Qu'est-ce que la technologie des PCB par pulvérisation par atomisation ultrasonique ?

Qu'est-ce que la technologie des PCB par pulvérisation par atomisation ultrasonique ?

Les cartes de circuits imprimés (PCB) sont des composants essentiels des appareils électroniques et leur environnement de fonctionnement est souvent complexe et variable. Des facteurs tels que l’humidité, la poussière et la corrosion chimique peuvent facilement entraîner une défaillance du PCB. Dans le processus de fabrication et d'assemblage des PCB, le processus de revêtement, qu'il s'agisse de l'application d'un revêtement de protection ou d'une pulvérisation sélective de flux, est une étape critique qui détermine la fiabilité et la durée de vie du produit.

Les procédés de pulvérisation traditionnels reposent principalement sur la pulvérisation pneumatique à deux fluides, souvent confrontés à des problèmes tels qu'un revêtement irrégulier, des déchets de peinture importants, une faible précision de pulvérisation et la formation de bulles et de trous d'épingle. L'émergence de la technologie de pulvérisation par atomisation ultrasonique offre une solution complètement nouvelle pour les processus de revêtement de PCB. Cette technologie utilise des ultrasons à haute fréquence pour atomiser le liquide en gouttelettes uniformes de la taille du micron, qui sont ensuite guidées par un flux d'air à basse pression pour se déposer sur la surface cible. Avec sa haute précision, sa grande uniformité et sa forte utilisation de matériaux, il devient progressivement le procédé préféré dans le domaine du revêtement des PCB.

Le principe de fonctionnement de la pulvérisation par atomisation ultrasonique : Le cœur de la pulvérisation par atomisation ultrasonique réside dans sa méthode d'atomisation unique. Le système convertit l'énergie électrique en vibrations mécaniques à haute fréquence (généralement de 20 kHz à 200 kHz) via un transducteur piézoélectrique en céramique. Les vibrations à haute fréquence créent des ondes capillaires sur la surface de la buse, décomposant le film liquide en gouttelettes uniformes de la taille du micron. Par exemple, une fréquence commune de 120 kHz peut former des gouttelettes d'environ 13 µm ; 180 kHz peut produire des gouttelettes encore plus petites de 8 µm.

Les gouttelettes ressemblant à un brouillard qui en résultent sont ensuite guidées par un gaz porteur à basse pression (généralement de l'air sec ou de l'azote) et déposées avec précision sur la zone cible du PCB. Ce procédé présente plusieurs avantages significatifs :

Pulvérisation sans contact : la buse n'entre pas directement en contact avec le substrat, évitant ainsi les dommages mécaniques aux composants sur la surface du PCB.

Conception sans buse : De nombreuses buses à ultrasons utilisent une structure sans buse, évitant fondamentalement les problèmes de colmatage courants avec les buses traditionnelles.

Fonctionnement à basse pression : la pression du gaz vecteur est généralement comprise entre 0,2 et 1,0 bar, bien inférieure à celle de la pulvérisation pneumatique traditionnelle, ce qui permet un processus d'atomisation doux, sans éclaboussures.

Principales applications de la pulvérisation par ultrasons dans la fabrication de PCB :

Revêtement conforme : Le revêtement conforme est un processus clé pour améliorer les performances de protection des cartes de circuits imprimés. Sa fonction est de former un film protecteur uniforme sur la surface du circuit imprimé, isolant efficacement les substances nocives telles que l'humidité, la poussière, le brouillard salin et les solvants chimiques.

La pulvérisation par ultrasons présente des avantages particulièrement importants dans le domaine du vernissage. Le diamètre des gouttelettes peut être contrôlé avec précision au niveau du micron, permettant une couverture complète des zones complexes telles que les composants minuscules et les espaces entre les broches du circuit imprimé, évitant ainsi les angles morts de pulvérisation. La pulvérisation par ultrasons peut déposer une couche protectrice uniforme sur des structures complexes, par exemple entre les petits composants et sous les broches, empêchant ainsi la défaillance des composants dans des environnements humides, corrosifs ou à haute température.

En termes de contrôle de l'épaisseur du revêtement, la pulvérisation par ultrasons peut atteindre une épaisseur de revêtement typique de 10 à 30 µm en une seule couche, et peut atteindre plus de 50 µm en plusieurs couches. L'uniformité du revêtement atteint ±5 % et la précision de la répétabilité atteint ±2 %, répondant pleinement aux exigences du revêtement PCB de haute précision. Convient à divers matériaux de revêtement conforme tels que le polyuréthane, la résine acrylique, la résine de silicone et les matériaux durcissables aux UV.

Pulvérisation de flux sélectif : dans les processus de brasage à la vague ou de brasage sélectif, le flux doit être appliqué avec précision sur des zones spécifiques du PCB (telles que les broches des composants traversants, les plots ou les joints de soudure des composants montés en surface) avant le soudage.

Les systèmes de pulvérisation sélective par ultrasons peuvent définir avec précision l'emplacement, la forme et la quantité du revêtement conformément aux documents de conception des PCB. Sa précision atteint des niveaux inférieurs au millimètre, ce qui le rend idéal pour les assemblages de circuits imprimés à haute densité et à pas fin. Plus important encore, la pulvérisation sélective ne couvre que les zones qui nécessitent une soudure, évitant ainsi les 70 à 90 % de gaspillage de flux que l'on trouve dans les processus traditionnels de pulvérisation ou de moussage. Les solutions de pulvérisation par ultrasons de pointe au niveau international peuvent réaliser jusqu'à 90 % d'économies de flux.

Les résidus de fluorure sont concentrés près du joint de soudure, loin des zones sensibles telles que les doigts en or, les connecteurs et les points de test, réduisant considérablement les risques de migration électrochimique (CAF), de corrosion et de fuite provoqués par les résidus.

Circuits flexibles et revêtements spéciaux

Outre les deux applications principales mentionnées ci-dessus, la pulvérisation par ultrasons peut également être utilisée dans la fabrication de circuits imprimés flexibles (FPC). Les circuits flexibles sont obtenus en atomisant une encre conductrice nano-argent à travers une buse à ultrasons et en la pulvérisant sur un substrat de film de polyimide (PI), suivi d'un frittage à basse température. En outre, la pulvérisation par ultrasons peut également être utilisée pour revêtir des matériaux polymères spéciaux tels que le polyimide sur des PCB.

Avantages techniques de la pulvérisation par ultrasons

Par rapport aux processus de pulvérisation traditionnels, la pulvérisation par atomisation ultrasonique présente des avantages multidimensionnels dans le revêtement des PCB :

Qualité du revêtement : les gouttelettes atomisées sont petites et concentrées, ce qui donne un revêtement ultra fin et uniforme. Une épaisseur de revêtement uniforme garantit des performances de protection constantes et réduit le risque de défaillance localisée de la protection due à un revêtement inégal. Par exemple, avec une buse à ultrasons de grande largeur, l'uniformité du revêtement préparé peut être meilleure que 5 %.

Utilisation des matériaux : Le taux d'utilisation de la peinture par pulvérisation ultrasonique est plus de quatre fois supérieur à celui de la pulvérisation traditionnelle à deux fluides. Un contrôle précis de l'atomisation et une technologie de pulvérisation directionnelle peuvent augmenter l'utilisation de la peinture à plus de 90 %. Certaines buses de pulvérisation à ultrasons haute performance peuvent atteindre des taux d'utilisation de peinture de 95 % ou plus. 

En termes de précision et de contrôle : la pulvérisation par ultrasons permet des débits de liquide ultra-faibles et un contrôle précis du débit. La précision du contrôle du débit peut atteindre 0,01 ml/min et l'épaisseur du film sec peut être contrôlée dans la plage de 20 nanomètres à 100 micromètres. Combiné à une plate-forme de mouvement XYZ de précision, des trajectoires de pulvérisation complexes telles que des points, des lignes, des surfaces et des rotations peuvent être programmables. 3-12

En termes de protection de l'environnement et de coût : Réduit considérablement les déchets de peinture et les émissions de composés organiques volatils (COV). Le système de vibration ultrasonique a une consommation d'énergie inférieure, économisant efficacement de l'électricité par rapport aux équipements de pulvérisation à haute pression traditionnels. Dans le même temps, la buse est moins sujette au colmatage, ce qui réduit efficacement les coûts de maintenance.

La technologie des buses de pulvérisation par atomisation ultrasonique, avec sa haute précision, sa grande uniformité, son utilisation élevée des matériaux et son excellente adaptabilité aux surfaces complexes, modifie profondément le paysage des processus de revêtement de PCB. Qu'il s'agisse de l'application uniforme de vernis de protection ou de la pulvérisation sélective et précise de flux, la pulvérisation par ultrasons présente des avantages que les procédés traditionnels ne peuvent égaler.

Alors que l'industrie de la fabrication électronique continue d'augmenter ses exigences en matière de niveaux de protection des produits, d'efficacité de la production et de protection de l'environnement, les perspectives d'application de la technologie de pulvérisation par ultrasons dans le domaine des PCB seront encore plus larges. Pour les entreprises de fabrication de produits électroniques qui cherchent à améliorer leur production et la qualité de leurs produits, la pulvérisation par atomisation par ultrasons est sans aucun doute une technologie de processus clé qui mérite une attention et une application ciblées.