Perché non dovresti applicare direttamente la colla isolante sulle schede logiche dal punto di vista dei componenti elettronici?

 Di recente, un cliente della Corea del Sud, chiedendo informazioni su un kit con display LCD da 15,6 pollici, ha posto una domanda riguardante l'applicazione della colla isolante.

Grazie a oltre 20 anni di esperienza nella produzione e nella progettazione, i nostri ingegneri hanno fornito la seguente risposta:
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Le schede logiche, come i circuiti stampati (PCB), sono i centri nevralgici dei dispositivi elettronici, che ospitano un complesso

rete di componenti elettronici. Sebbene l'idea di applicare la colla isolante direttamente su una scheda logica possa sembrare allettante per la protezione, può portare a diversi problemi critici dal punto di vista dei componenti elettronici:

1. Interferenza delle prestazioni elettriche

La colla può infiltrarsi nei piccoli spazi tra i conduttori o le piazzole dei componenti (solitamente inferiori a 0,5 mm). Questa intrusione può aumentare la capacità parassita o ridurre la resistenza di isolamento. Nei circuiti ad alta frequenza, anche una piccola modifica di questi parametri può distorcere o attenuare notevolmente i segnali. Ad esempio, nei moduli di comunicazione 5G che operano a frequenze multi-gigahertz, un piccolo aumento della capacità parassita dovuta alla colla può portare a perdite di segnale significative.

Alcune colle contengono impurità ioniche. Nel tempo, sotto l'azione del campo elettrico e dell'umidità, queste impurità possono causare migrazione elettrochimica (ECM). L'ECM può creare percorsi conduttivi tra componenti adiacenti, provocando in ultima analisi cortocircuiti.

2. Danni da stress da dilatazione termica

Il coefficiente di dilatazione termica (CTE) delle colle comuni spesso non corrisponde a quello del substrato FR4 (circa 17 ppm/℃). Durante le variazioni di temperatura, in genere da - 40°C a + 85°C nelle applicazioni industriali, il CTE non corrispondente genera sollecitazioni nei giunti di saldatura dei componenti.

Particolarmente vulnerabili sono i componenti come i package BGA (ball-grid array), che presentano sfere di saldatura molto piccole (con un diametro di soli 0,3 mm). Lo stress può causare la rottura delle sfere di saldatura. Secondo lo standard IPC - J - STD - 020, la sollecitazione sui giunti di saldatura deve essere inferiore a 10 MPa per garantire un funzionamento affidabile.

3. Deterioramento delle prestazioni di dissipazione del calore

Le colle hanno generalmente una bassa conduttività termica, solitamente inferiore a 0,2 W/(m·K), mentre quella dell'aria è pari a 0,026 W/(m·K). Sebbene possa sembrare controintuitivo che uno strato di colla peggiori la dissipazione del calore rispetto all'aria, in pratica:

Uno strato di colla spesso 1 mm può aumentare la temperatura di giunzione dei dispositivi di potenza di circa 15°C, come misurato in base allo standard JEDEC JESD51-2. Nelle applicazioni ad alta potenza, come le CPU dei server, questo aumento di temperatura può attivare meccanismi di protezione dal surriscaldamento, riducendo le prestazioni del dispositivo.

4. Perdita di manutenibilità

Una volta indurite, le colle epossidiche possono avere una resistenza al taglio superiore a 20 MPa. Quando si tenta di rimuovere componenti per la riparazione o la sostituzione:

Per i componenti QFP (Quad-Flat-Package) con un passo minimo dei terminali di 0,4 mm, la forza necessaria per rimuovere il componente può causare la deformazione dei terminali.

Nel caso dei package BGA, è probabile che i pad di saldatura, che hanno un diametro di soli 0,25 mm, vengano strappati.

I sensori delicati, come i giroscopi MEMS, possono essere facilmente danneggiati durante il processo di smontaggio.

5. Problemi di compatibilità dei materiali

Alcune colle con agenti indurenti acidi, come le ammine, possono corrodere la lamina catodica dei condensatori elettrolitici in alluminio, che ha uno spessore inferiore a 10 μm. Questa corrosione può causare guasti al condensatore, compromettendo il filtraggio dell'alimentazione e la stabilità del circuito.

Le colle fotopolimerizzabili possono ingiallire se esposte a lungo alla luce ultravioletta. Questa decolorazione può interferire con il funzionamento dei dispositivi optoelettronici, come i moduli in fibra ottica, poiché può assorbire o disperdere i segnali luminosi.

Alternative professionali

Si consiglia di utilizzare rivestimenti conformi allo standard IPC - CC - 830B, come ad esempio Parylene C. Il parilene C, con uno spessore di 1 - 5μm, offre:

Elevata rigidità dielettrica, superiore a 400 V/μm, che garantisce un eccellente isolamento elettrico.

Un CTE che si avvicina molto a quello dei comuni materiali per PCB (circa 30 ppm/℃), riducendo al minimo lo stress termico.

Un tasso di permeabilità all'umidità molto basso, inferiore a 0,1 g/m²·giorno, che protegge i componenti dal degrado dovuto all'umidità.

Può anche superare la certificazione UL746E, a dimostrazione della sua affidabilità e sicurezza.

In scenari particolari, si possono prendere in considerazione tecnologie di nanorivestimento, come i rivestimenti a base di silossano. Questi rivestimenti hanno un angolo di contatto superiore a 110°, garantendo un'eccellente idrofobicità. Possono raggiungere la classificazione di impermeabilità IPX8 pur consentendo la permeabilità ai gas, fondamentale per alcune applicazioni.