Влагозащитные покрытия HumiSeal

В настоящий момент применение влагозащитных покрытий является наиболее оптимальным решением по совокупности эксплутационных и технологических характеристик для обеспечения надежности печатных узлов, эксплуатирующихся в жестких климатических условиях.

Влагозащитное покрытие - это тонкая защитная полимерная пленка, толщиной в 25 - 75 мкм, которая наносится на смонтированный печатный узел (ПУ). Главным образом оно предназначено для защиты электронных изделий, эксплуатирующихся в жестких климатических условиях и подвергающихся воздействию влаги, агрессивных химикатов и соляного тумана, температурных колебаний, механической вибрации и органических образований (например, грибковых). Чтобы обеспечить качественную защиту от различных воздействий окружающей среды, разрабатываются различные виды влагозащитных покрытий, характеристики которых варьируются в зависимости от области применения. Например, акриловые покрытия (Ar) обладают наилучшей влагостойкостью, высокими диэлектрическими характеристиками, хорошей термоустойчивостью, однако имеют выборочную химическую стойкость. Полиуретановые (уретановые) (Pu) обеспечивают отличную химическую стойкость в сочетании с хорошими показателями защиты от влаги, диэлектрическими и температурными характеристиками. Силиконовые влагозащитные покрытия (Sr) обеспечивают высокие температурные (вплоть до 200°С), диэлектрические показатели. Следует отметить, что силиконовые покрытия не идеальны. Так их режим работы в условно влажной среде, как правило, в 10 - 20 раз хуже по сравнению с другими покрытиями. Кроме того недостатком силиконовых покрытий является относительно большой коэффициент температурного линейного расширения, что может приводить к отрыву компонентов и проводников.

Компания - HumiSeal специализируется на разработке материалов и оборудования для обеспечения надежности, и за последние 40 лет раз- работала более 150 типов влагозащитных покрытий. Участвует в разработке стандартов ISO, UK IAG, IEC TC91 WG3, IPC.

ВЫБОР ВЛАГОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

При выборе влагозащитного покрытия надо учитывать следующие критерии:
• Условия эксплуатации
• Метод нанесения
• Ремонтопригодность

Блок-схема выбора влагозащитного покрытия в зависимости от условий эксплуатации приведена на рисунке «Блок-схема выбора влагозащитного покрытия».

Устойчивость базовых материалов к климатическим воздействиям

Устойчивость к воздействиям Степень защиты 1* 2 3 Повышенная влажность Ar Pu Sr Химические вешества, в том числе соляной туман Pu Sr Ar Соли Pu Ar Sr Повышенная температура Sr Ar Pu
* где 1- наилучшая устойчивость к воздействию

Влагозащитные покрытия на водной основе
Наиболее распространенными и традиционными материалами являются влагозащитные покрытия, разработанные с применением растворителей.

С принятием законов, направленных на уменьшение вредных выбросов в атмосферу, например, Киотского протокола, подписанного и Россией, все большее распространение получают влагозащитные покрытия с водой качестве растворителя.

Компания HumiSeal разработала серию таких покрытий:
HumiSeal® 1H2O AR1 - акриловые;
HumiSeal® 1H2O UR5 - уретановые.
Эти материалы имеют технологические и эксплуатационные характеристики аналогичные традиционным материалам компании HumiSeal.

Отличительные особенности материалов, в которых качестве растворителей используется вода
• Надежная защита ПУ от воздействия вредных факторов окружающей среды
• Отличная пластичность, позволяющая компенсировать ТКЛР
• Отличная химическая стойкость
• Слабый запах и быстрое время сушки
• Слабая чувствительность к изменениям влажности в процессе нанесения покрытия
• Имеют точку вспышки > 75°C, не имеют ограничения на транспортировку и хранение
• Минимальное содержание растворителей
• Соответствие системе качества ISO 14001

ЗАЩИТА УЧАСТКОВ ПЕЧАТНОГО УЗЛА ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИЯ

Перед нанесением влагозащитного покрытия может возникнуть необходимость защитить участок печатного узла, например, разъемов или тестовых площадок.

В настоящее время наиболее распространены следующие методы защиты участков печатных узлов:
1. Использование временного паяльного резиста на латексной основе, например Spot-On.
2. Использование клеящихся лент. Для этих целей компания HumiSeal предлагает специальный материал, выполненный в виде лент HumiTape и точек HumiDots. Используя эти ленты можно защищать участки печатного узла и разъемы, не подлежащие нанесению влагозащитного покрытия. Защитная пленка изготовлена из полиэстера с каучуком. Применяемый в ленте клей разработан таким образом, чтобы не оставлять следов на поверхности печатного узла после удаления.

Типоразмеры лент

Тип ленты* Ширина, мм HT500-Т18 3,0 HT500-Т28 6,2 HT500-Т38 9,4 HT500-Т48 12,5 HT500-Т58 15,6 HT500-Т68 18,8 HT500-Т78 22,0 HT500-Т88 25,0 HT500-Т128 37,5 HT500-Т168 50,0
* Длина ленты в рулоне 65,8 м.

3. Использование защитных колпачков для защиты разъемов. Данный метод распространен в Европе, где у поставщика компонента можно заказать и защитные колпачки соответствующие данному компоненту.

МЕТОДЫ НАНЕСЕНИЯ ВЛАГОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Рассмотрим самые распространенные метода нанесения

Нанесение погружением
Погружение печатного узла в ванну с материалом влагозащитного покрытия - наиболее распространенный метод нанесения. Однако в этом случае требуется, чтобы конструкция печатного узла предусматривала возможность нанесения этим методом. Компоненты, на которые не должно наноситься влагозащитное покрытий (разъемы, потенциометры, предохранители и т. д.), должны быть сгруппированы на одном участке печатного узла. В противном случае эти участки подлежат маскированию.
Погружение способствует хорошему проникновению покрытия под компоненты и полному обволакиванию труднодоступных мест. Сложные поверхности и формы (такие как кубические элементы) могут быть эффективно покрыты только методом погружения.
Вертикальное погружение печатного узла в ванну гарантирует равномерность покрытия.
Основными факторами, влияющими качество покрытия погружением, являются скорости погружения и извлечения печатного узла из ванны.
Обычно рекомендуется погружение со скоростью 15 - 30 см/мин. Такой скорости достаточно для удаления воздуха из-под корпусов компонентов и избежания образования воздушных пузырей. Печатный узел должен быть извлечен из ванны, после того как полностью прекратится выделение пузырьков. Для образования равномерной пленки скорость извлечения должна быть ниже, чем скорость стекания материала влагозащитного покрытия в ванну (обычно 2,5 - 15 см/мин.). Однако следует иметь в виду, что понижение скорости извлечения приведет к уменьшению толщины покрытия.

Типоразмеры лент с точками

Тип ленты Диаметр точек, мм Количество точек в рулоне, шт HT500-D36 4,7 15700 HT500-D28 6,4 13100 HT500-D38 9,5 10300 HT500-D48 12,7 7500 HT500-D96 14,3 7000 HT500-D68 19,05 5600 HT500-D78 22,3 5000 HT500-D88 25,4 4400
Для достижения лучших результатов температура материала в ванне должна поддерживаться на уровне 20 - 30.С.

Испарение растворителя из ванны увеличивает вязкость материала влагозащитного покрытия.
Поэтому вязкость нужно постоянно контролировать и при необходимости добавлять растворитель. Однако, потери растворителя в случае погружения меньше, чем при других методах нанесения.

Ручное распыление из аэрозольных баллончиков
Это популярный метод нанесения, который применяется при малых объемах производства.
Ручное распыление имеет следующие недостатки:
• необходимо два, желательно три нанесения для получения желаемого результата,
• не может быть гарантирована 100% повторяемость,
• теневые эффекты и недостаток покрытия под компонентами,
• безопасность операторов и пожарная безопасность должны быть обеспечены на очень высоком уровне,
• необходимость обеспечения вентиляции рабочей зоны,
• вертикальное распыление горизонтальных поверхностей затруднительно и не рекомендуется,
• процесс нанесения очень медленный и трудоемкий.

Вследствие повышенного содержания растворителя при ручном распылении содержание твердых частиц составляет обычно 5 - 20 %. Поэтому для получения гарантированной толщины пленки 25 - 75 мкм требуется три-четыре нанесения на каждую сторону платы.

Методы нанесения

1R32A-2 1B73 1H20
AR1 1А68 1А33 1H20
UR5 1С49 Кистью v v v v v v № Окунание v v v v v v v Автоматическое окунание v v v v v v v Ручное распыление v v v v v v v Автоматическое распыление v v v v v v v Селективное распыление v v v v v v v Распыление из аэрозоли v v v v v Разрабатывается v

Селективное автоматизированное нанесение
Селективное нанесение влагозащиты:
Наиболее популярный современный метод нанесения влагозащитных покрытий - селективное автоматизированное нанесение.
Высокоточное автоматическое оборудование выборочно наносит покрытие на печатный узел, который загружается в автомат вручную либо по конвейеру. Конвейер встраивается в оборудование для использования его в поточной линии.
Преимуществами селективного автоматизированного нанесения является относительно высокая производительность, экономичность и возможность использования закрытых (герметичных) камер для предотвращения загрязнения материалов.
Метод селективного нанесения покрытия минимизирует необходимость маскирования.

Нанесение покрытия кистью
Нанесение кистью рекомендуется при ремонте и при обработке опытных образцов.
Важно обратить внимание на то, что чем толще покрытие, тем выше вероятность брака вследствие захвата пузырьков воздуха.
При использовании этого метода рекомендуется использовать кисти со щетиной из натуральных материалов во избежание скопления электростатического заряда. Ручка кисти должна быть не окрашенной, чтобы предотвратить загрязнение покрытия краской.

СУШКА

Рекомендуемый профиль сушки влагозащитных покрытий приведен на рисунке. Общее время сушки не превышает 12 минут как для влагозащитных покрытий на основе растворителей, так и на водной основе. В зависимости от толщины покрытия и конструкции печатного узла длительность сушки при температуре 80°С может быть увеличена. Для сушки возможно использовать конвекционные или ИК печи. Сушка в ИК печах с длиной волны 1 - 100 мкм позволяет добиться высыхания покрытия одновременно по всему объему влагозащитного покрытия, предотвращая образование неоднородностей и пустот. При сушке влагозащитных покрытий компании CONCOAT не возникает больших внутренних напряжений, приводящих к разрушению проводящего рисунка, отрыву компонентов и появления трещин в покрытии. После сушки покрытый печатный узел можно подвергать дальнейшим сборочным операциям или транспортировать.
Окончательное отверждение влагозащитного покрытия происходит через 6 дней.

КОРРЕКТИРОВКА ВЯЗКОСТИ

Для корректировки вязкости влагозащитных покрытий компания HumiSeal предлагает специальные растворители.

Наименование растворителя Назначение Thinner 503 Корректировка вязкости влагозащитных покрытий при нанесении кистью или окунанием Thinner 521 Корректировка вязкости влагозащитных покрытий при нанесении распылением
Данные материалы являются смесью растворителей и разбавляющих веществ, составленной таким образом, чтобы сохранить оптимальные характеристики влагозащитного покрытия после корректировки вязкости.
Для измерения вязкости используются специальные воронки. Измерение вязкости этим методом, основанно на регистрации времени (в секундах) истечения известного объема жидкости (100 мл) из воронки через отверстие определенного диаметра. Компания HumiSeal рекомендует проводить измерение при помощи воронок Zahn#2 или Zahn#3 (отличаются диаметром отверстий 3,7 мм и 4,2 мм).

РЕМОНТ

Зачастую возникает необходимость ремонта печатного узла с уже полимеризованным влагозащитным покрытием. В этом случае для ремонта печатного узла необходимо удалить влагозащитное покрытие на ремонтируемом участке.
Стандарт IPC-7711A/21А «Руководство по ремонту и доработке печатных узлов» устанавливает следующие методы ремонта печатных узлов с влагозащитным покрытием.

Методы ремонта влагозащитных покрытий

Процедура Описание 2.3.2 Удаление покрытия методом растворения 2.3.3 Удаление покрытия методом отслаивания 2.3.4 Удаление покрытия термическим методом 2.3.5 Удаление покрытия методом шлифования/зачистки 2.3.6 Удаление покрытия методом микроструйным
Влагозащитные покрытия компании HumiSeal удаляются любым из указанных в таблице способов.

Для удаления покрытий методом растворения компания HumiSeal разработала специальные растворители.
Использование растворителей Stripper 1063 и Stripper 1080 позволяет быстро и аккуратно вскрыть влагозащитное покрытие. После чего произвести ремонт, например, выпаять компонент и установить новый. После этого нанести на ремонтируемый участок печатного узла влагозащитное покрытие.

Влагозащитные покрытия компании HumiSeal легко удаляются термическим способом, например жалом паяльника. Однако, перед повторным нанесением покрытия, после проведения ремонта, ремонтируемый участок рекомендуется отмыть. Для этого можно использовать растворители Stripper 1063 и Stripper 1080.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА НАНЕСЕНИЯ

Одно из преимуществ влагозащитных покрытий компании HumiSeal является то, что они светятся в ультрафиолетовом свете. Это позволяет проконтролировать качество их нанесения при освещении печатного узла источником УФ излучения. Рекомендуемый спектр УФ излучения 450 - 600 нм.

ХРАНЕНИЕ

Хранение влагозащитных покрытий HumiSeal® с применением растворителей рекомендуется осуществлять в плотно закрытой таре при температурах от -18°C до +38°С. Перед пременением необходимо выдержать влагозащитные покрытия при температуре от +18°C до +38°С в течение в 24 часов.

Хранение влагозащитного покрытия HumiSeal® 1H20 с водой в качестве растворителя рекомендуется осуществлять в плотно закрытой упаковке при температуре от +5°C до +40°С. При нагреве свыше +40°C материал может загустевать, и перед применением требовать предварительного перемешивания.

УПАКОВКА

Влагозащитные покрытия HumiSeal® на основе растворителей поставляется:
• бутылках емкостью 1 л.; 5 л.;
• канистрах емкостью 25л.;
• аэрозольных баллончиках емкостью 360 см3. (акриловые и уретановые влагозащитные покрытия)

Влагозащитные покрытия HumiSeal® 1H20 поставляется в:
• бутылках емкостью 1 л.; 5 л.;
• канистрах емкостью 25л.;
• аэрозольных баллончиках емкостью 200 мл.