغير في اللون مع تشغيل الأجهزة البصرية الإلكترونية مثل وحدات الألياف البصرية، حيث يمكنه امتصاص أو تشتيت إشارات الضوء.

البدائل المهنية

يوصى باستخدام الطلاءات المطابقة التي تتوافق مع معيار IPC - CC - 830B، مثل Parylene C. يقدم الباريلين سي، بسمك يتراوح بين 1 - 5 ميكرومتر،:

قوة عزل عالية تزيد عن 400 فولت/ميكرومتر، مما يضمن عزلًا كهربائيًا ممتازًا.

CTE يتطابق بشكل وثيق مع مواد PCB الشائعة (حوالي 30 جزء في المليون/℃)، مما يقلل من الإجهاد الحراري.

معدل نفاذية رطوبة منخفض للغاية أقل من 0.1 جرام/م²·يوم، مما يحمي المكونات من التدهور المرتبط بالرطوبة.

ويمكنه أيضًا اجتياز شهادة UL746E، مما يشير إلى موثوقيته وسلامته.

وفي سيناريوهات خاصة، يمكن النظر في تقنيات الطلاء النانوي، مثل الطلاءات القائمة على السيلوكسان. تتمتع هذه الطلاءات بزاوية تماس تزيد عن 110 درجة، مما يوفر مقاومة ممتازة للماء. يمكنها تحقيق تصنيف IPX8 لمقاومة الماء مع السماح بنفاذية الغاز، وهو أمر بالغ الأهمية لبعض التطبيقات.