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Resinas para encapsulado en la industria electrónica y eléctrica

Los compuestos de encapsulado térmicamente conductivos son resinas diseñadas para encapsular componentes o toda la unidad de PCB, disipando el calor de los componentes electrónicos y en el proceso que ofrece protección adicional contra elementos ambientales como agua o productos químicos. Electrolube tiene una gama de resinas especiales de epoxi, poliuretano y silicona que han sido diseñadas para una correcta protección electrónica y eléctrica.

Resinas para encapsulado electrónico y eléctrico

Las resinas utilizadas para estas aplicaciones pueden ser de diversos tipos químicos. Las resinas de epoxi se han utilizado ampliamente durante muchos años; en general son duras y resistentes y presentan una baja contracción al curarse. Poseen un excelente nivel de propiedades mecánicas, buen rendimiento a altas temperaturas, buena adhesión a una amplia variedad de sustratos y buena resistencia química. El proceso de reticulación o curado generalmente es lento, especialmente con pequeños volúmenes de resina. Se pueden usar endurecedores de curado rápido, pero estos generan mucho calor durante el curado, dando lugar a una gran exotermia que puede dañar los componentes electrónicos y causar altos esfuerzos mecánicos en ambos componentes y el circuito.

Las resinas de poliuretano son elastoméricas o gomosas en su estado curado y se prefieren cuando los circuitos que se van a colocar en macetas contienen componentes delicados. Es mucho más fácil adaptar la velocidad de curado a los sistemas de uretano y la vida útil y el tiempo de gelificación de estos se pueden ajustar según las necesidades del cliente, permitiendo procesos más rápidos y menos trabajo en curso. Los poliuretanos muestran menor exotermia durante el curado que los epoxis: Por lo general el calor generado no es un problema, incluso para los sistemas de curado rápido. Los poliuretanos convencionales pueden ser atacados por el agua, especialmente a altas temperaturas. Los uretanos basados ​​en polibutadieno son muy resistentes al ataque de agua, tanto durante el proceso de curado como en el estado curado final. Electrolube diferencia entre los dos tipos de poliuretano en el sistema de numeración utilizado: los materiales UR 50 ** y UR 51 ** se basan en la química del polibutadieno. Los materiales UR 55 ** y 56 ** son uretanos convencionales. La facilidad de variación de las características del proceso y las propiedades finales con las resinas de poliuretano está llevando a su uso creciente en electrónica y encapsulación eléctrica.

Las resinas de silicona tienden a ser más costosas que las resinas de epoxi o uretanos, pero permiten involucrarse en altas temperaturas de operación continua (por encima de 180 ° C). También el aumento de temperatura exotérmico con sistemas de silicona es muy bajo.

Los sistemas de poliéster también se han usado para encapsular, pero muestran una exotermia muy alta y un alto nivel de contracción en el curado. Esto puede causar daños a componentes y circuitos. Además, el alto nivel de olor de los sistemas que contienen estireno los hace desagradables y difíciles de usar.

Electrolube ofrece una amplia gama de resinas epoxi y poliuretano para encapsulado y otras aplicaciones. La gran mayoría de estos son sistemas bicomponentes donde una resina debe mezclarse con un endurecedor en una relación definida antes del uso.

Los paquetes de resina también están disponibles; consisten en una bolsa de plástico dividida en dos compartimentos por un clip y un riel extraíbles. Una vez más, la resina y el endurecedor están en la proporción correcta y también, una vez que se han eliminado el clip y el riel, ambas partes pueden mezclarse a fondo en la bolsa sin introducir aire. La bolsa puede usarse como un dispensador para enjaular la unidad afectada . Electrolube ofrece un rango limitado de epoxis de una parte que se curan con calor y se pueden usar para encapsulaciones pequeñas. Es posible formular una parte de resinas que se puedan curar con UV, pero esta tecnología no es adecuada para la formulación de resinas de rellenado debido a los problemas de sombra y penetración de los UV al curar secciones gruesas con insertos. Están disponibles una parte de resinas de poliuretano de curado por humedad, pero la penetración de humedad para obtener un curado completo es un problema con el encapsulado.

La mayoría de los sistemas de resina en uso son productos complejos con características de proceso y propiedades finales ajustadas para satisfacer las necesidades de los clientes utilizando la habilidad del formulador. Las resinas epoxi generalmente contienen diluyentes o reductores de la viscosidad que pueden hacer que la resina sea más delgada y más fácil de procesar. Los diluyentes pueden ser reactivos, participar en el proceso de reticulación o ser no reactivos, siendo químicamente inertes.

Los diluyentes reactivos pueden contener uno (monofuncional) o dos (difuncionales) grupos epoxi por molécula: los primeros dan una mejor reducción de la viscosidad pero un nivel inferior de propiedades mecánicas que los segundos. Los diluyentes no reactivos generalmente inducen un nivel ligeramente mayor de flexibilidad en el producto curado, pero pueden dar lugar a una adhesión reducida, especialmente a altas temperaturas. El ER1448 de Electrolube es un ejemplo de una resina epoxi de muy baja viscosidad formulada con una mezcla patentada de diluyentes de ambos tipos: proporciona un desplazamiento de aire rápido y eficiente desde pequeños circuitos complejos sin la necesidad de evacuación para eliminar el aire atrapado. Los diluyentes no reactivos se pueden usar a niveles muy altos en poliuretanos para dar compuestos blandos que pueden eliminarse fácilmente de los circuitos para la investigación o reparación de fallas. El UR5048 de Electrolube es un ejemplo popular de dicha resina: UR5044 es una versión ignífuga de este aprobado por Underwriters Laboratories UL 94 V-0. UR5083 utiliza un diluyente de diferentes tipos químicos y, cuando se cura, proporciona un gel autocurativo suave que permite la inserción y extracción repetida de los cables de una unión de cable sin dañar la resina.

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El endurecedor utilizado con la resina epoxi hace una contribución muy importante a las propiedades finales, y también la elección del endurecedor es la principal forma de alterar la velocidad de curado. Los primeros endurecedores usados ​​fueron una clase bastante agresiva de sustancias químicas llamadas aminas alifáticas primarias. Estos dan una cura rápida pero una exotermia alta. Son corrosivos para la piel y pueden provocar dermatitis y asma si no se manipulan con cuidado. Los compuestos químicos menos reactivos y menos agresivos conocidos como aminas aromáticas dan lugar a temperaturas operativas continuas más altas en el producto curado, pero a pesar de que son menos dermatíticos y sensibilizantes, existe una preocupación creciente acerca de su carcinogenicidad. Los endurecedores de amina a menudo se suministran como mezclas complejas de diferentes materiales, e implican habilidades de formulación especializada por derecho propio. Los anhídridos de ácidos orgánicos dan resinas epoxi de baja viscosidad con temperaturas operativas continuas muy altas, pero tienen la desventaja de que normalmente deben suministrarse como sistemas tricomponentes en lugar de bicomponentes y siempre deben curarse a altas temperaturas.

Las resinas de poliuretano convencionales pueden estar basadas en polímeros de tipo poliéter (tales como óxido de polipropileno) o resinas de tipo poliéster (tales como aceite de ricino). Los primeros generalmente muestran una mejor resistencia al agua pero los últimos muestran una adhesión mejorada. El segundo componente de la resina es un isocianato, generalmente difenil metano diisocianato (MDI, el más seguro de los isocianatos habituales). Es importante proteger ambas partes de la resina de la humedad. Si el componente de resina se humedece, entonces el agua reaccionará con el isocianato y producirá burbujas de dióxido de carbono a través del producto curado. Si el isocianato se humedece, se producirá un depósito sólido dentro del material, junto con dióxido de carbono gaseoso, que puede presurizar la lata. La causa habitual de la resina húmeda o del endurecedor es la abrir y cerrar los recipientes repetidamente: cada vez que se abre el recipiente, el aire húmedo entra en el espacio de aire por encima del líquido y el agua se absorbe en el material. Los contenedores deben abrirse y cerrarse lo más rápido posible; lavar la lata con nitrógeno seco antes del cierre ayudará a prevenir problemas. Si esto no es posible, la única solución puede ser comprar el material en envases más pequeños, si están disponibles. Cuando se usan poliuretanos en máquinas mezcladoras y dispensadoras, será necesario proteger ambos componentes de la humedad, ya sea mediante la colocación de trampas desecantes en los tanques o mediante el lavado continuo de tanques con nitrógeno seco. El isocianato es la parte peligrosa de la formulación y no debe calentarse o rociarse ya que esto aumentará los niveles en la atmósfera y por lo tanto el efecto sensibilizador en los pulmones. Si hay dos grupos hidroxi en cada poliéter o cadena de poliéster (un diol), se obtiene un producto de curado blando – la dureza puede aumentarse usando cantidades crecientes de triol (tres grupos hidroxi por cadena). Los uretanos a base de polibutadieno tienen una larga cadena de hidrocarburo con algunos grupos hidroxi añadidos – esta cadena de hidrocarburos da lugar a una atracción mucho menor al agua durante y después del curado, dando como resultado las ventajas mencionadas anteriormente.

La velocidad de curado en los sistemas de uretano se ajusta muy fácilmente mediante la adición de cantidades crecientes de catalizador al componente de resina. Estos catalizadores pueden ser de varios tipos, incluidas aminas, compuestos de estaño y compuestos de mercurio. Estos últimos brindan el mejor equilibrio de características: una baja sensibilidad a cualquier presencia de agua y una larga vida útil unida a una rápida curación. Desafortunadamente, la legislación de la CEE, también conocida como Directiva RoHS, sigue restringiendo cada vez más el uso de compuestos de mercurio y los químicos aún no han descubierto un reemplazo perfecto. Los rellenos sólidos son un componente muy importante de muchos sistemas de resinas. Se pueden agregar para simplemente reducir el costo, p. piedra caliza en polvo. El ahorro de costes suele ser ligeramente inferior al que podría sugerir el coste por kg, ya que los sistemas rellenos tienen una densidad mayor que los no cargados. Esto significa que, mientras que una unidad puede requerir 3 gramos de resina de densidad 1.0 para llenarla, requerirá 4.5 gramos de una resina de densidad 1.5. En cada caso, el volumen es de 3 ml. Las comparaciones de costos de las resinas competidoras siempre deben hacerse por litro, en lugar de por kg.


Resinas para encapsulado en la industria electrónica y eléctrica

La presencia de rellenos sólidos generalmente dará lugar a un producto curado más duro y rígido. Los rellenos se pueden agregar para actuar como retardantes de llama. El hidróxido de aluminio se usa comúnmente para este propósito: esto tiene la ventaja adicional de dar como resultado una baja emisión de humo y un bajo nivel de humos tóxicos. Los ER2188 y ER2195 de Electrolube son ejemplos populares de epóxicos ignífugos con relleno de hidratos de alúmina. Ambos están aprobados por completo para la categoría 94 V-0 de Underwriters Laboratories. UR5097, UR5604 y UR5608 son ejemplos de poliuretanos ignífugos que utilizan el mismo mecanismo para lograr la retardancia de la llama; una vez más, cada uno de ellos está aprobado por UL 94 V-0. La desventaja es que se requieren altas cargas de hidrato de alúmina, dando como resultado una resina formulada de viscosidad relativamente alta. Los compuestos de bromo también se pueden usar como retardantes de llama. Estos se utilizan en niveles mucho más bajos, dando sistemas de menor viscosidad; generalmente funcionan mejor en presencia de un poco de óxido de antimonio. Sin embargo, su uso da lugar a un mayor nivel de humo y humos tóxicos. Los retardantes de llama a base de éter de pentabromobifenilo ya han sido prohibidos en Europa y existen cuestiones de salud y seguridad relacionadas con el uso de óxido de decabromobifenilo, que anteriormente era uno de los retardadores de llama bromados más comunes. Algunos piensan que producen dioxinas en la incineración, pero esto está en disputa, lo que lleva a que las cuestiones legislativas relacionadas con este material sean algo inciertas. Sin embargo, existen alternativas al óxido de decabromobifenilo disponibles. El ER2165 de Electrolube es un ejemplo de este tipo de epoxi ignífugo de baja viscosidad aprobado según UL 94 V-0. Nuevos retardantes de llama a base de bromo de tipo químico completamente diferente están ahora disponibles y no se ven afectados por la legislación europea. UR5110 es un ejemplo de poliuretano que utiliza esta nueva tecnología.

Se pueden usar muchos otros tipos de rellenos en resinas de epoxi y poliuretanos. Las esferas huecas de vidrio y plástico dan una densidad reducida y una pérdida dieléctrica baja. Cuando se encapsulan los circuitos de RF, la resina de rellenado puede introducir efectos de capacidad entre los conductores en la placa de circuito impreso y alterar de manera inaceptable las características del circuito. Es posible superar estos problemas mediante el uso de esferas huecas que contienen resinas de baja constante dieléctrica. Ejemplos típicos de tales resinas Electrolube son ER2193, ER2175 y UR5111. El polvo de níquel y plata proporciona conductividad eléctrica en la resina – ER2141 de Electrolube es un epoxi lleno de níquel eléctricamente conductor. El óxido de zinc y el óxido de aluminio proporcionan una conductividad térmica mejorada, pero el óxido de aluminio es extremadamente abrasivo y causa graves problemas de desgaste en el equipo de mezcla y dispensación. ER2074 y ER2183 son ejemplos muy populares de epóxicos termoconductores llenos de óxido de zinc. La harina de sílice proporciona una menor contracción del curado y un coeficiente de expansión térmica, pero es muy propensa a la sedimentación. Las fibras de vidrio molidas dan una resistencia al impacto mejorada; el sulfato de bario da opacidad a los rayos X, etc.

En los primeros tiempos de encapsulamiento y encapsulación, las resinas epoxi eran los materiales de elección. La tecnología de la resina epoxi ha tendido a madurar en los últimos años y la mayoría de los avances interesantes en la tecnología de la resina se están llevando a cabo en la química del poliuretano. Esto está llevando a que las resinas de poliuretano se vuelvan más y más dominantes, y que tomen cada vez más participación en el mercado de resinas epoxi.

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