PCB 보호 코팅: 습기 관리를 위한 최고의 PCB 설계 및 제조 관행

저는 한때 매일 새벽마다 2시간 동안 데이터 기록을 중단하는 맞춤형 PCB 보호 코팅이 있는 야외 센서 시스템을 가지고 있었습니다. 이것은 보드가 하루 일과를 시작하기 전에 아름다움을 위해 휴식을 필요로 했기 때문이 아닙니다. 실제로, 센서 박스는 이른 아침 결로를 수집하여 보드가 오작동하게 만들었습니다. 분명히, 우리는 PCB가 현장에 배치될 때 수분에 노출될 수 있다는 것을 생각하지 못했습니다. 이것이 좋은 상황처럼 들리지는 않지만, 아무것도 단락되지 않고 시스템이 마르면 정상적으로 작동을 재개했기 때문에 우리는 운이 좋았다고 생각했습니다.

그렇게 운이 좋은 경우는 드물지만, 이제 저는 수분이 PCB가 오작동하는 매우 중요한 이유임을 알게 되었습니다. 이제 결로가 치명적일 수 있다는 것을 알게 되었으니, PCB 수분 관리를 처리할 수 있는 여러 PCB 보호 코팅 옵션이 있습니다.

보드를 건조하게 유지하세요 - 플라스틱 케이스에 넣으세요!

PCB를 밀폐함에 넣으세요

PCB 습기 관리를 위한 가장 간단한 해결책은 인쇄 회로 기판을 상자에 넣는 것입니다. 밀폐함은 PCB 설계의 변경을 최소화하며 비교적 저렴합니다. 프로토타입의 경우, 실리콘으로 밀봉된 텁퍼웨어만큼 화려할 수 있습니다. (프로팁: 깨끗한 텁퍼웨어만 사용하세요. 감자칩과 전자기기는 결코 섞어서는 안 됩니다.)

거의 모든 크기의 다양한 밀봉 옵션이 있는 준비된 상자와 케이스를 구입할 수 있습니다.

직접 케이스를 디자인한다면, 벽에 생긴 결로가 PCB에서 멀어지도록 둥근 측면을 사용하는 것을 고려하세요. 또한, 인쇄 회로 기판을 고정할 수 있는 슬롯을 포함시키세요. 구성 요소에 닿지 않도록 슬롯에 맞게 충분한 여백을 가진 보드를 디자인해야 합니다.

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상자 안의 습기를 흡수하기 위해 건조제(신발 상자나 육포에서 나오는 DO NOT EAT 패킷을 생각하세요)를 포함시킬 수도 있습니다.

밀폐된 케이스는 전자기기를 어차피 포장해야 하기 때문에 종종 쉬운 해결책입니다. 그러나, 어떤 상황에서는 이것만으로 충분하지 않습니다. 다음과 같은 경우에는 추가적인 보호 옵션을 고려해야 할 것입니다:

• 환경 조건으로 인해 엄격한 보호가 필요한 경우,

• 케이스를 정기적으로 다시 열어야 하는 경우

• 선배나 다른 I/O 고려 사항을 위한 구멍이 인클로저에 있습니다.

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방수 코팅 적용하기

방수 코팅은 가장 보호력이 높은 PCB 코팅 옵션입니다. 여러 종류가 있지만 일반적으로 적용 비용이 저렴하며 제조 과정과 함께 확장이 가능합니다.

방수 코팅 재료를 선택하기 전에, 습기 외에 다른 것으로부터 보호가 필요한지 결정해야 합니다. 우리 시스템은 야외에 배치되었으며 때로는 농업 지역 근처에 있어서, 온도, 악천후, 그리고 케이싱을 관통할 수 있는 농약(자주 다시 열어야 했습니다)에 대해 걱정했습니다. 또한 한 시스템에서는 뜻밖의 곰팡이도 발견했습니다! 이것은 보드를 재작업하는 것을 특별한 경우로 만들었습니다.

방수 코팅을 선택할 때, 다음과 같은 성질을 고려해야 합니다:

• 습기 저항: 우리 모두 여기 있는 이유입니다. 대부분의 방수 코팅은 습기로부터 보호한다고 광고됩니다. 하지만, 회로 기판의 어떤 공간은 습기 보호에 영향을 줄 수 있습니다. 모든 코팅이 동일하게 만들어지지 않으므로, 비, 습도 또는 예상하는 어떤 조건으로부터 보호할 수 있는지 확인하려면 제조업체 사양을 확인해야 합니다.

• 화학 저항성: 해충 방제제, 바닷물 또는 기타 부식성 화학물질이 회로 기판과 접촉할 가능성이 있다면 이는 최우선 고려 사항이어야 합니다. 모든 코팅이 모든 화학물질을 보호하는 것은 아닙니다.

• 온도 범위: 코팅이 크거나 급격한 온도 변화를 견뎌야 합니까? 만약 그렇다면, 코팅은 회로 기판과 함께 유연하게 움직여야 하므로 구성 요소와 솔더가 뒤틀리거나 깨지지 않습니다.

• 유전 특성: 일부 코팅의 유전 특성은 좋은 점과 나쁜 점이 될 수 있습니다. 코팅으로부터의 절연은 설계에서 간격을 줄임으로써 여유를 줄 수 있습니다. 반면에, 일부 코팅의 유전 특성은 수주간 최적화한 RF 임피던스 매칭을 완전히 무용지물로 만들 수 있습니다.

• 적용 용이성: 누가 코팅을 적용하며 얼마나 예쁘게 하고 싶습니까? 코팅을 브러시나 페인트로 칠할 수 있지만, 이는 보통 엉망이 됩니다. 저는 회로 기판을 분사하거나 담그는 것을 추천합니다. 대안으로, 자동화된 공정은 적용에서 더 일관성이 있지만 훨씬 더 비쌉니다.
  스타트업에서 우리는 모든 보드를 손으로 직접 분사했습니다. 아침에 보드 앞면을 처리하고, 점심에는 상사가 우리를 외식시키고, 오후에는 보드 뒷면을 처리했습니다. 이 일정을 보증합니다.

• 유연성: 보드에 날카로운 모서리, 많은 납땜 접점 또는 기타 불규칙한 지형이 있는 경우, 매우 유연하며 보드 전체에 고르게 분포하는 코팅이 필요합니다. 코팅의 점도와 흐름에 대해 공급업체에 문의하여 필요한 것을 찾으십시오.

• 재작업: 코팅은 보드를 보호하기 위한 것이며 쉽게 벗겨지지 않습니다. 재작업을 예상하는 경우, 끔찍한 화학 물질이나 솔벤트 없이 쉽게 제거할 수 있는 코팅을 선택하십시오.

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아무도 자신의 보드를 수리하고 싶어하지 않습니다!

대부분의 코팅 재료는

• 실리콘: 일반적으로 고온에 견딜 수 있으며 직접 적용하기 쉽습니다. 화학적 및 습기 조건에 대한 저항력이 뛰어나고 유연합니다.

• 우레탄: 당신이 찾고 있는 것이 강한 내구성일 때 우레탄이 좋습니다. 이는 긁힘에 대한 저항을 포함합니다. 코팅을 제거하고 보드를 재작업하고 싶다면, 보통 강력한 스트리퍼가 필요합니다.

• 바니시: 이들은 천연 수지 기반으로 다양한 종류가 있습니다. 온도 내성, 습기 보호, 유연성 측면에서도 마찬가지로 다양한 범위를 가지고 있습니다.

• 아크릴: 일반적인 보호 옵션으로 좋습니다. 필요한 경우 회로 기판에서 쉽게 제거할 수 있다는 추가적인 장점이 있습니다.

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Miller-Stephenson, ACC Silicones, ElectroLube, 그리고 HumiSeal은 코팅 제품을 좁혀갈 때 좋은 개요를 제공합니다.

또한, 보드를 보호하기 시작하기 전에 코팅되어서는 안 되는 부품을 마스킹하는 것이 중요합니다.

전자 부품을 포팅하기

때로는 보호를 위해 전부 투자해야 할 때가 있으며, 이는 포팅을 의미합니다. 이는 보통 에폭시나 실리콘과 같은 보호 재료에 전체 인쇄 회로 기판을 내장하는 것을 말합니다.

포팅은 보통 부품 수준에서 이루어지지만, 해양이나 다른 전자적으로 가혹한 환경에서는 전체 회로 기판을 보호해야 할 필요가 있을 수 있습니다. 규모를 키우면 이 작업을 수행할 제조업체가 필요합니다. 재료 내의 공극이나 공기 간격은 피하기 어렵고, 보드를 보호하기 위해 한 모든 작업을 무효화할 수 있습니다.

온도 요구 사항은 중요한 고려 사항입니다. 전체 보드가 에폭시에 묻히면 온도 변화에 의한 압축과 팽창이 솔더 조인트와 패키지된 부품에 스트레인을 줄 수 있습니다. 스트레인이 균열을 일으키면 곤란한 상황에 처하게 됩니다; 보드가 손상된 후에는 수리하기가 정말 어렵습니다. Epic Resins와 Master Bond와 같은 회사들은 이러한 문제를 방지하기 위해 열전도율이 높고 열팽창이 낮은 옵션을 제공합니다.

자신에게 쉽게 하세요!

제조를 위해 설계할 때, 인쇄 회로 기판 보호는 부품 선택만큼 중요합니다. 그렇지 않으면 저처럼 새벽에 늪을 헤치며 수동 측정을 하러 다니면서 보드가 다시 작동하도록 해야 할 수도 있습니다.

레이아웃의 사양을 추적하기 위해, 저는 그들의 피치와 온도 저하를 포함하는 거대한 스프레드시트를 만들었습니다. 이것은 끔찍합니다. 최신 상태로 유지하는 것은 거의 버그가 가득한 늪에서 고장난 인쇄 회로 기판을 회수하는 것만큼 나쁩니다. 한 번의 피를 빨아먹는 성가심을 쫓아내면 다른 것이 그 자리를 대체합니다. 고통 없는 해결책은 전문 PCB 설계 소프트웨어인 Altium Designer^®와 같은 소프트웨어를 사용하는 것입니다. 여기서는 내장된 설계 규칙에 구성 요소의 사양을 통합할 수 있습니다. 더욱이, 그들의 추가 기능은 특정 PCB 컨포멀 코팅이나 에폭시에 적합한지 여부를 검증하면서 구성 요소 사양을 추적하는 데 도움을 줄 것입니다. Altium은 또한 설계하는 동안 귀하의 인클로저에 대한 3D 클리어런스를 확인할 수 있습니다. 이러한 도구를 사용하면, 노력 없이 성공적으로 PCB를 설계할 수 있습니다.

PCB 설계 소프트웨어가 어떻게 도움을 줄 수 있는지에 대한 자세한 정보를 원하시면, Altium Designer의 전문가에게 문의하십시오.