La guía esencial para el revestimiento conformado

Con la continua miniaturización de la electrónica y sus circuitos, la necesidad de un recubrimiento conforme se ha disparado.

El revestimiento conformado es un producto especial de formación de película polimérica que protege las placas de circuitos, componentes y otros dispositivos electrónicos de condiciones ambientales adversas. Estos recubrimientos 'se ajustan' al paisaje irregular de la PCB proporcionando mayor resistencia dieléctrica, integridad operativa y protección contra atmósferas corrosivas, humedad, calor, hongos y contaminación en el aire, como la suciedad y el polvo.

TIPOS DE REVESTIMIENTO CONFORMADO

Existen varias opciones para las tecnologías de recubrimiento, y la mejor opción debería depender principalmente de la protección requerida. El método de aplicación y la facilidad de retrabajo también son factores importantes, pero generalmente se deben considerar secundarios al rendimiento de protección necesario.

Revestimientos Conformales Tradicionales
Lo que llamamos recubrimientos conformales “tradicionales” son sistemas de 1 parte que tienen una base de resina y pueden diluirse con solvente o (en casos raros) agua. Los revestimientos tradicionales son semipermeables, por lo que no impermeabilizar ni sellar completamente los componentes electrónicos revestidos. Proporcionan resistencia a la exposición ambiental, lo que aumenta la durabilidad de los PCB y al mismo tiempo mantiene prácticos los procesos de aplicación y reparación.

Estas categorías se basan en la resina básica de cada recubrimiento. La química determina los principales atributos y funciones del recubrimiento conforme. La elección del recubrimiento conforme adecuado para su aplicación está determinada por los requisitos operativos de la electrónica.

• Resina acrílica (AR) : el revestimiento conforme acrílico proporciona una elasticidad justa y protección general. El revestimiento conforme acrílico es reconocido por su alta resistencia dieléctrica y su resistencia a la humedad y abrasión. Lo que generalmente distingue el recubrimiento acrílico de otras resinas es la facilidad de eliminación. Los recubrimientos acrílicos se eliminan fácil y rápidamente mediante una variedad de solventes, a menudo sin necesidad de agitación. Esto hace que el retrabajo e incluso la reparación en el campo sean muy prácticos y económicos. Por otro lado, los recubrimientos acrílicos no protegen contra solventes y vapores de solventes, por ejemplo, que podrían ser típicos para equipos de bombeo. Los recubrimientos acrílicos pueden considerarse una protección básica de nivel de entrada, ya que son económicos y protegen contra un nivel amplio de contaminación, pero no son los mejores en su clase para ninguna característica, excepto posiblemente la resistencia dieléctrica.
  
• Resina de silicona (SR) : el revestimiento conformado de silicona proporciona una excelente protección en un rango de temperatura muy amplio. SR proporciona buena resistencia química, resistencia a la humedad y al rocío de sal, y es muy flexible. El revestimiento conformado de silicona no es resistente a la abrasión debido a su naturaleza gomosa, pero esa propiedad lo hace resistente contra las tensiones vibratorias. Los recubrimientos de silicona se usan comúnmente en entornos de alta humedad, como la señalización al aire libre. Hay formulaciones especiales disponibles que pueden revestir luces LED sin cambio de color o reducción de intensidad. La extracción puede ser un desafío, ya que requiere solventes especializados, tiempo de remojo prolongado y agitación, como un cepillo o un baño ultrasónico.
  
• Resina de uretano (poliuretano) (UR) : el revestimiento conformado de uretano es conocido por su excelente resistencia a la humedad y a los químicos. También son muy resistentes a la abrasión. Debido a esto y su resistencia a los disolventes, también son muy difíciles de eliminar. Al igual que la silicona, la eliminación completa generalmente requiere solventes especializados, un tiempo de remojo prolongado y agitación como con un cepillo o un baño ultrasónico. El revestimiento conforme de uretano se especifica comúnmente para aplicaciones aeroespaciales donde la exposición a los vapores de combustible es una preocupación común.

El alcance del resto de esta publicación se refiere principalmente a lo que llamamos recubrimientos conformales "tradicionales", pero cubriremos otros tipos de recubrimientos aquí para proporcionar una imagen completa de las opciones disponibles.

• Recubrimiento conformado epóxico
  Las resinas epoxi (ER) generalmente están disponibles como compuestos de dos partes y crean un recubrimiento muy duro. El revestimiento conformado epoxi proporciona muy buena resistencia a la humedad y generalmente no es permeable como lo son los revestimientos conformados. También tienen una alta abrasión y resistencia química. Por lo general, son muy difíciles de eliminar una vez que se curan, y no son tan flexibles como los otros materiales. Los recubrimientos epóxicos son comunes en los compuestos para macetas, que a diferencia de los recubrimientos conformales, cubren completamente la electrónica en una capa sólida y nivelada de material.
  
• Recubrimiento Conformal de Parileno
  Los revestimientos conformes de parileno son un tipo único de revestimiento aplicado por deposición en fase de vapor. Proporciona una excelente resistencia dieléctrica y una resistencia superior a la humedad, solventes y temperaturas extremas. Debido al método de deposición de vapor, los recubrimientos de parileno se pueden aplicar muy delgados y aún proporcionan una excelente protección de la placa de circuito. La extracción para el retrabajo es muy difícil, requiere técnicas de abrasión, y sin acceso al equipo de deposición en fase de vapor, el recubrimiento con parileno es imposible.
  
• Película delgada / Recubrimientos "Nano"
  Se disuelve un recubrimiento en un solvente portador a base de fluorocarbono y se aplica con un método de rociado o inmersión para crear una capa muy delgada, aunque no a escala nanométrica como sugiere el apodo. Se usan comúnmente para proporcionar una cantidad mínima de hidrofobicidad, lo que puede evitar la escasez de una exposición muy rápida al agua. Este tipo de recubrimiento no ofrece el nivel de protección de la superficie de otros métodos de recubrimiento.
  

MÉTODOS DE APLICACIÓN

Una vez que se selecciona el tipo de recubrimiento, la siguiente pregunta es cómo aplicar el recubrimiento conforme. Esa decisión debe basarse en las siguientes variables:

• Requisitos de rendimiento de producción : el trabajo de preparación necesario, la velocidad del proceso de recubrimiento y la rapidez con la que se pueden manejar los tableros después del proceso de recubrimiento.
• Requisitos de diseño de la placa : los diseños cargados de conectores, los componentes sensibles al disolvente y otros problemas afectan su decisión.
• Requisitos de equipo : si solo se requiere un recubrimiento esporádicamente, puede que no tenga sentido atar capital y espacio con equipo adicional.
• Procesamiento previo al recubrimiento : algunos procesos requieren enmascaramiento o cinta adhesiva antes del recubrimiento.
• Requisitos de calidad : la electrónica de misión crítica que requiere un alto grado de repetibilidad y confiabilidad generalmente lo llevará a métodos de aplicación más automatizados.

Los siguientes son los métodos de aplicación para recubrimientos conformales tradicionales:

• Pulverización manual : el revestimiento conforme se puede aplicar con una lata de aerosol o una pistola pulverizadora manual. Generalmente se usa para producción de bajo volumen cuando no se dispone de equipo de capital. Este método puede llevar mucho tiempo porque las áreas que no requieren recubrimiento deben enmascararse. También depende del operador, por lo que las variaciones son comunes de una placa a otra.

• Pulverización automatizada : sistema de pulverización programado que mueve el tablero sobre una cinta transportadora debajo de un cabezal de pulverización alternativo que aplica un recubrimiento conforme.
  
• Recubrimiento selectivo : un proceso de recubrimiento conformado automatizado que utiliza boquillas de rociado robóticas programables para aplicar el recubrimiento conformado a áreas muy específicas en la placa de circuito. Este proceso se usa en procesos de alto volumen y puede eliminar la necesidad de enmascarar. Un aplicador puede tener
  Una lámpara UV incorporada para curar el recubrimiento inmediatamente después de su aplicación.

Inmersión : la placa de circuito se sumerge y luego se retira de la solución de recubrimiento conforme. La velocidad de inmersión, la velocidad de extracción, el tiempo de inmersión y la viscosidad determinan la formación de película resultante. Es una técnica de recubrimiento conformado común para el procesamiento de alto volumen. Generalmente se requiere una gran cantidad de enmascaramiento antes del proceso de recubrimiento. La inmersión solo es práctica cuando el recubrimiento en ambos lados del tablero es aceptable.

• Cepillado : el cepillado es una técnica de aplicación simple utilizada principalmente en aplicaciones de reparación y retrabajo. El revestimiento conforme se aplica con un pincel a áreas específicas del tablero. Es un método de bajo costo pero intensivo en mano de obra y altamente variable, más adecuado para pequeñas series de producción.
  

MEDIDA DE ESPESOR

Los recubrimientos conformales generalmente se aplican como recubrimientos muy delgados, proporcionando la máxima protección posible utilizando la cantidad más delgada de material. Esto minimiza el atrapamiento de calor, la adición de peso adicional y una variedad de otras preocupaciones. El grosor normal con la mayoría de los revestimientos conformes oscila entre 1 y 5 mils (25 a 127 micras) con algunos revestimientos aplicados a un nivel aún más delgado. Cualquier cosa mayor que este grosor suele ser un encapsulado o un compuesto para macetas, que generalmente proporcionan más masa y grosor para proteger las tablas.

Hay tres formas principales de medir el grosor de un recubrimiento conforme.

• Medidor de espesor de película húmeda: el espesor de película húmeda se puede medir directamente utilizando el medidor apropiado. Estos medidores incorporan una serie de muescas y dientes, cada diente tiene una longitud conocida y calibrada. El medidor se coloca directamente sobre la película húmeda para tomar la medida de la película. Ver http://www.geionline.com/wet-film-gauge . Esta medida se multiplica por el porcentaje de sólidos del recubrimiento para calcular el espesor aproximado del recubrimiento seco.

• Micrómetro : las medidas de espesor del micrómetro se toman en el tablero (o en un panel de prueba) en varios lugares antes y después de que tenga lugar el recubrimiento. El espesor del recubrimiento curado se resta de las medidas sin recubrimiento y se divide por 2, proporcionando el espesor en un lado del tablero. La desviación estándar de las mediciones se calcula para determinar la uniformidad del recubrimiento. Las medidas de micrómetro se toman mejor en recubrimientos más duros que no se deforman bajo presión.
  
• Sondas de corriente parásita : la medición de la corriente parásita del grosor del revestimiento conforme utiliza una sonda de prueba que mide directamente el grosor de un revestimiento creando un campo electromagnético oscilante. Las medidas de espesor no son destructivas y son muy precisas, pero pueden limitarse dependiendo de la disponibilidad de una placa posterior de metal o metal debajo del recubrimiento, y el contacto directo disponible de la muestra de prueba. Sin metal debajo del área de prueba, no se realizarán mediciones, y si la sonda no queda plana en el área de prueba, las lecturas serán inexactas.
  
• Medidor de espesor ultrasónico : este tipo de medidor mide el espesor del recubrimiento mediante ondas ultrasónicas. Tiene la ventaja sobre las sondas de corrientes parásitas porque no necesita una placa posterior de metal. El espesor está determinado por la cantidad de tiempo que tarda el sonido en viajar desde el transductor, a través del recubrimiento, rebotar en la superficie de la PCB y regresar. Se necesita un medio conductor, como propilenglicol o agua, para proporcionar un buen contacto con la superficie. Esto generalmente se considera una prueba no destructiva a menos que exista una preocupación con el medio conductor que afecta el recubrimiento.

MÉTODOS DE CURADO

Si bien el mecanismo de curado no es un criterio principal al seleccionar un recubrimiento, tiene un impacto directo en el tipo de método de aplicación que será factible y el rendimiento de producción que se puede esperar. Algunos mecanismos son relativamente infalibles, mientras que otros son muy complejos y dejan espacio para errores de aplicación cuando se usan en un proceso no controlado.

• Mecanismo de curado por evaporación: el vehículo líquido se evapora y lo que queda es la resina de recubrimiento. Aunque en teoría es muy simple, las placas de circuito generalmente deben sumergirse al menos dos veces para formar un revestimiento adecuado en los bordes de los componentes. Ya sea que el vehículo líquido sea solvente o de base acuosa, la humedad afecta los parámetros de la aplicación. Los sistemas solventes tienden a ser fáciles de procesar, brindan una cobertura consistente debido a una buena humectación y tiempos de curado rápidos. Sin embargo, los solventes a menudo son inflamables, por lo que se requieren métodos adecuados de ventilación y extracción de humos. El uso del agua como vehículo puede eliminar el problema de la inflamabilidad, aunque tienden a tardar mucho más en curarse y pueden ser muy sensibles a la humedad ambiental.
• Curado de humedad : se encuentra principalmente en silicona y algunos sistemas de uretano. Estos materiales reaccionarán con la humedad ambiental para formar el recubrimiento de polímero. Este tipo de mecanismo de curado a menudo se combina con un curado por evaporación. A medida que se evaporan los solventes portadores, la humedad reacciona con la resina para iniciar el curado final.
• Curado por calor: los mecanismos de curado por calor se pueden usar con sistemas de uno o varios componentes, como un mecanismo de curado secundario para curado por UV, curado por humedad o curado por evaporación. La adición de calor hará que el sistema se polimerice o acelere el curado del sistema. Esto puede ser ventajoso cuando un mecanismo de curado es insuficiente para obtener las propiedades de curado requeridas o esperadas. Sin embargo, la sensibilidad térmica de las placas de circuito y los componentes deben tenerse en cuenta al curar a temperaturas elevadas.
• Curado UV : los recubrimientos que se curan con luz ultravioleta ofrecen rendimientos de producción muy rápidos. Son sistemas 100% sólidos sin solventes portadores. El curado UV es una línea de sitio, por lo que se necesita un mecanismo de curado secundario debajo de los componentes y en las áreas sombreadas. Los recubrimientos curados con UV son más difíciles de reparar y modificar y requieren equipo de curado con UV y protección contra la radiación UV para los trabajadores.
  

ELIMINACIÓN DE REVESTIMIENTO CONFORME

En ocasiones, es necesario eliminar un recubrimiento conforme de la placa de circuito para reemplazar los componentes dañados o realizar otros procedimientos de reelaboración. Los métodos y materiales utilizados para eliminar los recubrimientos están determinados por las resinas de recubrimiento, así como por el tamaño del área y pueden afectar el tiempo requerido.

Los métodos básicos citados por IPC son:

• Eliminación de solventes : la mayoría de los recubrimientos conformales son susceptibles a la eliminación de solventes, sin embargo, se debe determinar si el solvente dañará partes o componentes en la placa de circuito. Los acrílicos son los más sensibles a los solventes, por lo tanto, su fácil eliminación; Los epóxidos, uretanos y siliconas son los menos sensibles. El parileno no se puede eliminar con un solvente.
• Pelado : algunos recubrimientos conformes pueden despegarse de la placa de circuito. Esto es principalmente una característica de algunos revestimientos conformados de silicona y algunos revestimientos conformados flexibles.
• Térmico / quemado: una técnica común para eliminar el recubrimiento es simplemente quemar el recubrimiento con un soldador a medida que se vuelve a trabajar la placa. Este método funciona bien con la mayoría de las formas de recubrimientos conformales.
• Microblasting : el microblasting elimina el revestimiento conforme mediante el uso de una mezcla concentrada de abrasivo suave y aire comprimido para raspar el revestimiento. El proceso se puede utilizar para eliminar pequeñas áreas del revestimiento conforme. Se usa más comúnmente al eliminar Parileno y recubrimientos epoxídicos.
• Rectificado / raspado : en este método, el revestimiento conforme se elimina raspando la placa de circuito. Este método es más efectivo con recubrimientos conformales más duros, como el parileno, el epoxi y el poliuretano. Este método solo se utiliza como método de último recurso, ya que se puede incurrir en daños graves.

Si todo lo que está haciendo es reemplazar un componente o trabajar en un área aislada, es común quemar el revestimiento con un soldador. En los casos en que esto es estéticamente inaceptable, la contaminación es una preocupación, o los componentes están densamente espaciados, hay removedores de recubrimiento disponibles en el embalaje de la pluma.

CERTIFICACIONES

Las certificaciones son una forma importante de distinguir los barnices y lacas de uso general de los recubrimientos diseñados específicamente para la protección de PCB. Aunque hay docenas de especificaciones de usuarios e industriales, las dos certificaciones principales son IPC-CC-830B y UL746E. Al seleccionar un recubrimiento, busque la disponibilidad de documentación de prueba de terceros, en lugar de recubrimientos con la afirmación de que "cumple con los requisitos". Ambas normas utilizan la norma UL94 para juzgar la inflamabilidad, con una calificación V-0 que significa el potencial de inflamabilidad más bajo.

IPC-CC-830B / MIL-I-46058C

Este estándar se originó con el estándar militar MIL-I-46058C, que quedó obsoleto en 1998. La versión civil IPC-CC-830B es casi idéntica, por lo que generalmente se entiende que si una junta pasa la especificación IPC, también pasará la MIL spec., y viceversa. IPC-CC-830B es una batería de pruebas, algunas aprobadas y otras aprobadas que brindan datos que pueden ser referenciados y comparados:

• Apariencia
• Resistencia de aislamiento
• Fluorescencia UV
• Resistencia a los hongos
• Flexibilidad
• Inflamabilidad
• Resistencia a la humedad y al aislamiento.
• Choque termal
• Estabilidad hidrolítica

UL746E

Underwriters Laboratories (UL) se considera un organismo de certificación de seguridad creíble y confiable en todo el mundo, y la certificación UL se requiere comúnmente para bienes de consumo. Pruebas UL746E de seguridad eléctrica y seguridad inflamable de la electrónica recubierta. Para seguridad eléctrica, hay una batería de pruebas similar a IPC-CC-830B, pero con una carga de corriente cíclica para medir constantemente la falla de las propiedades aislantes del recubrimiento. La prueba de inflamabilidad utiliza el estándar UL94 como IPC-CC-830B, que implica intentar encender el recubrimiento curado con una llama abierta y observar la sostenibilidad de la llama.

Una vez que un recubrimiento ha pasado UL746E, se puede registrar con UL y se le puede asignar un número de registro. Los productos certificados y registrados según los estándares UL746E pueden incluir el símbolo UL (que parece una "UR" hacia atrás). Para mantener el registro, se debe volver a analizar un recubrimiento anualmente.

Los recubrimientos pueden, y a menudo son, probados según estándares que solo representan una parte de todo el estándar. En el caso de UL94, esto es útil cuando la inflamabilidad es la principal preocupación. Es posible que algunos recubrimientos especiales no se prueben en todo el IPC-CC-830B o UL746E porque pueden fallar partes de la prueba debido a la naturaleza del producto, no un reflejo de la calidad del producto. Por ejemplo, algunos recubrimientos destinados a recubrir LED dejan fuera el indicador UV para evitar el cambio de color, pero esto automáticamente causaría la descalificación bajo IPC-CC-830B. En otras palabras, es, por definición, imposible pasar IPC-CC-830B y tener claridad óptica en la parte UV del espectro.

CONSIDERACIONES REGULATORIAS

Por supuesto, las consideraciones de seguridad y medioambientales siempre deben formar parte de la selección química y el diseño del proceso, pero los diversos organismos reguladores hacen que esto sea aún más difícil ya que los requisitos deben interpretarse y combinarse con las especificaciones del producto.

OSHA (Administración de Seguridad y Salud Ocupacional) - En los EE. UU., OSHA tiene una autoridad primordial sobre las preocupaciones de seguridad de los trabajadores. Muchos recubrimientos son muy inflamables y muchos emiten humos que tienen un alto nivel de toxicidad. Se debe prestar mucha atención a la ventilación (a prueba de explosiones cuando se trata de humos inflamables) y al EPP (equipo de protección personal) apropiado para mantener la exposición del operador por debajo del umbral de seguridad. La inflamabilidad puede ser difícil de evitar sin explorar más nicho de materiales de revestimiento a base de agua. Se han introducido recubrimientos más nuevos que no incluyen HAP (contaminantes peligrosos del aire, una clasificación gubernamental de productos químicos particularmente tóxicos) como tolueno, xileno o metil etil cetona (MEK). El Sistema Global Armonizado (GHS - con esos símbolos de diamantes rojos) debe seguirse para el etiquetado, que generalmente es realizado por el fabricante. Asegúrese de que las hojas de datos de seguridad (SDS) estén disponibles para los operadores, ya que deben estar con cualquier químico peligroso en su instalación.

EPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos): en los EE. UU., Los requisitos de la EPA deben cumplirse a nivel nacional y regional. La EPA, siguiendo el tratado del Protocolo de Montreal, impuso restricciones a los químicos que agotan el ozono. Dado que la mayoría de los productos químicos restringidos no están disponibles y no se han utilizado en la formulación de revestimiento conforme durante años, el agotamiento del ozono no es la preocupación actual. Si hay agencias regionales (ver el siguiente párrafo) que tienen requisitos más estrictos que la EPA, generalmente deberán cumplirse.

CARB (Junta de Revisión del Aire de California) y otras regulaciones regionales : las agencias locales siguen desempeñando un papel cada vez más importante en las restricciones ambientales. CARB fue uno de los primeros organismos reguladores, estableciendo restricciones de VOC (compuestos orgánicos volátiles - químicos que producen smog) por categoría de producto. Otras agencias regionales siguieron su ejemplo. El potencial de calentamiento global (GWP) es el último tema ambiental de discusión.

Esa es nuestra guía para el revestimiento conforme. Esperamos haber respondido muchas de sus preguntas. Como cualquier desafío, la selección del mejor recubrimiento y el proceso de recubrimiento se pueden separar, analizar y resolver.

Ahora queremos entregárselo:

¿Qué te pareció esta guía? O tal vez hay algo que nos perdimos. Háganos saber dejando un comentario con sus comentarios. Techspray tiene expertos disponibles para ayudarlo a guiarlo durante todo el proceso de selección y calificación.