I. Laky na bázi akrylátové pryskyřice
Zpravidla jedno-komponentní, fyzikálně schnoucí laky, obsahující organické rozpouštědlo. Akrylátové pryskyřice se vyrábějí polymerizací akrylových a methakrylových esterů buď samostatně, nebo kopolymerizací těchto sloučenin s dalšími polymerizovatelnými látkami, například styrenem.
Fyzikálně schnoucí laky jsou citlivé na svá vlastní rozpouštědla, což může být výhodné i nevýhodné. V některých případech, např. při opravách, je snadné odstranění laku rozpouštědlem žádoucí. Akrylátové pryskyřičné laky jsou obvykle rozpustné v esterech nebo alkoholech, avšak mohou být odolné například vůči benzínům.
Tvorba filmu, tedy fyzikální schnutí, probíhá velmi rychle, obvykle do jedné hodiny, a lze ji urychlit zahřátím. Na rozdíl od jiných pojiv jsou akrylátové pryskyřice termoplastické polymery, které již dále chemicky nereagují a nevytvářejí zesíťované struktury.
Významnou výhodou těchto laků je jejich snadná aplikace. Zároveň poskytují vynikající elektrickou izolaci i ve vlhkém prostředí, jsou hydrolyticky stabilní a odolné vůči UV záření. Díky těmto vlastnostem jsou akrylátové pryskyřičné laky cenově efektivním řešením.
Podle použitého složení mohou mít tyto laky široké spektrum vlastností – od velmi tvrdých a chemicky odolných filmů až po elastické vrstvy s vysokou odolností vůči tepelným šokům. Čím vyšší je odolnost vůči mechanickému oděru, tím tvrdší a křehčí se povlak stává. Při opakovaném tepelném zatížení může dojít k tvorbě prasklin, do nichž proniká vlhkost, což oslabuje ochrannou funkci laku.
Akrylátové pryskyřice se také používají jako disperze ve vodných materiálech – buď jako jediné pojivo, nebo jako kopojivo.
II. Laky na bázi polyuretanové pryskyřice
Vznikají polyadicí izokyanátů s polyalkoholy, což vytváří lineární polyuretany. Polyuretanová chemie je velmi rozmanitá, a to i v oblasti ochranných laků. Zahrnuje jak urethan-alkydy, tak polymery, kde urethanová skupina vzniká až při zesíťování. Urethan-alkydy vykazují lepší chemickou odolnost, pružnost a rychlejší oxidativní vytvrzování, ale jejich odolnost proti povětrnostním vlivům není tak silná jako u isokyanátových povlaků.
Polyuretany jsou k dispozici ve dvousložkových (2K) systémech, kde reakce mezi polyolem a izokyanátem probíhá při pokojové teplotě, ale mají omezenou dobu zpracovatelnosti (pot life). K dispozici jsou také jednosložkové izokyanátové systémy (prepolymery), které reagují s vlhkostí a vytvářejí polymerní síť. Polyuretanové materiály se vyznačují dobrou odolností vůči vlhkosti, rozpouštědlům a abrazi, ale často obsahují rozpouštědla a mají delší dobu schnutí. UV-vytvrditelné nátěry na bázi polyuretanu neobsahují rozpouštědla a mají rychlý proces vytvrzení, ale mohou být náchylné k hydrolytické dekompozici.
Film na substrátu se může vytvářet různými způsoby v závislosti na typu pojiva, a to dvousložkovou reakcí, fotopolymerizací, tepelným vytvrzováním (např. při teplotách nad 100 °C) a fyzikálním schnutím (odpařením rozpouštědla). Existují i kombinované systémy, kde se např. pojivo vytvrzuje jak fyzikálně odpařením rozpouštědla, tak chemickou reakcí s vlhkostí vzduchu.
Díky různým typům základních polymerů lze připravit tvrdé, vysoko-plastické nebo měkce elastické materiály.
III. Laky na bázi silikonové pryskyřice
Silikony (polyorganosiloxany) jsou syntetické polymery tvořené atomy křemíku propojenými kyslíkovými vazbami (Si–O–Si), což jim poskytuje vynikající elektrické a tepelné vlastnosti. V oblasti ochranných laků a lepidel na bázi silikonu se rozlišují tyto typy podle mechanismu vytvrzování:
- RTV-1 (jednosložkové, vytvrzují vlhkostí vzduchu)
- RTV-2 (dvousložkové, vytvrzují chemickou reakcí mezi složkami)
- HTV (teplotně vytvrditelné, obvykle jednosložkové)
Silikony typu RTV-1 vytvrzují reakcí se vzdušnou vlhkostí, přičemž vznikají specifické vedlejší produkty. Tato skupina zahrnuje i bez-rozpouštědlové nátěrové systémy. Dělí se na kyselé, alkalické a neutrální systémy, přičemž neutrální varianty jsou nejvíce využívané v elektronice, protože uvolňují alkohol nebo oxim a nejsou agresivní ke kovům. Tyto systémy, avšak nejsou vhodné pro zapouzdřené aplikace, kde je vysoká teplota, protože může docházet k reverzní reakci.
RTV-2 silikony, které vytvrzují adicí, jsou stabilní při pokojové teplotě, nemají těkavé reakční produkty a vykazují minimální chemické smrštění (<0,1 %). Tyto silikony jsou vhodné pro aplikace v uzavřených systémech.
Silikony HTV jsou obvykle jednosložkové a vytvrzují pomocí tepla. Jejich vytvrzení je rychlé při zvýšené teplotě (např. na 150 °C). Proces může být zrychlen o polovinu při každém zvýšení teploty o 10 K/ 10 °C.
Další variantou jsou UV vytvrditelné silikony, které tvrdnou během několika sekund při vystavení UV záření.
Silikonové pryskyřice mají vynikající dielektrické vlastnosti, vysokou elasticitu, teplotní a mechanickou odolnost. Jejich nevýhodou může být nízká mechanická odolnost, riziko silikonové kontaminace a kontaktní inhibice. Silikony vykazují výbornou tepelnou stabilitu, odolávají teplotám až do 180 °C, s možností krátkodobého zatížení až 300 °C. Při nízkých teplotách si udržují své vlastnosti až do -50 °C, přičemž některé typy mohou být použity až do -100 °C.
Dále silikony vykazují dobrou odolnost vůči kyselinám, alkalickým látkám a polárním rozpouštědlům. V nízkomolekulárních rozpouštědlech mohou bobtnat, což je však reverzibilní proces. Silikony jsou také odolné proti účinkům kyslíku a ozonu, což zajišťuje jejich dlouhou životnost, i při venkovním použití.
V praxi se systémy RTV-1 a HTV používají pro ochranné materiály, zatímco RTV-2 silikony jsou dominantní v aplikacích zalévání elektronických součástí.
Kontaminace silikonem
V automobilovém průmyslu je použití silikonů často kontroverzním tématem. Silikony poskytují vynikající odolnost vůči extrémním podmínkám, což je činí ideálními materiály pro ochranu elektroniky, např. v motorovém prostoru. Avšak jejich použití je často spojeno s obavami z kontaminace. Ta může nastat přímým kontaktem, znečištěným vybavením nebo těkavými silikony, které mohou unikat z laků a ovlivnit elektronické kontakty, například na relé nebo konektorech. Tento problém lze snížit dodržováním přísných hygienických opatření a použitím silikonů s kontrolovanou těkavostí. Při správném výběru ochranného materiálu pro vybranou aplikaci, lze minimalizovat negativní dopady kontaminace silikonem a zajistit dlouhodobou spolehlivost elektronických komponent. Přestože výše uvedené nevýhody je třeba akceptovat, pokud má být elektronická sestava spolehlivě chráněna v teplotním rozsahu od -50 °C do více než 180 °C proti vlhkosti a agresivním médiím, jsou silikony nejlepší volbou.
IV. Laky na bázi epoxidové pryskyřice
Materiály s vysokou odolností rozpouštědlům, jiným chemikáliím a abrazi. Vykazují velmi dobré dielektrické vlastnosti a jsou teplotně odolné. Jako dvousložkové materiály je nutné jejich míchání s omezeným časem zpracování (POT LIFE).
Epoxidové pryskyřice jsou oligomery obsahující více než jednu epoxidovou skupinu v molekule.
Samy o sobě nemají schopnost vytvářet film, což znamená, že se prostřednictvím polyadiční reakce s jinými sloučeninami, jako jsou aminy, polyaminoamidy nebo polyizokyanáty, přeměňují na chemicky zesíťované povlaky. Jejich podíl mezi laky pro elektronické sestavy není příliš vysoký, a to především kvůli nevhodné vysoké mechanické tvrdosti epoxidové pryskyřice.
Naopak tyto materiály dominují v oblasti ochrany proti korozi, zejména v ocelárnách a hydraulických ocelových konstrukcích. V oblasti elektroniky se epoxidové systémy – většinou bez-rozpouštědlové – uplatňují například jako ochranné glob top vrstvy, výplňové materiály (underfillers) nebo jako zalévací hmoty pro různé komponenty. Modifikované epoxidové pryskyřice se rovněž používají jako suroviny pro výrobu základních materiálů desek plošných spojů.
V. UV-laky na bázi akrylové pryskyřice
Termín „akryl“ používaný u UV vytvrzovaných laků nelze v základních vlastnostech srovnávat s akrylátovými laky obsahujícími rozpouštědla. „Akryl“ v názvu této skupiny pojiv zpravidla odkazuje na UV-reaktivní skupinu a označuje mechanismus zesíťování UV pojiva. Zatímco označení „akrylát“ by mělo být vyhrazeno pro fyzikálně schnoucí pojiva.
Polymerní základní struktura je často samostatně specifikována, například jako akryl/uretan nebo akryl/silikon. Existují však i UV nátěrové materiály založené čistě na akrylátové bázi. V tomto případě je základní struktura tvořena akrylátovou pryskyřicí kombinovanou s UV-reaktivní akrylovou skupinou.
UV modifikované laky obsahují radikálově vytvrzující polymery, jejichž polymerizace je iniciována fotoiniciátorem. K jejímu vytvrzení dochází během několika sekund. Tato akrylová funkce se aktivuje pouze působením UV světla. Fotoiniciátory vyžadují specifické vlnové délky pro správnou aktivaci. Je důležité pečlivě dodržovat pokyny výrobce, protože materiál formulovaný pro krátkovlnné UV záření nebude správně vytvrzen dlouhovlnným UV zářením a naopak.
UV laky často vyžadují tzv. sekundární mechanismus vytvrzování, který zajistí kompletní vytvrzení i v neosvětlených (zastíněných) oblastech sestavy. Pro toto tzv. „stínové vytvrzování“ existují různé technologické mechanismy, například termosetové zesíťování nebo chemická reakce s vlhkostí, při níž reagují isokyanátové skupiny. Sekundární reakce s vlhkostí se používá například v procesu TWIN-CURE®. Vlhkost vzduchu proniká polymerem a aktivuje sekundární zesíťování.
Vytvrzování materiálu probíhá bez emisí, bez vzniku degradačních produktů a bez těkavých organických látek (VOC).
VI. Laky na bázi alkydové pryskyřice
Laky s dobrými dielektrickými vlastnostmi, s lepší odolností rozpouštědlům oproti fyzikálně schnoucím lakům. Potřebují delší čas vytvrzování díky oxidativnímu typu vytvrzování.
Alkydové pryskyřice jsou polykondenzační polymery složené z polyolů (např. glycerol, pentaerythritol) a vícesytných karboxylových kyselin (např. ftalová kyselina, adipová kyselina). Minimálně jedna hydroxylová skupina karboxylové kyseliny je esterifikována mastnou kyselinou, zpravidla nenasycenou. Z chemického hlediska se tak jedná o polyester.
Částečnou náhradou různých složek vznikají tzv. modifikované alkydové pryskyřice, jejichž vlastnosti jsou určeny použitými modifikačními složkami.
VII. Laky na bázi polyesterové pryskyřice
Jsou polykondenzační pryskyřice, které vznikají reakcí alkoholů a organických kyselin. Polyesterové povlaky jsou obvykle založeny na nenasycených polyesterových pryskyřicích (symbol UP), kde například styren slouží současně jako rozpouštědlo i reaktivní složka. Kvůli toxicitě styrenu se stává použití tohoto pojiva nepreferovaným. Povlaky na bázi nenasycených polyesterů se v ochraně elektroniky příliš nepoužívají. Úpravou alkoholové nebo kyselinové složky (případně jejich anhydridů) lze vytvořit nasycené polyestery s velmi rozdílnými vlastnostmi. Tyto nasycené polyestery nacházejí široké uplatnění v povrchových úpravách, zejména ve dvousložkových systémech nebo v termosetových povlacích vytvrzovaných při teplotách nad 100 °C, například v kombinaci s amino-pryskyřicemi nebo polyizokyanáty.
VIII. ORMOCERY®
ORMOCERY® jsou anorganicko-organické kopolymery, které vznikají sol-gel procesem. Kombinací organických složek s anorganickou Si-O-Si sítí lze dosáhnout požadovaných funkčních vlastností a tloušťky vrstev. ORMOCERY® lze nanášet běžnými metodami a vytvrzovat při teplotách mezi 80 až 150 °C nebo fotochemicky. Výsledné vrstvy jsou bezbarvé a průhledné.
Verze ORMOCER® určená pro mikroelektroniku poskytuje vysoký elektrický odpor, odolnost vůči vlhkosti, organickým rozpouštědlům a vlivům prostředí. Má nízkou absorpci vlhkosti a dobrou propustnost pro vodní páry, což závisí na typu modifikace.
Pro optimální přilnavost je nutné zajistit čistý povrch, zbavený kontaminace z osazování a pájení.
IX. Parylen®
Parylen® (dle MIL a IPC: XY) je skupina čtyř polymerů založených na paraxylylenu, aplikovaných pomocí chemické depozice z plynné fáze (CVD). Proces začíná sublimací dimeru, který se následně pyrolýzou přemění na monomer a ukládá na substrát jako polyparaxylylen. Tloušťka vrstvy je řízena depoziční rychlostí (0,2 µm/min), s výslednou tloušťkou 0,1 µm až 50 µm.
Výsledná transparentní, neporézní vrstva je mechanicky stabilní, odolává teplotám až 160 °C a poskytuje vynikající ochranu elektronickým sestavám. V praxi je nutné vakuově maskovat části, které nemají být pokryty, což zvyšuje náklady.
Udržitelné suroviny v konformních lacích
Laky se běžně vyrábí ze syntetických pryskyřic, včetně polyakrylátů, alkydových pryskyřic, silikonů a modifikovaných polyesterů. S rostoucím důrazem na ekologii se hledají udržitelnější alternativy.
Do 20. let 20. století se používaly nátěry na bázi přírodních olejů, jejich nevýhodou byla dlouhá doba schnutí. Ve 30. letech přinesly alkydové pryskyřice výrazné zrychlení vytvrzování, přičemž až 40 % složení může pocházet z obnovitelných zdrojů.
Mezi další udržitelné suroviny patří celulózové deriváty, které poskytují průhledné, světelně stálé a tepelně odolné nátěry s vynikajícími elektrickými izolačními vlastnostmi. Nevýhodou je však vysoký obsah rozpouštědel (až 70 %).
Perspektivní alternativou je také cyklizovaný přírodní kaučuk, který díky své struktuře nabízí vynikající elektrickou izolaci i při vysoké vlhkosti. Laky na bázi celulózy a kaučuku umožňují rychlé vytvrzování, snadné zpracování a mohou být formulovány tak, aby odolaly tepelným šokům v rozmezí -40 až +125 °C.
V posledních letech se vývoj zaměřil na biopolymery, jako jsou například pojiva na bázi škrobů, ligninu nebo opět rostlinných olejů, které mohou nabízet podobné nebo dokonce lepší vlastnosti.
Důraz je kladen také na vodou ředitelné a UV vytvrzované laky, které eliminují nebo výrazně snižují emise těkavých organických látek (VOC).
