Kontrola jakości nakładania powłok konforemnych

Kontrola jakości jest krytycznym aspektem procesu powlekania konforemnego i jest kluczem do pomyślnego zakończenia tej operacji.W artykule omówiono standardy dotyczące powłok konforemnych, znaczenie ich przepisów, możliwości nowej zautomatyzowanej technologii w zakresie stosowania kontroli jakości powłok konforemnych oraz czynniki, które należy wziąć pod uwagę, aby zapewnić niezawodną kontrolę.

Powłoki konforemne to cienkie, przezroczyste warstwy polimerowe, które nakłada się na powierzchnie zespołów obwodów drukowanych w celu ochrony ich przed czynnikami zewnętrznymi.Słowo „konformalny” pochodzi od łacińskiego słowa konformis – „podobny”, „przypominający”, czyli określa zdolność powłoki do odwzorowywania kształtu chronionego zespołu obwodu drukowanego.

Standardy powłok zgodnych:

Obecnie podstawową normą międzynarodową stosowaną przez większość firm na całym świecie w obszarze powłok ochronnych jest IPC-A-610 Standard for Acceptability of Electronic Assemblies, którego aktualną wersję (IPC-A-610E) można zamówić w IPC.Istnieją inne standardy, w tym przepisy firmowe, ale ten artykuł skupia się na A610, aby pomóc w określeniu potrzeb w zakresie kontroli jakości zastosowań powłok konforemnych.

Zakres zagadnień objętych IPC-A-610

IPC-A-610 należy przestudiować sekcja po sekcji.Pomoże to zrozumieć zarówno potrzeby operatora, jak i wymagania samego procesu powlekania konforemnego.Norma składa się z trzech części: Informacje ogólne, Wydajność powłoki i Grubość powłoki

Ogólne informacje o powłokach konforemnych:

IPC-A-610 stwierdza, że ​​powłoki konforemne powinny na ogół być przezroczyste i jednolite pod względem koloru i konsystencji oraz powinny równomiernie pokrywać płytkę drukowaną i jej elementy.Stopień krycia zależy od metody aplikacji.

Jest tu dużo miejsca na interpretację, która może prowadzić do problemów, jeśli zostanie źle zrozumiana.Warto zaznaczyć, że każda technologia nakładania powłoki konforemnej – czy to nakładanie pędzlem, selektywne nakładanie robotem za pomocą zaworu airless czy natrysk aerozolowy – ma swoją własną charakterystykę.Wszystkie zapewniają różne poziomy wykończenia, które dodatkowo różnią się w zależności od organizacji procesu technologicznego, osobowości operatora i warunków środowiska produkcyjnego.

Interesujące są terminy „jednorodność” i „jednorodność” użyte w tekście normy.Same w sobie są dość niejednoznaczne, należy je jednak rozumieć w kontekście omówionych poniżej wymagań dotyczących kompletności i grubości powłoki.Bez takiego kontekstu terminy te ostatecznie niewiele wyjaśniają.

Ponadto, jeśli powłoka ma być przezroczysta, pojawia się pytanie, czy dopuszczalne są powłoki pigmentowane.Należy to omówić z klientem i ocenić wpływ pigmentu na działanie powłoki konforemnej.

Kompletność pokrycia powłoką:

Większość powłok konforemnych zawiera obecnie dodatki luminescencyjne, które świecą w świetle ultrafioletowym (UV).Ułatwia to kontrolę jakości nakładanej powłoki.Jednakże niektóre defekty nie są widoczne w świetle UV i mogą wymagać kontroli w świetle naturalnym (białym).Niektóre powłoki, np. wiele powłok krzemoorganicznych, z natury nie wykazują wystarczającej luminescencji UV.Może to skomplikować kontrolę.

Równie ważne jest, czy laminat lub fotomaska ​​ma własną emisję luminescencyjną porównywalną pod względem intensywności z emisją powłoki: niektóre powłoki konforemne celowo powodują, że nie świecą w świetle ultrafioletowym, ponieważ w warunkach pracy zastosowany dodatek luminescencyjny ma niekorzystny wpływ na powłokę i płytkę drukowaną.

Jeśli chodzi o zakres, norma określa cele jakościowe dla powłoki wykończeniowej i różne poziomy jakości – klasy 1, 2 i 3. Cele obejmują:

• Brak obszarów z utratą przyczepności;

• Brak pustek lub pęcherzyków;

• Brak odwodnienia, miejscowego złuszczania się, łupieżu, zmarszczek, pęknięć, zmarszczek, defektów typu „rybie oko” i „skórka pomarańczowa”;

• Brak obcych wtrąceń;

• Brak odbarwień i utraty przezroczystości;

• Całkowite utwardzenie i jednorodna struktura.

Wiele technologii powlekania, rodzajów płytek drukowanych i materiałów nie pozwala na osiągnięcie w praktyce wszystkich powyższych wskaźników docelowych.Systematyczne ich osiąganie będzie na ogół niezwykle kosztowne zarówno pod względem finansowym i inwestycyjnym, jak i pod względem czasu i wysiłku włożonego w kontrolę procesu.

Zwróćmy uwagę na taki wskaźnik docelowy, jak brak bąbelków.Nawet jeśli spojrzysz na płytkę drukowaną gołym okiem, zwykle nie da się znaleźć próbki, która nie ma pęcherzyków w tym czy innym miejscu, chyba że zostaną spełnione następujące warunki:

• Proces powlekania konforemnego jest w pełni kontrolowany;

• Aby osiągnąć ten wynik, wybiera się właściwy materiał powłokowy;

• Warunki procesu są w pełni zoptymalizowane;

• Operatorzy są szczegółowo przeszkoleni w zakresie przyczyn powstawania pęcherzyków i są w stanie odpowiednio kontrolować proces;

• Nie nastąpiły żadne zmiany w laminacie PCB, procesie montażu, komponentach lub powłoce ochronnej, które mogłyby spowodować niepożądaną reakcję.

Na szczęście osiągnięcie tych celów, choć pożądane, dla większości firm nie jest konieczne – w przeciwnym razie powlekanie konforemne byłoby wyłączną domeną nielicznych ekspertów, a dla wielu zadaniem niemożliwym do wykonania.IPC pomaga w tym zakresie, oferując własne kryteria jakości dla tych celów:

• Powłoka jest w pełni utwardzona i ma jednolitą strukturę;

• Powłokę nakłada się tylko na obszary, w których jest to potrzebne;

• Przyczepność powłoki w pobliżu obszarów maskowanych;

• Brak mostkowania pomiędzy sąsiadującymi podkładkami lub powierzchniami przewodzącymi ze względu na:

-- Utrata przyczepności,

-- Pustki lub pęcherzyki,

-- Odwadnianie,

-- Pękanie,

-- Falistość,

-- Rybie oko lub skóra rekina;

• Wtrącenia obce nie naruszają wymagań dotyczących minimalnej szczeliny izolacyjnej pomiędzy elementami, polami stykowymi lub powierzchniami przewodzącymi;

• Powłoka jest cienka, ale mimo to sięga krawędzi podzespołów i urządzeń.

Wszystko to wydaje się rozsądne, dopóki nie przyjrzysz się bliżej temu, co IPC proponuje osiągnąć dzięki procesowi powlekania konforemnego.Może się okazać, że proces, z którego korzystasz lub ten, o który prosi Twój klient, nie jest tak oczywisty, jak się wydaje na pierwszy rzut oka.

W pierwszej kolejności należy wziąć pod uwagę konieczność pokrywania krawędzi elementów i urządzeń cienką warstwą.Spełnienie tego wymagania jest niezwykle trudne, jeśli nie niemożliwe, przy użyciu większości standardowych procesów powlekania.Podczas normalnego procesu kontroli jakości dość trudno jest określić, czy ostre krawędzie zostały powlekane.Jeżeli klient stwierdza, że ​​takie jest jego wymaganie, należy to dokładnie rozważyć.

Przejdźmy teraz do wymogu braku wszystkich powyższych wad, a także mostków między sąsiednimi sekcjami przewodzącymi.Oznacza to, że operator musi sprawdzić szczeliny pomiędzy wszystkimi elementami przewodzącymi na płytce drukowanej z zamontowanymi na niej elementami i upewnić się, że nie ma żadnych defektów w postaci pęcherzyków powietrza, które naruszałyby to kryterium jakości.Takie zadanie wymaga nie tylko najwyższych kwalifikacji, ale także ogromnych nakładów czasowych, a przy produkcji wielkoseryjnej obecności całej armii specjalistów kontroli jakości.

Zanim uzgodnisz z klientem lub własnym inżynierem projektantem wszystkie kryteria jakości, zrozum szczegółowo, na co dokładnie się zgadzasz.

Konformalna grubość powłoki:

Ostatnim obszarem objętym IPC-A-610 jest grubość powłoki.Tabela normy określa akceptowalne zakresy grubości suchej powłoki dla różnych materiałów polimerowych, takich jak powłoki akrylowe, w zakresie od 0,03 mm do 0,13 mm lub od 30 µm do 130 µm.Jest to szeroki zakres zastosowań powłok konforemnych, jeśli proces jest prawidłowo wdrożony.Łatwo jest również przekroczyć te limity, jeśli nie jesteś świadomy podstawowych problemów.Kluczem jest zrozumienie zasad stosowanego procesu powlekania konforemnego i możliwości materiału.

Na przykład, jeśli obiekt posiada zautomatyzowany system powlekania zanurzeniowegouzyskanie suchej powłoki akrylowej lub poliuretanowej na bazie rozpuszczalników o grubości większej niż 30 mikronów może być trudne i uniknąć wszystkich wad wymienionych w kryteriach jakości.Powłoka będzie zazwyczaj cieńsza i może nie być wystarczająco gruba, aby spełnić kryteria.

Ponadto istnieje bezpośredni związek pomiędzy liczbą pęcherzyków w suchej powłoce a grubością mokrej powłoki nałożonej w jednym przejściu.Łatwo się o tym przekonać: jeśli nałożymy w jednym przejściu zbyt grubą warstwę, to jej powierzchniowa część stwardnieje (wyschnie), zanim bąbelki wypłyną z grubości i pozostaną w środku.Nakładanie powłoki cienkimi warstwami jest najważniejszym warunkiem wyeliminowania powstawania pęcherzy.Jednak robot do powlekania selektywnego zwykle pracuje w trybie jednoprzebiegowym.Dlatego też konieczne jest znalezienie kompromisu i dostosowanie procesu technologicznego nakładania powłok w taki sposób, aby uzyskać optymalne rezultaty.

Co właściwie oznacza wymóg jednolitej powłoki i jednolitej aplikacji?Czy to oznacza „jednorodność” w zakresie 30–130 µm?Czy należy zachować ostrożność przy nakładaniu cienkiej warstwy na ostre krawędzie, gdzie powłoka ma tendencję do rozprzestrzeniania się?Wreszcie, jak zapisano w normie, jeśli powłoka gromadzi się pod urządzeniem, w niektórych obszarach łatwo jest przekroczyć dopuszczalną granicę grubości wynoszącą 130 µm.Niestety, wbrew zdrowemu rozsądkowi, nie zawsze więcej znaczy lepiej i należy unikać nakładania zbyt grubych powłok, gdyż zbyt grube powłoki po dłuższym czasie mają tendencję do pękania.

Procesy technologiczne automatycznej kontroli jakości nakładania powłok ochronnych:

Jak zauważono, aby spełnić kryteria jakości określone powyżej, wymagana jest dokładna kontrola całej płytki drukowanej.Jest to niezwykle trudne zadanie ze względu na takie czynniki, jak zmęczenie oczu, rozproszenie uwagi i ograniczona przepustowość.Czy kontrolę jakości powłoki konforemnej można zautomatyzować?

Jest to możliwe, jednak z pewnymi zastrzeżeniami i ograniczeniami.

Przyjrzyjmy się dostępnym na rynku zautomatyzowanym systemom powlekania konforemnego.Należą do nich bardzo zaawansowane technologicznie systemy z doskonałymi kamerami i skanerami, doskonałym oprogramowaniem i najwyższą jakością kontroli procesu.Mogą obsługiwać seryjną obróbkę produktów lub być integrowane z liniami produkcyjnymi i zdają się wypełniać istniejącą lukę technologiczną.

Kamery montowane są na układach trzy- lub czteroosiowych.Każda kamera musi eliminować zniekształcenia paralaksy podczas kontroli dużych płytek drukowanych, gdzie wzdłuż boków komponentów będą ukryte obszary.Systemy oparte na skanerach cierpią na te same zniekształcenia paralaksy, a obecnie dostępne są systemy skanujące eliminujące paralaksę.

Jednak wszystkie te systemy mają wadę: mogą zbadać każdy centymetr płytki drukowanej pod każdym kątem i nadal pomijać problematyczne obszary.Jednak zwykle nie jest to czynnik decydujący w automatycznej kontroli jakości powłoki konforemnej.Systemy zautomatyzowanej kontroli optycznej (AOI) podkreślają trudność w spełnieniu kryteriów jakości IPC w ramach standardowych procesów powlekania konforemnego.Systemy te wykazują defekty w powłoce PCB i „widzą” znacznie więcej, niż mógłby to zrobić jakikolwiek operator.

Dla użytkownika systemu może się to wydawać otwarciem puszki Pandory, ponieważ ma teraz całą linię płytek drukowanych z defektami na całej powierzchni.Jeżeli tak się stanie i zautomatyzowany system kontroli optycznej nastawiony będzie na kontrolę płytek drukowanych według tych zasad, to po krótkim czasie linia produkcyjna zatrzyma się.Czy winny jest system kontroli, czy proces powlekania konforemnego?Gdzie powinna leżeć wina?

Odpowiedź jest prosta: większość procesów technologicznych nie zapewnia poziomu jakości wymaganego przez kryteria standardu IPC.Zautomatyzowane systemy kontroli optycznej wyraźnie identyfikują wszystkie defekty (o ile pozwalają na to czynniki mechaniczne i optyczne).Co więcej, dostrzegają istniejące wady wyraźniej niż gołym okiem.

Konforemne rozwiązanie powłokowe:

Konieczne jest wdrożenie procesu iteracyjnego w celu opracowania optymalnego rozwiązania.

1. ustalić, które wady (kryteria jakości) są akceptowalne i je zdefiniować.

2. Określ, jaki poziom kontroli jest możliwy do osiągnięcia w ramach istniejącego i nowego procesu powlekania konforemnego oraz jakie defekty mogą powstać w wyniku obu procesów

3. Jeżeli system pozwoli na spełnienie kryteriów, wszystkie strony będą zadowolone.W przeciwnym razie należy zmienić kryteria lub proces.

Ostatecznie należy kierować się zdrowym rozsądkiem i wtedy przy odpowiednim poziomie wiedzy można podjąć właściwą decyzję.Opracowując optymalny proces kontroli jakości, można później uniknąć niepotrzebnych kosztów, sporów i wzajemnych oskarżeń, gdy pojawią się problemy.