在恶劣环境下确保电子系统的可靠运行是巨大挑战。液态硅胶包PCB技术通过将PCB整体封装在弹性硅胶“铠甲”中,提供了从物理防护到环境隔离的全方位解决方案。本文聚焦其防护价值、工艺难点及系统集成应用。
第一章 PCB防护需求与技术演进
印刷电路板(PCB)是电子设备的大脑,却异常脆弱:怕潮湿、怕灰尘、怕腐蚀性气体、怕机械振动与冲击、怕热应力。传统防护方法各有局限:三防漆涂层薄,对机械防护弱,且存在涂层不均、针孔、覆盖不全等问题;环氧树脂灌封刚性强,易因热膨胀系数不匹配产生应力,且维修几乎不可能;塑料外壳封装则存在缝隙,防护等级有限。
液态硅胶包PCB 技术应运而生。它利用LSR的材料特性,在真空或低压环境下将其注入包含PCB的模具中,固化后形成一层完全贴合、柔软而坚韧的保护层,实现了“软铠甲”式的防护理念。
第二章 技术优势与防护机理
液态硅胶包PCB提供了多重协同防护:
卓越的环境密封:LSR与PCB组件、基板间的紧密贴合,能有效阻隔水分、盐雾、灰尘和大多数化学物质的侵入,轻松达到IP67、IP68甚至更高防护等级。
出色的机械缓冲:硅胶的弹性可吸收并分散外部的冲击、振动和应力,保护脆弱的焊点、引线和陶瓷元件免受机械损伤。这是刚性灌封材料无法比拟的。
优异的热管理:硅胶具有良好的导热性(可通过添加填料增强),有助于将PCB上元件的热量传导散发;同时其高弹性模量能适应不同材料间热膨胀系数(CTE)的差异,避免热循环导致的开裂或脱层。
可靠的电气绝缘:LSR本身具有极高的体积电阻率和介电强度,为高压部件提供安全绝缘,并能防止因污染物导致的电弧或短路。
可修复性与美观性:在需要时,保护层可被专业工具切割并修复,之后再使用兼容的LSR进行修补。同时,封装体外观整洁,可直接作为产品外壳的一部分。
第三章 工艺核心挑战与解决方案
实现完美的包PCB封装,工艺控制是关键。
真空应用:这是该工艺的灵魂。必须在注射LSR前对含有PCB的模腔进行高真空度抽吸(通常要求低于10 mbar),彻底排除型腔和PCB自身缝隙中的空气。这是避免封装体内出现气泡、确保LSR完全浸润和填充每个角落的唯一途径。
PCB预处理与定位:PCB需要清洁干燥。在模具中,PCB必须被精确、稳固地定位(常使用可拆卸的夹具或定位针),防止在注塑过程中被LSR流冲移。
材料选择与流动设计:需选择低粘度、长操作时间(以利填充)、固化后性能符合要求的LSR。模具浇口和流道需精心设计,引导LSR以平稳、顺序的方式填充,避免裹入空气或对精密元件造成冲刷压力。有时会采用类似低压注塑的策略,以更低的压力和速度完成填充。
应力敏感元件保护:对于极其脆弱或对应力敏感的元件(如MEMS传感器、晶体),可能需要在封装前在其上方点胶建立一个“缓冲区”,或设计模具结构为其提供物理避让空间。
第四章 系统集成与未来展望
液态硅胶包PCB很少孤立存在,它常与其他技术集成:
与微量注塑结合:为内含微型传感器的超小型PCB模块提供精密封装。
与抗静电硅胶结合:为在易产生静电环境(如工业自动化)中使用的PCB提供ESD防护封装。
作为液态硅胶包胶工艺的“内芯”:先完成PCB的硅胶封装,再将此封装体作为嵌件,外包覆带有颜色、纹理或特殊触感的装饰性/功能性硅胶层,实现从内到外的一体化设计。
该技术广泛应用于汽车电子(如ECU、传感器、车灯控制器)、户外电子(如GPS追踪器、监控设备)、工业控制、高端家电以及新兴的物联网终端设备。
结论:液态硅胶包PCB技术代表了电子防护从“表面涂层”到“本体封装”的范式转变。它通过材料科学与精密工艺的结合,为电子核心构筑了一道柔软却强大的防线。在设备日益智能化、部署环境日益复杂的未来,这项技术对于保障电子系统的终极可靠性,将发挥不可替代的作用。
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