El material de revestimiento conformado es una fina película polimérica que se adapta a los contornos de una placa de circuito impreso para proteger los componentes de la placa. Normalmente se aplica a un espesor de 25-250 μm [1] ( micrómetros ), se aplica a los circuitos electrónicos para proteger contra la humedad, el polvo, los productos químicos y las temperaturas extremas.
Los recubrimientos se pueden aplicar de varias formas, que incluyen cepillado, rociado, dosificación y recubrimiento por inmersión. Además, se pueden utilizar varios materiales como revestimiento de conformación, tales como acrílicos, siliconas, uretanos y parileno. Cada uno tiene sus propias características, lo que los hace preferidos para ciertos entornos y escenarios de fabricación. La mayoría de las empresas de ensamblaje de placas de circuito cubren los ensamblajes con una capa de revestimiento de conformación transparente, que es más liviana y fácil de inspeccionar que el encapsulado . [2]
Razones de uso
Los revestimientos de conformación se utilizan para proteger los componentes electrónicos de los factores ambientales a los que están expuestos. Ejemplos de estos factores incluyen humedad, polvo, sal, productos químicos, cambios de temperatura y abrasión mecánica. Un revestimiento de conformación exitoso evitará que el tablero se corroa . [1] Más recientemente, se están utilizando recubrimientos de conformación para reducir la formación de bigotes , [3] y también pueden prevenir el sangrado de corriente entre componentes colocados cerca.
Los revestimientos de conformación son transpirables, lo que permite que escape la humedad atrapada en los tableros electrónicos mientras se mantiene la protección contra la contaminación. Estos recubrimientos no son selladores y la exposición prolongada a los vapores provocará la transmisión y degradación. Por lo general, hay cuatro clases de recubrimientos de conformación: acrílico, uretano, silicona y barniz. Si bien cada uno tiene sus propias propiedades físicas y químicas específicas, cada uno puede realizar las siguientes funciones:
- Aislamiento: permite un espaciado más estrecho entre los conductores
- Elimina la necesidad de armarios complejos
- Efecto mínimo sobre el peso del componente
- Protege completamente el conjunto contra ataques químicos y corrosivos.
- Elimina la degradación del rendimiento debido a peligros ambientales.
- Minimice el estrés ambiental en un conjunto de PCB [4]
Aplicaciones
Los circuitos analógicos de precisión pueden sufrir una degradación de la precisión si las superficies aislantes se contaminan con sustancias iónicas , como residuos de huellas dactilares, que pueden volverse débilmente conductivas en presencia de humedad. (El síntoma clásico de microcontaminación en una placa de circuito analógico son cambios repentinos en el rendimiento con mucha humedad, por ejemplo, cuando un técnico respira sobre ella). Un revestimiento de material elegido adecuadamente puede reducir los efectos de la tensión mecánica y las vibraciones en el circuito y su capacidad para funcionar en temperaturas extremas.
Por ejemplo, en un proceso de ensamblaje de chip a bordo, se monta un troquel de silicio en el tablero con un adhesivo o un proceso de soldadura , luego se conecta eléctricamente mediante un enlace de alambre , generalmente con alambre de aluminio o oro de 0,001 pulgadas de diámetro. El chip y el alambre son delicados, por lo que están encapsulados en una versión de revestimiento conformado llamado "glob top". Esto evita que el contacto accidental dañe los cables o el chip. Otro uso del revestimiento conformal [5] es aumentar la tensión nominal de un conjunto de circuito denso. Un revestimiento aislante puede soportar un campo eléctrico mucho más fuerte que el aire, especialmente a gran altitud.
Con la excepción del parileno , la mayoría de los recubrimientos orgánicos son fácilmente penetrados por moléculas de agua. Un recubrimiento preserva el rendimiento de la electrónica principalmente al evitar que los contaminantes ionizables, como las sales, lleguen a los nodos del circuito y se combinen allí con agua para formar una película de electrolito microscópicamente delgada . Por esta razón, el recubrimiento es mucho más efectivo si primero se elimina toda la contaminación de la superficie, utilizando un proceso industrial altamente repetible, como el desengrasado con vapor o el lavado semiacuoso. La limpieza extrema también mejora la adherencia. Los poros anulan el propósito del recubrimiento, porque una película contaminante entraría en contacto con los nodos del circuito y formaría trayectorias conductoras no deseadas.
Métodos de aplicación de recubrimientos
El material de recubrimiento se puede aplicar mediante varios métodos, que incluyen cepillado, pulverización, inmersión o recubrimiento selectivo por robots. Se encuentran disponibles diferentes métodos de curado y secado dependiendo del material de revestimiento de conformación. Casi todos los recubrimientos conformados modernos contienen un tinte fluorescente para ayudar en la inspección de la cobertura del recubrimiento. [6]
Recubrimiento con brocha
Esto funciona mediante el revestimiento de flujo del material sobre el tablero y es adecuado para aplicaciones, acabados y reparaciones de bajo volumen. El acabado tiende a ser cosméticamente inferior y puede estar sujeto a muchos defectos como burbujas. [7] El recubrimiento también tiende a ser más grueso a menos que operadores expertos apliquen el recubrimiento. [8]
Revestimiento de aplicación por pulverización
Este recubrimiento se puede completar con un aerosol o una cabina de pintura especial con pistola y es adecuado para procesos de volumen medio y bajo. [9] La calidad del acabado de la superficie puede ser superior a todos los demás métodos cuando un operador calificado completa el proceso, siempre que la placa de circuito esté limpia y el recubrimiento no tenga problemas de adhesión. La aplicación del recubrimiento puede verse limitada debido a los efectos 3D. Los requisitos de enmascaramiento son más una protección que una barrera, ya que hay menos penetración. La falta de penetración puede ser un problema cuando se desea que el revestimiento penetre por debajo de los dispositivos.
La aplicación por aspersión puede ser una de las formas más rentables de aplicar el revestimiento de conformación, ya que se puede realizar en la mesa de trabajo para pequeños trabajos de retrabajo y reparación. Este método se puede realizar en cabinas de pintura para producción a mediana escala. [8]
Uno de los atributos clave de la pulverización atomizada es brindar una excelente cobertura de la punta a los componentes. Cuando se aplican recubrimientos de conformación a un PCB, tienen tendencia a desplomarse. La primera capa de un recubrimiento puede dar un borde delgado en la esquina de los componentes. Esto se puede mejorar con una segunda capa con doble inmersión o cepillado, pero es un proceso repetido y puede que no sea aceptable. Para eliminar este problema, se puede utilizar la pulverización atomizada.
Inmersión de revestimiento conformado
Este recubrimiento es un proceso altamente repetible. Si la placa de circuito impreso (PCB) está diseñada correctamente, puede ser la técnica de mayor volumen. [9] El recubrimiento penetra en todas partes, incluso debajo de los dispositivos, por lo que el enmascaramiento debe ser perfecto para evitar fugas. Por lo tanto, muchas placas de circuito impreso no son adecuadas para la inmersión debido al diseño.
El problema de la cobertura de la punta delgada donde el material se derrumba alrededor de los bordes afilados puede ser un problema, especialmente en una atmósfera con condensación. Este efecto de cobertura de la punta se puede eliminar sumergiendo dos veces la PCB o usando varias capas delgadas de pulverización atomizada para lograr una buena cobertura sin exceder las recomendaciones de espesor de recubrimiento. También se puede utilizar una combinación de las dos técnicas.
Recubrimiento selectivo por máquina
Este método es la mejor opción para aplicaciones de gran volumen. Es una forma rápida y precisa de aplicar el recubrimiento en las áreas exactas del tablero donde se requiere. [10]
Funciona mediante el uso de una aguja y un aplicador de pulverización atomizado, un pulverizador no atomizado o tecnologías de válvulas ultrasónicas que pueden moverse por encima de la placa de circuito y dispensar / pulverizar el material de recubrimiento en áreas seleccionadas. Los caudales y la viscosidad del material se programan en el sistema informático que controla el aplicador de modo que se mantenga el espesor de revestimiento deseado. [11] Este método es eficaz para grandes volúmenes, siempre que los PCB estén diseñados para el método. Existen limitaciones en el proceso de capa seleccionada [12] como en otros procesos, tales como efectos capilares alrededor de conectores de bajo perfil que succionan el recubrimiento accidentalmente. Se requiere un operador calificado.
La calidad del proceso del recubrimiento por inmersión o de embalse y llenado y la tecnología de rociado no atomizado se puede mejorar aplicando y luego liberando un vacío mientras el conjunto está sumergido en la resina líquida. Esto obliga a la resina líquida a entrar en todas las grietas, eliminando las superficies sin recubrimiento en las cavidades interiores.
Las diferencias en los métodos de aplicación se pueden ver en una presentación comparativa. [13] La elección del método depende de la complejidad del sustrato a recubrir, el rendimiento del recubrimiento requerido y los requisitos de rendimiento.
Método de curado y secado
Recubrimientos de conformación a base de agua y solventes
Para los acrílicos estándar a base de solvente, el secado al aire (formación de película) es el proceso normal, excepto donde la velocidad es esencial. Luego se puede usar el curado por calor, usando hornos discontinuos o en línea con transportadores y usando perfiles de curado típicos. [14] [15]
Los recubrimientos de conformación a base de agua se pueden tratar de la misma manera, pero con más cuidado en la aplicación de calor debido a los tiempos de secado más largos.
Recubrimientos de conformación UV
El curado UV de los revestimientos de conformación se está volviendo importante para los usuarios de gran volumen en campos como la automoción y la electrónica de consumo. [dieciséis]
Este aumento en la popularidad de los recubrimientos conformados curables por UV se debe a su rápida velocidad de curado, facilidad de procesamiento, respeto al medio ambiente y resistencia a los ciclos térmicos. [17]
Los recubrimientos de conformación UV se pueden curar con arco, lámparas de microondas y lámpara LED UV.
Curado por humedad
Las resinas de silicona y uretano se curan con este método. La humedad de la atmósfera cura la resina y forma un polímero. Las tablas se manipulan entre unos minutos y una hora, pero tardan unos días en alcanzar sus propiedades finales.
Espesor y medida
El material de revestimiento (después del curado ) debe tener un espesor de 30 a 130 μm (0,0012 a 0,0051 pulg.) Cuando se usa resina acrílica, resina epoxi o resina de uretano. Para la resina de silicona, el espesor de recubrimiento recomendado por las normas IPC es de 50 a 210 μm (0,0020 a 0,0083 pulg.).
Existen varios métodos para medir el espesor del revestimiento y se dividen en dos categorías: película húmeda y película seca.
Medición de revestimiento conformado de película húmeda
El método de película húmeda asegura el control de calidad mientras el recubrimiento aún está húmedo.
Aplicar demasiado recubrimiento puede resultar caro. Además, las mediciones de película húmeda son útiles para revestimientos conformados donde el espesor de la película seca solo se puede medir de forma destructiva o donde la aplicación excesiva de revestimiento conformado es un problema.
Los calibres de película húmeda se aplican al revestimiento conformado húmedo; los dientes indican el espesor del revestimiento. A continuación, se puede calcular el espesor de la película seca a partir de la medición.
Medición de espesor de revestimiento conformado de película seca
Una alternativa a la medición de película húmeda es el uso de corrientes parásitas. El sistema funciona colocando el cabezal de prueba en la superficie del revestimiento de conformación. La medición es casi instantánea y proporciona un resultado repetible inmediato para la medición de espesores.
Los cupones de prueba son el método ideal para medir el espesor del revestimiento y se pueden archivar como un registro físico. Aplique el recubrimiento a los cupones de prueba al mismo tiempo que las placas de circuito proporcionan un registro permanente del espesor del recubrimiento.
Es posible que se requieran recubrimientos más gruesos o recubrimientos mejor aplicados cuando hay agua líquida debido a la posible formación de orificios en el recubrimiento [7] o cuando el recubrimiento es demasiado delgado en los bordes afilados de los componentes debido a una mala aplicación. Esto se considera un defecto y puede eliminarse con los pasos y la formación adecuados. Estas técnicas "encajan" o "amoldan" eficazmente a los componentes cubriéndolos por completo. [ cita requerida ]
Inspección de revestimiento conformado
Tradicionalmente, la inspección del revestimiento de conformación se ha realizado manualmente. Una situación típica es un inspector sentado en una cabina, examinando cada PCB bajo una lámpara UV de onda larga de alta intensidad. El inspector verifica que la mano de obra sea adecuada y que se cumplan los estándares.
Los desarrollos recientes en la inspección óptica automatizada (AOI) de revestimiento conformado han comenzado a abordar estos problemas y procesos manuales. Los sistemas de inspección automatizados pueden estar basados en cámaras o escáneres, por lo que la tecnología se puede adaptar al proyecto.
Selección de revestimiento conformado
La selección del material de revestimiento de conformación debe realizarse con cuidado y en relación con el método de aplicación. [18] [19] Una selección incorrecta puede afectar la confiabilidad a largo plazo de la placa de circuito y puede causar problemas de procesamiento y costos.
Los estándares [ cita requerida ] más comunes para el revestimiento conformado son IPC A-610 [20] e IPC-CC-830. [21] Estas normas enumeran indicaciones de buena y mala cobertura y describen varios mecanismos de falla, como la deshumectación [22] y la piel de naranja. [23]
Otro tipo de recubrimiento llamado parileno se aplica con un proceso de deposición al vacío a temperatura ambiente. Pueden aplicarse recubrimientos de película de 0,100 a 76 μm en una sola operación. La ventaja de los recubrimientos de parileno es que cubren superficies ocultas y otras áreas donde no es posible la aplicación con rociadores y agujas. El espesor del revestimiento es uniforme, incluso en superficies irregulares. Los puntos de contacto deseados, como los contactos de la batería o los conectores, deben cubrirse con una máscara hermética para evitar que el parileno cubra los contactos. La aplicación de parileno es un proceso por lotes que no se presta a un procesamiento de gran volumen. El costo por PCB puede ser alto debido a la alta inversión de capital y al costo por lote.
Químicas de revestimiento
Hay muchas químicas de recubrimientos de conformación disponibles. Es importante elegir una química de recubrimiento que satisfaga las necesidades de la aplicación. A continuación, se muestran cinco atributos comunes para cada química de recubrimiento. [24] [25]
- Acrílico
- Facilidad de reelaboración
- Proceso de secado sencillo
- Buena resistencia a la humedad
- Alto nivel de fluorescencia
- Facilidad de ajuste de la viscosidad
- Epoxy
- Útil hasta aproximadamente 150 ° C [302 ° F]
- Durómetro más duro, resistencia a la abrasión
- CTE más cerca del sustrato de PCB epoxi
- Mayor Tg (transición vítrea)
- Buenas propiedades dieléctricas.
- Poliuretano
- Buenas propiedades dieléctricas.
- Buena resistencia a la humedad
- Resistencia a los disolventes
- Menor potencial de reversión
- Resistencia a la abrasión
- Siliconas
- Estable en un amplio rango de temperatura (en general, -40 ° C a 200 ° C) [- 40 ° F a 392 ° F]
- Flexible, proporciona amortiguación y protección contra impactos.
- Buena resistencia a la humedad
- Alta rigidez dieléctrica
- Energía superficial baja para una mejor humectación
- Fluorado o no fluorado - Poliparaxilileno (parileno)
- Excelente uniformidad independientemente de la geometría de la pieza
- Inercia química
- Masa añadida mínima y baja desgasificación
- Proceso de bajo impacto ambiental
- Constante dieléctrica baja
- Fluoropolímero amorfo
- Constante dieléctrica baja
- Alta temperatura de transición vítrea
- Energía superficial baja
- Baja absorción de agua
- Resistencia a los disolventes
Los conceptos básicos del procesamiento de revestimientos conformados se encuentran en una presentación disponible en: [26]
Consideraciones materiales
Seleccionar el material de recubrimiento correcto es una de las decisiones más críticas del ingeniero de procesos . Este criterio incluye: [27]
- ¿Contra qué se está protegiendo? (p. ej., humedad, productos químicos)
- ¿Qué rango de temperatura encontrará el dispositivo eléctrico?
- ¿Cuáles son los requisitos físicos, eléctricos y químicos del material de revestimiento en sí?
- Compatibilidad eléctrica, química y mecánica con las piezas y sustancias a recubrir (por ejemplo, ¿debe coincidir con el coeficiente de expansión de los componentes del chip?)
Las respuestas determinarán la idoneidad de un material en particular, ya sea acrílico , poliuretano , silicona, epoxi, etc. Los problemas de proceso, producción y comerciales entrarán en la ecuación:
- ¿Con qué facilidad se puede volver a trabajar el material una vez aplicado?
- ¿Qué tan rápido se seca (cura) el material? [28]
- ¿Qué tan rápido se puede aplicar y secar el material (tiempo de producción)? [28]
- ¿Qué tipo de proceso y equipo es necesario para lograr la calidad de recubrimiento requerida (uniformidad y repetibilidad)? [29]
- Precio del material. [ cita requerida ]
- Calidad del material suministrado (dos fabricantes de material acrílico no producirán la misma calidad de material). [ cita requerida ]
Referencias
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