W związku z tym że, ścieżki na płytach PCB są coraz węższe i ciaśniej upakowane, komponenty mniejsze, bardziej zaawansowane i bardziej wrażliwe, zmontowane płytki PCB wymagają lakierowania. Proces konformalnego pokrywania powłokami ochronnymi polega na naniesieniu cienkiej warstwy z tworzywa, które dopasowuje się do kształtu komponentów na płytce i jednocześnie zabezpiecza je przed wpływem środowiska, korozją, kurzem czy pyłem. Lakierowanie pozwala na zmniejszenie odległości pomiędzy ścieżkami, padami i komponentami.
Nakładanie powłok ochronnych stosuje się między innymi dlatego, że obwody elektroniczne na płytce są coraz bardziej delikatnymi konstrukcjami. Lakier zmniejsza też ryzyko rozrostu tzw. Whiskers, czyli wąsów cynowych. Tym samym, eliminuje ryzyko powstawania dendrytów, korozji i zwarć co z kolei wpływa na dłuższy czas pracy urządzenia. To niezwykle ważne, z punktu widzenia jakości produktów oferowanych przez producentów elektroniki.
Aby wyżej wymienione zalety mogły zostać spełnione, lakiery muszą spełnić odpowiednie warunki takie jak elastyczność, odporność na zmiany temperatury i wibracje. Bardzo ważne jest to, aby posiadały one odporność na wilgoć lub przebicia, oraz cechowały się dobrymi właściwości izolacyjnymi, a także dobrą odporność chemiczną i przepuszczalność do podłoża. Bardzo ważna jest także zdolność lakieru do zwilżania powierzchni płytki i komponentów na niej umieszczonych. Jednak zwilżalność ta nie może być zbyt mała, ani zbyt duża. W przypadku, gdy będzie zbyt mała, lakier będzie miał skłonność do odpryskiwania i nie będzie posiadał dostatecznej adhezji. Z kolei, gdy zwilżalność będzie zbyt duża, to może spowodować pełzanie lakieru i zanieczyszczenie obszarów, których powleczenie jest niepożądane.
Istnieje kilka sposobów na wykonanie powlekania konformalnego, niestety każdy sposób posiada swoje wady i zalety. Wyróżniamy: lakierowanie:
Prostym i wydajnym procesem lakierowania jest lakierowanie zanurzeniowe. To metoda, przy której konieczne jest tzw. maskowanie. Chociaż powłoka ma właściwości ochronne, to naniesiony na całą powierzchnię lakier spływa w zakamarki i tworzy zacieki.
Łatwym i przyjemnym procesem aplikowania powłok konforemnych jest natrysk lakieru na płytę PCB. Niestety, poza wadami które posiada lakierowanie zanurzeniowe, dopisać tu można wysoką emisję części lotnych (rozpył, rozkurz). Tylko mała część lakieru trafia na płytkę, co zdecydowanie obniża wydajność tego procesu. Wynikiem tego jest rozproszenie materiału w powietrzu czyli rozpył, oraz odbijanie się strugi rozpylonego lakieru od płytki i zawirowania czyli rozkurz. W rezultacie, nawet przy dobrej wentylacji, duża część lakieru trafia w inne miejsca niż powierzchnia płytki.
Najbardziej kompromisyjną metodą, jeśli chodzi o koszty i efektywność, jest metoda mikronatrysku. Pozbawiona ona jest wielu wad, które posiada lakierowanie natryskowe, lecz niestety, w większości wypadków wymaga maskowania. Dużą zaletą mikronatrysku jest to, że prawie cały lakier może znaleźć się na powierzchni płytki drukowanej. Mikrospray z igłą jest na tyle precyzyjny, że niektóre pojedyncze detale można powlekać bez maskowania. Najczęściej wykorzystywany jest on do precyzyjnego nanoszenia topników.
Nanoszenie końcówką dozującą posiada wiele wad, do których należy między innymi to, że nanoszenie cieczy o niskiej lepkości jest mało precyzyjne. W przypadkach kiedy chcemy nałożyć niewielką ilość płynu, końcówka dozująca musi zbliżyć się do powierzchni, na którą ten płyn chcemy nałożyć. Jest to bardzo trudne zadanie przy dużym zagęszczeniu płytek. Końcówka dozująca może z łatwością uszkodzić płytkę lub sama może ulec uszkodzeniu albo skrzywieniu. Tego typu narzędzie jest mało wydajne, a nakładanie nim powłok ochronnych powoduje, że na początku i na końcu tworzą się zgrubienia wywołane otwieraniem i zamykaniem zaworu. Jednak poprzez odpowiednie oprogramowanie można to prawie całkowicie wyeliminować, niestety kosztem wydajności.
Metodą bezkontaktową, która zapewnia bezpieczną odległość elementów od zaworów jest metoda nanoszenia kurtynowego. Jest to metoda nanoszenia powłoki konformalnej selektywnie o dużej wydajności, szybkości i precyzyjności. Co więcej, nie wymaga maskowania. Metodą tą można pokrywać wąskie obszary. Dokładne odcięcie brzegu lakierowanego jest charakterystyczne dla tej metody. Słabą cechą nanoszenia kurtynowego jest to, że jej szerokość zależna jest od lepkości i ciśnienia materiału. Gdy lepkość jest stała, to ciśnienie też jest stałe. Operator narzędzia musi reagować przy każdorazowej zmianie lepkości poprzez zmianę ciśnienia. Aby ta niedogodność została wyeliminowana została wprowadzona zamknięta pętla sprzężenia zwrotnego. Kontrola lepkości może być też prowadzona przez stabilizację termiczną lakieru, która może być stosowana osobno lub razem z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego.
Bezkontaktowa metoda stosowana przeważnie przy aplikowaniu lakierów bezrozpuszczalnikowych to metoda nanoszenia spiralnego. Lakiery bezrozpuszczalnikowe charakteryzują się większą lepkością, w związku z czym nie mogą być nanoszone kurtynowo. Spirala daje nam możliwość czystego odcięcia granic lakierowania, bez rozprysków i bez cieniowania. Podobnie jak nanoszenie kurtynowe, tak i ta metoda wymaga kontrolowania ciśnienia lakieru.
Nanoszenie strumieniowe jest procesem podobnym do nanoszenia za pomocą igły. Zawór do powlekania selektywnego posiada igłę, ale nie dotyka ona powierzchni gdy odbywa się to z odległości kilku milimetrów. Z kolei lakier, nie jest wyciskany jak przy nanoszeniu igłą, ale wyrzucany za pomocą szybkiego mechanizmu elektromagnetycznego. Dzięki temu nie spotkamy się przy tej metodzie ze zjawiskiem zgrubień wywołanych zamykaniem i otwieraniem zaworu. Można więc nanosić powłoki z dużą prędkością, w wąskich przejściach i w ograniczonych obszarach.
W procesie nakładania powłok ochronnych ważna jest metoda, ale także rodzaj lakieru. Lakiery możemy podzielić na grupy, w zależności od bazy chemicznej na jakiej się opierają. Wyróżniamy tutaj lakiery:
Najbardziej popularnymi lakierami na rynku są lakiery akrylowe. Tego typu lakiery są stosowane przeważnie do elektroniki zamkniętej w obudowach. W związku z niską lepkością tych lakierów mogą być aplikowane za pomocą wszystkich dostępnych metod. Lakiery akrylowe charakteryzują się dużą popularnością i odpornością na wilgoć. Utwardzanie polega na odparowaniu rozpuszczalników. W związku z tym proces ten jest dość szybki i może być przyspieszony przez wygrzewanie płytek w piecu. Lakiery akrylowe nie są odporne na czynniki chemiczne i nie stosuje się ich w warunkach, gdzie płytka może mieć kontakt z chemikaliami lub ich oparami. Naprawę płytek uszkodzonych chemicznie jest jednak możliwa. W tym przypadku lakier można łatwo usunąć poprzez użycie rozpuszczalnika.
Zarówno lakiery akrylowe, jak i lakiery poliuretanowe, to produkty jednokomponentowe. Wykazują one bardzo dobrą odporność chemiczną. Tylko mechanicznie lub przy użyciu wysokiej temperatury można usunąć utwardzony lakier, co z kolei niesie ryzyko uszkodzenia płytki lub komponenty na niej umieszczonych. W porównaniu do lakierów akrylowych, czas wysychania lakierów poliuretanowych jest dużo dłuższy, natomiast utwardzenie uzyskuje się dość szybko. Pełna odporność chemiczna, w niektórych przypadkach uzyskiwana jest po 30 dniach.
Odporne na wysokie temperatury są lakiery silikonowe. Przeważnie są one bezrozpuszczalnikowe, czego skutkiem jest ich duża lepkość. Dodatkowo, lakiery silikonowe wymagają użycia innych systemów dozowania. Przy tego typu lakierach konieczne jest użycie osobnych układów czy systemów dozowania. Lakiery te posiadają dobre parametry izolacyjne. Niestety ich odporność chemiczna już tak dobra nie jest. Ze względu na to, że cząsteczki silikonu ciężko usunąć, to mogą one spowodować, że inne lakiery nie utwardzą się.
Lakiery epoksydowe wyróżniają się odpornością na ścieranie. Wytrzymują one temperatury do 150ᵒC. Doskonale chronią płytkę i komponenty na niej osadzone przed korozją, szczególnie przed tą, która powstaje na wskutek kondensacji pary wodnej. Ten rodzaj lakierów można usunąć za pomocą wysokiej temperatury. Czas utwardzania lakierów epoksydowych jest stosunkowo długi.
Największą zaletą lakierów UV jest szybkość utwardzania, dzięki czemu są one idealne produkcji wielkich serii. Dzieje się tak nie tylko ze względu na szybkość utwardzania, ale również ze względu na małą powierzchnię zajmowaną przez piec do utwardzania. Właściwości lakierów UV to dobra odporność na wilgoć, doskonała izolacja elektryczna, odporność chemiczna oraz, co jest bardzo istotne, odporność na temperatury powyżej 150ᵒC.
Sprzęt AGD w związku, z tym że umieszczany jest w pomieszczeniach takich jak kuchnia czy łazienka, zostaje narażony na dużą wilgotność. Dlatego sprzęt AGD korzysta z tej technologii. Warto również wspomnieć, że poza zastosowaniami przemysłowymi i domowymi, powlekanie konformalne stosowane jest przez motoryzację i militaria.
