Главная    Энциклопедия     Селективная влагозащита

Размещено на сайте 01.08.2008.

Селективная влагозащита

Владимир Уразаев, к.т.н.

urazaev@yandex.ru
статья была опубликована в журнале
"Технологии в электронной промышленности", № 2, 2008 г.


МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ПОСОВЕТОВАТЬ

Начну статью с фрагмента из письма: «Вас беспокоит студент... Я окончил 5 курс по специальности "Проектирование и технология РЭС" и сейчас начинаю писать диплом по теме: "Селективная влагозащита печатных узлов". Я, к сожалению, пока не смог преобрести вашу книгу «Влагозащита печатных узлов". Можете ли вы посоветовать мне различную литературу по этой теме?»

Признаюсь, что первая мысль, которая появилась после прочтения этого письма, была о том, что не повезло студенту. Уж очень эта тема не «диссертабельна». Все тривиально: липкие ленты, замазки и т.д. Негде разгуляться фантазии. Есть всего лишь один «луч света в темном царстве» – разработки компании «Asymtek» по селективному нанесению влагозащитных покрытий (1). То же самое можно сказать и о литературе. В книге (2) есть всего лишь небольшой раздел, посвященный непосредственно этой теме. Не так уж много находок можно сделать и в Интернете независимо от того, каким алфавитом (кириллицей или латиницей) пользоваться. Как быть?

На мой взгляд, есть одно очень простое решение. Следует трансформировать эту проблему в другую, гораздо более интересную и важную, используя неоднозначность толкования слов в великом и богатом русском языке.

КТО КАК МОЖЕТ

Сначала рассмотрим эту проблему в традиционном толковании. А в традиционном толковании селективная влагозащита – это защита мест на печатном узле не подлежащих покрытию. Когда-то в годы работы в Казанском научно-исследовательском радиотехнологическом институте эта задача ставилась автору именно так. И ничего кроме оттрожения она не вызывала.

Проблема появилась из-за того, что, используя традиционные методы нанесения лакокрасочных покрытий (окунание, пневматическое распыление), гораздо легче нанести покрытие сразу на всю поверхность, чем осуществлять этот процесс избирательно. Как следствие, возникла необходимость в предварительной защите нелакируемых поверхностей. Это трудоемкая и неблагодарная работа не вызывающая положительных эмоций.

Защита поверхностей, не подлежащих окраске, всегда была головной болью производственников, работающих в производстве лакокрасочных покрытий. В печатных узлах к таким поверхностям относятся тестовые площадки, разъемы и прочие негерметичные элементы. Защиту поверхностей обычно осуществляют по принципу «кто как может». Кто-то использует шаблоны, изоляционную ленту или пластырь. Кто-то предпочитает специальные изолирующие составы (замазки, латексные составы, съемные пленочные покрытия другими лаками, например, ХС-567 и т.д.). За рубежом для этих целей разработаны специальные материалы: клеящие ленты (HumiTape), клеящие площадки (HumiDots), защитные съмные покрытия на латексной основе (Spot-On) и др. Для защиты разъемов практикуется использование защитных колпачков соответствующего типоразмера (3). 

К специальным защитным составам предъявляется очень много требований, которые порой противоречат друг другу. Эти составы должны: легко наноситься на поверхность и удаляться с нее тампоном без применения растворителей или сниматься «чулком»; не взаимодействовать с материалами, на которые наносятся, а так же с лакокрасочным покрытием и т.д. Кроме того, они не должны сгорать, растекаться и проникать в слой покрытия при горячей сушке. Очень сложно получить ровный и, самое главное, точный контур защищаемого от окраски участка. А это очень важно для современных печатных плат с высокой степенью интеграции.

Но самый главный недостаток  способов защиты из серии «кто как может» заключается в том, что они практически не поддаются автоматизации. На фоне других операций современного сборочно-монтажного производства они выделяются своей архаичностью.

ПРОРЫВ

Американская фирма Asymtek покончила с архаичностью. Этой фирмой разработано автоматизированное технологическое оборудование для селективного нанесения влагозащитных покрытий. Оборудование имеет настольное исполнение и может быть использовано в многономенклатурном серийном производстве. Линейка систем селективного нанесения влагозащитных покрытий постоянно обновляется. Самая последняя модель – Select Coat Conformal Coating System SL-940E (рис. 1).

Рис. 1. Система селективного нанесения влагозащитных покрытий SL-940E.
Рис. 1. Система селективного нанесения влагозащитных покрытий SL-940E.

А на следующем рисунке (рис. 2) вы можете увидеть последнюю модификацию самой главной части такого рода систем – модуля нанесения. При разработке  модуля нанесения SC-400 был сделан акцент на возможность его использования для влагозащиты печатных узлов с высокой степенью интеграции. Этот модуль был удостоен звания лучший новый инновационный продукт на ежегодной выставке «Productronica – 2007».

Рис. 2. Модуль нанесения SC-400.
Рис. 2. Модуль нанесения SC-400.

 Системы могут быть укомплектованы и другими модификациями модулей нанесения:

- SC-104 и  SC-105 – циркуляционные модули,

- SC-204 и  SC-205 – нециркуляционные модули,

- SC-300 – модуль нанесения с возможностью закручивания струи.

Для нанесения лакокрасочных материалов, требующих подогрева,  используются циркуляционные модули. Возможна реализация различных режимов нанесения: режим струи, режим закрученной струи и режим распыления. Режим струи применяется, когда необходимо нанести покрытие в узкие места между компонентами или в непосредственной близости от непокрываемых зон. Режим закрученной струи используется при нанесении покрытий   на печатные узлы с очень высокой плотностью монтажа. Режим распыления целесообразно применять при малой толщине покрытия и большом размере площади нанесения.

В самом распространенном модуле SC-205 используется струйное нанесение. Толщина одного слоя покрытия варьируется от 13 до 200 мкм. Наличие головки с пятью степенями свободы позволяет наносить покрытие на боковую поверхность компонентов и под ними. Повторяемость позиционирования привода – 25 мкм. Попробуйте с такой точностью приклеить пластырь или нанести латексный состав!

И в заключение следует сказать, что компания Asymtek продала в Европе уже более 1000 систем селективного нанесения влагозащитных покрытий (4). В единичных экземплярах такие системы появились уже и в России.

ИНОЙ ВЗГЛЯД

Исторически сложилось так, что под «влагозащитой» понимают нанесение на поверхность печатного узла полимерного, чаще всего, лакового покрытия. (Хотя это далеко не так.) Поэтому под селективной влагозащитой понимают избирательное нанесение полимерного покрытия. Цель такой избирательности тривиальна – на некоторых участках ПУ покрытия просто не должно быть.

Если же отвлечься от стереотипов, то проблему селективности влагозащиты можно сформулировать иначе. Под селективностью можно понимать реализацию различного уровня влагозащиты в разных местах печатной платы (печатного узла): выше там, где это очень нужно и наоборот. Цель такой селективности гораздо масштабнее – обеспечить более высокий уровень влагозащиты, а, следовательно, и надежности РЭА, при минимальных затратах.

Для военной или иной техники, которая эксплуатируется в очень жестких условиях, акцент можно сделать на надежность. В бытовой технике, изготавливаемой очень большими тиражами, следует акцентировать внимание на минимизации затрат. В первом случае можно  использовать избирательное повышение уровня надежности относительно среднего, во втором – избирательное понижение. Иному (нетрадиционному) взгляду на проблему селективности влагозащиты и будет посвящено продолжение этой статьи.

НЕКОТОРЫЕ ВАРИАНТЫ

Начнем с простого – как избирательно уменьшить уровень влагозащиты в том, или ином месте печатной платы (печатного узла)? Диверсионный анализ говорит о том, что таких способов очень много. Но, если ставить во главу угла сочетание надежности и низкой стоимости печатного узла, то выбор резко ограничивается.

На рис.3 показан фрагмент печатной платы с влагозащитным покрытием.

Рис. 3. Фрагмент печатной платы с влагозащитным покрытием.
Рис. 3. Фрагмент печатной платы с влагозащитным покрытием.
1, 2 – проводники, 3 – полимерное покрытие, 4 – стеклотекстолит, 5 – токи утечки.

Глядя на этот рисунок, можно сделать вывод, что влагостойкость печатного узла определяется многими факторами:

- толщиной и физическими свойствами влагозащитного покрытия;

- уровнем адгезии между влагозащитным покрытием и печатной платой;

- физическими свойствами стеклотекстолита;

- расстоянием между проводниками и др.

Другой вывод – максимальный уровень электрофизических свойств подложки печатной платы (стеклотекстолита) требуется только в поверхностном слое. Следовательно, если использовать стеклотекстолит с градиентно изменяющимся уровнем физических свойств (выше у поверхности), то можно существенно сэкономить практически без потерь в надежности. Уточню, что такое решение приемлемо преимущественно для одно- или двухсторонних печатных плат. Такого рода стеклотекстолиты изготавливаются за рубежом. В наружных слоях стеклотекстолита СЕМ-1 в качестве наполнителя используется стеклоткань, а во внутренних – бумага. В стеклотекстолите СЕМ-4 различие физических свойств наполнителя внутри (стеклохолст) и снаружи (стеклоткань) менее существенны (5).

Реализовать различный уровень электрофизических свойств полимерного связующего по толщине стеклотекстолита с технической точки зрения значительно сложнее. Это требует существенной перестройки (усложнения) технологии изготовления. Однако, такое  решение можно довольно просто реализовать в многослойных печатных платах варьируя химическую природу склеиваемых слоев. Хотя, это решение правильнее будет отнести уже к теме – как избирательно повысить уровень влагозащиты в том, или ином месте печатной (печатного узла).

Избирательное повышение уровня влагозащиты можно реализовать и в пределах влагозащитного покрытия. Это решение лежит на поверхности в прямом и переносном смысле этого слова. В критических местах печатной платы (с наиболее плотной разводкой) можно наносить покрытие увеличенной толщины, либо дополнительное покрытие с улучшенными электрофизическими свойствами. Традиционными методами нанесения влагозащитных покрытий сделать это довольно сложно. А вот с использованием оборудования по селективному нанесению влагозащитных покрытий фирмы Asymtek эта задача решается очень просто. 

СЕЛЕКТИВНОЕ НАПОЛНЕНИЕ: ОДНО-  ДВУХСТОРОННИЕ ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

Избирательное повышение уровня влагозащиты (самый привлекательный вариант) может быть получено и другими методами. Вернемся к рис. 3. Глядя на него, можно сделать еще один вывод. Влагозащитное покрытие и диэлектрическая подложка печатной платы вносят соизмеримый вклад в ненадежность печатного узла при эксплуатации в условиях воздействия влаги. Причем, чем жестче условия эксплуатации, тем больший вклад у подложки.

Подолжка (стеклотекстолит) в отличие от влагозащитного полимерного покрытия является капиллярно-пористой структурой. Более того, своеобразная пористость имеется даже непосредственно в полимерной матрице стеклотекстолита (дефекты надмолекулярной структуры). Эта пористость по разным причинам ухудшает диэлектрические свойства стеклотекстолита. И в то же время наличие пористости является ресурсом для возможного на этот раз улучшения этих свойств. Устранить пористость целиком не так просто, да и нужно ли? Селективное заполнение этой пористости с технико-экономической точки зрения – оптимальное решение. Именно такое решение стало основой целой серии изобретений, составляющих основу технологии полимеризационного наполнения.

Полимеризационное наполнение (базовая технология) основано на том, что жидкая композиция на основе бифункциональных мономеров (гликолевых диэфиров акриловых кислот) заполняет дефекты структуры подложки печатной платы, а затем при термообработке происходит полимеризация (отверждение) этой композиции непосредственно в подложке (6). Таким способом осуществляется своеобразное наполнение одного полимера другим полимером. При этом происходят благоприятные во всех отношениях изменения в поверхностном слое подложки: уменьшение пористости, уменьшение водопоглощения, уменьшение диффузионной проницаемости и, наоборот, увеличение уровня сопротивления изоляции.

В данном варианте осуществляется избирательное наполнение только поверхностного слоя стеклотекстолита, именно той зоны, которая несет максимальную ответственность за обеспечение влагостойкости печатных узлов, изготовленных на базе одно- и двухсторонних печатных плат. Распределение полимера-наполнителя получается градиентное: больше у поверхности, меньше в объеме (смотрите рис. 4).

Рис. 4. Селективное наполнение диэлектрика печатной платы
Рис. 4. Селективное наполнение диэлектрика печатной платы

Инструментальные исследования показали, что полимеризационное наполнение не ограничивается только «механическим» заполнением «пограничной» пористости (на границе раздела стеклоткань – полимерная матрица). В дополнение к этому улучшаются электрофизические свойства полимерной матрицы стеклотекстолита. Этот несколько неожиданный эффект объясняется образованием трехмерных взаимопроникающих полимерных сеток (ВПС) полимера-наполнителя и полимерной матрицы (чаще всего эпоксидной смолы).

В таблице 1 приведены некоторые результаты испытаний, свидетельствующие об эффективности полимеризационного наполнения в двухсторонних печатных платах.

Таблица 1. Влияние полимеризационного наполнения на уровень сопротивления изоляции в цепях двухсторонних печатных плат.

 

Марка стеклоте-
кстолита, номер печатной платы

 

 

Сопротивление изоляции, Ом

 

Цепь 1

Цепь 2

Цепь 3

Цепь 4

Цепь 5

Цепь 6

Цепь 7

СТФ , 4037011

 

до наполнения

1,9х1010

2,0х1010

2,1х1010

9,0х109

4,6х109

9,0х109

1,3х1010

после наполнения

2,4х1012

4.0х1012

4,7х1012

4,5х1012

1,5х1012

4,5х1010

3,4х1010

СТФ, 4037009

 

до наполнения

2,0х1010

9,0х109

1,1х1010

1,1х1010

4,2х109

3,3х109

4,2х108

после наполнения

5,2х1012

4,5х1012

3,0х1012

4,0х1012

4,5х1012

5,0х1010

3,0х1012

FR-4, 4027263

 

 

до наполнения

1,4х1010

 

1,2х1010

1,1х1010

1,4х1010

4,5х109

7,5х109

1,5х1010

после наполнения

 

9,0х1010

 

1,3х1011

 

1,9х1011

8,5х1011

1,6х1011

2,5х1010

4,5х1010

FR-4, 4027264

 

до наполнения

1,35х1010

1,2х1010

1,2х1010

1,2х1010

5,1х109

1,2х1010

1,7х1010

после наполнения

4,0х1010

7.5х1011

7,5х1010

3,0х1012

1,7х1011

3,6х1010

4,5х1010

FR-4, 4027265

 

 

до наполнения

1,4х1010

1,3х1010

5,1х109

1,2х1010

5,7х109

1,2х1010

2,0х1010

после наполнения

5,5х1011

8,0х1011

1,4х1011

3,0х1011

2,5х1011

4,2х1010

2,5х1010

Примечание: Измерения проводились тераомметром Е6-13А в нормальных условиях при испытательном напряжении 10 В.

СЕЛЕКТИВНОЕ НАПОЛНЕНИЕ: ВЛАГОЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Базовая технология полимеризационного наполнения «усиливая» поверхностный слой стеклотекстолита и, вследствие этого, уменьшая токовые утечки через этот слой, уже в какой-то степени решает проблему повышения влагостойкости. Кардинально решить эту проблему  могут два других способа влагозащиты, основанных также на полимеризационном наполнении (7, 8). Эти способы позволяют реализовать еще и селективное наполнение влагозащитных покрытий.

Распределение полимера-наполнителя по толщине печатного узла в способах 1 и 2 показано на рис. 5.

Рис. 5. Селективное наполнение диэлектрика и влагозащитных покрытий в печатных узлах.
Рис. 5. Селективное наполнение диэлектрика и влагозащитных покрытий в печатных узлах.

Способ 1 может быть реализован следующим образом. Заполнение дефектов структуры стеклотекстолита полимеризационноспособной (жидкой) композицией осуществляется так же, как и в базовой технологии. Далее на поверхность печатной платы (печатного узла) наносят лак, или ламинат, или даже компаунд. Спустя некоторое время проводится  термообработка печатной платы (печатного узла). При осуществлении этого способа композиция проникает не только в объем подложки печатной платы, но и в прилегающий к поверхности подложки материал покрытия. При термообработке происходит последовательное или совместное отверждение материала покрытия и композиции в зоне, прилегающей к подложке печатной платы.

Поскольку композиция одновременно полимеризуется и в объеме подложки, и в объеме покрытия, а полимеризация происходит с образованием трехмерной полимерной сетки, подложка и полимерное покрытие в дополнение ко всему связываются при этом в единое целое. Дополнительный эффект – повышение влагостойкости из-за резкого снижения токовых утечек по границе раздела: подложка печатной платы – влагозащитное покрытие. Граница раздела, как таковая, в данном случае просто исчезает.

Способ 2 отличается тем, что на печатной плате сначала в полном объеме реализуют влагозащитное покрытие (нанесение + отверждение). Далее полимеризационное  наполнение осуществляют так же, как и в базовой технологии. Отличия лишь в режимах его осуществления. На финише, так же, как и в способе 1 композиция полимеризуется одновременно в полимерном покрытии и в подложке, связывая их своей трехмерной полимерной сеткой в единое целое. Отличие – иной профиль селективного наполнения подложки и влагозащитного покрытия.

СЕЛЕКТИВНОЕ НАПОЛНЕНИЕ: МНОГОСЛОЙНЫЕ ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

Практика показывает, что даже на стадии контроля примерно у 7% многослойных печатных плат (крупногабаритных – 20 %) обнаруживается недостаточный уровень сопротивления изоляции или даже короткие замыкания (5). Почему?

На рис.6. приведен фрагмент типичной конструкции  многослойной печатной платы.

Рис. 6. Фрагмент конструкции многослойной печатной платы.
Рис. 6. Фрагмент конструкции многослойной печатной платы.
1 – металлизируемое отверстие, пронизывающее слои земля – питание, 2 – слой земли, 3 – слой питания, 4 – диэлектрическое основание, I1 и I2 – токи утечки.

Питающие слои конструктивно выполнены в виде перфорированных листов. Через многочисленные отверстия этих слоев проходят металлизированные переходы. Количество таких переходов измеряется тысячами и даже десятками тысяч. Токовые утечки между питающими слоями (земля и питание) возможны либо напрямую через объем диэлектрика (I1), либо обходным путем: кольцевой зазор – металлизированный столбик – кольцевой зазор (I2). Токовые утечки (I1), как правило,  незначительны. Они определяются удельным объемным сопротивлением стеклотекстолита в направлении перпендикулярном плоскости листа, которое имеет достаточно высокий уровень. Чего, к сожалению, нельзя сказать о сопротивлении изоляции того же стеклотекстолита вдоль слоев стеклоткани. Влияние этих участков на общее сопротивление изоляции в питающих цепях значительно: I2 >> I1

При очень большом количестве таких участков потенциальной ненадежности существенную роль начинает играть «принцип слабого звена». Кроме того, с увеличением степени интеграции печатных плат (реалии сегодняшнего дня) зазоры между проводящими слоями и пронизывающими их металлизированными пистонами становятся все меньше и меньше... В работе (9) приведены результаты испытаний двадцатислойных предельно больших печатных плат (545 х 465 мм), с предельно большим числом переходных отверстий (до 37828) и с очень малыми изоляционными зазорами (0,1 мм). Оказалось, что даже в нормальных условиях сопротивление изоляции в цепях: земля – питание таких печатных плат  составляет 108 – 109 Ом (ниже требований нормативно-технической документации (10) при испытаниях на влагостойкость!). Более того, при изменении относительной влажности воздуха в пределах 45 – 80 % (нормальные условия) такие печатные платы словно «дышат». Сопротивление изоляции в их цепях изменяется на 3 – 4 порядка.

Причин образования участков потенциальной ненадежности, как это обычно бывает в технике, очень много. И все-таки, первопричина – это увеличенное (примерно на порядок) водопоглощение стеклотекстолита вдоль слоев стеклокани. Кроме того, наличие трех различных материалов (медь, стекло, эпоксидная смола) с различными оптимальными режимами сверления и склонность слоистых пластиков к расслоениям способствуют появлению в стенках отверстий микро- и макрорасслоений. Результат – дополнительное увеличение водопоглощения и загрязнение диэлектрика в кольцевых зонах вокруг металлизированных столбиков потенциально опасными ионогенными примесями.

Устранить первопричину (уйти от стеклотекстолита) из-за очень удачного сочетания его технико-экономических характеристик в ближайшее время вряд ли удастся. По целому ряду причин использовать полимеризационное наполнение для наполнения всего объема диэлектрической подложки многослойной печатной платы (идеальный результат) также нецелесообразно. На помощь вновь может прийти селективная влагозащита – селективное наполнение только  потенциально опасных кольцевых зон вокруг металлизированных переходов.

Селективное наполнение этих зон можно реализовать после операции сверления (до проведения химической и гальванической металлизации отверстий). Более того, реализовать такую технологию можно гораздо проще, чем базовую, поскольку диффузионная проницаемость стеклотекстолита вдоль слоев стеклоткани значительно выше. Если стеклотекстолит лучше поглощает воду, значит лучше поглощает и мономер. Мономер идет по тому же самому пути, что и влага. Отличие лишь в том, влага приводит к отказам печатных плат, а мономер после отверждения (полимеризации)  перекрывает этот путь. Следует отметить, что даже в пределах селективно защищаемой зоны наполнение осуществляется избирательно. Где «хуже» стеклотекстолит – там и уровень дополнительной защиты будет выше. Оказалось, что при проведении полимеризационного наполнения таким способом можно получить еще и дополнительный эффект – исключить или значительно уменьшить появление дефектов печатных плат в виде непрокрытых участков (разрывов) в металлизированных пистонах (2).

И, наконец, селективное наполнение  в многослойных печатных платах может быть осуществлено не только в плоскости листа, но и в перпендикулярном ему направлении. Дело в том, что многослойная печатная плата по сути дела это есть совокупность множества одно-  двухсторонних печатных плат. Следовательно... Думаю, вы и сами можете домыслить, как  реализовать иные варианты полимеризационного наполнения без подсказки автора.

СЕЛЕКТИВНОЕ НАПОЛНЕНИЕ: РЕЛЬЕФНЫЕ ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

Рельефная печатная плата (рис. 7) представляет собой диэлектрическое основание, в которое углублены медные проводники и сквозные металлизированные отверстия для монтажа радиоэлементов и соединения проводников на двух сторонах печатной платы (11, 12). Медные проводники выполнены в виде металлизированных канавок. Канавки и большая часть отверстий заполняются припоем. Расположение проводников в углублениях позволяет при том же сечении проводника делать его более узким. Диаметр переходных металлизированных отверстий не превышает ширины проводника. При этом контактные площадки вокруг переходных отверстий отсутствуют. Это позволяет резко повысить плотность печатного монтажа.

Рис. 7. Фрагмент конструкции рельефной печатной платы.
Рис. 7. Фрагмент конструкции рельефной печатной платы.
1 – диэлектрическое основание, 2 – сквозное металлизируемое отверстие, 3 – проводник, 4 – медь, 5 – припой.

Рельефные печатные платы успешно эксплуатируются в космической аппаратуре. Осуществляются попытки (не всегда удачные) использовать такие платы и для ответственных изделий, предназначенных для эксплуатации в гораздо более жестких условиях и, в первую очередь, в условиях длительного воздействия высокой влажности.

В России получили распространение рельефные печатные платы, в которых диэлектрическим основанием является стеклотекстолит, а канавки формируются методом фрезерования. Поскольку при фрезеровании канавок вскрывается (и частично нарушается) капиллярно-пористая структура слоистого пластика, а слои стеклоткани сориентированы преимущественно вдоль поверхности листа, то токовые утечки между углубленными проводниками через объем диэлектрической подложки значительно превышают таковые, происходящие по поверхности. Проблема – та же самая, что и в питающих цепях многослойных печатных плат. Но из-за большой протяженности параллельных близко расположенных  проводников  в рельефных печатных платах эта проблема проявляется еще острее.

В таблице 2. приведены результаты испытаний рельефных печатных плат изготовленных с использованием полимеризационного наполнения (13).

 

Таблица 2. Полимеризационное наполнение рельефных печатных плат. Результаты испытаний.

№ печатной платы

№ цепи   

Сопротивление изоляции, Мом

в нормальных условиях

после испытаний на влагостойкость

без наполнения

с наполнением

без наполнения

с наполнением

1

41 - 225

во всех цепях от 0,4х10-6 до 0,6х10-6

150

во всех цепях от 0,4х10-6 до 0,6х10-6

120

61 - 228

более 10000

более 10000

1 - 230

более 10000

более 10000

11 - 232

9000

70

27 - 250

более 10000

1000

36 - 269

более 10000

170

39 - 271

более 10000

1000

272 - 259

более 10000

более 10000

242 - 261

более 10000

9000

2

41 - 225

в цепи 1 – 230  300, в остальных  цепях от 0,4х10-6 до 0,6х10-6

более 10000

во всех цепях от 0,4х10-6 до 0,6х10-6

80

61 - 228

более 10000

более 10000

1 - 230

более 10000

2000

11 - 232

более 10000

более 10000

27 - 250

более 10000

более 10000

36 - 269

более 10000

более 10000

39 - 271

более 10000

3000

272 - 259

2000

1200

242 - 261

более 10000

5000

3

41 - 225

 

более 10000

 

более 10000

61 - 228

более 10000

2000

1 - 230

более 10000

1600

11 - 232

более 10000

8000

27 - 250

более 10000

8000

36 - 269

более 10000

8000

39 - 271

более 10000

1600

272 - 259

более 10000

1200

242 - 261

более 10000

1000

4

41 - 225

 

более 10000

 

1200

61 - 228

более 10000

800

1 - 230

более 10000

800

11 - 232

более 10000

1200

27 - 250

более 10000

2000

36 - 269

более 10000

2000

39 - 271

более 10000

900

272 - 259

более 10000

1000

242 - 261

более 10000

500

Примечания:

1. Условия испытаний на влагостойкость: температура 25 0С, относительная влажность воздуха 95 %, время 1 ч.

2. В печатных платах № 1, 2 полимеризационное наполнение проводилось в готовой печатной плате.

3. В печатных платах № 3, 4 полимеризационное наполнение проводилось на стадии, предшествующей формированию токопроводящего рисунка.

Для наполнения печатных плат № 1 и № 2 (заведомо бракованных по уровню сопротивления изоляции) использовалась базовая технология. То-есть, использовалось селективное градиентное наполнение поверхностного слоя диэлектрика. И оно оказалось очень эффективным.

Но есть ли смысл сначала доводить печатную плату до состояния близкого к короткому замыканию, а затем пытаться «вытащить» ее? Правильнее будет проводить  полимеризационное наполнение еще более избирательно – сцементировать капиллярно-пористую структуру стеклотекстолита между проводниками сразу же после формирования канавок и переходных отверстий в подложке печатной платы. Результаты испытаний эффективности такого способа (14) приведены в той же таблице (печатные платы № 3 и № 4). Эти результаты, думаю, не требуют дополнительных комментариев.

СЕЛЕКТИВНАЯ ЗАЩИТА: МАСКИ

Необходимость в использовании на печатных платах защитных паяльных масок возникла в связи с внедрением групповой пайки радиоэлементов. Современные паяльные маски практически безболезненно переносят кратковременное воздействие высокой температуры, а уровень их электрофизических свойств остается достаточным для последующего использования в качестве влагозащитного покрытия.

Паяльная маска покрывает не всю поверхность печатной платы. То-есть, формально можно сказать, что она также защищает поверхность печатной платы селективно. К сожалению, желаемый принцип селективной защиты «выше там, где это очень нужно и наоборот» в данном случае не реализуется. Кроме того, толщина защитной маски  недостаточна для обеспечения гарантированного уровня влагозащиты при эксплуатации изделий в жестких условиях. Для жестких условий, как правило, необходимо нанесение дополнительного покрытия.

Печатные платы с паяльной маской имеют еще один недостаток: открытые торцы. Водопоглощение стеклотекстолита через торцевую поверхность намного выше, чем через плоскость листа (капиллярный эффект). В печатных платах небольшого размера эти величины в абсолютном значении даже соизмеримы. Принцип селективной защиты «выше там, где это нужно и наоборот» в данном случае может быть реализован вновь с использованием полимеризационного наполнения. Подтверждение эффективности этого способа приведено в таблице 3.

Таблица 3. Изменение водопоглощения стеклотекстолита при проведении полимеризационного наполнения.

 

Марка стеклотекстолита

 

Полимеризационное наполнение

 

              Водопоглощение, %

 

по ГОСТ 4650-80 (с защитой торцов)

 

без защиты торцов

СФ (Россия)

Нет

 

Есть

-

 

-

0,19

 

0,13

FR-4 (Швеция)

Нет

 

Есть

-

 

-

0,13

 

0,11

FR-4 (Япония)

Нет

 

Есть

0,15

 

0,13

0,19

 

0,16

Влагозащитное покрытие в виде защитной паяльной маски получается само собой. В некоторых случаях (преимущественно в многослойных печатных платах)  само собой могут быть получены гораздо более эффективные по своим защитным свойствам маски. Сравним коэффициенты влагопроницаемости полимеров (основы паяльной маски) и металлов. Влагопроницаемость полимеров изменяется в довольно широком диапазоне (0,01 *10-8 - 20*10-8 ) г/см*ч*мм.рт.ст, а у металлов близка к нулю. Следовательно, лучший материал защитной маски это... металл.

Металл (медная фольга) уже имеется в стеклотекстолите. Большая часть базовых материалов – фольгированные стеклотекстолиты. В данном случае о слове «селективность»  хотелось бы забыть, поскольку самый лучшим вариантом будет защита всей поверхности многослойной печатной платы металлической «броней». Но сделать так можно лишь в редких случаях: элементная база отсутствует (коммутационная печатная плата) или радиоэлементы располагаются внутри диэлектрического основания печатной платы.

Элементная база уже начинает проникать внутрь печатных плат: встраиваемые кристаллы микросхем, сенсорные датчики, микродатчики магнитного потока. Некоторые элементы электрических схем (индуктивности, емкости, сопротивления) изготавливаются методами печати  непосредственно в процессе изготовления печатных плат (15 - 17). В большинстве же случаев «влагозащита металлом» может быть реализована только селективно. И реализация принципа «выше там, где это нужно и наоборот» будет зависеть преимущественно от искусства разводки электрической схемы.

Металлическая «броня» может выполнить в многслойной печатной плате еще одну очень важную функцию – функцию экрана. Если эту функцию выдвинуть вперед, то возникает желание экранировать (металлизировать) еще и торцы печатных плат. Успешно реализовать такую технологию можно с использованием предварительного  полимеризационного наполнения торцов. Металлизация стенок переходных отверстий и металлизация торцов печатных плат по сути дела мало чем отличаются друг от друга.  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вот примерно в таком плане была бы выполнена квалификационная работа на тему «Селективная влагозащита печатных узлов» автором этой статьи.

ЛИТЕРАТУРА

1. http://www.asymtek.com.

2. Уразаев В.Г. Влагозащита печатных узлов. – М.: Техносфера, 2006.

3. http://www.springelectronics.ru/Multicore/covering.shtml

4. http://www.russianelectronics.ru/php/print.php?doc=263

5. Медведев А.М. Печатные платы: конструкции и материалы. М.: Техносфера, 2005

6. Уразаев В.Г., Сарбайцев А.А. Пат. РФ № 2052909. Способ влагозащиты печатных плат.

7. Уразаев В.Г. Пат. РФ № 2265976. Способ влагозащиты печатных плат.

8. Уразаев В.Г. Пат. РФ № 2265975. Способ влагозащиты печатных плат.

9. Галецкий Ф.П. Технология изготовления двадцатислойных печатных плат с проводниками 100 мкм // Экономика и производство. 2000. № 12.

10. ГОСТ 23752-79. Платы печатные. Общие технические условия.

11. Http://www.pcbfab.ru/typepcb/typepcb_relief.html.

12. Алферов А., Богданов А., Богданов Ю. Преимущества двухсторонних рельефных печатных плат // Электронные компоненты, 2001, № 5.

13. Уразаев В.Г. Полимеризационное наполнение: новые технологии, контрафактные предложения // Компоненты и технологии, 2004, № 4.

14. Уразаев В.Г. Пат. РФ № 2280337. Способ изготовления рельефных печатных плат.

15. Медведев А.М. Летняя конференция – 2005 Европейского института печатных схем // Компоненты и технологии. Приложение: Технологии в электронной промышленности, 2005, № 4.

16. http://lmis2.epfl.ch/articles/pdt/16.pdf

17. Ляйзинг Г., Штар Й. Тенденции развития печатных плат // Компоненты и технологии. Приложение: Технологии в электронной промышленности, 2005, № 5.

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.


Главная    Энциклопедия     Селективная влагозащита