Fino ad ora, i prodotti elettronici impiegati nei settori automobilistico, militare, aerospaziale e navale, o che devono operare in ambienti ad alta temperatura e alta umidità, possono subire guasti del PCB (Printed Circuit Board) a causa dell’ambiente chimico, delle vibrazioni, delle alte temperature e dell’elevata umidità, dell’alternanza tra freddo e caldo e della nebbia salina, così come gli elettrodomestici, inclusi condizionatori d’aria e lavatrici ecc. Inoltre, il circuito stampato e i componenti sul PCB possono subire difetti quali corrosione, ammorbidimento, deformazione e formazione di muffe. Pertanto, è necessario spruzzare un rivestimento conformale sulla superficie della scheda elettronica affinché i prodotti elettronici siano maggiormente in grado di resistere all’erosione ambientale e di prolungarne la durata di vita. L’ampia gamma di prodotti elettronici comporta una crescente varietà di classificazioni dei rivestimenti per PCB richiesti dai vari settori. Di conseguenza, la scelta di un tipo di rivestimento conformale con funzioni protettive stabili è diventata una delle principali preoccupazioni per gli ingegneri. Questo articolo si concentra sulle classificazioni e sulle proprietà dei rivestimenti per PCB e fornisce linee guida pragmatiche sulla base delle quali è possibile selezionare il rivestimento conformale ottimale.
Classificazioni e proprietà del rivestimento PCB
• Definizione e funzioni
L’obiettivo essenziale dell’applicazione del rivestimento PCB è impedire che si verifichi l’erosione sulle schede a circuito stampato o sui componenti PCB. In quanto tipo di rivestimento speciale spruzzato sulla superficie della scheda a circuito, il rivestimento PCB è principalmente responsabile dell’inibizione della formazione di muffe, dell’umidità e della nebbia salina, con altre funzioni quali resistenza alle vibrazioni, isolamento e riduzione delle dimensioni del progetto della scheda a circuito.
Applicato sulla superficie del circuito stampato e dei componenti PCB insieme ad altri dispositivi, il rivestimento PCB isola i circuiti da ambienti sfavorevoli, in modo che i PCB assemblati non subiscano l’influenza di tali condizioni negative, proteggendo così i circuiti dall’erosione ambientale che potrebbe portare a guasti del circuito o a perdite di corrente e prolungando la durata dei prodotti elettronici. Nella pratica, i circuiti stampati sono sempre soggetti a erosione causata da ambienti e condizioni operative sfavorevoli, come ambienti chimici, vibrazioni, elevata presenza di polvere, nebbia salina, umidità e alte temperature, ecc., che porteranno i circuiti a numerosi difetti quali guasti per interruzione, guasti per erosione, guasti da elettromigrazione, guasti di isolamento e guasti dei componenti, per citarne alcuni. Lo spray di rivestimento PCB è in grado di isolare efficacemente i circuiti stampati e i componenti PCB dal loro ambiente operativo, aumentando il livello di sicurezza e garantendo la durata di vita. Inoltre, il rivestimento PCB è di per sé isolante, il che può impedire il verificarsi di perdite di corrente. Di conseguenza, il rivestimento PCB consente ai prodotti elettronici di avere potenza più elevata e spaziatura dei circuiti stampati più ridotta, risultando compatibile con le crescenti esigenze di miniaturizzazione dei componenti.
• Classificazione e proprietà
In base ai diversi elementi chimici che contribuiscono al materiale di rivestimento PCB, esso si presenta principalmente in cinque classificazioni: resina acrilica, resina epossidica, silicone organico, poliuretano (PU) e rivestimento in parylene. In base ai diversi tipi di solvente o ai metodi di polimerizzazione, esso si presenta principalmente in tre classificazioni: rivestimento a base di solvente, rivestimento a base acquosa e rivestimento a polimerizzazione mediante luce UV.
a. Rivestimento PCB composto da resina acrilica a solvente
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Vantaggi
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Svantaggi
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1). La sua tecnologia di polimerizzazione è relativamente semplice. Inoltre, non reagisce con l’aria e il suo processo di indurimento dipende dalla volatilizzazione del solvente;
2). Eccellente resistenza all'umidità e regolazione flessibile della viscosità;
3). Facile rilavorazione;
4). Costo relativamente basso. |
Tuttavia, dopo la polimerizzazione il rivestimento protettivo risulta troppo sottile e il suo metodo di indurimento determina un elevato contenuto di solventi volatili, per cui l’ambiente operativo deve essere dotato di un sistema di ventilazione altamente efficiente. Inoltre, le sue prestazioni in termini di mantenimento della viscosità non sono ottimali e il ripristino della viscosità si verifica in condizioni di alta temperatura e alta umidità. |
In conclusione, questo tipo di rivestimento PCB è applicabile ai normali prodotti elettronici.
b. Rivestimento PCB composto da resina epossidica
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Vantaggi
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Svantaggi
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1). Resistenza all'umidità, alla nebbia salina e ai prodotti chimici;
2). Resistenza a una temperatura elevata fino a 150°C;
3). Resistenza all'abrasione;
4). Caratterizzato da proprietà dielettriche. |
Le schede PCB con rivestimento PCB composto da resina epossidica spruzzata non possono essere sottoposte a rilavorazione a meno che il film epossidico non venga rimosso tramite metodi fisici, il che può causare danni ai componenti della PCB. Inoltre, l’elevata sollecitazione interna potenziale può anche causare danni ai dispositivi fragili e devono essere adottate misure di protezione prima dell’applicazione del rivestimento PCB. Questo tipo di rivestimento PCB è caratterizzato da un contenuto di distacco relativamente elevato e da un rapporto bicomponente complicato con bassa stabilità della viscosità. Presenta inoltre scarse prestazioni a bassa temperatura e un’elevata contrazione in fase di polimerizzazione. |
In conclusione, il rivestimento PCB composto da resina epossidica è raramente applicato.
c. Rivestimento PCB composto da silicone organico
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Vantaggi
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Svantaggi
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1). Elevata flessibilità;
2). Ampio intervallo di temperatura di esercizio fino a 200°C e caratterizzato da un'eccellente resistenza all'umidità e ai raggi ultravioletti;
3). Accessibile per la riparazione;
4). Presenta un isolamento evidente, una relativamente bassa energia superficiale e una buona bagnabilità con il materiale del substrato. |
Presenta una bassa intensità meccanica e una scarsa adesione al materiale del substrato. Peggio ancora, non può resistere ai graffi. |
In conclusione, questo tipo di rivestimento PCB funziona in modo ottimale per i componenti ad alta temperatura, come i PCB ad alta frequenza contenenti molte resistenze ad alta potenza utilizzati nei settori aerospaziale, navale, militare e nei sistemi di controllo radar.
d. Rivestimento PCB composto da poliuretano
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Vantaggi
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Svantaggi
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1). Eccellente resistenza agli acidi e agli alcali;
2). Elevata resistenza all'umidità. |
Subisce un processo di polimerizzazione completo per un lungo periodo e tende a ingiallire ad alte temperature a causa del suo elevato contenuto di VOC. Inoltre, tende a causare l’erosione delle viti zincate. |
In conclusione, questo tipo di rivestimento per PCB presenta un’ampia gamma di applicazioni, tra cui il settore automobilistico, il controllo industriale, gli strumenti elettronici, l’energia e le telecomunicazioni.
e. Rivestimento in Parylene
Il rivestimento in Parylene scinde il polimero sotto vuoto ed è un rivestimento a deposizione uniforme sulla superficie del prodotto. Può essere applicato come speciale rivestimento protettivo nell'industria elettronica.
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Vantaggi
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Svantaggi
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1). Spessore uniforme;
2). Eccellente resistenza agli acidi e all’erosione; |
L’elevato costo è il principale svantaggio del rivestimento in parylene. |
In conclusione, il rivestimento in parylene è ampiamente applicato nell’aerospaziale, nella gomma siliconica, nei materiali magnetici, nella microelettronica, nei sensori ecc. Fino ad ora, il rivestimento in parylene è il rivestimento protettivo più efficace per componenti ad alta frequenza, dispositivi ad alta densità e dispositivi ad alta isolamento.
f. Rivestimento a polimerizzazione UV
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Vantaggi
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Svantaggi
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1). Ecologico;
2). Elevata sicurezza;
3). Elevata stabilità;
4). Eccellente resistenza all'umidità e all'erosione;
5). Elevata efficienza di polimerizzazione;
6). Accessibile per la rilavorazione. |
Se si applica un'illuminazione UV insufficiente, tende a generarsi un'area cieca. |
Selezione del rivestimento PCB
• Principi di selezione
A causa delle diverse proprietà chimico-fisiche e delle proprietà di lavorazione, il rivestimento PCB ottimale dovrebbe essere selezionato sulla base di una valutazione complessiva che includa l’ambiente operativo specifico, i requisiti di prestazioni elettriche e il layout del PCB.
Il rivestimento ottimale del PCB dovrebbe soddisfare le seguenti esigenze:
a. È meglio che sia un singolo componente e facile da usare;
b. Dovrebbe presentare bassa viscosità ed essere facile da spruzzare;
c. Dovrebbe avere una lunga durata di conservazione;
d. Dovrebbe polimerizzare ad alta velocità senza generare sottoprodotti;
e. Dovrebbe offrire un'eccellente flessibilità;
f. Dovrebbe presentare un ampio intervallo di temperatura operativa;
g. Dovrebbe essere in grado di proteggere le schede PCB da temperature estremamente alte/basse e da urti meccanici;
h. Dovrebbe essere caratterizzato da bassa tossicità e basso costo;
i. Dovrebbe essere rielaborabile.
• Metodo di verifica
Il rivestimento PCB deve essere selezionato in base ai requisiti di certificazione come RoHS, UL ecc. e deve essere scelto un rivestimento PCB con bassa viscosità, caratteristiche ecocompatibili e proprietà atossiche. Una volta determinato un tipo di rivestimento PCB, la sua validità deve essere verificata in conformità conTecniche dei produttori di PCB.
• Verifica della tecnica
L’obiettivo della verifica tecnica è attestare se questo tipo di rivestimento PCB sia applicabile alla tecnologia e ai prodotti attuali.
Innanzitutto, è possibile applicare la vernice per PCB sui prodotti tramite spruzzo manuale o automatico. Una volta indurita, occorre verificare se il rivestimento sia uniforme, regolare, trasparente o semitrasparente e privo di viscosità. Inoltre, bisogna controllare se siano visibili bolle, fori di spillo, crepe, ecc.
In secondo luogo, occorre considerare la rielaborabilità del rivestimento PCB, e il rivestimento PCB polimerizzato deve poter essere facilmente rimosso. Per verificare la proprietà sotto questo aspetto, ci si può basare su metodi fisici, come il ferro da stiro elettrico, metodi meccanici o metodi chimici. Di solito, il dispergatore è fornito dai produttori di rivestimenti e questo metodo chimico viene utilizzato per verificare la capacità di distacco del rivestimento PCB senza danneggiare i dispositivi.
In terzo luogo, le prestazioni di protezione devono essere verificate. L’obiettivo essenziale del rivestimento PCB è fornire protezione ai prodotti elettronici, quindi le proprietà protettive devono essere verificate. Devono essere eseguiti il test di resistenza alla pressione dielettrica, il test di resistenza di isolamento in ambiente umido, il test di shock termico e il test di stabilità idrolitica per verificare le proprietà del rivestimento PCB.
Spruzzato sulla superficie delle schede PCB e dei componenti PCB, il rivestimento PCB è in grado di isolare efficacemente le schede elettroniche e proteggere i circuiti da erosione e danni derivanti da ambienti sfavorevoli, in modo da prolungare la durata dei prodotti elettronici e garantire sicurezza e affidabilità. Durante la fase di selezione del rivestimento PCB, oltre alla verifica delle proprietà del rivestimento, è necessario testarlo per assicurarsi che sia applicabile ai prodotti, alla tecnologia e alle apparecchiature dei clienti.
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