Conformal Coating -sovelluksen laadunvalvonta

Laadunvalvonta on kriittinen osa mukautuvaa pinnoitusprosessia, ja se on avain tämän toimenpiteen onnistumiseen.Tässä artikkelissa käsitellään yhdenmukaisten pinnoitteiden standardeja, niiden määräysten merkitystä, uusien automatisoitujen tekniikoiden kykyä soveltaa laadunvalvontaa yhdenmukaisiin pinnoitteisiin ja tekijöitä, jotka on otettava huomioon luotettavan valvonnan varmistamiseksi.

Conformal pinnoitteet ovat ohuita, läpinäkyviä polymeerikerroksia, jotka levitetään painettujen piirien pinnoille suojaamaan niitä ulkoisilta tekijöiltä.Sana 'conformal' on johdettu latinan sanasta conformis - 'samanlainen', 'muistuttava', eli se määrittää pinnoitteen kyvyn jäljitellä suojatun painetun piirikokoonpanon muotoa.

Yhdenmukaiset pinnoitusstandardit:

Nykyään useimpien yritysten ympäri maailmaa käyttämä ensisijainen kansainvälinen standardi mukautuvan pinnoitteen alalla on IPC-A-610 Standard for Acceptability of Electronic Assemblies, jonka nykyinen versio (IPC-A-610E) on tilattavissa IPC:ltä.On olemassa muita standardeja, mukaan lukien yrityksen määräykset, mutta tässä artikkelissa keskitytään A610:een, joka auttaa määrittämään yhdenmukaisten pinnoitesovellusten laadunvalvontatarpeet.

IPC-A-610:n kattamien ongelmien laajuus

IPC-A-610 tulee tutkia jaksolta.Tämä auttaa ymmärtämään sekä käyttäjän tarpeita että itse yhdenmukaisen pinnoitusprosessin vaatimuksia.Standardi koostuu kolmesta osasta: Yleistiedot, Pinnoitteen peitto ja Pinnoitteen paksuus

Yleistä konformisista pinnoitteista:

IPC-A-610 toteaa, että yhdenmukaisten pinnoitteiden tulee yleensä olla kirkkaita ja yhtenäisiä väriltään ja koostumukseltaan, ja niiden tulee peittää tasaisesti piirilevy ja sen komponentit.Kattavuuden laajuus riippuu levitysmenetelmästä.

Tässä on paljon tulkinnanvaraa, mikä voi johtaa ongelmiin, jos se ymmärretään väärin.On syytä huomata, että jokaisella mukautuvalla pinnoitustekniikalla – olipa se sitten sivellin levitys, valikoiva robottilevitys ilmattomalla venttiilillä tai aerosoliruiskutus – on omat ominaisuutensa.Ne kaikki tuottavat eri tasoisia viimeistelyjä, jotka vaihtelevat edelleen teknologisen prosessin organisoinnin, operaattorin persoonallisuuden ja tuotantoympäristön olosuhteiden mukaan.

Standardin tekstissä käytetyt termit 'homogeenisuus' ja 'yhdenmukaisuus' ovat kiinnostavia.Ne ovat sinänsä melko moniselitteisiä, mutta ne on ymmärrettävä alla käsiteltyjen pinnoitteen täydellisyyttä ja paksuutta koskevien vaatimusten yhteydessä.Ilman tällaista kontekstia nämä termit selventävät lopulta vähän.

Lisäksi, jos pinnoitteen tulee olla läpinäkyvä, herää kysymys, ovatko pigmentoidut pinnoitteet hyväksyttäviä.Asiasta tulee keskustella asiakkaan kanssa ja arvioida pigmentin vaikutus mukautuvan pinnoitteen suorituskykyyn.

Pinnoitteen kattavuus:

Useimmat mukautuvat pinnoitteet sisältävät nyt luminoivia lisäaineita, jotka hehkuvat ultraviolettivalossa (UV).Tämä helpottaa pinnoitteen laadun hallintaa.Jotkut viat eivät kuitenkaan näy UV-valossa, ja ne saattavat vaatia hallintaa luonnollisessa (valkoisessa) valossa.Joillakin pinnoitteilla ei ole luonnostaan ​​riittävää UV-luminesenssia, kuten monilla organopiipinnoitteilla.Tämä voi vaikeuttaa hallintaa.

Yhtä tärkeää on se, onko laminaatilla tai fotoresistillä oma luminesenssiemissio, joka on intensiteetiltään verrattavissa pinnoitteen emissioon: osa konformisista pinnoitteista tehdään tarkoituksella ei-luminoimattomiksi ultraviolettivalossa, koska käyttöolosuhteissa käytetyllä luminoivalla lisäaineella on haitallinen vaikutus pinnoite ja painettu piirilevy.

Peittokyvyn osalta standardi asettaa laatutavoitteet viimeistelypinnoitteelle ja eri laatutasoille – luokat 1, 2 ja 3. Tavoitteita ovat mm.

• Kiinnittymisen menettäneiden alueiden puuttuminen;

• Tyhjiöiden tai kuplien puuttuminen;

• Kosteuden poisto, paikallinen kuorinta, shagreen, ryppyjä, halkeamia, aaltoiluja, vikoja, kuten 'kalansilmä' ja 'appelsiinin kuori';

• Ulkomaisten sulkeumien puuttuminen;

• Ei värimuutoksia tai läpinäkyvyyden menetystä;

• Täydellinen kovettuminen ja homogeeninen rakenne.

Monet pinnoitustekniikat, piirilevytyypit ja -materiaalit eivät mahdollista kaikkia edellä mainittuja tavoiteindikaattoreita käytännössä saavuttaa.Niiden systemaattinen toteuttaminen tulee yleensä olemaan erittäin kallista sekä taloudellisesti että investointien kannalta sekä prosessin ohjaukseen käytetyn ajan ja vaivan kannalta.

Kiinnitetään huomiota sellaiseen tavoiteindikaattoriin kuin kuplien puuttuminen.Vaikka katsoisit piirilevyä paljain silmin, on yleensä mahdotonta löytää näytettä, jossa ei ole kuplia jossakin paikassa, elleivät seuraavat ehdot täyty:

• Mukautettu pinnoitusprosessi on täysin kontrolloitu;

• Oikea pinnoitemateriaali valitaan tämän tuloksen saavuttamiseksi;

• Prosessiolosuhteet on täysin optimoitu;

• Käyttäjät ovat laajasti koulutettuja kuplien syistä ja pystyvät hallitsemaan prosessia sen mukaisesti;

• PCB-laminaatissa, kokoonpanoprosessissa, osissa tai konformisessa pinnoitteessa ei ole tapahtunut muutoksia, jotka voisivat aiheuttaa haittavaikutuksia.

Onneksi näiden tavoitteiden saavuttaminen, vaikka se onkin toivottavaa, ei useimmille yrityksille ole välttämätöntä – muuten konforminen pinnoitus olisi vain muutamien asiantuntijoiden toimiala ja mahdoton tehtävä monille.IPC auttaa tässä tarjoamalla omat laatukriteerinsä näille kohteille:

• Pinnoite on täysin kovettunut ja rakenteellisesti yhtenäinen;

• Pinnoite levitetään vain alueille, joissa sitä tarvitaan;

• Pinnoitteen tarttuminen naamioitujen alueiden lähellä;

• Ei siltoja vierekkäisten tyynyjen tai johtavien pintojen välillä johtuen:

- tarttuvuuden menetys,

-- Tyhjiä tai kuplia,

-- Kosteudenpoisto,

-- halkeilee,

-- Aaltoilu,

-- kalansilmät tai hainnahka;

• Vieraat sulkeumat eivät riko komponenttien, kosketuslevyjen tai johtavien pintojen välisen eristysraon vähimmäisvaatimuksia;

• Pinnoite on ohut, mutta ulottuu silti komponenttien ja laitteiden reunoihin.

Tämä kaikki vaikuttaa järkevältä, kunnes katsot tarkemmin, mitä IPC aikoo saavuttaa mukautuvalla pinnoitusprosessillaan.Saatat huomata, että käyttämäsi tai asiakkaasi pyytämä prosessi ei ole niin ilmeinen kuin miltä se aluksi näyttää.

Harkitse ensin vaatimusta pinnoittaa komponenttien ja laitteiden reunat ohuella kerroksella.Tämä vaatimus on äärimmäisen vaikea, ellei mahdoton, täyttää käyttämällä useimpia tavallisia pinnoitusprosesseja.Normaalin laadunvalvontaprosessin aikana on melko vaikeaa määrittää, päällystetäänkö teräviä reunoja.Jos asiakas ilmoittaa, että tämä on hänen vaatimuksensa, on tärkeää harkita tätä huolellisesti.

Siirrytään nyt vaatimukseen kaikkien edellä mainittujen vikojen puuttumisesta sekä vierekkäisten johtavien osien välisistä silloista.Tämä tarkoittaa, että käyttäjän on tutkittava kaikkien piirilevyn johtavien elementtien väliset raot ja siihen asennetut komponentit ja varmistettava, ettei niissä ole vikoja, kuten kuplia, jotka rikkoisivat tätä laatukriteeriä.Tällainen tehtävä vaatii korkeimman pätevyyden lisäksi valtavia aikakustannuksia ja laajamittaisessa tuotannossa koko armeijan laadunvalvontaasiantuntijoiden läsnäoloa.

Ennen kuin sovit asiakkaan tai oman suunnittelijasi kanssa kaikista laatukriteereistä, ymmärrä yksityiskohtaisesti, mitä tarkalleen ottaen hyväksyt.

Yhdenmukainen pinnoitteen paksuus:

Viimeinen IPC-A-610:n käsittelemä alue on mukautuva pinnoitteen paksuus.Standardin taulukko asettaa hyväksyttävät kuivakalvon paksuusalueet erilaisille polymeerimateriaaleille, kuten akryylin mukaisille pinnoitteille, 0,03 mm - 0,13 mm tai 30 µm - 130 µm.Tämä on laaja valikoima yhdenmukaisia ​​pinnoitussovelluksia, jos prosessi on toteutettu oikein.Nämä rajat on myös helppo ylittää, jos et ole tietoinen taustalla olevista ongelmista.Tärkeintä on ymmärtää käytettävän konformisen pinnoitusprosessin periaatteet ja materiaalin ominaisuudet.

Esimerkiksi jos laitoksessa on automatisoitu kastopinnoitusjärjestelmä, voi olla vaikeaa saada kuivaa kalvoa liuotinpohjaisesta akryyli- tai polyuretaanipinnoitteesta, jonka paksuus on yli 30 mikronia, ja välttää kaikki laatukriteereissä luetellut viat.Pinnoite on tyypillisesti ohuempi, eikä se välttämättä ole tarpeeksi paksu täyttääkseen kriteerit.

Lisäksi kuivassa pinnoitekalvossa olevien kuplien lukumäärän ja yhdellä kertaa levitetyn märän pinnoitekalvon paksuuden välillä on suora yhteys.Tämä on helppo selvittää: jos levität kerralla liian paksun kerroksen, sen pintaosa kovettuu (kuivuu) ennen kuin kuplat pääsevät kellumaan paksuudesta ja jäävät sisään.Pinnoitteen levittäminen ohuina kerroksina on tärkein edellytys kuplien esiintymisen poistamiselle.Kuitenkin valikoivan päällystyksen robotti toimii yleensä yksivaihetilassa.Siksi on välttämätöntä löytää kompromissi ja säätää pinnoitteen levityksen teknistä prosessia siten, että saavutetaan optimaalinen tulos.

Mitä yhtenäisen pinnoitteen ja tasaisen levityksen vaatiminen oikeastaan ​​tarkoittaa?Tarkoittaako se 'yhtenäistä' alueella 30–130 µm?Pitääkö meidän olla varovainen levittäessämme ohutta kerrosta teräviin reunoihin, joihin pinnoite pyrkii leviämään?Lopuksi, kuten standardissa todetaan, jos pinnoite kerääntyy laitteen alle, sallitun 130 µm:n paksuusraja on helppo ylittää tietyillä alueilla.Valitettavasti, vastoin tervettä järkeä, enemmän ei aina ole parempi, ja liian paksuja pinnoitteita tulee välttää, koska liian paksut pinnoitteet halkeilevat pitkällä aikavälillä.

Tekniset prosessit mukaisen pinnoitteen automaattiseen laadunvalvontaan:

Kuten todettiin, edellä esitettyjen laatukriteerien täyttäminen edellyttää koko piirilevyn perusteellista tarkastusta.Tämä on äärimmäisen vaikea tehtävä johtuen tekijöistä, kuten silmien väsymisestä, häiriötekijöistä ja rajoitetusta suorituskyvystä.Voidaanko mukautetun pinnoitteen laadunvalvonta automatisoida?

Se on mahdollista, mutta tietyin varauksin ja rajoituksin.

Katsotaanpa markkinoilla olevia automatisoituja konformisia pinnoitusjärjestelmiä.Ne sisältävät erittäin korkean teknologian järjestelmiä, joissa on erinomaiset kamerat ja skannerit, erinomaiset ohjelmistot ja korkealaatuisin prosessinohjaus.Ne pystyvät käsittelemään tuotteiden sarjakäsittelyä tai ne voidaan integroida tuotantolinjoihin, ja ne näyttävät kurottavan umpeen olemassa olevan teknologisen aukon.

Kamerat on asennettu kolmi- tai neliakselisille järjestelmille.Jokaisen kameran on eliminoitava parallaksisärö tarkasteltaessa suuria painettuja piirilevyjä, joissa komponenttien sivuilla on piilotettuja alueita.Skanneripohjaiset järjestelmät kärsivät samasta parallaksisäröstä, ja nyt on saatavilla skannausjärjestelmiä, jotka eliminoivat parallaksin.

Kaikilla näillä järjestelmillä on kuitenkin haittapuoli: ne voivat tutkia piirilevyn jokaisen tuuman joka kulmasta ja silti jättää huomiotta ongelmakohdat.Mutta se ei yleensä ole ratkaiseva tekijä automatisoidussa yhdenmukaisen pinnoitteen laadunvalvonnassa.Automatisoidut optiset tarkastusjärjestelmät (AOI) korostavat IPC:n laatukriteerien täyttämisen vaikeutta standardinmukaisissa pinnoitusprosesseissa.Näissä järjestelmissä on puutteita piirilevyn pinnoitteessa ja ne 'näkevät' paljon enemmän kuin yksikään operaattori voisi.

Järjestelmän käyttäjälle tämä saattaa tuntua Pandoran lippaan aukosta, sillä hänellä on nyt kokonainen sarja painettuja piirilevyjä, joiden pinnassa on vikoja.Jos näin on ja automaattinen optinen tarkastusjärjestelmä on asetettu tarkastamaan painetut piirilevyt näiden sääntöjen mukaisesti, tuotantolinja pysähtyy hetken kuluttua.Onko tarkastusjärjestelmä syyllinen vai mukautuva pinnoitusprosessi?Missä syyn pitäisi olla?

Vastaus on yksinkertainen: useimmat teknologiset prosessit eivät tarjoa IPC-standardin kriteerien edellyttämää laatutasoa.Automaattiset optiset tarkastusjärjestelmät tunnistavat selvästi kaikki viat (sikäli kuin mekaaniset ja optiset tekijät sallivat).Lisäksi he näkevät olemassa olevat viat selvemmin kuin paljaalla silmällä.

Muodollinen pinnoitusratkaisu:

Optimaalisen ratkaisun kehittämiseksi on tarpeen toteuttaa iteratiivinen prosessi.

1. Selvitä, mitkä viat (laatukriteerit) ovat hyväksyttäviä, ja määrittele ne.

2. Selvitä, mikä kontrollitaso on saavutettavissa nykyisessä ja uudessa mukautuvassa pinnoitusprosessissa ja mitä vikoja molemmat prosessit voivat aiheuttaa

3. Jos järjestelmä sallii kriteerien täyttymisen, kaikki osapuolet ovat tyytyväisiä.Muussa tapauksessa kriteerejä tai prosessia on muutettava.

Lopulta tervettä järkeä tulee käyttää, ja sitten oikealla tietämyksellä voidaan tehdä oikea päätös.Optimaalista laadunvalvontaprosessia kehittämällä voidaan välttää tarpeettomat kustannukset, riidat ja vastasyytökset myöhemmin ongelmien ilmetessä.