Szczegółowa analiza płytek PCBA do montażu SMT i THT przewlekanego, trzy procesy powlekania powłoką antykorozyjną i kluczowe technologie!
Wraz ze zmniejszaniem się rozmiarów elementów PCBA, rośnie również ich gęstość. Wysokość podparcia między urządzeniami (odległość między płytką PCB a prześwitem) również maleje, a wpływ czynników środowiskowych na PCBA również rośnie. Dlatego stawiamy coraz wyższe wymagania dotyczące niezawodności PCBA w produktach elektronicznych.
1.Czynniki środowiskowe i ich wpływ
Typowe czynniki środowiskowe, takie jak wilgotność, kurz, słona mgiełka, pleśń itp., mogą powodować różne problemy związane z awarią PCBA
Wilgotność
Prawie wszystkie elektroniczne elementy PCB w środowisku zewnętrznym są narażone na korozję, a woda jest najważniejszym medium korozyjnym. Cząsteczki wody są na tyle małe, że przenikają przez szczelinę molekularną w niektórych materiałach polimerowych i wnikają do wnętrza lub docierają do metalu przez otwory w powłoce, powodując korozję. Osiągnięcie przez atmosferę określonego poziomu wilgotności może powodować elektrochemiczną migrację PCB, prąd upływu i zniekształcenia sygnału w obwodach o wysokiej częstotliwości.
Para/wilgoć + zanieczyszczenia jonowe (sole, substancje czynne topnika) = przewodzące elektrolity + napięcie naprężenia = migracja elektrochemiczna
Gdy wilgotność względna w atmosferze osiągnie 80%, powstanie warstwa wody o grubości 5–20 cząsteczek, w której wszystkie rodzaje cząsteczek mogą się swobodnie poruszać. Obecność węgla może powodować reakcje elektrochemiczne.
Gdy wilgotność względna osiągnie 60%, warstwa powierzchniowa urządzenia utworzy film wodny o grubości 2–4 cząsteczek wody, w którym rozpuszczą się zanieczyszczenia i zajdą reakcje chemiczne;
Gdy wilgotność względna w atmosferze wynosi < 20%, prawie wszystkie zjawiska korozyjne ustają.
Dlatego ochrona przed wilgocią jest ważnym elementem ochrony produktu.
W przypadku urządzeń elektronicznych wilgoć występuje w trzech postaciach: deszczu, kondensacji i pary wodnej. Woda jest elektrolitem, który rozpuszcza duże ilości żrących jonów powodujących korozję metali. Gdy temperatura określonej części urządzenia spadnie poniżej „punktu rosy” (temperatury), na jej powierzchni pojawi się kondensacja: elementów konstrukcyjnych lub PCBA.
Pył
W atmosferze znajduje się kurz, a zaadsorbowane jonami zanieczyszczenia osadzają się we wnętrzu urządzeń elektronicznych i powodują awarie. Jest to częsty problem związany z awariami urządzeń elektronicznych w terenie.
Pył dzieli się na dwa rodzajeGruboziarnisty pył to nieregularne cząsteczki o średnicy 2,5–15 mikronów, które zazwyczaj nie powodują uszkodzeń, łuku elektrycznego i innych problemów, ale wpływają na styk złącza. Drobny pył to nieregularne cząsteczki o średnicy mniejszej niż 2,5 mikrona. Drobny pył ma pewną przyczepność do PCBA (forniru), którą można usunąć jedynie za pomocą szczotki antystatycznej.
Zagrożenia związane z pyłem: a. Z powodu osadzania się kurzu na powierzchni PCBA następuje korozja elektrochemiczna i wzrasta wskaźnik awaryjności; b. Największe uszkodzenia PCBA spowodowały kurz + wilgotne ciepło + mgła solna, a liczba awarii sprzętu elektronicznego była największa w obszarach przemysłu chemicznego i górniczego w pobliżu wybrzeża, pustyni (tereny słone i zasadowe) oraz na południe od rzeki Huaihe w porze pleśni i deszczu.
Dlatego ochrona przed pyłem jest istotną częścią produktu.
Mgiełka solna
Powstawanie mgły solnej:Rozpylona sól powstaje pod wpływem czynników naturalnych, takich jak fale oceaniczne, pływy, ciśnienie cyrkulacji atmosferycznej (monsun), nasłonecznienie itd. Wraz z wiatrem przemieszcza się w głąb lądu, a jej stężenie maleje wraz z oddalaniem się od brzegu. Zazwyczaj stężenie rozpylonej soli wynosi 1% w odległości 1 km od brzegu (ale w okresie tajfunów jej zasięg wzrasta).
Szkodliwość mgły solnej:a. uszkodzić powłokę metalowych części konstrukcyjnych; b. Przyspieszenie szybkości korozji elektrochemicznej prowadzi do pękania przewodów metalowych i uszkodzenia elementów.
Podobne źródła korozji:a. Pot dłoni zawiera sól, mocznik, kwas mlekowy i inne substancje chemiczne, które mają takie samo działanie żrące na sprzęt elektroniczny jak mgła solna. Dlatego podczas montażu lub użytkowania należy nosić rękawice, a powłoki nie należy dotykać gołymi rękami; b. Topnik zawiera halogeny i kwasy, które należy oczyścić i kontrolować ich stężenie resztkowe.
Dlatego zapobieganie rozpryskiwaniu się soli jest istotnym elementem ochrony produktów.
Pleśń
Pleśń, potoczna nazwa grzybów nitkowatych, oznacza „grzyby spleśniałe”. Mają one tendencję do tworzenia bujnej grzybni, ale nie wytwarzają dużych owocników, jak grzyby. W wilgotnych i ciepłych miejscach wiele organizmów rośnie gołym okiem w postaci rozmytych, kłaczkowatych lub pajęczynowatych kolonii, czyli właśnie pleśni.
Rys. 5: Zjawisko pleśni PCB
Szkodliwość pleśni: a. fagocytoza i propagacja pleśni powodują osłabienie, uszkodzenie i uszkodzenie izolacji materiałów organicznych; b. metabolitami pleśni są kwasy organiczne, które wpływają na izolację i wytrzymałość elektryczną oraz wytwarzają łuk elektryczny.
Dlatego też środki przeciwgrzybiczne stanowią istotną część środków ochronnych.
Biorąc pod uwagę powyższe aspekty, należy zagwarantować lepszą niezawodność produktu i zapewnić jego możliwie jak najniższą izolację od środowiska zewnętrznego, dlatego wprowadzono proces powlekania kształtowego.
Powłoka PCB po procesie powlekania, pod wpływem fioletowego światła lampy, oryginalna powłoka może być tak piękna!
Trzy powłoki antypoślizgoweOdnosi się do nakładania cienkiej, ochronnej warstwy izolacyjnej na powierzchnię płytki PCB. Jest to obecnie najpowszechniej stosowana metoda powlekania po spawaniu, czasami nazywana powlekaniem powierzchniowym i powłoką konforemną (nazwa angielska: coating, conformal coating). Izoluje ona wrażliwe elementy elektroniczne od trudnych warunków środowiskowych, może znacznie poprawić bezpieczeństwo i niezawodność produktów elektronicznych oraz wydłużyć ich żywotność. Trzy rodzaje powłok antypoślizgowych chronią obwody/podzespoły przed czynnikami środowiskowymi, takimi jak wilgoć, zanieczyszczenia, korozja, naprężenia, wstrząsy, wibracje mechaniczne i cykle termiczne, jednocześnie poprawiając wytrzymałość mechaniczną i właściwości izolacyjne produktu.
Po procesie powlekania PCB na powierzchni tworzy się przezroczysta warstwa ochronna, która skutecznie zapobiega przedostawaniu się wody i wilgoci, zapobiegając wyciekom i zwarciom.
2. Główne punkty procesu powlekania
Zgodnie z wymogami normy IPC-A-610E (Norma dotycząca testowania zespołów elektronicznych) odzwierciedla się to głównie w następujących aspektach:
Region
1. Obszary, których nie można pokrywać powłoką:
Obszary wymagające połączeń elektrycznych, takie jak złote pady, złote palce, metalowe otwory przelotowe, otwory testowe;
Akumulatory i urządzenia do ich naprawy;
Złącze;
Bezpiecznik i obudowa;
Urządzenie do odprowadzania ciepła;
Przewód połączeniowy;
Soczewka urządzenia optycznego;
Potencjometr;
Transduktor;
Brak uszczelnionego przełącznika;
Inne obszary, w których powłoka może mieć wpływ na wydajność lub działanie.
2. Obszary, które należy pokryć:wszystkie połączenia lutowane, piny, elementy i przewodniki.
3. Obszary opcjonalne
Grubość
Grubość mierzy się na płaskiej, niezakłóconej, utwardzonej powierzchni elementu obwodu drukowanego lub na przymocowanej płytce, która poddawana jest procesowi wraz z elementem. Dołączone płytki mogą być wykonane z tego samego materiału co płytki drukowane lub z innych materiałów nieporowatych, takich jak metal lub szkło. Pomiar grubości warstwy mokrej może być również stosowany jako opcjonalna metoda pomiaru grubości powłoki, o ile istnieje udokumentowana zależność przeliczeniowa między grubością warstwy mokrej a suchej.
Tabela 1: Norma zakresu grubości dla każdego rodzaju materiału powłokowego
Metoda badania grubości:
1. Urządzenie do pomiaru grubości suchej powłoki: mikrometr (IPC-CC-830B); b Tester grubości suchej powłoki (podstawa żelazna)
Rysunek 9. Aparat do mikrometrycznego pomiaru suchej warstwy
2. Pomiar grubości mokrej warstwy: grubość mokrej warstwy można uzyskać za pomocą przyrządu do pomiaru grubości mokrej warstwy, a następnie obliczyć na podstawie zawartości części stałych kleju
Grubość suchej powłoki
Na rys. 10 grubość mokrej warstwy uzyskano za pomocą testera grubości mokrej warstwy, a następnie obliczono grubość suchej warstwy
Rozdzielczość krawędzi
Definicja: W normalnych warunkach strumień z zaworu natryskowego poza krawędź linii nie będzie bardzo prosty, zawsze będzie występował pewien zadzior. Szerokość zadzioru definiujemy jako rozdzielczość krawędzi. Jak pokazano poniżej, rozmiar d jest wartością rozdzielczości krawędzi.
Uwaga: rozdzielczość krawędzi jest z pewnością im mniejsza, tym lepsza, ale różne wymagania klientów są różne, dlatego też rozdzielczość konkretnej powlekanej krawędzi musi spełniać wymagania klienta.
Rysunek 11: Porównanie rozdzielczości krawędzi
Jednolitość
Klej powinien mieć jednolitą grubość, być gładki i przezroczysty, pokrywając produkt. Nacisk kładziony jest na jednolitość kleju pokrywającego produkt na całej powierzchni. Musi mieć jednakową grubość, bez żadnych problemów procesowych: pęknięć, rozwarstwienia, pomarańczowych linii, zanieczyszczeń, zjawisk kapilarnych, pęcherzyków.
Rysunek 12: Osiowa automatyczna seria AC automatyczna maszyna do powlekania, efekt powlekania, jednorodność jest bardzo spójna
3. Realizacja procesu powlekania
Proces powlekania
1 Przygotuj się
Przygotowywanie produktów, klejów i innych niezbędnych przedmiotów;
Określ lokalizację ochrony lokalnej;
Określ kluczowe szczegóły procesu
2: Mycie
Należy je czyścić w jak najkrótszym czasie po spawaniu, aby zapobiec trudnościom w czyszczeniu zabrudzeń spawalniczych;
Określ, czy główny zanieczyszczenie jest polarne czy niepolarne, aby móc wybrać odpowiedni środek czyszczący;
W przypadku stosowania środka czyszczącego na bazie alkoholu należy zwrócić uwagę na kwestie bezpieczeństwa: należy zapewnić dobrą wentylację oraz przestrzegać zasad chłodzenia i suszenia po myciu, aby zapobiec ulatnianiu się resztek rozpuszczalnika, co mogłoby nastąpić w przypadku wybuchu w piecu;
Czyszczenie wodą z użyciem alkalicznego środka czyszczącego (emulsji) do mycia topnika, a następnie płukanie czystą wodą w celu oczyszczenia środka czyszczącego, aby spełnić standardy czyszczenia;
3. Ochrona maskująca (jeśli nie jest stosowany sprzęt do powlekania selektywnego), czyli maska;
Należy wybrać folię nieprzylepną, która nie przeniesie taśmy papierowej;
Do ochrony układów scalonych należy stosować taśmę papierową antystatyczną;
Zgodnie z wymogami rysunków dla niektórych urządzeń w celu ochrony ekranowej;
4. Osuszanie
Po oczyszczeniu ekranowany element PCBA (komponent) musi zostać wstępnie wysuszony i osuszony przed nałożeniem powłoki;
Określić temperaturę/czas wstępnego suszenia zgodnie z temperaturą dopuszczalną przez PCBA (komponent);
PCBA (komponent) może być używany do określania temperatury/czasu stołu do wstępnego suszenia
5 Płaszcz
Proces powlekania kształtowego zależy od wymagań dotyczących ochrony PCBA, istniejącego wyposażenia procesowego i istniejących rezerw technicznych, co zwykle realizuje się w następujący sposób:
a. Szczotkować ręcznie
Rysunek 13: Metoda szczotkowania ręcznego
Powlekanie pędzlem to najszerzej stosowana metoda, odpowiednia do produkcji małoseryjnej, o złożonej i gęstej strukturze PCBA, która wymaga spełnienia wymagań ochronnych dla produktów o trudnych warunkach. Powlekanie pędzlem jest swobodnie kontrolowane, dzięki czemu elementy, których nie wolno malować, nie zostaną zanieczyszczone.
Malowanie pędzlem zużywa najmniej materiału, jest jednak droższe od malowania dwuskładnikowego;
Proces malowania stawia operatorowi wysokie wymagania. Przed rozpoczęciem prac należy dokładnie zapoznać się z rysunkami i wymaganiami dotyczącymi powłok, rozpoznać nazwy komponentów PCBA oraz oznaczyć części, których nie wolno malować, rzucającymi się w oczy znakami.
Aby uniknąć zanieczyszczenia, operatorom nie wolno w żadnym momencie dotykać wtyczki rękoma;
b. Zanurz ręcznie
Rysunek 14: Metoda powlekania zanurzeniowego ręcznego
Proces powlekania zanurzeniowego zapewnia najlepsze rezultaty. Jednolitą, ciągłą powłokę można nałożyć na dowolną część płytki PCBA. Proces powlekania zanurzeniowego nie nadaje się do płytek PCB z regulowanymi kondensatorami, precyzyjnymi rdzeniami magnetycznymi, potencjometrami, rdzeniami magnetycznymi w kształcie kubka oraz niektórych elementów o słabym uszczelnieniu.
Kluczowe parametry procesu powlekania zanurzeniowego:
Dostosuj odpowiednią lepkość;
Kontroluj prędkość unoszenia PCBA, aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków powietrza. Zwykle nie więcej niż 1 metr na sekundę.
c. Rozpylanie
Natryskiwanie jest najpowszechniej stosowaną i najłatwiej akceptowaną metodą przetwarzania, dzielącą się na dwie kategorie:
① Opryskiwanie ręczne
Rysunek 15: Metoda opryskiwania ręcznego
Nadaje się do bardziej złożonych przedmiotów obrabianych, trudno polegać na sprzęcie automatyzacyjnym w masowej produkcji, nadaje się również do różnorodności linii produktów, ale w mniejszej liczbie sytuacji, może być rozpylany w bardziej specjalnym miejscu.
Uwaga dotycząca ręcznego natryskiwania: mgiełka lakiernicza może zanieczyścić niektóre urządzenia, takie jak wtyczka PCB, gniazdo IC, niektóre wrażliwe styki i elementy uziemiające. Należy zwrócić uwagę na niezawodność zabezpieczenia tych elementów. Operator nie powinien nigdy dotykać wtyczki drukowanej ręką, aby zapobiec zanieczyszczeniu powierzchni styku wtyczki.
② Automatyczne opryskiwanie
Zazwyczaj odnosi się do automatycznego natryskiwania z użyciem selektywnego sprzętu do powlekania. Nadaje się do produkcji masowej, charakteryzuje się dobrą powtarzalnością, wysoką precyzją i niewielkim zanieczyszczeniem środowiska. Wraz z rozwojem przemysłu, wzrostem kosztów pracy i zaostrzeniem wymogów ochrony środowiska, automatyczne urządzenia natryskowe stopniowo zastępują inne metody powlekania.
Wraz ze wzrostem wymagań automatyzacji Przemysłu 4.0, nacisk przemysłu przesunął się z dostarczania odpowiedniego sprzętu do powlekania na rozwiązywanie problemów całego procesu powlekania. Automatyczna, selektywna maszyna do powlekania – precyzyjne powlekanie bez strat materiału, odpowiednia do dużych ilości powłok, szczególnie polecana do dużych ilości trzech powłok antykorozyjnych.
Porównanieautomatyczna maszyna do powlekaniaItradycyjny proces powlekania
Tradycyjna powłoka lakiernicza PCBA o odporności na warunki atmosferyczne:
1) Powłoka szczotkowa: występują pęcherzyki, fale, usuwanie włosów szczotką;
2) Pisanie: zbyt wolne, nie można kontrolować precyzji;
3) Zamaczanie całego elementu: zbytnie marnotrawstwo farby, wolna prędkość;
4) Natrysk pistoletem natryskowym: w celu ochrony osprzętu, zbytniego rozprowadzania
Powłoka maszyny powlekającej:
1) Ilość farby natryskowej, pozycja farby natryskowej i obszar są precyzyjnie ustawione, nie ma potrzeby dodawania osób do wycierania deski po malowaniu natryskowym.
2) Niektóre elementy wtykowe o dużej odległości od krawędzi płyty można malować bezpośrednio, bez konieczności instalowania osprzętu, oszczędzając w ten sposób czas potrzebny personelowi zajmującemu się montażem płyty.
3) Brak ulatniania się gazu, co zapewnia czyste środowisko pracy.
4) Nie ma potrzeby stosowania uchwytów do pokrycia filmu węglowego na całym podłożu, co eliminuje ryzyko kolizji.
5) Trzy powłoki antypoślizgowe o jednakowej grubości znacznie zwiększają wydajność produkcji i jakość produktu, a także zapobiegają marnowaniu farby.
Automatyczna maszyna do nakładania powłok antypoślizgowych PCBA z trzema głowicami została zaprojektowana specjalnie do natryskiwania trzech inteligentnych urządzeń. Ze względu na różnice w materiale i cieczy natryskowej, konstrukcja maszyny do nakładania powłok antypoślizgowych i doborze komponentów jest również inna. Maszyna do nakładania powłok antypoślizgowych z trzema głowicami wykorzystuje najnowszy program komputerowy, który umożliwia sterowanie trójosiowe, a jednocześnie jest wyposażona w system pozycjonowania i śledzenia kamery, co pozwala na precyzyjną kontrolę obszaru natrysku.
Maszyna do nakładania trzech powłok antyfarbowych, znana również jako maszyna do nakładania trzech warstw antyfarbowych, maszyna do nakładania trzech warstw antyfarbowych, maszyna do natryskiwania trzech warstw antyfarbowych, maszyna do natryskiwania trzech warstw antyfarbowych, jest przeznaczona specjalnie do kontroli płynów na powierzchni PCB pokrytej warstwą trzech warstw antyfarby, takiej jak impregnacja, natryskiwanie lub metoda powlekania wirowego na powierzchni PCB pokrytej warstwą fotorezystu.
Rozwiązanie nowej ery zapotrzebowania na trzy powłoki antypoślizgowe stało się pilnym problemem do rozwiązania w branży. Automatyczny sprzęt do powlekania, reprezentowany przez precyzyjną, selektywną maszynę do powlekania, wprowadza nowy sposób działania.powłoka dokładna i bez marnowania materiałów, najbardziej odpowiednia do dużej liczby powłok antypoślizgowych.
