Zaloguj się
Wszystkie
9 stycznia 2026
31
Powłoka konformalna pełni dwie podstawowe funkcje. Po pierwsze zabezpiecza płytkę drukowaną i komponenty przed wpływem szkodliwych warunków środowiskowych (jak duża wilgotność czy reaktywne gazy) – najczęściej chodzi o ochronę przed zalaniem lub zanurzeniem w wodzie, a także przed substancjami żrącymi, jak wyciek elektrolitu z baterii lub akumulatorów. Po drugie powłoki konformalne dodają warstwę izolacyjną, która zmniejsza ryzyko zwarcia układów pracujących pod wysokim napięciem. W warunkach przemysłowych, górniczych czy w pojazdach chroni nie tylko przed zwarciem, gdyby do wnętrza urządzenia dostały się przewodzące prąd pyły (na przykład opiłki metalu), ale też redukuje ryzyko zapłonu gazów i cieczy łatwopalnych. Powłoka konformalna ma też właściwości „oddychające” – pozwala uwięzionej pod nią wilgoci na wydostanie się na zewnątrz. Dodatkowo w ostatnich latach zauważono, że powłoki konformalne ograniczają zjawisko tworzenia się cynowych „wąsów” i utleniania stopów lutowniczych, co wydłuża żywotność urządzenia i zmniejsza jego awaryjność.
Masy zalewowe realizują te same funkcje, co powłoki konformalne, ale dodatkowo znacząco zwiększają wytrzymałość mechaniczną płytki i komponentów na niej umieszczonych. Są też znacznie lepszymi izolatorami, pozwalają bowiem na pracę z napięciami mierzonymi w dziesiątkach kilowoltów. Z drugiej strony znacząco pogarszają zdolność odprowadzania ciepła z układu, co może być przydatne, gdy urządzenie pracuje w ekstremalnie niskich temperaturach, ale raczej nie jest wskazane w normalnych warunkach. Dodatkowo, o ile powłokę konformalną można usunąć mechanicznie (lub niekiedy chemicznie) bez szkody dla urządzenia, to masy zalewowe zwykle są permanentne – zalane urządzenie staje się nienaprawialne.
Powłoki konformalne – materiały i metody aplikacji
Istnieje szereg różnych powłok konformalnych. Jedną z historycznie istotnych jest kalafonia rozpuszczona w stężonym alkoholu, stosowana jako zabezpieczenie płytek drukowanych, a przy tym ułatwiająca lutowanie do miedzi. Została wyparta przez procesy cynowania i złocenia PCB oraz nakładania powłok fotorezystowych. Czasami jeszcze spotykana jest w konstrukcjach amatorskich, choć w obecnych czasach nawet hobbyści mogą sobie pozwolić na profesjonalnie wykonane płytki drukowane. Kalafonię rozpuszczano w spirytusie lub denaturacie, a następnie nakładano pędzelkiem na „gołą” płytkę drukowaną przed lutowaniem. Po lutowaniu można było nałożyć drugą warstwę, by zabezpieczyć połączenia.
Współcześnie stosuje się różne materiały do wykonywania powłok konformalnych. Jednym z prostszych do stosowania jest akryl. Polimetakrylan metylu (PMMA) jest bezbarwnym, transparentnym polimerem organicznym, stosowanym głównie jako zamiennik szkła. Rozpuszcza się w szeregu różnych rozpuszczalników i w tej formie stosowany jest jako lakier bądź farba, a także jako płynna powłoka konformalna. Akryl jest materiałem trwałym, odpornym na warunki atmosferyczne, o niskiej higroskopijności (0,4% masy), dość wytrzymałym i o niedużej elastyczności, ale za to miękkim i podatnym na zarysowania. Powłoka akrylowa zwykle zawiera różne dodatki, w tym pigment reagujący na światło UVA, co znacząco ułatwia kontrolę jakości po nałożeniu powłoki, choć sam akryl też ma słabe właściwości fluorescencyjne. Powłoki konformalne akrylowe można nakładać na wiele sposobów, od malowania pędzlem przez natryskiwanie pistoletem, aż po zanurzanie płytki w zbiorniku z płynną powłoką. Zaletą tej formy zabezpieczania PCB jest łatwość, z jaką można dobrać jej lepkość zależnie od potrzeb – dokonuje się tego przez zmianę stężenia rozpuszczalnika. Powłoki bardziej płynne łatwiej wnikną w najróżniejsze zakamarki, tworząc przy tym w miarę jednolitą, choć cienką warstwę. Przy większej lepkości warstwa będzie grubsza, ale powłoka nie wniknie aż tak dokładnie pod komponenty. Czas zastygania powłoki (odparowania rozpuszczalnika) to typowo nawet 24 godziny, choć okres ten ulega znacznemu skróceniu w wyższych temperaturach. Warstwy akrylu można usunąć tym samym rozpuszczalnikiem, który był składnikiem oryginalnej mieszaniny. Producenci powłok akrylowych (i innych) oferują dedykowane rozpuszczalniki, które nie uszkodzą komponentów. Relatywnie niska temperatura topnienia pozwala też przebić się przez powłokę grotem lutownicy, co producenci podkreślają w swoich notach katalogowych – nie ma zatem konieczności usuwania powłoki z całej płytki celem dokonania prostej naprawy.
Poliuretan jest kolejnym, popularnym materiałem na powłokę konformalną. Jest to również polimer organiczny o wysokiej odporności na różne związki chemiczne, dlatego też nadaje się do stosowania w elektronice narażonej na kontakt z różnymi agresywnymi substancjami. Dla ścisłości warto dodać, że poliuretan to nie jeden, specyficzny materiał, ale grupa polimerów uzyskiwana w wyniku różnych reakcji chemicznych. Poliuretan o niskiej gęstości (spieniony) znajduje zastosowanie jako wypełnienie meblarskie, element obuwia, a także jako podłoże dla roślin w ogrodach ściennych i dachowych, a także jako zwykłe gąbki do użytku w gospodarstwie domowym. Elastomery poliuretanowe mają zastosowanie jako paski i taśmy, a twarde poliuretany (niespienione) mają szereg zastosowań w najróżniejszych branżach, od rolniczej po motoryzacyjną. W budownictwie poliuretan jest wykorzystywany jako wypełniacz – w tym wypadku mieszanka dwóch składników jest rozpylana na podłoże, gdzie tworzy pianę, która szybko twardnieje w litą masę, jednocześnie zwiększając objętość. Termoplastyczne poliuretany (TPU) są z kolei popularnymi filamentami dla drukarek 3D, pozwalającymi na wydruk elementów o różnym stopniu elastyczności, zależnym od rodzaju filamentu i grubości detalu. Istnieją też warianty, które zawierają dodatkowe substancje spieniające, pozwalające modyfikować elastyczność zależnie od temperatury wydruku. Jako powłoka konformalna poliuretan zapewnia doskonałą odporność chemiczną i mechaniczną dzięki różnym dodatkom. Choć sam materiał jest higroskopijny, to powłoka zwykle nie przepuszcza wilgoci i chroni przed korozją.
Podobnie jak w przypadku powłok akrylowych, poliuretan nie wymaga usuwania w celu dokonania napraw, a w dodatku pokrycia konformalne mogą być nanoszone na różne sposoby. W sprzedaży dostępne są zarówno w formie płynów, jak i aerozoli, ponadto na rynku można znaleźć rozpuszczalniki do tych powłok.
Powłoki konformalne oparte na żywicach epoksydowych są nieco bardziej skomplikowane w użyciu od wcześniej opisanych pokryć. Są to preparaty dwuskładnikowe: jeden z nich to właściwa żywica, zawierająca bazowe grupy funkcjonalne, zwane epoksydami. Drugi składnik to katalizator polimeryzacji, często zawierający inne polimery – pod jego wpływem grupy epoksydów zaczynają tworzyć sieć połączeń między sobą oraz z innymi polimerami lub związkami, z którymi mogą reagować. Żywice epoksydowe, ze względu na mnogość kombinacji i proporcji składników, oferują bardzo szeroką gamę właściwości fizycznych. W połączeniu z włóknem szklanym lub węglowym tworzą lekkie, acz wytrzymałe materiały kompozytowe, z których wykonuje się wszystko: od kajaków po lampy uliczne, od wanien i brodzików po łopaty turbin wiatrowych i karoserię samochodów. Żywice epoksydowe znalazły też szerokie zastosowanie w roli klejów (na przykład kotwy w płynie stosowane w budownictwie) i wypełniaczy. Powłoki konformalne oparte na żywicach epoksydowych są odporne chemicznie i fizycznie, wytrzymałe mechanicznie (zwłaszcza na ścieranie) i nieprzepuszczalne dla wody. Względną wadą tych materiałów jest trudność usuwania wykonanych z nich powłok, więc płytka pokryta epoksydem jest raczej nienaprawialna. Powłoka epoksydowa sprawdzi się natomiast doskonale wszędzie tam, gdzie panują trudne warunki pracy. Warto też pamiętać, że powłoka epoksydowa ma zbliżone właściwości termiczne do laminatu szklano-epoksydowego, z którego wykonuje się większość płytek drukowanych, więc przy zmianach temperatury nie będzie się deformować w tak dużym stopniu, jak inne powłoki.
Silikony to kolejna grupa materiałów stosowanych w roli powłok konformalnych. Są to polimery łączące grupy organiczne, krzem i tlen w bloki, które w wyniku polimeryzacji tworzą długie łańcuchy. Ze względu na duży wybór grup organicznych można uzyskać silikony o różnych właściwościach: od klejów przez smary i lubrykanty, aż po termoizolację. Można je znaleźć dosłownie wszędzie wokół nas – od narzędzi i naczyń kuchennych po elementy wyrobów medycznych (na przykład wkładki douszne do aparatów słuchowych). Silikony stosowane są też jako uszczelniacze, na przykład w przemyśle motoryzacyjnym występują w formie uszczelek w płynie. W elektronice termoprzewodzące podkładki silikonowe zastąpiły kruche i bardzo delikatne podkładki mikowe. Powłoka konformalna z silikonu zapewnia dobrą izolację od środowiska, ale jednocześnie – ze względu na swoją elastyczność – pochłania wibracje, dzięki czemu jest rekomendowana do elektroniki stosowanej w branży motoryzacyjnej, lotniczej i morskiej. Ma też szerszy zakres temperatur pracy, od –40 do 200°C. Pozwala na lutowanie i jest łatwiejsza w usunięciu metodami mechanicznymi. Przez silikonową powłokę konformalną można też prowadzić ostrzejsze sondy bądź igły pomiarowe.
Poli-para-ksylileny (Paryleny) to grupa pokrewnych polimerów powstałych w procesie polimeryzacji para-ksylilenu. Powstały materiał znajduje zastosowanie głównie jako powłoka konformalna dla elektroniki czy ochronna dla implantów medycznych. W przeciwieństwie do polimerów organicznych parylen jest nieprzepuszczalny dla wody, chemicznie niereaktywny, a do tego tworzy jednolitą powłokę niezależnie od geometrii części nim pokrywanych. Wadą, i to znaczącą, jest proces nakładania parylenu: płytki należy umieścić w komorze próżniowej, a następnie pozwolić, by opary powłoki same pokryły płytki w temperaturze pokojowej. Często proces ten przeprowadza się w atmosferze para-ksylilenu. Elementy, które nie powinny być pokryte, jak złącza, należy wcześniej zabezpieczyć. Proces można przeprowadzić na wielu płytkach naraz, jednakże dla mniejszych producentów elektroniki dodanie tej powłoki konformalnej wymaga dodatkowej inwestycji. Hobbyści mogą natomiast zapomnieć o użyciu tej powłoki.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
