מדוע לא כדאי ליישם ישירות דבק בידוד על לוחות לוגיקה מנקודת המבט של רכיבים אלקטרוניים?

 לאחרונה, ללקוח מדרום קוריאה, תוך כדי בירור לגבי ערכת תצוגת LCD בגודל 15.6 אינץ', הייתה שאלה בנוגע ליישום דבק מבודד.

בהסתמך על למעלה מ-20 שנות ניסיון בייצור ועיצוב, המהנדסים שלנו סיפקו את התגובה הבאה.：
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————-

לוחות לוגיים, כגון לוחות מעגלים מודפסים (PCB), הם מרכזי העצבים של מכשירים אלקטרוניים, המאכסנים מתחם

רשת של רכיבים אלקטרוניים. בעוד שהרעיון של מריחת דבק מבודד ישירות על לוח לוגי עשוי להיראות מושך להגנה, הוא יכול להוביל למספר בעיות קריטיות מנקודת מבט של רכיב אלקטרוני:

1. הפרעות בביצועים חשמליים

דבק יכול לחלחל לתוך הרווחים הזעירים בין מובילי רכיבים או רפידות (בדרך כלל פחות מ-0.5 מ"מ). חדירה זו יכולה להגדיל את הקיבול הטפילי או להפחית את התנגדות הבידוד. במעגלים בתדר גבוה, אפילו שינוי קל בפרמטרים אלה עלול לעוות או להחליש את האותות בצורה חמורה. לדוגמה, במודולי תקשורת 5G הפועלים בתדרים מרובי גיגה-הרץ, עלייה קטנה בקיבול הטפילי עקב דבק עלולה להוביל לאובדן אות משמעותי.

חלק מהדבקים מכילים זיהומים יוניים. לאורך זמן, בהשפעת שדה חשמלי ולחות, זיהומים אלו עלולים לגרום להגירה אלקטרוכימית (ECM). ECM יכול ליצור נתיבים מוליכים בין רכיבים סמוכים, וכתוצאה מכך בסופו של דבר לכשלים קצרים.

2. נזקי מתח התפשטות תרמית

מקדם ההתפשטות התרמית (CTE) של דבקים נפוצים לרוב אינו תואם לזה של מצע FR4 (כ-17ppm/℃). במהלך שינויים בטמפרטורה, בדרך כלל מ-40℃ עד +85℃ ביישומים תעשייתיים, ה-CTE הבלתי תואם מייצר מתח במפרקי ההלחמה של הרכיבים.

רכיבים כמו חבילות מערך רשת (BGA), שיש להן כדורי הלחמה קטנים מאוד (קוטר של 0.3 מ"מ בלבד), פגיעים במיוחד. הלחץ יכול לגרום לכדורי ההלחמה להיסדק. על פי תקן IPC - J - STD - 020, הלחץ על מפרקי הלחמה צריך להיות פחות מ-10MPa כדי להבטיח פעולה אמינה.

3. הידרדרות בביצועי פיזור חום

לדבקים יש בדרך כלל מוליכות תרמית נמוכה, בדרך כלל פחות מ-0.2W/(m·K), בעוד שזו של אוויר היא 0.026W/(m·K). למרות שזה אולי נראה מנוגד לאינטואיציה ששכבת דבק תחמיר את פיזור החום בהשוואה לאוויר, בפועל:

שכבת דבק בעובי של 1 מ"מ יכולה להעלות את טמפרטורת הצומת של מכשירי חשמל בכ-15℃, כפי שנמדד על בסיס תקן JEDEC JESD51 - 2. ביישומים בעלי הספק גבוה כמו מעבדי שרתים, עלייה זו בטמפרטורה יכולה להפעיל מנגנוני הגנה מפני חום יתר, ולהפחית את ביצועי המכשיר.

4. אובדן יכולת תחזוקה

דבקים מבוססי אפוקסי, לאחר ריפוי, יכולים להיות בעלי חוזק גזירה של מעל 20MPa. כאשר מנסים להסיר רכיבים לצורך תיקון או החלפה:

עבור רכיבים מרובע - שטוח - חבילה (QFP) עם גובה עופרת מינימלי של 0.4 מ"מ, הכוח הנדרש להסרת הרכיב עלול לגרום לעיוות עופרת.

במקרה של חבילות BGA, רפידות ההלחמה, שקוטרן רק 0.25 מ"מ, צפויות להיקרע.

חיישנים עדינים, כגון גירוסקופים של MEMS, עלולים להינזק בקלות במהלך תהליך הפירוק.

5. בעיות תאימות חומרים

חלק מהדבקים עם חומרי ריפוי חומציים, כמו אמינים, יכולים לשתות את רדיד הקתודה של קבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום, שעוביו פחות מ-10 מיקרומטר. קורוזיה זו עלולה להוביל לכשל בקבלים, להשפיע על סינון אספקת החשמל ויציבות המעגל.

דבקים מעובדים UV עשויים להצהיב כאשר הם נחשפים לאור אולטרה סגול לטווח ארוך. שינוי צבע זה יכול להפריע לפעולתם של מכשירים אופטו-אלקטרוניים כגון מודולים סיבים אופטיים, מכיוון שהוא יכול לספוג או לפזר אותות אור.

חלופות מקצועיות

מומלץ להשתמש בציפויים קונפורמיים העומדים בתקן IPC - CC - 830B, כמו Parylene C. Parylene C, עם עובי של 1 - 5μm, מציע:

חוזק דיאלקטרי גבוה של מעל 400V/μm, המבטיח בידוד חשמלי מעולה.

CTE התואם היטב את זה של חומרי PCB נפוצים (בסביבות 30ppm/℃), וממזער מתח תרמי.

שיעור חדירות לחות נמוך מאוד של פחות מ-0.1 גרם/מ"ר ליום, מגן על רכיבים מפני התפרקות הקשורה לרטיבות.

הוא יכול גם לעבור את הסמכת UL746E, המעידה על אמינותו ובטיחותו.

בתרחישים מיוחדים, ניתן לשקול טכנולוגיות ננו-ציפוי, כגון ציפויים מבוססי Siloxane. לציפויים אלו זווית מגע של מעל 110°, המספקת הידרופוביות מצוינת. הם יכולים להשיג דירוג עמיד למים IPX8 תוך מתן אפשרות לחדירת גז, שהיא חיונית עבור יישומים מסוימים.