Защитные покрытия для печатных плат и субблоков

Категория:
Производство радиоаппаратуры


Защитные покрытия для печатных плат и субблоков

Надежное защитное покрытие для печатных плат и блоков должно обладать хорошим сопротивлением к влажности и истиранию, а также хорошими диэлектрическими свойствами. Для выбора покрытия необходимо исследовать свойства различных материалов в зависимости от климатических и рабочих условий, в которых будут применяться схемы.

Как правило, используются покрытия следующих типов:
— покрытие платы только со стороны проводников; при этом защищают проводящие дорожки, соединения и обрезанные края платы;
— двустороннее покрытие, или герметизация блока полностью, включая компоненты;
— заливка блока в целом.

Первые два метода предпочтительны, если плата должна быть ремонтоспособна; в этом случае целесообразно использовать прозрачное покрытие. Третий метод обычно применяют для неремонтоспособных плат, хотя имеются прозрачные заливочные смолы, которые позволяют проводить необходимый ремонт. В настоящее время число материалов, пригодных для покрытия печатного монтажа со стороны проводников, очень велико. Многие из них хорошо совместимы с пайкой, т. е. их не надо удалять перед тем, как использовать паяльник для присоединения или отпайки компонентов. Как правило, для покрытия используются пленки толщиной 0,6… 0,76 мм. Их наносят распылением при маскировании контактов.

Лаки

Наиболее часто используют лаки на основе алкид-ных стиреновых смол или быстро сохнущие модифицированные фенольные смолы. Эти лаки высыхают на воздухе, они достаточно хорошо совместимы с канифольными флюсами. Время высыхания фенольных лаков на основе тунгового масла изменяется от 1 до 16 ч; обычно такие лаки расплавляются под паяльником в течение 5… 20 с. Одним из недостатков этих лаков является то, что при нормальной температуре они выделяют органические пары, поэтому они могут вызвать коррозию электрооеажденного кадмия и цинка.

Кремнийорганические лаки обладают хорошими свойствами и полезны в тех случаях, где требуется максимальная тепловая долговечность. Однако они относительно непрочны механически и плохо выносят обычно используемые жидкости и растворители.

Винильные лаки образуют плотные пленки с характеристиками, удовлетворяющими климатическим и электрическим требованиям.

Очень популярны лаки на основе эпоксидной смолы: они долговечны, обладают хорошей адгезией к соответствующим образом подготовленным поверхностям и первоклассными электрическими свойствами. Однако они не позволяют создать ремонтоепособные покрытия, поскольку их трудно удалять, и адгезия между слоями может быть плохой.

Из современных органических материалов для покрытий наибольшее использование получили акрилы, полиуретаны («изоцианаты») и изомеризованная резина. Акриловые лаки по общим характеристикам аналогичны виниловым. Они влагоустойчивы и имеют хорошие электрические свойства, однако их стойкость по отношению к некоторым растворителям недостаточно велика. Такие лаки не препятствуют пайке.

Полиуретаны, если их рассматривать как класс, очень разнородны. Вообще говоря, нельзя использовать однокомпонентные материалы такого типа: при высокой влажности их свойства хуже, чем у материалов, полученных на основе двухкомпонентной системы. Последние создают на основе полиэфирной смолы, смешанной с реактивными изоцианатными компаундами. Их смешивают непосредственно перед использованием, они обладают прекрасным сопротивлением к растворителям, удовлетворяют жестким требованиям, которые предъявляются окружающими условиями, и имеют хорошие электрические свойства.

Материалы основы могут быть модифицированы, чтобы обеспечить различные виды покрытий (от упругих резиноподобных пленок до очень жестких, обладающих очень высоким сопротивлением к истиранию; способность к пайке этих пленок соответственно изменяется от относительно хорошей до очень плохой) .

Испытания на силу сцепления и долговечность при хранении помогают существенно уменьшить круг веществ, которые целесообразно рассмотреть при выборе покрытия для данного применения.

Две группы материалов, которые следует рассматривать— это эпокоиды и полиуретаны. При изменении химического состава обе эти группы материалов хорошо противостоят неблагоприятным климатическим условиям и обеспечивают необходимые электрические свойства. Однако .из этого класса нельзя выделить наилучший материал, поскольку для каждого применения могут требоваться различные типы этих материалов.

Для обеспечения эффективности любого покрытия очень важно, чтобы все поверхности были обезжирены. Поэтому выбор растворителя так же существен, как и выбор покрытия. Необходимо провести оценку растворителей, начиная от таких слабых, как спирт, до сильных растворителей, таких, как ‘соединение хлора (трехлорэтилен или четыреххлористый углерод). Эти соединения очень ценны для обезжиривания определенных видов металлов. Однако их использование может привести к искажению маркировок компонен-то’в и других надписей, а остатки, осажденные на плату, способны реагировать с обычным покрытием печатных схем.

Герметизация блоков в целом

Все лаки, о которых говорилось выше, молено использовать для покрытия законченных печатных плат методами погружения, распыления или пропитки в вакууме. Созданные пленки имеют обычно толщину порядка 0,13 мм; при этом закрываются края соединительных дорожек, разъемы и т. д. Для герметизации можно также применять парафины и другие материалы, например раствор кремнийорганических полимеров в ксилене, который высыхает на воздухе и образует прозрачную воскоподобную гибкую пленку с хорошими гидрофобными и прекрасными диэлектрическими свойствами.

Использование гибких пленок позволяет устранить влияние напряжений на хрупкие компоненты. Эти пленки не обладают сопротивлением к обычным органическим жидкостям, их адгезия к проводникам и материалу основы не очень высока. Влияние пленки на способность материала к пайке невелика, однако в очень влажных окружающих условиях может наблюдаться коррозия.

Для получения более толстых пленок можно использовать материалы с более высокой вязкостью. Как правило, это кремнийорганические соединения, полисульфиды и эластомеры на основе уретанов. Для лучшей механической защиты блоков рекомендуется применять органозоли и пластизоли на основе виниль-ных полимеров. Адгезия винилов в некоторых кремнийорганических соединениях к блоку невысокая и поэтому надо принимать меры предосторожности во избежание проникновения влаги между покрытием и слоистым пластиком платы (например, в том месте, где края проводников или разъемов были закрыты при нанесении пленки). Если платы предназначены для размещения в волноводе, а для герметизации применяются толстые пленки, необходимо при проектировании ввести допуск на их толщину.

Заливка блоков

Для заливки блоков печатных плат могут применяться различные материалы: главным образом, эпоксидные смолы, полиэфиры, кремнийорганические соединения, полисульфиды и полиуретаны. Полиэфиры имеют хорошие электрические характеристики, но при затвердевании обладают высокой усадкой, что повышает риск растрескивания и сжатия хрупких компонентов. Эпоксидные смолы превосходят полисульфиды и полиэфиры по своим электрическим свойствам и имеют более низкую усадку, которую уменьшают выбором соответствующих наполнителей или пластификаторов.

Заливочные компаунды с высокой или средней степенью твердости можно получить с помощью полиэфиров или эпоксидных смол. Такие покрытия противостоят большинству атмосферных условий. Однако залитые блоки очень трудно ремонтировать.

Кремнийорганические соединения и полисульфиды дают более гибкие и ремонтоспособные заливочные компаунды. Кремнийорганики можно получить в прозрачном виде, а полисульфиды — в полупрозрачном виде (они темнее, чем смолы другого типа). Вообще говоря, полисульфиды обладают лучшей адгезией, чем кремнийорганические соединения, однако применение их может привести к коррозии серебра и медных сплавов. Необходимо отметить также, что при длительной эксплуатации оборудования при повышенной температуре и повышенной влажности может наблюдаться коррозия блоков, залитых кремнийорганическими соединениями.

Полиуретаны позволяют создать широкий диапазон модификаций: мягких или жестких, гибких или хрупких. Так же, как и в кремнийорганических соединениях, можно получить полиуретаны, обеспечивающие высокую степень защиты от вибрации или механической ударной нагрузки. Электрические, механические и климатические характеристики полиуретанов могут быть очень хорошими, но некоторые их сорта обладают малой устойчивостью к высокой температуре и высокой влажности.

Для заливки блоков литьем под давлением используют термопласты. Этот процесс применим только к блокам, которые способны выдержать условия литья, т. е. высокие температуры и давление. В ряде случаев можно использовать такие материалы, как полистирены, поликарбонаты и некоторые полиолефины.

Заливка блоков приводит к уменьшению теплоот-вода от компонентов. Для устранения этого недостатка созданы компаунды, в которых используется наполнитель из окиси бериллия. Этот наполнитель, будучи хорошим электрическим изолятором, обладает очень высокой теплопроводностью. При использовании таких компаундов необходимо помнить, что окись бериллия—один из наиболее токсичных материалов, особенно в форме порошка. Поэтому необходим строгий контроль всех операций, где применяется этот материал, а также консультация с медицинским экспертом.

Выбор окончательной защиты

При выборе материалов и методов конечной защиты платы анализируют все параметры, влияющие на конструкцию, производство и использование блока. В этом случае трудно сформулировать какие-то общие рекомендации. Поэтому ниже приведены два типичных .примера, демонстрирующие процесс выбора покрытия.

1. Рассмотрим блоки, которые работают в герметичном отсеке, но их обслуживание будет проводиться в атмосфере с высокой влажностью. Компоненты должны быть смонтированы так, чтобы возможность вибрации, влияющей на выводы, и т. д., была минимальной. Существенно, чтобы компоненты, которые должны быть припаяны к проводникам, могли быть отсоединены и заменены в минимально короткий срок. Компоненты при работе не должны слишком нагреваться. Требования производства заставляют выбрать для защитного покрытия материал с быстрым отверждением или небольшим временем сушки. Фенольные и масляные лаки в этом случае неприменимы, так как оборудование герметизируется.

Из перечисленных требований ясно, что существует возможность повторной герметизации блоков в условиях высокой влажности. Поэтому для покрытия необходимо использовать плесневоустойчивый лак -с хорошей устойчивостью к воздействию влажности. Этот лак должен обладать хорошей способностью к пайке и иметь малое время высыхания. Если же такое покрытие недостаточно термостойко для данного применения, можно использовать кремнийорганические парафины при условии, что в блоке отсутствуют дугообразующие или искрящие контакты. В последнем случае можно применить эпоксидные смолы или уре-таны. Очевидно следует предпочесть уретаны, так как они имеют лучшую способность к пайке.

2. Относительно малый блок должен использоваться в промышленном оборудовании, где велика вероятность сильных вибраций, механических ударов, а атмосфера загрязнена эфиром. Входящие в состав блока компоненты не выделяют много теплоты, но чувствительны к сжатию в результате заливки. Ремонтоспособность блока не предполагается.

В данном случае для защиты можно нанести тонкое покрытие из кремнийорганичеокой резины (путем погружения при пониженном давлении), а после его отверждения залить блок эпоксидной смолой, использовав в качестве наполнителя молотую смолу. Покрытие резиной по существу устраняет влияние усадки и разности коэффициентов расширения компонентов. Эти эффекты еще более уменьшаются при использовании эпоксидной смолы с наполнителем. Однако наполнитель необходимо выбрать так, чтобы он обеспечивал одновременно хорошие электрические свойства и повышенное сопротивление к механической ударной нагрузке.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум