Вологозахист - це
Вологозахист
Сучасна електронна апаратура за стандартами IPC класифікується на 3 групи: загального призначення (побутова), спеціалізована (промислового застосування) та високоякісна (спеціального призначення). Кожна з груп характеризується своїми умовами екс-плуатації, що визначаються кліматичними, механічними, біологічними та іншими факторами впливу. Апаратура повинна витримувати вимоги, що пред'являються стандартом, і забезпечувати необхідний рівень надійності. Для захисту від агресивного впливу довкілля розробники застосовують нанесення вологозахисних покриттів на друковані вузли (ПУ).
Де застосовується влагозащита.Як правило, ПУ від прямого впливу вологи захищений корпусом пристрою, в якому він використовується. Однак навіть для герметичних конструкцій існує ризик проникнення парів вологи та пилу з навколишнього повітря, що тягне до відмови електроніки. Розробники електронної апаратури (ЕА) часто нехтують застосуванням засобів захисту виробів, щоб зменшити їх собівартість. Такий підхід виправданий для техніки, що працює в умовах мінімальної дії вологи. Але навіть якщо немає безпосереднього контакту апаратури з водою, її все одно потрібно захищати від пилу, комах та бактерій. У цьому випадку застосування полімерного покриття знижує ймовірність виникнення коротких замикань, займань та пожежонебезпечних ситуацій. Для ЕА відповідального застосування, де від виходу з ладу, здавалося б, недорого вузла може залежати життя людини або збереження дорогої техніки, забезпечення надійності набуває першорядного значення. Чим небезпечні технологічні забруднення, волога, пил, різні біологічні чинники для електроніки? По-перше, зміна функціональниххарактеристик пристрою. Вплив вологи на ПУ і призводить до різкого погіршення його електричних параметрів. Це виявляється у вигляді погіршення властивостей діелектриків та зростання тангенсу кута діелектричних втрат, виникнення струмів витоку та коротких замикань. По-друге, це зниження терміну служби. Порушуються механічні та зовнішні параметри конструкції. Корозія металів, відшаровування захисної паяльної маски та розшарування друкованої плати (ПП). По-третє, це часті відмови, до повної непрацездатності ЕА. Волога сприяє перебігу процесу електролізу між протилежно зарядженими провідниками. Розчинення одного провідника в електроліті і вторинне виділення розчинених іонів на іншому провіднику веде до утворення кристалічних структур, що гілкуються - дендритів. Разом із залишками флюсу та іншими забрудненнями на поверхні ПП після процесу складання, волога призводить до виникнення коротких замикань і в кінцевому підсумку до повної деградації ПУ і виходу його з ладу. При зростаючій мікромініатюризації сучасної елементної бази та зменшенні відстані між провідниками та контактними майданчиками проблеми відмивання та неякісного вологозахисту нагадують про себе дедалі частіше. Молекула води дуже мала і має виняткову проникаючу здатність. Тому будь-які мікротріщини на поверхні ПП і корпусах елементів становлять потенційну небезпеку. Розшарування ПП тягне до погіршення її конструкційних властивостей та здатності витримувати необхідні механічні навантаження. Компоненти за рахунок капілярних та осмотичних явищ також можуть вбирати вологу. Це призводить до виникнення внутрішніх напруг, порушення ізоляції та розгерметизації корпусу елемента. Грибкова цвіль також може стати причиною багатьох вищеперелічених дефектів. Грибкові колоніїутримують вологу на поверхні ПУ, не даючи їй випаровуватися. До того ж продуктами їхньої життєдіяльності є різні види хімічно активних речовин, серед яких лимонна, оцтова, щавлева кислоти.
Методи забезпечення надійності ПУ в умовах впливу вологи.Розглянемо основні методи забезпечення захисту від вологи. Деякі їх відомі людству протягом тисячоліть і досі застосовують у технологіях XXI століття. Методи нанесення вологозахисних покриттів: 1) Нанесення пензлем 2) Занурення у ванну з покриттям 3) Нанесення розпиленням 4) Селективне нанесення вологозахисту
Нанесення пензлемНанесення пензлем є найстарішим методом захисту виробів із різних матеріалів. Мінімальні витрати обладнання та робочу силу роблять його одним із найпоширеніших. Від оператора вимагається розвиток навичок акуратності та уваги до процесу. Для покриття складних ПУ необхідний досвід підготовки та якісного нанесення матеріалу. Його цілком можна використовувати для дослідно-конструкторських та дрібносерійних виробництв. Зі зростанням продуктивності та вимог до готової продукції нанесення вологозахисних покриттів пензликом стає не ефективним. Потрібно збільшувати штат співробітників, зменшується повторюваність процесу (якщо взагалі про неї можна говорити), зростає кількість шлюбу. Плюси: Невеликі капіталовкладення Не потрібно маскування Мінуси: Вплив людського фактора Проблема з покриттям складних плат Не сталість процесу нанесення Неможливо автоматизувати процес Забруднення, залишки ворсинок та пилу Механічний контакт Брудний та шкідливий процес
Метод занурення у ванну з матеріалом, що наноситьсяЗанурення у ванну - перший крок на шляху до автоматизації. Друковану плату опускають у ванну з матеріалом покриття,після чого її виймають і дають надлишку лаку стекти назад у ванну. Цей процес нестабільний, виникають проблеми з утворенням патьоків і крапель. Т.к. ванна зазвичай відкрита, відбувається випаровування розчинників, матеріал змінює свою в'язкість, отже, виникає проблема з вибором необхідної швидкості вилучення та часу витримки ПП. Досить складно забезпечити необхідну товщину та рівномірність полімерного покриття. Проблема надлишку матеріалу частково вирішується за допомогою операції центрифугування. Для цього ПУ поміщають у центрифугу, що працює зі швидкістю 100 – 500 обертів на хвилину. Ще одним недоліком є обмеження при конструюванні ПУ, що вносяться методом занурення. Маскування роз'ємів, індикаторів, елементів керування та налаштування зазвичай утруднена і тому їх розміщують у тій області ПП, яка в процесі нанесення матеріалу завжди знаходиться вище за рівень лаку у ванні. Незважаючи на всі мінуси, процес занурення широко застосовується в вітчизняному виробництві, завдяки хорошій продуктивності. Плюси: ─ невеликі капітальні вкладення ─ простий техпроцес ─ висока продуктивність Мінуси: ─ Освіта патьоків і крапель ─ Ефект апельсинової кірки ─ Проблема підтримки стабільних параметрів технологічного процесу ─ Забруднення матеріалу ─ Потрібно маскування ─ Технологічні обмеження на конструкцію ─ Технологічні обмеження на конструкцію ─ ─ Шкідливість виробництва
Нанесення розпилюваннямМетод розпилення також дуже відомий у радіоелектроніці. Він застосовується для нанесення лакових покриттів на поверхні ПП та фарби на корпуси електронних засобів. Для розпилення матеріалу використовуються стиснене повітря, що створює необхідний тиск. Розпилення проводиться за допомогою пістолета у спеціальній камері, абовикористовуючи аерозольний балон. Останнє особливо часто використовується як альтернатива пензлику при покритті макетів, дослідних зразків та ремонті апаратури. Недоліком є велика витрата матеріалу, з якого 25-30% розпорошується у повітря. Процес шкідливий, оператор має бути одягнений у засоби індивідуального захисту, а кімната повинна добре провітрюватись. Процес піддається автоматизації, але виникають проблеми під час переходу на новий виріб. В основному вони викликані необхідністю маскування та покриття тіньових зон. Можлива поява патьоків та нерівномірного нанесення покриття. Плюси: ─ Невеликі капітальні вкладення ─ Простота реалізації Мінуси: ─ Вплив людського фактора ─ Потрібно маскування ─ Брудний, шкідливий для здоров'я процес ─ Проблема покриття тіньових зон ─ Велика витрата матеріалу
Автоматичне селективне нанесення вологозахисних покриттівСелективне нанесення полімерних матеріалів дозволяє вибірково покривати ПП у тих місцях, де захист від вологи необхідний. Основною перевагою такого підходу є вирішення проблеми маскування. Цей процес є вузьким місцем для всіх описаних раніше технологій. Він практично не піддається автоматизації. У більшості випадків маскування проводиться вручну за допомогою пластиру, ізоляційної стрічки або спеціально розроблених матеріалів. Вони можуть взаємодіяти з вологозахисним покриттям, залишати забруднення на ПП, оплавлятися, згоряти при затвердінні, погано впливати на адгезію основного покриття до ПП та компонентів. Сучасні виробники автоматів селективного нанесення покриття пропонують широкий спектр аплікаторів (головок), що реалізують різні методи нанесення матеріалу. Серед них є прецизійні для точного нанесення матеріалу на складних і важкодоступних ділянках, такта головки з регульованою шириною струменя.
Вибірково і точно наносячи матеріал можна досягти чітких контурів покриття. Одночасне використання до 2 головок в одній установці дозволяє наносити 2 різні матеріали. Цікавим є реалізація різних методів нанесення матеріалу в одній головці. Наприклад, аплікатор фірми Asymtek SC-300 працює у 3 режимах: струминному, закрученому нитці та режимі розпилення. Крім області покриття вони відрізняються завтовшки нанесення матеріалу. Можна реалізувати різний рівень вологозахисту на різних місцях ПП. Такий механізм дозволяє підвищити ефективність вологозахисту в тих місцях, де це дійсно потрібно, при цьому зменшується витрата матеріалу та знижуються витрати на виробництво. Процес селективного нанесення повністю автоматизований. Ефективність перенесення матеріалу становить 95-99%. Відхід від ручної праці та впливу людського фактора однозначно підвищують якість нанесеного покриття, до того ж покривати ПУ можна в закритій камері, що вентилюється, що робить техпроцес більш безпечним і чистим. Програмне керування та автоматичний контроль параметрів нанесення (температура, в'язкість матеріалу, товщина покриття) гарантують високу повторюваність процесу. Плюси: ─ Рівномірне покриття ─ Висока точність нанесення ─ Повторюваність процесу ─ Можливість побудови повністю автоматичної лінії ─ Кращий відсоток перенесення матеріалу. Зменшення споживання матеріалу і розчинника, отже, і загальної вартості покриття ─ Зменшення витрат на робочу силу, за рахунок зменшення кількості працівників, що займаються маскуванням та нанесенням покриття ─ Безпечний та екологічно чистіший за тих. процес Мінуси ─ Збільшення інвестицій у проект
ВисновокЗахист від вологи є одним зосновних засобів забезпечення надійності ЕС Полімерні покриття дозволяють підвищити термін служби пристрою і запобігти великій кількості відмов, викликаних впливом вологи, пилу, плісняви. Вихід на високий рівень якості та надійності продукції можливий лише за рахунок застосування сучасних захисних матеріалів та оснащення виробництва сучасним технологічним обладнанням для їх нанесення. Порівняльний аналіз різних методів нанесення вологозахисних покриттів показав, що найтехнологічнішим є процес селективного, вибіркового нанесення. На сучасному виробництві побудова лінії селективного нанесення вологозахисних покриттів дозволяє істотно збільшити швидкість і якості нанесення матеріалу. При цьому знижуються витрати матеріалу та витрати на робочу силу.