Peran beragam Epoxy dalam pembuatan PCB perangkat IoT

Produsen dapat memilih epoksi khusus atau mengubah sifat epoksi tertentu untuk memenuhi kinerja atau kebutuhan manufaktur tertentu. Sebagai contoh, aditif dapat membuat epoksi lebih keras atau lebih tebal, sehingga sangat cocok sebagai pelapis konformal. Berikut adalah beberapa cara lain untuk menyetel sifat epoksi tertentu.

Konduktivitas Listrik dan Termal

Menggunakan perak sebagai pengisi untuk epoksi satu atau dua bagian dapat membuat perekat konduktif listrik untuk menggantikan penyolderan. Perekat konduktif listrik adalah isotropik atau anisotropik. Mereka dalam kategori pertama adalah konduktif listrik ke segala arah. Namun, perekat anisotropik menghantarkan listrik hanya dalam satu arah. Mereka terkadang digunakan untuk mengikat struktur antena dalam produk identifikasi frekuensi radio (RFID).

Epoxy juga membantu konduktivitas termal. Salah satu pilihan adalah menggunakan perekat tersebut untuk menggabungkan dua permukaan dan mentransfer panas ke permukaan yang lebih dingin. Namun, karena sebagian besar epoksi tidak memiliki kemampuan manajemen termal intrinsik yang memadai, pengisi merupakan kekurangannya. Bubuk seperti tembaga, boron nitrida, dan aluminium secara signifikan meningkatkan sifat perpindahan panas.

Toleransi Suhu Ekstrim

Aditif dan pengeras juga dicampur ke dalam epoksi selama dan sebelum pengawetan untuk membuat perekat tahan terhadap suhu kriogenik. Sebaliknya, ada epoksi yang tahan terhadap suhu yang lebih hangat dari sekitar 300 derajat Fahrenheit yang dapat dilakukan oleh jenis yang tidak tahan panas ekstrem.

Pengeluaran Gas Rendah

Epoxy yang digunakan dalam industri kedirgantaraan harus jenis yang mengeluarkan gas rendah. Pengeluaran gas menyebabkan pelepasan senyawa volatil di sekitar pesawat ruang angkasa karena ruang hampa udara.

NASA menggunakan dua parameter pengujian untuk memastikan epoksi memenuhi persyaratan pelepasan gas:total mass loss (TML) dan mengumpulkan bahan yang mudah menguap (CVCM). Lebih khusus lagi, standar NASA menyatakan bahwa perekat epoksi atau senyawa pot memiliki TML kurang dari 1% dan CVCM kurang dari 0,1%.

Perusahaan yang menawarkan epoksi dengan kemurnian rendah dan kemurnian tinggi pertama-tama menguji produk tersebut di bawah kondisi yang ketat di ruang khusus. Mereka kemudian mempublikasikan hasilnya, melayani pelanggan yang membutuhkan perekat rendah gas.

Koefisien Ekspansi Termal (CTE)

Sebagian besar bahan mengalami ekspansi termal karena peningkatan energi interaksi molekul karena perubahan suhu. CTE menunjukkan berapa banyak perubahan yang terjadi dengan setiap kenaikan suhu satu derajat.

Ketidaksesuaian CTE dapat terjadi antara dua substrat atau antara perekat dan substrat. Jadi, pendekatan yang umum adalah memilih perekat dengan CTE serendah mungkin. Pilihan lain adalah memasukkan pengisi atau keramik CTE negatif khusus ke dalam perekat yang tidak terisi. Namun, melakukan hal itu menyebabkan peningkatan modulus tarik yang signifikan, membuat epoksi menjadi lebih kaku.

Suhu Transisi Kaca (Tg)

Suhu transisi gelas (Tg) epoksi adalah rentang di mana ia berubah dari konsistensi seperti kaca yang kaku ke yang lebih lembut dan lebih kenyal. Suhunya bisa berkisar antara 50-250 derajat Celcius. Namun, pilihan epoksi, bahan pengisi yang digunakan, dan waktu pengerasan semuanya dapat memengaruhi Tg.

Epoxy dengan Tg lebih dari 150 derajat Celcius biasanya memiliki ketahanan suhu tinggi yang unggul. Namun, jenis dengan Tg dalam kisaran 120-130 Celcius memberikan sifat ketahanan kimia yang sangat baik.

Adhesi yang Tepat ke Berbagai Substrat

Perekat epoksi mengikat dan menyegel berbagai macam substrat, mulai dari logam dan sebagian besar plastik hingga kayu dan beton. Namun, ada beberapa bahan yang tidak cocok, seperti plastik energi permukaan rendah, termasuk poliolefin, silikon, dan fluorokarbon. Melanjutkan keputusan untuk menggunakan epoksi pada material tersebut memerlukan perlakuan awal untuk mengubah permukaan substrat.

Waktu Penyembuhan dan Persyaratan Penyimpanan

Perekat epoksi tersedia sebagai satu dan — lebih umum — formulasi dua komponen. Opsi satu komponen biasanya datang sebagai pasta dan mengharuskan orang untuk menerapkannya dengan sekop untuk mengisi celah. Epoxy ini membutuhkan panas untuk menyembuhkan, serta penyimpanan dingin untuk mempertahankan umur simpannya.

Jenis dua komponen memerlukan pencampuran dan penggunaan produk dalam jangka waktu tertentu yang dapat berkisar dari beberapa menit hingga beberapa jam. Epoxy ini mengering pada suhu yang sedikit lebih hangat daripada suhu kamar (sekitar 75-85 derajat Fahrenheit), meskipun lebih banyak panas akan mempercepat prosesnya.

Epoxy dua komponen juga memiliki persyaratan penyimpanan yang kurang ketat dibandingkan dengan tipe satu komponen. Produsen dapat mengingat hal ini secara spesifik saat memilih epoksi yang sesuai dengan persyaratan produksi mereka.

Viskositas

Centipose (CPS) adalah nilai viskositas yang diterapkan pada epoksi untuk menunjukkan seberapa cepat alirannya. Epoksi CPS rendah mengalir dengan cepat, sedangkan laju aliran melambat saat CPS naik. Viskositas epoksi menentukan potensi kasus penggunaan dan metode penerapan produk.

Mengurangi viskositas juga membantu mengurangi rongga. Banyak produsen menjual epoksi dalam berbagai viskositas, seperti dari 100-1.500.000 CPS. Namun, panas juga memengaruhi viskositas, dan paparan terhadapnya menipiskan konsistensi epoksi.

Epoxy dengan viskositas rendah mungkin membutuhkan waktu 12-24 jam untuk disembuhkan — lebih lama dari rekan-rekan mereka yang memiliki viskositas tinggi. Epoxy dengan viskositas tinggi cocok untuk aplikasi pelapisan permukaan. Namun, pemrosesannya tidak boleh melebihi ketebalan maksimum yang ditentukan oleh pabrikan, yang biasanya 1-2 sentimeter.

Digunakan sebagai Material di Seluruh PCB

Insinyur sering bekerja dengan epoksi saat mengembangkan PCB. Epoxy tertentu berperilaku dengan cara yang berbeda, dan profesional teknik biasanya harus menggunakan apa pun yang disediakan pabrikan.

Namun, mengetahui tentang fungsi epoksi tertentu membantu proyek desain berjalan lancar. Sementara beberapa memiliki sifat perekat, yang lain menawarkan konduktivitas termal. Ketidakcocokan antara karakteristik senyawa perekat dan bahan produk dapat menyebabkan masalah yang memengaruhi pembuatan atau kegunaan setelah produk mencapai pasar.

Misalnya, prepreg papan sirkuit sering dibuat dari bahan epoksi kaca semi-sembuh. Prepregs adalah bahan dielektrik dengan sifat mengikat dan isolasi. Inti internal PCB biasanya dilengkapi dengan material epoksi kaca yang sepenuhnya diawetkan dengan tembaga yang dilaminasi di kedua sisinya.

Selain itu, perusahaan telah mulai menggabungkan epoksi dengan zat lain selama pembuatan PCB dalam upaya berkelanjutan untuk memotong biaya yang terkait dengan bahan dielektrik. Salah satu praktik yang umum adalah menggunakannya dengan polifenilen oksida (PPO) atau polifenil eter (PPE), yang merupakan termoplastik.

Menggunakan PPO tanpa epoksi biasanya meningkatkan biaya produksi secara keseluruhan. Namun, mengandalkannya akan mengurangi pengeluaran sambil tetap memenuhi persyaratan kinerja.

Anda bisa mendapatkan gambaran tentang berbagai penggunaan epoksi pada komponen PCB untuk perangkat IoT dengan contoh sensor darah-oksigen implan yang baru dikembangkan. Produk canggih ini mengikat kristal piezoelektrik dengan epoksi perak konduktif, lalu menempelkannya ke PCB. Pengembang juga menggunakan epoksi yang dapat disembuhkan dengan ultraviolet untuk mengelilingi area yang terikat kawat di dalam PCB.

Dipilih untuk Meningkatkan Perpindahan Panas