Co to jest technologia natryskiwania ultradźwiękowego atomizacji PCB?

Co to jest technologia natryskiwania ultradźwiękowego atomizacji PCB?

Płytki drukowane (PCB) to podstawowe elementy urządzeń elektronicznych, a środowisko ich działania jest często złożone i zmienne. Czynniki takie jak wilgoć, kurz i korozja chemiczna mogą łatwo doprowadzić do awarii płytki drukowanej. W procesie produkcji i montażu płytek PCB proces powlekania — niezależnie od tego, czy jest to nakładanie powłoki konforemnej, czy selektywne natryskiwanie topnika — jest krytycznym etapem decydującym o niezawodności i żywotności produktu.

Tradycyjne procesy natryskiwania opierają się głównie na pneumatycznym natryskiwaniu dwupłynowym, co często wiąże się z problemami, takimi jak nierówna powłoka, znaczne straty farby, niska dokładność natryskiwania oraz tworzenie się pęcherzyków i porów. Pojawienie się technologii natryskiwania ultradźwiękowego zapewnia zupełnie nowe rozwiązanie w procesach powlekania PCB. Technologia ta wykorzystuje ultradźwięki o wysokiej częstotliwości do rozpylania cieczy w jednolite kropelki wielkości mikrona, które następnie są kierowane przez przepływ powietrza pod niskim ciśnieniem w celu osadzenia na docelowej powierzchni. Dzięki wysokiej precyzji, wysokiej jednorodności i wysokiemu wykorzystaniu materiału stopniowo staje się preferowanym procesem w dziedzinie powlekania PCB.

Zasada działania natryskiwania ultradźwiękowego: Istotą natryskiwania ultradźwiękowego jest unikalna metoda atomizacji. System przekształca energię elektryczną w wibracje mechaniczne o wysokiej częstotliwości (zwykle od 20 kHz do 200 kHz) za pośrednictwem piezoelektrycznego przetwornika ceramicznego. Wibracje o wysokiej częstotliwości tworzą fale kapilarne na powierzchni dyszy, rozbijając warstwę cieczy na jednolite kropelki wielkości mikronów. Na przykład, zwykła częstotliwość 120 kHz może tworzyć kropelki o wielkości około 13 µm; 180 kHz może wytworzyć jeszcze mniejsze kropelki o wielkości 8 µm.

Powstałe kropelki przypominające mgłę są następnie prowadzone przez gaz nośny pod niskim ciśnieniem (zwykle suche powietrze lub azot) i precyzyjnie osadzane na docelowym obszarze płytki PCB. Proces ten ma kilka istotnych zalet:

Natryskiwanie bezdotykowe: Dysza nie styka się bezpośrednio z podłożem, co pozwala uniknąć mechanicznego uszkodzenia elementów na powierzchni PCB.

Konstrukcja bez dyszy: Wiele dysz ultradźwiękowych wykorzystuje konstrukcję bez dysz, co zasadniczo pozwala uniknąć problemów z zatykaniem, typowych dla tradycyjnych dysz.

Praca przy niskim ciśnieniu: Ciśnienie gazu nośnego wynosi zwykle od 0,2 do 1,0 bara, czyli jest znacznie niższe niż w przypadku tradycyjnego natryskiwania pneumatycznego, co skutkuje delikatnym procesem atomizacji bez rozpryskiwania.

Główne zastosowania natryskiwania ultradźwiękowego w produkcji PCB:

Powłoka konforemna: Powłoka konforemna jest kluczowym procesem poprawiającym właściwości ochronne płytek drukowanych. Jego funkcją jest utworzenie jednolitej warstwy ochronnej na powierzchni płytki drukowanej, skutecznie izolującej szkodliwe substancje, takie jak wilgoć, kurz, mgłę solną i rozpuszczalniki chemiczne.

Natryskiwanie ultradźwiękowe ma szczególnie widoczne zalety w powlekaniu konforemnym. Średnicę kropli można precyzyjnie kontrolować na poziomie mikrona, umożliwiając kompleksowe pokrycie złożonych obszarów, takich jak drobne elementy i przerwy między pinami na płytce drukowanej, unikając rozpylania martwych punktów. Natryskiwanie ultradźwiękowe może nałożyć jednolitą warstwę ochronną na skomplikowanych konstrukcjach, np. pomiędzy małymi komponentami i pod sworzniami, zapobiegając awariom komponentów w środowiskach wilgotnych, korozyjnych lub o wysokiej temperaturze.

Jeśli chodzi o kontrolę grubości powłoki, natryskiwanie ultradźwiękowe pozwala uzyskać typową grubość powłoki 10-30 µm w pojedynczej warstwie i może osiągnąć ponad 50 µm w przypadku wielu warstw. Jednorodność powłoki sięga ± 5%, a dokładność powtarzalności sięga ± 2%, w pełni spełniając wymagania precyzyjnego powlekania PCB. Nadaje się do różnych materiałów powłok konforemnych, takich jak poliuretan, żywica akrylowa, żywica silikonowa i materiały utwardzane promieniami UV.

Selektywne natryskiwanie topnika: W procesach lutowania falowego lub lutowania selektywnego topnik musi zostać precyzyjnie nałożony na określone obszary płytki PCB (takie jak styki elementów z otworami przelotowymi, podkładki lub złącza lutowane elementów do montażu powierzchniowego) przed lutowaniem.

Ultradźwiękowe systemy natryskiwania selektywnego mogą precyzyjnie ustawić lokalizację, kształt i ilość powłoki zgodnie z dokumentacją projektową PCB. Jego dokładność osiąga poziom submilimetrowy, dzięki czemu idealnie nadaje się do zespołów PCB o dużej gęstości i drobnym skoku. Co ważniejsze, natryskiwanie selektywne obejmuje tylko obszary wymagające lutowania, co pozwala uniknąć strat topnika wynoszących 70–90% w przypadku tradycyjnych ogólnych procesów natryskiwania lub spieniania. Wiodące na świecie rozwiązania w zakresie natryskiwania ultradźwiękowego mogą osiągnąć do 90% oszczędności strumienia.

Pozostałości fluoru koncentrują się w pobliżu złącza lutowniczego, z dala od wrażliwych obszarów, takich jak złote palce, złącza i punkty testowe, co znacznie zmniejsza ryzyko migracji elektrochemicznej (CAF), korozji i wycieków spowodowanych pozostałościami.

Elastyczne obwody i specjalne powłoki

Oprócz dwóch głównych zastosowań wymienionych powyżej, natryskiwanie ultradźwiękowe można również zastosować do produkcji elastycznych obwodów drukowanych (FPC). Elastyczne obwody uzyskuje się poprzez rozpylanie atramentu przewodzącego nanosrebro przez dyszę ultradźwiękową i natryskiwanie go na podłoże z folii poliimidowej (PI), a następnie spiekanie w niskiej temperaturze. Ponadto natryskiwanie ultradźwiękowe można również stosować do powlekania specjalnych materiałów polimerowych, takich jak poliimid, na PCB.

Zalety techniczne natryskiwania ultradźwiękowego

W porównaniu z tradycyjnymi procesami natryskiwania, natryskiwanie ultradźwiękowe wykazuje wielowymiarowe zalety w powlekaniu PCB:

Jakość powłoki: Rozpylone kropelki są małe i skoncentrowane, co daje ultracienką i jednolitą powłokę. Jednolita grubość powłoki zapewnia stałą skuteczność ochronną i zmniejsza ryzyko miejscowego uszkodzenia powłoki z powodu nierównej powłoki. Na przykład w przypadku dyszy ultradźwiękowej o dużej szerokości jednorodność przygotowanej powłoki może być lepsza niż 5%.

Wykorzystanie materiału: Stopień wykorzystania farby podczas natryskiwania ultradźwiękowego jest ponad czterokrotnie większy niż w przypadku tradycyjnego natryskiwania dwupłynowego. Precyzyjna kontrola atomizacji i technologia natrysku kierunkowego mogą zwiększyć wykorzystanie farby do ponad 90%. Niektóre wysokowydajne ultradźwiękowe dysze natryskowe mogą osiągnąć stopień wykorzystania farby na poziomie 95% lub wyższym. 

Pod względem precyzji i kontroli: Natryskiwanie ultradźwiękowe umożliwia bardzo niskie natężenia przepływu cieczy i precyzyjną kontrolę przepływu. Dokładność kontroli przepływu może sięgać 0,01 ml/min, a grubość suchej powłoki można kontrolować w zakresie od 20 nanometrów do 100 mikrometrów. W połączeniu z precyzyjną platformą ruchu XYZ można programować złożone trajektorie natryskiwania, takie jak punkty, linie, powierzchnie i obroty. 3-12

Pod względem ochrony środowiska i kosztów: Znacząco zmniejsza ilość odpadów lakierniczych i emisję lotnych związków organicznych (LZO). System wibracji ultradźwiękowych charakteryzuje się niższym zużyciem energii, skutecznie oszczędzając energię elektryczną w porównaniu z tradycyjnym wysokociśnieniowym sprzętem do natryskiwania. Jednocześnie dysza jest mniej podatna na zatykanie, co skutecznie obniża koszty konserwacji.

Technologia ultradźwiękowych dysz rozpylających, charakteryzująca się wysoką precyzją, wysoką jednorodnością, wysokim wykorzystaniem materiału i doskonałą możliwością dostosowania do skomplikowanych powierzchni, głęboko zmienia krajobraz procesów powlekania PCB. Niezależnie od tego, czy chodzi o równomierne nakładanie powłok konforemnych, czy o selektywne i precyzyjne natryskiwanie topnika, natryskiwanie ultradźwiękowe wykazuje zalety, których tradycyjne procesy nie mogą dorównać.

Ponieważ przemysł produkujący elektronikę w dalszym ciągu podnosi swoje wymagania dotyczące poziomu ochrony produktu, wydajności produkcji i ochrony środowiska, perspektywy zastosowania technologii natryskiwania ultradźwiękowego w dziedzinie PCB będą jeszcze szersze. Dla firm produkujących elektronikę, dążących do ulepszeń produkcji i poprawy jakości produktów, natryskiwanie ultradźwiękowe jest niewątpliwie kluczową technologią procesową godną skupienia uwagi i zastosowania.