Data publikacji:
Na płytce sterownika do zabudowy w maszynie jest zwykle kilkanaście miejsc, które nie mogą dostać powłoki: styki złącz, punkty testowe, gniazdo programatora, pole pod radiator przykręcany po lakierowaniu, oś potencjometru. Przy lakierowaniu zanurzeniowym albo natryskowym każde z nich trzeba zakleić przed procesem i odkleić po utwardzeniu - ręcznie, sztuka po sztuce. To ta operacja, a nie zużycie lakieru, zwykle decyduje o koszcie jednostkowym i o tym, ile płytek wróci do poprawek.
Lakierowanie selektywne przenosi granicę powłoki z taśmy maskującej do programu maszyny. Redukuje maskowanie, ale go nie zeruje, i właśnie ta różnica jest sednem decyzji technologicznej.
Maskowanie jest najwolniejszym i najbardziej pracochłonnym etapem klasycznego procesu nakładania powłok konformalnych. Ma przy tym własność, która źle znosi produkcję seryjną: czas rośnie liniowo z liczbą sztuk. Tysięczna płytka wymaga tyle samo minut pracy rąk co pierwsza, więc koszt jednostkowy nie spada z wielkością zamówienia.
Dochodzi do tego katalog błędów, których nie da się wyeliminować instrukcją: maska przesunięta o milimetr, lakier zaciągnięty pod krawędź taśmy, resztka kleju na styku złącza, maska zapomniana na płytce i wykryta dopiero przy montażu końcowym. Każdy z nich kończy się operacją naprawczą na gotowym wyrobie, a naprawa powłoki jest trudniejsza niż jej nałożenie.
Selektywna aplikacja zamienia ten koszt zmienny na stały: program ścieżki narzędzia, uruchomienie, pierwsza sztuka wzorcowa. Potem powtórzenie kosztuje czas cyklu maszyny. Próg opłacalności przesuwa więc wielkość serii i to, jak bardzo obszary bezlakierowe są rozrzucone po płytce.
Głowica selektywna nie jest jednym urządzeniem. Producenci maszyn oferują kilka trybów podania materiału i to one wyznaczają realną ostrość krawędzi.
Kurtyna (film coater) podaje ciągłą, nierozpyloną błonę materiału. Daje najostrzejsze odcięcie brzegu, ale pracuje z lakierami o niskiej lepkości - Nordson podaje dla swojego aplikatora kurtynowego granicę poniżej 100 cP. Szerokość kurtyny zależy od lepkości i ciśnienia, więc bez stabilizacji obu parametrów pływa razem z temperaturą hali.
Monofilament to pojedyncza nić materiału rozprowadzana delikatnym strumieniem powietrza w pętlę. Pokrywa szersze pola przy zachowaniu przyzwoitej krawędzi i radzi sobie z materiałami gęstszymi, ale wymaga lakieru o odpowiedniej ciągliwości - materiał zbyt mało elastyczny rwie nić.
Swirl podaje lekko rozpyloną, skupioną strugę. Pokrywa szybciej, kosztem rozmytej granicy, więc nadaje się do obszarów, przy których nie stoi strefa bezlakierowa.
Natrysk rozpylony daje najcieńsze filmy, rzędu 25-50 µm, i najgorszą definicję krawędzi. Zawór strumieniowy i igła dozująca obsługują przeciwny biegun: wąskie przejścia między złączami, pojedyncze pola, punktowe dopełnienia.
Aplikatory wielotrybowe obsługują materiały w zakresie lepkości od kilkudziesięciu do kilku tysięcy centipuazów bez przezbrojenia, a podanie nierozpylone pozwala zbliżyć się do stuprocentowej sprawności transferu - materiał ląduje na płytce, a nie w filtrach wyciągu.
Praktyczny wniosek dla konstruktora jest taki, że lakier i aplikator to jedna decyzja, nie dwie. Silikon bezrozpuszczalnikowy o wysokiej lepkości nie pójdzie kurtyną. Akryl rozpuszczalnikowy poda się każdą metodą, ale po odłożeniu na płytkę będzie płynął. Czym różnią się poszczególne chemie, opisuje osobny tekst o rodzajach lakierów do PCB.
Powtarzalność pozycjonowania głowicy jest znacznie lepsza niż tolerancje, o które toczy się spór na produkcji. Problem leży gdzie indziej: lakier po nałożeniu nadal jest cieczą i przez kilkadziesiąt sekund robi to, co każe mu napięcie powierzchniowe.
Pełzanie kapilarne wciąga materiał pod korpusy złącz, wzdłuż wyprowadzeń, w przelotki i pod krawędź maski. Ten sam parametr, który poprawia penetrację pod niskie obudowy i zwilżenie połączeń lutowanych - niska lepkość i dobra zwilżalność - zwiększa ryzyko, że powłoka trafi tam, gdzie miała nie trafić. Nie da się zoptymalizować obu naraz i jest to realny kompromis procesu, a nie kwestia nastaw.
Wytyczne projektowe podają dla stref bezlakierowych wokół złącz i przełączników odstęp rzędu 1-2 mm, ale to wartość orientacyjna. Zależy od lepkości materiału, orientacji elementu i tego, czy pod obudową albo tuż przy granicy strefy znajdują się przelotki. Przelotka przy krawędzi złącza to najkrótsza droga lakieru na drugą stronę płytki i żadna precyzja głowicy tego nie cofnie.
Dlatego część detali zostaje przy masce nawet w procesie w pełni selektywnym: gniazda krawędziowe, styki przekaźników i przełączników, elementy ruchome, powierzchnie uziemiające dociskane do obudowy. Selektywne lakierowanie sprowadza maskowanie do kilku pozycji zamiast kilkunastu i to jest mierzalny zysk - ale plan procesu zakładający zero masek zwykle nie przetrwa zderzenia z pierwszą serią.
Głowica podaje materiał z góry. Kondensator elektrolityczny, transformator, ekran albo wysokie złącze zasłaniają laminat i połączenia lutowane leżące tuż obok. Powstaje strefa cienia, w której powłoki nie ma wcale albo jest symboliczna.
Kryteria pokrycia są przedmiotem IPC-A-610 i są w niej różnicowane klasami wyrobu, przy czym brzmienie zależy od rewizji - obowiązującą podaje specyfikacja uzgodniona z odbiorcą. Kierunek jest stały: im wyższa klasa, tym mniej tolerancji dla odsłoniętych powierzchni w obszarach, które miały zostać pokryte. Odsłonięte połączenie lutowane w cieniu wysokiego elementu jest więc problemem jakościowym, a nie usterką wizualną: to dokładnie ten punkt, w którym wilgoć i zanieczyszczenia jonowe zaczną pracować.
Maszyny odpowiadają na to dodatkowymi osiami. Głowica z osią pochylenia podaje materiał pod kątem, a podejście z dwóch albo czterech stron przełamuje linie cienia wokół wysokich elementów. Rozwiązanie działa i ma jasną cenę: każde dodatkowe przejście to sekundy na płytkę pomnożone przez wielkość serii oraz dłuższy, trudniejszy w utrzymaniu program.
Jest granica, za którą ten rachunek przestaje wychodzić. Jeśli wyrób wymaga pokrycia wszystkich powierzchni, łącznie z bokami i spodami wysokich elementów, żadna metoda natryskowa nie zrobi tego sama - wtedy w grę wchodzi zanurzanie z maskowaniem albo osadzanie z fazy gazowej.
Lepkość lakieru zmienia się z temperaturą, a zmiana nie jest symboliczna: dla typowych materiałów podaje się rząd 3-5% na każdy stopień Celsjusza. Hala w lipcu i ta sama hala w styczniu to inna szerokość kurtyny przy identycznych nastawach ciśnienia. Stąd w maszynach produkcyjnych pojawiają się układy stabilizacji temperatury materiału z recyrkulacją i regulacją rzędu ±1 °C, laserowy pomiar szerokości strugi przed serią oraz monitorowanie objętości dozowanej z rozdzielczością ułamka centymetra sześciennego.
Drugi czynnik jest bardziej prozaiczny. Materiał zasycha na końcówce dyszy i zmienia geometrię strugi. Nastawy na ekranie zostają te same, realny wypływ - nie. Procedura czyszczenia dyszy i weryfikacja strugi na kuponie przed uruchomieniem serii należą więc do programu produkcyjnego, a nie do harmonogramu konserwacji.
Te dwa mechanizmy tłumaczą większość przypadków, w których ta sama płytka z tym samym programem daje inny wynik w dwóch partiach.
Praktycznie wszystkie współczesne lakiery konformalne zawierają znacznik fluorescencyjny, więc kontrola pod światłem UV pokazuje granicę powłoki, zacieki i miejsca niepokryte. Nie pokazuje grubości ani przyczepności - to trzeba mierzyć i badać osobno.
Typowy obraz cienia pod UV jest charakterystyczny: fluorescencja słabnie albo znika w tym samym miejscu na kolejnych płytkach, spod powłoki przebija tekstura soldermaski, a warstwa urywa się dokładnie przy krawędzi elementu. Powtarzalność lokalizacji jest tu diagnozą - mówi, że przyczyna leży w ścieżce narzędzia albo w geometrii płytki, a nie w partii materiału.
Grubość mierzy się na powierzchni płaskiej: na kuponie procesowym albo na wolnym polu laminatu. Opracowania branżowe podają rzędy wielkości zależne od chemii powłoki - dla akryli, epoksydów i poliuretanów 30-130 µm, dla silikonów 50-210 µm, przy czym powłoki osadzane z fazy gazowej są o rząd wielkości cieńsze. Te zakresy krążą z powołaniem na IPC-A-610, ale bez wskazania rewizji, więc traktuj je jako orientację, a nie jako kryterium odbioru. Wynik z kuponu opisuje nastawy procesu, nie gwarantuje pokrycia w cieniu wysokiego elementu. Obie kontrole są potrzebne, bo odpowiadają na inne pytania.
Zarówno zakresy grubości, jak i kryteria pokrycia zależą od rewizji normy i od klasy wyrobu uzgodnionej z odbiorcą. Wartość docelową dla konkretnego projektu zapisuje się w specyfikacji wyrobu razem z numerem rewizji, zamiast przepisywać ją z tabeli w oderwaniu od klasy.
Największe oszczędności w lakierowaniu selektywnym powstają na etapie projektu płytki, zanim ktokolwiek napisze program ścieżki narzędzia.
Osobna sprawa to czystość płytki. Powłoka nałożona na pozostałości topnika albo na resztki procesu mycia trzyma się tylko do pierwszego cyklu termicznego, a delaminacja pod powłoką jest trudniejsza do wykrycia niż jej brak. Jeśli lakierowanie ma sens, to mycie PCB przed nim zwykle też.
Decyzja rozstrzyga się na czterech parametrach: jaki procent powierzchni ma zostać bez powłoki i jak bardzo jest rozrzucony, jak duża jest seria wobec jednorazowego kosztu programu, jak wygląda geometria płytki oraz czy wyrób wymaga pokrycia boków elementów.
Przy obszarach bezlakierowych nielicznych, dużych i skupionych, płytce bez lasu wysokich elementów i powtarzalnej serii selektywna aplikacja wygrywa właściwie zawsze - oszczędza pracę rąk, materiał i czas przejścia przez lakiernię. Przy płytce, która ma być pokryta niemal w całości, a wyjątki są drobne i rozproszone, zanurzanie z kilkoma maskami potrafi wyjść taniej. Przy wymaganiu pełnego pokrycia trójwymiarowego pytanie brzmi już nie o wybór między selektywną aplikacją a maską, ale o technologię osadzania.
Najtańszy moment na tę decyzję jest wtedy, gdy layout da się jeszcze zmienić. Przegląd płytki pod kątem stref bezlakierowych, wysokości elementów i rozmieszczenia przelotek kosztuje jedno spotkanie, a przesuwa próg opłacalności mocniej niż dobór maszyny. Lakierowanie jest przy tym jednym z etapów produkcji elektroniki, który najłatwiej zaplanować z wyprzedzeniem, bo wymagania stawia mu środowisko pracy gotowego urządzenia, znane zwykle na starcie projektu.
W EAE Elektronik prowadzimy selektywne lakierowanie PCBA na automatycznych liniach, powłokami akrylowymi, silikonowymi i utwardzanymi UV, dobieranymi do warunków pracy urządzenia. Jeśli chcesz sprawdzić, ile maskowania zostanie w Twoim projekcie i jaka chemia ma sens, prześlij dokumentację do wyceny - przejrzymy layout razem z technologiem.
Zrób pierwszy krok, napisz lub zadzwoń i porozmawiajmy o Twoim projekcie. Napisz jakie są Twoje oczekiwania. Otrzymasz od nas bezpłatną ofertę oraz wsparcie firmy z 30 letnim doświadczeniem.
uzyskaj bezpłatną wycenę
