El control de calidad es un aspecto crítico del proceso de recubrimiento conformado y es clave para completar con éxito esta operación.Este artículo analiza los estándares para los recubrimientos conformados, el significado de sus regulaciones, la capacidad de los nuevos medios tecnológicos automatizados para aplicar control de calidad a los recubrimientos conformados y los factores que deben considerarse para garantizar un control confiable.
Los recubrimientos conformales son capas de polímero delgadas y transparentes que se aplican a las superficies de los conjuntos de circuitos impresos para protegerlos de factores externos.La palabra 'conformal' se deriva del latín conformis - 'similar', 'parecido', es decir, determina la capacidad del recubrimiento para replicar la forma del conjunto de circuito impreso protegido.
Estándares de revestimiento conformado:
Hoy en día, el principal estándar internacional utilizado por la mayoría de las empresas de todo el mundo en el área del recubrimiento conforme es el Estándar IPC-A-610 para la Aceptabilidad de Conjuntos Electrónicos, cuya versión actual (IPC-A-610E) se puede solicitar a IPC.Existen otras normas, incluidas las reglamentaciones de la empresa, pero este artículo se centra en la A610 para ayudar a determinar las necesidades de control de calidad de las aplicaciones de recubrimiento conformado.
Alcance de las cuestiones cubiertas por IPC-A-610
La IPC-A-610 debe estudiarse sección por sección.Esto ayudará a comprender tanto las necesidades del operador como los requisitos del propio proceso de recubrimiento conformado.La norma consta de tres secciones: Información general, Cobertura del recubrimiento y Espesor del recubrimiento.
Información general sobre recubrimientos conformados:
IPC-A-610 establece que los recubrimientos conformes generalmente deben ser transparentes y uniformes en color y consistencia, y deben cubrir uniformemente la placa de circuito impreso y sus componentes.El alcance de la cobertura depende del método de aplicación.
Aquí hay mucho margen de interpretación, lo que puede generar problemas si se malinterpreta.Vale la pena señalar que cada tecnología de aplicación de conformalcoating, ya sea aplicación con brocha, aplicación robótica selectiva con válvula sin aire o pulverización en aerosol, tiene sus propias características.Todos ellos producen diferentes niveles de acabado, que varían aún más según la organización del proceso tecnológico, la personalidad del operador y las condiciones del entorno de producción.
Son de interés los términos 'homogeneidad' y 'uniformidad' utilizados en el texto de la norma.En sí mismos, son bastante ambiguos, pero deben entenderse en el contexto de los requisitos de integridad y espesor del recubrimiento que se analizan a continuación.Sin ese contexto, estos términos en última instancia aclaran poco.
Además, si el recubrimiento debe ser transparente, surge la pregunta de si son aceptables recubrimientos pigmentados.Esto debe discutirse con el cliente y evaluarse el efecto del pigmento en el rendimiento del recubrimiento conformado.
Integridad de la cobertura del recubrimiento:
La mayoría de los recubrimientos conformales ahora contienen aditivos luminiscentes que brillan bajo luz ultravioleta (UV).Esto facilita el control de la calidad de la aplicación del recubrimiento.Sin embargo, algunos defectos no son visibles con luz ultravioleta y pueden requerir control con luz natural (blanca).Algunos recubrimientos no tienen suficiente luminiscencia UV por naturaleza, como muchos recubrimientos de organosilicio.Esto puede complicar el control.
Es igualmente importante si el laminado o el fotorresistente tiene su propia emisión luminiscente comparable en intensidad a la emisión del recubrimiento: algunos recubrimientos conformados se hacen deliberadamente no luminiscentes en luz ultravioleta, ya que en las condiciones de funcionamiento el aditivo luminiscente utilizado tiene un efecto adverso sobre el revestimiento y la placa de circuito impreso.
En términos de cobertura, la norma establece objetivos de calidad para el revestimiento de acabado y diferentes niveles de calidad (clases 1, 2 y 3). Los objetivos incluyen lo siguiente:
Ausencia de áreas con pérdida de adherencia;
Ausencia de huecos o burbujas;
Ausencia de deshumectación, descamación local, piel de zapa, arrugas, grietas, ondulaciones, defectos tales como 'ojo de pez' y 'piel de naranja';
Ausencia de inclusiones extranjeras;
Sin decoloración ni pérdida de transparencia;
Curado completo y estructura homogénea.
Muchas tecnologías de recubrimiento, tipos de placas de circuito impreso y materiales no permiten en la práctica alcanzar todos los indicadores objetivo mencionados anteriormente.Lograrlos sistemáticamente será generalmente extremadamente costoso tanto en términos financieros y de inversión como en términos de tiempo y esfuerzo invertidos en el control del proceso.
Prestemos atención a un indicador objetivo como la ausencia de burbujas.Incluso si se mira la placa de circuito impreso a simple vista, suele ser imposible encontrar una muestra que no tenga burbujas en un lugar u otro, a menos que se cumplan las siguientes condiciones:
El proceso de recubrimiento conformado está totalmente controlado;
Se selecciona el material de recubrimiento correcto para lograr este resultado;
Las condiciones del proceso están totalmente optimizadas;
Los operadores están ampliamente capacitados sobre las causas de las burbujas y pueden controlar el proceso en consecuencia;
No se han producido cambios en el laminado PCB, el proceso de ensamblaje, los componentes o el revestimiento conformado que puedan causar una reacción adversa.
Afortunadamente, lograr estos objetivos, si bien es deseable, no es necesario para la mayoría de las empresas; de lo contrario, el recubrimiento conformado sería dominio exclusivo de unos pocos expertos y una tarea imposible para muchos.El IPC ayuda en este sentido ofreciendo sus propios criterios de calidad para estos objetivos:
El revestimiento está completamente curado y estructuralmente uniforme;
El recubrimiento se aplica sólo en las áreas donde es necesario;
Adhesión del revestimiento cerca de zonas enmascaradas;
No hay puentes entre almohadillas adyacentes o superficies conductoras debido a:
-- Pérdida de adherencia,
-- Huecos o burbujas,
-- Deshidratación,
-- Cracking,
-- Ondulación,
-- Ojos de pez o piel de tiburón;
Las inclusiones extrañas no violan los requisitos mínimos de espacio de aislamiento entre componentes, almohadillas de contacto o superficies conductoras;
El revestimiento es fino pero aún llega a los bordes de los componentes y dispositivos.
Todo esto parece razonable hasta que se analiza más de cerca lo que IPC propone lograr con su proceso de recubrimiento conformado.Es posible que descubra que el proceso que está utilizando o el que solicita su cliente no es tan obvio como parece a primera vista.
Primero, considere el requisito de cubrir los bordes de los componentes y dispositivos con una capa delgada.Este requisito es extremadamente difícil, si no imposible, de cumplir utilizando la mayoría de los procesos de recubrimiento estándar.Es bastante difícil determinar si los bordes afilados están recubiertos durante un proceso de control de calidad normal.Si un cliente afirma que este es su requisito, es importante considerarlo detenidamente.
Pasemos ahora al requisito de la ausencia de todos los defectos anteriores, así como de puentes entre secciones conductoras adyacentes.Esto significa que el operador debe examinar los espacios entre todos los elementos conductores de la placa de circuito impreso con los componentes montados en ella y asegurarse de que no haya defectos, como burbujas, que violarían este criterio de calidad.Esta tarea requiere no sólo el más alto nivel de cualificación, sino también una enorme inversión de tiempo y, en la producción a gran escala, la presencia de todo un ejército de especialistas en control de calidad.
Antes de acordar con el cliente o su propio ingeniero de diseño todos los criterios de calidad, comprenda en detalle qué está aceptando exactamente.
Espesor del revestimiento conformado:
El último área abordada por IPC-A-610 es el espesor del revestimiento conformado.La tabla de la norma establece rangos de espesor de película seca aceptables para diversos materiales poliméricos, como los recubrimientos acrílicos, que van desde 0,03 mm a 0,13 mm, o 30 µm a 130 µm.Este es un amplio rango para una aplicación de recubrimiento conformado si el proceso se implementa correctamente.También es fácil exceder estos límites si no se conocen los problemas subyacentes.La clave es comprender los principios del proceso de recubrimiento conformado que se utiliza y las capacidades del material.
Por ejemplo, si una instalación tiene un sistema automatizado sistema de recubrimiento por inmersión, puede resultar difícil lograr una película seca de recubrimiento acrílico o de poliuretano con base solvente de más de 30 micras de espesor y evitar todos los defectos enumerados en los criterios de calidad.Por lo general, el recubrimiento será más delgado y es posible que no sea lo suficientemente grueso para cumplir con los criterios.
Además, existe una relación directa entre el número de burbujas en la película de recubrimiento seca y el espesor de la película de recubrimiento húmeda aplicada en una sola pasada.Esto es fácil de descubrir: si aplica una capa demasiado gruesa de una sola vez, su superficie se endurecerá (se secará) antes de que las burbujas puedan flotar desde el espesor y permanecerán dentro.Aplicar el recubrimiento en capas finas es la condición más importante para eliminar la aparición de burbujas.Sin embargo, el robot de recubrimiento selectivo suele funcionar en modo de una sola pasada.Por lo tanto, es necesario encontrar un compromiso y ajustar el proceso tecnológico de aplicación del recubrimiento de tal manera que se obtengan resultados óptimos.
¿Qué significa realmente exigir un recubrimiento uniforme y una aplicación uniforme?¿Significa 'uniforme' en el rango de 30 a 130 µm?¿Debemos tener cuidado de aplicar una capa fina en los bordes afilados donde el recubrimiento tiende a extenderse?Por último, como señala la norma, si el revestimiento se acumula debajo del dispositivo, es fácil superar el límite de espesor permitido de 130 µm en determinadas zonas.Desafortunadamente, contrariamente al sentido común, más no siempre es mejor y se deben evitar los recubrimientos demasiado gruesos, ya que estos tienden a agrietarse a largo plazo.
Procesos tecnológicos para el control de calidad automático de la aplicación de conformalcoating:
Como se señaló, para cumplir con los criterios de calidad descritos anteriormente, se requiere una inspección exhaustiva de todo el PCB.Esta es una tarea extremadamente difícil debido a factores como la fatiga ocular, la distracción y el rendimiento limitado.¿Se puede automatizar el control de calidad del recubrimiento conformado?
Es posible, pero con algunas reservas y limitaciones.
Echemos un vistazo a los sistemas automatizados de recubrimiento conformado disponibles en el mercado.Incluyen algunos sistemas de muy alta tecnología con excelentes cámaras y escáneres, excelente software y la más alta calidad de control de procesos.Pueden manejar el procesamiento en serie de productos o integrarse en líneas de producción, y parecen cerrar la brecha tecnológica existente.
Las cámaras se montan en sistemas de tres o cuatro ejes.Cada cámara debe eliminar la distorsión de paralaje al inspeccionar placas de circuito impreso grandes donde habrá áreas ocultas a lo largo de los lados de los componentes.Los sistemas basados en escáner sufren la misma distorsión de paralaje y ahora hay sistemas de escaneo disponibles que eliminan el paralaje.
Sin embargo, todos estos sistemas tienen un inconveniente: pueden examinar cada centímetro del PCB desde todos los ángulos y aún así pasar por alto áreas problemáticas.Pero ese no suele ser el factor determinante en el control de calidad automatizado del recubrimiento conformado.Los sistemas de inspección óptica automatizada (AOI) resaltan la dificultad de cumplir con los criterios de calidad de IPC dentro de los procesos estándar de recubrimiento conforme.Estos sistemas muestran defectos dentro del revestimiento PCB y 'ven' mucho más de lo que cualquier operador podría ver.
Para el usuario del sistema, esto puede parecer como la apertura de la caja de Pandora, ya que ahora tiene toda una línea de placas de circuito impreso con defectos en toda su superficie.Si este es el caso, y el sistema de inspección óptica automatizado está configurado para inspeccionar las placas de circuito impreso de acuerdo con estas reglas, luego de un corto tiempo la línea de producción se detendrá.¿Es el sistema de inspección el culpable o el proceso de recubrimiento conformado?¿Dónde debería recaer la culpa?
La respuesta es sencilla: la mayoría de los procesos tecnológicos no proporcionan el nivel de calidad requerido por los criterios del estándar IPC.Los sistemas de inspección óptica automatizados identifican claramente todos los defectos (en la medida en que lo permitan los factores mecánicos y ópticos).Además, ven los defectos existentes con mayor claridad que a simple vista.
Solución de recubrimiento conformado:
Es necesario implementar un proceso iterativo para desarrollar una solución óptima.
1. Establecer qué defectos (criterios de calidad) son aceptables y definirlos.
2. Determinar qué nivel de control se puede lograr dentro del proceso de recubrimiento conformado nuevo y existente y qué defectos pueden generar ambos procesos.
3. Si el sistema permite que se cumplan los criterios, todas las partes quedarán satisfechas.En caso contrario, se deberán cambiar los criterios o el proceso.
En última instancia, se debe utilizar el sentido común y luego, con el nivel adecuado de conocimiento, se podrá tomar la decisión correcta.Al desarrollar un proceso de control de calidad óptimo, se pueden evitar costos innecesarios, disputas y contraacusaciones más adelante cuando surjan problemas.
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