Wróć

Arcywrogowie procesu lakierowania (Cz.2)

Niektóre z czynników, negatywnie wpływających na proces lakierowania, są dość powszechne i łatwo sobie z nimi poradzić. Prezentujemy dwie części artykułu, opisującego najczęstsze przyczyny defektów w tym wrażliwym procesie.
Opublikowano: 2021-06-17

Część 1 artykułu dostępna jest pod tym linkiem

4) 5 arcywrogów udanego procesu powlekania

Obecność zanieczyszczeń na PCB przed procesem powlekania może prowadzić do  otwartych defektów utworzonej warstwy z powodu niedostatecznego zwilżenia lub jego całkowitego braku. Zanieczyszczenia mogą wpływać na zdolność powłoki zabezpieczającej do zapewniania długoterminowej ochrony poprzez zwiększone wchłanianie wilgoci, oddziaływanie z wodą i powodowanie powstawania korozji pod powłoką, a także pogarszając przyczepność powłoki.

Zmienność energii powierzchniowej nieobsadzonych PCB jest potęgowana przez proces montażu (szczególnie podczas lutowania na fali lub rozpływowego). Energia powierzchniowa PCB determinuje sposób, w jaki ciekła powłoka będzie oddziaływać z podłożem oraz stopień, w jakim ta sam powłoka - ale już w stanie stałym - będzie przylegać do płytki. Im wyższa jest wartość początkowa energii powierzchniowej nieobsadzonej płytki, tym większa będzie powtarzalność procesu, wytworzona warstwa będzie bardziej jednolita, a stopień przyczepności będzie większy. Proces osiągnie zadowalający stopień powtarzalności i odtwarzalności (Repeatability and Reproducibility, R&R), umożliwiając wysoki stopień kontroli procesu i stałą wydajność. I odwrotnie, im niższa początkowa energia powierzchniowa, tym mniej powtarzalny i spójny będzie proces, a prawdopodobieństwo awarii wzrośnie.

O powodzeniu procesu powlekania często decyduje też sam projekt PCB. Dobrze zaprojektowane pod względem lakierowania układy będą miały dobrą separację pomiędzy obszarami, które MUSZĄ być pokryte warstwą zabezpieczającą oraz obszarami, na których NIE WOLNO tworzyć takich powłok. Wyższe komponenty będą zgrupowane z dala od komponentów o niskim profilu, a komponenty niskoprofilowe nie będą tworzyły gęstych grup w pobliżu ścieżek lub komponentów SOIC, QFP, QFN lub BGA, które mają tendencję do wciągania materiału powlekającego pod siebie. Prowadzi to nie tylko do potencjalnych problemów z niezawodnością tych komponentów, ale pozostawia też komponenty SMT o niskim profilu bez powłoki lub powoduje utworzenie się pęcherzyków, odpowiedzialnych za mostkowanie.

Można powiedzieć, że powłoka zabezpieczająca to pewien proces. Zapewnienie powtarzalnego i spójnego wyniku powlekania zabezpieczającego w równym stopniu zależy ustawień procesu, co od wybranego materiału. Procesy ręczne, takie jak natryskiwanie lub nakładanie pędzlem, z natury będą dawały bardziej zróżnicowane efekty ze względu na czynnik ludzki, podczas gdy maszyny będą konsekwentnie wykonywać tę samą, niezmienną procedurę. Jednak maszyny nie mają obecnie możliwości reakcji na zmianę zachowania się materiału, podczas gdy operator może zrekompensować wszelkie odchylenia (celowo lub nawet podświadomie).

Jak wspomniano wcześniej, energia powierzchniowa PCB, projekt obwodu i ewentualne zanieczyszczenia mają wpływ na zachowanie się płynnego materiału. Ponadto, na lepkość materiału wpływa również  jego temperatura. Im większa będzie zmiana temperatury otoczenia panującej w zakładzie w ciągu dnia (to samo dotyczy się materiału, który był przechowywany gdzie indziej, np. na zewnątrz, w innych warunkach), tym większy wpływ tych zmian na właściwości materiału i tym większe będzie zróżnicowanie wyników procesu. Kontrola temperatury materiału i  kompensacja zmian za pomocą ustawień  maszyn i sprzętu do kontroli procesu jest ważna dla zapewnienia powtarzalności procesu maszynowego.

Intensywność przepływu powietrza może wpływać na szybkość parowania rozpuszczalników i zwiększanie się lepkości materiału, a brak stałości przepływów powietrza może prowadzić do różnic w szybkości przepływu materiału podczas aplikacji i nieoczekiwanych problemów, takich jak efekt ‘skórki pomarańczowej’. Jeśli stosuje się etap  utwardzania w piecu, zastosowanie podwyższonej temperatury może początkowo prowadzić do zmniejszania się poziomu lepkości i lepszego rozpływania się materiału po płytce, co jednak może prowadzić do tego, iż obszary płytki które miały pozostać wolne od powłoki również zostaną pokryte lub utworzą się niepożądane pęcherzyki powietrza. Podobnie, wysokie tempo zmian temperatury może prowadzić do nadmiernego bąbelkowania, tak więc konieczne jest kontrolowanie szybkości narastania temperatury i zapewnienie odpowiednio długiego okresu odparowywania rozpuszczalnika.

 

5) Czym jest wicking i jak go uniknąć?

Wicking, czyli ‘przesiąkanie’, jest często używane zamiennie z terminem ‘przepływ kapilarny’, zwłaszcza w kontekście lakierowania. Jest to zdolność cieczy do przepływu w wąskich szczelinach bez pomocy jakichkolwiek sił zewnętrznych. Wąskie szczeliny tworzone są najczęściej poprzez nieuszczelnione złącza lub odstęp między korpusami komponentów a powierzchnią PCB. W przypadku nieuszczelnionych złączy, przełączników itp., głównym problemem jest ‘przesiąkanie’ materiału powłoki i pokrycie powierzchni styków, co zmniejsza kontakt lub potencjalnie nawet izoluje styki, uniemożliwiając poprawne funkcjonowanie złącza lub przełącznika.

W przypadku komponentów o niewielkim dystansie pomiędzy korpusem a PCB, problemy mogą być spowodowane penetracją materiału pod obudową komponentu, prowadzącą do potencjalnych awarii w wyniku naprężeń spowodowanych niedopasowaniem współczynników CTE lub wypychaniem spod nich powietrza, co prowadzi do powstawania otwartych pęcherzyków, stanowiących miejsce inicjacji korozji lub innego rodzaju awarii.

Najlepszym sposobem zapobiegania tym problemom jest stosowanie żelowych wersji materiałów zabezpieczających do uszczelniania podstawy konektorów, przełączników itp. przed nałożeniem ciekłej powłoki. Aby osiągnąć ten sam efekt, można też użyć materiałów maskujących, chociaż nakładanie, utwardzanie i późniejsze usuwanie materiałów maskujących to procesy marnujące sporo czasu i energii. Na rynku jest też dostępna nowa generacja materiałów zabezpieczających, które minimalizują przepływ kapilarny, potencjalnie eliminując konieczność maskowania lub uszczelniania przed aplikacją. 

Źródło: Electrolube

Autor: Phil Kinner

Zdjęcie tytułowe: InterPhone Service

https://www.semicon.com.pl/konwerting-materialow/
https://www.semicon.com.pl/konwerting-materialow/