Composti per incapsulamento e resine per la fusione di componenti elettronici: epossidica, siliconica o poliuretanica?

Veniamo al dunque: quale composto di incapsulamento è adatto per i componenti elettronici?

Il silicone è adatto per alte temperature, flessibilità e assemblaggi termicamente o meccanicamente sensibili. Il poliuretano (PU) è il materiale versatile, resistente ed elastico, ideale per il contatto con vibrazioni e fluidi. La resina epossidica offre la massima resistenza meccanica e chimica, ma è rigida. Sono disponibili varianti termicamente conduttive (con valore λ più elevato) per tutte e tre le classi, al fine di facilitare la dissipazione del calore . I criteri di selezione principali sono l'intervallo di temperatura, la flessibilità, la conduttività termica e il contatto con i fluidi; le proprietà specifiche sono riportate nelle rispettive schede tecniche.

Che cosa sono i composti per vasi?

I composti di incapsulamento sono materiali liquidi o pastosi che ricoprono completamente i componenti elettronici e forniscono una protezione permanente dopo la polimerizzazione. A differenza dei rivestimenti conformi, che formano solo un sottile strato protettivo di 25-75 micrometri, i composti di incapsulamento riempiono l'intera cavità attorno ai componenti elettronici. Il risultato è una protezione robusta e duratura contro umidità, vibrazioni, agenti chimici, sbalzi di temperatura e sollecitazioni meccaniche.

I composti di incapsulamento prevengono la corrosione e la migrazione elettrochimica causate dall'umidità, aumentano la resistenza al tracciamento tra conduttori adiacenti, proteggono i componenti da vibrazioni e urti, dissipano la dispersione di calore (nelle versioni termicamente conduttive) e proteggono da agenti chimici come oli, carburanti e detergenti. Nelle applicazioni critiche per la sicurezza, fungono anche da protezione antimanomissione, poiché gli assemblaggi incapsulati non possono essere aperti senza subire danni.

Incapsulamento completo o rivestimento selettivo?

Prima di risolvere la questione dei materiali, occorre prendere una decisione fondamentale: l'assemblaggio verrà completamente incapsulato o rivestito solo in modo selettivo?

Regola generale: se è richiesto il grado di protezione IP68/IP69K, è necessario l'incapsulamento. Se è necessaria la riparabilità, è necessario l'incapsulamento. Se la dissipazione di potenza supera i 5 W, è necessario l'incapsulamento con un composto termoconduttivo. Se il peso è un fattore critico, è necessario l'incapsulamento.

Un confronto tra le tre classi di materiali

Composti per incapsulamento alla silice

I siliconi sono la classe di materiali più versatile per l'incapsulamento dei componenti elettronici. Mantengono la loro elasticità in un intervallo di temperature estremamente ampio (da -60 °C a +200 °C, con tipologie speciali fino a +300 °C). La bassa sollecitazione meccanica protegge i componenti sensibili e le saldature. Per le applicazioni LED, i siliconi sono spesso l'unica scelta sensata: le formulazioni ottiche speciali sono trasparenti, non ingialliscono e hanno un indice di rifrazione adeguato.

Applicazioni tipiche: moduli LED, centraline di controllo per autoveicoli, elettronica per esterni, inverter solari, sensori, elettronica medicale, settore aerospaziale.

Composti epossidici per incapsulamento

Le resine epossidiche offrono la massima resistenza meccanica (Shore D da 70 a 90), un'eccellente adesione a metalli e ceramiche e la massima rigidità dielettrica (fino a 25 kV/mm). I loro principali svantaggi: sono praticamente irreparabili dopo la polimerizzazione, fragili alle variazioni di temperatura e hanno un intervallo di temperatura di utilizzo più ristretto (da -40 a +130 °C).

Applicazioni tipiche: alimentatori ad alta tensione, trasformatori, elettronica di accensione, elettronica subacquea, protezione antimanomissione.

Composti di incapsulamento in poliuretano (PU)

Il poliuretano (PU) si posiziona tra l'epossidico e il silicone: un profilo di proprietà equilibrato al costo più basso. La durezza Shore è regolabile (da Shore A 60 a Shore D 50) e offre una buona resistenza all'abrasione. I suoi principali svantaggi sono la natura igroscopica, la sensibilità ai raggi UV e il ristretto intervallo di temperatura di utilizzo (da -40 a +120 °C).

Applicazioni tipiche: controlli industriali, alimentatori switching (per interni), caricabatterie per veicoli elettrici, moduli BMS, automazione degli edifici.

Tabella comparativa

Composti per incapsulamento termicamente conduttivi: il valore λ è decisivo

I moderni dispositivi elettronici operano in spazi sempre più ristretti con densità di potenza crescenti. I composti di incapsulamento standard tendono ad avere un effetto di isolamento termico (da 0,16 a 0,20 W/(m·K)), proteggendo i componenti elettronici ma intrappolando al contempo il calore al loro interno.

Regola generale: un aumento di 10 K della temperatura di esercizio può, in molti casi, dimezzare la durata di vita dei componenti elettronici.

Il valore λ (conduttività termica, W/(m·K)) descrive la capacità di un materiale di condurre il calore. Aria ferma: 0,025; siliconi non caricati: da 0,16 a 0,20; siliconi caricati: da 0,30 a 0,42; sistemi ibridi: fino a 1,05; alluminio: 237.

La conducibilità termica viene aumentata mediante l'aggiunta di riempitivi minerali o ceramici: ossido di alluminio (Al₂O₃), nitruro di boro (BN) o carburo di silicio (SiC). Maggiore è il contenuto di riempitivo, migliore è la conducibilità termica, ma aumenta anche la viscosità.

Quando conviene utilizzare un incapsulamento termicamente conduttivo? A partire da una dissipazione di potenza di circa 1 W per cm² di area del componente. Per i sensori standard: da 0,16 a 0,20 W/(m·K). Per l'elettronica di potenza: da 0,30 a 0,50 W/(m·K). Per la gestione termica critica con protezione antincendio: Permabond MT3836 con 1,05 W/(m·K) e UL 94 V-0.

Gamma di composti per potting SILITECH

SILITECH AG offre una vasta gamma di composti per incapsulamento di tutte le classi di materiali, provenienti dalla Svizzera, dai semplici rivestimenti protettivi ai composti per incapsulamento ad alte prestazioni e termicamente conduttivi.

Composti siliconici per incapsulamento di Elkem (Bluesil) e Dow

Sistemi monocomponente (serie CAF)

La gamma CAF di Elkem comprende elastomeri siliconici monocomponenti che polimerizzano a temperatura ambiente a contatto con l'umidità atmosferica. Pronti all'uso, non richiedono miscelazione.

I codici prodotto CAF non indicano la durezza Shore. CAF sta per "Compound à Froid" (composto a freddo). La scheda tecnica è sempre la fonte autorevole per la corretta selezione.

Sistemi a due componenti (reticolazione per addizione)

I siliconi bicomponenti a polimerizzazione per addizione polimerizzano tramite catalisi al platino senza formazione di sottoprodotti. Offrono tempi di lavorabilità e di polimerizzazione precisamente controllabili e una contrazione praticamente nulla.

Quale sistema siliconico per quale applicazione? Per incapsulamento trasparente: RTV 141, ESA 7250 o DOWSIL EI-2888. Quando la dissipazione del calore è fondamentale: RTV 147/148 (λ = 0,31) o ESA 7252 (λ = 0,42). Per sigillature semplici senza miscelazione: serie CAF. Per resistenza alla fiamma UL 94 V0: ESA 7252. Per LED da esterno senza primer: DOWSIL EI-2888.

Resine poliuretaniche per elettrofusione (SILIRESIN Biothane)

Resine poliuretaniche per colata a base biologica, prodotte con materie prime rinnovabili. Senza etichetta (né resina né indurente), VOC 0,0%, ritiro < 0,1%.

Sorprendentemente, Biothan 2 MD 207 E raggiunge un profilo prestazionale con λ = 0,455 W/(m·K) e UL 94 V-0 che supera quello di molti composti di incapsulamento siliconici, a un prezzo significativamente inferiore.

Resine epossidiche e composti ibridi per sigillanti (Permabond, Loctite)

epossidi classici

Resine epossidiche modificate flessibili (serie MT): per l'incapsulamento di componenti elettronici

La serie Permabonds MT combina la chimica epossidica con la flessibilità. Resistenza da morbida a media, elevato allungamento a rottura, buona adesione al substrato.

Composto ibrido per malta termoconduttiva

MT3836 è particolarmente interessante laddove sono richieste simultaneamente dissipazione del calore e resistenza alla fiamma, ad esempio nei sistemi di gestione delle batterie, nell'elettronica di potenza e nei moduli di ricarica per la mobilità elettrica. Con una conduttività termica di λ = 1,05 W/(m·K), supera significativamente le prestazioni di tutti gli altri composti di incapsulamento siliconico della gamma di prodotti.

Adesivi strutturali Permabond PU (anche per incapsulamento)

pasta termica

Selezione dei materiali in base all'applicazione

Istruzioni di elaborazione

Rapporto di miscelazione e dosaggio

Tutti i composti bicomponenti per impregnanti richiedono il rispetto preciso del rapporto di miscelazione. Deviazioni superiori a ±5% comportano una polimerizzazione incompleta, una superficie appiccicosa o una riduzione della resistenza meccanica.

Degassamento sottovuoto

Le bolle d'aria riducono significativamente la rigidità dielettrica e creano punti deboli termici. La degassificazione sottovuoto a 30-50 mbar è essenziale per ottenere composti di incapsulamento di alta qualità. I ​​sistemi a bassa viscosità (RTV 141: 4.000 mPa·s) si degassano più facilmente rispetto ai sistemi ad alta viscosità (RTV 147: 150.000 mPa·s).

Cura

La maggior parte dei composti siliconici per incapsulamento polimerizza a temperatura ambiente e può essere accelerata dal calore: 4 ore a 60 °C, 2 ore a 100 °C o 1 ora a 150 °C. Un riscaldamento eccessivo (> 3 °C/min) può causare fessurazioni da stress.

Attenzione, inibizione dell'addizione di siliconi: il contatto con gomme contenenti zolfo, siliconi catalizzati con stagno, epossidi reticolati con ammine o PVC stabilizzato con stagno può bloccare la catalisi del platino. In caso di dubbio, eseguire una prova preliminare su una piccola area.

Domande frequenti