Phân tích chi tiết về quy trình phủ sơn chống thấm ba lỗ và công nghệ chính của miếng vá SMT và PCBA cắm lỗ THT!
Khi kích thước linh kiện PCBA ngày càng nhỏ, mật độ cũng ngày càng cao; chiều cao đỡ giữa các thiết bị (khoảng cách giữa PCB và khoảng sáng gầm) cũng ngày càng nhỏ, và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên PCBA cũng ngày càng tăng. Do đó, chúng tôi đặt ra yêu cầu cao hơn về độ tin cậy của PCBA trong các sản phẩm điện tử.
1. Các yếu tố môi trường và tác động của chúng
Các yếu tố môi trường phổ biến như độ ẩm, bụi, hơi muối, nấm mốc, v.v. có thể gây ra nhiều vấn đề hỏng hóc khác nhau của PCBA
Độ ẩm
Hầu hết các linh kiện PCB điện tử ngoài môi trường đều có nguy cơ bị ăn mòn, trong đó nước là môi trường ăn mòn quan trọng nhất. Các phân tử nước đủ nhỏ để xuyên qua khe hở lưới của một số vật liệu polymer và xâm nhập vào bên trong hoặc tiếp cận kim loại bên dưới qua lỗ kim của lớp phủ, gây ra hiện tượng ăn mòn. Khi độ ẩm không khí đạt đến một mức nhất định, nó có thể gây ra hiện tượng di chuyển điện hóa PCB, rò rỉ dòng điện và méo tín hiệu trong mạch tần số cao.
Hơi/độ ẩm + chất gây ô nhiễm ion (muối, chất hoạt động thông lượng) = chất điện phân dẫn điện + điện áp ứng suất = di chuyển điện hóa
Khi độ ẩm tương đối (RH) trong khí quyển đạt 80%, sẽ xuất hiện một lớp màng nước dày từ 5 đến 20 phân tử, các phân tử có thể di chuyển tự do. Khi có cacbon, phản ứng điện hóa có thể xảy ra.
Khi RH đạt 60%, lớp bề mặt của thiết bị sẽ hình thành lớp màng nước dày 2~4 phân tử nước, khi có chất ô nhiễm hòa tan vào sẽ xảy ra phản ứng hóa học;
Khi độ ẩm tương đối trong khí quyển < 20%, hầu như mọi hiện tượng ăn mòn đều dừng lại.
Do đó, chống ẩm là một phần quan trọng trong việc bảo vệ sản phẩm.
Đối với thiết bị điện tử, độ ẩm tồn tại dưới ba dạng: mưa, ngưng tụ và hơi nước. Nước là chất điện phân hòa tan một lượng lớn các ion ăn mòn kim loại. Khi nhiệt độ của một bộ phận nào đó của thiết bị xuống dưới "điểm sương" (nhiệt độ), hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt: các bộ phận cấu trúc hoặc PCBA.
Bụi
Bụi trong không khí khiến các ion ô nhiễm bị hấp thụ bởi bụi lắng đọng bên trong thiết bị điện tử và gây ra hư hỏng. Đây là vấn đề thường gặp trong các sự cố điện tử tại hiện trường.
Bụi được chia thành hai loại: Bụi thô là các hạt không đều có đường kính từ 2,5 đến 15 micron, thường không gây ra lỗi, hồ quang điện, v.v., nhưng ảnh hưởng đến tiếp xúc đầu nối; Bụi mịn là các hạt không đều có đường kính nhỏ hơn 2,5 micron. Bụi mịn có độ bám dính nhất định trên PCBA (lớp phủ), chỉ có thể loại bỏ bằng chổi chống tĩnh điện.
Mối nguy hiểm của bụi: a. Do bụi bám trên bề mặt PCBA, gây ra hiện tượng ăn mòn điện hóa, tỷ lệ hỏng hóc tăng lên; b. Bụi + nhiệt độ ẩm + sương muối gây ra thiệt hại lớn nhất cho PCBA, và tình trạng hỏng hóc thiết bị điện tử xảy ra nhiều nhất ở khu vực công nghiệp hóa chất và khai thác mỏ gần bờ biển, sa mạc (đất mặn kiềm) và phía nam sông Hoài trong mùa nấm mốc và mùa mưa.
Do đó, khả năng chống bụi là một phần quan trọng của sản phẩm.
Xịt muối
Sự hình thành hơi muối:Hơi muối được tạo ra bởi các yếu tố tự nhiên như sóng biển, thủy triều, hoàn lưu khí quyển (gió mùa), ánh nắng mặt trời, v.v. Hơi muối sẽ trôi vào đất liền theo gió, và nồng độ sẽ giảm dần theo khoảng cách từ bờ biển. Thông thường, nồng độ hơi muối là 1% bờ biển khi cách bờ biển 1 km (nhưng nó sẽ thổi xa hơn trong mùa bão).
Tác hại của hơi muối:a. làm hỏng lớp phủ của các bộ phận kết cấu kim loại; b. Tăng tốc độ ăn mòn điện hóa dẫn đến gãy dây kim loại và hỏng các bộ phận.
Các nguồn ăn mòn tương tự:a. Mồ hôi tay chứa muối, urê, axit lactic và các hóa chất khác, có tác dụng ăn mòn thiết bị điện tử tương tự như hơi muối. Do đó, cần đeo găng tay khi lắp ráp hoặc sử dụng, và không được chạm vào lớp phủ bằng tay trần; b. Trong chất trợ dung có chứa halogen và axit, cần được làm sạch và kiểm soát nồng độ còn lại.
Do đó, việc ngăn ngừa hơi muối là một phần quan trọng trong việc bảo vệ sản phẩm.
Khuôn
Nấm mốc, tên gọi thông thường của nấm sợi, có nghĩa là "nấm mốc", có xu hướng hình thành hệ sợi nấm um tùm nhưng không tạo ra quả thể lớn như nấm thường. Ở những nơi ẩm ướt và ấm áp, nhiều vật thể có thể nhìn thấy bằng mắt thường một số khuẩn lạc có lông tơ, bông xốp hoặc hình mạng nhện, tức là nấm mốc.
HÌNH 5: Hiện tượng nấm mốc trên PCB
Tác hại của nấm mốc: a. Sự thực bào và sinh sôi của nấm mốc làm giảm khả năng cách điện của vật liệu hữu cơ, gây hư hỏng và phá hủy; b. Chất chuyển hóa của nấm mốc là axit hữu cơ, ảnh hưởng đến khả năng cách điện và cường độ điện, đồng thời tạo ra hồ quang điện.
Do đó, chống nấm mốc là một phần quan trọng của các sản phẩm bảo vệ.
Xét về các khía cạnh trên, độ tin cậy của sản phẩm phải được đảm bảo tốt hơn, phải cách ly sản phẩm với môi trường bên ngoài càng thấp càng tốt, do đó phải áp dụng quy trình phủ định hình.
Quá trình phủ PCB sau khi phủ, dưới hiệu ứng đèn tím, lớp phủ ban đầu có thể đẹp đến vậy!
Ba lớp phủ chống sơnLà phương pháp phủ một lớp cách điện mỏng bảo vệ lên bề mặt PCB. Đây là phương pháp phủ sau hàn được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, đôi khi được gọi là phủ bề mặt và phủ bảo vệ (tên tiếng Anh: coating, conformal coating). Phương pháp này giúp cách ly các linh kiện điện tử nhạy cảm khỏi môi trường khắc nghiệt, cải thiện đáng kể độ an toàn và độ tin cậy của sản phẩm điện tử, đồng thời kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Ba lớp phủ chống sơn có thể bảo vệ mạch/linh kiện khỏi các yếu tố môi trường như độ ẩm, chất ô nhiễm, ăn mòn, ứng suất, va đập, rung động cơ học và chu kỳ nhiệt, đồng thời cải thiện độ bền cơ học và đặc tính cách điện của sản phẩm.
Sau quá trình phủ PCB, tạo thành một lớp màng bảo vệ trong suốt trên bề mặt, có thể ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của nước và hơi ẩm, tránh rò rỉ và đoản mạch.
2. Những điểm chính của quá trình phủ
Theo yêu cầu của IPC-A-610E (Tiêu chuẩn thử nghiệm lắp ráp điện tử), điều này chủ yếu được phản ánh ở các khía cạnh sau:
Vùng đất
1. Những khu vực không thể phủ sơn:
Các khu vực cần kết nối điện, chẳng hạn như miếng đệm vàng, ngón tay vàng, lỗ kim loại xuyên qua, lỗ thử nghiệm;
Pin và bộ sửa pin;
Đầu nối;
Cầu chì và vỏ;
Thiết bị tản nhiệt;
Dây nối;
Thấu kính của một thiết bị quang học;
Biến trở;
Cảm biến;
Không có công tắc kín;
Các khu vực khác mà lớp phủ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoặc hoạt động.
2. Các khu vực cần được phủ: tất cả các mối hàn, chân, linh kiện và dây dẫn.
3. Khu vực tùy chọn
Độ dày
Độ dày được đo trên bề mặt phẳng, không bị cản trở, đã được xử lý của linh kiện mạch in hoặc trên tấm mạch in gắn liền với linh kiện đó. Tấm mạch in gắn liền có thể được làm từ cùng vật liệu với tấm mạch in hoặc các vật liệu không xốp khác, chẳng hạn như kim loại hoặc thủy tinh. Đo độ dày màng ướt cũng có thể được sử dụng như một phương pháp tùy chọn để đo độ dày lớp phủ, miễn là có mối quan hệ chuyển đổi giữa độ dày màng ướt và khô được ghi chép lại.
Bảng 1: Tiêu chuẩn phạm vi độ dày cho từng loại vật liệu phủ
Phương pháp thử độ dày:
1. Dụng cụ đo độ dày màng khô: một micrômet (IPC-CC-830B); b Máy kiểm tra độ dày màng khô (đế sắt)
Hình 9. Thiết bị màng khô micromet
2. Đo độ dày màng ướt: Độ dày của màng ướt có thể được đo bằng dụng cụ đo độ dày màng ướt, sau đó tính toán theo tỷ lệ hàm lượng chất rắn của keo
Độ dày của màng khô
Trong HÌNH 10, độ dày màng ướt được đo bằng máy kiểm tra độ dày màng ướt, sau đó độ dày màng khô được tính toán
Độ phân giải cạnh
Sự định nghĩa: Trong điều kiện bình thường, tia phun ra từ van phun ra khỏi mép đường sẽ không được thẳng lắm, luôn có một gờ nhất định. Chúng tôi định nghĩa chiều rộng của gờ là độ phân giải cạnh. Như minh họa bên dưới, kích thước của d là giá trị độ phân giải cạnh.
Lưu ý: Độ phân giải cạnh chắc chắn càng nhỏ càng tốt, nhưng các yêu cầu khác nhau của khách hàng là không giống nhau, do đó độ phân giải cạnh phủ cụ thể miễn là đáp ứng được yêu cầu của khách hàng.
Hình 11: So sánh độ phân giải cạnh
Tính đồng nhất
Keo phải có độ dày đồng đều và màng phủ mịn, trong suốt trên sản phẩm, chú trọng đến độ đồng đều của keo phủ trên sản phẩm ở khu vực phía trên, sau đó, phải có độ dày như nhau, không có vấn đề gì trong quá trình: nứt, phân tầng, đường màu cam, ô nhiễm, hiện tượng mao dẫn, bong bóng.
Hình 12: Máy phủ tự động trục AC series hiệu ứng phủ, độ đồng đều rất nhất quán
3. Thực hiện quá trình phủ
Quá trình phủ
1 Chuẩn bị
Chuẩn bị sản phẩm, keo dán và các vật dụng cần thiết khác;
Xác định vị trí bảo vệ cục bộ;
Xác định các chi tiết chính của quy trình
2: Rửa
Nên vệ sinh trong thời gian ngắn nhất sau khi hàn, tránh bụi bẩn hàn khó vệ sinh;
Xác định xem chất gây ô nhiễm chính là chất phân cực hay không phân cực để chọn chất tẩy rửa phù hợp;
Nếu sử dụng chất tẩy rửa có cồn, cần chú ý đến vấn đề an toàn: phải có quy trình thông gió tốt và làm mát, sấy khô sau khi rửa để tránh dung môi còn sót lại bay hơi do nổ trong lò;
Làm sạch bằng nước, dùng dung dịch tẩy rửa kiềm (nhũ tương) để rửa sạch chất trợ dung, sau đó rửa lại bằng nước sạch để làm sạch dung dịch tẩy rửa, đạt tiêu chuẩn làm sạch;
3. Bảo vệ bằng mặt nạ (nếu không sử dụng thiết bị phủ chọn lọc), tức là mặt nạ;
Nên chọn màng phim không dính sẽ không chuyển được băng giấy;
Nên sử dụng băng giấy chống tĩnh điện để bảo vệ IC;
Theo yêu cầu của bản vẽ đối với một số thiết bị để che chắn bảo vệ;
4. Khử ẩm
Sau khi vệ sinh, PCBA (linh kiện) được che chắn phải được sấy khô và hút ẩm trước khi phủ;
Xác định nhiệt độ/thời gian sấy sơ bộ theo nhiệt độ cho phép của PCBA (linh kiện);
PCBA (thành phần) có thể được phép xác định nhiệt độ/thời gian của bàn sấy sơ bộ
5 lớp phủ
Quá trình phủ định hình phụ thuộc vào các yêu cầu bảo vệ PCBA, thiết bị xử lý hiện có và dự trữ kỹ thuật hiện có, thường đạt được theo những cách sau:
a. Chải bằng tay
Hình 13: Phương pháp chải tay
Sơn phủ bằng cọ là quy trình được áp dụng rộng rãi nhất, phù hợp với sản xuất hàng loạt nhỏ, cấu trúc PCBA phức tạp và dày đặc, cần bảo vệ các sản phẩm có yêu cầu khắc nghiệt. Do quy trình sơn phủ bằng cọ có thể được kiểm soát tự do, nên các bộ phận không được sơn sẽ không bị ô nhiễm;
Sơn phủ bằng cọ tiêu tốn ít vật liệu nhất, phù hợp với mức giá cao hơn của sơn hai thành phần;
Quy trình sơn có yêu cầu cao đối với người vận hành. Trước khi thi công, cần nghiên cứu kỹ bản vẽ và yêu cầu về lớp phủ, nhận biết tên linh kiện PCBA, đồng thời đánh dấu rõ ràng những bộ phận không được phép sơn;
Người vận hành không được phép chạm vào phích cắm đã in bằng tay bất cứ lúc nào để tránh nhiễm bẩn;
b. Nhúng bằng tay
Hình 14: Phương pháp phủ nhúng tay
Quy trình phủ nhúng mang lại kết quả phủ tốt nhất. Có thể phủ lớp phủ đồng đều, liên tục lên bất kỳ bộ phận nào của PCBA. Quy trình phủ nhúng không phù hợp với PCBA có tụ điện điều chỉnh, lõi từ tinh chỉnh, chiết áp, lõi từ hình chén và một số bộ phận có độ kín kém.
Các thông số chính của quá trình phủ nhúng:
Điều chỉnh độ nhớt thích hợp;
Kiểm soát tốc độ nâng PCBA để tránh hình thành bọt khí. Thông thường không quá 1 mét/giây;
c. Phun
Phun là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất, dễ chấp nhận, được chia thành hai loại sau:
① Phun thủ công
Hình 15: Phương pháp phun thủ công
Phù hợp với các phôi phức tạp hơn, khó dựa vào thiết bị tự động hóa trong tình huống sản xuất hàng loạt, cũng phù hợp với các dòng sản phẩm đa dạng nhưng ít tình huống hơn, có thể phun đến vị trí đặc biệt hơn.
Lưu ý khi phun sơn thủ công: Sương sơn có thể làm nhiễm bẩn một số thiết bị, chẳng hạn như phích cắm PCB, ổ cắm IC, một số điểm tiếp xúc nhạy cảm và một số bộ phận tiếp đất, những bộ phận này cần chú ý đến độ tin cậy của lớp bảo vệ. Một điểm nữa là người vận hành không được chạm tay vào phích cắm đã in để tránh làm nhiễm bẩn bề mặt tiếp xúc của phích cắm.
② Phun tự động
Thuật ngữ này thường ám chỉ việc phun sơn tự động bằng thiết bị phủ chọn lọc. Thích hợp cho sản xuất hàng loạt, độ đồng đều tốt, độ chính xác cao, ít gây ô nhiễm môi trường. Với sự nâng cấp của ngành công nghiệp, chi phí nhân công tăng cao và các yêu cầu nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường, thiết bị phun sơn tự động đang dần thay thế các phương pháp phủ sơn khác.
Với yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng của công nghiệp 4.0, trọng tâm của ngành công nghiệp đã chuyển từ việc cung cấp thiết bị phủ phù hợp sang giải quyết vấn đề của toàn bộ quy trình phủ. Máy phủ chọn lọc tự động - phủ chính xác và không lãng phí vật liệu, phù hợp với số lượng lớn lớp phủ, đặc biệt phù hợp với số lượng lớn lớp phủ ba lớp chống sơn.
So sánh củamáy phủ tự độngVàquy trình phủ truyền thống
Lớp phủ sơn ba lớp PCBA truyền thống:
1) Lớp phủ cọ: có bọt, gợn sóng, loại bỏ lông cọ;
2) Viết: quá chậm, không kiểm soát được độ chính xác;
3) Ngâm toàn bộ tác phẩm: quá lãng phí sơn, tốc độ chậm;
4) Súng phun sơn: để bảo vệ đồ đạc, trôi quá nhiều
Máy phủ lớp phủ:
1) Lượng sơn phun, vị trí và diện tích sơn phun được thiết lập chính xác, không cần thêm người lau bảng sau khi sơn phun.
2) Một số linh kiện cắm thêm có khoảng cách lớn từ mép tấm có thể sơn trực tiếp mà không cần lắp đặt đồ gá, giúp tiết kiệm nhân công lắp đặt tấm.
3) Không bay hơi khí, đảm bảo môi trường vận hành sạch sẽ.
4) Toàn bộ bề mặt không cần sử dụng vật cố định để phủ lớp màng carbon, loại bỏ khả năng va chạm.
5) Ba lớp sơn chống thấm có độ dày đồng đều, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm, đồng thời tránh lãng phí sơn.
Máy phun sơn chống ba lớp tự động PCBA, được thiết kế chuyên dụng cho việc phun sơn chống ba lớp thông minh. Do vật liệu phun và dung dịch phun khác nhau, nên việc lựa chọn linh kiện trong quá trình chế tạo máy phun sơn cũng khác nhau. Máy phun sơn chống ba lớp áp dụng chương trình điều khiển máy tính mới nhất, có thể thực hiện liên kết ba trục, đồng thời được trang bị hệ thống định vị và theo dõi camera, có thể kiểm soát chính xác khu vực phun.
Máy phủ ba lớp chống sơn, còn được gọi là máy phủ keo chống sơn ba lớp, máy phun keo chống sơn ba lớp, máy phun dầu chống sơn ba lớp, máy phun chống sơn ba lớp, chuyên dùng để kiểm soát chất lỏng, trên bề mặt PCB được phủ một lớp chống sơn ba lớp, chẳng hạn như phương pháp tẩm, phun hoặc tráng quay trên bề mặt PCB được phủ một lớp chất cản quang.
Làm thế nào để giải quyết nhu cầu về lớp phủ chống ba lớp trong thời đại mới đã trở thành một vấn đề cấp bách cần được giải quyết trong ngành. Thiết bị phủ tự động, đại diện là máy phủ chọn lọc chính xác, mang đến một phương thức vận hành mới.Lớp phủ chính xác và không lãng phí vật liệu, phù hợp nhất cho số lượng lớn ba lớp phủ chống sơn.
