[嵌入式]环氧树脂在物联网设备 PCB 制造中的多种作用

物联网 (IoT) 市场正在蓬勃发展。这一成功促使工程师探索实用的解决方案，以改进成为当今物联网设备不可或缺的一部分的印刷电路板 (PCB)。

环氧树脂是一种在物联网产品的 PCB 制造过程中发挥各种功能的材料。以下是关于它在物联网制造中发挥的重要作用的更多信息。

调整以满足特定要求

制造商可以选择特种环氧树脂或改变特定的环氧树脂特性以满足特定的性能或制造需求。例如，添加剂可以使环氧树脂更硬或更厚，使其最适合作为保形涂层。以下是调整特定环氧树脂特性的其他一些方法。

导电性和导热性

使用银作为单组分或两组分环氧树脂的填料可以产生一种导电粘合剂来代替焊接。导电粘合剂是各向同性的或各向异性的。第一类中的那些在所有方向上都是导电的。然而，各向异性粘合剂仅在一个方向上导电。它们有时用于粘合射频识别 (RFID) 产品中的天线结构。

环氧树脂还有助于导热。一种选择是使用这种粘合剂来连接两个表面并将热量传递给较冷的一个。然而，由于大多数环氧树脂缺乏足够的内在热管理能力，填料弥补了不足。铜、氮化硼和铝等粉末可显着提高传热性能。

极端温度耐受性

在固化过程中和固化之前，添加剂和硬化剂也会混合到环氧树脂中，以使粘合剂能够耐受低温。相反，环氧树脂可以承受比非极端耐热类型所能承受的大约 300 华氏度更高的温度。

低释气

航空航天工业中使用的环氧树脂必须是低释气类型。由于太空真空，除气导致航天器周围释放挥发性化合物。

NASA 使用两个测试参数来确保环氧树脂满足除气要求：总质量损失 (TML) 和收集的挥发性可冷凝材料 (CVCM)。更具体地说，NASA 的标准规定环氧粘合剂或灌封化合物的 TML 小于 1%，CVCM 小于 0.1%。

提供低释气、高纯度环氧树脂的公司首先在专用室中的严格条件下测试这些产品。然后他们公布结果，迎合需要低释气粘合剂的客户。

热膨胀系数 (CTE)

由于温度变化导致分子相互作用的能量增加，大多数材料都会经历热膨胀。CTE 表示温度每升高 1 度会发生多少变化。

CTE 失配可能发生在两个基材之间或粘合剂和基材之间。因此，一种常见的方法是选择 CTE 尽可能低的粘合剂。另一种选择是将特殊的负 CTE 填料或陶瓷插入未填充的粘合剂中。然而，这样做会导致拉伸模量显着增加，使环氧树脂更硬。

玻璃化转变 (Tg) 温度

环氧树脂的玻璃化转变 (Tg) 温度是一个范围，在该温度范围内，它会从坚硬的玻璃状稠度转变为更柔软、更具弹性的稠度。它可以跨越大约 50-250 摄氏度。然而，环氧树脂的选择、使用的填料和固化时间都会影响 Tg。

Tg 超过 150 摄氏度的环氧树脂通常具有优异的耐高温性。然而，Tg 在 120-130 摄氏度范围内的类型可提供出色的耐化学性。

对各种基材的适当附着力

环氧粘合剂可粘合和密封各种基材，从金属和大多数塑料到木材和混凝土。但是，也有一些不合适的材料，例如低表面能塑料，包括聚烯烃、有机硅和碳氟化合物。继续决定在这些材料上使用环氧树脂需要对它们进行预处理以改变基材的表面。

固化时间和储存要求

环氧树脂胶粘剂有单组分和更常见的双组分配方。单组分选项通常以糊状形式出现，需要人们用镘刀涂抹以填补间隙。这些环氧树脂需要加热来固化，以及冷藏以维持其保质期。

两种组分类型需要在特定时间范围内混合和使用产品，时间范围可能从几分钟到几小时不等。这些环氧树脂在略高于室温（大约 75-85 华氏度）的温度下固化，但更多的热量会加速该过程。

与单组分类型相比，双组分环氧树脂的储存要求也不太严格。制造商在选择符合其生产要求的环氧树脂时可能会牢记这些细节。

粘度

Centipose (CPS) 是应用于环氧树脂的粘度值，用于指示其流动速度。低 CPS 的环氧树脂流动很快，而流速随着 CPS 的升高而减慢。环氧树脂的粘度决定了它的潜在用例和应用产品的方法。

降低的粘度也有助于减少空隙。许多制造商销售各种粘度的环氧树脂，例如 100-1,500,000 CPS。然而，热量也会影响粘度，并且暴露在热量中会降低环氧树脂的稠度。

低粘度环氧树脂可能需要 12-24 小时才能固化——比高粘度环氧树脂要长。高粘度环氧树脂适合表面涂层应用。但是，加工它们要求不超过制造商规定的最大厚度，通常为 1-2 厘米。

用作整个 PCB 的材料

工程师在开发 PCB 时经常使用环氧树脂。特定的环氧树脂有不同的表现，工程专业人员通常必须使用制造商提供的任何东西。

然而，了解特定环氧树脂的功能有助于设计项目顺利进行。虽然有些具有粘合特性，但有些具有导热性。一旦产品进入市场，粘合剂化合物的特性与产品材料之间的不匹配可能会导致影响制造或可用性的问题。

例如，电路板的预浸料通常由半固化的玻璃环氧树脂材料制成。预浸料是具有粘合和绝缘特性的介电材料。PCB 的内芯通常采用完全固化的玻璃环氧树脂材料，两面都层压有铜。

此外，公司已开始在 PCB 制造过程中将环氧树脂与其他物质结合，以不断努力降低与介电材料相关的成本。一种常见的做法是将其与聚苯醚 (PPO) 或聚苯醚 (PPE) 一起使用，它们是热塑性塑料。

使用不含环氧树脂的PPO通常会增加整体制造成本。但是，依靠它可以减少开支，同时仍能满足性能要求。

通过新开发的植入式血氧传感器示例，您可以了解环氧树脂在物联网设备的 PCB 组件上的多种用途。这种先进的产品将压电晶体与导电银环氧树脂粘合在一起，然后将其连接到 PCB 上。开发人员还使用紫外线固化环氧树脂来包围 PCB 内的引线键合区域。

选择改善传热

如前所述，特定的环氧树脂具有不同的特性。对于大多数设计和制造物联网设备的公司来说，热管理是一个重要的问题。过高的温度会损坏精密的电子设备并导致小工具出现故障。一些工程师已经开发出使物联网设备受益于体温的方法，例如体温。然而，目标通常是避免热点和整体过热。

随着物联网设备变得越来越小，控制热量的需求变得更加重要。传统方法包括使用风扇和散热器。另一种选择是在散发热量或具有冷却能力的组件之间涂抹导热油脂。人们还可以通过使用特定种类的环氧树脂来获得所需的结果。

例如，单组分和双组分环氧树脂增强了界面之间的热传递。人们也可以选择它们来补充其他散热方法，例如使用环氧树脂将散热器粘合到 PCB。

当人们讨论某些环氧树脂的散热速度时，他们指的是物质的导电性。如果环氧树脂的导热系数为每毫开尔文 0.3-0.4 瓦特，这意味着热量消散相对较慢。然而，每毫开尔文 1.7-2 瓦的值表明热传导速度更快。

然而，在 PCB 制造过程中使用环氧树脂进行热管理时，Tg 是另一个需要考虑的方面。使用的任何环氧树脂必须与随附基材的 Tg 兼容。

被选为敷形涂层

当公司从事物联网制造时，代表必须考虑小工具在正常使用过程中可能会接触到的环境特征。例如，一些物联网设备被放置在室外多尘或潮湿的环境中。在其他情况下，物联网产品在偏远地区进行持续监控，不经常由人工检查。

因此，为物联网设备构建 PCB 以承受潜在的恶劣元素至关重要。一种常见的方法是应用保形涂层。以这种方式使用的环氧树脂既坚硬又不透明，可提供良好的化学品、磨损和湿气保护。对于暴露在高湿度下的物联网设备，环氧保形涂层也是明智的选择。

保形涂层极薄但具有保护作用。它们直接在 PCB 组件的顶部添加了一个保护层，而不会增加不受欢迎的体积。由于保形涂层还可以延长 PCB 的使用寿命，因此它们是物联网设备制造商提供客户期望的长期性能的一种简单方法。

同样，保形涂层可以降低可能削减制造商利润的昂贵维修成本。物联网产品内部的 PCB 过早损坏也可能损害制造商的声誉。在 PCB 制造过程中选择应用保形涂层是一种相对简单的延长功能的方法，从而让客户满意。

应用于劝阻逆向工程

当某人（通常是竞争对手）试图确定制造商如何生产产品时，就会发生逆向工程。它是许多行业的风险，适用于化学和生物过程以及物理产品。

存在许多预防措施来防止逆向工程。例如，一些制造商将传感器放置在 PCB 内以检测和防止此类尝试。然而，一种较少涉及但仍然有效的技术是练习灌封。

它涉及使用外壳或类似层来完全包裹 PCB 或其他电子元件。人们将一种化合物倒入该外壳区域，该区域会变硬并成为 PCB 的一部分。环氧树脂是一种常用的灌封化合物。它的不透明度阻止人们学习视觉细节，帮助他们更多地了解设计。

一些灌封化合物也是不可移除的。在防止设计复制方面，这是一件好事。但是，这也可能使授权人员难以或不可能修理 PCB。

根据手头的项目，工程师也可能使用有机硅而不是环氧树脂进行封装。除了在很宽的温度范围内保持其机械性能外，有机硅还柔软且柔韧，适合用于覆盖敏感的电子设备。

通常选择灌封以及阻止人们对 PCB 设计进行逆向工程的其他几种措施。因此，制造商必须确定哪些选项可提供最佳保护，并考虑以后是否需要去除灌封胶。

环氧树脂助力物联网制造进步

这些例子表明，物联网设备制造商可以在多个设计和制造阶段使用环氧树脂来满足某些要求或需求。随着物联网设备的日益普及和普及，环氧树脂将继续成为 PCB 制造的关键部分。
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