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Conformal coatings extremadamente resistentes

Electrolube pone a prueba dos conformal coatings bicomponentes (2K)

Los requisitos de rendimiento de los conformal coatings continúan siendo cada vez más desafiantes, ya que los productos electrónicos están cada vez más sujetos a entornos operativos cada vez más hostiles. Simultáneamente, la legislación ambiental continúa evolucionando, con énfasis en la reducción del uso de solventes y las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV). El uso de conformal coatings de silicona sin disolventes está ahora maduro, pero a menudo estos materiales no pueden usarse debido al riesgo de contaminación con silicona, o simplemente a su falta de eficacia protectora en entornos extremos hostiles, en particular entornos de gases altamente húmedos y corrosivos.

El uso de materiales curables por luz ultravioleta de componente único ha crecido significativamente durante la última década, con una cura rápida que produce beneficios de productividad para muchos. Sin embargo, los materiales UV actuales de una sola pieza a menudo sufren problemas de curado cuando se aplican a tableros que contienen componentes altos, que ensombrecen la exposición a la luz ultravioleta y requieren alturas de curado fuera de foco, reduciendo la intensidad de la luz y el grado de curado. En consecuencia, se debe introducir un mecanismo de curado secundario en el curado UV, típicamente un mecanismo activado por la humedad o activado por calor.

Se presenta una nueva gama de conformal coatings bicomponentes innovadores, libres de compuestos orgánicos volátiles, de curado rápido y alto rendimiento, diseñados para la aplicación por recubrimiento selectivo. La química fundamental detrás de los nuevos materiales de recubrimiento ‘2K’ de Electrolube no es nueva, pero el proceso de recubrimiento selectivo sin solvente 2K es un avance tecnológico nuevo que permite que se realicen todos los beneficios de los materiales de revestimiento 2K.

Los materiales 2K brindan una alternativa libre de solventes tanto a los materiales UV como a los de silicona, requiriendo menos inversión de capital que los materiales UV y mejorando el rendimiento de la mayoría de las siliconas en ambientes hostiles. Electrolube sometió la nueva gama de 2K entre recubrimientos de silicona y UV a pruebas de escrutinio, que incluyeron pruebas de choque térmico, pulverización salina potenciada, condensación y gases de flujo mixto (MFG).

Avances en la tecnología de los conformal coating

Con aplicaciones de recubrimiento, controlar la velocidad de flujo en un nivel adecuadamente bajo, manteniendo también las relaciones de mezcla correctas es el desafío y se ha superado recientemente mediante el uso de bombas de cavidad progresiva de bajo volumen especialmente desarrolladas, como se muestra en la figura 1.

Fig 1 PVA-Nordson
Fig 1: Ejemplos de válvulas de revestimiento selectivas 2K,

Las bombas controlan con precisión las tasas de flujo de los componentes individuales de las formulaciones dentro de ± 1%, manteniendo el control de la relación de mezcla volumétrica y asegurando el curado correcto y las propiedades de los materiales dispensados. Además, la velocidad del cabezal de pulverización puede ser hasta tres veces más rápida que las aplicaciones de pulverización de materiales 100% sólidos tradicionales, lo que reduce significativamente los tiempos de ciclo de recubrimiento. Mientras que los materiales de recubrimiento 2K se pueden aplicar delgados (50-75 μm), se diseñaron, formularon y probaron para aplicarse a espesores mucho mayores (250-300 μm), para facilitar una encapsulación superior de los componentes y los conductores de los componentes.

Se diseñó un nuevo cupón de prueba de Resistencia de Aislamiento Superficial (SIR) para simular mejor las pruebas reales de recubrimientos conformados, que contienen matrices de componentes no funcionales como parte de los patrones de prueba SIR, que se muestran en la Fig. 2.

Test Coupon fig 2
Fig 2: cupón de prueba SIR poblada de Electrolube

Prueba de Choque Térmico

El choque térmico es una prueba de esfuerzo altamente acelerado, favorecida en particular por la industria de automación para evaluar la probabilidad de que un recubrimiento se agriete durante el servicio. Muchos recubrimientos UV son incapaces de resistir los requisitos actuales de 1000 ciclos de choque térmico sin agrietarse.

Los siguientes conformal coatings (mostrados en la Tabla 1) se aplicaron en un Asymtek SelectCoat SL-940E (figura 2). Todos los conformal coatings se aplicaron con un espesor objetivo mínimo y máximo que proporcionó una cobertura uniforme y se ajustaron a los estándares de la industria. Los revestimientos se curaron de acuerdo con las recomendaciones del fabricante y se dejaron durante otras 4 semanas para permitir cualquier post-curado. Luego, los tableros se sometieron a 1000 ciclos de choque térmico (-40 ° C a + 130 ° C) en una cámara ESPEC TSA-102EL. Las placas se examinaron visualmente a 50 aumentos después de 100 ciclos, 200 ciclos y luego cada 200 a 1000 ciclos adicionales.

Los resultados demuestran claramente que los materiales 2K se comportaron muy bien en esta prueba de choque térmico en comparación con los materiales curables por UV, tanto solventes como competitivos (ejemplos que se muestran en la figura 2). Curiosamente, incluso a 2.5X el grosor de los materiales UV, la capacidad de soportar los ciclos de choque térmico fue significativamente mayor y comparable al rendimiento de los materiales de silicona, que se sabe que son bastante resistentes en las pruebas de choque térmico.

Table-1-coatings
Table 1: Conformal Coatings y espesores probados
 fallas de choque térmico
Fig 3: ejemplos de fallas de choque térmico (UV 1-3)

Niebla de sal activada

Después de la finalización de la prueba de choque térmico y la inspección visual, los tableros se sometieron a una exposición de neblina de sal de 96 horas (5% de NaCl (aq)). Un resumen de los datos se muestra en la figura 3, que muestra los valores SIR promedio del patrón IPC B-24 contenido en el cupón.

Fig. 4: Resumen de la prueba de niebla salina activa
Fig. 4: Resumen de la prueba de niebla salina activa

Los materiales 2K proporcionaron una excelente resistencia a la niebla salina, tanto durante la etapa húmeda como después de la desecación, en un nivel similar al de los materiales de silicona. Los materiales de uretano a base de UV y solvente que se habían agrietado durante la prueba de choque térmico mostraron una protección relativamente pobre durante la prueba y una mejora mínima en SIR al completar la prueba.

Prueba de gas de flujo mixto

Los tableros se sometieron entonces a un entorno de gas corrosivo de 28 días, de acuerdo con IEC 68-2-60, clase 3, como se muestra a continuación en la Tabla 2.

Table 2: Mixed Flowing Gas Test Environment (MFG)
Table 2: Mixed Flowing Gas Test Environment (MFG)

Las mediciones SIR se realizaron en condiciones ambientales de laboratorio (25 ° C, 50% HR) antes del comienzo de la prueba, a intervalos semanales y 24 horas después de la finalización de la prueba, como se muestra en la figura 4.

Como se anticipó, los materiales que no se habían agrietado durante las pruebas previas de choque térmico obtuvieron mejores resultados en la prueba MFG. Los materiales de silicona mostraron un comportamiento similar a los materiales UV agrietados en esta prueba, lo que sugiere que los materiales de silicona son bastante porosos a estos gases corrosivos. Los recubrimientos más gruesos de 2K y el material acrílico no agrietado mostraron muy buenas propiedades de barrera contra estos gases corrosivos.

Prueba de condensación de los conformal coatings

Las pruebas de condensación son cada vez más importantes, particularmente en la industria de automoción. Debido a las incoherencias de prueba tradicionales, el National Physical Laboratory del Reino Unido desarrolló una prueba de condensación alternativa donde las condiciones de la cámara permanecen estables y la temperatura de la pieza de prueba baja por debajo del punto de rocío, creando una formación de rocío controlada en la superficie del enfriador.

Fig. 6: configuración de la prueba de condensación NPL usando la placa de enfriamiento para suprimir la temperatura del sustrato por debajo del punto de rocío

Si consideramos dos paquetes de uso común, Ball Grid Array (BGA) y Small Outline Integrated Circuit (SOIC), como se muestra en la figura 6, como representativos, entonces podemos ver cómo los niveles de protección de los conformal coatings varían con la condensación ciclando en cifras 8 y 9.

Tablero de prueba SIR poblado por Electrolube que muestra los sitios de prueba BGA y SOIC
Fig 7: Tablero de prueba SIR poblado por Electrolube que muestra los sitios de prueba BGA y SOIC
Fig 8 English
Fig 8: SIR del patrón SOIC recubierto y no recubierto durante la prueba de condensación cíclica
Fig 9 coatings
Fig 9: SIR del patrón de prueba de BGA recubierto y no recubierto durante la prueba de condensación cíclica.

Esencialmente, el SIR se mantuvo constante durante los ciclos de condensación y secado del material 2K en ambos patrones, lo que demuestra que el material es una barrera muy efectiva para la condensación. El material acrílico también demostró ser una barrera consistente en el componente SOIC, pero hubo evidencia de que la condensación penetraba debajo del dispositivo BGA, que finalmente se secó pero dio como resultado lecturas más bajas durante los eventos de condensación. Los dispositivos no revestidos mostraron caídas significativas en SIR durante los eventos de condensación, y en el dispositivo BGA tendieron hacia una condición de cortocircuito y posible corrosión o crecimiento dendrítico.

Conclusión

A partir de pruebas rigurosas, los materiales de poliuretano 2K demuestran un rendimiento muy impresionante en comparación con otros tipos de recubrimiento. El hecho de que puedan aplicarse de manera gruesa, sin agrietarse durante las pruebas de choque térmico, permite un mayor grado de cobertura de los conductores, lo que resulta en un mejor rendimiento durante el choque térmico, prueba de pulverización salina, prueba de MFG y pruebas de condensación, tradicionalmente mediante rigurosos regímenes de prueba, comúnmente utilizados durante las campañas de calificación en automoción.

Autor: Alistair Little  | Traducido por Antala

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