ในสถานการณ์การใช้งานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก สภาพแวดล้อมที่ชื้นไม่ใช่เรื่องแปลก ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ตรวจสอบอิเล็กทรอนิกส์กลางแจ้ง เครื่องใช้ไฟฟ้าอัจฉริยะในห้องน้ำ หรือเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์บนเรือแผงวงจรอาจเผชิญกับภัยคุกคามจากไอน้ำ เมื่อแผงวงจรถูกน้ำท่วมอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ทำงานผิดปกติ และส่งผลต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์ได้ ในกรณีที่รุนแรงอาจทำให้เกิดความเสียหายถาวรและทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์สั้นลง ดังนั้นการกันน้ำของแผงวงจรจึงกลายเป็นส่วนสำคัญในการรับรองความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ต่อไปนี้เป็นวิธีการต่างๆ และจุดใช้งานเฉพาะสำหรับการกันน้ำของแผงวงจร:
วิธีการเคลือบกันน้ำ
การเคลือบกันน้ำเป็นวิธีกันน้ำที่ใช้กันทั่วไปและมีประสิทธิภาพสำหรับแผงวงจร ปัจจุบันวัสดุเคลือบกันน้ำกระแสหลักในตลาดส่วนใหญ่ ได้แก่ กรดอะคริลิก โพลียูรีเทน และซิลิโคน
การเคลือบอะคริลิกมีประสิทธิภาพเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี มีต้นทุนต่ำ และก่อสร้างได้ง่าย สามารถสร้างฟิล์มป้องกันที่แข็งแกร่งบนพื้นผิวของแผงวงจร ป้องกันการบุกรุกของไอน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ความต้านทานการกัดกร่อนของสารเคมีค่อนข้างอ่อนแอ และอาจไม่สามารถรักษาคุณสมบัติกันน้ำได้ดีเป็นเวลานานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงบางแห่ง
การเคลือบโพลียูรีเทนทำงานได้ดีในแง่ของความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนของสารเคมี ขณะเดียวกันก็มีความยืดหยุ่นที่ดีในการปรับให้เข้ากับการเสียรูปเล็กน้อยของแผงวงจรในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน แต่ระยะเวลาในการบ่มค่อนข้างนาน และขั้นตอนการก่อสร้างจำเป็นต้องมีการควบคุมสภาพแวดล้อมอย่างเข้มงวด
การเคลือบซิลิโคนขึ้นชื่อในด้านความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำได้ดีเยี่ยม ตลอดจนความยืดหยุ่นที่ดี และสามารถมีบทบาทกันน้ำได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนต่างๆ อย่างไรก็ตาม การเคลือบซิลิโคนที่มีราคาสูงจะจำกัดการใช้งานอย่างแพร่หลายในระดับหนึ่ง
เมื่อทาเคลือบกันน้ำ สิ่งแรกที่ต้องแน่ใจคือพื้นผิวของแผงวงจรสะอาดและปราศจากสิ่งสกปรก เช่น ฝุ่นและคราบน้ำมัน สามารถใช้สารทำความสะอาดพิเศษและแปรงขนนุ่มในการทำความสะอาด จากนั้นเช็ดให้แห้งด้วยลมอัดที่สะอาด จากนั้นเลือกวิธีการเคลือบที่เหมาะสม วิธีการเคลือบทั่วไป ได้แก่ การเคลือบด้วยแปรง การเคลือบแบบสเปรย์ และการเคลือบแบบจุ่ม การดำเนินการเคลือบด้วยแปรงนั้นง่ายและเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากและแผงวงจรที่มีโครงสร้างซับซ้อน แต่ความหนาของการเคลือบนั้นไม่ง่ายที่จะสม่ำเสมอ ประสิทธิภาพการพ่นสูง ความสม่ำเสมอของการเคลือบที่ดี เหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่- แต่ต้องใช้อุปกรณ์การพ่นแบบมืออาชีพและข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมสูง การเคลือบแบบจุ่มสามารถให้การเคลือบที่ครอบคลุมและสม่ำเสมอบนแผงวงจร แต่อาจทำให้สิ้นเปลืองวัสดุบางส่วนและไม่สะดวกในการใช้งานกับแผงวงจรขนาดใหญ่ ไม่ว่าจะใช้วิธีเคลือบแบบใดก็ตาม ความหนาของสีเคลือบต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด โดยทั่วไปแนะนำระหว่าง 0.1-0.3 มิลลิเมตร การเคลือบบางอาจส่งผลต่อการกันน้ำ ในขณะที่การเคลือบหนาอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของแผงวงจร หลังจากการเคลือบเสร็จสิ้น ควรบ่มตามคำแนะนำของวัสดุเคลือบเพื่อให้แน่ใจว่าการเคลือบแห้งสนิทและแข็งตัว ทำให้เกิดเกราะกันน้ำที่มีประสิทธิภาพ
วิธีการปิดผนึก
วิธีการปิดผนึกคือการเติมช่องว่างระหว่างแผงวงจรและตัวเครื่องด้วยวัสดุปิดผนึกของเหลว และหลังจากที่แข็งตัวแล้ว ให้ปิดผนึกทั้งหมดเพื่อให้สามารถกันน้ำได้ วัสดุซีลทั่วไป ได้แก่ อีพอกซีเรซิน ซิลิโคน และโพลียูรีเทน
วัสดุซีลอีพอกซีเรซินมีความแข็งและความแข็งแรงสูง ประสิทธิภาพของฉนวนไฟฟ้าดีเยี่ยม และทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีได้ดี สามารถยึดติดกับแผงวงจรได้อย่างแน่นหนา โดยมีอัตราการหดตัวในการบ่มต่ำ ป้องกันไม่ให้ไอน้ำเข้าสู่ภายในแผงวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่หลังจากการบ่ม อีพอกซีเรซินจะมีพื้นผิวที่เปราะและอาจแตกร้าวเมื่อถูกผลกระทบจากภายนอกอย่างมาก
วัสดุซีลซิลิโคนมีความยืดหยุ่นและทนต่อแรงกระแทกได้ดี มีความสามารถในการปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ดี และสามารถรักษาคุณสมบัติทางกายภาพที่เสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและต่ำได้ ในขณะเดียวกันซิลิโคนก็มีการระบายอากาศต่ำและปิดกั้นไอน้ำได้ดีกว่า แต่ความแข็งแรงของซิลิโคนค่อนข้างต่ำและราคาค่อนข้างสูง
วัสดุซีลโพลียูรีเทนไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพในการกันน้ำเท่านั้น แต่ยังมีความทนทานต่อการสึกหรอและทนต่อสภาพอากาศที่ดี ซึ่งสามารถใช้งานได้นานในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่รุนแรง อย่างไรก็ตาม กระบวนการบ่มอาจก่อให้เกิดฟองอากาศบางอย่าง ซึ่งต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษในระหว่างขั้นตอนการก่อสร้าง
ก่อนดำเนินการปิดผนึก ควรทำความสะอาดแผงวงจรอย่างทั่วถึงด้วย สำหรับชิ้นส่วนบางส่วนที่ไม่จำเป็นต้องมีการปิดผนึก เช่น ขั้วต่อ ตัวระบายความร้อน ฯลฯ ควรใช้วัสดุป้องกันเพื่อป้องกันการปนเปื้อนของวัสดุปิดผนึก ผสมวัสดุปิดผนึกเท่าๆ กันตามอัตราส่วนที่ระบุ และใส่ใจกับกระบวนการกวนที่ช้าและสม่ำเสมอเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดฟองมากเกินไป จากนั้น ใช้เครื่องมือที่เหมาะสม เช่น หลอดฉีดยา กรวย ฯลฯ ค่อยๆ ฉีดวัสดุปิดผนึกลงในช่องว่างระหว่างแผงวงจรและตัวเครื่อง เพื่อให้แน่ใจว่าการบรรจุจะสม่ำเสมอและไม่มีมุมตาย ในระหว่างกระบวนการบ่มของวัสดุปิดผนึก จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนและการเคลื่อนตัวของแผงวงจร เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบต่อการปิดผนึก เวลาในการบ่มขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุปิดผนึกและอุณหภูมิโดยรอบ โดยทั่วไปจะใช้เวลาหลายชั่วโมงถึงหลายวัน
การใช้ขั้วต่อกันน้ำ
ขั้วต่อกันน้ำมีบทบาทสำคัญในพื้นที่เชื่อมต่อของแผงวงจร ขั้วต่อกันน้ำใช้การออกแบบการซีลพิเศษ เช่น แหวนซีลยาง และแผ่นยางกันน้ำ เพื่อป้องกันไอน้ำเข้าสู่แผงวงจรตามช่องว่างการเชื่อมต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เมื่อเลือกขั้วต่อกันน้ำ จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ระดับการกันน้ำ ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า สมรรถนะทางกล และวิธีการติดตั้งขั้วต่อโดยพิจารณาจากสถานการณ์และข้อกำหนดการใช้งานจริง ขั้วต่อกันน้ำทั่วไปมีระดับการกันน้ำ เช่น IPX4, IPX5, IPX6 เป็นต้น ยิ่งตัวเลขมาก ประสิทธิภาพการกันน้ำก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ตัวอย่างเช่น ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งทั่วไป ตัวเชื่อมต่อระดับ IPX5 มักจะสามารถตอบสนองข้อกำหนดการกันน้ำขั้นพื้นฐานได้ ในสภาพแวดล้อมที่อาจเกิดละอองน้ำที่รุนแรง จำเป็นต้องเลือกขั้วต่อกันน้ำระดับ IPX6 หรือสูงกว่า
เมื่อติดตั้งขั้วต่อกันน้ำ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วต่อเชื่อมต่อกับแผงวงจรอย่างแน่นหนาและมีหน้าสัมผัสที่ดี ในเวลาเดียวกัน ควรให้ความสนใจกับตำแหน่งการติดตั้งและทิศทางของส่วนประกอบซีลเพื่อหลีกเลี่ยงการวางแนวที่ไม่ถูกต้องหรือความเสียหาย หลังจากการเชื่อมต่อเสร็จสมบูรณ์ สามารถใช้กาวกันน้ำเพื่อปิดผนึกการเชื่อมต่อของปลั๊ก- เป็นครั้งที่สอง ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกันน้ำให้ดียิ่งขึ้น
การตรวจสอบและบำรุงรักษาการกันน้ำสำหรับแผงวงจร
หลังจากเสร็จสิ้นการกันน้ำของแผงวงจรแล้ว จำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าผลการกันน้ำเป็นไปตามข้อกำหนด วิธีการตรวจสอบทั่วไป ได้แก่ การทดสอบการแช่และการทดสอบความชื้น การทดสอบการแช่คือการจุ่มแผงวงจรที่เคลือบกันน้ำลงในน้ำเป็นระยะเวลาหนึ่งจนสุด จากนั้นจึงนำออกมาเพื่อตรวจสอบว่ามีน้ำเข้าหรือไม่ การทดสอบความชื้นคือการวางแผงวงจรไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง สังเกตการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของแผงวงจรในช่วงเวลาหนึ่ง และตรวจสอบว่ามีข้อผิดพลาดที่เกิดจากการแทรกซึมของไอน้ำหรือไม่