АВТОРЫ: КАРЛ СИЛИГ, ВИЦЕ-ПРЕЗИДЕНТ ОТДЕЛА РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ, И ТИМ О’НИЛЛ, РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛА ТЕХНИЧЕСКОГО МАРКЕТИНГА
Введение. С учетом быстрого роста индустрии электроники, которая требует уменьшения размеров и повышения функциональности, разработчики электронных устройств и специалисты по их сборке сталкиваются с проблемами защиты окружающей среды, а также с необычным, ранее неизвестным применением компонентов электроники.
Эти условия в сочетании с требованиями об уменьшении загрязнения окружающей среды и вреда для здоровья в процессе производства и эксплуатации оборудования заставляют производителей пересматривать используемые ими материалы.
Более того, запрос на увеличение прочности корпуса и сокращение расходов привел к быстрому внедрению безвыводных корпусов таких, например, как QFN, POP, LGA и микро-BGA. Во многих случаях производители этих компонентов рекомендуют использовать безотмывочные флюсы из-за невозможности качественного удаления остатков флюса под корпусами и вокруг них.
Это ограничение, а также необходимость реализации программы по снижению использования олова и/или программы по обеспечению дополнительных мер защиты окружающей среды привели к парадоксальному решению: нанесению конформного покрытия вместо использования безотмывочных флюсов.
Отдел исследования и разработки компании «AIM» совместно с производителями электроники и производителями конформного покрытия постарался составить классификацию различных и доступных на сегодняшний день технологий нанесения покрытия. В рамках настоящего исследования мы провели испытание различных материалов для формирования покрытия и различных по химическому составу безотмывочных флюсов. Результаты исследования демонстрируют возможные сочетания, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к монтажу, с учетом возможностей производства и с целью сокращения расходов.
Возможность нанесения конформного покрытия на печатные платы привлекло пристальное внимание ко всем этапам разработки и производства печатных плат. Производители и разработчики электроники исследуют потенциальные возможности, стоимость и ограничения в использовании данной технологии. Движущая сила, которая заставляет производителей интересоваться применением этой технологии в электронике, – возможность эксплуатации устройств в разнообразных и более агрессивных условиях по мере роста спроса на повышение функциональности и пригодность для многоцелевого использования. Испытания проводились в условиях, которые не так давно считались непригодными для эксплуатации электронного оборудования, в том числе в условиях повышенной влажности и пыли. Вот лишь только некоторые преимущества нанесения покрытия:
· Сокращение количества загрязняющих веществ на поверхности, защищенной покрытием, при контакте с силовыми или заземляющими участками;
· Сокращение количества усов олова.
При таком количестве производителей конформного покрытия для них существует только одна общая рекомендация по нанесению конформного слоя: перед нанесением подложку необходимо очистить вне зависимости от типа наносимого покрытия. Те же производители отмечают, что большая часть их заказчиков предпочитает наносить покрытие и использовать безотмывочный флюс, руководствуясь целым рядом причин. Вот лишь самые распространенные:
· Сокращение расходов на очистку;
· Требования к производительности;
· Неполное удаление ионных загрязняющих веществ под низко посаженными компонентами или вокруг них;
· Сокращение количества усов олова.
Анализ конченых условий эксплуатации является важным шагом для получения успешных результатов и первичным фактором, который необходимо изучить при выборе соответствующего монтажного процесса. При этом необходимо выяснить следующее: а) поможет ли наносимое покрытие добиться желаемого результата, б) целесообразно ли наносить покрытие с учетом характера сборки и технических возможностей монтажного цеха. Если нанесение покрытия признано обоснованным, то необходимо тщательно проверить используемые материалы.
В настоящем исследовании мы рассматриваем результаты, полученные в ходе углубленного изучения различных видов конформного покрытия, а также их взаимодействия в сочетании с остатками разных безотмывочных флюсов.
В ходе исследования мы руководствовались следующими производственными стандартами испытаний:
· IPC J-Std-004 «Испытания на сопротивление изоляции поверхности».
· IPC CC-830 «Классификация и показатели электроизоляционного компаунда для печатного узла».
· ASTM – D3359 «Стандартный метод испытаний при измерении силы адгезии (испытание методом клейкой ленты)».
Три указанных стандарта, регулирующих исследование, помогут определить значения сопротивления изоляции поверхности и свойства адгезии для каждого сочетания материалов. Полученные три значения были сравнены с данными, предоставленными поставщиком по каждому материалу, чтобы определить улучшение или ухудшение свойств материалов при их сочетании. Категории материалов для конформного покрытия выделены подчеркиванием.
Акриловые: термопластик растворимый в растворителе, без полимеризации
Преимущества | Недостатки |
Высыхание на воздухе | ЛОС-содержащие растворители |
Легкое растворение | Низкая стойкость к действию растворителей |
Хорошая гидроизоляция | Воспламеняемость |
Простота в использовании | Размягчение при высоких температурах |
Уретановые: высыхание за счет полимеризации
Преимущества | Недостатки |
Низкая стойкость к действию растворителей | Небольшое содержание ЛОС |
Влагостойкость | Необходимость в повторной пайке |
Износоустойчивость | Зависимость скорости высыхания от условий окружающей среды |
Диэлектрические свойства | Риск причинения вреда здоровью работников |
Силиконовые: высыхание за счет влажной полимеризации
Преимущества | Недостатки |
Влагостойкость | Абразивность |
Влагостойкость | Загрязнение рабочего места |
Пластичность | |
Жаростойкость |
Эпоксидные: как правило, двусоставные
Преимущества | Недостатки |
Влагостойкость | Двусоставность |
Влагостойкость | Необходимость в повторной пайке |
Износоустойчивость | Продолжительность эксплуатации – в состоянии полимеризации |
Диэлектрические свойства |
Уретан, модифицированный акрилом: уретан, высыхающий под действием ультрафиолетовых лучей
Преимущества | Недостатки |
Защитные свойства | Большие капиталовложения |
Пропускная способность | Необходимость в повторной пайке |
Воздействие на окружающую среду | Затемнение |
Исследование под ультрафиолетовыми лучами |
Все исследуемые образцы успешно прошли испытание по стандарту IPC на сопротивление изоляции поверхности. Ниже приводятся критерии оценки образцов:
КРИТЕРИИ СООТВЕТСТВИЯ/НЕСООТВЕТСТВИЯ
Стандарт IPC J-STD-004B, § 3.4.1.4.1
Все испытания тестируемых образцов проводились при сопротивлении более 100 мегаом.
Отсутствие признаков электрохимической миграции, которая сокращает расстояние между проводниками более чем на 20 %.
Отсутствие коррозии проводников.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
1. Данные об испытаниях, диаграммы, отметка о прохождении.
2. Наличие дендритов: нет.
3. Максимальный процент сокращения расстояния: 0 %.
4. Признаки обесцвечивания между проводниками: нет.
5. Наличие раковин: нет.
6. Наличие подповерхностной миграции металла: нет.
С отчетом по результатам испытаний можно ознакомиться по соответствующему запросу.