Конформное покрытие — это защитное, воздухопроницаемое покрытие из тонкой полимерной пленки, наносимое на печатные платы (ПП). Конформные покрытия обычно наносятся толщиной 25–250 мкм [1] на электронные схемы для защиты от влаги и других веществ.
Покрытия можно наносить разными способами, включая нанесение кистью, распыление, дозирование и погружение . В качестве конформных покрытий можно использовать многие материалы в зависимости от потребностей производителя, например, акрил , силикон , уретан и парилен . Многие компании, занимающиеся сборкой печатных плат, наносят на сборки слой прозрачного конформного покрытия в качестве альтернативы заливке .
Конформные покрытия используются для защиты электронных компонентов от возможного воздействия окружающей среды; они позволяют влаге выходить, но защищают от загрязнения. В последнее время конформные покрытия используются для уменьшения образования усов [2] и предотвращения утечки тока между близко расположенными компонентами.
Точность прецизионных аналоговых схем может ухудшиться, если изолирующие поверхности загрязняются ионными веществами, такими как остатки отпечатков пальцев, которые становятся слабопроводящими при повышенной влажности. Правильно выбранное покрытие из материала может уменьшить воздействие механических напряжений и вибраций на схему и ее способность работать при экстремальных температурах.
Например, в процессе сборки чипа на плате кремниевый кристалл монтируется на плату с помощью клея или пайки , а затем он электрически соединяется с помощью проволочного соединения , как правило, с помощью золотой или алюминиевой проволоки диаметром 25,4 мкм . Чип и провод являются хрупкими, поэтому они инкапсулированы в версию конформного покрытия, называемую blob top . Это предотвращает случайное прикосновение к проводам или чипу от повреждения. Другое применение конформного покрытия [3] заключается в увеличении номинального напряжения плотной сборки схемы. Изоляционное покрытие может выдерживать более сильное электрическое напряжение , чем воздух, особенно на больших высотах.
За исключением парилена , большинство органических покрытий легко проницаемы для молекул воды. Покрытие сохраняет производительность электроники, в первую очередь, предотвращая попадание загрязняющих веществ, которые могут ионизироваться, например, солей, в узлы схемы и их соединение с водой с образованием микроскопически тонкой электролитной пленки. Покрытие более эффективно, если сначала удалить все поверхностные загрязнения, используя высоковоспроизводимый промышленный процесс, такой как паровое обезжиривание или полуводная промывка . Отверстия будут контактировать с узлами схемы и образовывать нежелательные токопроводящие пути.
Материал покрытия может быть нанесен кистью, распылением, погружением или выборочным покрытием роботами. Почти все современные конформные покрытия содержат флуоресцентный краситель, помогающий при инспекции покрытия парами. [4]
Нанесение кистью работает путем нанесения материала на доску и подходит для нанесения в небольших объемах. Отделка толстая и склонна к дефектам, таким как пузыри. [5]
Нанесение покрытия распылением может быть завершено с помощью аэрозольного распылителя или пистолета-распылителя и подходит для обработки в малых и средних объемах. Нанесение покрытия может быть ограничено из-за 3D-эффектов. Требования к маскировке имеют меньшую проникающую способность. Этот метод может быть реализован в покрасочных камерах для производства в средних масштабах. [5]
Погружение — это высоковоспроизводимый процесс. Если печатная плата (ПП) спроектирована соответствующим образом, это может быть самым объемным методом. Однако покрытие проникает всюду, в том числе под устройства, поэтому многие конструкции ПП не подходят для погружения.
Проблема тонкого покрытия наконечника, когда материал оседает вокруг острых краев, может быть проблемой, особенно в конденсирующейся атмосфере. Этот эффект покрытия наконечника можно устранить либо двойным погружением печатной платы, либо использованием нескольких тонких слоев распыленного распыления .
Селективное покрытие машиной использует иглу и распыляющий распылитель, нераспыляющий распылитель или технологию ультразвукового клапана, который может перемещаться над печатной платой и распылять материал покрытия в выбранных областях. Расход и вязкость материала программируются в компьютерной системе, контролируя нанесение так, чтобы поддерживалась желаемая толщина покрытия. Этот метод эффективен для больших объемов, при условии, что печатная плата разработана для этого метода. Существуют ограничения в процессе селективного покрытия, такие как капиллярные эффекты вокруг низкопрофильных разъемов, которые случайно всасывают покрытие.
Качество процесса нанесения покрытия методом погружения или плотины и заполнения, а также технология неатомизированного распыления могут быть улучшены путем применения и последующего сброса вакуума, пока сборка погружена в жидкую смолу. Это загоняет жидкую смолу во все щели.
Для стандартных акрилов на основе растворителя воздушная сушка (образование пленки) является нормальным процессом, за исключением случаев, когда скорость имеет решающее значение. Затем можно использовать термическое отверждение , используя печи периодического действия или поточные печи с конвейерами и используя типичные профили отверждения. [6]
УФ-отверждение конформных покрытий становится важным для крупных пользователей в таких областях, как автомобилестроение и бытовая электроника. [6] Эти покрытия обладают стойкостью к термоциклированию.
При отверждении под воздействием влаги нанесенное смоляное покрытие реагирует на влагу в атмосфере и полимеризуется под воздействием, создавая гомогенизированное покрытие. Процесс отверждения может занять до нескольких дней. [7]
Материал покрытия (после отверждения ) должен иметь толщину 30–130 мкм (0,0012–0,0051 дюйма) при использовании акриловой смолы, эпоксидной смолы или уретановой смолы. Для силиконовой смолы рекомендуемая стандартами IPC толщина покрытия составляет 50–210 мкм (0,0020–0,0083 дюйма).
Существует несколько методов измерения толщины покрытия, которые делятся на две категории: мокрая пленка и сухая пленка.
Измерения мокрой пленки предназначены для конформных покрытий, где толщина сухой пленки может быть измерена только деструктивным методом или путем нанесения конформного покрытия. Измерители мокрой пленки применяются к мокрому конформному покрытию; зубцы указывают толщину покрытия.
Альтернативой измерению мокрой пленки является использование вихревых токов. Система работает путем размещения испытательной головки на поверхности конформного покрытия. Измерение обеспечивает повторяемый результат для измерения толщины.
При наличии жидкой воды в покрытии может образоваться точечное отверстие. Это считается дефектом и может быть устранено соответствующими шагами и обучением. Эти методы эффективно «запечатывают» или «соответствуют» компонентам, полностью покрывая их. [ необходима цитата ]
Традиционно инспекция конформного покрытия проводилась вручную. Инспектор обычно проверяет каждую печатную плату под высокоинтенсивной длинноволновой УФ-лампой. Инспектор проверяет соответствие стандартам. Недавние разработки в области автоматизированного оптического контроля (AOI) конформного покрытия начали использовать автоматизированные системы контроля, которые могут быть основаны на камере или сканере.
Неправильный выбор может повлиять на долгосрочную надежность печатной платы, а также вызвать проблемы с обработкой и стоимостью. [8]
Наиболее распространенными [ требуется ссылка ] стандартами для конформных покрытий являются IPC A-610 [9] и IPC-CC-830. [10] В этих стандартах перечислены признаки хорошего и плохого покрытия и описаны различные механизмы отказа, такие как вымывание .
Другой тип покрытия, называемый париленом , наносится методом вакуумного напыления при температуре окружающей среды. Пленочные покрытия толщиной от 0,100 до 76 мкм можно наносить за одну операцию. Толщина покрытия равномерна даже на неровных поверхностях. Требуемые точки контакта, такие как контакты батареи или разъемы, должны быть закрыты герметичной маской, чтобы предотвратить покрытие контактов париленом. Нанесение перилена — это пакетный процесс, который не подходит для обработки в больших объемах.
Различные материалы обладают уникальными свойствами, которые делают их пригодными для различных применений. Ниже приведено сравнение свойств различных химических веществ для конформных покрытий.