Konformné povlaky sú špeciálnym typom povlaku, ktorý pokrýva celý povrch materiálu a môže sa použiť na ochranu rôznych elektronických komponentov pred tepelným, mechanickým a environmentálnym namáhaním, ako aj na udržanie sterility komponentov (napríklad v lekárskom priemysle). Hoci konformné povlaky majú množstvo výhod, hlavným dôvodom ich používania je schopnosť úplne sa prispôsobiť povrchom so zložitou geometriou. Okrem toho sa ich odolnosť voči vysokým teplotám a schopnosť rovnomerne rozptyľovať teplo - ktoré sú známe ako tepelne vodivé konformné povlaky - stali cennými v prostredí, kde vzniká veľa zvyškového tepla a je potrebné ho rovnomerne rozptýliť, aby sa zabránilo poškodeniu komponentov. Hoci tepelne vodivé konformné povlaky majú často najväčšie pokrytie, konformné povlaky sa môžu v elektronických zariadeniach používať z viacerých dôvodov.

Použité materiály

Konformné povlaky môžu byť vyrobené z viacerých materiálov a každý materiál má v závislosti od aplikácie svoje osobitné výhody. Metódy nanášania povlaku môžu byť jednoduché, napríklad striekanie alebo ponáranie, ale kľúčom sú konkrétne materiály, ktoré sú dostatočne tekuté, aby dokázali úplne pokryť povrch, a sú vytvrdzovateľné, aby sa povlak zmenil na účinnú - a pevnú - bariéru. Najbežnejšie materiály, ktoré sa používajú na výrobu konformných náterov, sú epoxidové živice, akryláty, polyuretány, silikón a parylén. Všetky majú špecializované vlastnosti a rôzne náklady, čo znamená, že našli špecifické využitie v elektronických zariadeniach.

Epoxidové živice sú izolačné polyméry, ktoré sú skvelým médiom na odvádzanie tepla. Hoci sú dostatočne silné na to, aby poskytli bariéru väčšine škodlivých podnetov, zo svojej podstaty sa ťažko prepracúvajú a odstraňujú po vytvrdnutí na povrchu substrátu. Použitím chemikálií sa povlak zničí, takže často je jedinou možnosťou jeho prepracovania vypálenie. Pre elektronické zariadenia to však nie je priaznivý prístup.

Akryláty sú iným typom polymérnej živice. Akryláty sa aplikujú pri izbových teplotách, čím odpadá potreba použitia tepla v procese nanášania, a sú známe jednými z najvyšších bariérových vlastností pre kvapalné nátery. Ďalším dôvodom, prečo sa akryláty používajú, je ich dlhá použiteľná životnosť a to, že počas fáz vytvrdzovania nevydávajú žiadne zvyškové teplo do okolitých zložiek. Jedinou nevýhodou však je, že mnohé rozpúšťadlá ich môžu rozpúšťať, takže zatiaľ čo ich tepelná a mechanická stabilita je vysoká, ich chemická stabilita nie je.

Polyuretány sú najčastejšou voľbou, čiastočne preto, že sú najlacnejšou možnosťou. Uretány sú základné organické molekuly so skupinou obsahujúcou ester, zatiaľ čo polyuretány sú polymérne materiály zložené z uretánových väzieb medzi monomérnymi jednotkami. Polyuretány sa široko používajú aj preto, že ich zloženie je veľmi dobre nastaviteľné a možno z nich vyrobiť širokú škálu konformných náterov vrátane jednozložkových, dvojzložkových, UV vytvrdzovaných a vodou riediteľných konformných náterov. Okrem priaznivej bariéry voči tepelným, chemickým a elektrickým podnetom sú najznámejšie svojou odolnosťou voči vlhkosti. Ich nevýhodou však je, že sa dajú ľahko odstrániť pomocou niektorých alkalických rozpúšťadiel.

Silikóny sú polymérny materiál zložený z opakujúcich sa siloxánových jednotiek (striedajúcich sa atómov kyslíka a kremíka s pripojenými atómami uhlíka a vodíka). Vďaka prítomnosti kremíka sú vysoko odolné voči teplote, ako aj iným podnetom, čo sa prejavilo ich používaním ako náterov na odvod tepla. Hoci sú však stabilné voči chemickej erózii, nie sú najpevnejším povlakom, pokiaľ ide o mechanické sily, a môžu sa ľahko opotrebovať.

Parylén je tu jediným povlakom, ktorý sa nanáša plynnou cestou, ale tento proces nanášania znamená, že môžu preniknúť do veľmi malých medzier, do ktorých sa iné metódy nanášania povlakov nedostanú. Je tiež známe, že ide o veľmi rovnomernú metódu nanášania povlaku a nie je potrebná žiadna fáza vytvrdzovania. Parylénový povlak je tiež odolný voči biologickej erózii a môže zabezpečiť sterilitu komponentov/zariadení. Náklady na nanášanie parylénových povlakov sú však oveľa vyššie ako pri iných metódach, čo môže obmedzovať ich použitie, ak nie je potrebné dodatočné bodové pokrytie.

Aké komponenty používajú konformné nátery?

Nie všetky komponenty v elektrickom zariadení budú mať prospech z konformného povlaku. V týchto prípadoch sú úplne v poriadku iné technológie povrchovej úpravy alebo žiadna povrchová úprava. Existujú však komponenty, ktoré sú vystavené veľkému tepelnému, mechanickému alebo environmentálnemu namáhaniu, ktorým prospieva povlak pokrývajúci celý povrch bez ohľadu na geometriu. Schopnosť prispôsobiť sa mnohým rôznym povrchom a poskytnúť úplnú bariéru sa lepšie využíva pri zložitých súčiastkach a zariadeniach, kde bežné metódy povlakovania nebudú schopné pokryť celý povrch a zvýšenie nákladov oproti iným metódam povlakovania je opodstatnené. Okrem toho súčasti využívajú konformné povlaky aj vtedy, keď existuje možnosť, že by mohli byť vystavené mechanickému a tepelnému namáhaniu, mohlo by dôjsť k hrubému zaobchádzaniu počas inštalácie, je pravdepodobné, že dôjde k fyzickému poškodeniu, alebo keď musia byť súčasti sterilné.

Existuje príliš veľa príkladov na to, aby sme ich všetky zdokumentovali, ale môžeme sa pozrieť na výber rôznych komponentov, aby sme ukázali rozsah komponentov, ktoré možno konformne povlakovať, a dôvody, ktoré k tomu vedú. To by malo ukázať rozsah možností konformných povlakov.

Prvým príkladom sú elektromotory. Motory obsahujú veľa malých a pohyblivých mechanických častí, ktoré je často ťažké natierať a chrániť. Napriek tomu sú dôležitou súčasťou mnohých elektronických zariadení. Epoxidy, polyuretány a parylén sú bežnou voľbou pre motory z rôznych dôvodov. Epoxidy sa používajú, pretože dokážu regulovať vnútornú teplotu motora, čo vedie k dlhšej životnosti. Epoxidy tiež poskytujú vysokú odolnosť voči oderu. Polyuretány sa v motoroch používajú na zabezpečenie odolnosti voči vlhkosti aj oderu, zatiaľ čo parylén sa používa, pretože vo svojej plynnej forme dokáže preniknúť do malých medzier a môže pokryť zložité geometrie motora. Parylén môže čiastočne pôsobiť aj ako mazivo, pretože má prirodzenú mazivosť suchého filmu, takže pohyb nie je brzdený, keď je povlak na povrchu pohyblivých častí.

Ďalším príkladom sú dosky s plošnými spojmi. Dosky plošných spojov sú jedným z najbežnejších substrátov, ktoré sa pokrývajú konformným povlakom. Epoxidy aj parylén sú široko používané materiály pre dosky s plošnými spojmi. Epoxidy sa používajú na doskách s plošnými spojmi, pretože dokážu regulovať teplotu a zabrániť kritickému prehriatiu, čo následne zvyšuje životnosť dosky s plošnými spojmi (keďže dosky s plošnými spojmi obsahujú veľa komponentov, ktoré súčasne vyžarujú teplo). Parylén sa používa, pretože dokáže zakryť všetky malé medzery, ktoré sa nachádzajú na povrchu dosky s plošnými spojmi. Okrem toho jeho prirodzená mazivosť vyplýva z hydrofóbnych interakcií, vďaka čomu sú dosky s plošnými spojmi potiahnuté parylénom menej náchylné na poškodenie vodou a prachom.

Tretím príkladom sú magnety, ktoré sa používajú v elektronických zariadeniach. Nie je to najzrejmejšia súčasť, preto je tu zaradená, ale často sú náchylné na širokú škálu chemikálií. Parylén je jediný, ktorý sa používa kvôli spôsobu jeho nanášania. Možnosť nanášať povlak ako plyn zabraňuje reakcii iónov prechodných kovov v magnete s depozičnými molekulami. Kvapalné povlaky majú tendenciu reagovať s povrchom magnetu, čím ho poškodzujú a následne znižujú jeho funkčnosť.

Štvrtým a posledným príkladom sú výkonové rezistory. Toto je jedna z oblastí, kde silikón dominuje kvôli vysokým teplotám a nedostatku fyzikálnych síl v hre. Teplo z výkonových rezistorov je odvádzané silikónovým povlakom, a keďže odolávajú vysokým teplotám a odvádzajú ho rovnomerne, silikónové povlaky nevyvíjajú žiadne lokálne uvoľňovanie tepla do jednej časti elektronického zariadenia.

Záver

Konformné povlaky ponúkajú spôsob, ako pokryť elektronické komponenty bez ohľadu na ich geometriu, aby boli odolné voči vysokým teplotám, mechanickému oderu a aby boli sterilné (na použitie v lekárskych aplikáciách). Okrem toho schopnosť mnohých konformných povlakov odvádzať teplo z elektronických komponentov ponúka spôsob, ako zabrániť prehrievaniu elektronických komponentov v dôsledku lokalizovaných tepelných škvŕn, ktoré vznikajú zo zvyškového tepla vydávaného rôznymi komponentmi. Ide o oblasť so širokým záberom a mnohými rôznymi oblasťami použitia, v ktorých sa ako povrch povlaku môže použiť množstvo materiálov.