przez Gustavo Arredondo, kierownika technicznego w Para Tech Coating

Złożone układy elektroniczne przeznaczone do pracy w trudnych warunkach wymagają skutecznej izolacji elektrycznej, chemicznej, parowej i wilgoci. Powłoka parylenowa zapewnia te właściwości ochronne dzięki bardzo cienkiej, lekkiej warstwie hermetyzującej. Jednak trwałość właściwości ochronnych parylenu zależy od przyczepności warstwy, która z kolei ściśle zależy od czystości powierzchni, które mają być pokryte.

Problemy związane z czyszczeniem mogą nie być od razu widoczne w zespołach gotowych do powlekania, ale długoterminowe konsekwencje zanieczyszczenia mogą pogorszyć funkcjonowanie systemów, w których są one używane, i są kosztowne w naprawie. Awaria kluczowych zespołów może również poważnie zaszkodzić reputacji dostawcy sprzętu i negatywnie wpłynąć na przyszłą działalność.

Powłoka parylenowa

W przeciwieństwie do typowych powłok ciekłych nakładanych metodą zanurzeniową lub natryskową, powłoka Parylenu powstaje w procesie chemicznego osadzania próżniowego w fazie gazowej. Polega ona na polimeryzacji sieciującej na poziomie molekularnym, gdzie sproszkowany surowiec jest przekształcany do postaci gazowej, a następnie bezpośrednio polimeryzowany w postaci przezroczystej warstwy na powierzchniach montażowych. Nie ma pośredniej fazy ciekłej. Gotowa warstwa jest całkowicie konformalna, ponieważ rozwija się z równą grubością i ze stałą szybkością zarówno na płaskich powierzchniach, jak i wokół krawędzi i w szczelinach.

Zanieczyszczenia organiczne lub nieorganiczne związane z produkcją, pozostające na podzespołach, mogą zaburzyć wiązanie folii parylenowej z powierzchnią, powodując delaminację i osłabiając ochronę powłoki. Ponadto, podłoża z komponentami odgazowującymi mogą wypłukiwać pozostałości podczas procesu osadzania, powodując krzyżowe zanieczyszczenie powierzchni i uniemożliwiając bezpośrednie wiązanie z reaktywnym monomerem.

Przestrzeganie standardów branżowych

Sama inspekcja wizualna nie wystarczy, aby potwierdzić gotowość zespołu do pokrycia powłoką parylenową. Kluczowe jest konsekwentne mierzenie, monitorowanie i kontrola każdej partii produkcyjnej, aby uniknąć kosztownych problemów z czyszczeniem. CWST stosuje procedurę pobierania próbek 10% zespołów z partii produkcyjnej, aby potwierdzić gotowość zespołów klienta do pokrycia powłoką parylenową, zgodnie z normą IPC-J-STD-001.

Proces montażu obwodów drukowanych w trakcie procesu produkcyjnego zapewnia jakość i niezawodność, które gwarantują nieprzerwaną pracę w najtrudniejszych warunkach. Norma IPC-J-STD-001 dotycząca czystości powierzchni wynosi 10µg NaCl/cal² lub mniej. Co zaskakujące, ten standard wydajności jest równie ważny dla niezawodności w wymagających zastosowaniach komercyjnych, jak i w zespołach wojskowych i lotniczych. Kompromis w tym standardzie naraża zespoły na ryzyko i nie jest zalecany, nawet w zastosowaniach komercyjnych. Jeśli podczas pobierania próbek zostaną wykryte problemy z zanieczyszczeniem, klient jest o tym informowany, a CWST może pomóc w analizie awarii, testowaniu i określeniu optymalnych technik czyszczenia.

Norma IPC-J-STD-001 dla czystości powierzchni wynosi 10µg NaCl/cal² lub mniej. Ta kontrola w trakcie procesu obsługi zespołów obwodów drukowanych ma na celu zapewnienie poziomu jakości i niezawodności, który zapewnia nieprzerwaną pracę w najtrudniejszych warunkach. Norma IPC-J-STD-001 dla czystości powierzchni wynosi 10µg NaCl/cal² lub mniej. Co zaskakujące, ten standard wydajności jest równie ważny dla niezawodności w wymagających zastosowaniach komercyjnych, jak i w zespołach wojskowych i lotniczych. Kompromis w zakresie tej normy naraża zespoły na ryzyko i nie jest zalecany, nawet w zastosowaniach komercyjnych. Jeśli podczas pobierania próbek zostaną wykryte problemy z zanieczyszczeniem, klient jest o tym informowany, a CWST może pomóc w analizie usterek, testowaniu i określeniu optymalnych technik czyszczenia.

Zespoły wykonane z użyciem topnika „no-clean” mogą wydawać się wolne od zanieczyszczeń, ale zazwyczaj pozostają w nich pozostałości, które mogą negatywnie wpłynąć na rezultaty. Termin „no-clean” jest mylący, ponieważ odnosi się do standardu wydajności wymaganego dla parylenu. Pozostałości topnika „no-clean” są trudne do wizualnej inspekcji, ale w kąpieli alkoholowej stosowanej do przygotowania podłoży do osadzania parylenu zmienią kolor na biały. Rozpuszczone pozostałości zanieczyszczą kolejne zespoły i spowodują problemy z przeróbkami oraz opóźnienia w produkcji.

POWŁOKI KONFORMALNE PARYLENOWE

SUROWCE DIMEROWE

Dlaczego czystość jest ważna

Istnieją dwie główne klasyfikacje zanieczyszczeń płytek drukowanych: pozostałości organiczne i nieorganiczne. Śladowe pozostałości organiczne działają jak naturalne środki antyadhezyjne, zakłócając wiązanie między powłoką parylenową a powierzchniami pod nią. To osłabienie przyczepności może nie być od razu widoczne, ale powłoka może ostatecznie ulec rozwarstwieniu w wyniku cykli termicznych lub naprężeń mechanicznych, neutralizując w ten sposób właściwości ochronne powłoki. Pozostałości nieorganiczne przewodzą prąd elektryczny i mogą tworzyć ścieżki upływu prądu pod powłoką, zakłócając działanie podzespołów elektronicznych.

Najczęstszym problemem związanym z przyczepnością powłoki parylenowej na zespołach obwodów są pozostałości topnika. Inne, rzadsze, ale poważne zanieczyszczenia obejmują różnego rodzaju pozostałości chemiczne, halogenki, wyługowane tworzywa sztuczne, woski, lekkie węglowodory i oleje silikonowe, pozostałości klejów, kurz i odciski palców. CWST rutynowo przeprowadza wstępną sekwencję mycia alkoholem i wodą dejonizowaną wszystkich zespołów, które mają być pokryte powłoką parylenową, w celu usunięcia drobnych olejów i odcisków palców. Jednak do wykrycia i identyfikacji innych zanieczyszczeń wymagana jest zaawansowana analiza chemiczna.

Ocena zanieczyszczenia

Chromatografia jonowymienna to skuteczna technika analityczna służąca do oznaczania pozostałości zanieczyszczeń nieorganicznych, takich jak chlorki, fluorki, potas i sód. Technika ta rozdziela jony i cząsteczki polarne na podstawie ładunku elektrycznego, identyfikując konkretne zanieczyszczenia, co pozwala na dobór odpowiedniej kombinacji rozpuszczalnika i systemu czyszczącego.

Zanieczyszczenia organiczne, takie jak oleje silikonowe i środki antyadhezyjne, wymagają oddzielnej technologii wykrywania i identyfikacji. Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR), złożony instrument analityczny, pozwala odróżnić zanieczyszczenia organiczne od nieorganicznych, a następnie zidentyfikować określone organiczne związki chemiczne. Badania FTIR opierają się na porównaniu wyników widma z bazą danych znanych materiałów.

Chromatografia gazowa jest również wykorzystywana do wykrywania i identyfikacji zanieczyszczeń organicznych. Proces ten umożliwia rozdzielenie nieznanej mieszaniny cieczy na poszczególne składniki i określenie ich zawartości. Proces polega na odparowaniu próbki testowej w strumieniu gazu nośnego. Odmiana chromatografii gazowej łączy tę metodę ze spektroskopią mas, oferując dodatkową możliwość charakteryzowania nieznanych, złożonych mieszanin związków organicznych..

Opcje czyszczenia – metody i materiały

Istnieje wiele środków czyszczących, które można zastosować po precyzyjnym zidentyfikowaniu zanieczyszczeń. W zależności od rodzaju problemu związanego z czyszczeniem, można wybrać odpowiedni rozpuszczalnik do zastosowania w procesie natrysku, zanurzania w rozpuszczalniku, czyszczenia ultradźwiękowego, odtłuszczania parowego, czyszczenia strumieniowego, wirowania, a nawet przecierania ręcznego.

Proste czyszczenie detergentem jest zazwyczaj wystarczające w przypadku zanieczyszczeń rozpuszczalnych, natomiast materiały mniej rozpuszczalne wymagają bardziej złożonych rozpuszczalników. Celem jest stosowanie środków czyszczących, które są bezpieczne, nietoksyczne i wolne od lotnych związków organicznych (LZO). Technika czyszczenia może być oparta na rozpuszczalnikach, półwodach, wodzie lub rozpuszczalnikach i wodzie.

W przeszłości dostępne rozpuszczalniki ograniczały się do płynów szkodliwych dla środowiska, takich jak chlorofluorowęglowodory lub chlorowane węglowodory. Na szczęście w ostatnich latach opracowano szereg zaawansowanych środków czyszczących i metod recyklingu, które bezpiecznie i skutecznie rozwiązują problemy związane z zanieczyszczeniami w produkcji elektroniki. Alternatywy dla rozpuszczalników obejmują niechelatujące, niezawierające fosforanów, biodegradowalne środki czyszczące, środki czyszczące na bazie rozpuszczalników bezchlorowych, środki czyszczące na bazie rozpuszczalników bez glikolu, preparaty na bazie węglowodorów, metyloetylu, izopropylu, alkaliczne środki czyszczące na bazie wody oraz wodę dejonizowaną.

Czyszczenie obwodów to proces wieloetapowy, który może być wymagany przed szablonowaniem i lutowaniem rozpływowym, po lutowaniu rozpływowym oraz po wszelkich czynnościach po lutowaniu rozpływowym, w tym po wszelkich nieplanowanych przeróbkach. Na każdym etapie konieczne jest potwierdzenie kompatybilności rozpuszczalnika ze wszystkimi urządzeniami i komponentami w zespole elektronicznym, aby uniknąć rozpuszczalników przewodzących lub powodujących korozję.

Projektowanie dla sukcesu

Konwencjonalne zespoły obwodów SMT stwarzają mniej problemów z czyszczeniem niż bardziej złożone urządzenia z lutowanymi zespołami dodanymi po procesie lutowania rozpływowego i czyszczenia SMT, chociaż nawet podstawowe elementy montowane powierzchniowo mogą gromadzić pozostałości topnika. Elementy takie jak klatki ochronne lub radiatory mogą zawierać niewielkie szczeliny, szczeliny lub inne elementy fizyczne, w których gromadzą się pozostałości topnika.

Zwrócenie uwagi na potencjalne osadzanie się ukrytych pozostałości na etapie projektowania zespołu pomoże zminimalizować ryzyko zanieczyszczeń w produkcji. Staranne projektowanie może obniżyć koszty produkcji i ograniczyć potencjalne problemy gwarancyjne. Niektórzy producenci uważają za przydatne przeprowadzenie szczegółowego czyszczenia i kontroli zanieczyszczeń na poziomie prototypu, na długo przed rozpoczęciem produkcji zespołu.

Staranne czyszczenie poprodukcyjne jest kluczowe dla każdego zespołu, zwłaszcza urządzeń złożonych. Producenci, bazując na doświadczeniu i pomiarach, muszą określić, jak najlepiej ułożyć zespoły w komorze czyszczącej oraz gdzie umieścić i skierować dysze natryskowe, aby skutecznie usuwać zanieczyszczenia.

Odniesienie: Sandia National Laboratories (M.C. Oborny, E.P. Lopez, D.E. Peebles i N.R. Sorensen) przeprowadziło badanie zatytułowane „Solvent Substitution For Electronic Assembly Cleaning” mające na celu analizę alternatywnych rozpuszczalników pod kątem zanieczyszczeń zespołów obwodów.