«Секьюрити» для печатных плат.
Конформное покрытие становится стандартным процессом в производстве печатных плат

№ 3’2015
PDF версия
На выставке Productronica 2013 компания Rehm Thermal Systems произвела фурор, представив свою линию для селективного нанесения конформных покрытий — эти установки позволяют относительно просто интегрировать процесс нанесения защитного покрытия в уже существующие производственные линии. По реакции многочисленной публики стало ясно: спрос велик.

Технология защиты электронных компонентов при помощи специальной лакировки не нова. Защитные покрытия применяются в первую очередь в тех отраслях, продукция которых обязана бесперебойно функционировать, несмотря на негативное влияние окружающей среды. Многие из таких изделий находятся гораздо ближе к нам, чем кажется, а некоторые даже отвечают за безопасность нашей жизни. В любом современном автомобиле вместе с вами едет сложная электроника, и эта электроника, то есть компоненты, критичные с точки зрения безопасности, как правило, изолированы от окружающей среды защитным покрытием. Антиблокировочная система тормозов (АБС) и подушки безопасности должны работать всегда. Высокая температура и перепады влажности не должны никоим образом влиять на это. И не важно, где именно — на мысе Нордкап, в пустынном штате или тропическом лесу: предохранительная электроника выполняет задачи по защите пассажиров и обязана функционировать пусть даже через десять лет.

 

Защита плат от влаги

Разность температур и изменение климатических условий могут привести к образованию конденсата на печатных платах внутри устройства и в процессе эксплуатации вызвать короткое замыкание, которое в худшем случае уничтожит устройство. В результате этого отключатся потенциально жизненно важные функции. Но если электронные компоненты покрыты защитным лаком, влияние окружающей среды не играет никакой роли: печатная плата надежно защищена от влаги.

Многие производители прибегают к селективному конформному покрытию только постфактум. Это означает, что усовершенствования вносятся только после того, как проявятся неисправности и сбои, причина которых, возможно, кроется в воздействии извне. В других отраслях уже давно используют возможность защитить детали с помощью покрытий, несмотря на то, что эта технология еще несколько лет назад была весьма затратной. Тем не менее, например, инженеры в авиакосмической промышленности уже на этапе разработки своей продукции осознают, что ввиду особой нагрузки электронные компоненты требуют и особой защиты. В этом случае защитное покрытие закладывается в проект сразу в процессе DFM (дизайн для производства). Иными словами, разводка платы с распаянными компонентами уже заранее планируется таким образом, чтобы плата без проблем прошла процесс нанесения конформного покрытия (рис. 1). В других случаях, то есть когда защитная лакировка применяется как реакция на возникшие неисправности, порой необходимы даже масштабные изменения в конструкции и схеме, чтобы разрешить проблемы с лакировкой печатной платы. А это фактор, крадущий ценное время и провоцирующий расходы. Если с самого начала предусмотреть нанесение конформного покрытия в процессе производства, дополнительные затраты остаются в допустимых пределах, а вот модернизация на позднем этапе обойдется определенно дороже.

Максимальная надежность технологического процесса при гибких возможностях лакировки и минимальном техническом обслуживании

Рис. 1. Максимальная надежность технологического процесса при гибких возможностях лакировки и минимальном техническом обслуживании

Конформное покрытие — это не просто «лакировка печатной платы». Процесс гораздо сложнее как в планировании, так и в реализации. Обычно плату нельзя покрывать полностью. Некоторые детали типа выключателей или электрических разъемов должны оставаться свободными, чтобы сохранить свои функции. Существуют разные способы нанесения защитного покрытия. Лак можно распылять вручную или автоматически, покрывая при этом плату полностью или селективно, то есть частично. Также для нанесения лака можно воспользоваться кисточкой или методом погружения. Требования к защитному покрытию определяют выбор материала: в конформных покрытиях находят применение полимеры на основе акрила, силикона, эпоксидной смолы или полиуретана. Они спасают от сырости и обеспечивают защиту от постоянной вибрации, ударов, коррозии, грязи и воздействия температур.

 

Назначение определяет технологию

Защитные свойства лаков зависят от толщины слоя (чем больше, тем лучше), водопоглощающей способности (чем меньше, тем лучше) и устойчивости к воздействию других природных факторов. На рис. 2 представлен внешний вид модуля, покрытого толстым слоем лака, который защищает электронный блок от влаги и грязи, что полностью исключает сбои и короткие замыкания.

Внешний вид модуля

Рис. 2. Внешний вид модуля

В целом более гибкие материалы хорошо подходят для термических нагрузок, а твердые и малоупругие материалы лучше сопротивляются химикатам. Какой материал в итоге будет использоваться, определяет изготовитель применительно к конкретному продукту в ходе ряда тестов, порой достаточно дорогостоящих. Конечно, существуют рекомендации от производителей материалов, но окончательное решение изготовитель электронного блока должен принять самостоятельно.

Авиакосмической промышленности приходится бороться с мощным воздействием окружающей среды и с нагрузками в виде экстремальных температур и последующей конденсацией, а также с высоким ускорением, которому подвергаются печатные платы (например, в крыльях реактивного самолета и в бортовой электронике). Особые требования предъявляются и к медицинской технике — даже в таких сравнительно простых устройствах, как больничные дозаторы дезинфицирующих средств. Дезинфицирующее средство выделяет химические пары и может разрушающе воздействовать на электронику. Покрытие позволяет надежно защитить электронику. Даже звуковое оборудование сталкивается с непостоянством окружающей среды, что делает применение селективного конформного покрытия целесообразным и необходимым. Так, мобильные усилительные системы могут сначала использоваться в крытом бассейне, после горнолыжных мероприятий или во время горнолыжных мероприятий или выступлений на открытом воздухе, а затем в конференц-зале уже при другой температуре. При этом зачастую образуются целые лужи конденсата, что существенно повышает опасность короткого замыкания.

Перечислять возможности применения конформного покрытия можно до бесконечности — от офшорных ветрогенераторов, судостроения, военной промышленности, телекоммуникаций, промышленного управления, транспортной техники, оборудования для производства пищевых продуктов и до бытовых кофе-машин. Существует множество ситуаций, когда печатные платы постоянно подвергаются загрязнению и другим воздействиям окружающей среды. Здесь нанесение конформных покрытий абсолютно необходимо, чтобы в долгосрочной перспективе защитить платы и, соответственно, обеспечить их бесперебойную работу. И оно наверняка станет одним из стандартных процессов в производстве печатных плат.

 

Системы лакировки на практике

Оптимальная защита компонентов предполагает постоянно растущие требования к лакировочным машинам, применяемым в производственных линиях. Список критериев длинный: высокая пропускная способность, быстрота подготовки, минимальные затраты на техническое обслуживание, а также безупречные и неизменно воспроизводимые результаты — вот наиболее распространенные требования. В компании Rehm Thermal Systems разработчики поразмыслили на этот счет. И создали систему Protecto, которую можно интегрировать без чрезмерных затрат в уже существующие производственные линии. Концепция линии рассчитана на воспроизводимое нанесение покрытий из защитного лака на электронные модули при высокой пропускной способности и быстрой процедуре подготовки (рис. 3). По внутренним оценкам компании Rehm, средняя потребность составляет примерно 200 систем в год. Спрос в Европе и среди старых клиентов присутствует. Комплексная система Protecto-Line логически продолжает линейку продукции Rehm. Тем более что оборудование для автоматических операций с печатными платами, типа печей и охлаждающих секций, уже давно стало частью ассортимента компании из города Блаубойрен (Германия).

Система Protecto интегрирована в концепцию линии

Рис. 3. Система Protecto интегрирована в концепцию линии

К комплексной линии для нанесения селективного конформного покрытия, помимо собственно лакировочных установок, относятся и устройства для манипуляций, а также печи для сушки и отверждения (рис. 4).

Cушилка RDS с ИК-излучателем и конвекционным нагревом

Рис. 4. Cушилка RDS с ИК-излучателем и конвекционным нагревом

Правильная сушка лака является важной частью технологического процесса. Сушка выполняется непосредственно после лакировки. Она должна быть точной и воспроизводимой, что достигается за счет тонко настраиваемого температурного профиля. Неправильный температурный профиль может дорого обойтись и привести к дефектам, браку, задержкам в производстве. Существуют разные методы нанесения лака на компоненты. На выбор — опрыскивание, распыление, погружение, струйный облив, пульверизация и газофазное осаждение. При этом необходимо учитывать ряд параметров, поскольку не каждый из этих методов подходит для нанесения того или иного лака. Ввиду того что не все элементы на печатной плате можно покрывать лаком, селективное напыление постепенно стало стандартным способом нанесения конформного покрытия.

 

В центре внимания — реактивная технология

Индивидуализация процесса и придание ему гибкости были одной из задач, которые инженеры Rehm поставили перед собой при разработке Protecto. Получилась система, которая благодаря своей оснащенности и возможности быстрого переоборудования подходит даже для самых придирчивых производителей, выпускающих большой ассортимент продукции малыми партиями. Поэтому она проста в применении даже при частом переключении с одного изделия на другое и минимальных объемах выпуска. До сих пор системы для нанесения защитного покрытия использовали главным образом крупносерийные производители.

При разработке основное внимание было уделено реактивной технологии. Для создания сопел, то есть непосредственно лакировочной системы, компания Rehm привлекла к сотрудничеству фирму KC-Produkte. Технология селективного покрытия Stream Coat, созданная для Protecto, позволяет организовать полностью индивидуальное нанесение покрытия. Это возможно благодаря инновационной форме сопла. Наружный диаметр 2,5 мм и длина до 100 мм предоставляют возможность выполнять лакировку между тесно распложенными высокими элементами и даже под ними. Герметичное воздушное сопло точно дозирует лак и распределяет его без брызг и взвеси. Равномерный слой лака можно обеспечить даже за соседними выводами элементов и в «теневых» зонах. Многократный проход и трудоемкая процедура наклона сопел больше не требуется.

Сопла Stream Coat без проблем работают со всеми ходовыми типами лаков — от низковязких до высоковязких. Несмотря на небольшой наружный диаметр, достаточно широкое выходное отверстие предотвращает быструю закупорку частицами грязи или густотекучими лаками. Объем подачи лака автоматически регулируется в зависимости от скорости перемещения сопла в системе. Медленно — меньше лака, быстрее — больше лака, что гарантирует неизменно равномерное нанесение. Кроме того, так называемый инжекционный клапан за счет быстрого открытия и закрытия выходного отверстия позволяет наносить лак точечно. Благодаря продуманной комбинации из сопла Stream Coat и инжекционного клапана теперь можно создавать покрытия с точностью до миллиметра и с высочайшей степенью избирательности. Помимо этого, программные средства позволяют на ходу переключаться между распылением, струйным нанесением и пульверизацией, не меняя сопло.

 

Оптимизация, возведенная в абсолют

Ровно через четверть года после демонстрации системы Protecto на мюнхенской выставке Productronica 2013 появилась очередная новинка: с февраля 2014 года пользователям доступна еще одна реактивная технология. Принципиально новая техника позволяет теперь наносить покрытие сплошной завесой шириной до 40 мм. До этого момента продукция конкурентов обеспечивала не более 15 мм при очень высоком давлении. В результате образовывались брызги, а покрытие получалось волнообразным, что представляет проблему, особенно в случае высоких элементов.

Как правило, системе Protecto и раньше хватало одного прохода для выполнения задач. Но новая реактивная техника отличается кардинально: диаметр сопла больше, а клапан за счет изменения числа ходов плавно регулирует ширину завесы. Кроме того, Stream Coat работают при значительно более низком давлении, что позволяет избежать разбрызгивания.                                      

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *