Регистрация Вспомнить пароль
Задать вопрос специалисту
CAPTCHA

Современная технология нанесения влагозащитных покрытий

23 Января 2008

В промышленно развитых странах история развития процесса нанесения влагозащитных покрытий на печатные узлы прошла свой путь от нанесения покрытия кистью, погружения и ручного распыления до автоматического селективного нанесения. Появление селективного метода нанесения влагозащитных покрытий стало высокотехнологичным прорывом в данном процессе за все время его существования, вызвавшим огромный интерес производителей электроники по всему миру. В данной статье мы рассмотрим существующие методы нанесения влагозащитных покрытий, связанные с ними проблемы и отметим особенности и преимущества селективного струйного нанесения покрытия.

Зачем нужна влагозащита

Как известно, влагозащитные покрытия необходимы для защиты электронных изделий, эксплуатируемых в жестких климатических условиях и подвергаемых воздействию влаги и высокой температуры, пыли и агрессивных химикатов. Также влагозащитные покрытия предотвращают рост дендритов и образование оксидов, приводящих к короткому замыканию и выходу из строя печатного узла. В электронной промышленности существует ряд способов нанесения покрытий, которые эволюционировали от ручных способов до автоматических систем.

Существующие неавтоматические методы

Одним из самых известных и широко используемых методов нанесения влагозащитного покрытия является погружение печатного узла в ванну с материалом. Однако в этом случае требуется, чтобы конструкция печатного узла предусматривала возможность нанесения этим методом. Компоненты, на которые не должны наноситься влагозащитные покрытия (разъемы, потенциометры, предохранители и т.д.), требуется маскировать. Для маскирования могут быть использованы различные материалы: лента, латекс, защитные колпачки. После полимеризации защитного покрытия маски удаляются. Маскирование достаточно трудоемкий и ресурсоемкий процесс, его сложно назвать удобным и экономичным. И, несмотря на то, что данный способ прост в использовании и не требует больших капиталовложений, такие немаловажные факторы, как неравномерная толщина покрытия по площади печатного узла, загрязнение материала, нестабильность вязкости, необходимость маскирования вручную делают этот метод неспособным обеспечить требуемую повторяемость и качество.

Самый простой и, на первый взгляд, дешевый подход - нанесение покрытия кистью. Данный метод все еще используется в единичном производстве или при проведении ремонтных работ, но недостатков у него гораздо больше, чем достоинств. Это большая трудоемкость, низкая производительность, различная толщина получаемого покрытия, невозможность использования быстросохнущих материалов, проблема нанесения покрытий под микросхемой. Очень часто в лак попадают волоски кисточки, снижающие влагостойкость изделий. Волоски образуют в покрытии ПУ капилляры — своеобразные насосы для подкачки влаги к поверхности стеклотекстолита.

Самое широкое распространение получил метод нанесения влагозащитных покрытий распылением. Сущность метода заключается в распылении материала сжатым воздухом на поверхность изделия. Опять же, метод требует маскирования незащищенных участков и не отличается высокой повторяемостью, так как зависит от оператора. Метод не безопасен по отношению к оператору и предъявляет жесткие требования к вентиляции помещения. От 20 до 30% лака не попадает на плату, а накапливается в воздухе, что приводит к вдыханию паров лака оператором. Данный метод затрудняет нанесение покрытий в теневые зоны и, в первую очередь, под корпуса интегральных микросхем.

Новый уровень качества с автоматическим селективным методом

Рассмотрим более подробно конвейерную систему селективного нанесения покрытия С-740 американской компании Asymtek.

Рис. 1 Система селективного нанесения покрытия С-740

Наиболее передовые научные достижения были использованы в разработке оборудования селективного пленочного нанесения покрытия, запатентованной технологии американской компании Asymtek. Высокоточная автоматическая система С-740 выборочно наносит влагозащитный материал на печатный узел, который загружается в автомат вручную или по конвейеру. Преимуществами струйного нанесения являются:

См. таблицы 1 и 2.

Таблица 1 Достоинства и недостатки методов нанесения покрытий. Источник: ADVANCEMENTS IN CONFORMAL COATING PROCESS CONTROLS Michael A. Reighard and Nicholas A. Barendt. Nepcon West, Anaheim, February, 2000

Метод

Необходимость маскирования

Риск загрязнения

Повторяемость

Изменение вязкости

Чистота процесса

Эффективность переноса материала

Окунание

Да

Высокий

Низкая

Высокое

Низкая

Средняя

Кисть

Малая

Высокий

Низкая

Высокое

Низкая

Средняя

Распыление

Да

Средний

Удовл.

Низкое

Низкая

Низкая

Селективное струйное нанесение

Нет

Низкий

Высокая

Низкое

Высокая

Высокая

Таблица 2 Экономическая выгода автоматического селективного нанесения влагозащитного покрытия. Источник: Reighard and Barendt, Conformal Coating Process Controls: The Manufacturing Engineers Aid. APEX 2000 Conference Proceedings, CA, March 2000

Параметры

Распыление

Селективное струйное нанесение

Потребление в год, л

393

163

Стоимость материалов, $/л

$26

$26

Стоимость годового расхода

$10 218

$4 238

Вентиляция:

Площадь охвата, кв.м

1,8

0,5

Величина потока, куб.м/мин

57

17

Расход электроэнергии, кВт

1,2

0,4

Стоимость годового потребления электроэнергии

$869

$261

Итого:

$11 259

$4 545

Ежегодная экономия

$6 713

Таблица 3 Основные технические характеристики системы C-740

Область нанесения покрытия на ПУ, мм

457 х 400

Повторяемость позиционирования привода по осям Х, Y, Z при 3σ, мкм

25

Скорость перемещения по осям X,Y макс. /

номин., мм/с

508/381

Скорость перемещения по оси Z, мм/с

203

Операционная система

Windows

Электропитание

220В, 50Гц

Площадь основания, мм

917х1041

Масса, кг

295

Соответствие стандартам безопасности

СЕ

Рассмотрим более подробно конвейерную систему селективного нанесения покрытия С-740 американской компании Asymtek.

Модули нанесения

Автомат может оснащаться широким спектром модулей нанесения влагозащитных покрытий. Тип модуля выбирается исходя из материала (тип покрытия, вязкость, толщина покрытия) и особенностей изделия (наличие участков, которые не требуется покрывать, наличие компонентов с выводами под корпусом).

Модули пленочного нанесения покрытия, фирменной технологии компании Asymtek, обладают высокой точностью и наивысшей эффективностью переноса вещества (99% - процент материала, который попадает в заданную область). Такой высокий показатель достигается благодаря направленной подаче материала под давлением через специально сконструированную насадку, которая обеспечивает ровную плоскую струю, напоминающую пленку. Отсюда и название — модуль пленочного нанесения. При этом отсутствует смешивание материала с воздухом и его разбрызгивание, присущее методу распыления, для которого эффективность переноса вещества составляет 70-80%, т.е. 20-30 % расходуется впустую.

Модуль SC-104 относится к рециркуляционным струйным дозаторам и предназначен для пленочного нанесения материалов, требующих поддержания определенной температуры (вязкости). Модуль SC-204 (см. рис. 2) — нерециркуляционный модуль, предназначен для пленочного нанесения материалов вязкостью менее 150 сП и позволяют наносить покрытия толщиной 25-200 мкм.

Рис. 2 Пленочный модуль SC-X04
Рис. 3 Пленочный модуль c 5-ю степенями свободы SC-X05

Модули нанесения SC-105 и SC-205 оснащены струйной головкой с пятью степенями свободы. Это позволяет наносить покрытия не только на верхнюю сторону компонентов, но и на боковую, а также под компоненты (см. рис. 3)!

В арсенале системы также имеется SC-300 — модуль, охватывающий три режима работы и предназначенный для нанесения материалов (включая силиконовые) вязкостью от 30 до 3500 сП:

Для модулей SC-205, SC-300 существует опция оснащения двойными головками (см. рис. 4). Это позволяет достичь максимальной производительности и особенно актуально при нанесении материала на групповые заготовки. Нанесение происходит одновременно из двух головок, расстояние между которыми регулируется от 102 до 227 мм. Головки имеют раздельную регулировку давления подачи.

Рис. 4 Пленочный модуль c двойной головкой SC-205

Пусть контролирует техника

Автоматический мониторинг и контроль дозируемой струи с помощью подсистемы Laser Fan Width Control (см. рис. 5) сокращает необходимость ручной регулировки. Известно, что ширина или диаметр струи зависят от вязкости материала и давления потока. Изменения вязкости материала, вызванные скачком температуры, могут повлиять на ширину струи. Система автоматически с помощью лазерного луча измеряет диаметр струи и корректирует значение давления. Таким образом, повторяемость результата процесса остается всегда на высоком уровне.

Чтобы не допустить, что какая-то часть узлов пройдет вхолостую прежде, чем будет замечено, что закончилась жидкость в резервуаре, необходимо контролировать уровень жидкости в резервуаре. Большинство резервуаров с техничес ким материалом непрозрачны, то есть оператор не сможет определить, закончилась ли жидкость не открыв его. Периодическое открывание резервуара - неподходящее решение, так как в резервуар можно занести влагу и грязь.

Использование устройств мониторинга уровня материала в резервуаре и датчиков оповещения о низком содержании материала позволит оператору заблаговременно подготовиться к перезаправке емкостей, исключая брак нанесения и простои оборудования.

Рис. 5 Контроль ширины струи с помощью лазерного луча
Рис. 6 Программное управление c помощью Easy Coat

Программное обеспечение

От качества, простоты и удобства работы с программным обеспечением во многом зависит надежность, эффективность и гибкость всей системы в целом. Одним из ключевых достоинств С-740 является работающее под Windows программное обеспечение Easy Coat (см. рис 6), которое было специально разработано для применения в данных системах нанесения влагозащитных покрытий. Обладая привычным интерфейсом приложений под Windows, данное программное обеспечение позволяет легко создавать рабочие программы, а также редактировать параметры нанесения покрытий, минимизируя время, требующееся на подготовку рабочих программ. Например, при создании программы не нужно указывать траекторию движения дозирующей головки, достаточно указать места, где необходимо нанесение, и программа сама выберет наиболее оптимальный путь.

Для отслеживания процесса осуществляется мониторинг и сбор статистических данных. Такие этапы, как загрузка платы в рабочую зону, нанесение покрытия, выгрузка платы, предупреждающие сигналы, а также ошибки оператора отображаются на экране и записываются в файл на жесткий диск для последующего анализа.

Пример использования системы С-740 в производстве

Постановка задачи

Селективное нанесение влагозащитного покрытия на печатные узлы в условиях многономенклатурного серийного производства.

Рис. 7 Селективное нанесение влагозащитного покрытия на изделие ведущего производителя автосигнализаций ООО «Альтоника»

Требования:

Решение:

Стоит отметить, что не всегда есть возможность приобрести и выстроить всю линию сразу, хотя это является необходимым с точки зрения качества. Для этого производителем предусмотрена возможность построения линии в несколько этапов. Поэтому при выборе оборудования стоит сразу учитывать возможность встраивания каждой единицы в линию.

Рис. 8 Схема технологического процесса
Рис. 9 Технологическая линия процесса нанесния влагозащитнных покрытий

Заключение

В современных условиях отечественной электронной промышленности возрастает значение современного уровня технического вооружения и технологических возможностей производства. Эти факторы определяют конкурентоспособность и возможность выживания при нарастающем проникновении западных компаний на российский рынок. В России строится всё больше и больше заводов зарубежных автомобильных концернов, которые приходят с традиционно высокими требованиями к технологическому процессу. Выгодный заказ от транснациональных автопроизводителей смогут получить только те, кто будет соответствовать требуемому технологическому уровню. Описанный в данной статье технологический процесс селективной влагозащиты основан на практическом опыте западных компаний, работающих в автоиндустрии.

Описанное решение успешно применяется при производстве систем связи и специальной техники. Особенно широкое распространение получила данная технология у американских компаний, производящих технику специального назначения.

Мы рады сообщить, что недавно была запущена первая в России линия селективной влагозащиты. Линия запущена на производстве одного из наиболее известных отечественных производителей автомобильной электроники. Более подробно мы расскажем об этом в одном из следующих номеров.

Автор, должность:
Кирилл Кушнарев, старший инженер
Email:
materials@ostec-group.ru
Издание:
Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», январь 2008, №1