Controle de qualidade da aplicação de revestimento isolante

O controle de qualidade é um aspecto crítico do processo de revestimento isolante e é fundamental para concluir esta operação com sucesso.Este artigo discute os padrões para revestimentos isolantes, o significado de seus regulamentos, a capacidade dos novos meios tecnológicos automatizados de aplicar controle de qualidade aos revestimentos isolantes e os fatores que devem ser considerados para garantir um controle confiável.

Os revestimentos isolantes são camadas finas e transparentes de polímero que são aplicadas nas superfícies dos conjuntos de circuitos impressos para protegê-los de fatores externos.A palavra “conformal” é derivada do latim conformis – “semelhante”, “semelhante”, ou seja, determina a capacidade do revestimento de replicar o formato do conjunto de circuito impresso protegido.

Padrões de revestimento conformal:

Hoje, o principal padrão internacional usado pela maioria das empresas ao redor do mundo na área de revestimento isolante é o Padrão IPC-A-610 para Aceitabilidade de Conjuntos Eletrônicos, cuja versão atual (IPC-A-610E) pode ser encomendada à IPC.Existem outros padrões, incluindo regulamentações empresariais, mas este artigo se concentra no A610 para ajudar a determinar as necessidades de controle de qualidade das aplicações de revestimento isolante.

Escopo dos problemas cobertos pelo IPC-A-610

O IPC-A-610 deve ser estudado seção por seção.Isto ajudará a compreender as necessidades do operador e os requisitos do próprio processo de revestimento isolante.A norma consiste em três seções: Informações gerais, Cobertura do revestimento e Espessura do revestimento

Informações gerais sobre revestimentos isolantes:

A IPC-A-610 afirma que os revestimentos isolantes devem geralmente ser transparentes e uniformes em cor e consistência, e devem cobrir uniformemente a placa de circuito impresso e seus componentes.A extensão da cobertura depende do método de aplicação.

Há muito espaço para interpretação aqui, o que pode levar a problemas se for mal compreendido.Vale ressaltar que cada tecnologia de aplicação de revestimento isolante – seja aplicação com pincel, aplicação robótica seletiva com válvula airless ou pulverização em aerossol – possui características próprias.Todos produzem diferentes níveis de acabamento, que variam ainda em função da organização do processo tecnológico, da personalidade do operador e das condições do ambiente de produção.

Os termos “homogeneidade” e “uniformidade” usados ​​no texto da norma são de interesse.Em si, são bastante ambíguos, mas devem ser entendidos no contexto dos requisitos para a integridade e espessura do revestimento discutidos abaixo.Sem tal contexto, estes termos acabam por esclarecer pouco.

Além disso, se o revestimento for transparente, surge a questão de saber se os revestimentos pigmentados são aceitáveis.Isto deve ser discutido com o cliente e o efeito do pigmento no desempenho do revestimento isolante avaliado.

Completude da cobertura do revestimento:

A maioria dos revestimentos isolantes agora contém aditivos luminescentes que brilham sob luz ultravioleta (UV).Isso facilita o controle da qualidade da aplicação do revestimento.No entanto, alguns defeitos não são visíveis à luz UV e podem exigir controle sob luz natural (branca).Alguns revestimentos não possuem luminescência UV suficiente por natureza, como muitos revestimentos de organossilício.Isso pode complicar o controle.

É igualmente importante se o laminado ou o fotorresiste tem a sua própria emissão luminescente comparável em intensidade à emissão do revestimento: alguns revestimentos isolantes são deliberadamente tornados não luminescentes à luz ultravioleta, uma vez que em condições de funcionamento o aditivo luminescente utilizado tem um efeito adverso sobre o revestimento e a placa de circuito impresso.

I.C.T-Forno de cura UV U2

I.C.T-Forno de cura UV U1

Forno de cura IR

Em termos de cobertura, a norma estabelece metas de qualidade para o revestimento de acabamento e diferentes níveis de qualidade – classes 1, 2 e 3. As metas incluem o seguinte:

• Ausência de áreas com perda de aderência;

• Ausência de vazios ou bolhas;

• Ausência de umidificação, descamação local, shagreen, rugas, rachaduras, ondulações, defeitos como “olho de peixe” e “casca de laranja”;

• Ausência de inclusões estranhas;

• Sem descoloração ou perda de transparência;

• Cura completa e estrutura homogênea.

Muitas tecnologias de revestimento, tipos de placas de circuito impresso e materiais não permitem atingir na prática todos os indicadores-alvo acima mencionados.A realização sistemática destes objectivos será geralmente extremamente dispendiosa, tanto em termos financeiros e de investimento, como em termos de tempo e esforço despendidos no controlo do processo.

Vamos prestar atenção a um indicador alvo como a ausência de bolhas.Mesmo se você olhar a placa de circuito impresso a olho nu, geralmente é impossível encontrar uma amostra que não tenha bolhas em um lugar ou outro, a menos que as seguintes condições sejam atendidas:

• O processo de revestimento isolante é totalmente controlado;

• O material de revestimento correto é selecionado para alcançar este resultado;

• As condições do processo são totalmente otimizadas;

• Os operadores são extensivamente treinados sobre as causas das bolhas e são capazes de controlar o processo adequadamente;

• Nenhuma alteração ocorreu no laminado PCB, no processo de montagem, nos componentes ou no revestimento isolante que pudesse causar uma reação adversa.

Felizmente, alcançar estas metas, embora desejáveis, não é necessário para a maioria das empresas – caso contrário, o revestimento isolante seria domínio exclusivo de alguns especialistas e uma tarefa impossível para muitos.O IPC ajuda nesse sentido, oferecendo seus próprios critérios de qualidade para estas metas:

• O revestimento está totalmente curado e estruturalmente uniforme;

• O revestimento é aplicado apenas nas áreas onde é necessário;

• Adesão do revestimento próximo a áreas mascaradas;

• Nenhuma ponte entre blocos adjacentes ou superfícies condutoras devido a:

-- Perda de adesão,

- Vazios ou bolhas,

-- De umidificação,

- Rachaduras,

-- Ondulação,

-- Olhos de peixe ou pele de tubarão;

• As inclusões estranhas não violam os requisitos mínimos de folga de isolamento entre componentes, placas de contato ou superfícies condutoras;

• O revestimento é fino, mas ainda atinge as bordas dos componentes e dispositivos.

Tudo isso parece razoável até que você observe mais de perto o que a IPC está propondo alcançar com seu processo de revestimento isolante.Você pode descobrir que o processo que está usando ou aquele que seu cliente está solicitando não é tão óbvio quanto parece à primeira vista.

Primeiro, considere o requisito de revestir as bordas dos componentes e dispositivos com uma camada fina.Este requisito é extremamente difícil, se não impossível, de cumprir utilizando a maioria dos processos de revestimento padrão.É muito difícil determinar se as arestas vivas são revestidas durante um processo normal de controle de qualidade.Se um cliente declarar que esta é sua exigência, é importante considerar isso com cuidado.

Agora vamos passar ao requisito de ausência de todos os defeitos acima, bem como de pontes entre seções condutoras adjacentes.Isto significa que o operador deve examinar as folgas entre todos os elementos condutores da placa de circuito impresso com os componentes nela montados e garantir que não haja defeitos, como bolhas, que violem este critério de qualidade.Tal tarefa requer não apenas o mais alto nível de qualificação, mas também enormes gastos de tempo e, na produção em larga escala, a presença de todo um exército de especialistas em controle de qualidade.

Antes de concordar com o cliente ou com seu próprio engenheiro de projeto sobre todos os critérios de qualidade, entenda em detalhes com o que exatamente você está concordando.

Espessura do revestimento isolante:

A área final abordada pelo IPC-A-610 é a espessura do revestimento isolante.A tabela da norma define faixas aceitáveis ​​de espessura de filme seco para vários materiais poliméricos, como revestimentos isolantes acrílicos, variando de 0,03 mm a 0,13 mm, ou 30 µm a 130 µm.Esta é uma ampla gama para uma aplicação de revestimento isolante se o processo for implementado corretamente.Também é fácil ultrapassar esses limites se você não estiver ciente dos problemas subjacentes.A chave é compreender os princípios do processo de revestimento isolante utilizado e as capacidades do material.

Por exemplo, se uma instalação tiver um sistema automatizado sistema de revestimento por imersão, pode ser difícil obter uma película seca de revestimento acrílico ou poliuretano à base de solvente com mais de 30 mícrons de espessura e evitar todos os defeitos listados nos critérios de qualidade.O revestimento normalmente será mais fino e pode não ser espesso o suficiente para atender aos critérios.

Além disso, existe uma relação direta entre o número de bolhas na película de revestimento seca e a espessura da película de revestimento húmida aplicada numa só passagem.Isso é fácil de descobrir: se você aplicar uma camada muito espessa em uma passagem, sua parte superficial endurecerá (secará) antes que as bolhas possam flutuar da espessura e permanecerão dentro.A aplicação do revestimento em camadas finas é a condição mais importante para eliminar a ocorrência de bolhas.No entanto, o robô para revestimento seletivo geralmente funciona no modo de passagem única.Portanto, é necessário encontrar um compromisso e ajustar o processo tecnológico de aplicação do revestimento de forma a obter ótimos resultados.

O que significa realmente exigir um revestimento uniforme e uma aplicação uniforme?Isso significa “uniforme” na faixa de 30–130 µm?Precisamos ter cuidado ao aplicar uma camada fina nas bordas afiadas onde o revestimento tende a se espalhar?Finalmente, conforme observado na norma, se o revestimento se acumular sob o dispositivo, é fácil exceder o limite de espessura permitido de 130 µm em determinadas áreas.Infelizmente, ao contrário do senso comum, mais nem sempre é melhor, e revestimentos excessivamente espessos devem ser evitados, uma vez que revestimentos excessivamente espessos tendem a rachar a longo prazo.

Processos tecnológicos para controle automático de qualidade da aplicação de revestimento isolante:

Conforme observado, para atender aos critérios de qualidade descritos acima, é necessária uma inspeção completa de todo o PCB.Esta é uma tarefa extremamente difícil devido a fatores como fadiga ocular, distração e rendimento limitado.O controle de qualidade do revestimento isolante pode ser automatizado?

É possível, mas com algumas ressalvas e limitações.

Vejamos os sistemas automatizados de revestimento isolante disponíveis no mercado.Eles incluem alguns sistemas de alta tecnologia com câmeras e scanners excelentes, software excelente e controle de processo da mais alta qualidade.Podem lidar com o processamento em série de produtos ou ser integrados em linhas de produção e parecem colmatar a lacuna tecnológica existente.

As câmeras são montadas em sistemas de três ou quatro eixos.Cada câmera deve eliminar a distorção de paralaxe ao inspecionar grandes placas de circuito impresso, onde haverá áreas ocultas nas laterais dos componentes.Os sistemas baseados em scanner sofrem da mesma distorção de paralaxe, e agora existem sistemas de digitalização disponíveis que eliminam a paralaxe.

No entanto, todos esses sistemas têm uma desvantagem: eles podem examinar cada centímetro do PCB de todos os ângulos e ainda assim perder áreas problemáticas.Mas esse geralmente não é o fator determinante no controle automatizado de qualidade do revestimento isolante.Os sistemas automatizados de inspeção óptica (AOI) destacam a dificuldade de atender aos critérios de qualidade do IPC dentro dos processos padrão de revestimento isolante.Esses sistemas mostram defeitos no revestimento PCB e 'vêem' muito mais do que qualquer operador poderia.

Para o usuário do sistema, isso pode parecer a abertura de uma caixa de Pandora, pois agora ele conta com toda uma linha de placas de circuito impresso com defeitos em toda a superfície.Se for esse o caso, e o sistema automatizado de inspeção óptica estiver configurado para inspecionar as placas de circuito impresso de acordo com essas regras, após um curto período de tempo a linha de produção irá parar.A culpa é do sistema de inspeção ou do processo de revestimento isolante?Onde deveria estar a culpa?

A resposta é simples: a maioria dos processos tecnológicos não fornece o nível de qualidade exigido pelos critérios padrão do IPC.Os sistemas automatizados de inspeção óptica identificam claramente todos os defeitos (na medida em que os fatores mecânicos e ópticos permitem).Além disso, eles veem os defeitos existentes com mais clareza do que a olho nu.

Solução de revestimento conformal:

É necessário implementar um processo iterativo para desenvolver uma solução ótima.

1. estabelecer quais defeitos (critérios de qualidade) são aceitáveis ​​e defini-los.

2. Determinar qual nível de controle é alcançável dentro do processo de revestimento isolante existente e novo e quais defeitos podem ser gerados por ambos os processos

3. Se o sistema permitir que os critérios sejam cumpridos, todas as partes ficarão satisfeitas.Caso contrário, os critérios ou o processo deverão ser alterados.

Em última análise, deve-se usar o bom senso e, então, com o nível certo de conhecimento, a decisão certa pode ser tomada.Ao desenvolver um processo de controle de qualidade ideal, custos desnecessários, disputas e contra-acusações podem ser evitados posteriormente, quando surgirem problemas.