Wróć

Arcywrogowie procesu lakierowania (Cz.1)

Niektóre z czynników, negatywnie wpływających na proces lakierowania, są dość powszechne i łątwo sobie z nimi poradzić. Prezentujemy dwie części artykułu, opisującego najczęstsze przyczyny defektów w tym wrażliwym procesie.
Opublikowano: 2021-06-15

Proces lakierowania zawodzi z wielu powodów: niektóre z nich są powszechne, a niektóre spotyka się stosunkowo rzadko. Autor artykułu, Phil Kinner z Electrolube, ma ponad 20-letnie doświadczenie w branży powłok zabezpieczających, jednak wciąż się uczy: istnieją pewne wyzwania związane z tym procesem, które raz po raz powodują problemy, lecz na szczęście niektóre z nich można łatwo rozwiązać. W poprzednich artykułach analizowano szereg problemów związanych z błędami powstającymi w procesie lakierowania, ale niniejszy wpis poświęcony jest prawdziwym ‘arcywrogom’ procesu conformal coatingu, takim jak  wyzwania stwarzane przez wrażliwe obszary oraz wysokie komponenty . Oczywiście mamy też nadzieję, że artykuł dostarczy przydatnych informacji, które pomogą rozwiązać część problemów związanych z rozpływaniem się stosowanych zalew i uzyskać jednolite i pozbawionych wad wykończenie.

1) Dlaczego wysokie, pionowe elementy  stanowią tak duże wyzwanie?

Wysokie, pionowe powierzchnie stanowią kluczowe wyzwanie w procesie lakierowania,  głównie ze względu na działanie grawitacji, jak również - do pewnego stopnia – na metodę aplikacji. Tradycyjnie, płynne powłoki konforemne są tworzone w drodze odparowania rozpuszczalnika, co ma na celu zwiększenie ich lepkości i zapobieżenie odpływowi materiału od ostrych narożników i powierzchni pionowych w efekcie połączonego działania sił grawitacji i/lub sił kapilarnych. Proces ten jest stosunkowo powolny i często mogą występować pewne problemy z jednolitym pokryciem powierzchni.

Co prawda materiały utwardzane promieniami UV twardnieją bardzo szybko, jednak prawie zawsze między nałożeniem materiału a utwardzeniem i tak upływa trochę czasu, w którym materiał poddawany jest siłom grawitacyjnym i kapilarnym, co ponownie może skutkować problemami z utworzeniem jednolitej warstwy.

Obecnie dominującą techniką aplikacji jest selektywne powlekanie za pomocą robota XYZ, wyposażonego w zawór, który jest tradycyjnie ustawiony prostopadle do płytki. W efekcie, materiał powlekający jest również aplikowany prostopadle do płytki, co zmniejsza prawdopodobieństwo osadzenia się go na ostrym narożniku lub pionowej powierzchni, a także ułatwia przepływ grawitacyjny i kapilarny w kierunku powierzchni PCB. Przechylenie dyszy aplikacyjnej pod kątem 45 stopni zwiększa prawdopodobieństwo faktycznego naniesienia materiału na pionowe powierzchnie, a także zmniejsza pionową siłę, z jaką aplikowany jest materiał, co w konsekwencji prowadzi do wolniejszego spływania materiału. Co więcej, nowoczesne materiały charakteryzują się większym stopniem lepkości, a tym samym są bardziej odporne na siły grawitacyjne i kapilarne podczas natryskiwania.

2) Jakie kroki należy podjąć, aby chronić szczególnie wrażliwe części PCB?

Jak zwykle odpowiedź na to pytanie zależy od tego, na co te części są wrażliwe. Jeśli staramy się je chronić przed działaniem wilgoci, kondensacji lub przed zanurzeniem w wodzie, najważniejszymi czynnikami do rozważenia są grubość i dokładność pokrycia, a także wybór powłoki ochronnej. Niektóre substancje lepiej nadają się do tworzenia jednolitych warstw o  większej grubości i mają z natury lepsze właściwości barierowe niż inne. Z kolei niektóre  komponenty nie powinny być powlekane, a sam komponent lub jego wyprowadzenia mogą zostać uszkodzone przez materiały powlekające. Jest to szczególnie ważne, gdy temperatura zeszklenia (Tg) materiału zabezpieczającego mieści się w zakresie roboczym danej PCB. Gdy materiał zabezpieczający osiąga Tg, występuje różnica pomiędzy spadkiem sprężystości materiału a wzrostem współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE). Ta różnica skutkuje powstawaniem napięć, oddziaływujących na komponent lub jego wyprowadzenia i może uszkodzić albo sam komponent, albo połączenie lutownicze. Natomiast w przypadku wielu cykli temperaturowych, lut może być nawet wypchnięty przez pracującą warstwę ochronną, co prowadzi do zwarć. Dlatego – w idealnym przypadku - Tg materiału powlekającego powinno znaleźć się poza zakresem roboczym obwodu lub przynajmniej znaleźć się w jego dolnej części.

Czasami zdarza się również, iż mimo stosowania specjalnych powłok, mających łagodzić wpływ wibracji, wyższe komponenty wciąż są bardziej podatne na tego typu uszkodzenia. Jest to bardzo złożony, wieloaspektowy problem i prawdopodobnie zasługuje na osobny artykuł.

Aby zminimalizować możliwość poruszania się komponentu pod wpływem wibracji, zwykle do jego montażu do PCB używa się pasty lutowniczej lub kleju. Jednak, aby zminimalizować wpływ współczynnika rozszerzalności cieplnej CTE, materiał musi być starannie dobrany, tak aby z jednej strony był wystarczająco miękki i elastyczny, aby rozproszyć wibracje, a z drugiej strony aby nie był ani zbyt sztywnym, ani zbyt elastyczny, aby uniknąć pogorszenia problemów z CTE w warunkach pracy zespołu.

3) Czy awarie warstw zabezpieczających są częstsze w przypadku wyższych komponentów i dlaczego?

Zależy to tak naprawdę od konstrukcji obwodu i warunków, na jakie jest on wystawiony podczas pracy. Jak omówiono w punkcie 1, istnieje wiele wyzwań związanych z efektywnym powlekaniem wyższych komponentów. Niedostateczna grubość powłoki lub brak jej ciągłości sprawiają, że ​​wyższe elementy są bardziej podatne na uszkodzenia spowodowane wąsami cynowymi, wyładowaniami łukowymi, korozją, kondensacją lub zanurzeniem. Jednak warto zauważyć, iż w warunkach wysokiej wilgotności, wyprowadzenia znajdujące się na poziomie płytki są często bardziej podatne na korozję ze względu na obecność pozostałości topnika, które nie tylko wspomagają miejscową kondensację ze względu na ich higroskopijny charakter, lecz również wywołują korozję ze względu na ich aktywność jonową.

Jutro druga część artykułu.

Źródło: Electrolube

Autor: Phil Kinner

https://www.scanditron.com/pl/material_category/szablony/
https://www.scanditron.com/pl/material_category/szablony/