Введение
Защитные покрытия — это тонкие полимерные пленки, которые покрывают и предохраняют паяные соединения, выводы электронных компонентов, печатные дорожки плат и другие металлизированные участки плат от коррозии в рабочей среде (рис. 1).
Влажность, конденсация, солевой туман, коррозийные газы или комбинация всех этих элементов активирует начало процесса окисления, который может ускоряться остатками следов после пайки и других этапов сборки печатной платы, предшествующих процессу нанесения покрытия.
С ростом количества сфер применения электроники, в которых изделиям приходится функционировать в агрессивных средах, существует растущая потребность в антикоррозийной защите электроники. К тому же существует тренд на уменьшение размеров всевозможных приборов при одновременном увеличении их функциональности. Это приводит к тому, что для более плотных сборок требуется бесперебойная работа при большом сроке жизни, еще и в агрессивных окружающих средах.
Доступные типы защитных покрытий
Существует множество видов химии для производства защитных покрытий, у каждого из которых есть свои плюсы и минусы. Защитные покрытия доступны в вариантах на основе растворителей, на водной основе и варианте со 100%-ным содержанием активного материала (буквально все применяемое вещество в жидком виде преобразуется в твердое защитное покрытие), а также покрытия на основе осаждаемого пара, в которых газы смешиваются в вакууме, где они полимеризуются и осаждаются на поверхность печатной платы в виде защитной пленки.
Основные преимущества и недостатки различных видов химии указаны в таблице.
Стандарты покрытий
Большинство защитных покрытий квалифицируется по стандарту MIL-I‑46058C или по соответствию спецификаций IPC-CC‑830B. К тому же они могут классифицироваться лабораториями как постоянные покрытия, в случае чего воспламеняемость покрытия определяется UL94, или как защитное покрытие, в котором электротехнические свойства будут определяться стандартом UL746E.
В процессе тестирования на соответствие стандартам защитное покрытие наносится на плоские образцы, которые затем подлежат воздействию различной влажности и температуры, при которых должно работать защитное покрытие, чтобы подтвердить его свойства. В то время как подтвержденные потенциальные защитные свойства покрытия могут быть превосходными, на практике они могут иметь некоторые проблемы при использовании их в рабочей окружающей среде. Далее мы постараемся разобрать трудности, связанные с использованием покрытий в потенциально коррозийных окружающих средах (рис. 2).
Коррозия
Коррозия — это сложный электрохимический процесс с массой различных причин и механизмов возникновения, описание которого простирается далеко за рамки этой статьи. Однако в подавляющем большинстве случаев существует три предпосылки для появления коррозии (рис. 3):
- Асимметричные электрохимические металлы (такие как золото и олово, серебро и никель) или создание анода и катода за счет подачи напряжения с разницей потенциалов.
- Присутствие ионных видов (обычно галогениды, гидроксиды и т. д.).
- Присутствие отдельных слоев конденсированной воды, растворяющей ионные виды, что приводит к образованию электролитных растворов.
Для того чтобы предотвратить возможное появление коррозии, необходимо избавиться хотя бы от одного из трех факторов ее возникновения.
Выбор металлов для пайки и производства электроники очень ограничен, и их комбинации зачастую асимметричны, что всегда приводит к возникновению разницы потенциалов в цепи. Очистка может помочь избавиться от ионных видов, однако они могут снова возникнуть на плате из рабочей окружающей среды.
Защитные покрытия помогают предотвратить формирование электролитных растворов, выполняя роль влагозащитных барьеров. Покрытие должно служить барьером от влаги и иметь высокую адгезию к подложке, чтобы предотвратить отслоение. Как только происходит отслоение, влага может случайно появиться в этом «кармане» и образовать электролитный раствор с уже существующими ионными загрязнениями. Это и есть причина, по которой перед нанесением защитного покрытия требуется очистка печатной платы — чтобы предотвратить мощную взаимную реакцию двух из трех факторов возникновения коррозии.
Процесс нанесения защитных покрытий
Каждый вид защитного покрытия обладает определенными свойствами. Однако, как мы поняли, они выполняют функцию защитного барьера от влаги или конденсации и накопления веществ, приводящих к коррозии.
Таким образом, чтобы обеспечить максимальные уровни защиты для того или иного типа химии, нам необходимо выполнить два критерия:
- Защитное покрытие должно показывать высокую адгезию к подложке и при сухой, и при влажной окружающей среде, чтобы предотвратить отслоение. Это становится сложнее из-за существующих, потенциально снижающих адгезию безотмывных технологий сборки печатных плат, а также обязательного нанесения паяльной маски производителем.
- Покрытие должно полностью изолировать от влаги металлические дорожки печатной платы для обеспечения хорошей защиты. Торчащие выводы, микропустоты в покрытии, такие как трещины, пузыри, несмоченные области и т. д., будут впоследствии очагами возникновения коррозии. Как только процесс коррозии начнется, он продолжится в металле и под слоем защитного покрытия.
Таким образом, выбор подходящего защитного покрытия — это всего лишь первый этап в процессе защиты. Возможно, процесс очистки печатной платы перед нанесением защитного покрытия даже важнее самого процесса нанесения.
Материалы защитных покрытий не обладают интеллектом. Они просто отправляются туда, куда их поставили (с некоторыми, естественно происходящими намоканиями и варьированием рабочей температуры от минимума к максимуму, что меняет поверхностное натяжение материала, тиксотропный индекс и время высыхания). Большинство материалов будет отслаиваться от острых граней компонентов, выводов и паяных соединений под действием гравитации, и эти свойства могут усугубляться долгими циклами отверждения, а также сушкой в печи, если падение базовой вязкости выше, чем ее прирост из-за испарения растворителя. Также очень трудно достичь хорошей площади покрытия на обратной стороне выводов. Понимание и контроль этого процесса и его влияние на площадь влагозащитного покрытия является ключом к эффективности и производительности покрытых сборок в агрессивных окружающих средах.
Таким образом, соблюдение технологии нанесения защитных покрытий, профессионализм и контроль в рамках данного процесса имеют огромное влияние на успех или провал каждой конкретной покрытой сборки в рамках ее жизненного цикла и состояния.
Заключение
Понимание того, что защитное покрытие может правильно работать в областях своего применения только при идеальной площади покрытия, а пустоты, пузыри и трещины в нем с высокой долей вероятности будут означать очаги возникновения коррозии, является большим шагом в разработке хорошего продукта.
Выбор подходящего типа химии защитного покрытия, который подойдет для ожидаемых условий окружающей среды, сохраняя при этом уровни производительности, — это важный шаг для создания продукта. Однако не менее важно убедиться, что материал совместим с процессом нанесения, который может обеспечить бездефектное покрытие, высокую надежность и повторяемость изделий. А изделия, в свою очередь, смогут использоваться в своей конечной окружающей рабочей среде.
Автор: Махлаков С.А., msa@protehnology.ru
Обращайтесь по любым вопросам!
Подписывайтесь на наш канал, а также следите за нами в социальных сетях:
➡️ Telegram
➡️ VK
➡️ YouTube