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  • 树脂的过去、现在和未来
    发布时间:2017-8-20

     

    我研究聚合物和树脂已经有20多年了。不谦虚地讲,我参与过很多重要产品的研发,从复合结构树脂到航空航天和汽车行业的预浸系统,再到我现在和其他化学家组成的主要用于保护现代电子电气组件的新型树脂研发团队。

     

    在这段时间里,电子行业见证了技术的飞速变化,而我们化学家也一直在努力,这样才能与行业齐头并进,确保我们供应的材料在恶劣的物理和环境条件下,可以使高性能电子系统发挥最佳性能。

     

    我猜你想要知道我们的行业在过去20年里都取得了哪些进步?树脂化学是如何不断演变才能跟得上电子行业取得的卓越成就?比如器件小型化、智能移动电话、电动汽车以及挠性显示技术。

     

    我先从小型化开始说起,因为它给电子设备树脂系统的开发商带来了极大的挑战。随着电子产品内的空间在不断变小,元件密度变得越来越大,元件的功能受到了限制,所以导致消耗电能的位置集中,操作温度也就必然会升高。你只有把我们今天移动电话的体积和处理能力与20世纪90年代的产品进行对比,就能明白我想表达什么!

     

    因此,最近几年对树脂导热性能的要求变得越来越高,而且在选择合适的树脂系统时,它在电子组件中能够高效导热的能力是重要的考量标准之一。根据树脂的用途是用于导电还是绝缘,在其中加入金属或陶瓷填充物,使得现代的环氧树脂、聚氨酯灌装树脂和封装树脂的导热性得到了提高。关键在于选择能够提高导热性的封装密度。

     

    未填充树脂的导热性较差,只有0.2W/m·K左右;我们公司的环氧基ER2220产品成功将这一数值提高到了1.54 W/m·K。和小型紧凑电子组件一样,对用于LED光源保护的导热性强的灌装树脂的需求量越来越大。这个行业用了短短几年的时间实现了从无到有,成长速度呈指数增长。硅树脂和聚氨酯树脂化学的发展给LED行业也带来了好处,它提供了必要的光学透明度和理想的光扩散效应。

     

    随着汽车行业的发展——尤其是电动汽车变得日益普遍——温度稳定性有所提升、抗热冲击的能力有所增强、操作温度范围更广的封装树脂在市场上越来越受欢迎。硅树脂虽然比环氧树脂和聚氨酯树脂的成本高,但在持续高温的工作环境(180 ℃以上,例如电动机和动力电子设备周围)中,它往往是最佳选择。

     

    在过去,可能只是通过增加涂层或封装的厚度来提高防护等级,而如今在组件中使用的树脂量要经过更加仔细的计算。现代智能手机让你在掌间就可以展现非凡的计算能力,但现在设计团队无法再使用简单的方法,尺寸和重量的考量会决定树脂的使用量减少到多少,同时还不能影响它的整体电气性能。

     

    为了满足这些要求,近几年来,现代树脂系统的电气性能得到了显著提升。举个例子,新型“超高性能”聚氨酯树脂的电气性能极佳,同时还可以保护器件免受物理冲击和振动的影响。这些树脂的出现得益于人们在填充材料和粒子分散上取得的最新研发成果,它们可以提高树脂的绝缘强度,用更纤薄的树脂获得理想的电气性能。

     

    对环境因素、生产人员和终端用户健康的考虑会对树脂材料配方产生重大影响,这些内容现在已经受到了国际法规条例的监管。这些法规条例包括欧盟在2006年12月宣布生效的REACH法规和2003年2月颁布的RoHS-1指令,后者已经在2011年7月被RoHS-2所替代。在欧洲以外,其他国家也颁布了类似的法律条令,例如中国的“清洁生产促进法”,以及加利福尼亚州的“消费品安全”条例。

     

    显然,这些重要的法律法规对化学配制产品产生了重大影响,我们过去使用的很多原材料(例如一些重金属和溶液)现在要么被禁止使用、要么就是严格控制了浓度。自从颁布了这些法律条令,Electrolube公司和许多同行公司一样,尽心尽力地保证所有合格产品都遵守RoHS指令(有些材料在指令中豁免),符合当前的REACH要求。

     

    REACH法规里包括的物质清单仍在不断更新,所以近几年来还不能完全实施该法规。为了确保我们公司全面跟进最新进展,我们在Electrolube内成立了REACH特别小组专门与原材料供应商及客户合作,保证在每个阶段材料都符合法律条例的规定。

     

    在过去20年间,各高校对聚合物在一定条件下的老化方式,以及它们不同的物理性质随时间改变会出现哪些变化进行了大量研究。这样就可以更好地了解树脂在长期时间内出现哪些变化,我们也就可以指定适合的树脂系统,确保含有这些树脂的产品可以在目标使用寿命内继续正常工作——按照我们客户的需求,预期使用寿命在不断增长,产品的真实使用寿命最好长于预期寿命。

     

    那么,未来20年里我们应该期待什么呢?众所周知,预言是个愚蠢的事情,但是作为一家公司,我们确实对客户未来的需求有一些自己的见解。展望未来,我们相信对高性能树脂的需求会不断增加,这些树脂可以持续承受更高的工作温度(180 °C及以上),同时它对热冲击、物理冲击及化学侵蚀具有更强的耐受力。我们同样还考虑继续增强树脂的耐久性。

    我们的现有产品已经具备这些性能,但仍需要做大量的研发工作来“进一步证明”我公司的树脂组合,这样我们才能继续在行业内保持领先,在客户需要最新型的树脂时提供最先进的解决方案,从而跟上急速变化的市场步伐。


    来源:I-Connect007中国


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