Конформное покрытие — защитное, воздухопроницаемое покрытие из тонкой полимерной пленки, наносимое на печатные платы (PCB). Конформные покрытия обычно наносятся на электронные схемы толщиной 25–250 мкм [ 1 ] и защищают от влаги и других суровых условий.
Покрытия можно наносить разными способами, в том числе кистью, распылением, распылением и погружением . Многие материалы могут использоваться в качестве конформных покрытий в зависимости от потребностей производителя, например акрил , силиконы , уретаны и парилен . Многие фирмы, занимающиеся сборкой печатных плат, покрывают сборки слоем прозрачного конформного покрытия, которое используется в качестве альтернативы заливке в герметик .
Конформные покрытия используются для защиты электронных компонентов от возможного воздействия окружающей среды, где они позволяют влаге выходить, но защищают от загрязнения. В последнее время конформные покрытия используются для уменьшения образования усов [2] , а также могут предотвратить утечку тока между близко расположенными компонентами.
Точность прецизионных аналоговых схем может снизиться, если изолирующие поверхности загрязнятся ионными веществами, такими как остатки отпечатков пальцев, которые могут стать слегка проводящими в присутствии повышенной влажности. Правильно выбранный материал покрытия может снизить воздействие механических напряжений и вибраций на схему и снизить ее способность работать при экстремальных температурах.
Например, в процессе сборки микросхемы на плате кремниевый кристалл монтируется на плату с помощью клея или пайки , а затем электрически соединяется с помощью проволочного соединения , обычно с помощью золотой или алюминиевой проволоки диаметром 25,4 мкм. Чип и провод хрупкие, поэтому они заключены в разновидность конформного покрытия, называемую верхушкой капли . Это предотвращает случайный контакт и повреждение проводов или чипа. Другое применение конформного покрытия [3] — повышение номинального напряжения плотной схемы. Изоляционное покрытие может выдерживать более сильное электрическое поле , чем воздух, особенно на больших высотах.
За исключением парилена , большинство органических покрытий легко проникают в молекулы воды. Покрытие сохраняет работоспособность электроники, прежде всего, предотвращая попадание ионизирующихся загрязнений, таких как соли, в узлы схемы и их соединения с водой с образованием микроскопически тонкой пленки электролита . Покрытие будет более эффективным, если сначала удалить все поверхностные загрязнения с помощью высокоповторяемого промышленного процесса, такого как обезжиривание паром или полуводная промывка . Отверстия будут контактировать с узлами схемы и образовывать нежелательные проводящие пути.
Материал покрытия можно наносить кистью, распылением, окунанием или выборочно с помощью роботов. Почти все современные конформные покрытия содержат флуоресцентный краситель, помогающий контролировать покрытие паром. [4]
Нанесение кистью осуществляется путем нанесения материала на доску и подходит для нанесения в небольших объемах. Покрытие толще и имеет тенденцию иметь множество дефектов, таких как пузыри. [5]
Напыление может быть выполнено с помощью распылителя аэрозоля или распылителя и подходит для обработки в небольших и средних объемах. Нанесение покрытия может быть ограничено из-за 3D-эффектов. Требования к маскировке имеют меньшую проникающую способность. Этот метод можно применять в покрасочных камерах среднего производства. [5]
Конформное покрытие погружением
Окунание — процесс с высокой повторяемостью. Если печатная плата (PCB) спроектирована правильно, это может быть техника самого большого объема. Покрытие проникает повсюду, в том числе под устройства. Поэтому многие печатные платы из-за своей конструкции непригодны для погружения.
Проблема тонкого покрытия наконечника, когда материал оседает вокруг острых кромок, может стать проблемой, особенно в конденсирующейся атмосфере. Этот эффект покрытия кончиков можно устранить либо двойным погружением печатной платы, либо использованием нескольких тонких слоев распыленного напыления.
Селективное покрытие машинным способом
При селективном машинном нанесении покрытия используются игла и распылитель, нераспылитель или технология ультразвукового клапана, который может перемещаться над печатной платой и распылять материал покрытия в выбранных областях. Скорость потока и вязкость материала программируются в компьютерной системе, управляющей аппликатором, так, чтобы поддерживать желаемую толщину покрытия. Этот метод эффективен для больших объемов при условии, что печатные платы предназначены для этого метода. В процессе выбора покрытия существуют ограничения, такие как капиллярные эффекты вокруг низкопрофильных разъемов, которые случайно всасывают покрытие.
Качество процесса нанесения покрытия погружением или заливкой, а также технологии безатомного распыления можно улучшить, применяя и затем сбрасывая вакуум, пока узел погружен в жидкую смолу. Это заставляет жидкую смолу проникать во все щели.
Для стандартных акриловых красок на основе растворителей сушка на воздухе (образование пленки) является обычным процессом, за исключением случаев, когда важна скорость. 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. [7]
Конформные покрытия, отверждаемые УФ-излучением, устойчивы к термоциклированию.
При отверждении влагой нанесенное смоляное покрытие реагирует на влагу в атмосфере и полимеризуется под воздействием влаги, создавая гомогенизированное покрытие. Процесс отверждения может занять до нескольких дней. [8]
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 толщина покрытия, рекомендуемая стандартами IPC, составляет 50–210 мкм (0,0020–0,0083 дюйма).
Существует несколько методов измерения толщины покрытия, и они делятся на две категории: влажная пленка и сухая пленка.
Измерения влажной пленки предназначены для конформных покрытий, где толщину сухой пленки можно измерить только разрушающим способом или путем чрезмерного нанесения конформного покрытия. Калибры мокрой пленки наносятся на мокрое конформное покрытие; зубцы указывают толщину покрытия.
Альтернативой измерению влажной пленки является использование вихревых токов. Система работает путем размещения испытательной головки на поверхности конформного покрытия. Измерение обеспечивает повторяемый результат измерения толщины.
Тестовые купоны можно заархивировать как физическую запись.
При наличии жидкой воды в покрытии могут образовываться микроотверстия. Это считается дефектом и может быть устранено с помощью соответствующих мер и обучения. Эти методы эффективно «заполняют» или «соответствуют» компонентам, полностью закрывая их. [ нужна цитата ]
Традиционно контроль защитного покрытия проводился вручную. Инспектор обычно осматривает каждую печатную плату под длинноволновой УФ-лампой высокой интенсивности. Инспектор проверяет соответствие стандартам. В последних разработках в области автоматизированного оптического контроля (AOI) конформных покрытий начали использоваться автоматизированные системы контроля, которые могут быть основаны на камерах или сканерах.
Неправильный выбор может повлиять на долгосрочную надежность печатной платы, а также вызвать проблемы с обработкой и затратами. [9]
Наиболее распространенными стандартами для конформного покрытия являются IPC A-610 [10] и IPC-CC-830. [11] В этих стандартах перечислены признаки хорошего и плохого покрытия и описаны различные механизмы отказа, такие как обезвоживание .
Другой тип покрытия, называемый париленом , наносится методом вакуумного осаждения при температуре окружающей среды. Пленочные покрытия толщиной от 0,100 до 76 мкм можно наносить за одну операцию. Толщина покрытия одинакова даже на неровных поверхностях. Желаемые точки контакта, такие как контакты батареи или разъемы, должны быть закрыты воздухонепроницаемой маской, чтобы предотвратить попадание парилена на контакты. Нанесение перилена — это периодический процесс, который не поддается обработке в больших объемах.
Различные материалы обладают уникальными свойствами, которые делают их пригодными для различных применений. Ниже приведено сравнение свойств различных химических составов конформных покрытий.