如何实现元器件保护——正确的工艺、合适的连接器
电子行业正经历转型:无论是汽车领域、太阳能和风电(风能),还是工业自动化领域,电气化都在各领域全面展开。 然而,随着联网程度的不断提升,近年来电子故障的数量也随之增加——据汽车研究中心(Center for Automotive Research)统计,增幅高达29%。因此,根据预期环境影响的不同,对电子元件进行保护变得至关重要。通过这种保护,可以可靠地保障电子设备的运行安全——但为此,用户还需要采用与灌封工艺兼容的连接解决方案。
对元器件防护工艺的需求日益增长
各种工艺可保护电子元器件免受冲击、振动、潮湿、灰尘、高温、持续温度波动及其造成的后续损害。 因此,元器件保护对于延长最终产品的使用寿命、提高其功能安全性和可靠性具有重要作用。
正因如此,元器件保护工艺已在许多应用领域得到广泛应用:电动汽车、工业自动化、轨道交通、医疗技术、风电 und Solartechnik、通信电子、农业以及家用电器——如今,电子技术几乎无处不在。 在此背景下,微型化趋势日益明显,这成为一项日益严峻的挑战。电子元件正变得越来越小,需要采取不同的保护措施来重新增大爬电距离并消除电气间隙。
因此,根据元件所受的应力和使用情况,可选择不同的工艺:灌封(Potting-灌封)、 conformal coating(三防漆)和热熔成型(热熔低压注塑)是其中最常见的几种。
正因如此,元器件保护工艺已在许多应用领域得到广泛应用:电动汽车、工业自动化、轨道交通、医疗技术、风电 und Solartechnik、通信电子、农业以及家用电器——如今,电子技术几乎无处不在。 在此背景下,微型化趋势日益明显,这成为一项日益严峻的挑战。电子元件正变得越来越小,需要采取不同的保护措施来重新增大爬电距离并消除电气间隙。
因此,根据元件所受的应力和使用情况,可选择不同的工艺:灌封(Potting-灌封)、 conformal coating(三防漆)和热熔成型(热熔低压注塑)是其中最常见的几种。
有具体问题吗?
元器件保护工艺:灌封(Potting)灌封

单组分和双组分灌封材料(即所谓的 Potting Compounds)被广泛使用。 对于双组分灌封材料,树脂和固化剂按特定配比通过相应的机械设备混合,通常经由静态混合管注入型腔。因此,这种冷灌封属于非成型工艺,需要一个用于注入灌封胶。
这种灌封(Potting 灌封)工艺具有诸多优势:它不仅能提供出色的电气绝缘性、高散热性以及减震和抗冲击性能,还具备耐化学腐蚀、防潮、耐热冲击和耐循环性能,能保护电子元件免受灰尘和湿气的侵害,此外还具有阻燃特性。
根据具体要求,通常会使用环氧树脂、聚氨酯树脂和硅树脂。它们在性能方面各不相同(表1)。
这种灌封(Potting 灌封)工艺具有诸多优势:它不仅能提供出色的电气绝缘性、高散热性以及减震和抗冲击性能,还具备耐化学腐蚀、防潮、耐热冲击和耐循环性能,能保护电子元件免受灰尘和湿气的侵害,此外还具有阻燃特性。
根据具体要求,通常会使用环氧树脂、聚氨酯树脂和硅树脂。它们在性能方面各不相同(表1)。
除上述材料外,还有特种灌封材料和浇注树脂。但这些材料仅在极端条件下使用。例如,根据 ATEX 要求,它们通过阻止点火源、可燃物质和氧气之间的化学反应来防止爆炸。 此外,它们还能提供针对高压(高达30kV/mm)的电气绝缘,防止因局部发热导致的过热,并凭借IP68防护等级提供防尘及长期浸没保护。灌封灌封
工艺为用户提供了多种可能性。 采用该工艺的典型产品包括电池组、功率和控制电子设备、充电器、防爆电子设备、传感器、监视器和显示器。
工艺为用户提供了多种可能性。 采用该工艺的典型产品包括电池组、功率和控制电子设备、充电器、防爆电子设备、传感器、监视器和显示器。
元器件保护工艺:三防漆

采用三防漆( conformal coating)技术,可对电路板进行全面或选择性涂覆。在选择性电镀(选择性涂覆)的情况下,仅在电路板的必要区域覆盖保护层。通常将涂覆分为两种类型:薄膜涂覆凭借其快速固化和适配的粘度,可确保生产过程的高经济性。 相比之下,厚膜涂层则能提供特别高的边缘和表面保护,尤其能保护电子组件免受极端湿度的侵害。无论哪种情况,三防漆在干燥后形成的涂层厚度均在 30 至 2000 µm 之间。因此,即使在空间狭小的条件下,电子组件仍可正常安装。
由于三防漆的粘度不同,导致流平性能各异,因此在已装配的电子组件上常采用“阻隔与填充”(DAM & FILL)原理。 在此工艺中,使用具有触变性的三防漆在需要避开的元件周围(例如连接器)形成“Dam”(德语“Damm”)。随后,用低粘度的三防漆润湿其余组件(“Fill”,德语“Füllung”)。三防漆
采用多种聚合物材料。 因此,用户可以在硅基产品和紫外线固化产品等之间进行选择。前者由于其工作温度范围宽(从-40°C到+200°C),非常适合航空航天或海上等严苛的使用环境。后者由丙烯酸酯和聚氨酯或这两种材料的混合物组成。 其主要特点在于:通过紫外线引发可快速固化,并具有极佳的热冲击耐受性。 三防漆
的应用领域非常广泛,涵盖从汽车领域到轨道交通、传感器技术、工业电子、医疗技术,以及前述的 Offshore-风电 和航空航天技术。
由于三防漆的粘度不同,导致流平性能各异,因此在已装配的电子组件上常采用“阻隔与填充”(DAM & FILL)原理。 在此工艺中,使用具有触变性的三防漆在需要避开的元件周围(例如连接器)形成“Dam”(德语“Damm”)。随后,用低粘度的三防漆润湿其余组件(“Fill”,德语“Füllung”)。三防漆
采用多种聚合物材料。 因此,用户可以在硅基产品和紫外线固化产品等之间进行选择。前者由于其工作温度范围宽(从-40°C到+200°C),非常适合航空航天或海上等严苛的使用环境。后者由丙烯酸酯和聚氨酯或这两种材料的混合物组成。 其主要特点在于:通过紫外线引发可快速固化,并具有极佳的热冲击耐受性。 三防漆
的应用领域非常广泛,涵盖从汽车领域到轨道交通、传感器技术、工业电子、医疗技术,以及前述的 Offshore-风电 和航空航天技术。
元器件保护工艺:热熔成型(热熔低压注塑)

热熔模塑(热熔低压注塑)是一种特殊的灌封形式。在此工艺中,通过单一步骤将组件包裹在材料中,从而形成外壳结构,同时保护组件。电子元件不会受到损坏,因为低粘度的热塑性材料具有较低的加工温度,且其加工所需的注射压力远低于普通塑料注塑成型。 这既能保护元器件,又能使热塑性材料快速固化,同时使该工艺成本相对较低。
因此,低压注塑(低压注塑)使得即使是触点、传感器、电路板和线圈等敏感元器件,也能以环保的方式进行包覆、粘合或达到IP68级密封,从而在最严苛的工况下也能得到有效保护。
例如,农业就是一个深受外部因素影响的行业。该行业的机械每天都要面对各种不同的天气条件。热熔模塑(热熔低压注塑)是保护其电子元件的理想选择:它能可靠且持久地抵御潮湿、温度波动、腐蚀和振动。
因此,低压注塑(低压注塑)使得即使是触点、传感器、电路板和线圈等敏感元器件,也能以环保的方式进行包覆、粘合或达到IP68级密封,从而在最严苛的工况下也能得到有效保护。
例如,农业就是一个深受外部因素影响的行业。该行业的机械每天都要面对各种不同的天气条件。热熔模塑(热熔低压注塑)是保护其电子元件的理想选择:它能可靠且持久地抵御潮湿、温度波动、腐蚀和振动。
结论
灌封(
Potting)、 conformal coating(三防漆)或热熔成型(热熔低压注塑):哪种元器件保护工艺最合适,始终取决于电子设备的具体应用领域及相关要求。并不存在“一刀切”的解决方案。
Potting)、 conformal coating(三防漆)或热熔成型(热熔低压注塑):哪种元器件保护工艺最合适,始终取决于电子设备的具体应用领域及相关要求。并不存在“一刀切”的解决方案。
连接器 的问题

极端温度、灰尘和潮湿、化学或机械应力:通过采用合适的元器件保护工艺,电子元件几乎可以免受任何外部影响的侵害。但有一点必须注意:只有当所用材料不会限制已安装元器件的功能时,才可能进行灌封。 此外,还需采用与灌封兼容的连接解决方案——因此无法使用普通的印刷电路板连接器。原因在于,此类连接器通常采用两件式的弹簧-刀片式接触技术,灌封灌封胶可能会渗入脆弱的插接区域插接区,从而阻碍接触。
因此,对于传统连接器,必须在灌封“Dam & Fill”工艺对接触区域进行密封,以避免灌封胶造成影响(图2)。其关键在于:一方面,灌封胶进入接触区域可能会影响接触点,从而中断信号传输; 另一方面,它还会抑制弹簧的松弛特性。
为了既能进行灌封,又能确保必要的可靠性,建议选择单件式连接器,即无需传统插接区的连接器。对于此类单件式连接器,灌封胶根本无法渗入接触区域。
因此,对于传统连接器,必须在灌封“Dam & Fill”工艺对接触区域进行密封,以避免灌封胶造成影响(图2)。其关键在于:一方面,灌封胶进入接触区域可能会影响接触点,从而中断信号传输; 另一方面,它还会抑制弹簧的松弛特性。
为了既能进行灌封,又能确保必要的可靠性,建议选择单件式连接器,即无需传统插接区的连接器。对于此类单件式连接器,灌封胶根本无法渗入接触区域。
压入技术(压接技术)作为首选的连接技术(端接技术)

因此,一体式插头连接器(连接器)具备这些材料所需的IP防护等级(防护等级),从而能够进行灌封(灌封),进而实现持久且坚固的连接解决方案。不过,连接技术(端接技术)的选择在此也起着重要作用。 借助双面压接区,由于铜套管与压接区之间产生的冷压焊(冷焊),连接区域(端接区)具有气密(气密性),从而在两块电路板之间形成可灌封的连接,该技术已在实际应用中经受了数十亿次的考验。

然而,为了确保这种气密连接,必须严格按照ept规范实现金属化通孔:
由于省去了插接区,该连接器压接技术(压入技术)使用时,甚至能承受高达200 g的冲击载荷。即使因剧烈温度波动导致的材料位移以及有害气体的影響,也不会影响连接的可靠性。与焊接端接(焊接技术)相比,压接技术(压入技术)能将可靠性提高数倍,因为既不会出现冷焊点,也不会出现断焊点。 此外,这种工艺还能避免繁琐的选择性焊接作业、昂贵的线缆解决方案和支撑柱,从而不仅为开发人员节省了电路板空间,还能将成本降低多达50%。
仅需一个元器件即可同时实现机械连接和电气连接。特别对于具有可配置功能或不同性能级别的模块化组件,将压入工艺融入贴片过程的最后阶段效果尤为显著。在此过程中,可根据需要将不同的模块安装在基板上。 这样,只需一个快速工序即可生产出种类繁多的产品。由于还可以对组件进行最终灌封,因此电气和机械连接能够保持可靠。
通过灌封(灌封),用户可以最大限度地保护其电子组件免受恶劣环境因素的影响。然而,对于考虑为应用提供元器件保护的用户而言,还必须选择合适的连接器,并配合相应的端接技术(连接技术)。一体式、压入式和灌封式——这种组合使电子组件能够抵御(几乎)所有外界影响。
仅需一个元器件即可同时实现机械连接和电气连接。特别对于具有可配置功能或不同性能级别的模块化组件,将压入工艺融入贴片过程的最后阶段效果尤为显著。在此过程中,可根据需要将不同的模块安装在基板上。 这样,只需一个快速工序即可生产出种类繁多的产品。由于还可以对组件进行最终灌封,因此电气和机械连接能够保持可靠。
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