Tại sao bạn không nên trực tiếp bôi keo cách điện lên bo mạch logic theo góc nhìn của linh kiện điện tử?

 Gần đây, một khách hàng đến từ Hàn Quốc khi hỏi về bộ màn hình LCD 15,6 inch đã có thắc mắc liên quan đến việc sử dụng keo cách điện.

Với hơn 20 năm kinh nghiệm sản xuất và thiết kế, các kỹ sư của chúng tôi đã đưa ra phản hồi sau:
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————-

Bo mạch logic, chẳng hạn như bảng mạch in (PCB), là trung tâm thần kinh của các thiết bị điện tử, chứa một hệ thống phức tạp

mạng lưới các linh kiện điện tử. Mặc dù ý tưởng sử dụng keo cách điện trực tiếp lên bo mạch logic có vẻ hấp dẫn để bảo vệ, nhưng nó có thể dẫn đến một số vấn đề quan trọng từ góc độ linh kiện điện tử:

1. Hiệu suất điện nhiễu

Keo có thể thấm vào các khe hở nhỏ giữa các dây dẫn hoặc miếng đệm linh kiện (thường nhỏ hơn 0,5mm). Sự xâm nhập này có thể làm tăng điện dung ký sinh hoặc làm giảm điện trở cách điện. Trong các mạch tần số cao, ngay cả một thay đổi nhỏ trong các thông số này cũng có thể làm méo tiếng hoặc làm suy yếu tín hiệu nghiêm trọng. Ví dụ, trong các mô-đun truyền thông 5G hoạt động ở tần số nhiều gigahertz, một sự gia tăng nhỏ về điện dung ký sinh do keo có thể dẫn đến mất tín hiệu đáng kể.

Một số loại keo có chứa tạp chất ion. Theo thời gian, dưới tác động của điện trường và độ ẩm, những tạp chất này có thể gây ra hiện tượng di chuyển điện hóa (ECM). ECM có thể tạo ra các đường dẫn điện giữa các thành phần liền kề, cuối cùng dẫn đến hỏng hóc do đoản mạch.

2. Thiệt hại do ứng suất giãn nở nhiệt

Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của các loại keo thông thường thường không khớp với hệ số giãn nở nhiệt của chất nền FR4 (khoảng 17ppm/℃). Trong quá trình thay đổi nhiệt độ, thường là từ - 40℃ đến + 85℃ trong các ứng dụng công nghiệp, CTE không khớp sẽ tạo ra ứng suất tại các mối hàn linh kiện.

Các linh kiện như gói mảng lưới bi (BGA), có các bi hàn rất nhỏ (đường kính chỉ 0,3mm), đặc biệt dễ bị tổn thương. Áp lực có thể làm nứt các viên bi hàn. Theo tiêu chuẩn IPC - J - STD - 020, ứng suất tại mối hàn phải nhỏ hơn 10MPa để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy.

3. Sự suy giảm hiệu suất tản nhiệt

Keo thường có độ dẫn nhiệt thấp, thường nhỏ hơn 0,2W/(m·K), trong khi độ dẫn nhiệt của không khí là 0,026W/(m·K). Mặc dù có vẻ trái ngược với trực giác khi lớp keo sẽ làm giảm khả năng tản nhiệt so với không khí, nhưng trên thực tế:

Lớp keo dày 1 mm có thể làm tăng nhiệt độ mối nối của các thiết bị điện lên khoảng 15℃, theo phép đo dựa trên tiêu chuẩn JEDEC JESD51 - 2. Trong các ứng dụng công suất cao như CPU ​​máy chủ, sự gia tăng nhiệt độ này có thể kích hoạt cơ chế bảo vệ quá nhiệt, làm giảm hiệu suất của thiết bị.

4. Mất khả năng bảo trì

Keo gốc Epoxy sau khi đóng rắn có thể có cường độ cắt lên tới hơn 20MPa. Khi cố gắng tháo rời các thành phần để sửa chữa hoặc thay thế:

Đối với các linh kiện dạng gói phẳng bốn cạnh (QFP) có bước chân tối thiểu là 0,4mm, lực cần thiết để tháo linh kiện có thể gây biến dạng chân.

Trong trường hợp các gói BGA, các miếng hàn chỉ có đường kính 0,25mm nên dễ bị rách.

Các cảm biến tinh vi như con quay hồi chuyển MEMS có thể dễ bị hỏng trong quá trình tháo rời.

5. Các vấn đề về khả năng tương thích của vật liệu

Một số loại keo có chất đóng rắn có tính axit, như amin, có thể ăn mòn lá cực âm của tụ điện phân nhôm có độ dày dưới 10μm. Sự ăn mòn này có thể dẫn đến hỏng tụ điện, ảnh hưởng đến khả năng lọc nguồn điện và độ ổn định của mạch.

Keo UV có thể chuyển sang màu vàng khi tiếp xúc lâu dài với tia cực tím. Sự đổi màu này có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị quang điện tử như mô-đun sợi quang vì nó có thể hấp thụ hoặc phân tán tín hiệu ánh sáng.

Các lựa chọn thay thế chuyên nghiệp

Nên sử dụng lớp phủ bảo vệ tuân thủ theo tiêu chuẩn IPC - CC - 830B như Parylene C. Parylene C, có độ dày từ 1 - 5μm, cung cấp:

Độ bền điện môi cao trên 400V/μm, đảm bảo khả năng cách điện tuyệt vời.

CTE gần giống với CTE của vật liệu PCB thông thường (khoảng 30ppm/℃), giúp giảm thiểu ứng suất nhiệt.

Tỷ lệ thấm ẩm rất thấp, dưới 0,1g/m² ngày, bảo vệ các thành phần khỏi sự xuống cấp do độ ẩm.

Sản phẩm cũng có thể đạt chứng nhận UL746E, chứng tỏ độ tin cậy và an toàn.

Trong những trường hợp đặc biệt, có thể cân nhắc đến các công nghệ phủ nano, chẳng hạn như lớp phủ gốc Siloxane. Các lớp phủ này có góc tiếp xúc trên 110°, mang lại khả năng kỵ nước tuyệt vời. Chúng có thể đạt được xếp hạng chống nước IPX8 nhưng vẫn cho phép thấm khí, điều này rất quan trọng đối với một số ứng dụng.