5 ПОРАД ДИЗАЙНЕРАМ: ЗАХИСНІ ПОКРИТТЯ

14.11.2022 |

У статті розглядаються 5 факторів, які дизайнер повинен враховувати на етапі проектування, щоб забезпечити належне нанесення захисного покриття.

Макет друкованої плати, тривалість циклу нанесення та хімічні властивості захисного покриття можуть вплинути на дизайн системи з точки зору вимог до його нанесень. Отже, які ключові фактори слід мати на увазі, щоб досягти найкращих результатів у процесі нанесення захисного покриття?

У цій статті описано деякі з ключових проблем і поширених запитань щодо захисних покриттів, які будь-який інженер-конструктор повинен враховувати при визначенні цього процесу. Оскільки системи стають дедалі щільніше упакованими, а конструкції корпусів часто стають більш проникними, щоб зменшити їх вагу, використання захисних покриттів стає необхідним для захисту вузла від робочого середовища та забезпечення прийнятної надійності для передбаченого застосування, особливо при роботі в агресивному середовищі. Отже розглянемо основні п’ять ключових факторів, які необхідно враховувати при виборі того чи іншого методу нанесення захисного покриття.

1) Як дизайн друкованої плати впливає на процес нанесення захисного покриття?

Конструкція друкованої плати може мати значний вплив на успіх операції нанесення захисного покриття, вирішуючи методи захисту, які можна використовувати, і визначаючи, який ступінь захисту може бути досягнутий протягом необхідного часу циклу. Загалом, чим менше ділянок на друкованій платі потрібно звільнити від нанесення покриття, тим швидшим буде час циклу покриття. Якщо час циклу нанесення покриття надто довгий, тоді можна визначити найбільш чутливі частини вузла та зосередитися на цій ділянці в межах доступного часу циклу або розділити процес нанесення покриття на декілька робочих станцій.

Розробники повинні знати, що в більшості застосувань покриття країв вузла не є бажаним/потрібним. Більшість стандартів проектування не дозволяють розміщувати контури внутрішнього шару ближче ніж на 0.63 мм від краю плати. Фрезерування країв друкованої плати розподіляє епоксидну смолу на нарізані скловолокна або армуючі матеріали, ущільнюючи внутрішні шари. Розробник може зазначити краї плати з покриттям, де таке ущільнення не відбувається, наприклад, у випадку V-подібних канавок, перфорованих або зрізаних країв.

Однією з областей, де дизайнери можуть дійсно допомогти у процесі виробництва, є технічне креслення, щоб визначити, де захисні покриття є лише «опцією» або «не має значення». Для того, щоб процес нанесення покриття пройшов якомога гладко, найкраще визначити зони, які потребують і не потребують покриття, а також ділянки, де це не має значення.

Іншою корисною тактикою є розміщення з’єднувачів і компонентів, на які не повинно наноситися покриття, уздовж одного краю вузла, що спрощує процес нанесення захисного покриття. Крім усього іншого, це дозволяє розглядати метод нанесення покриття зануренням як потенційну альтернативу, прискорюючи час нанесення та знижуючи витрати.

Також слід уникати великих масивів окремих компонентів, які можуть створювати величезні проблеми для процесу нанесення покриття через високий рівень капілярних сил. Це накопичення часто призводить до утворення ділянок без захисного шару або ділянок із надлишковою товщиною шару, схильних до розтріскування під напругою, розшарування та інших дефектів. Ще одна проблема – високі компоненти, що створюють затінені або важкодоступні місця. Розбризкування — ще одна пов’язана проблема. Для цього уникайте розміщення високих елементів безпосередньо біля компонентів, на які обов’язково повинно бути нанесення захисне покриття.

2) Як визначити товщину покриття?

При визначенні товщини покриття на технічному кресленні промисловою практикою є вимірювання покриття на плоскій незасліпленій ділянці вузла, а не на таких елементах, як виводи компонентів. Оскільки багато сучасних збірок мають велику кількість компонентів, часто важко знайти рівну, вільну ділянку збірки. Тому загальноприйнятою практикою є використання для таких вимірювань спеціально підготовлених тестових плат.

Розробники повинні знати, що «номінальна товщина», виміряна на плоских, вільних ділянках або контрольних платах, не збігається з товщиною покриття, отриманою, наприклад, на куті окремих компонентів або на виводах мікросхеми, де товщина може бути порядку 1 мікрометр або менше, з номінальною товщиною 25 або 50 мікрон. У недавньому дослідженні IPC під назвою «Conformal Coating – State of the Industry» були отримані дуже вражаючі результати, корисні багатьом людям, які припускали, що вони всюди досягають 25 мікрон.

Ключовим моментом є те, що номінальна товщина покриття є лише основним параметром процесу, а фактичне покриття штифтів і компонентів набагато важливіше для надійності збірки та має враховуватися всіма сторонами. Мета полягає в тому, щоб досягти максимально можливого покриття  і потрібно провести міжсекційний аналіз, щоб зрозуміти, як процес застосування забезпечує цей критичний параметр для кінцевого успіху. Вимірювання на контрольній платі вказуватиме лише на те, що ваш процес істотно змінився.

3) Чому так важлива тривалість циклу нанесення покриття?

В ощадливому виробництві тривалість циклу покриття є критичною вимогою для забезпечення стійкості всієї виробничої лінії. Тому бажано, щоб час циклу нанесення покриття був якомога коротшим, гарантуючи, що накопичення буде видалено якомога швидше, якщо будь-які попередні операції будуть зупинені.

Наприклад, розглянемо машину для селективного нанесення покриття, яка наносить смуги захисного матеріалу. Смуги захисного покриття можна наносити, щоб сформувати запланований візерунок і уникнути таких ділянок, як перемикачі, роз’єми та контрольні точки, які не повинні покриватися. Нанесені смуги зазвичай мають ширину 8-15 мм, що забезпечує оптимальну точність і мінімізує розбризкування матеріалу. Якщо площа, яку потрібно покрити, менше 8 мм, необхідно використовувати етап дозування, що подовжує час циклу.

Завдяки поєднанню точності позиціонування машини по осі X/Y, динаміки рідини матеріалу та топографії компонентів, 2-3 мм зазвичай є достатньою відстанню, яку потрібно дотримуватися від зон, на які не потрібно наносити захисне покриття, щоб створити безпечний, повторюваний процес. Навпаки, ділянки, які потрібно захистити та які не потрібно захистити, розташовані на відстані менше 2-3 мм одна від одної, є складними та вимагають дозованого нанесення, що знову ж таки негативно впливає на тривалість циклу.

4) Як покращити текучість матеріалу покриття?

Для багатьох покриттів важко обмежити потік покриття від місця нанесення до суміжних ділянок, оскільки покриття мають певний рівень капілярного потоку (який часто називають проникнення), який переносить покриття на незаплановані ділянки. Це знову ж таки проблема, пов’язана з тим, що компоненти, на які не треба наносити захисне покриття, розташовані поруч із компонентами, які потребують покриття. Наприклад, розміщення зони, яку неможливо захистити, біля основи високого компонента, такого як електролітичний конденсатор, спричинить багато виробничих проблем, оскільки покриття буде стікати по високому компоненту в захисну зону.

Текучість покриття також важлива для компонентів з низьким зазором, таких як BGA або CSP, які можуть мати мікроотвори під ними. Покриття може просочуватися під компоненти та крізь отвори на протилежну сторону вузла. Щоб уникнути цієї проблеми, отвори під компонентами з низьким зазором можна захистити паяльною маскою, заповнити припоєм або відповідним матеріалом для заповнення отворів. Крім того, наявність захисного покриття, наприклад, під BGA, може істотно знизити надійність паяних з’єднань. Процес нанесення покриття повинен бути розроблений таким чином, щоб мінімізувати попадання покриття під BGA, або йому має передувати використання матеріалу Underfill компанії Electrolube для підвищення механічної надійності з’єднань.

5) Які ще процеси можуть вплинути на захисне покриття?

Залишки флюсу від паяльних паст, які не потребують очищення, а також від етапів вибіркового паяння або пайки хвилею, можуть суттєво вплинути на адгезію покриття та його здатність захищати вузол. Перед нанесенням покриття в процесі «без очищення» слід провести випробування на відповідність, а також необхідно переконатися, що процеси пайки залишаються під суворим контролем.

Розробник повинен знати, які виробничі операції можна проводити після нанесення та затвердіння захисного покриття, оскільки інші матеріали, такі як термомастильні матеріали та ремонтні хімікати, можуть впливати на цілісність і загальні властивості покриття. Крім того, вибираючи клеї, завжди переконайтеся, що вони сумісні з вибраними кріпильними матеріалами.

Щоб забезпечити отримання повністю правильного захисного покриття, важливо прийняти обґрунтовані рішення щодо проектування на якомога ранньому етапі та зрозуміти, як кожен етап виробництва впливає на поверхню друкованої плати. Впровадження цих методів запобігає потенційним виробничим катастрофам не лише для захисних покриттів, але й також для інших виробничих напрямків.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl