物聯網 (IoT) 市場正在蓬勃發展。這一成功促使工程師探索實用的解決方案，以改進成為當今物聯網小工具不可或缺的一部分的印刷電路板 (PCB)。

環氧樹脂是一種在物聯網產品的 PCB 制造過程中發揮各種功能的材料。這里有更多關于它在物聯網制造中發揮的重要作用。

調整以滿足特定要求

制造商可以選擇特種環氧樹脂或改變特定的環氧樹脂特性以滿足特定的性能或制造需求。例如，添加劑可以使環氧樹脂更硬或更厚，使其最適合用作保形涂層。以下是調整特定環氧樹脂特性的其他一些方法。

電導率和熱導率

使用銀作為單組分或兩組分環氧樹脂的填料可以產生導電粘合劑來代替焊接。導電粘合劑要么是各向同性的，要么是各向異性的。第一類中的那些在所有方向上都是導電的。然而，各向異性粘合劑僅在一個方向上導電。它們有時用于粘合射頻識別 (RFID) 產品中的天線結構。

環氧樹脂也有助于導熱。一種選擇是使用這種粘合劑連接兩個表面并將熱量傳遞到較冷的表面。然而，由于大多數環氧樹脂缺乏足夠的內在熱管理能力，填料彌補了不足。銅、氮化硼和鋁等粉末顯著提高了傳熱性能。

極端溫度耐受性

在固化期間和固化之前，添加劑和硬化劑也會混入環氧樹脂中，以使粘合劑能夠抵抗低溫。相反，存在的環氧樹脂可以承受比非極端耐熱類型的約 300 華氏度更高的溫度。

低釋氣

用于航空航天工業的環氧樹脂必須是低釋氣類型。由于太空的真空，除氣會導致航天器周圍釋放出揮發性化合物。

NASA 使用兩個測試參數來確保環氧樹脂滿足除氣要求：總質量損失 (TML) 和收集的揮發性可冷凝材料 (CVCM)。更具體地說，NASA 的標準規定環氧樹脂粘合劑或灌封化合物的 TML 小于 1%，CVCM 小于 0.1%。

提供低釋氣、高純度環氧樹脂的公司首先在專門的室中在嚴格的條件下測試這些產品。然后他們公布結果，迎合需要低釋氣粘合劑的客戶。

熱膨脹系數 (CTE)

大多數材料由于溫度變化導致分子相互作用的能量增加而經歷熱膨脹。CTE 表示溫度每升高 1 度會發生多少變化。

CTE 不匹配可能發生在兩個基材之間或粘合劑和基材之間。因此，一種常見的方法是選擇 CTE 盡可能低的粘合劑。另一種選擇是將特殊的負 CTE 填料或陶瓷插入未填充的粘合劑中。然而，這樣做會導致拉伸模量顯著增加，從而使環氧樹脂更硬。

玻璃化轉變 (Tg) 溫度

環氧樹脂的玻璃化轉變 (Tg) 溫度是一個范圍，在該溫度范圍內，它會從堅硬的玻璃狀稠度轉變為更柔軟、更有彈性的稠度。它可以跨越大約50-250攝氏度。然而，環氧樹脂的選擇、使用的填料和固化時間都會影響 Tg。

Tg 超過 150 攝氏度的環氧樹脂通常具有優異的耐高溫性。然而，Tg 在 120-130 攝氏度范圍內的類型可提供出色的耐化學性。

對各種基材的正確附著力

環氧粘合劑可粘合并密封各種基材，從金屬和大多數塑料到木材和混凝土。但是，也有一些不適合的材料，例如低表面能塑料，包括聚烯烴、有機硅和碳氟化合物。繼續決定在這些材料上使用環氧樹脂需要對它們進行預處理以改變基材的表面。

固化時間和儲存要求

環氧粘合劑可作為單組分和更常見的雙組分配方提供。單組分選項通常以糊劑形式出現，需要人們用抹子涂抹它們以填補空白。這些環氧樹脂需要加熱才能固化，也需要冷藏以保持其保質期。

雙組分類型需要在特定時間范圍內混合和使用產品，時間范圍從幾分鐘到幾小時不等。這些環氧樹脂在略高于室溫（大約 75-85 華氏度）的溫度下固化，盡管更多的熱量會加速該過程。

與單組分類型相比，雙組分環氧樹脂的儲存要求也不那么嚴格。制造商在選擇符合其生產要求的環氧樹脂時可能會牢記這些細節。

粘度

厘泊 (CPS) 是應用于環氧樹脂的粘度值，用于指示其流動速度。低 CPS 環氧樹脂流動迅速，而流速隨著 CPS 的升高而減慢。環氧樹脂的粘度決定了它的潛在用例和應用產品的方法。

降低的粘度也有助于減少空隙。許多制造商銷售各種粘度的環氧樹脂，例如 100-1,500,000 CPS。然而，熱量也會影響粘度，并且暴露于它會使環氧樹脂的稠度變薄。

低粘度環氧樹脂可能需要 12-24 小時才能固化——比高粘度環氧樹脂要長。高粘度環氧樹脂適合表面涂層應用。但是，加工它們需要不超過制造商規定的最大厚度，通常為 1-2 厘米。

用作整個 PCB 的材料

工程師在開發 PCB 時經常使用環氧樹脂。特定環氧樹脂的行為方式不同，工程專業人員通常必須使用制造商提供的任何東西。

然而，了解特定環氧樹脂的功能有助于設計項目順利進行。雖然有些具有粘合特性，但有些具有導熱性。一旦產品進入市場，粘合劑化合物的特性與產品材料之間的不匹配可能會導致影響制造或可用性的問題。

例如，電路板的預浸料通常由半固化的玻璃環氧樹脂材料制成。預浸料是具有粘合和絕緣特性的介電材料。PCB 的內核通常采用完全固化的玻璃環氧樹脂材料，兩面都層壓有銅。

此外，公司已開始在 PCB 制造過程中將環氧樹脂與其他物質結合，以不斷降低與介電材料相關的成本。一種常見的做法是將其與熱塑性塑料聚苯醚 (PPO) 或聚苯醚 (PPE) 一起使用。

使用不含環氧樹脂的 PPO通常會增加總體制造成本。但是，依靠它可以減少開支，同時仍能滿足性能要求。

您可以通過新開發的植入式血氧傳感器示例了解環氧樹脂在物聯網設備的 PCB 組件上的多種用途。這種先進的產品將壓電晶體與導電銀環氧樹脂粘合，然后將其連接到 PCB。開發人員還使用紫外線固化環氧樹脂來圍繞 PCB 內的引線鍵合區域。

選擇改善傳熱

如前所述，特定的環氧樹脂具有不同的特性。對于大多數設計和制造物聯網設備的公司來說，熱管理是一個重要的問題。過高的溫度會損壞精密的電子設備并導致小工具發生故障。一些工程師已經開發出使物聯網設備受益于溫暖的方法，例如體溫。但是，目標通常是避免熱點和整體過熱。

隨著物聯網設備變得越來越小，控制熱量的需求變得更加重要。傳統方法包括使用風扇和散熱器。另一種選擇是在發熱或具有冷卻能力的組件之間涂抹導熱油脂。人們還可以通過使用特定種類的環氧樹脂來獲得所需的結果。

例如，單組分和雙組分環氧樹脂增強了跨界面的熱傳遞。人們還可以選擇它們來補充其他散熱方法，例如使用環氧樹脂將散熱器粘合到 PCB 上。

當人們討論某些環氧樹脂的散熱速度有多快時，他們指的是物質的導電性。如果環氧樹脂的熱導率為0.3-0.4 瓦/毫開爾文，這意味著熱量消散相對較慢。然而，每毫開爾文 1.7-2 瓦的值表明導熱速度更快。

然而，Tg 是在 PCB 制造過程中使用環氧樹脂進行熱管理時要考慮的另一個方面。使用的任何環氧樹脂都必須與隨附基材的 Tg 相容。

被選為保形涂層

當公司從事物聯網制造時，代表必須考慮小工具在正常使用過程中可能接觸到的環境特征。例如，一些物聯網設備被放置在室外多塵或潮濕的環境中。在其他情況下，物聯網產品會在偏遠地區進行持續監控，并且不會經常被人工檢查。

因此，為物聯網設備構建 PCB 以承受潛在的惡劣因素至關重要。一種常見的方法是應用保形涂層。以這種方式使用的環氧樹脂既堅硬又不透明，可以很好地防止化學品、磨損和潮濕。對于暴露在高濕度環境中的物聯網設備，環氧保形涂料也是明智的選擇。

保形涂層非常薄但具有保護性。他們直接在 PCB 組件的頂部添加保護層，而不會增加不希望的體積的厚度。由于保形涂層還延長了 PCB 的使用壽命，因此它們是物聯網設備制造商提供客戶期望的延長性能的一種簡單方法。

同樣，保形涂層可以降低可能削減制造商利潤的昂貴維修成本。物聯網產品內部過早損壞的 PCB 也可能損害制造商的聲譽。在 PCB 制造過程中選擇應用保形涂層是延長功能的相對簡單的方法，從而讓客戶滿意。

應用于勸阻逆向工程

當某人（通常是競爭對手）試圖確定制造商如何生產產品時，就會發生逆向工程。這是許多行業的風險，適用于化學和生物過程以及物理產品。

存在許多預防措施來防止逆向工程。例如，一些制造商在 PCB 內放置傳感器以檢測和防止此類嘗試。然而，一個較少涉及但仍然有效的技術是練習灌封。

它涉及使用外殼或類似層來完全包裹 PCB 或其他電子元件。人們將一種化合物倒入該外殼區域，它會硬化并成為 PCB 的一部分。環氧樹脂是一種常用的灌封材料。它的不透明性阻止了人們學習有助于他們更多地了解設計的視覺細節。

一些灌封化合物也是不可去除的。在防止設計復制方面，這是一件好事。但是，它也可能使授權人員難以或不可能維修 PCB。

根據手頭的項目，工程師也可以使用有機硅而不是環氧樹脂進行封裝。除了在很寬的溫度范圍內保持其機械性能外，有機硅還柔軟且柔韌，使其適合覆蓋敏感的電子產品。

灌封通常與其他幾種阻止人們對 PCB 設計進行逆向工程的措施一起選擇。因此，制造商必須確定哪些選項可提供最佳保護，并考慮他們是否可能需要在以后去除灌封化合物。

環氧樹脂助力物聯網制造進步

這些示例表明，物聯網設備制造商可以在眾多設計和制造階段應用環氧樹脂來滿足某些要求或需求。隨著物聯網設備的普及和普及，環氧樹脂將繼續成為 PCB 制造的關鍵部分。

審核編輯 黃昊宇