Електронні компоненти і системи 
У статті зазначено позитивний вплив плазми на поверхню друкованої плати перед нанесенням захисного шару, а також містяться рекомендації щодо оптимального налаштування процесу.
Вступ
Корозію клем з фінішним покриттям нікель-паладій-золото (Ni-Pd-Au) у вологому середовищі можна зменшити шляхом нанесення захисного покриття, наприклад, акрилового. Корозія зазвичай виникає навколо згину останнього штифта. Радіочастотна (РЧ) плазмова обробка завдяки іонній взаємодії покращує адгезію захисного покриття до поверхні, але вплив цього процесу на функціональність зібраних друкованих плат не настільки добре відомий. Мета експерименту, описаного в статті Nordson March, полягає в тому, щоб оцінити, чи може плазмова обробка покращити адгезію та ступінь покриття акрилового захисного покриття на друкованих платах, зокрема на клемах Ni-Pd-Au з коліном, і чи може плазмова обробка вплинути на електричну функціональність компонентів та повністю зібрану друковану плату. Для оцінки ступеня акрилового покриття коліна після плазмової обробки використовувався оптичний метод, а для визначення електричної функціональності схеми використовувалися електричні тести.
Відомо, що клеми, покриті нікель-паладієм-золотом (Ni-Pd-Au), поширеним покриттям клем, схильні до корозії, особливо під час використання на відкритому повітрі. Загальновідомо, що захисні покриття – париленове, уретанове, епоксидне або акрилове – знижують ймовірність виникнення корозії. Однак в описуваній статті найбільшу увагу було приділено зчепленню захисного покриття з друкованою платою. Реактивне іонне бомбардування з використанням радіочастотної аргонової плазми є одним із відомих методів підвищення поверхневої адгезії за допомогою кінетичної передачі атомної енергії, що падає на поверхню під бомбардуванням, що створює обірвані зв’язки (dangling bonds). Кисень також розглядався для одночасного використання з аргоном через його здатність видаляти флюси та органічні сполуки, виявлені в процесах оплавлення припою, які неможливо видалити за допомогою звичайної промивки водою. Для перевірки ефекту плазмової обробки перед нанесенням захисного покриття було обрано покриття на основі акрилу.
Як уже згадувалося, особливу увагу було приділено якості захисного покриття навколо клем Ni-Pd-Au та їх колін. Хоча плазмова обробка має явні переваги в цьому відношенні, існували побоювання, що вона вплине на функціональність компонентів, які використовувались на друкованій платі.
Дослідження спільно провели Nordson ASYMTEK, Nordson MARCH, AirBorn Electronics і Desich SMART Center (DSC). В експерименті використовувався Humiseal 1B31 Acrylic.
Оцінка проводилася в три етапи:
- Етап 1: Перевірка впливу параметрів радіочастотного процесу аргонової плазми на дмскретні компоненти, щоб зменшити занепокоєння щодо впливу тиску вакууму та потужності плазми на електричні функції.
- Етап 2: : Оцінка впливу потужності плазми та технологічних газів на напівзаповнену друковану плату за допомогою оптичної метрології та електричних випробувань
- Етап 3: Оцінка впливу параметрів процесу, таких як час впливу плазми та тиск технологічного газу, на частково або повністю зібрані друковані плати за допомогою електричних випробувань та оптичної метрології.
На етапі 1 дискретні компоненти були протестовані для оцінки впливу параметрів плазмового процесу на той самий тип електролітичних конденсаторів, що використовуються на повністю заповнених платах. Для кожного конденсатора було виміряно ємність і імпеданс, а також було підключено до схеми генератора, який виробляв ємнісну частоту до та після початкового тиску та плазмового тестування. Зразки піддавали вакуумному тиску 10 мТорр і проходили базову аргонову радіочастотну плазму, щоб встановити мінімальну зміну перевіреної електричної функціональності.
На етапах 2 і 3 експерименту використовувалися чотири комплекти друкованих плат. Комплект A складався з шести частково зібраних друкованих плат, кожна з яких містила мікроконтролер і компоненти SMT, які можна було використовувати для живлення мікроконтролера та ввімкнення світлодіода. Комплект B складався з шести плат лише для мікроконтролерів, призначених для використання виключно для оптичних вимірювань. Комплект C складався з шести повністю заповнених і функціональних плат із дискретними компонентами та компонентами SMT. Комплект D складався з однієї повністю зібраної плати, яка використовувалася як контрольна, без обробки радіочастотною плазмою.
На етапі 2 було виміряно товщину зразків з конформним покриттям, щоб отримати базові дані про товщину плівки та переконатися в можливості проведення оптичних вимірювань за допомогою акрилу Humiseal® 1B31 на плоскій поверхні.
Етап 3 складався з оптичних вимірювань кожної плати в комплекті B на DSC та електричного тестування кожної плати в наборі C на AirBorn. Плати в комплекті C не вимірювалися оптично через обмеження оптичного фокусу та розміру компонентів на повністю заповненій платі. Плата з набору B була запущена з платою з набору C з такими самими налаштуваннями плазми. Кожна пара плат була оброблена з різним часом плазми та тиском заповнюючого газу під час плазмового процесу. Плати в наборі C були електрично випробувані після захисного покриття. Плати в наборі B були оптично виміряні після захисного покриття.
Більш детальний опис того, як проводився експеримент, можна дізнатися з .
Результати
Випробування на етапі 1 показали зміни електричних параметрів усіх електролітичних конденсаторів до та після вакуумної та плазмової обробки менше ніж на 2%, що було в межах допустимих рівнів.
Оптична оцінка на етапі 2 показала загальну товщину 40-60 мкм акрилу 1B31 на штифтах плат комплекту A. Виводи мікроконтролера Ni-Pd-Au без покриття мали товщину коліна від 220 до 230 мкм у точці вимірювання. Оптичні вимірювання, проведені після попереднього та наступного покриття, показали збільшення товщини нанесеного акрилу після використання плазми з радіочастотною потужністю 225 Вт із сумішшю аргон/кисень у пропорції 80/20% відповідно. Коли використовувався Ar/O2, товщина захисного шару збільшилася до 275-285 мкм, виміряної на вихідному коліні.
Варто підкреслити, що збільшення товщини захисного шару було на 15% більше, ніж у випадку плазмової обробки лише в атмосфері аргону. Візуальні спостереження показали, що акрилове покриття мало краще покриття, особливо під контактом і на нижній частині мікроконтролера (мал. 1). Коли процес плазмової обробки виконувався без присутності O2, між штифтами мікроконтролера часто утворювалися «стрингери» та бульбашки (мал. 2). Товщина покриття на штифтах після використання суміші Ar/O2 була однаковою для плазми потужністю 225 Вт та 300 Вт, тоді як в обох випадках товщина була на 5% більшою, ніж для 150-ватної плазми, тому плазма 225 Вт була вказана у специфікації як оптимальна із сумішшю 80/20% аргону та O2. Плати, які були електрично випробувані на етапі 2, виявилися повністю функціональними: кожен мікроконтролер мав живлення, виводив запрограмовані коливання та міг приймати новий код.
Малюнок 1: Коплект плат A до обробки Ar/O2 (ліворуч) і комплект плат B після обробки змішаною плазмою Ar/O2 (праворуч).
Оптичні вимірювання на етапі 3 показали загальну товщину 40-60 мкм акрилового покриття 1B31 на платах комплекту B. Коли технологічний тиск Ar/O2 було збільшено зі 150 мТорр до 500 мТорр, вихідне коліно залишалося добре покритим, але можна було спостерігати додаткові стрингери і бульбашки під штифтом і навколо основи мікроконтролера. Бульбашки, які виникли після обробки під тиском 500 мТорр, спричинили труднощі при прямому вимірюванні товщини на коліні; однак , за оцінками, вона становила від 240 мкм до 260 мкм.
Малюнок 2: Плата до (ліворуч) і після (праворуч) обробки за оптимальних налаштувань
Результати показують, що плазмова обробка може покращити якість захисного покриття, а також збільшити товщину покриття навколо коліна.
Висновки
Плазмова обробка друкованих плат за допомогою Nordson MARCH AP-300 підвищила якість акрилового покриття Humiseal® 1B31 на платі, не впливаючи на електричні функції. Етап 2 показав, що процес при потужності 225 Вт дав ті самі результати щодо якості покриття, що й при потужності 300 Вт, тому рекомендується менша потужність (менша потужність зменшує можливий ризик пошкодження активних компонентів на платі). Подібним чином нижчий тиск процесу 150 мТорр було обрано як оптимальне налаштування, оскільки вважається, що вищий тиск обмежує можливості аргонової плазми (при більш високому тиску процесу середній вільний пробіг заряджених частинок зменшується через збільшення присутності додаткового газу, що зменшує кінетичний ефект бомбардування) . Автори також вказали, що для оптимальної настройки процесу слід використовувати суміш аргону і кисню з концентрацією 80-20% відповідно.
Джерело: The Effects of Plasma Treatment Prior to Conformal Coating © Nordson March.Autorzy: John D. Vanderford, Ann E. Paxton i Dave Selestak
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
