Silikonové zalévací a pouzdřicí hmoty

RTV silicone encapsulant

Technologie zalévání a pouzdření elektronických součástek je velmi užívaným a zavedeným postupem používaným pro ochranu citlivých systémů.  Pro tento typ ochrany existuje celá řada důvodů: mechanické namáhání, tepelné namáhání, vibrace, nepříznivý vliv chemického prostředí, vlhkost, extrémní teploty (ať již vysoké či nízké), široký rozsah tepelných cyklů - abychom uvedli alespoň ty základní. Kromě poskytnutí ochrany vlastnímu zařízení mohou zalévací hmoty také poskytovat další funkce, jako například přenos tepla nebo světelného toku. 

Ačkoliv konečná funkce se může zdát jednoduchá a jasná, provozní podmínky, design zařízení, výrobní postup a metody testování a případného servisu kladou na zalévací hmoty často náročné požadavky, které je nutné respektovat. Existuje celá řada materiálů pro zalévání a pouzdření, včetně materiálů polyuretanových, epoxidových, silikonových a jiných druhů polymerů, každý z nich pak má své výhody a omezení. Proto je důležité porozumět fyzikálním a chemickým vlastnostem každého typu materiálu a pečlivě je porovnat s požadavky na vlastnosti konečného výrobku a parametry výrobního procesu.  

  

Proč používat silikonové zalévací hmoty?

Silikonovým polymerům a elastomerům jsou vlastní zejména základní fyzikální vlastnosti:

  • Široké provozní teploty v rozsahu -115 až +300ºC
  • Vynikající elektrické izolační vlastnosti
  • Pružnost
  • Rozsah tvrdosti: měkké gely až středně tvrdé pryže
  • Odolnost proti UV záření
  • Dobrá chemická odolnost
  • Odolnost proti vlhkosti a vodě
  • Žádná nebo nízká toxicita
  • Jednoduchost zpracování

Tyto přirozené vlastnosti mohou být dále vylepšeny za použití plniv a chemických aditiv pro poskytnutí dalších dodatečných vlastností, pokud je to potřeba pro např. samozhášivosti a odolnost proti hoření, tepelnou vodivost, elektrickou vodivost a adhezi. Výběrem polymeru a plniva je také možné modifikovat viskozitu, reologii a konečnou tvrdost, a modul vytvrzeného materiálu. Rovněž režim vytvrzení a jeho rychlost je u silikonových systémů možné upravovat, a vytvářet systémy vytvrzující za pokojové teploty nebo za teploty zvýšené.  Silikony mohou být dodávány jako 1 nebo 2-složkové systémy.  V krátkosti je možné říci, že silikonové zalévací hmoty jsou velmi všestranné a poskytují širokou paletu možností pro návrh a výrobu zařízení.

Základy silikonové chemie

Systémy, které vytvrzují nebo mění formu z tekutého stavu do pevného za pokojové jsou označovány jako RTV (Room Temperature Vulcanising).  Silikonové zalévací hmoty se všeobecně dělí do dvou kategorií dle typu vytvrzování: kondenzační systém a adiční systém.  Porozumnění rozdílu mezi těmito dvěma systémy je důležité pro správný výběr materiálu.

Kondenzační silikony

Kondenzační systém vytvrzování používá vzdušnou vlhkost z atmosféry a nelze jej urychlit teplem (naopak: nadměrné zvyšování teploty během vytvrzování je škodlivé). Obvykle také vytvářejí při vytvrzování malé množství zplodin. Tyto dva faktory určují, že vytvrzení se uskuteční, pokud bude materiál při vytvrzování otevřený k atmosféře.  Vytvrzení bude nepříznivě ovlivněno, pokud hmota bude uzavřena v pouzdře ještě před ukončením procesu vytvrzení. Tento typ je obyvkle užíván u 1-složkových lepidel a těsnicích hmot, ochranných laků a 1 & 2-složkových zalévacích hmot.

1-složkový RTV
systém vytvrzení

Vedlejší účinek   

Výsledek

Acetoxy

kyselina octová

korozivní

Oximový

Ketoxim      

mírně korozivní

Alkoxy

Metanol

nekorozivní

Acetonový

Aceton

nekorozivní

1-složkové kondenzační hmoty (RTV) by neměly být používány při hloubce zalití větší než 10 mm, protože při hlubším zalití slouží vytvrzená hmota v horních vrstvách jako membrána proti pronikání vlhkosti dovnitř zalitého profilu, a tím brání spodním vrstvám hmoty ve vytvrzení.

1-složkové RTV pro vytvrzení používají celu řadu zesíťujících katalyzátorů. Tyto složky pak mají za následek tvorbu vedlejších produktů, některé z nich pak mohou poškodit citlivou elektroniku. Z tohoto důvodu pro použití v elektronice doporučujeme zejména "Alkoxy" a "Acetonové" jednosložkové RTV jako materiály pro zalévání.

Reverze: - kondenzační systém vytvrzení používající organický cínový katalyzátor se může za určitých okolností začít chemicky rozkládat a vracet se ke své původní kapalné formě. Tento proces může nastat v případě uzavření silikonu do hermeticky uzavřené nádoby, která je vystavena dlouhodobě vysoké teplotě (např. 6 měsíců při 90ºC).  Pokud materiál zůstane nějakou formou otevřen vůči atmosféře, potom k reverzi nedochází a materiál odolává zvýšeným teplotám (až 300ºC).

Kondenzačně vytvrzující silikony

VÝHODY

NEVÝHODY

1-SLOŽKOVÉ SYSTÉMY
snadná aplikace -bez míchání
eliminují uživatelské chyby - nesprávný poměr míchání
snadné dávkování ze zásobníku nebo tub
ideální pro tenkou část vytvrzení <7mm 

1-SLOŽKOVÉ SYSTÉMY
maximální hloubka vytvrzení 10mm
fixní rychlosti vytvrzení
omezení ve viskozitě
návrat k tekutému stavu, pokud dojde k zahřátí v uzavřené nádobě

2-SLOŽKOVÉ SYSTÉMY
vysoká tolerance k odchylkám poměru katalyzátoru
omezené riziko inhibice
vynikající hluboký bod vytvrzení
k dispozici urychlovač k urychlení vytvrzení 

2-SLOŽKOVÉ SYSTÉMY
mírně zvýšené limity smrštění než u adičního vytvrzování
návrat k tekutému stavu, pokud dojde k zahřátí v uzavřené nádobě

Adiční silikony

Adiční silikony používají pro zahájení procesu vytvrzení platinový katalyzátor. Nevytvářejí žádné vedlejší produkty (zplodiny) během vytvrzování.  Po smíchání s katalyzátorem dojde k vytvrzení materiálu i v případě uzavřené jednotky a není nutné je ponechávat otevřené vůči atmosféře.  2-složkové systémy mohou být navrženy pro vytvrzení při pokojové teplotě, a pro jejich vytvrzení může být použito vytvrzování teplem bez negativních dopadů na vytvrzovaný silikon.  1-složkové systémy pro vytvrzení obvykle vyžadují zvýšenou teplotu.

Platinový katalyzátor, který adiční silikony používají, je jen citlivý a podléhá negativním vlivům některých chemických sloučenin, což vede k inhibici vytvrzovacího mechanismu, což se projevuje neúplným vytvrzením materiálu. Nevytvrzený materiál by neměl během mísení a zpracování přijít do kontaktu s následujícími chemickými sloučeninami:  dusíkem, sírou, fosforem, arzénem, katalyzátory kondenzačních silikonů obsahující organický cín, PVC stabilizátory, katalyzátory epoxidových pryskyřic, vulkanizovanými gumami obsahujícími síru a kondenzačními silikony (kromě Alkoxy RTV, které inhibici nezpůsobují).

Tento systém vytvrzování také vyžaduje poměrně přesnou chemickou rovnováhu pro to, aby bylo dosaženo správných fyzikálních vlastností vytvrzeného materiálu. Proto je důležité, aby složky "A" i "B" byly vždy ještě před smícháním pečlivě promíseny ještě před odvážením, a aby poměr byl pečlivě zachováván.  Protože složky A a B jsou obvykle vyráběny jako vzájemně odpovídající sada, není doporučováno mísit materiál ze dvou rozdílných šarží.

Adičně vytvrzující silikony

VÝHODY      

NEVÝHODY

1-SLOŽKOVÉ SYSTÉMY
snadná aplikace -bez míchání
eliminují uživatelské chyby - nesprávný poměr míchání
může být použit pro tenkou i silnou část vytvrzení
dobrá fyzikální pevnost

1-SLOŽKOVÉ SYSTÉMY
vyžadují teplo k vytvrzení
obtížnější dosáhnout dobré adheze
náchylné k inhibici
krátká doba použitelnosti může být problém

2-SLOŽKOVÉ SYSTÉMY
vynikající hluboký bod vytvrzení
doba zpracovatelnosti může být prodloužena s aditivy 
nevrátí se po vytvrzení
snadno urychlený teplem
k dispozici opticky čiré produkty
nízké smrštění

2-SLOŽKOVÉ SYSTÉMY
náchylné k inhibici
požadují správné poměry míchání
obtížné dosáhnout dobré adheze

Volba silikonové zalévací hmoty

Při volbě zalévací hmoty bereme v úvahu zejména tři klíčové oblasti

  • Jaké jsou provozní podmínky a prostředí, kde bude zařízení umístěno?
  • Jaké fyzikální vlastnosti musí zalévací hmota splňovat?
  • Jakým způsobem budeme materiál zpracovávat?

Kvůli složitosti návrhu zařízení a individuálním podmínkám výroby není vždy možné uspokojit úplně všechna kritéria, které na materiál klademe (např. barvu), proto budeme možná někdy muset hledat kompromisní řešení. Proto je důležité vědět, která kritéria jsou klíčová pro výkon zařízení a jeho životnost. Vždy doporučujeme vhodnost materiálu a způsob jeho použití v každé jednotlivé aplikaci nejprve otestovat. V některých případech je pro splnění požadavků designu možné poskytnout i individuální řešení daného problému "na míru".

Technický personál ACC Silicones má mnoho let zkušeností s konkrétními aplikacemi a bude Vám rád nápomocen při výběru vhodného materiálu.

 

ACC Silicones Ltd, Amber House, Showground Rd, Bridgwater, TA6 6AJ
Tel: +44 (0) 1278 411400 Fax: +44 (0) 1278 411444