我应该为 PCB 安装的组件使用哪种胶水来避免振动?

电器工程 电路板 成分 胶水
2021-12-31 01:10:01

我想保护安装在 PCB 上的组件免受振动。我应该使用哪种胶水/物质?哪些部件最容易因振动而发生故障?

4个回答

我的偏好:

  • 中性固化硅橡胶作为长效抗振密封剂。
    预计 20 年以上的寿命。

  • 如果需要初始机械位置,热胶(热熔胶) 在硅橡胶凝固时将物体固定到位。[热胶是一个完全不能令人满意的长期解决方案!!!]。


细节:

为了长期生存,任何需要比其焊接连接提供更多机械强度的东西都应该使用“适当的”机械约束,例如支架、安装夹等。

然而,在许多消费品中,较大的机械物品通常由粘合剂“固定”或机械支撑。正确地完成这是一种合法的制造方法,尽管有时会被“正确的”设计师所反对。

亚洲解决方案:亚洲产品中最常见的方法是使用白色胶水固化成坚硬的陶瓷白色饰面。它具有良好的初始粘合能力和强度,固化速度快,在几个月到一年左右的时间内会严重失效。

西方解决方案:最常见的西方方法是热胶或热熔胶。它具有良好的初始粘合能力,合理的强度,在冷却所需的时间内(几十秒到几分钟,取决于数量和热传导)内凝固,并在几个月到一年左右的时间内严重失效。人们仍然使用它并说它有多好。

极好的解决方案:极好的解决方案是中性固化硅橡胶。一旦设置,它就具有良好的粘合能力 - 这些因材料而异,但底漆或特殊变体可用于难处理的材料。它具有合理的强度,但模量低(有些弹性),因此可以极好地抵抗振动和冲击力。凝固时间可以是几分钟到几个小时——通常比更短的要长。一旦设置,它通常会持续 20++ 年。只要不使用粘合剂,较长的固化时间就不是问题用于将物体保持在适当位置,但增加长期抗振性。大多数硅橡胶在凝固过程中不会流动,因此凝固时间并不重要,只是表面一开始会发粘。“皮肤过度”通常在 10 到 20 分钟内发生。通过大气水分的作用实现凝固,因此低湿度会导致更长的凝固时间。完全凝固速率取决于水的厚度,典型的速率为每 24 小时约 3 毫米深度。

需要使用粘合剂进行机械保持或定位的一个很好的组合是使用“轻拍”热熔胶将物体最初固定到位,然后使用硅橡胶作为长期粘合剂和抗振剂。

SR 不仅具有出色的低模量和长寿命,还可以制成出色的防水和密封剂。然而,它们不是水蒸气密封剂 - 水蒸气会随着时间的推移通过 SR - 液态水不会。所以他们“呼吸”——这取决于应用程序的好坏。

  • 请注意,在使用电子或腐蚀敏感元件的情况下,使用的硅橡胶必须中性固化的。“正常”SR 是酸固化剂,在凝固过程中会释放乙酸(闻起来像醋)。在许多情况下,这“不算太糟糕”,但会在敏感应用中引起腐蚀。

中性固化硅橡胶随处可见,而且即使有额外的成本也很少。大多数是“肟”或酒精固化并释放肟和甲醇。Oxemes 可能导致裸铜腐蚀。Oxeme 固化不适用于聚碳酸酯 - 使用酒精固化。

稍微贵一点的中性固化 SR 通常是直接酒精固化并在凝固时释放甲醇。明智的处理就足够了。如果一次使用公斤,请通风良好:-)。

道康宁生产的 SR 产品种类繁多,可在大多数国家/地区使用,并且拥有大量可用的技术数据。[除了做一个满意的客户外,与道康宁没有任何关系]。

还有许多其他粘合剂可能对您有用。
氰基丙烯酸酯胶水凝固快(强力胶、象胶),在某些应用中可能会损坏表面,并且会随着时间的推移在某些表面上脱粘。
乳胶和接触胶是低模量的,可能很有用。
倾向于使用可能具有不利影响的溶剂。
还有许多其他的,但我发现硅橡胶是最好的。

- 硅橡胶与环氧树脂:

我没有提到环氧树脂 (ER),迈克推荐它优先于硅橡胶 (SR)。环氧树脂当然非常有用。它们的“适用期(凝固前的可用时间)不到 1 分钟到几小时,完全固化的时间为一小时左右到一天左右。升高的温度会增加固化速度并缩短适用期。ER 通常是2 pot" - 两种不同的成分在使用前混合。SR 也有 2 部分配方,通常具有快速凝固时间(几分钟到 10 分钟 - 根据设计可以更长)。

我将其列为优势的一个因素,迈克将其列为劣势。我们俩都是正确的(而且都是错误的?:-)),值得理解为什么。

系数是“模数”。模量(更准确地说是“弹性模量”)是应力与应变的比率——每次施加的力所经历的变形量。模量有多种测量方法,主要与力和变形的方向有关。在这篇关于弹性模量的维基百科文章中提供了更多详细信息。.

硅橡胶是“低模量”——虽然实际值可能因设计而有很大差异,但通常遇到的那些将比典型的环氧树脂“显着“更有弹性”。迈克和我对此达成一致:-)。这是多么有用有待商榷的事情。

环氧树脂通常以与夹具或支架或机械安装系统相同的方式起作用。它将组件刚性地连接到固定装置或 PCB 等。典型的硅橡胶绝不是“果冻状” - 它们设置为坚硬的橡胶 - 通常与硬度较低的块橡皮擦一样柔韧 - 坚固但不像混凝土。橡胶配方的硬度与模量*并不直观相关,但两者的相关性足以发挥作用。橡胶硬度的适当标度是“肖氏 A”硬度标度。汽车轮胎大约是 Shore A 70 - 一种相当硬的橡胶。典型的橡皮筋是 Shore A 25-30 - 相当有弹性。硅橡胶可以设置为这两个极端中的任何一个,但大多数是中间的,在大多数情况下倾向于偏硬的一侧。

现在考虑一下,如果您曾经遇到过减振器、地震保护器、防震支架、汽车发动机支架……——它们有哪些机械特性?您希望它们由哪种材料制成?

  • 如果安装需要绝对的刚性,不能承受任何程度的弯曲,需要牢固地安装,相对于安装没有任何移动 - 那么硅橡胶可能不是首选的安装材料。

  • 相反,如果与振动有一定程度的机械隔离,通过在空间和时间上分布力来承受冲击和大的外部运动或力的能力,通过振动能量的有损传递来最小化振动传递,避免应力断裂和随着时间的推移,最小的机械退化是有价值的,那么硅橡胶将是有力的竞争者。

M Alin 询问最需要粘合的东西是什么。
通常这些是

  • 在冲击下会施加很大力的重物(电容器罐头、松散的电池盒、...

  • 插槽中的 PCB、边缘连接器、在永久冲击下可能会产生“鞭打”的物体。

  • 单独或主要由粘合剂保留的物品。

从本质上讲,物体在撞击或振动下容易移动,并且如果它们移动就会受到损坏。

橡胶减震器 - 图片是实时链接

维基百科 - 肖氏硬度计
机械师材料 - 肖氏硬度
肖氏 A 到肖氏 D 比较(怀疑!)

(* 下面给出了将肖氏 A 与杨氏模量近似相关的公式。在这种情况下不太可能有用。)

在此处输入图像描述


增加了 4 年:

问:我不明白你的背靠背矛盾陈述“应该使用'适当的'机械约束[...]正确地完成这个[粘合剂]是一种合法的制造方法”。粘合剂非常棒,正如您所提到的,它是为手头的任务而设计的。如果你想以“一切都应该使用螺母和螺栓”作为开场白,我会向你推荐 3M,它的粘合剂将世界最高建筑的表面固定在上面。

A:我重读或略读了我写的东西,看看它是如何结合在一起的。
我同意,如果您以绝对面值的半隔离和(布尔值)两种形式来接受某些陈述,您会看到一些矛盾。如果您将原始问题和我所写的内容作为一个整体进行处理,那么它看起来还算可以。我可以更改几句话以消除一些部分矛盾,但我认为任何寻求有关该主题的建议并阅读所有内容的人都会非常了解我在说什么[[我所说的是否有效是另一个问题:-) ]]。

我注意到我注意到优质的 SR(硅橡胶)将“持续”20 多年)并且它们在这个角色中很有用。当所有假设都成立时,我对这样一种想法感到满意,即“正确”设计的“正确”应用的材料片材(例如玻璃)可以在建筑物的设计寿命内“安全”地保持在建筑物的设计寿命中。

但是,我也知道“刚刚从”建筑物上掉下来的玻璃板,在这里(新西兰),一名男子靠在粘合剂保留的全地板高度窗玻璃上摔死了 - 然后掉了:-(。
即“正确的设计”、“正确的应用”和“有效的假设”是或应该在专业设计师的能力范围内——甚至他们有时也会出错。

与使用粘合剂相比,使用较少资源和能力“设计”紧固系统的人通常可以更有把握地使用机械紧固件“做对”。

多年来,我参与了在许多(中国)工厂生产的大约 500,000 件产品上使用粘合剂紧固。课程和经验很有启发性:-)。
是的,粘合剂有它们的位置。
是的,我使用它们。
而且,是的,我总是保持警惕并意识到可能发生的事情。

早在我在航空航天业的日子里,安装在 PCB 上“基本上”平放的小型元件(即通孔轴向电阻器、二极管、DIP IC 等)不需要特殊处理,SMD 元件也是如此。较大的组件,例如径向电容器和安装在 PCB 上的组件(晶体管等),用环氧树脂粘合剂固定到位。硅橡胶 (RTV) 仅用于固定预置螺丝,因为它是柔韧的,不能提供太多的振动应力保护。

使用防振支架(丁腈橡胶等)将 PCB 固定在底盘上。保形涂层可能也提供了一些轻微的额外保护。

小型 SMD 可能不需要机械固定,因为它们重量轻(通常为毫克),几乎不会对焊接施加力。0402 薄膜片式电阻器的重量正好为 1mg。)

对于较大的组件,例如大型电解液,我不会使用保持弹性的胶水。这种胶水仍然允许零件振动,尽管振幅较低。即使长时间处于这些较低的振幅,它们也可能导致焊料因蠕变而断裂。
如果在胶水干燥时焊接会受到压力,非弹性固定也可能发生蠕变,但这并不像振动压力那么严重。

一般来说,大多数设备在焊料上都有足够的表面张力,即使在高温和大振动下也能将元件保持在适当的位置。最危险的是重型和大型组件。如果您有任何大型 SMD 电解电容器,我会将它们与任何连接器一起制作成通孔。

我能想到的在 SMD 工作中使用胶水的唯一用途是使用它来防止组件在烤箱回流期间脱落。