Problem bąbelków w warstwach conformal coatingu

Pęcherzyki w utworzonych w procesie conformal coatingu warstwach ochronnych powstają, gdy rozpuszczalniki lub powietrze zostają uwięzione wewnątrz i nie mogą uciec z materiału, z którego utworzona jest warstwa ochronna. Obecność pęcherzyków może prowadzić do długoterminowych problemów z niezawodnością układu, w tym mostkowania ścieżek przewodzących, korozji odsłoniętych obszarów i pękania powłoki z powodu zmian temperatury, wstrząsów lub wibracji. Jednak nie wszystkie bąbelki powodują te problemy - IPC opracował standardy, dotyczące rozmiaru bąbelków, które pomagają określić, kiedy mogą one stanowić problem, a kiedy nie.

Standardy IPC

IPC-HDBK-830: Długoterminowa niezawodność i testowanie, Sekcja 12.1.5 – Bąbelki (Bubbles): Obecność pęcherzyków w powłoce ochronnej jest zjawiskiem wynikającym z uwięzienia powietrza lub odgazowania, mającym często związek ze sposobem mieszania i/lub metodą aplikacji. W wielu przypadkach tego zjawiska nie da się przezwyciężyć. Pęcherzyki są ogólnie akceptowalne, gdy ich rozmiar jest mniejszy niż 50% odległości między elementami przewodzącymi w danym obszarze układu i nie odsłaniają one elementów przewodzących, mostków lub sąsiednich powierzchni przewodzących.

IPC J-STD-001F Wymagania dotyczące lutowanych zespołów elektrycznych i elektronicznych: Pojawienie się pęcherzyków można uznawać za nieodzowny atrybut procesu, stan faktyczny - a nie defekt - który można przypisać zmienności właściwości materiału, działaniu sprzętu czy pracy operatora, ale który nie wpływa na formę, gotowość do pracy lub funkcję produktu.

Identyfikacja zagrożeń dla długoterminowej niezawodność produktu

Jak mówią powyżej przytaczane standardy IPC, w niektórych przypadkach występowanie bąbelków jest dopuszczalne. Jeśli jednak w procesie powlekania pojawiają się pęcherzyki, które przekraczają normy IPC, należałoby skorzystać z poniższego zestawu wskazówek, celem identyfikacji przyczyn ich występowania.

Potencjalne przyczyny związane z procesem aplikacji

Pęcherzyki pojawiają się podczas lub bezpośrednio po nałożeniu powłoki. Przyczyna może być związana z układem aplikacji płynu, zaworem lub interakcją z PCB:

Właściwości płynu

Czy płyn absorbuje powietrze? Jeśli powietrze zostaje wchłonięte do płynu jeszcze w zaworze, bąbelki zostaną przeniesione na PCB. W skrajnych przypadkach powłoka będzie dozowana w postaci piany.

Jaka jest szybkość parowania rozpuszczalnika? Czy zastosowano odpowiednią mieszankę rozpuszczalników i czy napięcie powierzchniowe jest optymalne, aby przyspieszyć eliminację pęcherzyków?

Czy podczas napełniania zbiornika z materiałem powłoki wprowadzane jest powietrze?

Program powlekania

Czy dozowany materiał powłoki ochronnej wypiera powietrze uwięzione pod komponentami?

Czy bąbelki mogą powstawać z powodu nakładania się trasy przejścia zaworu dozującego? Nakładanie się tras zakłóca stan zastygającego płynu, tworząc turbulencje, które mogą być przyczyną powstawania bąbelków i powodować uwięzienie powietrza w płynie.

Wilgoć w płycie lub elementach

Aby umożliwić ucieczkę wilgoci przed nałożeniem powłoki ochronnej, pożądane jest wygrzewanie PCB i komponentów.

Zanieczyszczenie płyty

Upewnij się, że PCB są czyste i wolne od zanieczyszczeń przed nałożeniem powłoki ochronnej.

Potencjalne przyczyny związane z procesem utwardzania

Jeśli bąbelki pojawiają się po procesie utwardzania, przyczyna może być związana z czasem odparowania lub profilem utwardzania. Należy rozważyć następujące zmienne:

Czas odparowywania

Etap odparowywania eliminuje bąbelki, dając po prostu czas na odparowanie nadmiaru rozpuszczalnika, zanim powlekana płytka wjedzie do pieca do utwardzania. Należy rozważyć wprowadzenie odpowiednio długiego czasu odparowania lub wydłużyć istniejący czas w celu dostosowania do wymagań materiału powłoki.

Profil utwardzania

Profil utwardzania, w którym temperatura narasta zbyt szybko lub osiąga zbyt wysoką temperaturę, może powodować zbyt wczesne utwardzanie się powierzchniowej warstwy materiału (tworzy się popularnie określany ‘kożuch’) i uwięzienie gazów.

W przypadku obszarów, w których materiał powłoki jest wyjątkowo gruby lub gdy powietrze jest uwięzione pod komponentami, łagodniejszy profil temperatury pozwala gazom na ucieczkę w niższych temperaturach, przed ukształtowaniem się powierzchniowej ‘skórki’.

Ogólnie rzecz biorąc, przyspieszony profil utwardzania jest lepszy dla materiałów utworzonych na bazie wody, a stopniowy, chłodniejszy profil jest lepszy dla materiałów bazujących na rozpuszczalnikach.

Opracowano na podstawie materiałów udostępnianych na stonie Nordson Asymtek

Zdjęcie tytułowe: DCT