Філ Кіннер (Phil Kinner) з Electrolube представляє випробування двокомпонентних (2K) захисних матеріалів.
Оскільки електроніка піддається все більш суворим умовам експлуатації, вимоги до захисних покриттів також зростають. У той же час екологічні норми також змінюються, зменшуючи використання розчинників і летких органічних сполук (ЛОС). Добре відомим рішенням є використання фарб на силіконовій основі з меншим вмістом розчинників, але їх застосування часто обмежене ризиком забруднення силіконом або просто нездатністю забезпечити ефективний захист у складних середовищах, особливо при високій вологості та в середовищі корозійних газів.
Використання однокомпонентних лаків, що твердіють під впливом УФ-світла, значно зросло в останнє десятиліття, частково через збільшення швидкості полімеризації, що, у свою чергу, впливає на продуктивність процесу. Однак при використанні однокомпонентних лаків часто виникають проблеми з їх затвердінням: якщо плата містить високі компоненти, які перешкоджають проходженню УФ-променів, якість самого затвердіння знижується. Як наслідок, у процес необхідно ввести додатковий механізм затвердіння, який зазвичай активується наявністю вологи або тепла.
На ринку з’явилося нове покоління двокомпонентних захисних покриттів, призначених для нанесення селективного покриття, які не містять ЛОС та швидко твердіють. Самі хімічні сполуки, які є основою нового покоління «2К» покриттів Electrolube, не є новими, але новиною є процес селективного 2K покриття без розчинників, що дає абсолютно нові технологічні можливості.
Двокомпонентні матеріали є альтернативою УФ-лакам і силіконам, які не містять розчинників, але вимагають менше обладнання, ніж УФ-лаки, і мають кращу продуктивність у складних умовах порівняно з силіконами. Компанія Electrolube провела ретельні випробування двокомпонентних матеріалів, УФ-матеріалів та силіконів, які включали випробування на термічний шок, силовий сольовий спрей, конденсацію та тестування змішаного потоку газу (mixed flowing gas, MFG).
Досягнення в технології селективного захисного покриття
Труднощі, пов’язані з необхідністю підтримувати швидкість дозування на досить низькому рівні, зберігаючи правильні пропорції обох компонентів, нещодавно були подолані шляхом розробки спеціальних гвинтових насосів із прогресуючою передачею (мал. 1).
Малюнок 1: Приклади клапанів для нанесення двокомпонентних захисних покриттів.
Насоси контролюють потік кожного компонента з точністю до 1%, таким чином забезпечуючи відповідні пропорції обох компонентів, а отже, належні умови для затвердіння речовини. Крім того, швидкість розпилювальної головки може бути в 3 рази вищою, ніж у традиційних матеріалів, що скорочує час дозування. Незважаючи на те, що двокомпонентні покриття можна наносити тонким шаром (50-75 мкм), вони були розроблені та випробувані для створення набагато товстіших покриттів (250-300 мкм), забезпечуючи чудовий захист компонентів та їх проводів.
Спеціально для випробування опору ізоляції поверхні (SIR) був розроблений новий модуль для імітації реальних умов із рядами нефункціональних компонентів, як показано на мал. 2.
Малюнок 2: Тестовий модуль SIR компанії Electrolube
Випробування на термічний удар
Тест на термічний удар часто використовується в автомобільній промисловості і його метою є оцінка ймовірності розтріскування захисного шару в результаті різких змін температури. Багато УФ-покриттів, які зараз використовуються, не можуть пройти 1000 повторень цього тесту без розтріскування.
Захисні покриття, наведені в табл. 1, були протестовані та нанесені за допомогою обладнання Asymtek SelectCoat SL-940E. Усі вони були нанесені як на мінімальну, так і на максимальну товщину плівки відповідно до промислових стандартів Покриття затверділи відповідно до рекомендацій виробника і були залишені на наступні 4 тижні для повного затвердіння. Потім плати були піддані 1000 циклам випробувань на температурний удар від -40°C до +130°C у камері ESPEC TSA-102EL. Плати візуально перевіряли під 50-кратним збільшенням кожні 100 циклів, 200 циклів і до повних 1000 циклів.
Результати випробувань чітко вказують на дуже хороші характеристики двокомпонентних покриттів у випробуванні на термічний удар порівняно з конкуруючими УФ-матеріалами або покриттями на основі розчинників (табл. 1). Цікаво, що, незважаючи на утворення шару, товщого в 2,5 рази, ніж УФ-покриття, їх здатність проходити випробування на термічний удар була порівнянна з покриттями на основі силікону, які вважаються дуже стійкими до цього випробування.
Таблиці 1. Тестування захисного покриття/товщини
| Покриття | Мін. товщина, мікрон (міл) | Тепловий удар | Макс. товщина, мікрон (міл) | Циклів теплового удару до відмови |
| AFA-F | 25 (1) | >1000 | 55 (2.1) | >1000 |
| UR1 | 29 (1.1) | <100 | 62 (2.3) | <19 |
| 2K300 | 113 (4.5) | >1000 | 259 (10.2) | >1000 |
| 2K500 | 103 (4) | >1000 | 255 (10) | >1000 |
| UV1 | 109 (4) | <100 | 153 (6.1) | <100 |
| UV2 | 101 (4) | 800-1000 | 145 (5.8) | 800-1000 |
| UV3 | 61 (2.3) | 600-800 | 156 (6.2) | 600-800 |
| UVCL | 89 (3.6) | >1000 | 152 (6.1) | >1000 |
| SR1 | 107 (4.3) | >1000 | 269 (10.8) | >1000 |
| SR2 | 117 (4.7) | >1000 | 288 (11.6) | >1000 |
Малюнок 3: Приклади відмов при термічному ударі (UV1-3)
Випробування в сольовому тумані
Після завершення випробування на температурний удар і візуального огляду плати піддавали випробуванню сольовим туманом (5% NaCl(вод.)) протягом 96 годин. Підсумок тесту показано на мал.4.
Малюнок 4: Підсумок випробування сольовим туманом.
Двокомпонентні покриття показали дуже добрі властивості в тесті на сольовий туман, подібні до покриттів на основі силікону, як у вологій фазі тесту, так і після висихання. Навпаки, УФ-матеріали та уретанові сполуки, що містять розчинник, які тріснули під час випробування тепловим ударом, показали відносно низький захист під час випробування та незначне покращення після завершення випробування.
Випробування на стійкість до впливу корозійних газів
На наступному етапі плати піддавали впливу корозійних газів протягом 28 днів (змішаний газ, MFG) відповідно до вимог стандарту IEC 68-2-60, клас 3, як показано нижче в табл. 2.
Таблиця 2: Випробування на стійкість до впливу корозійних газів
| Температура | Відносна вологість | Газ | SO2 | H2S | NO2 | CL2 |
| 25°C | 75% | концентрація / ppb (млрд−1) | 200 | 100 | 200 | 20 |
Вимірювання опору ізоляції поверхні (SIR) проводили в природних умовах навколишнього середовища (тобто 25°C, 50% відносної вологості) перед початком випробування, з тижневими інтервалами та через 24 години після його завершення. Результати показано на мал.5.
Малюнок 5: Підсумок результатів тесту на стійкість до впливу корозійних газів (MFG).
Як і очікувалося, матеріали, які не тріснули на попередніх етапах тестування, також краще витримали тест MFG. Матеріали на основі силікону показали схожі властивості з УФ-матеріалами (де раніше були виявлені тріщини), що свідчить про те, що вони мають пори, через які можуть проходити корозійні гази. Більш товсті двокомпонентні матеріали і акрили, які не потріскалися на ранніх етапах випробування, мають дуже хороші захисні властивості від корозійних газів.
Випробування на вплив конденсату
Тести на вплив конденсату стають все більш популярними, особливо в в автомобільній промисловості. Через деяку невідповідність традиційних методів Національна фізична лабораторія Великобританії (UK National Physical Laboratory) розробила альтернативний тест на вплив конденсату, де умови навколишнього середовища в лабораторній камері є стабільними, а температура опускається нижче точки роси, що спричиняє утворення вологи на більш холодній поверхні досліджуваного модуля.
Малюнок 6: Налаштування тесту на конденсацію NPL із використанням охолоджувальної плити для зниження температури основи нижче точки роси.
Розглянувши два типи компонентів або модулів, які зазвичай використовуються, – перевірені BGA та SOIC, показану на мал. 7 – то на мал. 8 і 9 можна побачити, як рівні захисту покриттів змінюються залежно від циклу конденсації.
Малюнок. 7: Тестова плата SIR, на якій показані місця тестування BGA та SOIC
Малюнок 8: Рівень опору ізоляції поверхні на захищених і незахищених модулях SOIC під час тесту на конденсацію.
Малюнок 9: Рівень опору ізоляції поверхні на захищених і незахищених BGA під час тесту на конденсацію.
В цілому в обох випадках рівень захисту поверхні під час і після випробування на конденсацію для двокомпонентних матеріалів не відрізняється, що свідчить про високий рівень їх захисту від конденсації. Акрилові матеріали також виявився постійним бар’єром для SOIC, однак у випадку з BGA під компонентом було виявлено деяку кількість вологи, яка згодом випарувалася, але під час її появи показники погіршилися. З іншого боку, незахищені компоненти продемонстрували сильне погіршення опору ізоляції поверхні. У випадку BGA існували умови, що сприяли короткому замиканню, потенційній корозії та росту дендритів.
Висновки
В результаті проведених випробувань двокомпонентні поліуретанові покриття показали дуже хороші властивості порівняно з іншими видами покриттів. Той факт, що вони можуть утворювати більш товсті покриття без ризику розтріскування, забезпечує кращу стійкість до термічного удару, сольових туманів, корозійних газів і випробувань на конденсацію. Таким чином, вони відповідають вимогам автомобільної промисловості.
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
Лайкнуть
Твитнуть