Punti chiave sugli incapsulanti per elettronica
- Il potting permette di proteggere il PCB o il dispositivo elettronico inglobandolo completamente o parzialmente in un materiale isolante.
- Incapsulanti epossidici, poliuretanici e siliconici hanno caratteristiche termiche, meccaniche ed elettriche differenti.
- La scelta della resina da potting dipende da temperatura, umidità, agenti chimici, vibrazioni, isolamento e gestione termica.
- Esistono incapsulanti per elettronica rigidi, flessibili, termoconduttivi, mono e bicomponenti e formulazioni a elevata trasparenza.
- La soluzione corretta non dipende solo dalla famiglia chimica, ma dal comportamento richiesto al materiale nell’applicazione reale.
Gli incapsulanti per elettronica vengono utilizzati per proteggere circuiti stampati e componenti elettronici quando il dispositivo deve continuare a funzionare in presenza di:
- umidità,
- contaminanti,
- vibrazioni,
- shock meccanici,
- variazioni di temperatura,
- altre condizioni operative critiche.
Non tutte le resine per circuiti stampati, però, rispondono allo stesso modo a queste condizioni operative. Gli incapsulanti epossidici, poliuretanici e siliconici presentano caratteristiche differenti e la scelta deve partire dall’applicazione, dall’ambiente di utilizzo e dalle prestazioni richieste al sistema elettronico.
Indice
- Cosa sono le resine per potting e gli incapsulanti per elettronica
- A cosa serve il potting
- Quali resine si utilizzano per i circuiti stampati
- Il confronto tra le 3 tecnologie
- Applicazioni delle resine per elettronica
- Come scegliere la resina da potting
- Domande frequenti
- Resine e incapsulanti per potting: la proposta Mascherpa
Cosa sono le resine per potting e gli incapsulanti per elettronica
Gli incapsulanti per elettronica sono materiali utilizzati per isolare e proteggere schede, circuiti e componenti elettronici dalle condizioni che potrebbero comprometterne prestazioni e affidabilità.
Attraverso l’incapsulamento, il materiale circonda il componente o l’assemblaggio e crea una protezione più consistente rispetto a un semplice rivestimento superficiale. Per questo le resine incapsulanti per elettronica vengono utilizzate soprattutto quando il dispositivo è destinato a condizioni operative impegnative.
Cosa si intende per potting e incapsulamento
Il termine potting indica generalmente il riempimento di un contenitore o di un assemblaggio elettronico con un composto che, dopo la polimerizzazione, ingloba il sistema.
L’incapsulamento può invece interessare anche singoli componenti o specifiche aree del dispositivo.
Nella pratica i due termini appartengono allo stesso ambito tecnologico e hanno un obiettivo comune: creare una barriera protettiva tra l’elettronica e l’ambiente operativo.
Resina e incapsulante non identificano quindi una singola chimica. Esistono formulazioni epossidiche, poliuretaniche e siliconiche, monocomponenti e bicomponenti, rigide o flessibili, dielettriche, termicamente conduttive e formulate per requisiti applicativi specifici.
A cosa serve il potting
Un circuito stampato non lavora necessariamente in un ambiente controllato. Temperatura, umidità, contaminanti, vibrazioni e shock possono agire contemporaneamente sui materiali e sulle interfacce presenti nell’assemblaggio.
Una resina per la protezione dell’elettronica può contribuire a:
- isolare elettricamente componenti e connessioni;
- proteggere da acqua, umidità e contaminanti;
- limitare gli effetti di vibrazioni e shock meccanici;
- proteggere da agenti chimici;
- supportare la gestione delle variazioni di temperatura;
- in specifiche formulazioni, favorire il trasferimento del calore.
Il livello di protezione è uno degli aspetti che distingue il potting dal conformal coating. Quest’ultimo crea un film sottile che segue il profilo del PCB, mentre nel potting la quantità di materiale utilizzata è significativamente maggiore e può arrivare a inglobare completamente l’assemblaggio.
Non significa che una tecnologia sia sempre preferibile all’altra. Sono soluzioni differenti, da scegliere in funzione della geometria, del livello di protezione necessario, della possibilità di rilavorazione e delle condizioni operative previste.
Quali resine si utilizzano per i circuiti stampati
Per il potting e l’incapsulamento elettronico vengono utilizzate principalmente tre famiglie di materiali:
Incapsulanti epossidici
Gli incapsulanti epossidici comprendono formulazioni generalmente caratterizzate da buone proprietà elettriche, adesione e resistenza meccanica e chimica.
All’interno della stessa famiglia esistono però comportamenti molto differenti. Sono disponibili sistemi rigidi per una protezione meccanica elevata, formulazioni più flessibili progettate per limitare gli stress sui componenti, prodotti termicamente conduttivi e sistemi mono o bicomponenti.
Per questo non è corretto associare automaticamente “epossidico” a un solo comportamento.
Un sistema come ARALDITE® CY 221 / ARADUR® HY 2966, ad esempio, è studiato per realizzare incapsulamenti a basso stress e combina proprietà elettriche, resistenza agli shock termici e comportamento elastico.
ARALDITE® XB 2252-1 / XB 2253-1 è invece un sistema epossidico termoconduttivo con buone proprietà dielettriche e meccaniche, buona resistenza agli shock termici ed elevata resistenza termica. Trova applicazione, ad esempio, nell’incapsulamento di condensatori, filtri e trasformatori.
ARALDITE® CW 2243-1L è un sistema epossidico semi-rigido e termoconduttivo, caratterizzato da bassa viscosità, getti flessibili e buona resistenza agli shock termici. È indicato per applicazioni come interruttori, regolatori di tensione e trasformatori.
La gamma Electrolube comprende invece soluzioni differenti. ER2188 è una resina epossidica per uso generale con buone proprietà elettriche, di adesione e resistenza chimica e all’acqua, mentre ER2220 associa protezione ambientale e capacità di dissipazione termica.
Tra gli incapsulanti MG Chemicals selezionati per questa applicazione troviamo sistemi con caratteristiche ancora differenti.
| Prodotto | Tipologia | Caratteristiche principali |
| ARALDITE® CY 221 / ARADUR® HY 2966 | Epossidico bicomponente | Sistema elastico per incapsulamenti a basso stress, buone proprietà elettriche e resistenza agli shock termici |
| Electrolube ER2188 | Epossidico | Uso generale, buona resistenza chimica e all’acqua, adesione e proprietà elettriche |
| Electrolube ER2220 | Epossidico | Incapsulamento PCB, protezione ambientale, dissipazione termica e formulazione ritardante di fiamma |
| MG Chemicals 832HD | Epossidico bicomponente | Incapsulante PCB rigido, isolamento elettrico e resistenza ad acqua e umidità |
| MG Chemicals 832FX | Epossidico bicomponente | Formulazione flessibile progettata per applicazioni sottoposte a cicli termici e variazioni rapide di temperatura |
| MG Chemicals 832TC | Epossidico bicomponente termoconduttivo | Incapsulamento con gestione termica, isolamento elettrico e protezione dall’umidità |
| MG Chemicals 9510 | Epossidico monocomponente | Pronto all’uso, non richiede miscelazione, polimerizzazione a caldo, isolamento elettrico e resistenza chimica |
Gli incapsulanti epossidici monocomponenti possono essere interessanti quando si vuole eliminare la fase di miscelazione, mentre gli incapsulanti epossidici bicomponenti permettono di ottenere combinazioni molto diverse di rigidità, flessibilità, conducibilità termica e lavorabilità.
Incapsulanti poliuretanici
Gli incapsulanti poliuretanici rappresentano un’altra famiglia ampiamente utilizzata nella protezione elettronica.
Le formulazioni disponibili possono offrire elevata tenacità, flessibilità e resistenza all’acqua e all’umidità. Queste caratteristiche le rendono particolarmente interessanti quando il sistema deve sopportare sollecitazioni meccaniche o quando una struttura eccessivamente rigida rischierebbe di trasferire gli stress direttamente ai componenti.
Anche all’interno dei poliuretani le prestazioni possono cambiare sensibilmente in funzione della formulazione. Alcuni prodotti privilegiano la resistenza all’acqua e agli ambienti marini, altri la resistenza chimica, la rilavorabilità, la gestione termica o le applicazioni lighting.
| Prodotto | Tipologia | Caratteristiche principali |
| ARATHANE® CW 5620 / HY 5610 | Poliuretanico bicomponente | Sistema per alta temperatura, termicamente conduttivo e privo di alogeni |
| ARATHANE® VB U 6912 P / VB U001/B | Poliuretanico bicomponente | Buone proprietà elettriche, facile colabilità, assorbimento degli shock termici e incapsulamento a basso stress |
| Electrolube UR5041 | Poliuretanico | Elevata tenacità, resistenza allo strappo e all’acqua di mare |
| Electrolube UR5118 | Poliuretanico | Buone proprietà elettriche, basso assorbimento d’acqua, elevata tenacità e resistenza all’acqua di mare |
| Electrolube UR5634 | Poliuretanico | Bassa viscosità, indicato per incapsulamento LED e resistente ad acqua e formazione di muffa |
| Electrolube UR5635 | Poliuretanico | Bassa viscosità e formulazione indicata per applicazioni LED in differenti condizioni ambientali |
La flessibilità non è quindi l’unico parametro che identifica un incapsulante poliuretanico. Per la selezione vanno valutate anche la base chimica della formulazione, l’ambiente di utilizzo e l’esposizione prevista ad acqua, umidità, solventi e temperatura.
Incapsulanti siliconici
Gli incapsulanti siliconici sono particolarmente interessanti quando l’affidabilità deve essere mantenuta in presenza di forti variazioni delle condizioni operative.
La struttura dei siliconi permette di combinare stabilità termica e basso modulo elastico. Il materiale può quindi deformarsi assorbendo parte degli stress generati dalle differenze di dilatazione tra PCB, rame, componenti, ceramiche, plastiche e metalli.
Questo comportamento diventa rilevante soprattutto nei sistemi sottoposti a ripetuti cicli termici, vibrazioni e shock.
La gamma comprende sia incapsulanti DOWSIL™ sia prodotti SYLGARD™, con formulazioni destinate a esigenze differenti: basso stress, conducibilità termica, trasparenza ottica, basso degassamento o applicazioni in condizioni ambientali severe.
| Prodotto | Tipologia | Caratteristiche principali |
| DOWSIL™ 93-500 | Siliconico bicomponente | Basso outgassing secondo ASTM E-595, stabilità fisica ed elettrica e ampio intervallo operativo. Specifico per applicazioni aerospaziali |
| DOWSIL™ CN-8760 | Siliconico termoconduttivo | Bassa viscosità, rapporto 1:1, polimerizzazione a temperatura ambiente e moderata dissipazione del calore |
| DOWSIL™ EE-3200 GEL | Siliconico a basso stress | Riduzione delle sollecitazioni sui componenti, moderata dissipazione termica e buona adesione primerless |
| DOWSIL™ EI-2888 | Siliconico primerless otticamente trasparente | Bassa viscosità, buona adesione primerless, con elevate prestazioni ottiche per applicazioni lighting |
| DOWSIL™ TC-6020 | Siliconico bicomponente termoconduttivo | Media viscosità, buone proprietà dielettriche, buona dissipazione termica |
| SYLGARD™ 170 | Siliconico bicomponente | Bassa viscosità, flessibilità su un ampio intervallo di temperatura e moderata termoconducibilità |
| SYLGARD™ 184 | Siliconico bicomponente otticamente trasparente | Buone proprietà dielettriche, elevata trasparenza e flessibilità su un ampio intervallo termico |
| SYLGARD™ 567 | Siliconico bicomponente | Rapporto 1:1, bassa viscosità, polimerizzazione a caldo, buone proprietà dielettriche |
| SYLGARD™ Q3-3600 | Siliconico bicomponente termoconduttivo | Incapsulante a bassa viscosità, buona conducibilità termica, lungo tempo aperto e polimerizzazione a caldo |
Questa varietà permette di trovare anche incapsulanti a elevata trasparenza ottica per applicazioni lighting, oltre a formulazioni destinate alla gestione termica o alla protezione di elettronica di potenza.
I siliconi non sono però una soluzione universale. Rispetto ad alcuni materiali organici possono presentare adesione iniziale inferiore, costi maggiori e una maggiore permeabilità ai gas. In applicazioni molto sensibili alla contaminazione deve inoltre essere valutata la volatilità delle formulazioni.
La scelta deve quindi considerare questi aspetti insieme ai vantaggi offerti in termini di elasticità e stabilità nel tempo.
Il confronto tra le 3 tecnologie
Le caratteristiche della singola formulazione possono modificare significativamente il comportamento del materiale, ma alcune differenze generali aiutano a impostare la selezione.
| Criterio | Epossidici | Poliuretanici | Siliconici |
| Rigidità | Da flessibile a elevata, secondo formulazione | Generalmente maggiore capacità di deformazione rispetto ai sistemi epossidici | Basso modulo ed elevata elasticità |
| Adesione | Generalmente elevata | Buona adesione | Può richiedere un pretrattamento delle superfici o l’utilizzo di un primer |
| Resistenza chimica | Può essere molto elevata | Generalmente buona | Dipende dalle formulazioni |
| Acqua e umidità | Disponibili formulazioni molto resistenti | Numerose formulazioni progettate per ambienti umidi o immersione | Elevata stabilità in ambienti umidi |
| Cicli termici | Disponibili sistemi flessibili e low-stress | Buona capacità di assorbire sollecitazioni nelle formulazioni flessibili | Particolarmente adatti alla gestione di stress e differenze di dilatazione termica |
| Temperature operative severe | Molto buona | Generalmente non oltre i 130°C | Uno dei principali punti di forza della tecnologia siliconica con ottime prestazioni sia alle basse che alle alte temperature |
| Rilavorabilità | Molto complicata nei sistemi rigidi | Possibile con alcune formulazioni morbide | Generalmente possibile |
| Gestione termica | Disponibili versioni termoconduttive | Disponibili versioni termoconduttive | Ampia disponibilità di sistemi termoconduttivi |
Il criterio corretto non è quindi chiedersi quale sia “la migliore resina”, ma quale comportamento debba avere il materiale durante tutta la vita operativa del dispositivo.
Un’elevata adesione iniziale, per esempio, non è sufficiente se durante i cicli termici il materiale trasferisce stress troppo elevati alle interfacce. Allo stesso modo, una grande flessibilità non è necessariamente un vantaggio quando l’applicazione richiede elevata rigidità strutturale.
Applicazioni delle resine per elettronica
Le resine per circuiti elettronici trovano applicazione in sistemi molto differenti. Cambiano geometrie, temperature, condizioni ambientali e requisiti elettrici, quindi cambia anche il materiale da selezionare.
Protezione meccanica e da ambiente esterno
Nel potting, la resina può inglobare interamente o parzialmente il circuito e i suoi componenti.
Generalmente, il primo obiettivo è quello di proteggere l’elettronica dall’ambiente esterno e consentire una protezione meccanica al dispositivo elettronico da urti, vibrazioni e shock.
Isolamento elettrico
Molti incapsulanti hanno proprietà dielettriche e sono stati progettati per isolare elettricamente componenti e connessioni.
La resina per isolamento elettrico deve però essere valutata insieme agli altri requisiti dell’applicazione. Rigidità dielettrica e resistenza di isolamento sono fondamentali, ma il materiale deve mantenere le proprie caratteristiche anche dopo l’esposizione alle condizioni previste durante il servizio.
Umidità, temperatura e contaminanti possono infatti influenzare l’affidabilità elettrica del sistema nel tempo.
Avvolgimenti elettrici e motori
Le resine trovano impiego anche nella protezione di avvolgimenti elettrici, statori, rotori e motori elettrici, dove possono essere utilizzate mediante processi di impregnazione o incapsulamento.
Oltre all’isolamento, in queste applicazioni possono essere richieste resistenza termica, protezione da umidità e fluidi e, nei sistemi ad alta densità di potenza, una maggiore capacità di trasferire il calore.
La resina deve quindi essere scelta considerando insieme processo produttivo e condizioni di esercizio del motore.
Dissipazione del calore
La miniaturizzazione, l’aumento della densità dei componenti sulla scheda elettronica e l’aumento dell’impiego di moduli di potenza rendono la gestione termica un parametro sempre più importante.
Un incapsulante termicamente conduttivo può combinare la protezione del circuito con il trasferimento del calore verso l’alloggiamento o verso una superficie dissipante.
Non è sufficiente confrontare esclusivamente il valore nominale di conducibilità termica: geometria, spessore, riempimento, interfacce e processo applicativo influenzano il comportamento reale del sistema.
Lighting e applicazioni ottiche
Nelle applicazioni LED e lighting può diventare determinante anche il comportamento ottico del materiale.
La gamma comprende incapsulanti poliuretanici e siliconici ad elevata trasparenza e formulazioni sviluppate per mantenere prestazioni ottiche in condizioni operative impegnative.
In questi sistemi, trasparenza, stabilità del materiale, processo di polimerizzazione e comportamento alle temperature di esercizio devono essere considerati insieme.
Come scegliere la resina da potting
La selezione di una resina per elettronica dovrebbe partire dalle condizioni nelle quali il dispositivo dovrà realmente funzionare.
Temperatura e cicli termici
Non va considerata soltanto la temperatura massima.
Un dispositivo che passa continuamente da basse ad alte temperature può essere sottoposto a stress significativi a causa dei differenti coefficienti di dilatazione dei materiali che compongono l’assemblaggio.
Modulo elastico, flessibilità e comportamento nel tempo diventano quindi parametri progettuali tanto importanti quanto il range termico nominale.
Umidità, acqua e agenti chimici
Bisogna identificare con precisione quali sostanze entreranno in contatto con la resina.
Acqua, acqua salata, oli, carburanti, solventi e altri agenti non producono gli stessi effetti corrosivi e di invecchiamento e neppure due prodotti appartenenti alla stessa famiglia chimica offrono necessariamente la stessa resistenza.
Stress meccanici
Vibrazioni, urti e movimenti del dispositivo richiedono attenzione nella scelta del materiale e nella sua capacità di assorbire tali sollecitazioni.
Un incapsulante troppo rigido può trasferire le sollecitazioni alle interfacce e ai componenti, mentre una formulazione più flessibile può ridurre gli stress in applicazioni dinamiche.
Proprietà elettriche
Per gli incapsulanti dielettrici devono essere considerate rigidità dielettrica, isolamento e stabilità delle proprietà durante la vita del dispositivo.
Non interessa soltanto il valore iniziale, ma la capacità di mantenerlo dopo l’esposizione alle reali condizioni operative.
Gestione termica
Quando il PCB o i componenti sviluppano quantità importanti di calore, la resina può diventare parte integrante del percorso termico.
In questo caso occorre valutare una formulazione termoconduttiva e considerare il sistema nel suo insieme, non soltanto il singolo valore riportato nella scheda tecnica.
Processo produttivo
La resina deve essere compatibile anche con il processo.
Tra i parametri da valutare ci sono:
- monocomponente o bicomponente;
- rapporto di miscelazione;
- viscosità e capacità di riempire cavità e geometrie complesse;
- pot life e tempo di gel;
- polimerizzazione a temperatura ambiente o a caldo;
- eventuale necessità di primer o di pretrattamenti delle superfici;
- eventuale necessità di degasaggio;
- possibilità di automatizzare miscelazione e dispensazione;
- necessità futura di rilavorare il circuito.
Un materiale tecnicamente corretto ma incompatibile con il processo produttivo non potrà essere impiegato correttamente.
Domande frequenti
Che cos'è una resina per incapsulamento o per potting?
La resina per incapsulamento o potting è un materiale utilizzato per inglobare e proteggere componenti o assemblaggi elettronici. Può fornire isolamento elettrico e protezione da condizioni ambientali e meccaniche, con caratteristiche differenti a seconda della formulazione e della tecnologia utilizzata. È utilizzata quando è richiesta una protezione più consistente rispetto a un rivestimento superficiale del PCB.
Come proteggere una scheda elettronica dall'umidità?
La soluzione dipende dal livello di protezione richiesto. Per una protezione superficiale può essere utilizzato un conformal coating; quando è necessaria una barriera più consistente si possono impiegare resine e incapsulanti. La chimica deve essere scelta considerando anche temperatura, vibrazioni, sostanze chimiche e possibilità di rilavorazione.
Qual è la resina isolante più adatta per l'elettronica?
Non esiste una resina isolante universalmente migliore. Incapsulanti epossidici, poliuretanici e siliconici possono offrire buone proprietà dielettriche, ma differiscono per rigidità, flessibilità, comportamento termico, resistenza ambientale e processo applicativo.
Qual è la differenza tra resina epossidica e poliuretanica per elettronica?
La differenza dipende dalla formulazione specifica. In generale, le resine epossidiche possono offrire elevata adesione, rigidità e resistenza chimica, mentre molti sistemi poliuretanici privilegiano tenacità e flessibilità e sono disponibili in formulazioni progettate per ambienti umidi o applicazioni sottoposte a vibrazioni. La scelta deve comunque essere effettuata sui requisiti reali dell’applicazione.
Quando scegliere un incapsulante siliconico?
Gli incapsulanti siliconici sono particolarmente indicati quando sono richieste flessibilità, gestione degli stress, stabilità su ampi intervalli di temperatura e affidabilità durante cicli termici ripetuti. Devono però essere valutati anche aspetti come adesione, costo e compatibilità con applicazioni sensibili alla contaminazione.
Resine e incapsulanti per potting: la proposta Mascherpa
La gamma Mascherpa comprende incapsulanti per elettronica basati su differenti tecnologie e marchi, tra cui:
- DOWSIL™,
- SYLGARD™,
- Electrolube,
- Huntsman ARALDITE®,
- Huntsman ARATHANE®,
- MG Chemicals.
La disponibilità di diverse famiglie chimiche permette di non partire da una tecnologia prestabilita, ma dai requisiti del progetto.
Una selezione efficace considera:
- condizioni operative reali;
- temperatura e cicli termici;
- materiali presenti nel PCB e nell’assemblaggio del dispositivo elettronico;
- esposizione ad acqua, umidità e sostanze chimiche;
- vibrazioni e stress meccanici;
- isolamento elettrico;
- dissipazione del calore;
- geometria e quantità di materiale da erogare;
- processo produttivo.
Mascherpa affianca le aziende nella scelta della tecnologia e della formulazione più adatta e nella definizione del processo applicativo, valutando insieme materiale, applicazione e condizioni di esercizio.
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