전자 제조의 포팅

삽입으로도 알려진 포팅은 전자 제조에서 PCB 또는 기타 구성 요소와 같은 전체 전자 어셈블리가 고체 또는 젤라틴 화합물로 채워진 중요한 과정입니다. 이 캡슐화는 수분, 먼지 및 부식제와 같은 환경 위험뿐만 아니라 충격 및 진동과 같은 기계적 스트레스로부터 보호합니다. 또한 고전압 어셈블리의 코로나 배출과 같은 기체 현상을 방지하고 특히 암호화 처리 카드에서 역 공학으로부터 보호 할 수 있습니다 [4].

이 과정은 전자 장치, 특히 가혹한 환경에서 수명과 신뢰성을 보장하는 데 필수적입니다. 예를 들어, Versae Electronics는 포팅을 다음과 같이 정의합니다.

"전자 어셈블리를 고체 또는 특수 젤리로 채우기 위해 충격, 진동, 기체 화합물, 물, 수분 및 부식제에 대한 저항성을 향상시킵니다." [1]

전체 어셈블리가 아닌 개별 구성 요소에 적용될 때,이를 캡슐화라고하며 응용 분야에서 미묘한 차이를 강조합니다 [4].

목적 및 응용

포팅의 주요 목적은 다양한 위협으로부터 전자 어셈블리를 보호하여 성능과 수명을 향상시키는 것입니다. 주요 이점은 다음과 같습니다.

환경 요인에 대한 보호:

• 수분과 물: 습한 조건에 노출 된 장치에 중요한 단락이나 부식으로 이어질 수있는 유입을 방지합니다.
• 먼지와 먼지: 과열 또는 신호 간섭을 유발할 수있는 오염 물질의 구성 요소는 일관된 성능을 보장합니다.
• 부식제: 산업 환경과 같이 시간이 지남에 따라 구성 요소를 저하시킬 수있는 화학 물질로부터 보호합니다.

기계적 강도:

• 충격 및 진동 저항: 물리적 영향 및 진동이 일반적 인 자동차, 항공 우주 또는 산업 응용 분야의 장치에 필수적입니다. 예를 들어, 배선 단절과 PCB 응력 증폭을 방지하여 초기 고장 속도가 줄어 듭니다.
• 배선 연결을 방지합니다: 내부 연결은 스트레스에 따라 안전한 상태로 유지되며, 움직임중인 장치에 필수적입니다.

전기 절연:

• 전기 반바지를 방지하고 안전을 향상시키는 유전체 장벽을 제공합니다. 특히 코로나 배출을 피하기 위해 고전압 응용 분야에서 특히 중요합니다.

변조 저항:

• 암호화 처리 카드와 같은 장치에서 지적 재산을 보호하는 데 중요합니다.

포팅은 다양한 산업 분야에서 응용 프로그램을 찾습니다.

• 자동차: 진동 및 온도 변동으로부터 제어 장치를 보호하여 엔진 관리 시스템의 신뢰성을 보장합니다.
• 항공 우주: 비행 제어 시스템에서 볼 수 있듯이 항공 전자 시스템은 비행 제어 시스템에서 볼 수 있듯이 극한의 고도 (-50 ° C) 및 열 (최대 200 ° C)을 견딜 수 있도록합니다.
• 군대: 전장 조건에 중요한 충격 (최대 50G) 및 진동 (최대 20G)에 대한 레이더 시스템을 견고합니다.
• 의료 기기: 체액으로 인한 맥박 조정기 및 기타 임플란트는 멸균을 허용하여 환자 안전을 보장합니다.
• 소비자 전자 장치: 매일 마모에 노출 된 스마트 홈 시스템과 같은 장치의 내구성을 향상시킵니다.

포팅에 사용되는 재료

적절한 포팅 화합물을 선택하는 것은 전자 어셈블리의 보호 수준과 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 중추적입니다. 가장 흔한 물질은 에폭시, 우레탄 (폴리 우레탄) 및 실리콘이며, 각각은 별개의 특성과 장점이 있습니다.

• 에폭시 포팅 화합물: Offer semi-flexible to rigid options with excellent chemical and environmental resistance, high mechanical and heat resistance, good insulation, and low outgassing. Specialty Polymers & Services (SP&S) notes their EpoPro® line includes over 200 systems, conforming to hundreds of OEM, military, and industry specifications [2].
• 우레탄 포팅 화합물: Range from soft to rigid, suitable for sealing assemblies in cryogenic applications, with short processing times and cost-effectiveness. SP&S’s Ultralane® and Liquidweld™ lines meet UL and NASA low outgassing specs, ideal for space applications [2].
• 실리콘 포팅 화합물: Offer soft gels to hard rubbers with elasticity and flexibility, temperature resistance up to 400°F, and moisture/chemical resistance. SP&S carries brands like Dowsil and CHT/Quantum Silicones, suitable for automotive and space applications [2].

Selection factors include hardness (based on application needs), viscosity (low for flowable, high for thicker applications), color (opaque for IP protection, transparent for LEDs), and thermal conductivity (silicone offers the best, often >2 W/m·K). Special features like flame retardance (meeting UL standards) or radiation protection are also considered, particularly for aerospace and military uses [2].

포팅 과정

포팅 과정은 효과적인 보호를 보장하기위한 몇 가지 단계가 포함되어 있습니다.

1. 준비:
   • 전자 어셈블리를 청소하여 오염 물질을 제거하여 잔류 물이 접착력을 방해하지 않도록합니다.
   • 온도 범위 및 유연성과 같은 요소를 고려하여 적용 요구 사항에 따라 적절한 포팅 화합물을 선택하십시오.
2. 조형:
   • 어셈블리를 곰팡이 (또는“포트”)에 배치하여 최종 제품의 일부 역할을하여 차폐 또는 열 소산 기능을 제공 할 수 있습니다.
   • 곰팡이는 특수 보호를 위해 더 큰 인클로저 내의 PCB 또는 공동을 캡슐화하는 중소형 플라스틱 케이스 일 수 있습니다 [1].
3. 충전재:
   • 액체 포팅 화합물로 곰팡이를 채우고 공기 주머니 나 공극을 피하기 위해 흐름조차 보장합니다. 공급 업체와 함께 수지를 예열하면 유동성이 향상 될 수 있으며 공급 업체는 최적의 유량 온도를 권장합니다 [3].
4. 치료:
   • 화합물이 실온 또는 제어 가열을 통해 완전히 경화 (치료)를 허용하십시오. 경화 시간은 재료에 따라 다릅니다 (예 : 에폭시는 우레탄보다 길어질 수 있음), 샘플은 오븐에서 가열되어 테스트 속도를 높일 수 있습니다 [3].
5. 후 처리:
   • 탈착식이 있으면 일단 경화 된 금형을 제거하십시오. 어셈블리는 이제“캐스트”되었습니다. 균일 성과 결함없는 포팅에 대한 품질 검사를 수행하여 기포 나 불완전한 커버리지를 보장하지 않습니다.

ESCATEC에서 요약 한 성공을위한 중요한 요소에는 다음이 포함됩니다.

• 수지 온도: 더 나은 흐름을 위해 포팅하기 전에 수지 가열; 이상적인 온도에 대해서는 공급 업체에 문의하십시오 [3].
• 수지 대 하드너 비율: 원하는 경도/유연성에 대한 올바른 비율을 보장하십시오. 실린더 피스톤 (볼륨 비율) 또는 기어 펌프 (전자적으로 제어되고 더 비싼) 방법과 같은 옵션이있는 시험이 필요할 수 있습니다 [3].
• 혼입: 분리 가능한 믹싱 노즐을 사용하십시오 (더 긴 균질성 향상). 경화로 인해 정기적으로 노즐을 교체하고 철저한 조합을 보장하기 위해 압력 아래 섞어 [3].
• 믹스의 힘: 적절한 압력은 효과적인 혼합을 보장합니다. 너무 적은 압력은 고르지 않은 결과를 유발합니다 [3].
• 부피/무게를 분배하십시오: 여러 개의 작은 샷 (실린더 피스톤, 실린더 크기로 제한) 또는 단일 연속 샷 (기어 펌프, 더 나은 제어) 일 수 있습니다. 장비에 따라 조정 [3].
• 속도를 분배하십시오: 믹스 및 부피/무게의 힘과 관련하여 조립 라인에서 운영자를 제어 할 수 있어야합니다 [3].

추가 팁에는 유해 하드 렌 저를위한 환기 및 추출 시스템 보장, 장갑 및 안전 안경 착용, 수비/경화제 보호, 며칠 동안 사용하지 않으면 생산 전 수지를 믹싱하고 작업 지침으로 일일 점검을 구현하는 것이 포함됩니다 [3].

장점과 단점

포팅은 상당한 혜택을 제공하지만 트레이드 오프도 제공합니다.

장점:

• 환경 (수분, 먼지) 및 기계적 (충격, 진동) 스트레스에 대한 포괄적 인 보호, 신뢰성 향상.
• 화염 지연 (UL 표준 충족) 또는 우주 응용 분야에 대한 저지대와 같은 특정 응용 프로그램에 대해 사용자 정의 할 수 있습니다 [2].
• 전기 절연 및 변조 저항을 제공하여 역 엔지니어링을 보호하고 안전 보장을 제공합니다.
• 오래 지속되는 성능으로 특히 현장 조건에서 내구성을 향상시킵니다 [2].

단점:

• 캡슐화로 인해 검사 또는 수리를 복잡하게 만들 수 있으므로 내부 구성 요소에 액세스하기가 더 어려워집니다.
• 무게를 추가하고 잠재적으로 장치 크기를 증가시켜 항공 우주와 같은 체중에 민감한 응용 분야에 관심이있을 수 있습니다.
• 이 과정은 수분 오염으로부터 보호하는 것과 같은 엄격한 재료 취급 요구 사항으로 시간이 많이 걸릴 수 있습니다 [3].

다른 보호 방법과 비교

포팅은 매우 효과적이지만 대체 방법이 존재하며 각각은 뚜렷한 장점이 있습니다.

적합성 코팅:

• 설명: 회로 보드 위에 얇은 유전체 층 (일반적으로 5 mils 이하)을 적용하여 구성 요소 모양을 준수합니다 [4].
• 이익: 가벼운 무게; 쉽게 검사, 테스트 및 수리; 더 빠른 신청 프로세스; 타이트한 공차 또는 중량 제한을 갖는 응력에 민감한 구성 요소에 적합합니다 [2].
• 제한: 포팅과 비교하여 기계적 응력 (예 : 충격, 진동)에 대해 덜 효과적입니다. 가혹한 환경에서 충분한 보호를 제공하지 않을 수 있습니다.
• 유스 케이스: 소비자 전자 장치 또는 유지 보수가 빈번한 장치와 같은 가벼운 보호 요구에 이상적입니다.

캡슐화:

• 설명: 포팅과 유사하지만 종종 동일한 재료를 사용하는 전체 어셈블리가 아닌 개별 구성 요소에 적용됩니다 [4].
• 이익: 대상 보호; 재료 집약적이지 않아 특정 구성 요소의 비용 절감.
• 제한: 전체 어셈블리의 포팅보다 포괄적이지 않아 잠재적으로 다른 부품이 취약 해집니다.
• 유스 케이스: 혼합 어셈블리에서 고 부가가치 개별 구성 요소를 보호하는 데 적합합니다.

주요 차이점은 포팅이 가혹한 환경에 대한 최대의 보호를 제공하는 반면, 더 가볍고 접근하기 쉬운 응용 분야에 적합한 코팅이 선호된다는 것입니다. 예를 들어, 포팅은 일정한 진동 하에서 자동차 ECU를 위해 선택되는 반면, 홈 라우터에는 충분한 반응이 충분할 수있다 [4].

사례 연구 및 예

Potting의 중요성은 실제 응용 프로그램에서 분명합니다.

• 자동차 전자 제품: 엔진 제어 장치 (ECU)를 진동 (10-20Hz) 및 온도 극한 (-40 ° C ~ 125 ° C)으로부터 보호하여 차량의 일관된 성능을 보장합니다.
• 항공 우주: 비행 제어 장치와 같은 항공 전자 시스템은 안전에 중요한 고도 (-50 ° C) 및 열 (최대 200 ° C)을 견딜 수 있도록합니다.
• 의료 기기: 신체 액체 및 멸균 과정 (예 : 121 ° C에서의 자동 클레이브)으로 인한 맥박 조정기는 환자의 안전을 보장합니다.
• 군사 장비: 전장 운영에 필수적인 충격 (최대 50g) 및 진동 (최대 20G)에 대한 레이더 시스템을 견고합니다.

예를 들어, 자동차 응용 분야에서 포팅은 차량 작동 중에 일정한 진동에도 불구하고 ECU가 기능적으로 유지되는 반면, 항공 우주에서는 실리콘 기반 포팅이 비행 중에 발생하는 극한 온도로부터 항공 전자를 보호합니다 [6].

결론

포팅은 전자 제조에 없어서는 안될 공정으로 전자 어셈블리가 가혹한 환경을 견딜 수 있도록 피크 성능을 유지할 수 있도록합니다. 정의, 목적, 재료 (에폭시, 우레탄, 실리콘), 상세한 공정 단계 (경화 준비), 대안 (적합성 코팅, 캡슐화), 실제 응용 프로그램 (의료용 자동차) 및 향후 트렌드 (자동화, 스마트 포팅), 제조업체는 생산성을 강화하기위한 정보를 제공 할 수 있습니다. 소형화 및 IoT 요구에 의해 기술이 발전함에 따라 포팅은 내구성이 뛰어난 전자 장치 설계의 초석으로 남아 현대적인 응용의 문제에 대한 강력한 방패를 제공 할 것입니다.

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인용

[1] Versae Electronics 전자 제품 제조에서 포팅의 의미 [2] 특수 폴리머 화합물 물질 선택 안내서 [3] ESCATEC 6 전자 어셈블리를 화분 할 때 고려해야 할 중요한 요소 [4] Wikipedia Potting Electronics 정의 및 프로세스 [5] 견고한 컴퓨팅을위한 전자 포팅 [6] 화합 화합물 제조업체 전자 포팅 공정을 이해합니다