ניתוח מפורט של שלוש תהליכי ציפוי נגד צבע וטכנולוגיות מפתח של טלאי SMT ו-THT דרך חור PCBA!
ככל שגודל רכיבי ה-PCBA קטן יותר ויותר, הצפיפות הולכת וגדלה; גובה התמיכה בין התקנים למכשירים (המרווח בין ה-PCB למרווח הקרקע) גם הוא קטן יותר ויותר, והשפעת גורמים סביבתיים על ה-PCBA גם היא עולה. לכן, אנו מציבים דרישות גבוהות יותר לאמינות ה-PCBA של מוצרים אלקטרוניים.
1. גורמים סביבתיים והשפעתם
גורמים סביבתיים נפוצים כגון לחות, אבק, ריסוס מלח, עובש וכו', עלולים לגרום לבעיות כשל שונות של PCBA
לַחוּת
כמעט כל רכיבי המעגל המודפס האלקטרוני בסביבה החיצונית נמצאים בסיכון לקורוזיה, וביניהם מים הם התווך החשוב ביותר לקורוזיה. מולקולות מים קטנות מספיק כדי לחדור את הפער המולקולרי של רשת החומר של חומרים פולימריים מסוימים ולחדור פנימה או להגיע למתכת שמתחת דרך חור הסיכה בציפוי ולגרום לקורוזיה. כאשר האטמוספרה מגיעה ללחות מסוימת, היא עלולה לגרום לנדידה אלקטרוכימית של המעגל המודפס, זרם דליפה ועיוות אות במעגל בתדר גבוה.
אדים/לחות + מזהמים יוניים (מלחים, חומרים פעילים בשטף) = אלקטרוליטים מוליכים + מתח מאמץ = נדידה אלקטרוכימית
כאשר יחס הטמפרטורה (RH) באטמוספירה מגיע ל-80%, נוצר שכבת מים בעובי של 5~20 מולקולות, וכל מיני מולקולות יכולות לנוע בחופשיות. כאשר יש פחמן, עלולות להתרחש תגובות אלקטרוכימיות.
כאשר RH מגיע ל-60%, שכבת השטח של הציוד תיצור סרט מים בעובי של 2~4 מולקולות מים, וכאשר ישנם מזהמים המתמוססים, יתרחשו תגובות כימיות;
כאשר RH < 20% באטמוספירה, כמעט כל תופעות הקורוזיה נפסקות.
לכן, עמידות בפני לחות היא חלק חשוב בהגנה על המוצר.
עבור מכשירים אלקטרוניים, לחות מגיעה בשלוש צורות: גשם, עיבוי ואדי מים. מים הם אלקטרוליט הממיס כמויות גדולות של יונים קורוזיביים אשר משחיתים מתכות. כאשר הטמפרטורה של חלק מסוים בציוד נמוכה מ"נקודת הטל" (טמפרטורה), תהיה עיבוי על פני השטח: חלקים מבניים או PCBA.
אָבָק
יש אבק באטמוספירה, יונים מזהמים הסופגים באבק שוקעים בתוך ציוד אלקטרוני וגורמים לכשל. זוהי בעיה נפוצה בכשלים אלקטרוניים בשטח.
אבק מתחלק לשני סוגיםאבק גס הוא חלקיקים לא סדירים בקוטר של 2.5~15 מיקרון, בדרך כלל לא יגרום לתקלות, קשת ובעיות אחרות, אך ישפיע על מגע המחבר; אבק דק הוא חלקיקים לא סדירים בקוטר של פחות מ-2.5 מיקרון. לאבק דק יש הידבקות מסוימת ל-PCBA (ציפוי), שניתן להסיר רק באמצעות מברשת אנטי-סטטית.
סכנות של אבקא. עקב שקיעת אבק על פני השטח של ה-PCBA, נוצרת קורוזיה אלקטרוכימית, ושיעור הכשל עולה; ב. אבק + חום לח + ערפל מלח גרמו לנזק הגדול ביותר ל-PCBA, וכשל הציוד האלקטרוני היה הנפוצ ביותר בתעשייה הכימית ובאזור הכרייה ליד החוף, במדבר (קרקע מלוחה-אלקלית) ובדרום נהר הואיהה במהלך עונת הטחב והגשם.
לכן, הגנה מפני אבק היא חלק חשוב במוצר.
תרסיס מלח
היווצרות תרסיס מלח:רסס מלח נגרם מגורמים טבעיים כגון גלי אוקיינוס, גאות ושפל, לחץ במחזור האוויר (מונסון), אור שמש וכן הלאה. הוא ייסחף פנימה עם הרוח, וריכוזו יפחת עם המרחק מהחוף. בדרך כלל, ריכוז רסס המלח הוא 1% מריכוז החוף כשהוא נמצא במרחק של קילומטר אחד מהחוף (אך הוא ינשב רחוק יותר בתקופת טייפון).
הנזק של תרסיס מלח:א. פגיעה בציפוי של חלקי מבנה מתכת; ב. האצת מהירות הקורוזיה האלקטרוכימית מובילה לשבר של חוטי מתכת וכשל של רכיבים.
מקורות קורוזיה דומים:א. זיעת ידיים מכילה מלח, אוריאה, חומצה לקטית וכימיקלים אחרים, אשר בעלי אותה השפעה קורוזיבית על ציוד אלקטרוני כמו תרסיס מלח. לכן, יש ללבוש כפפות במהלך ההרכבה או השימוש, ואין לגעת בציפוי בידיים חשופות; ב. ישנם הלוגנים וחומצות בפלקס, אותם יש לנקות ולשלוט בריכוז השיורי שלהם.
לכן, מניעת ריסוס מלח היא חלק חשוב בהגנה על מוצרים.
עוֹבֶשׁ
טחב, השם הנפוץ לפטריות פילמנטיות, פירושו "פטריות מעופשות", נוטות ליצור תפטיר שופע, אך אינן מייצרות גופי פרי גדולים כמו פטריות. במקומות לחים וחמים, פריטים רבים גדלים, לעין בלתי מזוינת, מושבות מטושטשות, פתיתיות או בצורת קורי עכביש, שהוא עובש.
איור 5: תופעת טחב PCB
נזקי עובשא. פגוציטוזה והתפשטות עובש גורמות לבידוד של חומרים אורגניים להתדרדר, להינזק ולכשל; ב. המטבוליטים של עובש הם חומצות אורגניות, המשפיעות על הבידוד ועל החוזק החשמלי ומייצרות קשת חשמלית.
לכן, מניעת עובש היא חלק חשוב ממוצרי הגנה.
בהתחשב בהיבטים הנ"ל, יש להבטיח טוב יותר את אמינות המוצר, יש לבודד אותו מהסביבה החיצונית ככל האפשר, ולכן מוצג תהליך ציפוי הצורה.
ציפוי PCB לאחר תהליך ציפוי, תחת אפקט ירי המנורה הסגולה, הציפוי המקורי יכול להיות כל כך יפה!
שלושה ציפויים נגד צבעמתייחס לציפוי שכבת בידוד דקה ומגנה על פני השטח של PCB. זוהי שיטת הציפוי הנפוצה ביותר לאחר ריתוך כיום, המכונה לעיתים ציפוי משטח וציפוי קונפורמי (שם באנגלית: coating, conformal coating). היא תבודד רכיבים אלקטרוניים רגישים מהסביבה הקשה, יכולה לשפר מאוד את הבטיחות והאמינות של מוצרים אלקטרוניים ולהאריך את חיי השירות של מוצרים. שלושה ציפויים נגד צביעה יכולים להגן על מעגלים/רכיבים מפני גורמים סביבתיים כגון לחות, מזהמים, קורוזיה, לחץ, הלם, רעידות מכניות ומחזור תרמי, תוך שיפור החוזק המכני ומאפייני הבידוד של המוצר.
לאחר תהליך ציפוי המעגל המודפס, נוצר שכבת מגן שקוף על פני השטח, שיכולה למנוע ביעילות חדירת מים ולחות, למנוע דליפות וקצר חשמלי.
2. נקודות עיקריות של תהליך הציפוי
בהתאם לדרישות IPC-A-610E (תקן בדיקת הרכבה אלקטרונית), הדבר בא לידי ביטוי בעיקר בהיבטים הבאים:
אֵזוֹר
1. אזורים שלא ניתן לצבוע:
אזורים הדורשים חיבורים חשמליים, כגון פדים מוזהבים, אצבעות מוזהבות, חורי מעבר ממתכת, חורי בדיקה;
סוללות ומתקנים לסוללות;
מַחבֵּר;
נתיך ומארז;
מכשיר לפיזור חום;
חוט מגשר;
עדשה של מכשיר אופטי;
פוטנציומטר;
חיישן;
אין מתג אטום;
אזורים אחרים שבהם ציפוי עלול להשפיע על הביצועים או התפעול.
2. אזורים שיש לצבועכל חיבורי ההלחמה, הפינים, הרכיבים והמוליכים.
3. אזורים אופציונליים
עוֹבִי
העובי נמדד על משטח שטוח, ללא הפרעה ומיושן של רכיב המעגל המודפס או על לוח מחובר שעובר את התהליך עם הרכיב. לוחות מחוברים יכולים להיות מאותו חומר כמו לוחות מודפסים או מחומרים אחרים שאינם נקבוביים, כגון מתכת או זכוכית. מדידת עובי שכבה רטובה יכולה לשמש גם כשיטה אופציונלית למדידת עובי ציפוי, כל עוד קיים קשר המרה מתועד בין עובי שכבה רטובה ויבשה.
טבלה 1: טווח עובי סטנדרטי עבור כל סוג של חומר ציפוי
שיטת בדיקה של עובי:
1. כלי למדידת עובי שכבה יבשה: מיקרומטר (IPC-CC-830B); בודק עובי שכבה יבשה (בסיס ברזל)
איור 9. מכשיר מיקרומטר לצילום יבש
2. מדידת עובי שכבה רטובה: ניתן לקבל את עובי שכבה רטובה באמצעות מכשיר מדידה של עובי שכבה רטובה, ולאחר מכן לחשב אותה לפי שיעור תכולת מוצקי הדבק.
עובי הסרט היבש
באיור 10, עובי השכבה הרטובה התקבל על ידי בודק עובי השכבה הרטובה, ולאחר מכן חושב עובי השכבה היבשה.
רזולוציית קצה
הַגדָרָהבנסיבות רגילות, ריסוס שסתום הריסוס מחוץ לקצה הקו לא יהיה ישר במיוחד, תמיד יהיה שטח חריץ מסוים. אנו מגדירים את רוחב השטח כרזולוציית הקצה. כפי שמוצג להלן, גודל d הוא ערך רזולוציית הקצה.
הערה: רזולוציית הקצה היא בהחלט קטנה יותר, אך דרישות הלקוח השונות אינן זהות, כך שרזולוציית הקצה המצופה הספציפית תעמוד בדרישות הלקוח.
איור 11: השוואת רזולוציית קצה
אֲחִידוּת
הדבק צריך להיות בעל עובי אחיד ושכבה חלקה ושקופה המכוסה במוצר, הדגש הוא על אחידות הדבק המכוסה באזור שמעל המוצר, לאחר מכן, חייב להיות באותו עובי, ללא בעיות תהליך: סדקים, ריבוד, קווים כתומים, זיהום, תופעת נימיות, בועות.
איור 12: מכונת ציפוי אוטומטית מסדרת AC צירית, אפקט ציפוי, אחידות עקבית מאוד
3. מימוש תהליך הציפוי
תהליך ציפוי
1 הכנה
הכנת מוצרים ודבק ופריטים נחוצים אחרים;
קביעת מיקום ההגנה המקומית;
קביעת פרטי התהליך המרכזיים
2: שטיפה
יש לנקות בזמן הקצר ביותר לאחר הריתוך, כדי למנוע קושי בניקוי לכלוך מהריתוך;
יש לקבוע האם המזהם העיקרי הוא קוטבי או לא קוטבי, על מנת לבחור את חומר הניקוי המתאים;
אם משתמשים בחומר ניקוי המכיל אלכוהול, יש לשים לב לבטיחות: יש לוודא אוורור טוב וכללי תהליך קירור וייבוש לאחר הכביסה, כדי למנוע התנדפות ממס שיורי הנגרמת כתוצאה מפיצוץ בתנור;
ניקוי במים, עם נוזל ניקוי אלקלי (אמולסיה) כדי לשטוף את השטף, ולאחר מכן לשטוף במים טהורים כדי לנקות את נוזל הניקוי, כדי לעמוד בתקני הניקוי;
3. הגנה מפני מיסוך (אם לא נעשה שימוש בציוד ציפוי סלקטיבי), כלומר, מסכה;
יש לבחור סרט שאינו דביק, שכן הוא לא יעביר את סרט הנייר;
יש להשתמש בסרט נייר אנטי-סטטי להגנה על מעגלים משולבים;
על פי דרישות השרטוטים עבור התקנים מסוימים להגנה מפני מיגון;
4. ייבוש לחות
לאחר הניקוי, יש לייבש מראש את ה-PCBA (רכיב) המוגן ולייבש אותו לפני הציפוי;
קבע את הטמפרטורה/זמן הייבוש המקדים בהתאם לטמפרטורה המותרת על ידי PCBA (רכיב);
ניתן לאפשר ל-PCBA (רכיב) לקבוע את הטמפרטורה/זמן של שולחן הייבוש המקדים
5 שכבות
תהליך ציפוי הצורה תלוי בדרישות ההגנה של ה-PCBA, בציוד התהליך הקיים ובעתודה הטכנית הקיימת, אשר מושגת בדרך כלל בדרכים הבאות:
א. מברשת ידנית
איור 13: שיטת הברשה ידנית
ציפוי מברשת הוא התהליך הנפוץ ביותר, מתאים לייצור בכמויות קטנות, מבני PCBA מורכבים וצפופים, ודורשים הגנה מפני מוצרים קשים. מכיוון שניתן לשלוט בחופשיות בציפוי המברשת, החלקים שאינם מורשים לצבוע לא יזוהמו;
ציפוי במברשת צורך הכי פחות חומר, מתאים למחיר הגבוה יותר של צבע דו-רכיבי;
תהליך הצביעה מציב דרישות גבוהות מהמפעיל. לפני הבנייה, יש לעכל בקפידה את השרטוטים ודרישות הציפוי, לזהות את שמות רכיבי ה-PCBA, ולסמן את החלקים שאינם מורשים לציפוי בסימנים בולטים;
אסור למפעילים לגעת בתוסף המודפס בידיהם בכל עת כדי למנוע זיהום;
ב. טבילה ידנית
איור 14: שיטת ציפוי טבילה ידנית
תהליך ציפוי הטבילה מספק את תוצאות הציפוי הטובות ביותר. ניתן למרוח ציפוי אחיד ורציף על כל חלק של ה-PCB. תהליך ציפוי הטבילה אינו מתאים ל-PCB עם קבלים מתכווננים, ליבות מגנטיות מתכווננות, פוטנציומטרים, ליבות מגנטיות בצורת כוס וחלקים מסוימים עם איטום לקוי.
פרמטרים עיקריים של תהליך ציפוי טבילה:
התאם את הצמיגות המתאימה;
שלטו במהירות הרמה של ה-PCBA כדי למנוע היווצרות בועות. בדרך כלל לא יותר ממטר אחד לשנייה;
ג. ריסוס
ריסוס הוא שיטת התהליך הנפוצה ביותר, קלה לקבלה, המחולקת לשתי הקטגוריות הבאות:
① ריסוס ידני
איור 15: שיטת ריסוס ידנית
מתאים לחומר עבודה מורכב יותר, קשה להסתמך על ציוד אוטומציה במצב ייצור המוני, מתאים גם למגוון קו מוצרים אך פחות מצב, ניתן לרסס למיקום מיוחד יותר.
הערה לריסוס ידני: ערפל צבע יזהם התקנים מסוימים, כגון שקעי PCB, שקעי IC, מגעים רגישים מסוימים וחלקי הארקה, יש לשים לב לאמינות הגנת המגן על חלקים אלה. נקודה נוספת היא שהמפעיל לא צריך לגעת בתקע המודפס בידו בשום עת כדי למנוע זיהום של משטח המגע של התקע.
② ריסוס אוטומטי
בדרך כלל מדובר בציוד ריסוס אוטומטי עם ציוד ציפוי סלקטיבי. מתאים לייצור המוני, עקביות טובה, דיוק גבוה, זיהום סביבתי נמוך. עם שדרוג התעשייה, עליית עלות העבודה והדרישות המחמירות של הגנת הסביבה, ציוד ריסוס אוטומטי מחליף בהדרגה שיטות ציפוי אחרות.
עם דרישות האוטומציה הגוברות של תעשייה 4.0, המיקוד של התעשייה עבר מאספקת ציוד ציפוי מתאים לפתרון בעיית תהליך הציפוי כולו. מכונת ציפוי סלקטיבית אוטומטית - ציפוי מדויק וללא בזבוז חומר, מתאים לכמויות גדולות של ציפוי, מתאים ביותר לכמויות גדולות של שלושה ציפויים נגד צבע.
השוואה שלמכונת ציפוי אוטומטיתותהליך ציפוי מסורתי
ציפוי צבע PCBA מסורתי בעל שלושה עמידויות:
1) ציפוי מברשת: יש בועות, גלים, הסרת שיער מברשת;
2) כתיבה: איטית מדי, לא ניתן לשלוט בדיוק;
3) השריית כל החלק: צבע בזבזני מדי, מהירות איטית;
4) ריסוס באקדח ריסוס: להגנה על מתקן, סחיפה מוגזמת
ציפוי מכונת ציפוי:
1) כמות צביעת הריסוס, מיקום צביעת הריסוס והאזור מוגדרים במדויק, ואין צורך להוסיף אנשים לניגוב הלוח לאחר צביעת הריסוס.
2) ניתן לצבוע חלק מהרכיבים הנכנסים עם מרווח גדול מקצה הפלטה ישירות מבלי להתקין את מתקן החיבור, ובכך לחסוך לצוות התקנת הפלטה.
3) אין נדיפות גז, כדי להבטיח סביבת הפעלה נקייה.
4) כל המצע אינו צריך להשתמש בגופי תאורה כדי לכסות את סרט הפחמן, מה שמבטל את האפשרות של התנגשות.
5) שלושה אחידים בעובי ציפוי נגד צבע, משפרים מאוד את יעילות הייצור ואת איכות המוצר, אך גם מונעים בזבוז צבע.
מכונת ציפוי אוטומטית תלת-צירית נגד צבע מדגם PCBA, תוכננה במיוחד לריסוס שלושה ציוד ריסוס חכם נגד צבע. מכיוון שהחומר שיש לרסס ונוזל הריסוס המיושם שונים, גם בחירת רכיבי הציוד בבניית הציוד שונה. מכונת הציפוי שלוש-צירית מאמצת את תוכנת בקרת המחשב העדכנית ביותר, יכולה לממש את הקישור התלת-צירי, ובמקביל מצוידת במערכת מיקום ומעקב של מצלמה, יכולה לשלוט במדויק באזור הריסוס.
מכונת ציפוי שלוש נגד צבע, המכונה גם מכונת דבק שלוש נגד צבע, מכונת ריסוס דבק שלוש נגד צבע, מכונת ריסוס שמן שלוש נגד צבע, מכונת ריסוס שלוש נגד צבע, מיועדת במיוחד לבקרת נוזלים, על פני המעגל המודפס מכוסה בשכבה של שלושה ציפויים נגד צבע, כגון הספגה, ריסוס או ציפוי ספין על פני המעגל המודפס מכוסה בשכבה של פוטורזיסט.
כיצד לפתור את העידן החדש של דרישת ציפוי צבע נגד שלושה סוגים, הפך לבעיה דחופה שיש לפתור בתעשייה. ציוד הציפוי האוטומטי, המיוצג על ידי מכונת ציפוי סלקטיבית מדויקת, מביא דרך פעולה חדשה,ציפוי מדויק וללא בזבוז חומרים, המתאים ביותר למספר גדול של שלושה ציפויים נגד צבע.
