par Gustavo Arredondo, directeur technique chez Para Tech Coating

Les circuits électroniques complexes destinés à fonctionner dans des conditions rigoureuses nécessitent une isolation électrique, chimique, à la vapeur et à l'humidité efficace. Le revêtement Parylène offre ces propriétés protectrices sous la forme d'un film d'encapsulation très fin et de faible masse. Cependant, la durabilité de la protection du Parylène dépend de l'adhérence du film, qui dépend elle-même étroitement de la propreté des surfaces à revêtir.

Les problèmes liés au nettoyage peuvent ne pas être immédiatement apparents dans les assemblages prêts pour le revêtement, mais les conséquences à long terme de la contamination peuvent dégrader la mission des systèmes dans lesquels ils sont utilisés, et sont coûteux à résoudre. La défaillance d'assemblages critiques peut également gravement endommager la réputation d'un fournisseur d'équipement, et avoir un impact négatif sur les activités futures.

Revêtement en parylène

Contrairement aux revêtements liquides classiques appliqués par trempage ou pulvérisation, le revêtement Parylène est réalisé par dépôt chimique sous vide en phase vapeur. Ce procédé implique une polymérisation réticulée au niveau moléculaire : la matière première pulvérulente est convertie en gaz, puis polymérisée directement sous forme de film transparent sur les surfaces d'assemblage. Il n'y a pas de phase liquide intermédiaire. Le film final est parfaitement conforme, car il se développe avec une épaisseur uniforme et à une vitesse constante sur les surfaces planes, ainsi que sur les bords et dans les fissures.

Les contaminants organiques ou non organiques liés à la production, présents sur les assemblages, peuvent perturber la liaison film-surface de Parylène, provoquant un délaminage et compromettant la protection du revêtement. De plus, les substrats contenant des composants dégazants peuvent libérer des résidus pendant le processus de dépôt, contaminant ainsi les surfaces et empêchant une liaison directe avec le monomère réactif.

Respecter les normes de l'industrie

L'inspection visuelle seule ne suffit pas à confirmer qu'un assemblage est prêt à recevoir le revêtement Parylene. Il est crucial de mesurer, de surveiller et d'inspecter systématiquement chaque cycle de production afin d'éviter des problèmes de nettoyage coûteux. CWST applique un processus d'échantillonnage de 10 % des assemblages d'un cycle de production afin de confirmer la préparation des assemblages d'un client au revêtement Parylene, conformément à la norme IPC-J-STD-001.

Cette manipulation d'assemblages de circuits en cours de processus vise des niveaux de qualité et de fiabilité qui soutiennent un fonctionnement ininterrompu dans les environnements les plus difficiles. L'objectif IPC-J-STD-001 pour la propreté de surface est de 10 µgm NaCl/po2 ou moins. Étonnamment, ce niveau de performance est aussi important pour la fiabilité dans les applications commerciales exigeantes que pour les assemblages militaires et aérospatiaux. Un compromis sur cette norme met les assemblages en danger et n'est pas conseillé, même pour les applications commerciales. Si des problèmes de contamination sont indiqués lors de l'échantillonnage, le client en est informé, et CWST peut aider avec l'analyse de défaillance, les essais et la définition de techniques de nettoyage optimales.

L'objectif IPC-J-STD-001 pour la propreté de surface est de 10 µgm NaCl/po2 ou moins. Cette inspection en cours de processus pour la manipulation d'assemblages de circuits vise des niveaux de qualité et de fiabilité qui soutiennent un fonctionnement ininterrompu dans les environnements les plus difficiles. L'objectif IPC-J-STD-001 pour la propreté de surface est de 10 µgm NaCl/po2 ou moins. Étonnamment, ce niveau de performance est aussi important pour la fiabilité dans les applications commerciales exigeantes que pour les assemblages militaires et aérospatiaux. Un compromis sur cette norme met les assemblages en danger et n'est pas conseillé, même pour les applications commerciales. Si des problèmes de contamination sont indiqués lors de l'échantillonnage, le client en est informé, et CWST peut aider avec l'analyse de défaillance, les essais et la définition de techniques de nettoyage optimales.

Les assemblages produits avec un flux dit "sans nettoyage" peuvent sembler exempts de contaminants, mais des résidus subsistent généralement qui compromettront les résultats. Le terme "sans nettoyage" est impropre car il s'applique au niveau de performance requis pour le Parylene. Les restes de flux sans nettoyage sont difficiles à inspecter visuellement, mais deviendront blancs dans un bain d'alcool utilisé pour préparer les substrats pour le dépôt de Parylene. Les résidus dissous contamineront les assemblages ultérieurs et créeront des problèmes de reprise et des retards de production.

REVÊTEMENTS CONFORMES EN PARYLÈNE

MATIÈRES PREMIÈRES DIMÈRES

Pourquoi la propreté est importante

Il existe deux principales classifications de contaminants sur les circuits imprimés : les résidus organiques et les résidus inorganiques. Les traces de résidus organiques agissent comme des agents de démoulage naturels, perturbant l'adhérence entre le film de Parylène et les surfaces sous-jacentes. Cette adhérence compromise peut ne pas être immédiatement apparente, mais le film peut éventuellement se décoller sous l'effet des cycles thermiques ou des contraintes mécaniques, neutralisant ainsi les propriétés protectrices du revêtement. Les résidus inorganiques sont conducteurs d'électricité et peuvent former des fuites de courant sous le revêtement, perturbant ainsi le fonctionnement d'un assemblage électronique.

Le problème le plus fréquent pour l'adhérence du film de Parylène sur les circuits imprimés réside dans les résidus de flux. D'autres contaminants, moins courants mais graves, incluent divers résidus chimiques, halogénures, plastiques lessivés, cires, huiles d'hydrocarbures légers et de silicone, résidus d'adhésif, poussières et traces de doigts. CWST effectue régulièrement un lavage rudimentaire à l'alcool et à l'eau déionisée sur tous les assemblages à revêtir de Parylène afin d'éliminer les traces d'huile et de traces de doigts. Cependant, une analyse chimique sophistiquée est nécessaire pour détecter et identifier d'autres contaminants.

Évaluation de la contamination

La chromatographie d'échange ionique est une technique d'analyse efficace pour qualifier les résidus contaminants inorganiques tels que le chlorure, le fluorure, le potassium et le sodium. Cette technique sépare les ions et les molécules polaires en fonction de leur charge électrique, identifiant ainsi des contaminants spécifiques afin de sélectionner la combinaison solvant/système de nettoyage appropriée.

Les contaminants organiques tels que les huiles de silicone et les agents de démoulage nécessitent une technologie distincte pour leur détection et leur identification. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), un instrument d'analyse complexe, permet de différencier les contaminants organiques des contaminants inorganiques, puis d'identifier des composés chimiques organiques spécifiques. Les tests FTIR reposent sur la comparaison des résultats du spectre avec une base de données de matériaux connus.

La chromatographie en phase gazeuse est également utilisée pour détecter et identifier les contaminants organiques. Ce procédé permet de séparer un mélange liquide inconnu en ses composants individuels et de les identifier. Il consiste à volatiliser un échantillon dans un flux de gaz vecteur. Une variante de la chromatographie en phase gazeuse associe ce procédé à la spectroscopie de masse, offrant ainsi la possibilité de caractériser des mélanges chimiques organiques complexes et inconnus.

Options de nettoyage – Méthodes et matériaux

Il existe de nombreux agents de nettoyage qui peuvent être utilisés une fois que les contaminants ont été précisément identifiés. Le solvant approprié peut être sélectionné pour une utilisation dans un processus de nettoyage par pulvérisation, immersion dans un solvant, ultrasons, dégraissage à la vapeur, grenaillage avec media, tambour, ou même essuyage manuel, selon la nature du défi de nettoyage.

Un simple nettoyage au détergent suffit généralement pour les contaminants solubles, tandis que les matériaux moins solubles nécessitent des solvants plus complexes. L'objectif est d'utiliser des produits de nettoyage non dangereux, non toxiques et sans COV. La technique de nettoyage peut être à base de solvant, semi-aqueuse, aqueuse ou à base de solvant/aqueuse.

Par le passé, les options en matière de solvants se limitaient aux fluides nocifs pour l'environnement, tels que les chlorofluorocarbures ou les hydrocarbures chlorés. Heureusement, ces dernières années, plusieurs agents nettoyants et méthodes de recyclage avancés ont été développés pour répondre efficacement et en toute sécurité aux problèmes de contamination dans la fabrication électronique. Parmi les alternatives aux solvants, on trouve des nettoyants biodégradables, non chélateurs et sans phosphate, des nettoyants à base de solvants non chlorés, des nettoyants à base de solvants sans glycol, des formulations à base d'hydrocarbures, des nettoyants alcalins aqueux à base de méthyléthyle et d'isopropyle, ainsi que de l'eau déionisée.

Le nettoyage de circuits est un processus en plusieurs étapes, et peut être requis avant l'application du pochoir et le refusion de la soudure, après la refusion, et après toutes les activités post-refusion, y compris toute reprise non programmée. À chaque étape, il est impératif de confirmer la compatibilité du solvant avec tous les dispositifs et composants de l'assemblage électronique afin d'éviter les solvants qui sont conducteurs ou corrosifs.

Concevoir pour réussir

Les assemblages de circuits CMS conventionnels présentent moins de difficultés de nettoyage que les dispositifs plus complexes, dont les assemblages soudés sont ajoutés après les étapes de refusion et de nettoyage. Cependant, même les composants CMS les plus basiques peuvent piéger des résidus. Des éléments tels que les cages de protection ou les dissipateurs thermiques peuvent présenter de petits interstices, des fissures ou d'autres caractéristiques physiques qui retiennent les résidus de flux.

L'attention portée au risque de piégeage de résidus cachés dès la conception de l'assemblage contribuera à minimiser les problèmes de contamination en production. Une conception soignée permet de réduire les coûts en aval et les risques de garantie. Certains fabricants jugent utile de procéder à un examen détaillé du nettoyage et de la contamination au niveau du prototype, bien avant la production complète de l'assemblage.

Un nettoyage post-production minutieux est essentiel pour chaque assemblage, en particulier pour les dispositifs complexes. Les fabricants doivent déterminer, par l'expérience et les mesures, la meilleure orientation des assemblages dans la chambre de nettoyage, ainsi que l'emplacement et l'orientation des buses de pulvérisation afin d'éliminer efficacement les résidus contaminants.

Référence : Une étude intitulée « Substitution de solvants pour le nettoyage des assemblages électroniques » a été menée par Sandia National Laboratories (M.C. Oborny, E.P. Lopez, D. E. Peebles et N. R. Sorensen) pour analyser des solvants alternatifs pour une gamme de contaminants d'assemblage de circuits.