Przegląd lakierów używanych do conformal coatingu

Conformal coating to cienka warstwa pokrycia ochronnego wykonana z tworzywa, które dopasowuje się do kształtu komponentów na płytce i ma chronić przed wpływem środowiska, korozją, kurzem, pyłem. Pokrycia takie nakładane są w postaci lakieru, który zabezpiecza układy przed narażeniami środowiskowymi i mechanicznymi, pozwala na zmniejszenie odległości pomiędzy ścieżkami, padami i komponentami. Lakier zmniejsza też ryzyko rozrostu whiskersów, eliminuje ryzyko powstania dendrytów, korozji, zwarć, zapewniając tym samym wydłużenie czasu pracy urządzenia.

Aby zapewnić powyższe korzyści, lakiery muszę spełnić określone warunki, jak elastyczność, odporność na wibracje i zmiany temperatury. Ważne są też dobre parametry, jak odporność na wilgoć, przebicia i dobre właściwości izolacyjne, a także dobra odporność chemiczna, przyczepność (adhezja) do podłoża, komponentów, maski i płytki, a nawet powtarzalność.

Lakiery do pokryć konformalnych można podzielić na grupy w zależności od bazy chemicznej, na jakiej są oparte: akrylową, silikonową, poliuretanową i epoksydową. Determinuje ona właściwości lakierów.

Lakiery akrylowe

Lakiery akrylowe są najbardziej popularne na rynku (ok. 80%). Są to produkty jednokomponentowe, które mają bardzo dobrą odporność na wilgoć. Utwardzają się przez odparowanie rozpuszczalników, jest więc to dość szybki proces, który może być dodatkowo przyspieszony przez wygrzewanie płytek w piecu. Lakiery akrylowe nie są odporne na czynniki chemicznie.

Wyklucza to zastosowanie tego typu lakierów w pewnych warunkach, gdzie płytka może mieć kontakt z chemikaliami lub ich oparami. Brak odporności chemicznej daje możliwość naprawiania płytek, gdyż lakier można łatwo usunąć za pomocą rozpuszczalnika. Lakiery akrylowe najczęściej stosuje się do elektroniki zamkniętej w obudowach. Grubość pokrycia, jakie zazwyczaj uzyskuje się za pomocą lakierów akrylowych, to 25-75 μm (mierząc na płaskiej powierzchni). Z uwagi na niską lepkość mogą być aplikowane za pomocą wszystkich d ostępnych metod.

Lakiery poliuretanowe

Lakiery poliuretanowe są zazwyczaj jednokomponentowe. Mają bardzo dobrą odporność chemiczną, co sprawia, że trudno usunąć utwardzony lakier, aby dokonać naprawy. Można to zrobić tylko mechanicznie lub za pomocą wysokiej temperatury, co niesie ryzyko uszkodzeń płytki i komponentów. Czas schnięcia jest dużo dłuższy w porównaniu do lakierów akrylowych.

Utwardzenie lakieru uzyskuje się dość szybko, jednak pełną odporność chemiczną niektóre z nich uzyskują dopiero po 30 dniach. Wymaga to zwrócenia uwagi na cykl produkcyjny, czy przypadkiem urządzenie nie rozpocznie swojej pracy w trudnych warunkach przed upływem tego okresu. Podobnie jak w lakierach akrylowych grubość pokrycia lakierami poliuretanowymi wynosi 25-75 μm. Grubość na komponentach i wokół nich może się znacznie różnić, co wynika z reologii lakierów.

Lakiery silikonowe

Lakiery silikonowe dają przede wszystkim odporność na wysokie temperatury. Najczęściej są one bezrozpuszczalnikowe, co sprawia, że ich lepkość jest dość duża i dlatego wymagają użycia innych systemów dozowania niż pozostałe lakiery. Do lakierów silikonowych konieczne jest używanie osobnych układów/systemów dozowania z uwagi na ich właściwości.

Cząsteczki silikonu trudno usunąć, a mogą one spowodować, że inne lakiery się nie utwardzą. Lakiery silikonowe mają dobre parametry izolacyjne, ale ich odporność chemiczna nie jest zbyt dobra. Należy zwrócić uwagę na wysoką paroprzepuszczalność tych lakierów. Za pomocą lakierów silikonowych uzyskamy grubość pokrycia 50-200 μm. Wynika to z ich lepkości i mniejszej zawartości rozpuszczalników (lub całkowitego ich braku) niż w innych materiałach.

Materiały epoksydowe i UV

Lakiery epoksydowe mają dobrą odporność na ścieranie. Wytrzymują temperatury do 150°C. Doskonale zabezpieczają płytkę i komponenty przed korozją, szczególnie przed wywołaną przez kondensację pary wodnej. Lakier epoksydowy można usunąć za pomocą wysokiej temperatury (lutownica). Czas utwardzania jest stosunkowo długi, porównując do innych typów materiałów. Grubość pokrycia waha się pomiędzy 25-75 μm.

Warto też wspomnieć o lakierach UV. Ze względu na bazę chemiczną może to być poliuretan lub akryl. Ich główna zaletą jest szybkość utwardzania, przez co są idealne dla dużych wolumenów produkcji, zarówno ze względu na czas utwardzania, jak i tzw. footprint, czyli miejsce zajmowane przez piec do utwardzania, który może mieć zaledwie 1,4 metra szerokości. Jest to bez mała trzy razy mniej niż piece IR. Jeżeli chodzi o właściwości lakierów UV, to mają bardzo dobrą odporność na wilgoć, doskonałą izolację elektryczną i odporność chemiczną. Ważną zaletą jest odporność na temperatury powyżej 150°C.

Nowości

Lakiery do pokryć konformalnych to najczęściej materiały jednokomponentowe. Rynek stawia jednak coraz to nowe wyzwania i coraz częściej na skutek wysokich wymagań jakościowych sięga się po wersje dwukomponentowe. Do niedawna rozwój w tym obszarze był ograniczony ze względu na brak odpowiednich systemów dozujących.

Na ostatnich targach Productronica firma Asymtek zaprezentowała system dozowania lakierów dwukomponentowych (dwuskładnikowych), który współpracuje ze znanymi już aplikatorami typu filmcoater SC-280 i typu jet SC-400. Otwiera to drogę lakierom dwuskładnikowym na rynek. I mogą one znaleźć swoje zastosowanie wszędzie tam, gdzie właściwości lakierów jednokomponentowych nie są wystarczające.

Grzegorz Szypulski
AMB Technic
www.amb.pl