Kontrola kvality aplikace konformního nátěru

Kontrola kvality je kritickým aspektem procesu konformního lakování a je klíčem k úspěšnému dokončení této operace.Tento článek pojednává o normách pro konformní povlaky, o významu jejich předpisů, o schopnosti nových automatizovaných technologických prostředků aplikovat kontrolu kvality na konformní povlaky a o faktorech, které je třeba vzít v úvahu pro zajištění spolehlivé kontroly.

Konformní povlaky jsou tenké, průhledné polymerní vrstvy, které se nanášejí na povrchy sestav tištěných obvodů, aby je chránily před vnějšími faktory.Slovo 'konformní' je odvozeno z latinského conformis - 'podobný', 'připomínající', to znamená, že určuje schopnost povlaku kopírovat tvar chráněné sestavy tištěných spojů.

Normy konformního nátěru:

Dnes je primárním mezinárodním standardem používaným většinou společností po celém světě v oblasti konformního povlakování IPC-A-610 Standard pro přijatelnost elektronických sestav, jehož aktuální verzi (IPC-A-610E) lze objednat u IPC.Existují další normy, včetně podnikových předpisů, ale tento článek se zaměřuje na A610, aby pomohl určit potřeby kontroly kvality aplikací konformního nátěru.

Rozsah problémů pokrytých IPC-A-610

IPC-A-610 by měl být prostudován po částech.To pomůže porozumět jak potřebám operátora, tak požadavkům samotného procesu konformního lakování.Norma se skládá ze tří částí: Obecné informace, Krytí povlaku a Tloušťka povlaku

Obecné informace o konformních nátěrech:

IPC-A-610 uvádí, že konformní povlaky by měly být obecně čiré a jednotné v barvě a konzistenci a měly by rovnoměrně pokrývat desku s plošnými spoji a její součásti.Rozsah krytí závisí na způsobu aplikace.

Je zde velký prostor pro výklad, který může v případě nepochopení vést k problémům.Stojí za zmínku, že každá technologie nanášení konformního nátěru – ať už se jedná o nanášení štětcem, selektivní robotické nanášení s bezvzduchovým ventilem nebo rozprašování aerosolem – má své vlastní charakteristiky.Všechny produkují různé úrovně povrchové úpravy, které se dále liší v závislosti na organizaci technologického procesu, osobnosti operátora a podmínkách výrobního prostředí.

Zajímavé jsou pojmy 'homogenita' a 'jednotnost' použité v textu normy.Samy o sobě jsou dosti nejednoznačné, ale je třeba je chápat v souvislosti s požadavky na úplnost a tloušťku povlaku diskutovanými níže.Bez takového kontextu tyto pojmy nakonec objasňují jen málo.

Dále, pokud má být povlak transparentní, vyvstává otázka, zda jsou pigmentované povlaky přijatelné.To by mělo být projednáno se zákazníkem a měl by být posouzen vliv pigmentu na výkon konformního povlaku.

Úplnost pokrytí nátěrem:

Většina konformních povlaků nyní obsahuje luminiscenční přísady, které září pod ultrafialovým (UV) světlem.To usnadňuje kontrolu kvality nanášení nátěru.Některé vady však nejsou viditelné v UV světle a mohou vyžadovat kontrolu v přirozeném (bílém) světle.Některé povlaky nemají ze své podstaty dostatečnou UV luminiscenci, jako například mnoho organokřemičitých povlaků.To může zkomplikovat ovládání.

Stejně důležité je, zda laminát nebo fotorezist má vlastní luminiscenční vyzařování srovnatelné s intenzitou vyzařování povlaku: některé konformní povlaky jsou záměrně vyrobeny neluminiscenčními v ultrafialovém světle, protože za provozních podmínek má použitá luminiscenční přísada nepříznivý vliv na povlak a deska s plošnými spoji.

Pokud jde o pokrytí, norma stanoví cíle kvality pro konečný nátěr a různé úrovně kvality – třídy 1, 2 a 3. Mezi cíle patří:

• Absence oblastí se ztrátou adheze;

• Absence dutin nebo bublin;

• Absence zvlhčení, lokální loupání, shagreen, vrásky, praskliny, vlnky, vady jako 'rybí oko' a 'pomerančová kůra';

• Absence cizích inkluzí;

• Žádné zabarvení nebo ztráta průhlednosti;

• Kompletní vytvrzení a homogenní struktura.

Řada technologií povlakování, typů desek plošných spojů a materiálů neumožňuje v praxi dosáhnout všech výše uvedených cílových ukazatelů.Jejich systematické dosahování bude obecně extrémně nákladné jak z finančního a investičního hlediska, tak z hlediska času a úsilí vynaloženého na řízení procesu.

Věnujme pozornost takovému cílovému ukazateli, jako je absence bublin.I když se na plošný spoj podíváte pouhým okem, většinou není možné najít vzorek, který by na tom či onom místě neměl bublinky, pokud nejsou splněny následující podmínky:

• Proces konformního potahování je plně řízen;

• K dosažení tohoto výsledku je vybrán správný nátěrový materiál;

• Procesní podmínky jsou plně optimalizovány;

• Operátoři jsou důkladně proškoleni o příčinách vzniku bublin a jsou schopni odpovídajícím způsobem řídit proces;

• V laminátu PCB, procesu montáže, součástech nebo konformním povlaku nedošlo k žádným změnám, které by mohly způsobit nežádoucí reakci.

Naštěstí dosažení těchto cílů, i když je žádoucí, není pro většinu společností nutné – jinak by bylo konformní lakování výhradní doménou několika odborníků a pro mnohé nemožným úkolem.IPC v tomto ohledu pomáhá tím, že nabízí vlastní kritéria kvality pro tyto cíle:

• Povlak je plně vytvrzený a strukturálně jednotný;

• Nátěr se nanáší pouze na místa, kde je to potřeba;

• Přilnavost povlaku v blízkosti maskovaných oblastí;

• Žádné přemostění mezi sousedními podložkami nebo vodivými povrchy kvůli:

- ztráta přilnavosti,

-- Prázdniny nebo bubliny,

-- Odvlhčování,

-- Praskání,

-- vlnitost,

-- Rybí oči nebo žraločí kůže;

• Cizí vměstky neporušují požadavky na minimální izolační mezeru mezi součástmi, kontaktními podložkami nebo vodivými povrchy;

• Povlak je tenký, ale stále dosahuje na okraje součástí a zařízení.

To vše se zdá rozumné, dokud se blíže nepodíváte na to, co IPC navrhuje dosáhnout svým procesem konformního povlakování.Možná zjistíte, že proces, který používáte, nebo proces, který požaduje váš zákazník, není tak zřejmý, jak se na první pohled zdá.

Nejprve zvažte požadavek na potažení okrajů součástí a zařízení tenkou vrstvou.Tento požadavek je extrémně obtížné, ne-li nemožné, splnit při použití většiny standardních potahovacích procesů.Je poměrně obtížné určit, zda jsou ostré hrany potaženy během normálního procesu kontroly kvality.Pokud zákazník prohlásí, že je to jeho požadavek, je důležité to pečlivě zvážit.

Nyní přejděme k požadavku na absenci všech výše uvedených vad a také můstků mezi sousedními vodivými úseky.To znamená, že obsluha musí prozkoumat mezery mezi všemi vodivými prvky na desce s plošnými spoji s na ní namontovanými součástkami a zajistit, aby tam nebyly žádné vady, jako jsou bubliny, které by porušovaly toto kvalitativní kritérium.Takový úkol vyžaduje nejen nejvyšší kvalifikaci, ale také enormní časové náklady a ve velkosériové výrobě přítomnost celé armády specialistů na kontrolu kvality.

Než se s klientem nebo svým vlastním konstruktérem dohodnete na všech kritériích kvality, podrobně pochopte, s čím přesně souhlasíte.

Konformní tloušťka povlaku:

Poslední oblastí, kterou IPC-A-610 řeší, je konformní tloušťka povlaku.Tabulka normy stanovuje přijatelné rozsahy tloušťky suchého filmu pro různé polymerní materiály, jako jsou akrylové konformní povlaky, v rozmezí od 0,03 mm do 0,13 mm nebo 30 µm až 130 µm.Toto je široký rozsah pro aplikaci konformního povlaku, pokud je proces správně implementován.Je také snadné tyto limity překročit, pokud si nejste vědomi základních problémů.Klíčem je pochopit principy používaného procesu konformního potahování a schopnosti materiálu.

Například pokud má zařízení automat ponořovacím nátěrovým systémemmůže být obtížné dosáhnout suchého filmu akrylového nebo polyuretanového nátěru na bázi rozpouštědla o tloušťce větší než 30 mikronů a vyhnout se všem vadám uvedeným v kritériích kvality.Povlak bude obvykle tenčí a nemusí být dostatečně silný, aby splnil kritéria.

Kromě toho existuje přímý vztah mezi počtem bublin v suchém nátěrovém filmu a tloušťkou vlhkého nátěrového filmu aplikovaného v jednom průchodu.To lze snadno zjistit: pokud nanesete příliš silnou vrstvu v jednom tahu, pak její povrchová část ztvrdne (zaschne) dříve, než bublinky vyplavou z tloušťky nahoru, a zůstanou uvnitř.Nanášení nátěru v tenkých vrstvách je nejdůležitější podmínkou pro eliminaci vzniku bublin.Robot pro selektivní potahování však obvykle pracuje v jednoprůchodovém režimu.Proto je nutné najít kompromis a upravit technologický postup nanášení nátěru tak, aby bylo dosaženo optimálních výsledků.

Co to vlastně znamená vyžadovat jednotný nátěr a jednotnou aplikaci?Znamená to 'jednotné' v rozsahu 30–130 µm?Musíme dávat pozor, abychom nanášeli tenkou vrstvu na ostré hrany, kde má povlak tendenci se šířit?Konečně, jak je uvedeno v normě, pokud se povlak hromadí pod zařízením, je snadné v určitých oblastech překročit povolenou tloušťku 130 µm.Bohužel, na rozdíl od zdravého rozumu, více není vždy lepší a je třeba se vyhnout příliš silným nátěrům, protože příliš silné nátěry mají tendenci dlouhodobě praskat.

Technologické procesy pro automatickou kontrolu kvality nanášení konformního nátěru:

Jak bylo uvedeno, ke splnění výše uvedených kritérií kvality je nutná důkladná kontrola celé desky plošných spojů.To je extrémně obtížný úkol kvůli faktorům, jako je únava očí, rozptýlení a omezená propustnost.Lze automatizovat kontrolu kvality konformního povlaku?

Je to možné, ale s určitými výhradami a omezeními.

Podívejme se na automatizované systémy konformního lakování dostupné na trhu.Zahrnují některé velmi high-tech systémy s vynikajícími kamerami a skenery, vynikajícím softwarem a nejvyšší kvalitou řízení procesů.Zvládnou sériové zpracování výrobků nebo je lze integrovat do výrobních linek a zdá se, že překlenují stávající technologickou mezeru.

Kamery jsou namontovány na tří- nebo čtyřosých systémech.Každá kamera musí eliminovat zkreslení paralaxy při kontrole velkých desek plošných spojů, kde budou po stranách součástek skryté oblasti.Systémy založené na skeneru trpí stejným zkreslením paralaxy a nyní jsou k dispozici skenovací systémy, které paralaxu eliminují.

Všechny tyto systémy však mají nevýhodu: dokážou prozkoumat každý centimetr desky plošných spojů z každého úhlu a přesto minout problémové oblasti.To však obvykle není určujícím faktorem při automatizované kontrole kvality konformního povlaku.Systémy automatizované optické kontroly (AOI) zdůrazňují obtížnost plnění kritérií kvality IPC v rámci standardních procesů konformního lakování.Tyto systémy vykazují vady v povlaku DPS a 'vidí' mnohem více, než by mohl kterýkoli operátor.

Pro uživatele systému se to může zdát jako otevření Pandořiny skříňky, protože nyní má celou řadu desek plošných spojů s defekty po celém povrchu.Pokud tomu tak je a automatizovaný optický kontrolní systém je nastaven na kontrolu desek plošných spojů podle těchto pravidel, pak se po krátké době výrobní linka zastaví.Je na vině kontrolní systém nebo proces konformního lakování?Kde by měla být vina?

Odpověď je jednoduchá: většina technologických procesů neposkytuje takovou úroveň kvality, jakou vyžadují standardní kritéria IPC.Automatizované optické kontrolní systémy jasně identifikují všechny vady (pokud to mechanické a optické faktory dovolí).Navíc vidí existující vady jasněji než pouhým okem.

Řešení konformního lakování:

Pro vývoj optimálního řešení je nutné implementovat iterativní proces.

1. stanovit, které vady (kritéria kvality) jsou přijatelné a definovat je.

2. Určete, jaká úroveň kontroly je dosažitelná v rámci stávajícího a nového procesu konformního lakování a jaké vady mohou být generovány oběma procesy

3. Pokud systém umožní splnění kritérií, budou splněny všechny strany.V opačném případě by měla být změněna kritéria nebo proces.

V konečném důsledku by se měl používat zdravý rozum a pak se správnou úrovní znalostí lze učinit správné rozhodnutí.Vytvořením optimálního procesu kontroly kvality lze později předejít zbytečným nákladům, sporům a protiobviněním, když nastanou problémy.