Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Пятница, 6 декабря
 
 


Это интересно!

Ранее

Система отмывки для авиационной электроники — качество, подтвержденное практикой

В статье изложены основные принципы и технологические особенности современных методов отмывки электронных модулей/печатных плат в случаях, когда применение ультразвука запрещено производителем компонентов, входящих в состав этих модулей.

Новый placeAll 510 — автомат установки компонентов без слабых мест

Широкая номенклатура устанавливаемых компонентов, огромное количество питателей, информативный и максимально комфортный софт, высокая точность, модульность, надежность, качественная немецкая сборка и при всем при этом разумная цена — это ли не идеальное воплощение автомата монтажа компонентов для многономенклатурного производства? И это реальность! Компания Global Engineering — новый официальный представитель фирмы Fritsch в России, представляет ее последнюю разработку — установку placeAll510, пожалуй, лучший автомат по соотношению цена/качество на рынке.

Инвестируйте с умом!

Любая компания, создавая собственное производство по сборке печатных плат, первым делом задается вопросом, как инвестировать средства в необходимое оборудование наиболее разумным способом. Приходится учитывать не только самые разнообразные критерии, но и их вес и значимость.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

18 августа

Прецизионное нанесение влагозащитного покрытия

Задача оптимизации производственных затрат актуальна во все времена, а в период мирового финансового и экономического кризиса становится особенно важной. Поэтому сегодня внимание технологов в первую очередь направлено на автоматизацию трудоемких операций, требующих применения большого количества ручного труда. Причем улучшение повторяемости параметров технологических процессов и снижение влияния «человеческого фактора» приводит не только к росту финансовых показателей производства — гарантированно возрастает уровень качества и надежности выпускаемой продукции. Операция нанесения влагозащитных покрытий прямо влияет на надежность работы электронной аппаратуры в широком диапазоне температуры и влажности. В статье рассмотрены современные методы нанесения влагозащитных покрытий, обеспечивающие снижение трудоемкости при повышении повторяемости параметров процесса.



О

дним из самых распространенных методов снижения уровня дефектности и повышения качества продукции является минимизация влияния человеческого фактора за счет применения автоматического оборудования и должной отладки технологического процесса. Не следует забывать, что снижение трудоемкости, а значит, и себестоимости выпускаемой продукции повышает ее конкурентоспособность на рынке в любых условиях.
Сочетание высокой надежности и низкой стоимости печатных узлов резко ограничивает выбор критериев снижения издержек. Действительно, чтобы обеспечить максимальный уровень надежности, необходимо применять дорогостоящие технологии, не экономить на оборудовании, операционных и эксплуатационных расходах. А ориентируясь только на себестоимость, можно как повысить надежность и качество изделия, так и понизить его. И только применяя современные технологии, можно одновременно и уменьшить себестоимость продукции, и обеспечить требуемые надежность и качество.
Реальная надежность печатного узла зависит как от технологии нанесения покрытия, так и от следующих факторов:
– толщина и физические свойства самого влагозащитного покрытия;
– адгезия между влагозащитным покрытием и печатной платой;
– класс точности печатной платы и плотности монтажа компонентов.
В критических местах печатной платы (с большой плотностью элементов и проводников) можно наносить покрытие увеличенной толщины или дополнительное покрытие с улучшенными электрофизическими свойствами. Традиционными методами нанесения влагозащитных покрытий (нанесение кистью, окунанием и распылением) сделать это довольно сложно. Для решения подобных задач компанией Asymtek были созданы установки селективного нанесения влагозащитных покрытий. Они могут работать как в составе производственной линии (что практически полностью исключает воздействие человеческого фактора), так и отдельно (см. рис. 1).

Рис. 1. Установки нанесения влагозащитного покрытия: Asymtek SL-940E, Asymtek C-740LN, Asymtek C-341

Селективное нанесение влагозащитного материала подразумевает не только снижение трудозатрат при производстве, но и уменьшение расхода дорогостоящего материала, а также сокращение времени сушки за счет применения современных покрытий. К примеру, если широко известный материал УР231 приходится наносить в три слоя и сушить около двух дней в вытяжных шкафах, то современные материалы марки Humiseal можно наносить одним слоем, отверждение «на отлип» происходит в среднем за 10—15 минут, а для материала UV40 время отверждения составляет порядка 30 секунд под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения.

Прецизионное селективное нанесение влагозащитного материала

Прежде всего, стоит напомнить, что герметичное исполнение всего изделия, использование эластичных прокладок или дорогостоящих герметиков тогда, когда в этом нет острой необходимости, как правило, появляется в результате небрежного анализа назначения изделия и условий его эксплуатации. Более того, зачастую при разработке печатного узла конструкторами и технологами упускаются свойства защитной паяльной маски. Кроме основной обязанности — препятствовать образованию перемычек припоя в процессе оплавления, паяльные маски выполняют функцию сдерживания развития электромиграционных эффектов (например, развитие дендритов) и защиты печатной платы от загрязнений.
Все современные печатные платы уже имеют первоначальный уровень влагозащиты в виде качественно нанесенной паяльной маски, толщина которой составляет порядка 15…25 мкм. Маска покрывает поверхность печатного узла, оставляя окна для контактных площадок. Конечно, паяльные маски не обеспечивают гарантированный уровень защиты печатного узла в жестких условиях эксплуатации, но для средних условий эксплуатации с влажностью не более 85%, качественно нанесенная паяльная маска позволяет обеспечить необходимый уровень влагозащиты самой печатной платы, а также проводников на ее поверхности. Например, для автомобильной промышленности, для стационарных устройств в отапливаемых и не отапливаемых помещениях, для носимых приборов этого может быть вполне достаточно. Для того чтобы понять, где такой подход применим, рассмотрим требования, предъявляемые к паяльным маскам.
Современные паяльные маски (по стандарту IPC-SM-840C) подразделяются на два класса:
– Класс Т — телекоммуникация (включая компьютерную, телекоммуникационную аппаратуру). Паяльная маска этого класса применяется для высококачественной аппаратуры гражданского и промышленного назначения, для которой требуется обеспечение длительной работоспособности без проведения технического обслуживания.
– Класс Н — высокая надежность/военное назначение (включает аппаратуру, которая работает непрерывно). Паяльная маска этого класса применяется там, где необходим высокий уровень надежности и бесперебойное обслуживание, например, для военного или медицинского назначения.
В таблицах 1—3 приведены требования, предъявляемые к паяльным маскам.

Таблица 1. Сопротивление изоляции при воздействии влаги

Класс

Температура

Влажность

Напряжение смещения, В
(-)

Тестовое напряжение, В
(-)

Длительность

Образец испытания: плата по IPC-В-25А

Требования, МОм

Т

65°С

90±3%

нет

100

24 ч

E, F и C

500

н

20...65°С

90-5+3%

50

100

6,6 суток

D, C

100

500

500

Таблица 2. Электрохимическая миграция

Класс

Температура

Влажность

Напряжение смещения, В

Тестовое напряжение, В

Длительность, ч

Образец испытания: плата по IPC-В-25А

Требования

Т

85±2°С

Минимум 85%

10

45...100

500

D, C

Падение сопротивления не более чем в 10 раз

н

85±2°С

90%

10

10

168

D, C

Сопротивление > 2 МОм)

Таблица 3. Требования по испытания на термошок

Класс

Температура

Количество циклов

Т

-65...125°С

100

н

-65...125°С

100

Современные маски полностью соответствуют классам Н и Т, а сопротивление изоляции может достигать 1012...1014 Ом (например, паяльные маски фирмы ELECTRA POLYMERS & CHEMICALS).
Паяльная маска может защитить только печатную плату и проводники. Контактные площадки и выводы корпусированных элементов требуют дополнительной защиты в виде влагозащитного покрытия с хорошей адгезией к покрываемым материалам. Без применения качественных влагозащитных покрытий воздействие влаги и химических соединений может привести к развитию различных электромиграционных и коррозийных процессов (см. рис. 2, а), которые, в свою очередь, могут повлечь за собой отказ электроники.
Часто при разработке изделий конструкторы не учитывают расход технологических материалов и требуют покрытие либо всего печатного узла, либо тех участков, которые возможно покрыть, используя применяемую на предприятии технологию влагозащиты. Применение устаревших методов (покрытие кистью, окунание), попадание загрязнений в процессе хранения и нанесения материала — все это может только ухудшить параметры изготовляемого печатного узла. В таких процессах для защиты разъемов, крепежных и других элементов от попадания на них материала во время нанесения влагозащитного покрытия используются специальные колпачки (см. рис. 3), защитные ленты или герметики, применение которых увеличивает расход материала и повышает трудоемкость.

                   а)                    б)

Рис. 2. Воздействие влаги на печатный узел с плотным монтажом чип-элементов: (а) — без влагозащитного покрытия, (б) — с влагозащитным покрытием

 

Рис. 3. Пример использования маскировочных колпачков

Уменьшить количество технологических операций и обеспечить требуемую надежность дает возможность комплексный подход к разработке конструкции изделия и технологии его изготовления.
Влагозащиту маленьких чип-элементов, расположенных близко друг к другу, или микросхем можно осуществить селективно, избирательно (см. рис. 2, б). К несомненным плюсам такого подхода относятся:
– минимальное использование материала;
– защита всего компонента или выводов компонента (в случае корпусированных герметичных элементов);
– снижение времени и трудозатрат на повторную защиту печатной платы и проводников;
– уменьшение или полное отсутствие операции маскирования.
Для достижения этих целей компанией Asymtek был разработан модуль SC400 (см. рис. 4, а). Управление модулем осуществляется сигналом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), за счет чего можно обеспечить как нанесение материала отдельными точками, так и линиями, при этом точно дозируя объем (см. рис. 4, б). Ширина линии будет зависеть от диаметра и высоты иглы, а также от параметров самого материала.

                     а)

                    б)

Рис. 4 Модуль SC400 (а) и пример селективного нанесения влагозащитного материала (б)

Наиболее проблемными местами для технологий влагозащиты являются сложные насыщенные печатные узлы с высокой плотностью монтажа, а также высокие близкорасположенные компоненты, например, конденсаторы. Чаще всего на такие места невозможно нанести покрытие кистью и распылением, и очень проблематично — окунанием. Излишки материала, оставшегося после окунания, сложно потом убрать продувкой сжатым воздухом.
Именно в этих случаях поможет модуль SC400. Он оснащен иглой, длина которой может варьироваться от 6 до 13 мм (иглы другой длины можно заказать отдельно), поэтому доступ к труднодоступным участкам упрощается (см. рис. 5). Минимальная ширина наносимого отпечатка может достигать 1,5 мм.

Рис. 5. Защита элемента в труднодоступных местах

Чередование сплошного и прецизионного нанесения влагозащитного покрытия

К более сложному уровню селективности относится сплошное влагозащитное покрытие ответственных участков печатного узла и точечное покрытие элементов вне этих зон. Например, когда используются компоненты в негерметичных корпусах или применяется элементная база, не соответствующая условиям эксплуатации. Комбинация сплошных способов нанесения влагозащитного материала и прецизионного нанесения позволяет уменьшить расход материала и обеспечить при этом надежность печатного узла.
Увеличение толщины влагозащитного покрытия там, где это необходимо, и минимальное использование материала на «пустых», слабо населенных и неответственных участках печатного узла показано на рисунках 6 и 7.

 

Рис. 6. Прецизионное нанесение материала с помощью аппликатора SC400

Рис. 7. Пленочное нанесение влагозащитного материала с помощью аппликатора SC204

Примеры применения аппликатора PreciseCoatTM SC400

Рассмотрим опыт нанесения влагозащитного материала Humiseal UV40 в лаборатории Asymtek как пример применения одного из перспективных влагозащитных материалов для защиты мобильного телефона.
Цель: показать совместимость аппликатора PreciseCoatTM SC400 с материалом Humiseal UV40. Материал двойного отверждения UV40, содержащий 100% твердых веществ, был разработан как альтернатива распространенным материалам на основе растворителя, для уменьшения выделения летучих органических соединений (ЛОС). Основные параметры оборудования и техпроцесса приведены в таблице 4.

Таблица 4. Параметры нанесения влагозащитного материала Humiseal UV40

Оборудование

С-740

Тип влагозащитного покрытия

Уретановый лак

Наименование влагозащитного покрытия

HumiSeal® UV40

Параметры материала

Содержание твердых веществ 100%

Вязкость 800сП

Плотность 1,06 г/см3

Отверждение: УФ + влага

Игла

21 калибрх6,5 мм (Iwashita)

Время дозирования вкл/выкл

10мс/47мс

Давление головки

414 кПа (60 psi)

Давление жидкости

34 кПа (6 psi)

Линейная скорость

80 мм/с

Высота дозирования

3 мм

Диаметр точки

3 мм начальный, 4 мм после завершения

Результат: линии 3—4 мм толщиной и точки 3-4 мм диаметром были достигнуты при толщине покрытия 0,5 мм (см. рис. 8 и 9). Материал довольно вязкий и тягучий, поэтому необходимо было выдержать определенное время, чтобы прочистить весь внутренний объем иглы сжатым воздухом, в ином случае было бы сложно достигнуть чистого отделения материала от иглы. Иглы со скошенными кромками позволяют упростить эту операцию.

Рис. 8. Демонстрационная мультиплата мобильного телефона с покрытием UV40, нанесенным аппликатором SC400

Рис. 9. Дозирование материала UV40 отдельными точками диаметром 3 мм, с помощью аппликатора SC400

Следует заметить, что материал чувствителен к свету и влаге в окружающей среде. Чтобы уменьшить вероятность закупоривания иглы и отверждения материала до процесса нанесения, все соединительные шланги должны быть изготовлены из материалов, не пропускающих УФ-излучение. Давление внутри емкости с жидкостью должно осуществляться сухим сжатым воздухом; если воздух в помещении для этого не подходит, можно использовать азот.

Заключение

К наиболее очевидным преимуществам изложенного выше метода нанесения влагозащитного покрытия (помимо наличия целого ряда модулей нанесения влагозащитного материала, используемых в установках Asymtek — см. рис. 10) можно отнести следующие:
– применение прецизионного селективного нанесения влагозащиты ориентировано, в первую очередь, на печатные узлы с высокой плотностью монтажа и с наличием труднодоступных участков;
– с помощью модуля SC400 облегчается задача нанесения материала на миниатюрные печатные узлы, в которых зоны, нуждающиеся в покрытии, и зоны, не требующие его, расположены близко друг к другу;
– прецизионное покрытие элементов и паяных соединений позволяет обеспечить надежность печатного узла в условиях воздействия влаги и уменьшить расход влагозащитного материала;
– модуль SC400 в дополнение к способам сплошного селективного покрытия печатного узла позволяет сократить расход материала и время на выполнение процесса влагозащиты.

Рис. 10. Модули нанесения влагозащитного материала, используемые в установках Asymtek (слева направо): SC 400, SC10x/20x, SC300



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Владимир Копытов, lines@ostec-smt.ru



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты