Il controllo di qualità è un aspetto critico del processo di rivestimento conforme ed è fondamentale per completare con successo questa operazione.Questo articolo discute gli standard per i rivestimenti conformi, il significato delle loro normative, la capacità dei nuovi mezzi tecnologici automatizzati di applicare il controllo di qualità ai rivestimenti conformi e i fattori che devono essere considerati per garantire un controllo affidabile.
I rivestimenti conformi sono strati polimerici sottili e trasparenti applicati alle superfici dei circuiti stampati per proteggerli da fattori esterni.La parola 'conforme' deriva dal latino conformis - 'simile', 'somigliante', cioè determina la capacità del rivestimento di replicare la forma del circuito stampato protetto.
Standard di rivestimento conforme:
Oggi, lo standard internazionale principale utilizzato dalla maggior parte delle aziende in tutto il mondo nel settore del rivestimento protettivo è lo standard IPC-A-610 per l'accettabilità degli assemblaggi elettronici, la cui versione attuale (IPC-A-610E) può essere ordinata a IPC.Esistono altri standard, comprese le normative aziendali, ma questo articolo si concentra sull'A610 per aiutare a determinare le esigenze di controllo qualità delle applicazioni di rivestimento conforme.
Ambito delle questioni coperte da IPC-A-610
IPC-A-610 dovrebbe essere studiato sezione per sezione.Ciò aiuterà a comprendere sia le esigenze dell'operatore che i requisiti del processo di rivestimento conforme stesso.Lo standard è composto da tre sezioni: Informazioni generali, Copertura del rivestimento e Spessore del rivestimento
Informazioni generali sui rivestimenti conformi:
IPC-A-610 afferma che i rivestimenti conformi dovrebbero generalmente essere chiari e uniformi nel colore e nella consistenza e dovrebbero coprire uniformemente il circuito stampato e i suoi componenti.L'entità della copertura dipende dal metodo di applicazione.
Qui c'è molto spazio per l'interpretazione, il che può portare a problemi se frainteso.Vale la pena notare che ciascuna tecnologia di applicazione del conforme rivestimento – che si tratti di applicazione a pennello, applicazione robotica selettiva con valvola airless o spruzzatura con aerosol – ha le sue caratteristiche.Producono tutti diversi livelli di finitura, che variano ulteriormente a seconda dell'organizzazione del processo tecnologico, della personalità dell'operatore e delle condizioni dell'ambiente produttivo.
Interessanti sono i termini 'omogeneità' e 'uniformità' utilizzati nel testo della norma.Di per sé sono piuttosto ambigui, ma devono essere intesi nel contesto dei requisiti di completezza e spessore del rivestimento discussi di seguito.Senza un tale contesto, questi termini in definitiva chiariscono poco.
Inoltre, se il rivestimento deve essere trasparente, si pone la questione se i rivestimenti pigmentati siano accettabili.Questo dovrebbe essere discusso con il cliente e valutato l'effetto del pigmento sulle prestazioni del rivestimento conforme.
Completezza della copertura del rivestimento:
La maggior parte dei rivestimenti conformi ora contengono additivi luminescenti che si illuminano alla luce ultravioletta (UV).Ciò semplifica il controllo della qualità dell'applicazione del rivestimento.Tuttavia, alcuni difetti non sono visibili alla luce UV e potrebbero richiedere il controllo alla luce naturale (bianca).Alcuni rivestimenti non hanno per natura sufficiente luminescenza UV, come molti rivestimenti in organosilicio.Ciò può complicare il controllo.
È altrettanto importante se il laminato o il fotoresist hanno una propria emissione luminescente paragonabile per intensità all'emissione del rivestimento: alcuni rivestimenti conformi sono deliberatamente resi non luminescenti alla luce ultravioletta, poiché in condizioni operative l'additivo luminescente utilizzato ha un effetto negativo sulla il rivestimento e il circuito stampato.
In termini di copertura, lo standard stabilisce obiettivi di qualità per il rivestimento di finitura e diversi livelli di qualità: classi 1, 2 e 3. Gli obiettivi includono quanto segue:
Assenza di zone con perdita di adesione;
Assenza di vuoti o bolle;
Assenza di disidratazione, desquamazione locale, zigrino, rughe, screpolature, increspature, difetti quali 'occhio di pesce' e 'buccia d'arancia';
Assenza di inclusioni estranee;
Nessuno scolorimento o perdita di trasparenza;
Stagionatura completa e struttura omogenea.
Molte tecnologie di rivestimento, tipi di circuiti stampati e materiali non consentono nella pratica di raggiungere tutti gli indicatori target sopra menzionati.Il loro raggiungimento sistematico sarà generalmente estremamente costoso sia in termini finanziari e di investimenti, sia in termini di tempo e impegno spesi per il controllo del processo.
Prestiamo attenzione a un indicatore target come l'assenza di bolle.Anche se si osserva il circuito stampato ad occhio nudo, di solito è impossibile trovare un campione che non presenti bolle in un punto o nell'altro, a meno che non siano soddisfatte le seguenti condizioni:
Il processo di rivestimento conforme è completamente controllato;
Per ottenere questo risultato viene selezionato il materiale di rivestimento corretto;
Le condizioni del processo sono completamente ottimizzate;
Gli operatori sono ampiamente formati sulle cause delle bolle e sono in grado di controllare il processo di conseguenza;
Non si sono verificati cambiamenti nel laminato PCB, nel processo di assemblaggio, nei componenti o nel rivestimento conforme che potrebbero causare una reazione avversa.
Fortunatamente, il raggiungimento di questi obiettivi, sebbene auspicabile, non è necessario per la maggior parte delle aziende, altrimenti il rivestimento conformale sarebbe dominio esclusivo di pochi esperti e un compito impossibile per molti.IPC aiuta in questo senso offrendo i propri criteri di qualità per questi target:
Il rivestimento è completamente stagionato e strutturalmente uniforme;
Il rivestimento viene applicato solo nelle aree in cui è necessario;
Adesione del rivestimento in prossimità di zone mascherate;
Nessun ponte tra pad adiacenti o superfici conduttive a causa di:
-- Perdita di adesione,
--Vuoti o bolle,
-- Deumidificazione,
-- Screpolatura,
-- Ondulazione,
-- Fisheye o pelle di squalo;
Le inclusioni estranee non violano i requisiti minimi di isolamento tra componenti, cuscinetti di contatto o superfici conduttive;
Il rivestimento è sottile ma raggiunge comunque i bordi di componenti e dispositivi.
Tutto ciò sembra ragionevole finché non si esamina più da vicino ciò che IPC si propone di ottenere con il suo processo di rivestimento conforme.Potresti scoprire che il processo che stai utilizzando o quello richiesto dal tuo cliente non è così ovvio come sembra a prima vista.
Innanzitutto, considera la necessità di rivestire i bordi dei componenti e dei dispositivi con uno strato sottile.Questo requisito è estremamente difficile, se non impossibile, da soddisfare utilizzando la maggior parte dei processi di rivestimento standard.È piuttosto difficile determinare se i bordi affilati sono rivestiti durante un normale processo di controllo qualità.Se un cliente afferma che questa è una sua esigenza, è importante considerarlo attentamente.
Passiamo ora al requisito dell'assenza di tutti i difetti di cui sopra, nonché dei ponti tra sezioni conduttive adiacenti.Ciò significa che l'operatore deve esaminare gli spazi tra tutti gli elementi conduttori sul circuito stampato con i componenti montati su di esso e assicurarsi che non vi siano difetti, come bolle, che violerebbero questo criterio di qualità.Un compito del genere richiede non solo il massimo livello di qualificazione, ma anche un enorme dispendio di tempo e, nella produzione su larga scala, la presenza di un intero esercito di specialisti del controllo qualità.
Prima di concordare con il cliente o il tuo progettista tutti i criteri di qualità, comprendi in dettaglio cosa stai accettando esattamente.
Spessore del rivestimento conforme:
L'ultima area affrontata da IPC-A-610 è lo spessore del rivestimento conforme.La tabella dello standard stabilisce intervalli accettabili di spessore del film secco per vari materiali polimerici, come i rivestimenti conformali acrilici, che vanno da 0,03 mm a 0,13 mm o da 30 µm a 130 µm.Si tratta di un ampio intervallo per un'applicazione di rivestimento conforme se il processo è implementato correttamente.È anche facile superare questi limiti se non si sono consapevoli dei problemi sottostanti.La chiave è comprendere i principi del processo di rivestimento conforme utilizzato e le capacità del materiale.
Ad esempio, se una struttura dispone di un sistema automatizzato sistema di rivestimento ad immersione, potrebbe essere difficile ottenere un film secco di rivestimento acrilico o poliuretanico a base solvente di spessore superiore a 30 micron ed evitare tutti i difetti elencati nei criteri di qualità.Il rivestimento sarà generalmente più sottile e potrebbe non essere abbastanza spesso da soddisfare i criteri.
Inoltre, esiste una relazione diretta tra il numero di bolle nella pellicola di rivestimento secca e lo spessore della pellicola di rivestimento bagnata applicata in un unico passaggio.È facile scoprirlo: se applichi uno strato troppo spesso in una sola passata, la sua parte superficiale si indurirà (asciugherà) prima che le bolle possano sollevarsi dallo spessore e rimarranno all'interno.L'applicazione del rivestimento in strati sottili è la condizione più importante per eliminare la formazione di bolle.Tuttavia, il robot per il rivestimento selettivo funziona solitamente in modalità a passaggio singolo.Pertanto, è necessario trovare un compromesso e adattare il processo tecnologico di applicazione del rivestimento in modo tale da ottenere risultati ottimali.
Cosa significa concretamente richiedere un rivestimento uniforme e un'applicazione uniforme?Significa 'uniforme' nell'intervallo 30–130 µm?Bisogna fare attenzione ad applicare uno strato sottile sugli spigoli vivi dove il rivestimento tende a spargersi?Infine, come indicato nella norma, se il rivestimento si accumula sotto il dispositivo, è facile superare in alcune aree il limite di spessore consentito di 130 µm.Sfortunatamente, contrariamente al buon senso, non sempre di più è meglio, e i rivestimenti eccessivamente spessi dovrebbero essere evitati, poiché i rivestimenti eccessivamente spessi tendono a rompersi a lungo termine.
Processi tecnologici per il controllo automatico della qualità dell'applicazione del conformalcoating:
Come notato, per soddisfare i criteri di qualità sopra delineati, è necessaria un'ispezione approfondita dell'intero PCB.Si tratta di un compito estremamente difficile a causa di fattori quali affaticamento degli occhi, distrazione e produttività limitata.È possibile automatizzare il controllo qualità del rivestimento conforme?
È possibile, ma con alcune riserve e limitazioni.
Diamo un'occhiata ai sistemi automatizzati di rivestimento conforme disponibili sul mercato.Includono alcuni sistemi ad altissima tecnologia con fotocamere e scanner eccellenti, software eccellente e la massima qualità di controllo del processo.Possono gestire la lavorazione in serie dei prodotti o essere integrati nelle linee di produzione e sembrano colmare il divario tecnologico esistente.
Le telecamere sono montate su sistemi a tre o quattro assi.Ogni telecamera deve eliminare la distorsione di parallasse durante l'ispezione di circuiti stampati di grandi dimensioni dove saranno presenti aree nascoste lungo i lati dei componenti.I sistemi basati su scanner soffrono della stessa distorsione della parallasse e ora sono disponibili sistemi di scansione che eliminano la parallasse.
Tuttavia, tutti questi sistemi presentano uno svantaggio: possono esaminare ogni centimetro del PCB da ogni angolazione e tuttavia trascurano le aree problematiche.Ma di solito questo non è il fattore determinante nel controllo automatizzato della qualità del rivestimento conforme.I sistemi di ispezione ottica automatizzata (AOI) evidenziano la difficoltà di soddisfare i criteri di qualità IPC all'interno dei processi di rivestimento conforme standard.Questi sistemi mostrano difetti all'interno del rivestimento PCB e 'vedono' molto più di quanto potrebbe fare qualsiasi operatore.
Per l'utente del sistema, questo può sembrare l'apertura del vaso di Pandora, poiché ora ha un'intera linea di circuiti stampati con difetti su tutta la superficie.Se questo è il caso e il sistema di ispezione ottica automatizzato è impostato per ispezionare i circuiti stampati secondo queste regole, dopo poco tempo la linea di produzione si fermerà.La colpa è del sistema di ispezione o del processo di rivestimento protettivo?Dove dovrebbe essere la colpa?
La risposta è semplice: la maggior parte dei processi tecnologici non fornisce il livello di qualità richiesto dai criteri standard IPC.I sistemi di ispezione ottica automatizzata identificano chiaramente tutti i difetti (per quanto consentito dai fattori meccanici e ottici).Inoltre, vedono i difetti esistenti più chiaramente che ad occhio nudo.
Soluzione di rivestimento conforme:
È necessario implementare un processo iterativo per sviluppare una soluzione ottimale.
1. stabilire quali difetti (criteri di qualità) sono accettabili e definirli.
2. Determinare quale livello di controllo è ottenibile nell'ambito del processo di rivestimento conforme esistente e nuovo e quali difetti possono essere generati da entrambi i processi
3. Se il sistema consente il rispetto dei criteri, tutte le parti saranno soddisfatte.In caso contrario, i criteri o il processo dovrebbero essere modificati.
In definitiva, dovrebbe essere usato il buon senso e poi, con il giusto livello di conoscenza, si potrà prendere la decisione giusta.Sviluppando un processo di controllo qualità ottimale, è possibile evitare costi inutili, controversie e controaccuse in seguito, quando sorgono problemi.
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