เคล็ดลับทรงพลังเพื่อช่วยให้แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) และแผ่นวงจรประกอบ (PCBA) ทำงานได้ดียิ่งขึ้นในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์บางชนิดจำเป็นต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น หมอกเกลือ ทรายหรือฝุ่นที่ถูกลมพัด อุณหภูมิสุดขั้ว และสภาพภูมิประเทศที่ยากลำบาก เป็นต้น ดังนั้น การคงประสิทธิภาพการทำงานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ให้ดีเช่นเดียวกับในสภาวะปกติจึงเป็นสิ่งสำคัญ ในฐานะแกนหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) และแผงวงจรพิมพ์ประกอบ (PCBA) มีหน้าที่ในการนำไปใช้และช่วยให้การทำงานของอุปกรณ์บรรลุผล หากอุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบัน ผลิตภัณฑ์ปลายทางก็อาจได้รับความเสียหายหรือถึงขั้นล้มเหลวได้

ในความเป็นจริงแล้ว มีเคล็ดลับด้านพลังงานบางประการที่ช่วยป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ปลายทางประสบปัญหาในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายได้ตั้งแต่แรกเริ่ม กล่าวคือ ตั้งแต่ขั้นตอนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หรือกระบวนการผลิตแผงวงจรประกอบ (PCBA) บทความนี้จะนำเสนอเคล็ดลับด้านพลังงานบางประการเพื่อช่วยให้แผงวงจรและแผงวงจรที่ประกอบแล้วสามารถทำงานได้ดีขึ้นในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง โดยมุ่งเน้นหลักจากสองมุมมองคือ การเคลือบป้องกัน (conformal coating) และการทำความสะอาด

มุมมองที่ 1: การเคลือบแบบคอนฟอร์มัล

การเคลือบแบบคอนฟอร์มอลถือเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงแผ่น PCB และ PCBA ที่ต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง โดยมีบทบาทในการปกป้องเพื่อป้องกันแผ่นวงจรจากการกัดกร่อน ความชื้น ฝุ่น ฯลฯ เพื่อยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และรับประกันประสิทธิภาพและความเชื่อถือได้

การรักษาประสิทธิภาพระยะยาวและคงที่ในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายเป็นประเด็นสำคัญอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทั้งในด้านการผลิตและการใช้งาน ดังนั้น การดำเนินมาตรการป้องกันที่จำเป็นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่า ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานได้ตามปกติในสภาพแวดล้อมที่เป็นปฏิปักษ์

ในส่วนที่เกี่ยวกับสภาพแวดล้อมที่เป็นปฏิปักษ์ การเคลือบคอนฟอร์มอลควรดำเนินการปรับให้เหมาะสมบางประการเพื่อให้สอดคล้องกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ดียิ่งขึ้น ควรมีการปรับปรุงทางเทคนิคในหัวข้อต่อไปนี้ซึ่งมีบทบาทเป็นมาตรการป้องกัน ได้แก่ การป้องกันด้วยการเคลือบคอนฟอร์มอล การกำจัดประจุไฟฟ้าสถิต และการวัดความหนาของฟิล์ม

• การป้องกันด้วยสารเคลือบคอนฟอร์มอล

ปัจจุบัน ส่วนประกอบบางส่วนของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ไม่จำเป็นต้องเคลือบสารป้องกัน (conformal coating) ควรถูกปิดบังไว้ เพื่อไม่ให้มีการพ่นสารเคลือบลงบนบริเวณที่ไม่จำเป็น (เช่น ที่ยึดแผงวงจร ตัวปรับค่าความต้านทานแบบหมุน สวิตช์ ตัวต้านทานกำลังสูง ขั้วต่อ เป็นต้น) เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความผิดปกติของสัญญาณ ระหว่างกระบวนการเคลือบสารป้องกัน มักใช้เทปกาวปิดบังเพื่อป้องกันบริเวณที่ไม่ต้องการเคลือบ โดยจะต้องตัดเทปกาวให้มีรูปทรงและขนาดต่างกันให้เหมาะสมกับรูปทรงของชิ้นส่วนแต่ละชนิด วิธีการนี้มักก่อให้เกิดปัญหาด้านคุณภาพ เนื่องจากมีข้อเสีย เช่น ประสิทธิภาพต่ำ เกิดไฟฟ้าสถิต และมีคราบกาวหลงเหลือมากซึ่งกำจัดได้ยาก

มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพ

ควรเปลี่ยนจากการใช้เทปกาวกระดาษแบบทั่วไปมาใช้เทปป้องกันการรบกวนของ 3M วิธีการตัดควรปรับจากการใช้มีดตัดมาเป็นการใช้เครื่องมือตัดเฉพาะทาง เนื่องจากวิธีหลังสามารถกำหนดและตัดให้ได้รูปทรงที่แตกต่างกันตามรูปทรง ปริมาตร และมิติของฝาครอบป้องกันการรบกวนได้ ตราบใดที่ส่วนที่ไม่จำเป็นบนบอร์ดถูกปิดทับด้วยฝาครอบป้องกันการรบกวน น้ำยาพ่นเคลือบป้องกันจะไม่ถูกพ่นลงบนส่วนเหล่านั้น

• การวัดความหนาฟิล์มเคลือบป้องกัน

การเคลือบผิวแบบคอนฟอร์มอลถูกใช้บนพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ซึ่งเป็นฟิล์มบาง เบา และอ่อนนุ่มที่มีความหนาเพียงไม่กี่ไมโครเมตร ชั้นฟิล์มนี้สามารถแยกพื้นผิวของแผงวงจรออกจากสภาพแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันไม่ให้วงจรถูกกัดกร่อนจากสารเคมี ความชื้น และมลพิษอื่น ๆ ส่งผลให้ความน่าเชื่อถือของแผงวงจรเพิ่มขึ้นอย่างมาก ปัจจัยด้านความปลอดภัยได้รับการเสริมความแข็งแกร่ง และอายุการเก็บรักษาในระยะยาวได้รับการรับประกัน อย่างไรก็ตาม ฟังก์ชันการป้องกันของการเคลือบผิวแบบคอนฟอร์มอลมักไม่ถูกนำมาใช้เต็มที่เนื่องจากการเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ทั้งแผงวงจรพิมพ์และผลิตภัณฑ์ปลายทางล้มเหลว ซึ่งจะรุนแรงเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมที่เลวร้าย

มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพ

แผ่นวัดความหนาควรทำจากวัสดุโลหะและควรใช้เครื่องมือเฉพาะทาง นอกจากนี้ ก่อนการพ่นสารเคลือบป้องกันอย่างเป็นทางการ ควรทำการพ่นทดสอบก่อนแล้วจึงทำการวัดความหนา เมื่อกำหนดพารามิเตอร์ทั้งหมดเรียบร้อยแล้ว จึงสามารถทำการเคลือบป้องกันในปริมาณมากได้เพื่อให้ความหนาเป็นไปตามมาตรฐาน

มุมมองที่ 2: การทำความสะอาดกระดาน

การทำความสะอาดแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีจุดมุ่งหมายเพื่อกำจัดสารปนเปื้อนออกจากพื้นผิวของแผงวงจร รวมถึงคราบเจล ฝุ่น น้ำมัน อนุภาคขนาดเล็ก และเหงื่อ เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งเหล่านี้ก่อให้เกิดการกัดกร่อนหรือข้อบกพร่องอื่น ๆ บนชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ลายวงจรพิมพ์ และจุดบัดกรี วัตถุประสงค์สุดท้ายคือเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ การกำจัดสารปนเปื้อนยังช่วยให้การยึดเกาะระหว่างสารเคลือบป้องกัน (conformal coating) กับพื้นผิวแผงวงจรดีขึ้น และช่วยปกป้องผลิตภัณฑ์ไม่ให้ได้รับความเสียหายจากสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในระหว่างการทำงานและการจัดเก็บ การปรับปรุงกระบวนการทำความสะอาดควรดำเนินการบนพื้นฐานของการวิเคราะห์ความสะอาดหลังการบัดกรี ปริมาณไอออนตกค้างบนพื้นผิว และคราบฟลักซ์ที่ตกค้าง

ในกระบวนการผลิต PCBAมลพิษทุกชนิดสามารถพบได้ในด้านฟิสิกส์ เคมี และกลศาสตร์ ซึ่งก่อให้เกิดการออกซิเดชันและการกัดกร่อนต่อแผงวงจร ส่งผลกระทบต่อความเชื่อถือได้ ข้อกำหนดทางไฟฟ้า และอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย แหล่งที่มาของมลพิษหลักได้แก่ มลพิษบนขาของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ มลพิษที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตการประกอบ มลพิษจากฟลักซ์ และมลพิษที่เกิดจากสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรง

ทุกวันนี้ มลพิษที่สร้างความเสียหายต่อแผงวงจรที่ใหญ่ที่สุดอยู่ที่มลพิษจากฟลักซ์ ฟลักซ์เป็นสารออกฤทธิ์ที่ประกอบด้วยกรดอินทรีย์และเกลือกรดอินทรีย์ที่มีอยู่ และฮาโลเจน คลอไรด์ หรือไฮดรอกไซด์ล้วนสามารถกลายเป็นมลพิษที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้ แน่นอนว่าวิธีทำความสะอาดแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หลังการบัดกรีแบบติดตั้งบนผิวหน้าไม่ใช่ประเด็นที่บทความนี้จะกล่าวถึง เนื่องจากสิ่งที่สำคัญคือวิธีการปรับให้เหมาะสมของขั้นตอนการทำความสะอาดบอร์ด

มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพ

อันดับแรก ควรวิเคราะห์ความเสียหายรุนแรง รวมถึงการขาดของขาอุปกรณ์ การขาดของลายวงจรพิมพ์ ข้อบกพร่องของรูทะลุชุบ การลดลงของความสามารถในการเชื่อมประสาน และจุดบัดกรีที่มืดลงซึ่งเกิดจากสารปนเปื้อนทางเคมี กายภาพ และกลไก จากนั้นควรวิเคราะห์สาเหตุเฉพาะของการส่งสัญญาณผิดปกติ การเกิดความร้อนเฉพาะจุด และการเกิดออกซิเดชันหรือแม้กระทั่งการลัดวงจรด้วย เพื่อให้สามารถจัดทำมาตรฐานให้สมบูรณ์ในด้านฟลักซ์ ครีมประสาน และน้ำยาทำความสะอาด ซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท้าย

ที่จริงแล้ว ระยะทางที่ไกลที่สุดในโลกไม่ใช่ระหว่างผู้ออกแบบ PCB กับผู้ผลิต PCB แต่คือเมื่อผู้ออกแบบ PCB มีไอเดียที่ยอดเยี่ยม ทว่าผู้ผลิต PCB ไม่สามารถเข้าใจได้อย่างถูกต้อง อย่างไรก็ตาม หากผู้ออกแบบ PCB เตรียมไฟล์ออกแบบของตนอย่างละเอียด และแสดงให้เห็นในรูปแบบที่ผู้ผลิต PCB เข้าใจได้อย่างถ่องแท้ และผู้ผลิต PCB ก็พยายามอย่างเต็มที่ที่จะตอบสนองต่อแบบของพวกเขาโดยเฉพาะ ระยะทางนั้นก็จะไม่ไกลอีกต่อไป

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์:
•การออกแบบแผงวงจรพิมพ์กำลังสูงในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูง
•วิธีการเลือกสารเคลือบ PCB เพื่อประสิทธิภาพสูงสุดของแผงวงจร PCB
•อย่าไว้ใจคำว่า "ไม่ต้องทำความสะอาด" มากเกินไป - ความสำคัญของการทำความสะอาดฟลักซ์แบบ "ไม่ต้องทำความสะอาด"