Конформные покрытия для жестких условий эксплуатации. Часть 3

автор Фил Киннер (Phil Kinner), Перевод: Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

Статья переведена и подготовлена к публикации в журнале "Технологии в электронной промышленности" (№4, 2020г.) при поддержке компании А-КОНТРАКТ.

Далее

Конформные покрытия для жестких условий эксплуатации. Часть 2

автор Фил Киннер (Phil Kinner) Перевод:Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

Статья переведена и подготовлена к публикации в журнале "Технологии в электронной промышленности" (№4, 2020г.) при поддержке компании А-КОНТРАКТ.

Далее

Конформные покрытия для жестких условий эксплуатации. Часть 2

автор Фил Киннер (Phil Kinner) Перевод:Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

Статья переведена и подготовлена к публикации в журнале "Технологии в электронной промышленности" (№4, 2020г.) при поддержке компании А-КОНТРАКТ.


Сергей Шихов, технический директор «А‑КОНТРАКТ»:

Выбор материала и метода для влагозащиты электронного блока — задача нетривиальная. В электронной промышленности РФ (как наследника традиций СССР) широко распространена практика использования уретанового покрытия, чаще всего применяется материал УР-231.

Но разработчику современного оборудования, на мой взгляд, не нужно зацикливаться на традиционных решениях, а в каждом случае выбирать тот вариант, который оптимален для защиты конкретного блока.

Самое правильное — обсудить все нюансы еще на этапе размещения заказа. Ведь в зависимости от специфики изготавливаемого печатного узла могут применяться различные методы нанесения влагозащитного покрытия, начиная от банальной «кисточки», и заканчивая установкой селективной влагозащиты.

Если вы затрудняетесь с выбором покрытия, мы готовы помочь как словом, так и делом, поскольку на своем производстве используем все виды нанесения влагозащитного покрытия, и наши технологи смогут быстро сказать, какой из методов будет предпочтительным в вашем случае.


Типы материалов: как велик выбор?

Примеры из реальной жизни

Кейс 1 У производителя промышленного автоматизированного оборудования из Азии были постоянные проблемы с высоким уровнем отказов источников бесперебойного питания в течение трех месяцев после установки. Платы были покрыты акриловым конформным покрытием на основе растворителя после процесса без очистки (технология No Clean), который был проверен на надежность и совместимость в рамках корпоративных исследова ний и разработок. При анализе отказов была обнаружена коррозия на дискретных керамических пассивных элементах (свидетельства дендрической коррозии под устройствами с мелким шагом). Кроме того, была выявлена сильная коррозия в одной локализованной зоне.

При более тщательной проверке стало очевидно, что конформное покрытие в этой сильно корродированной зоне полностью отсутствовало, что показано на рис. 2. При дальнейшем изучении было установлено, что зона коррозии точно коррелирует с входящим охлаждающим воздушным потоком. Открыв корпус, инженеры, работающие с отказами, обнаружили высокий уровень песка внутри него. Акриловый материал оказался слишком мягким и легко стирался песком, попадающим с охлаждающим воздухом от вентилятора, что привело к оголению зон устройства, где образовалась коррозия.

Адгезия акрилового покрытия с паяльным резистом также была неоптимальной. Более того, рост дендритов был связан с чистотой смонтированных компонентов. Предпринятый переход на более устойчивое к абразивному воздействию полиуретановое конформное покрытие, внедрение полуводного процесса очистки и установка фильтра для частиц в систему вентиляции значительно увеличили срок службы этих устройств.

Конформные покрытия для жестких условий эксплуатации

Кейс 2
Рассматриваемая плата помещалась в корпус и в течение шести восьмичасовых циклов работала при температуре +25…+55 °C и относительной влажности, превышающей 90%. В целом это не может считаться очень суровыми условиями. Однако как только температура повышалась, увеличивая уровень водяного испарения, разница между температурами платы и корпуса становилась достаточной для образования конденсата. Дизайн корпуса привел к образованию скопления конденсата в определенных зонах, и было выявлено, что они соответствуют зонам с высокой плотностью компонентов.

Утечка тока увеличилась примерно с 10 мкА до 100 мкА, прежде чем кратковременно возрасти до 1 А сразу перед окончанием перехода в режим нагрева. Следы наличия воды присутствовали в зонах отказа, там же появились и нити коррозии. Коррозия была проанализирована, и выяснилось, что она в основном состоит из углерода.

Не было никаких свидетельств коррозии на металлических поверхностях, но покрытие на углах керамических деталей было плохим из-за соседних непокрытых зон. Как видно на рис. 3, обнаруженные остатки углерода были больше похожи на выгорание покрытия из-за локализации тепла, созданного высокой утечкой тока из-за конденсации влаги. Столкнувшись с необходимостью внесения изменений в проект корпуса для предотвращения скапливания конденсата, заказчик вместо этого решил увеличить толщину покрытия на конкретных участках с помощью нанесения дополнительного усиливающего слоя на наиболее чувствительные зоны. Новый процесс предотвратил сбои при дальнейшем тестировании.

Конформные покрытия для жестких условий эксплуатации

Уменьшение отрицательных последствий из-за усов олова

 Применение конформного покрытия — способ снижения отрицательных последствий от оловянных усов. Конформные покрытия уменьшают риск образования замыкания из-за усов олова одним из следующих способов:

• Усы олова могут проникнуть через покрытие (как видно на рис. 4, это может случиться, но исследования показывают, что это происходит не часто).

• Для короткого замыкания выступающий ус олова должен либо:

– соединиться с другим выступающим усом олова с противоположной полярностью;

– проникнуть обратно через покрытие в том месте, где имеется противоположная полярность, чтобы создать замыкание.

Также важно заметить, что ус может отломиться и соединить металлические поверхности разной полярности, тем самым создав короткое замыкание. Описанные ситуации с возникновением коротких замыканий из-за усов олова встречаются крайне редко, однако их возникновение возможно. Исследования и моделирование показывают, что если применяется подходящее покрытие с оптимальной толщиной на проводящих поверхностях, то маловероятно, что усы смогут проникнуть через покрытие один раз и почти невозможно, что они сделают это дважды. При качественном нанесении также очень маловероятно, что сломавшийся ус олова соединит два проводника.

Поэтому остается единственный действительно реальный механизм отказа — когда два прорвавшихся через покрытие уса олова соединяются и создают короткое замыкание, однако вероятность такого события чрезвычайно низка. Конечно, если некачественное нанесение оголяет металлические поверхности или если покрытие слишком тонкое, то вероятность потенциального вреда от усов олова возрастает.

Уменьшение расстояния между компонентами

Хотя обычно воздух является хорошим изолятором, при воздействии высокого напряжения (сила электрического поля около 3 кВ/мм) воздух может разрушаться и становиться частично проводящим. При относительно небольших зазорах напряжение для разрушения воздуха зависит от разделения. Если напряжение достаточно велико, полное электрическое разрушение воздуха завершится электрической искрой или электрической дугой, которая перекроет весь зазор. Конформные покрытия обеспечивают дополнительное изоляционное сопротивление и могут позволить разработчикам создавать более компактные печатные платы за счет более плотного размещения компонентов, чем без покрытия. Это особенно важно в устройствах, работающих в авиации и космосе, где изоляционные характеристики воздуха серьезно снижены из-за высоты, и образование корон, дуг и другие нарушения изоляции встречаются намного чаще. Таким образом, проблемы с покрытием, пузыри, тонкие места, зоны без покрытия создают дополнительные возможности для образования дуг или других механизмов разрушения.

Истинная ценность тестирования на надежность

Вне зависимости от того, является ли основной целью нанесения конформного покрытия защита от коррозии в конечных эксплуатационных условиях, устранение вероятности возникновения конденсации, снижение негативных последствий от усов олова, возможность более плотного размещения компонентов или все это вместе взятое, должно быть ясно, что главная и первичная цель разработчика — достижение качественного покрытия при оптимальной толщине.

Что такое в каждом конкретном случае качественное покрытие и оптимальная толщина — зависит от разработанного устройства, конечных условий эксплуатации и возможных последствий от отказов изделия. Следовательно, эти цели должны быть определены разработчиком в серии тестов на надежность, предназначенных для проверки соответствия конечным требованиям к функционированию устройства.

Тестирование для обеспечения надежности в высокопроизводительных средах

Очень важно понимать, что эксплуатационные испытания конформных покрытий по IPC-CC-830 или другим стандартам обычно проводятся на несмонтированных тестовых платах из стеклотекстолита (FR-4), которые скрупулезно очищаются перед нанесением покрытия. У этих образцов нет паяльного резиста, нет компонентов, и обычно они покрыты голой медью.

Цель таких квалификаций материалов по IPC-CC-830, MIL-I-46058C и IEC-1086 заключается в разделении этих покрытий на те, которые подходят для защиты электронных устройств, и те, что предназначены для других применений. Подобные стандарты не подтверждают (и никогда не предназначались для этого), что конформное покрытие будет приемлемо функционировать в конечных эксплуатационных условиях, поскольку стандарты IPC-J-STD-001 и IPC-A-610, имеющие своей целью помочь разработчику в производстве качественного продукта, не гарантируют, что будет получен надежный продукт. Это всегда остается зоной ответственности контрактного производителя (ОЕМ) — обеспечение того, что покрытие подходит для конкретного продукта в рамках его эксплуатации.

Конформные покрытия
Назад