Dagens datadrevne samfunn har et økende behov for flere typer sensorer som skal overvåke prosesser i stadig mer krevende miljøer. Denne bølgen av såkalte IoT- (Internet of Things) produkter krever god beskyttelse av kretskort og elektronikkomponenter, slik at produktet opprettholder pålitelighet gjennom hele sin levetid. Dette gjelder enten produktet skal monteres på en romrakett, på havets dyp eller i en fryseboks.
Vi i Hugg har spesialisert oss på produktutviklingsprosjekter for sensorer i krevende miljøer. Mange år med utvikling av sensorprodukter, har gitt kompetanse og erfaring til å velge gode løsninger om hvordan elektriske kretskort bør festes mot omkringliggende mekanikk og hvordan elektriske komponenter bør beskyttes fra omliggende miljø.
Hugg gir ekspertråd og konsultasjon for å velge den mest passende løsningen for å beskytte elektriske komponenter. Dette inkluderer en vurdering av de spesifikke miljøfaktorene som kretskortet blir eksponert for, samt en evaluering av materialer og komponenter som brukes i enheten.
Vi anbefaler den mest passende metoden for beskyttelse, samt veiledning om materialvalg og implementering. Benyttes det en pottemasse man ikke har erfaring med fra før av, anbefales det å verifisere dette med relevante miljøtester.
En god idé med mange fallgruver
For å beskytte elektronikk kan det virke som en god løsning å støpe inn hele kretskortet med en polymér; dette kalles å «potte» inn kretskortet. I mange tilfeller vil ikke dette gi produktet den beskyttelsen man intuitivt tror.
Vi har sett mange eksempler på at innføring av pottemasse ofte kan introdusere problemer fremfor å løse de. Pottemassen kan bidra til å beskytte kretskortet for støv, fuktighet, vann, mekanisk vibrasjon, støt, slag, korrosive kjemikalier og eksponering for varme og brann, men for å sikre og opprettholde denne funksjonaliteten kreves kunnskap og erfaring. Potting kan også skape andre utfordringer som overoppheting av PCB-komponenter eller redusert ytelse for radiosignaler.
I de tilfeller at potting er en egnet beskyttelsesmetode for ditt produkt må en først ta stilling til hvilken type pottemasse som skal brukes. Det er i hovedsak tre forskjellige hovedgrupper av pottemasser som brukes i dag; polyuretan, epoxy og silikon.
Alle tre hovedtypene har sine egnede bruksområder og finnes i flere mulige konfigurasjoner innenfor sin undergruppe. Ofte overlapper egenskapene slik at man har flere valgmuligheter innenfor hver polymertype.
Holde komponenter på plass
Når større komponenter plasseres på et kretskort og enheten utsettes for akselerasjoner i form av støt, slag eller vibrasjoner er det en risiko for at det blir brudd i loddepunktene til komponentene. Dette kan hindres ved å potte inn hele kretskortet slik at komponenten får mekanisk støtte fra pottemassen.
Termisk ekspansjonskoeffisient
Ulike materialer utvider seg forskjellig ved oppvarming. Normalt utvider pottemassen seg mer enn omkringliggende kretskort og kortkomponenter, men mindre enn omkringliggende plasthus. Dette kan føre til at mekaniske spenninger overføres til kretskortets komponenter under oppvarming og nedkjøling.
De forskjellige pottemassene som er tilgjengelige på markedet oppfører seg svært ulikt ved forskjellige temperaturer og under temperaturendringen. De har forskjellige termiske ekspensjonskoeffisienter og elastisitetsmoduler som påvirker hvor store spenninger som vil overføres til kretskortets komponenter.
Pottemassen endrer også sine egenskaper ved de forskjellige temperaturene. Eksempelvis vil hardheten til pottemassen øke ved lavere temperaturer som igjen øker kreftene som overføres til kretskortets komponenter. Pottes et produkt inn som skal kunne fungere innenfor et bredt temperaturområde og utsettes for plutselige temperaturendringer er det kritisk at det velges riktig pottemasse og at denne har gunstig tykkelse.
Hindre vanninntrenging
Kanskje den vanligste årsaken til at pottemasse blir brukt er for å hindre at vann eller fuktighet kommer i direkte kontakt med elektriske komponenter. Men selv her skal det tas gjennomtenkte valg. Selv om elektronikken er pottet inn, har vi sett mange eksempler på at vann og fuktighet har funnet en vei inn til kretskortet. Om pottemassen har dårlig vedheft mot innkapsling eller kretskort, kan vann og fuktighet komme i kontakt med kretskortkomponenter. Dette skjer enten ved hjelp av et eksternt trykk eller med hjelp av kapillæreffekter.
Kanskje den vanligste årsaken til at pottemasse blir brukt er for å hindre at vann eller fuktighet kommer i direkte kontakt med elektriske komponenter. Men selv her skal det tas gjennomtenkte valg.
Kjemisk kompatibilitet
Sensorer og IoT-enheter blir typisk produsert med et hus i plastmateriale. Det er viktig at det gjøres en vurdering av den kjemiske kompatibiliteten på pottemassen som velges, både mot plastmaterialet til sensoren, men også mot de kjemikaliene den kan komme i kontakt med under produksjonen og under bruk.
Ytre beskyttelse og forsterke
Pottemassen kan fungere som en del av innkapslingen til enheten og forsterke den slik at den tåler økt mekanisk belastning. Dette krever god vedheft mot resten av kapslingen og man ønsker også gjerne å ha en høyere elastisitetsmodul. På den annen side gir pottemasse økt vekt og kan derfor i enkelte tilfeller utsette enheten for mer skade.
Er man usikker på om man bør bruke pottemasse i sitt design, eventuelt er usikker på hvilken pottemasse som er best egnet for sitt produkt, så ta kontakt med oss, dette kan vi!