Что такое поверхностная энергия платы и как она влияет на нанесение влагозащитного покрытия

Существует огромное количество дефектов влагозащитных покрытий, связанных с проблемами поверхностной энергии. К ним относятся такие дефекты, как

• явление «рыбий глаз»
• отсутствие смачивания
• плохая адгезия
• отслаивание покрытия

Мы получаем значительное количество вопросов, и наиболее распространенным был запрос дополнительной информации о том, что такое поверхностная энергия.

Поверхностная энергия по сравнению с поверхностным натяжением

Обычно, когда речь идет о твердых телах, используется термин «ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ», тогда как при рассмотрении жидкостей или покрытий используется термин «ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ».

Поверхностная энергия твердых тел

Поверхностная энергия твердых тел обычно выражается в единицах дин на сантиметр или, чаще всего, дин для краткости. Поверхностная энергия данного твердого тела является характеристикой его химического состава и топографии поверхности. В случае печатных поверхностей, на которую мы пытаемся нанести влагозащитное покрытие, обычно представляют собой паяльную маску или, в некоторых случаях, поверхности компонентов.

Ниже представлена базовая таблица для поверхностной энергии, или дин (столбец справа), некоторых распространенных твердых тел (столбец слева). В целом, более высокие значения означают, что покрытие будет глаже и равномернее без дефектов поверхности

Поверхностное натяжение жидкостей также обычно выражается в динах или в мН/м. Все чистые жидкости имеют достаточно надежное и измеримое поверхностное натяжение в заданных условиях. Вода, например, обладает очень высокой энергией, около 73 дин, в то время как у стандартных промышленных растворителей (например, толуол и ксилол), используемых в влагозащитных покрытиях, энергия намного ниже: около 28 дин.

Ниже представлена базовая таблица для поверхностной энергии, или дин (столбец справа), некоторых распространенных жидкостей (столбец слева). В целом, более низкие значения означают, что покрытие будет равномернее наноситься.

Что означает термин «смачивание»?

При изготовлении печатных плат и нанесении влагозащитного покрытия вы, вероятно, встретите термин «смачивание». Для тех, кто незнаком, это просто не совсем научная терминология для описания того, «смачивает» ли жидкость или покрытие данную поверхность.

Влагозащитное покрытие обладает хорошим смачиванием или смачивает поверхность печатной платы, если покрытие растекается и образует непрерывную, не имеющую дефектов, жидкую пленку постоянной толщины. В противном случае, покрытие, которое вспенивается, образует дефекты, такие как «рыбий глаз», или образует пленку с зазорами или изменениями в толщине, обладает плохим смачиванием или смачивает недостаточно.

Пример поверхностной энергии в реальном мире

Простой пример из реальной жизни, помогающий понять поверхностную энергию и смачивание, который многие могли наблюдать, — это процесс нанесения воска на автомобиль. Металлическая или окрашенная поверхность вашего автомобиля обладает достаточно высокой поверхностной энергией и при непокрытии будет «смачиваться» водой и каплями дождя вместе с грязью до однородной пленки. Чтобы избежать этого, мы покрываем наши автомобили очень низкоэнергетическим покрытием, таким как воски и фторполимеры. В результате мы уменьшили поверхностную энергию нашего автомобиля, что приводит к тому, что капли дождя и грязи образуются и легче скатываются. Процесс нанесения воска на ваш автомобиль, по сути, противоположен тому, что мы хотели бы видеть, чтобы получить надлежащее смачивание и адгезию с помощью влагозащитных покрытий.

Поверхностная энергия твердых тел > Поверхностное натяжение жидкого покрытия = Хорошая адгезия / смачивание

Существует множество факторов, влияющих на поверхностную энергию, и они выходят за рамки рассматриваемой нами области, но для целей большинства операций нанесения покрытий, включая влагозащитное, важно помнить, что измеренная поверхностная энергия вашего твердого тела (поверхность печатной платы) должна быть выше, чем поверхностное натяжение влагозащитного покрытия для получения надлежащего смачивания и адгезии.
Основную иллюстрацию вышесказанного можно увидеть на графике ниже. Слева — поверхность паяльной маски (зеленого цвета) с поверхностной энергией, которая превышает энергию влагозащитного покрытия (желтого цвета), что приводит к правильному и равномерному смачиванию. Справа — два примера, где поверхностная энергия твердого тела ниже энергии покрытия, что приводит к плохому смачиванию и образованию изгибов. Чем больше разница в энергии, тем более выраженным может быть нарушение смачивания или растрескивание. Часто это можно определить путем измерения угла смачивания .

Как измерить поверхностную энергию моей ПП?

Наиболее распространенный метод измерения поверхностной энергии — это простой сравнительный тест с использованием маркеров для измерения поверхностного натяжения. В данном тесте неизвестная поверхностная энергия определяется известным поверхностным натяжением применяемого раствора в маркере и выражается в дин/см. Хорошее смачивание влагозащитного покрытия обеспечивается, когда поверхностная энергия платы равна или выше, чем поверхностное натяжение применяемой испытуемой жидкости. Просим ознакомиться с инструкциями производителя маркеров для измерения поверхностного натяжения пленки для правильного использования. Основная иллюстрация показана ниже. В этом примере показано плохое смачивание поверхности между линией 40 и линией 42, означая, что поверхность обладает энергией приблизительно 40–41 дин/см.

Какой же поверхностной энергии добиваться?

В целом рекомендуется применять минимальную поверхностную энергию 38 дин или более, измеренную непосредственно перед нанесением влагозащитного покрытия.

К сожалению, существует много процессов, предшествующих нанесению влагозащитного покрытия, которые приведут к снижению поверхностной энергии печатной платы. Большинство из этих условий вызваны осаждением или миграцией загрязняющих веществ с низкой поверхностной энергией на печатную плату, таких как масла, воски или пластификаторы. Некоторые источники загрязнений могут появиться из:

• Перемещение узлов во время осмотра или сборки
• Неправильный температурный профиль оплавления, остатки флюса после пайки
• Использование несовместимых отмывочных жидкостей
• Загрязнение от упаковки печатных плат или в результате хранения

Обычное обращение, транспортировка и процесс оплавления — все это добавляет ионные и неионные загрязнения. Разработайте этапы проверки поверхностной энергии перед этапом нанесения влагозащитного покрытия. При низкой поверхностной энергии после проверки, предпримите соответствующие корректирующие действия, чтобы устранить загрязнения с поверхности печатных узлов. Рекомендуется всегда отмывать остатки флюса перед нанесением влагозащитных покрытий.