Контроль качества нанесения конформного покрытия

Контроль качества является важнейшим аспектом процесса нанесения защитного покрытия и ключом к успешному завершению этой операции.В данной статье рассматриваются стандарты на конформные покрытия, смысл их регламентов, возможность новых средств автоматизированной технологии применять контроль качества конформных покрытий, а также факторы, которые необходимо учитывать для обеспечения надежного контроля.

Конформные покрытия представляют собой тонкие прозрачные полимерные слои, которые наносятся на поверхности печатных плат для защиты их от внешних факторов.Слово «конформный» происходит от латинского conformis — «похожий», «похожий», то есть определяет способность покрытия повторять форму защищаемого печатного узла.

Стандарты конформного покрытия:

Сегодня основным международным стандартом, используемым большинством компаний по всему миру в области защитных покрытий, является Стандарт приемлемости электронных сборок IPC-A-610, текущую версию которого (IPC-A-610E) можно заказать в IPC.Существуют и другие стандарты, в том числе правила компании, но в этой статье основное внимание уделяется A610, чтобы помочь определить потребности в контроле качества при нанесении конформных покрытий.

Объем вопросов, охватываемых IPC-A-610

IPC-A-610 следует изучать по разделам.Это поможет понять как потребности оператора, так и требования самого процесса нанесения защитного покрытия.Стандарт состоит из трех разделов: «Общая информация», «Покрытие покрытия» и «Толщина покрытия».

Общие сведения о конформных покрытиях:

IPC-A-610 гласит, что конформные покрытия, как правило, должны быть прозрачными, однородными по цвету и консистенции и должны равномерно покрывать печатную плату и ее компоненты.Степень покрытия зависит от способа нанесения.

Здесь есть много возможностей для интерпретации, что может привести к проблемам в случае неправильного понимания.Стоит отметить, что каждая технология нанесения конформного покрытия – будь то нанесение кистью, выборочное роботизированное нанесение безвоздушным клапаном или аэрозольное распыление – имеет свои особенности.Все они производят разные уровни отделки, которые в дальнейшем различаются в зависимости от организации технологического процесса, личности оператора и условий производственной среды.

Интерес представляют термины «однородность» и «единообразность», используемые в тексте стандарта.Сами по себе они достаточно неоднозначны, но их следует понимать в контексте рассмотренных ниже требований к полноте и толщине покрытия.Без такого контекста эти термины в конечном итоге мало что проясняют.

Кроме того, если покрытие должно быть прозрачным, возникает вопрос, приемлемы ли пигментированные покрытия.Это следует обсудить с заказчиком и оценить влияние пигмента на характеристики защитного покрытия.

Полнота покрытия покрытия:

Большинство конформных покрытий теперь содержат люминесцентные добавки, которые светятся в ультрафиолетовом (УФ) свете.Это облегчает контроль качества нанесения покрытия.Однако некоторые дефекты не видны в УФ-свете и могут потребовать контроля при естественном (белом) свете.Некоторые покрытия по своей природе не обладают достаточной УФ-люминесценцией, например многие кремнийорганические покрытия.Это может усложнить контроль.

Не менее важно, имеет ли ламинат или фоторезист собственное люминесцентное излучение, сравнимое по интенсивности с излучением покрытия: некоторые конформные покрытия намеренно делают нелюминесцентными в ультрафиолете, поскольку в условиях эксплуатации используемая люминесцентная добавка оказывает неблагоприятное воздействие на покрытие и печатная плата.

Что касается покрытия, стандарт устанавливает целевые показатели качества финишного покрытия и различные уровни качества – классы 1, 2 и 3. Целевые показатели включают следующее:

• Отсутствие участков с потерей адгезии;

• Отсутствие пустот и пузырей;

• Отсутствие подмокания, локального шелушения, шагрени, морщин, трещин, ряби, дефектов типа «рыбий глаз» и «апельсиновая корка»;

• Отсутствие посторонних включений;

• Отсутствие обесцвечивания или потери прозрачности;

• Полное отверждение и однородная структура.

Многие технологии нанесения покрытий, типы печатных плат и материалов не позволяют на практике достичь всех вышеперечисленных целевых показателей.Планомерное их достижение, как правило, будет чрезвычайно затратным как в финансовом и инвестиционном плане, так и с точки зрения времени и сил, затрачиваемых на управление процессами.

Обратим внимание на такой целевой показатель, как отсутствие пузырей.Даже если посмотреть на печатную плату невооруженным глазом, обычно невозможно найти образец, не имеющий пузырьков в том или ином месте, если не выполняются следующие условия:

• Процесс конформного покрытия полностью контролируется;

• Для достижения такого результата выбирается правильный материал покрытия;

• Условия процесса полностью оптимизированы;

• Операторы тщательно обучены причинам возникновения пузырей и могут соответствующим образом контролировать процесс;

• В ламинате PCB, процессе сборки, компонентах или защитном покрытии не произошло никаких изменений, которые могли бы вызвать нежелательную реакцию.

К счастью, достижение этих целей, хотя и желательно, не является обязательным для большинства компаний – в противном случае конформное покрытие было бы исключительной прерогативой нескольких экспертов и невыполнимой задачей для многих.IPC помогает в этом отношении, предлагая свои собственные критерии качества для следующих целей:

• Покрытие полностью отверждено и структурно однородно;

• Покрытие наносится только на те участки, где оно необходимо;

• Адгезия покрытия вблизи замаскированных участков;

• Отсутствие перемычек между соседними контактными площадками или проводящими поверхностями благодаря:

-- Потеря адгезии,

-- Пустоты или пузыри,

-- Ослабление,

-- Треск,

-- Волнистость,

-- Рыбий глаз или акулья кожа;

• Инородные включения не нарушают требования к минимальному изоляционному зазору между компонентами, контактными площадками или токопроводящими поверхностями;

• Покрытие тонкое, но все же доходит до краев компонентов и устройств.

Все это кажется разумным, пока вы не присмотритесь повнимательнее к тому, чего IPC предлагает достичь с помощью процесса конформного покрытия.Вы можете обнаружить, что процесс, который вы используете или тот, который просит ваш клиент, не так очевиден, как кажется на первый взгляд.

Во-первых, учтите требование покрывать края компонентов и устройств тонким слоем.Это требование чрезвычайно сложно, если вообще возможно, удовлетворить, используя большинство стандартных процессов нанесения покрытий.Определить, покрыты ли острые кромки покрытием в ходе обычного процесса контроля качества, довольно сложно.Если клиент заявляет, что это его требование, важно тщательно это рассмотреть.

Теперь перейдем к требованию отсутствия всех вышеперечисленных дефектов, а также перемычек между соседними токопроводящими участками.Это означает, что оператор должен проверить зазоры между всеми токопроводящими элементами на печатной плате с установленными на ней компонентами и убедиться в отсутствии дефектов, например пузырей, которые нарушали бы этот критерий качества.Такая задача требует не только высочайшего уровня квалификации, но и огромных затрат времени, а при крупносерийном производстве - присутствия целой армии специалистов по контролю качества.

Прежде чем согласовывать с клиентом или собственным инженером-конструктором все критерии качества, детально разберитесь, на что именно вы соглашаетесь.

Толщина конформного покрытия:

Последняя область, рассматриваемая IPC-A-610, — это толщина конформного покрытия.В таблице стандарта установлены допустимые диапазоны толщины сухой пленки для различных полимерных материалов, таких как акриловые конформные покрытия, в диапазоне от 0,03 мм до 0,13 мм или от 30 мкм до 130 мкм.Это широкий диапазон применения конформного покрытия, если процесс реализован правильно.Эти ограничения также легко превысить, если вы не знаете об основных проблемах.Ключевым моментом является понимание принципов используемого процесса нанесения конформного покрытия и возможностей материала.

Например, если на предприятии имеется автоматизированный система покрытия погружением, может быть трудно получить сухую пленку акрилового или полиуретанового покрытия на основе растворителя толщиной более 30 микрон и избежать всех дефектов, перечисленных в критериях качества.Покрытие обычно тоньше и может оказаться недостаточно толстым, чтобы соответствовать критериям.

Более того, существует прямая зависимость между количеством пузырьков в сухой пленке покрытия и толщиной влажной пленки покрытия, нанесенной за один проход.Это легко выяснить: если за один проход нанести слишком толстый слой, то его поверхностная часть затвердеет (высохнет) раньше, чем пузырьки смогут всплыть из толщины, и они останутся внутри.Нанесение покрытия тонкими слоями – важнейшее условие исключения возникновения пузырей.Однако робот для выборочного нанесения покрытий обычно работает в однопроходном режиме.Поэтому необходимо найти компромисс и скорректировать технологический процесс нанесения покрытия таким образом, чтобы получить оптимальные результаты.

Что на самом деле означает требование однородного покрытия и равномерного нанесения?Означает ли это «равномерность» в диапазоне 30–130 мкм?Нужно ли соблюдать осторожность и наносить тонкий слой на острые края, где покрытие имеет тенденцию растекаться?Наконец, как отмечено в стандарте, если покрытие скапливается под устройством, на определенных участках легко превысить допустимый предел толщины в 130 мкм.К сожалению, вопреки здравому смыслу, больше не всегда значит лучше, и следует избегать слишком толстых покрытий, поскольку слишком толстые покрытия имеют тенденцию к растрескиванию в долгосрочной перспективе.

Технологические процессы автоматического контроля качества нанесения конформных покрытий:

Как уже отмечалось, для соответствия критериям качества, изложенным выше, требуется тщательная проверка всего PCB.Это чрезвычайно сложная задача из-за таких факторов, как усталость глаз, отвлечение внимания и ограниченная пропускная способность.Можно ли автоматизировать контроль качества конформных покрытий?

Это возможно, но с некоторыми оговорками и ограничениями.

Давайте посмотрим на автоматизированные системы защитного покрытия, доступные на рынке.Они включают в себя очень высокотехнологичные системы с отличными камерами и сканерами, отличным программным обеспечением и высочайшим качеством управления процессами.Они могут осуществлять серийную обработку продукции или быть интегрированы в производственные линии и, похоже, устраняют существующий технологический разрыв.

Камеры монтируются на трех- или четырехосные системы.Каждая камера должна устранять параллаксное искажение при проверке больших печатных плат, где по бокам компонентов будут скрытые области.Системы на основе сканеров страдают от такого же искажения параллакса, и теперь доступны системы сканирования, которые устраняют параллакс.

Однако у всех этих систем есть недостаток: они могут исследовать каждый дюйм PCB со всех сторон и при этом пропускать проблемные места.Но обычно это не является определяющим фактором при автоматизированном контроле качества конформного покрытия.Системы автоматизированного оптического контроля (AOI) подчеркивают сложность соблюдения критериев качества IPC в рамках стандартных процессов нанесения защитного покрытия.Эти системы показывают дефекты покрытия PCB и «видят» гораздо больше, чем мог бы сделать любой оператор.

Для пользователя системы это может показаться открытием ящика Пандоры, ведь у него теперь есть целая линейка печатных плат с дефектами по всей поверхности.Если это так и автоматизированная система оптического контроля настроена на проверку печатных плат по этим правилам, то через короткое время производственная линия остановится.Виновата система контроля или процесс защитного покрытия?Где должна лежать вина?

Ответ прост: большинство технологических процессов не обеспечивают уровень качества, требуемый стандартными критериями IPC.Автоматизированные системы оптического контроля четко выявляют все дефекты (насколько позволяют механические и оптические факторы).Более того, они видят имеющиеся дефекты яснее, чем невооруженным глазом.

Решение для конформного покрытия:

Необходимо реализовать итерационный процесс разработки оптимального решения.

1. установить, какие дефекты (критерии качества) являются приемлемыми, и определить их.

2. Определить, какой уровень контроля достижим в рамках существующего и нового процесса нанесения конформного покрытия и какие дефекты могут возникнуть в результате обоих процессов.

3. Если система позволяет соблюдать критерии, все стороны будут удовлетворены.В противном случае критерии или процесс следует изменить.

В конечном итоге следует использовать здравый смысл, и тогда при правильном уровне знаний можно будет принять правильное решение.Разработав оптимальный процесс контроля качества, можно избежать ненужных затрат, споров и встречных обвинений в дальнейшем, когда возникнут проблемы.