Co je technologie ultrazvukového rozprašování PCB?

Co je technologie ultrazvukového rozprašování PCB?

Desky s plošnými spoji (PCB) jsou základními součástmi elektronických zařízení a jejich provozní prostředí je často složité a variabilní. Faktory jako vlhkost, prach a chemická koroze mohou snadno vést k selhání desky plošných spojů. V procesu výroby a montáže desek plošných spojů je proces povlakování – ať už se jedná o nanášení konformního povlaku nebo selektivní stříkání tavidla – kritickým krokem určujícím spolehlivost a životnost produktu.

Tradiční stříkací procesy se spoléhají hlavně na pneumatické dvoukapalinové stříkání, které často čelí problémům, jako je nerovnoměrný nátěr, značné plýtvání barvou, nízká přesnost stříkání a tvorba bublin a dírek. Vznik technologie ultrazvukového rozprašování poskytuje zcela nové řešení pro procesy potahování PCB. Tato technologie využívá vysokofrekvenční ultrazvuk k atomizaci kapaliny do stejnoměrných kapiček o velikosti mikronů, které jsou pak vedeny nízkotlakým proudem vzduchu k ukládání na cílový povrch. Díky své vysoké přesnosti, vysoké stejnoměrnosti a vysokému využití materiálu se postupně stává preferovaným procesem v oblasti potahování PCB.

Pracovní princip ultrazvukového rozprašování: Základem ultrazvukového rozprašování je jeho unikátní metoda rozprašování. Systém převádí elektrickou energii na vysokofrekvenční mechanické vibrace (typicky 20 kHz až 200 kHz) prostřednictvím piezoelektrického keramického měniče. Vysokofrekvenční vibrace vytvářejí na povrchu trysky kapilární vlny, které rozkládají tekutý film na rovnoměrné kapičky o velikosti mikronů. Například běžná frekvence 120 kHz může tvořit kapičky o velikosti přibližně 13 um; 180 kHz může produkovat ještě menší kapičky o velikosti 8 µm.

Výsledné kapičky podobné mlze jsou pak vedeny nízkotlakým nosným plynem (obvykle suchým vzduchem nebo dusíkem) a přesně nanášeny na cílovou oblast PCB. Tento proces má několik významných výhod:

Bezkontaktní stříkání: Tryska se nedotýká přímo substrátu, čímž se zabrání mechanickému poškození součástí na povrchu PCB.

Konstrukce bez trysek: Mnoho ultrazvukových trysek využívá strukturu bez trysek, což zásadně zabraňuje problémům s ucpáváním, které jsou běžné u tradičních trysek.

Nízkotlaký provoz: Tlak nosného plynu je typicky mezi 0,2-1,0 bar, mnohem nižší než u tradičního pneumatického stříkání, což má za následek jemný proces rozprašování bez rozstřikování.

Hlavní aplikace ultrazvukového nástřiku při výrobě DPS:

Konformní povlakování: Konformní povlakování je klíčovým procesem pro zlepšení ochranného výkonu desek plošných spojů. Jeho funkcí je vytvořit na povrchu desky plošných spojů jednotný ochranný film, který účinně izoluje škodlivé látky, jako je vlhkost, prach, solná mlha a chemická rozpouštědla.

Ultrazvukové stříkání má zvláště významné výhody v konformním povlakování. Průměr kapky lze přesně řídit na mikronové úrovni, což umožňuje komplexní pokrytí složitých oblastí, jako jsou drobné součástky a mezery mezi kolíky na desce plošných spojů, čímž se zabrání rozstřikování slepých míst. Ultrazvukové stříkání může nanést jednotnou ochrannou vrstvu na složité struktury, například mezi malé součásti a pod kolíky, čímž se zabrání selhání součástí ve vlhkém, korozivním nebo vysokoteplotním prostředí.

Pokud jde o kontrolu tloušťky povlaku, ultrazvukové stříkání může dosáhnout typické tloušťky povlaku 10-30 µm v jedné vrstvě a může dosáhnout více než 50 µm prostřednictvím více vrstev. Rovnoměrnost povlaku dosahuje ±5 % a přesnost opakovatelnosti dosahuje ±2 %, což plně splňuje požadavky na vysoce přesné povlakování DPS. Vhodné pro různé konformní nátěrové materiály, jako je polyuretan, akrylová pryskyřice, silikonová pryskyřice a materiály vytvrditelné UV zářením.

Selektivní nástřik tavidla: Při pájení vlnou nebo selektivním pájení je třeba tavidlo před pájením přesně aplikovat na konkrétní oblasti desky plošných spojů (jako jsou kolíky součástí s průchozími otvory, podložky nebo pájené spoje součástí pro povrchovou montáž).

Ultrazvukové selektivní stříkací systémy mohou přesně nastavit umístění povlaku, tvar a množství podle návrhových dokumentů PCB. Jeho přesnost dosahuje submilimetrových úrovní, takže je ideální pro sestavy plošných spojů s vysokou hustotou a jemným roztečím. Ještě důležitější je, že selektivní stříkání pokrývá pouze oblasti, které potřebují pájení, čímž se zabrání 70-90% odpadu tavidla, který se vyskytuje u tradičních celkových stříkacích nebo pěnových procesů. Mezinárodně vedoucí řešení pro ultrazvukové stříkání mohou dosáhnout až 90% úspory toku.

Zbytky fluoridu se koncentrují v blízkosti pájeného spoje, daleko od citlivých oblastí, jako jsou zlaté prsty, konektory a testovací body, což výrazně snižuje riziko elektrochemické migrace (CAF), koroze a úniků způsobených zbytky.

Flexibilní obvody a speciální povlaky

Kromě dvou hlavních aplikací uvedených výše lze ultrazvukové stříkání použít také při výrobě flexibilních tištěných spojů (FPC). Flexibilní obvody se získávají atomizací nano-stříbrného vodivého inkoustu pomocí ultrazvukové trysky a jeho nástřikem na polyimidový (PI) filmový substrát s následným nízkoteplotním slinováním. Kromě toho lze ultrazvukové stříkání použít také pro nanášení speciálních polymerních materiálů, jako je polyimid, na PCB.

Technické výhody ultrazvukového stříkání

Ve srovnání s tradičními stříkacími procesy vykazuje nástřik ultrazvukovým rozprašováním vícerozměrné výhody při potahování PCB:

Kvalita povlaku: Atomizované kapičky jsou malé a koncentrované, což vede k ultratenkému a jednotnému povlaku. Jednotná tloušťka povlaku zajišťuje konzistentní ochranný výkon a snižuje riziko lokalizovaného selhání ochrany v důsledku nerovnoměrného povlaku. Například u ultrazvukové trysky s velkou šířkou může být rovnoměrnost připraveného povlaku lepší než 5 %.

Využití materiálu: Míra využití barvy při ultrazvukovém stříkání je více než čtyřikrát vyšší než u tradičního nástřiku dvěma kapalinami. Přesné řízení atomizace a technologie směrového nástřiku mohou zvýšit využití barvy na více než 90 %. Některé vysoce výkonné ultrazvukové stříkací trysky mohou dosáhnout využití barvy 95 % nebo vyšší. 

Z hlediska přesnosti a kontroly: Ultrazvukové stříkání umožňuje ultranízké průtoky kapaliny a přesné řízení průtoku. Přesnost řízení toku může dosáhnout 0,01 ml/min a tloušťku suchého filmu lze řídit v rozsahu 20 nanometrů až 100 mikrometrů. V kombinaci s přesnou pohybovou platformou XYZ lze programovat komplexní trajektorie postřiku, jako jsou body, linie, povrchy a rotace. 3-12

Z hlediska ochrany životního prostředí a nákladů: Výrazně snižuje odpad z barvy a emise těkavých organických sloučenin (VOC). Ultrazvukový vibrační systém má nižší spotřebu energie a efektivně šetří elektrickou energii ve srovnání s tradičním vysokotlakým stříkacím zařízením. Zároveň je tryska méně náchylná k zanášení, což efektivně snižuje náklady na údržbu.

Technologie ultrazvukových rozprašovacích trysek se svou vysokou přesností, vysokou rovnoměrností, vysokým využitím materiálu a vynikající přizpůsobivostí složitým povrchům hluboce mění krajinu procesů potahování PCB. Ať už se jedná o rovnoměrné nanášení konformních povlaků nebo selektivní a přesné stříkání tavidla, ultrazvukové stříkání demonstruje výhody, kterým se tradiční procesy nemohou rovnat.

Vzhledem k tomu, že průmysl výroby elektroniky neustále zvyšuje své požadavky na úroveň ochrany produktů, efektivitu výroby a ochranu životního prostředí, budou vyhlídky použití technologie ultrazvukového stříkání v oblasti PCB ještě širší. Pro společnosti vyrábějící elektroniku, které usilují o modernizaci výroby a zlepšování kvality produktů, je ultrazvukové rozprašování nepochybně klíčovou procesní technologií hodnou soustředěné pozornosti a aplikace.