por Gustavo Arredondo, Gerente Técnico de Para Tech Coating

Los conjuntos de circuitos electrónicos complejos destinados a operar en condiciones rigurosas requieren un aislamiento eficaz contra la electricidad, los productos químicos, el vapor y la humedad. El recubrimiento de parileno proporciona estas propiedades protectoras mediante una película encapsulante muy delgada y de baja masa. Sin embargo, la durabilidad del parileno depende de la adhesión de la película, que a su vez depende estrictamente de la limpieza de las superficies a recubrir.

Los problemas de limpieza pueden no ser evidentes de inmediato en los ensambles listos para el recubrimiento, pero las consecuencias a largo plazo de la contaminación pueden deteriorar la función de los sistemas en los que se utilizan y son costosas de resolver. El fallo de ensambles críticos también puede dañar gravemente la reputación de un proveedor de equipos y tener un impacto negativo en el futuro de su negocio.

Recubrimiento de parileno

A diferencia de los recubrimientos líquidos típicos que se aplican por inmersión o pulverización, el recubrimiento de parileno se realiza mediante un proceso de deposición químico al vacío en fase de vapor. Este proceso implica la polimerización por reticulación a nivel molecular, donde una materia prima en polvo se convierte a estado gaseoso y luego se polimeriza directamente como una película transparente sobre las superficies de ensamblaje. No hay fase líquida intermedia. La película final es completamente conforme, ya que se desarrolla con el mismo espesor y a una velocidad fija tanto en áreas planas como alrededor de bordes y grietas.

Los contaminantes orgánicos o no orgánicos relacionados con la producción que permanecen en los ensamblajes pueden alterar la unión de la película de parileno a la superficie, provocando delaminación y comprometiendo la protección del recubrimiento. Además, los sustratos con componentes desgasificantes pueden filtrar residuos durante el proceso de deposición, contaminando las superficies e impidiendo la unión directa con el monómero reactivo.

Siguiendo los estándares de la industria

La inspección visual por sí sola no es suficiente para confirmar la preparación de un conjunto para el recubrimiento de parileno. Es crucial medir, supervisar e inspeccionar constantemente cada ciclo de producción para evitar costosos problemas de limpieza. CWST sigue un proceso de muestreo del 10 % de los conjuntos de una producción para confirmar la preparación de los conjuntos de un cliente para el recubrimiento de parileno, según la norma IPC-J-STD-001.

Esta manipulación de conjuntos de circuitos en proceso busca niveles de calidad y fiabilidad que permitan un funcionamiento ininterrumpido en los entornos más exigentes. El objetivo de limpieza de la superficie según la norma IPC-J-STD-001 es de 10 µg de NaCl/pulgada cuadrada o menos. Sorprendentemente, este estándar de rendimiento es tan importante para la fiabilidad en aplicaciones comerciales exigentes como en conjuntos militares y aeroespaciales. Incumplir este estándar pone en riesgo los conjuntos y no se recomienda, ni siquiera en aplicaciones comerciales. Si se detectan problemas de contaminación durante el muestreo, se informa al cliente y CWST puede ayudarle con el análisis de fallos, las pruebas y la definición de técnicas de limpieza óptimas.

El objetivo IPC-J-STD-001 para la limpieza de superficies es de 10 µg de NaCl/pulg² o menos. Esta inspección en proceso para la manipulación de conjuntos de circuitos busca niveles de calidad y fiabilidad que garanticen un funcionamiento ininterrumpido en los entornos más exigentes. Sorprendentemente, este estándar de rendimiento es tan importante para la fiabilidad en aplicaciones comerciales exigentes como en conjuntos militares y aeroespaciales. Incumplir este estándar pone en riesgo los conjuntos y no se recomienda, ni siquiera en aplicaciones comerciales. Si se detectan problemas de contaminación durante el muestreo, se informa al cliente y CWST puede ayudarle con el análisis de fallos, las pruebas y la definición de técnicas de limpieza óptimas.

Los ensambles producidos con el llamado fundente "sin limpieza" pueden parecer libres de contaminantes, pero generalmente quedan residuos que comprometen los resultados. El término "sin limpieza" es inapropiado, ya que se aplica al estándar de rendimiento requerido para el parileno. Los restos de fundente sin limpieza son difíciles de inspeccionar visualmente, pero se vuelven blancos en un baño de alcohol utilizado para preparar sustratos para la deposición de parileno. Los residuos disueltos contaminarán ensambles posteriores y causarán problemas de reprocesamiento y retrasos en la producción.

RECUBRIMIENTOS CONFORMADOS DE PARILENO

MATERIAS PRIMAS DE DÍMEROS

Por qué es importante la limpieza

Existen dos clasificaciones principales de contaminantes en placas de circuito impreso: residuos orgánicos e inorgánicos. Los restos orgánicos traza actúan como agentes desmoldantes naturales, alterando la adhesión entre la película de parileno y las superficies subyacentes. Esta adhesión comprometida puede no ser evidente de inmediato, pero la película puede eventualmente deslaminarse como resultado de ciclos térmicos o estrés mecánico, neutralizando así las propiedades protectoras del recubrimiento. Los residuos inorgánicos son conductores de electricidad y pueden formar vías de fuga de corriente bajo el recubrimiento que perturbarán el funcionamiento de un ensamblaje electrónico.

El problema más común para la adhesión de la película de parileno en los circuitos es el residuo de fundente. Otros contaminantes menos comunes, pero graves, incluyen diversos residuos químicos, haluros, plásticos lixiviados, ceras, hidrocarburos ligeros y aceites de silicona, residuos de adhesivos, polvo y huellas dactilares. CWST realiza rutinariamente un lavado básico con alcohol y agua desionizada en todos los circuitos que se van a recubrir con parileno para eliminar aceites y huellas dactilares menores. Sin embargo, se requiere un análisis químico sofisticado para detectar e identificar otros contaminantes.

Evaluación de contaminación

La cromatografía de intercambio iónico es una técnica analítica eficaz para la clasificación de residuos contaminantes inorgánicos como cloruro, fluoruro, potasio y sodio. Esta técnica separa iones y moléculas polares según su carga eléctrica, identificando contaminantes específicos para que se pueda seleccionar la combinación adecuada de disolvente y sistema de limpieza.

Los contaminantes orgánicos, como los aceites de silicona y los desmoldantes, requieren una tecnología independiente para su detección e identificación. La espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), un instrumento analítico complejo, puede diferenciar entre contaminantes orgánicos e inorgánicos e identificar compuestos químicos orgánicos específicos. Las pruebas FTIR se basan en la comparación de los resultados del espectro con una base de datos de materiales conocidos.

La cromatografía de gases también se utiliza para detectar e identificar contaminantes orgánicos. Este proceso permite separar una mezcla líquida desconocida en sus componentes individuales y especificar cada uno. El proceso implica la volatilización de una muestra de prueba en una corriente de gas portador. Una variante de la cromatografía de gases combina este régimen con la espectroscopia de masas, ofreciendo la capacidad adicional de caracterizar mezclas químicas orgánicas complejas y desconocidas.

Opciones de limpieza: métodos y materiales

Existen numerosos agentes de limpieza que pueden utilizarse una vez que los contaminantes han sido identificados con precisión. El solvente adecuado puede seleccionarse para su uso en procesos de limpieza por pulverización, inmersión en solvente, ultrasonido, desengrase por vapor, chorro de medios, tamboreo o incluso limpieza manual con paño, según la naturaleza del desafío de limpieza.

La limpieza con detergentes simples suele ser adecuada para contaminantes solubles, mientras que los materiales menos solubles requieren disolventes más complejos. El objetivo es utilizar materiales de limpieza no peligrosos, no tóxicos y libres de COV. La técnica de limpieza puede ser con disolventes, semiacuosa, acuosa o con disolvente/acuosa.

Anteriormente, las opciones de disolventes se limitaban a fluidos ambientalmente inaceptables, como los clorofluorocarbonos o los hidrocarburos clorados. Afortunadamente, en los últimos años se han desarrollado diversos agentes de limpieza avanzados y métodos de reciclaje que abordan de forma segura y eficaz los problemas de contaminación en la fabricación de productos electrónicos. Las alternativas a los disolventes incluyen limpiadores biodegradables no quelantes ni fosfatos, limpiadores con disolventes no clorados, limpiadores con disolventes sin glicol, formulaciones a base de hidrocarburos, metil etil isopropil, limpiadores alcalinos de base acuosa y agua desionizada.

La limpieza del circuito es un proceso de varios pasos y puede ser necesaria antes del estarcido y el reflujo de soldadura, después del reflujo y después de cualquier actividad posterior al reflujo, incluyendo cualquier retrabajo no programado. En cada paso, es fundamental confirmar la compatibilidad de los disolventes con todos los dispositivos y componentes del conjunto electrónico para evitar disolventes conductores o corrosivos.

Diseñar para el éxito

Los circuitos SMT convencionales presentan menos dificultades de limpieza que los dispositivos más complejos con conjuntos soldados añadidos tras los pasos de reflujo y limpieza del SMT, aunque incluso los componentes básicos de montaje superficial pueden acumular residuos. Elementos como jaulas protectoras o disipadores de calor pueden presentar pequeñas grietas, hendiduras u otras características físicas que retienen residuos de fundente.

Prestar atención a la posibilidad de que se acumulen residuos ocultos durante la fase de diseño del conjunto ayudará a minimizar los problemas de contaminación en la producción. Un diseño cuidadoso puede ahorrar costos posteriores y reducir posibles problemas de garantía. Algunos fabricantes consideran útil realizar una limpieza detallada y una revisión de la contaminación a nivel de prototipo, mucho antes de que un conjunto alcance la producción completa.

Una limpieza cuidadosa de posproducción es fundamental para cualquier ensamblaje, especialmente para dispositivos complejos. Los fabricantes deben determinar, mediante experiencia y mediciones, la mejor orientación de los ensamblajes en la cámara de limpieza y la ubicación y dirección de las boquillas de pulverización para eliminar los residuos contaminantes de forma fiable.

Referencia: Sandia National Laboratories (M.C. Oborny, E.P. Lopez, D. E. Peebles y N. R. Sorensen) realizó un estudio titulado “Sustitución de solventes para limpieza de ensamblajes electrónicos” para analizar solventes alternativos para una variedad de contaminantes en ensamblajes de circuitos.