Rôle diversifié de l'époxy dans la fabrication de circuits imprimés d'appareils IoT

Les fabricants peuvent soit choisir des époxys de spécialité, soit modifier des propriétés spécifiques de l'époxyde pour répondre à des besoins de performances ou de fabrication particuliers. Par exemple, les additifs peuvent rendre un époxy plus dur ou plus épais, le rendant ainsi parfaitement adapté comme revêtement conforme. Voici d'autres façons de régler des propriétés époxy particulières.

Conductivité électrique et thermique

L'utilisation d'argent comme charge pour l'époxy en une ou deux parties peut créer un adhésif électriquement conducteur pour remplacer la soudure. Les adhésifs électriquement conducteurs sont soit isotropes, soit anisotropes. Ceux de la première catégorie sont électriquement conducteurs dans toutes les directions. Cependant, les adhésifs anisotropes conduisent l'électricité dans une seule direction. Ils sont parfois utilisés pour lier les structures d'antenne dans les produits d'identification par radiofréquence (RFID).

Les époxys contribuent également à la conductivité thermique. Une option consiste à utiliser de tels adhésifs pour joindre deux surfaces et transférer la chaleur à la plus froide. Cependant, étant donné que la plupart des époxydes manquent de capacités de gestion thermique intrinsèques adéquates, les charges comblent le déficit. Les poudres telles que le cuivre, le nitrure de bore et l'aluminium augmentent considérablement les propriétés de transfert de chaleur.

Tolérance aux températures extrêmes

Les additifs et les durcisseurs sont également mélangés aux époxydes pendant et avant le durcissement pour rendre les adhésifs résistants aux températures cryogéniques. Inversement, il existe des époxydes qui résistent à des températures plus chaudes que les environ 300 degrés Fahrenheit que les types non tolérants à la chaleur extrême peuvent.

Faible dégazage

Les époxys utilisés dans l'industrie aérospatiale doivent être des types à faible dégazage. Le dégazage provoque la libération de composés volatils autour d'un vaisseau spatial en raison du vide de l'espace.

La NASA utilise deux paramètres de test pour s'assurer que les époxys répondent aux exigences de dégazage :la perte de masse totale (TML) et les matériaux volatils condensables collectés (CVCM). Plus précisément, les normes de la NASA imposent qu'un adhésif époxy ou un composé d'enrobage ait un TML inférieur à 1 % et un CVCM inférieur à 0,1 %.

Les entreprises qui proposent des époxydes à faible dégazage et de haute pureté testent d'abord ces produits dans des conditions strictes dans des chambres spécialisées. Ils publient ensuite les résultats, s'adressant aux clients nécessitant des adhésifs à faible dégazage.

Coefficients de dilatation thermique (CTE)

La plupart des matériaux subissent une dilatation thermique due à l'augmentation de l'énergie des interactions moléculaires due aux changements de température. CTE exprime combien de changement se produit avec chaque augmentation de température d'un degré.

Des discordances CTE peuvent se produire entre deux substrats ou entre un adhésif et un substrat. Ainsi, une approche courante consiste à sélectionner des adhésifs avec un CTE aussi faible que possible. Une autre option consiste à insérer des charges ou des céramiques CTE négatives spécialisées dans des adhésifs non chargés. Cependant, cela entraîne une augmentation significative du module de traction, ce qui rend l'époxyde plus rigide.

Température de transition vitreuse (Tg)

La température de transition vitreuse (Tg) de l'époxy est une plage sur laquelle il va d'une consistance rigide semblable à du verre à une consistance plus douce et plus caoutchouteuse. Il peut s'étendre d'environ 50 à 250 degrés Celsius. Cependant, le choix de l'époxy, les charges utilisées et le temps de durcissement peuvent tous affecter la Tg.

Les époxy avec une Tg de plus de 150 degrés Celsius ont généralement une résistance supérieure aux températures élevées. Cependant, les types avec une Tg dans la plage 120-130 Celsius offrent d'excellentes propriétés de résistance chimique.

Adhésion appropriée à divers substrats

Les adhésifs époxy collent et scellent une grande variété de substrats, allant des métaux et la plupart des plastiques au bois et au béton. Cependant, il existe quelques matériaux inappropriés, tels que les plastiques à faible énergie de surface, notamment les polyoléfines, les silicones et les fluorocarbures. Pour aller de l'avant avec les décisions d'utiliser des époxys sur ces matériaux, il faut les prétraiter pour modifier la surface du substrat.

Temps de durcissement et conditions de stockage

Les adhésifs époxy sont disponibles sous forme de formulations à un et, plus généralement, à deux composants. Les options à un composant se présentent généralement sous forme de pâtes et nécessitent que les gens les appliquent avec des truelles pour combler les lacunes. Ces époxydes nécessitent de la chaleur pour durcir, ainsi qu'un stockage au froid pour maintenir leur durée de conservation.

Les types à deux composants nécessitent de mélanger et d'utiliser les produits dans un délai spécifique pouvant aller de quelques minutes à plusieurs heures. Ces époxy durcissent à une température légèrement plus élevée que la température ambiante (environ 75-85 degrés Fahrenheit), bien que plus de chaleur accélère le processus.

Les époxydes à deux composants ont également des exigences de stockage moins strictes par rapport aux types à un composant. Les fabricants peuvent garder ces spécificités à l'esprit lorsqu'ils choisissent des époxys qui correspondent à leurs exigences de production.

Viscosité

Le centipose (CPS) est une valeur de viscosité appliquée aux époxydes pour indiquer à quelle vitesse ils s'écoulent. Un époxy à faible CPS s'écoule rapidement, tandis que le débit ralentit à mesure que le CPS augmente. La viscosité d'un époxy dicte ses cas d'utilisation potentiels et les méthodes d'application des produits.

Une viscosité réduite aide également à réduire les vides. De nombreux fabricants vendent des époxydes dans une large gamme de viscosités, par exemple de 100 à 1 500 000 CPS. Cependant, la chaleur affecte également la viscosité, et l'exposition à celle-ci fluidifie la consistance d'un époxy.

Les époxys à faible viscosité peuvent prendre de 12 à 24 heures pour durcir, soit plus longtemps que leurs homologues à haute viscosité. Les époxydes à haute viscosité conviennent aux applications de revêtement de surface. Cependant, leur traitement nécessite de ne pas dépasser l'épaisseur maximale spécifiée par le fabricant, qui est souvent de 1 à 2 centimètres.

Utilisé comme matériau dans tout le PCB

Les ingénieurs travaillent fréquemment avec des époxydes lors du développement de PCB. Les époxydes spécifiques se comportent de différentes manières, et les professionnels de l'ingénierie doivent généralement utiliser tout ce qu'un fabricant fournit.

Cependant, connaître les fonctions d'un époxy particulier aide le projet de conception à se dérouler sans heurts. Alors que certains ont des propriétés adhésives, d'autres offrent une conductivité thermique. Une inadéquation entre les caractéristiques d'un composé adhésif et les matériaux du produit peut entraîner des problèmes de fabrication ou d'utilisation une fois qu'un produit arrive sur le marché.

Par exemple, les préimprégnés d'une carte de circuit imprimé sont souvent fabriqués à partir d'un matériau verre-époxyde semi-durci. Les préimprégnés sont des matériaux diélectriques aux propriétés liantes et isolantes. Le noyau interne d'un PCB est généralement composé d'un matériau en verre époxy entièrement durci avec du cuivre laminé sur les deux côtés.

De plus, les entreprises ont commencé à combiner l'époxy avec d'autres substances lors de la fabrication des PCB dans un effort continu pour réduire les coûts associés aux matériaux diélectriques. Une pratique courante consiste à l'utiliser avec de l'oxyde de polyphénylène (PPO) ou du polyphényléther (PPE), qui sont des thermoplastiques.

L'utilisation de PPO sans époxy augmente généralement les coûts de fabrication globaux. Cependant, s'y fier réduit les dépenses tout en répondant aux exigences de performance.

Vous pouvez vous faire une idée des multiples utilisations de l'époxy sur les composants PCB d'un appareil IoT avec l'exemple d'un capteur d'oxygène sanguin implanté nouvellement développé. Ce produit avancé a lié un cristal piézoélectrique avec de l'époxyde d'argent conducteur, puis l'a attaché à un PCB. Les développeurs ont également utilisé de l'époxy durcissable aux ultraviolets pour entourer les zones liées par fil à l'intérieur du PCB.

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