Elektroniikan suojaus – miksi ja miten suojata herkkiä tuotteita?
Elektroniikan suojaus on tärkeä vaihe elektroniikkatuotteiden valmistuksessa. Herkät komponentit ja piirilevyt suojataan etenkin silloin, kun valmista tuotetta käytetään haastavissa olosuhteissa. Elektroniikan suojaus pidentää tuotteen elinkaarta ja vähentää toimintahäiriöiden riskiä. Elektroniikkaa suojataan monilta ulkopuolisilta tekijöiltä, kuten ympäröiviltä olosuhteilta tai mekaanisilta iskuilta.
Miksi elektroniikan suojaus on tärkeää?
Sähköisissä laitteissa ja lähes kaikissa yhteiskuntaamme pyörittävissä koneissa on jonkin tapaista elektroniikkaa. Elektroniikan määrän yleisestä kasvusta kertovat esimerkiksi tilastot elektroniikkajätteen määrästä. Huonosti suojattu elektroniikka päätyy usein jätteeseen, joten elektroniikan suojauksessa on hyvä huomioida myös ympäristönäkökulma.
Elektroniikan suojaus pidentää tuotteen käyttöikää. Laadukkaasti tehty suojaus vähentää oikosulkujen riskiä, korroosiota ja muuta ympäristötekijöistä johtuvaa vahinkoa piirilevylle ja komponenteille. Elektroniikan suojaus tekee tuotteista vähemmän häiriöherkkiä. Se tarkoittaa, että esimerkiksi erittäin haastavissa olosuhteissa käytettäviin tuotteisiin voi luottaa. Mittalaitteet, lääkinnälliset laitteet sekä esimerkiksi puolustusteknologia ovat hyviä esimerkkejä ääriympäristöistä, joissa tuotteen toimintaan ei saa tulla minkäänlaisia häiriöitä. Oikeanlainen ja laadukas elektroniikan valmistus ja sen osalta myös suojaus takaavat toimivat laitteet vaativimpiin käyttökohteisiin.
Mikä voi vauroittaa elektroniikkaa?
Elektroniikan pakkaustiheyden kasvaessa elektroniset laitteet ovat herkempiä erilaisten olosuhteiden vaikutuksille. Yleisimpiä elektroniikkaa vaurioittavia tekijöitä ovat:
- Kosteus: aiheuttaa korroosiota ja sen myötä vuotovirtoja, ja jopa oikosulkuja
- Epäpuhtaudet: voivat aiheuttaa tuotteeseen toimintahäiriöitä sekä kosteuden tavalla vuotovirtoja, ja jopa oikosulkuja
- Kemikaalit: voivat aiheuttaa vahinkoa ajan myötä ja johtaa toimintahäiriöön
- Mekaaninen stressi ja tärinä: voivat aiheuttaa komponenttien irtoamisia tai rikkoontumisia
- Lämpö: voi vahingoittaa komponentteja
Osaan näistä tekijöistä voidaan vaikuttaa jo tuotteen suunnitteluvaiheessa. Ympäristötekijät kuitenkin ovat suunnittelusta riippumattomia, jolloin elektroniikan laadukkaalla suojauksella voidaan estää yllä mainittuja häiriöitä.
Miten elektroniikkaa suojataan?
Elektroniikan suojaukseen on monia eri menetelmiä. Tuotteen käyttöympäristö, sekä piirilevyn rakenne ja koko vaikuttavat suojausmenetelmän valintaan. Yleisimpiä, sekä Ouneva Groupissa käytettäviä suojausmenetelmiä löydät lisätietoineen alta:
Paryleenipinnoitus on Ouneva Groupin erityisosaamista. Otimme kyseisen teknologian käyttöön ensimmäisenä elektroniikan sopimusvalmistajana Suomessa. Paryleenipinnoituksessa suojaus muodostuu alipainekammiossa, jossa höyryä kerrostamalla kasvatetaan tuotteen pintaan polymeerikalvo. Kalvon paksuus voi vaihdella 0,5:n ja 100:n mikrometrin välillä, riippuen tuotteen käyttöympäristöstä. Paryleenipinnoitus on täysin tasalaatuinen sekä paksuuden, että aukottomuuden osalta niin tasaisilla pinnoilla, kuin esimerkiksi piirilevyn tai komponenttien reunoilla. Läpinäkyvä, ohut pinnoite mahdollistaa piirilevyn visuaalisen tarkastelun tuotteen koko elinkaaren ajan. Paryleenipinnoituksella suojattuja tuotteita voidaan käyttää loistavasti esimerkiksi lääkinnällisissä laitteissa pinnoituksen bioyhteensopivuuden vuoksi. Pinnoite on erityisen kestävä, joka lisää tuotteen käyttösovellutuksien mahdollisuuksia.
Pottaus tarkoittaa 2K-massan valua elektroniikan päälle avoimessa kotelossa. Pottaus tehdään automatisoidusti, sopien loistavasti suurille volyymeille. Massa suojaa elektroniikkaa kauttaaltaan erittäin tehokkaasti ympäristötekijöiltä, sekä vaimentaa tärinää. Pottaus sopii siis parhaiten vaativiin käyttötarkoituksiin, joissa elektroniikka voi kohdata huomattavan paljon ympäristön puolesta tapahtuvaa kuormitusta tai liikettä. Pottaus on kustannuksiltaan hieman korkeampi suojaustapa kuin esimerkiksi lakkaus, mutta ominaisuuksiltaan monipuolisempi. Pottausmassa lisää hieman tuotteen kokonaismassaa, jolloin se ei sovi sovelluksiin, joissa tuotteen tulee olla mahdollisimman kevyt.
Matalapainevalu on tehokas suojaustapa herkille tuotteille. Matalapainevalu tehdään suljetussa muotissa, jolloin massa ympäröi tuotteen kokonaan. Nimensä mukaisesti valu tehdään matalalla paineella, jolloin se ei vahingoita tai liikuta komponentteja paikaltaan. Matalapainevalua käytetään usein antureiden ja kaapeliliitosten suojaamiseen silloin, kun tuotteeseen voi kohdistua esimerkiksi tärinää tai ympäristön aiheuttamia häiriöitä. Matalapainevalulla voidaan myös suojata tavanomaisia piirilevyjä, silloin kun niiden käyttöympäristö sitä vaatii. Matalapainevalussa käytettävä hotmelt-materiaali kestää erinomaisesti kemikaaleja ja suojaa elektroniikan kauttaaltaan samalla eristäen. Matalapainevalun valikoituessa suojausmenetelmäksi tulee olla valmis kustantamaan valumuotti tuotannon aloitusta varten. Muottikustannuksen jälkeen prosessi on tehokas niin tuotantoajaltaan, kuin kustannuksiltaan sopien suurille volyymeille.
Kotelointi tehdään useimmille elektroniikkatuotteille jo siitä syystä, että elektroniikka pitää saada tuotteen ulkopinnan tai toiminnallisen pinnan sisäpuolelle. Kotelointia tehdessä tulee kuitenkin ottaa tuotteen suunnittelu ja käyttötarkoitus huomioon. Esimerkiksi ulkokäyttöön tarkoitetuissa tuotteissa, joissa on muovista tai metallista valmistettu kotelo, voidaan käyttää erilaisia tiivistysmenetelmiä. Tiivistys tehdään yleensä koteloon suoraan joko PUR-materiaalilla tai vaikkapa silikonilla. Tiivistys luokitellaan tuotteeseen IP-tiiveysluokan mukaisesti.
Lakkaus tehdään ladotuille piirilevyille Ouneva Groupissa joko automatisoidusti, tai manuaalisesti. Lakkoja on erityyppisiä. Käytämme tuotannossamme yleisimmin akryyli- tai uretaanipohjaisia lakkoja.
Akryylilakat ovat edullisia, yleissuojaukseen sopivia. Akryylilakoilla on hyvä kosteus- ja kulutuskestävyys, mutta ne eivät sovellu kohteisiin, joissa vaaditaan erinomaista kemikaalien kestävyyttä.
Uretaanipohjaiset lakat kestävät akryylilakkoja paremmin altistusta kemikaaleille. Ne kestävät myös hyvin kulutusta ja suojaavat kosteudelta. Uretaanipohjainen lakka on erittäin vaikeasti poistettavissa, joten esimerkiksi piirilevyn korjaaminen osoittautuu useimmiten haastavaksi.
Olemme hiljattain investoineet tuotantoomme selektiivisen lakkauskoneen, jolla suojausvaihe saadaan tehtyä tehokkaasti. Lakkausautomaatissa käytämme akryylipohjaisia lakkoja.
Parhaat vinkit elektroniikan suojaukseen
Elektroniikan suojausmenetelmä tulee valita tuotteen designin, piirilevyn komponenttitiheyden sekä tuotteen käyttötarkoituksen ja -ympäristön mukaan. Tuotteen suunnitteluvaiheessa on hyvä olla jo edes ajatus siitä, miten se halutaan suojata. Tällöin vältetään suunnitteluvaiheen haasteet tai suojauksen epäonnistuminen tuotantovaiheessa.
Prototyyppivaiheessa voidaan myös testata erilaisia suojausmenetelmiä. Ennen massatuotannon aloitusta on tärkeä tietää, millaisella suojausmenetelmällä tuotetta lähdetään valmistamaan. Joskus parhain menetelmä löydetään yhdessä asiakkaan kanssa eri tapoja testaamalla.
Yhteenveto
Elektroniikkaa suojataan ulkopuolisilta tekijöiltä, kuten ympäröiviltä olosuhteilta tai mekaanisilta iskuilta. Herkät komponentit tulee suojata toimintahäiriöiden ennaltaehkäisyn vuoksi ja laadukkaasti tehty suojaus pidentää tuotteen elinkaarta. Oikean suojausmenetelmän valitseminen on erittäin tärkeää. Menetelmä valitaan tuotteen designin ja tuotteen käyttötarkoituksen ja -ympäristön vaatimusten mukaisesti.
Asiantuntijamme auttavat mielellään oikean menetelmän valitsemisessa.