1. خلفية العملية
مع تزايد صغر حجم مكونات لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) وزيادة كثافتها، تقل المسافة بين المكونات وارتفاعها عن اللوحة، وهو الفراغ بين المكون ولوحة الدوائر المطبوعة. وفي الوقت نفسه، تزداد تأثيرات العوامل البيئية بشكل متزايد على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ولهذا السبب، أصبحت المنتجات الإلكترونية تتطلب الآن مستوى أعلى من الموثوقية.
تتجه مكونات لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) من الحجم الكبير إلى الحجم الصغير، ومن التخطيط المتفرق إلى التخطيط الكثيف. وفي ظل اتجاه التصغير وزيادة الكثافة، تزداد خطورة مشكلات الأعطال الناجمة عن العوامل البيئية. ولهذا السبب، أصبح الطلاء المطابق عملية أساسية لحماية موثوقية لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) أثناء الاستخدام.
2. تأثير العوامل البيئية المختلفة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA)
يمكن أن تتسبب العوامل البيئية الشائعة، مثل الرطوبة والغبار ورذاذ الملح والعفن، في حدوث أنواع مختلفة من أعطال لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA). وفيما يلي الآثار الرئيسية لذلك.
2.1 تأثير الرطوبة
تواجه معظم مجموعات لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية المستخدمة في بيئة مفتوحة خطر التآكل. والماء هو العامل الرئيسي المسبب للتآكل. فجزيئات الماء صغيرة جدًّا، لذا يمكنها المرور عبر الفجوات الجزيئية لبعض المواد البوليمرية والدخول إلى داخل المادة. كما يمكنها أيضًا المرور عبر الثقوب الدقيقة في الطلاء والوصول إلى الطبقة المعدنية الموجودة أسفلها، ومن ثم التسبب في التآكل.
عندما تصل رطوبة الهواء إلى مستوى معين، فإن ذلك قد يتسبب في حدوث هجرة كهروكيميائية على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، وتسرب التيار، وتشويه الإشارة في الدوائر عالية التردد.
البخار أو الرطوبة + الملوثات الأيونية مثل الأملاح ومحفزات التدفق = إلكتروليت موصل + جهد إجهاد = هجرة كهروكيميائية
عندما تصل الرطوبة النسبية إلى 80%، يمكن أن يتشكل غشاء مائي يتراوح سمكه بين 5 و20 جزيءًا. عند هذه النقطة، يمكن للعديد من الجزيئات أن تتحرك بحرية. وفي حالة وجود الكربون، قد تحدث تفاعلات كهروكيميائية. عندما تصل الرطوبة النسبية إلى 60%، يمكن أن تتشكل طبقة مائية بسماكة تتراوح بين 2 و4 جزيئات على سطح الجهاز. وإذا ذابت الملوثات فيها، فقد تحدث تفاعلات كيميائية. وعندما تكون الرطوبة النسبية أقل من 20%، يتوقف التآكل تقريبًا بالكامل.
ولهذا السبب، تُعد الحماية من الرطوبة جزءًا مهمًا من حماية المنتج.
بالنسبة للأجهزة الإلكترونية، توجد الرطوبة في ثلاث أشكال: مياه الأمطار، والتكثف، وبخار الماء. والماء مادة إلكتروليتية؛ فهو قادر على إذابة العديد من الأيونات المسببة للتآكل، ومن ثم تآكل المعادن. وعندما تكون درجة حرارة منطقة معينة في الجهاز أقل من نقطة الندى، يتشكل التكثف على ذلك السطح. ويمكن أن يحدث ذلك على الأجزاء الهيكلية أو على لوحة الدوائر المطبوعة (PCBA).
2.2 تأثير الغبار
يوجد الغبار في الهواء. ويمكن للغبار أن يمتص الملوثات الأيونية ثم يستقر داخل الأجهزة الإلكترونية، مما قد يتسبب في تعطلها. وتعد هذه المشكلة شائعة في الأجهزة الإلكترونية المثبتة في الأماكن المفتوحة.
يمكن تقسيم الغبار إلى نوعين. الغبار الخشن هو عبارة عن جزيئات غير منتظمة يتراوح قطرها بين 2.5 و15 ميكرون. وعادةً لا يتسبب في حدوث أعطال أو قوس كهربائي، لكنه قد يؤثر على التلامس بين الموصلات. أما الغبار الناعم فهو عبارة عن جزيئات غير منتظمة يقل قطرها عن 2.5 ميكرون. ويتميز الغبار الناعم الذي يترسب على لوحة PCBA بقدرة ما على الالتصاق، لذا لا يمكن إزالته إلا باستخدام فرشاة مقاومة للكهرباء الساكنة.
فيما يلي أضرار الغبار:
أ. عندما يترسب الغبار على سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCBA)، فقد يتسبب ذلك في حدوث تآكل كهروكيميائي ويزيد من معدل تعطل الجهاز.
ب. إن مزيج الغبار والحرارة والرطوبة ورذاذ الملح هو الذي يتسبب في أكبر قدر من الضرر للوحات الدوائر المطبوعة (PCBA). وتسجل الأجهزة الإلكترونية الموجودة بالقرب من الساحل، أو في المناطق الصحراوية أو الأراضي المالحة والقلوية، أو في موسم الأمطار جنوب نهر هواي، أو بالقرب من المصانع الكيميائية أو مناطق التعدين، أعلى معدلات التعطل.
ولهذا السبب، تُعد الحماية من الغبار جزءًا مهمًا من حماية المنتج.
2.3 تأثير رذاذ الملح
يتشكل رذاذ الملح بفعل حركة الأمواج، والمد والجزر، والدوران الجوي مثل الرياح الموسمية، والضغط الجوي، وأشعة الشمس. ويمكن أن ينتقل إلى الداخل بفعل الرياح. وتقل تركيزاته كلما زادت المسافة عن الساحل. وعادةً ما تبلغ التركيزات على بعد كيلومتر واحد من الساحل 1% فقط من القيمة المسجلة على الشاطئ. خلال مواسم الأعاصير، يمكن أن ينتقل رذاذ الملح إلى مسافة أبعد داخل اليابسة.
فيما يلي أضرار رذاذ الملح:
أ. يؤدي إلى إتلاف طبقة الطلاء على الأجزاء الهيكلية المعدنية.
ب. إنه يُسرّع من عملية التآكل الكهروكيميائي، مما قد يؤدي إلى انقطاع الأسلاك المعدنية وتعطل الأجزاء.
كما أن مصادر التآكل المماثلة شائعة أيضًا:
أ. يحتوي عرق الإنسان على الملح واليوريا وحمض اللاكتيك ومواد كيميائية أخرى. ويمكن أن تتسبب هذه المواد في نفس نوع التآكل الذي يسببه رذاذ الملح على الأجهزة الإلكترونية. ولهذا السبب، يجب ارتداء القفازات أثناء التجميع والاستخدام، ويجب عدم لمس الأسطح المطلية باليدين العاريتين.
ب. يحتوي مادة التلحيم على مواد هالوجينية وحمضية. يجب تنظيف لوحة الدوائر المطبوعة (PCBA)، كما يجب التحكم بدقة في مستوى بقايا مادة التلحيم.
ولهذا السبب، تُعد الحماية من رذاذ الملح جزءًا مهمًا من حماية المنتج.
2.4 تأثير العفن
العفن هو اسم شائع للفطريات الخيطية. وهو يعني “الفطريات التي تنمو على شكل عفن”. غالبًا ما تشكل هذه الفطريات شبكة فطرية متفرعة وكثيفة، لكنها لا تشكل أجسامًا مثمرة كبيرة مثل الفطر. في الأماكن الدافئة والرطبة، تنمو على العديد من الأشياء مستعمرات مرئية ذات مظهر زغبي أو شبيه بالقطن أو شبيه بالشبكة. وهذا هو العفن.
فيما يلي أضرار العفن:
أ. يتغذى العفن على المواد العضوية وينمو عليها. وقد يؤدي ذلك إلى انخفاض كفاءة العزل التي تتمتع بها المادة، فضلاً عن إحداث أضرار وتلف فيها.
ب. منتجات التمثيل الغذائي للعفن هي أحماض عضوية. ويمكن أن تؤثر هذه الأحماض على العزل والقوة العازلة، كما يمكن أن تتسبب في مشاكل القوس الكهربائي.
ولهذا السبب، تُعد الحماية من العفن جزءًا مهمًا من حماية المنتج.
3. نظرة عامة على عملية الطلاء المطابق للشكل
نظرًا للتأثير الكامل للرطوبة والغبار ورذاذ الملح والعفن وعوامل التآكل البيئية الأخرى، يجب عزل لوحة التجميع المطبوعة (PCBA) عن البيئة الخارجية قدر الإمكان من أجل تحسين موثوقيتها. ولهذا السبب تم إدخال عملية الطلاء المطابق.
يُطلق على الطلاء المطابق للشكل أيضًا اسم «الطلاء السطحي» أو «الطلاء المطابق للشكل». واسمه باللغة الإنجليزية هو «coating» أو «conformal coating». وهو يُعد حاليًّا الطريقة الأكثر شيوعًا لحماية سطح لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) بعد عملية اللحام. وتتمثل هذه العملية في وضع طبقة واقية عازلة رقيقة على سطح لوحة الدوائر المطبوعة. وهي تعمل على عزل الأجزاء الإلكترونية الحساسة عن البيئات القاسية، مما يحسّن بشكل كبير من سلامة وموثوقية المنتجات الإلكترونية، ويطيل من عمر المنتج.
يمكن للطلاء المطابق للشكل أن يحمي الدوائر والأجزاء من الرطوبة والملوثات والتآكل والضغط والصدمات والاهتزازات الميكانيكية والدورات الحرارية. كما يمكنه تحسين القوة الميكانيكية وأداء العزل. بعد الطلاء، يتشكل غشاء واقي شفاف على سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). ويستطيع هذا الغشاء منع قطرات الماء والرطوبة من الدخول، كما يمنع التسرب وأعطال الدائرة القصيرة.
4. النقاط الرئيسية لعملية الطلاء المطابق استنادًا إلى IPC-A-610E
4.1 تصنيف مناطق الطلاء
4.1.1 المناطق التي يُحظر فيها الطلاء
وتشمل هذه المناطق الأجزاء التي تحتاج إلى توصيل كهربائي، مثل اللمسات الذهبية، والأصابع الذهبية، والثقوب المطلية، وثقوب الاختبار؛ والبطاريات وحوامل البطاريات؛ والموصلات؛ والصمامات وأغلفةها؛ والمبددات الحرارية؛ والوصلات الجانبية؛ وعدسات الكاميرات في الأجهزة البصرية؛ ومقاييس الجهد؛ وأجهزة الاستشعار؛ والمفاتيح التي لا تحتوي على هياكل محكمة الإغلاق؛ وجميع المناطق التي قد يؤثر فيها الطلاء على الأداء أو التشغيل العادي.
4.1.2 المناطق التي يجب طلاؤها
يجب طلاء جميع وصلات اللحام والمسامير والأجزاء الموصلة في المكونات.
4.1.3 مناطق الطلاء الاختيارية
لا توجد متطلبات واضحة وإلزامية بشأن الطلاء في هذه المجالات. ويمكن طلاء هذه الأجزاء وفقًا لاحتياجات المنتج ومعايير العملاء.
4.2 معيار سماكة الطلاء وطريقة الاختبار
يجب قياس سماكة الطلاء على سطح مستوٍ وغير مغطى ومتصلب من مجموعة الدوائر المطبوعة. ويمكن أيضًا قياسها على لوحة مصاحبة تم تصنيعها خلال نفس عملية تصنيع المجموعة. ويمكن أن تكون اللوحة المصاحبة مصنوعة من نفس مادة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، أو من مادة غير مسامية مثل المعدن أو الزجاج. كما يمكن استخدام قياس سماكة الطبقة الرطبة كطريقة اختيارية للتحقق من سماكة الطلاء. وفي هذه الحالة، يجب معرفة نسبة تحويل الطبقة الجافة إلى الرطبة مسبقًا، كما يجب الاحتفاظ بالسجلات.
طرق اختبار السماكة:
- قياس سماكة الطبقة الجافة: يمكن استخدام ميكرومتر، وفقًا لمعيار IPC-CC-830B. كما يمكن استخدام مقياس سماكة الطبقة الجافة الحديدي.
- قياس سماكة الطبقة الرطبة: استخدم مقياس سماكة الطبقة الرطبة لقياس سماكة الطبقة الرطبة، ثم قم بتحويلها إلى سماكة الطبقة الجافة الفعلية استنادًا إلى نسبة المحتوى الصلب في مادة الطلاء.
4.3 متطلبات دقة الحواف
التعريف: لا يمكن أن تكون حافة الخط الذي يتم رشه بواسطة صمام رش عادي مستقيمة تمامًا. فستظهر نتوءات صغيرة. ويُطلق على عرض هذه النتوءات اسم «دقة الحافة».
متطلبات العملية: كلما انخفضت قيمة دقة الحواف، زادت دقة الطلاء. ولا يوجد معيار ثابت واحد، بل يكفي أن تستوفي العملية المتطلبات المحددة من قبل العميل.
4.4 شرط التوحيد
يجب أن يشكل الطلاء المطابق لسطح المنتج طبقة كاملة على سطح المنتج. ويجب أن تكون هذه الطبقة متساوية السُمك وناعمة وشفافة. كما يجب أن تكون تغطية الطلاء متجانسة على كامل سطح المنتج. وبعد الطلاء، يجب ألا يظهر على سطح المنتج أي تشققات أو انفصال بين الطبقات أو مظهر قشر البرتقال أو تلوث أو تأثير شعري أو فقاعات أو أي عيوب أخرى ناتجة عن عملية التصنيع.
5. عملية الطلاء المطابق الكامل والطرق الرئيسية
5.1 التحضير المبكر
قم بإعداد منتج PCBA ومواد الطلاء الوقائي والمواد المساعدة الأخرى. حدد المناطق التي تحتاج إلى حماية محلية عن طريق التغطية. تأكد من جميع تفاصيل العملية الأساسية وقم بتثبيتها.
5.2 عملية التنظيف
يجب إجراء عملية التنظيف في أسرع وقت ممكن بعد الانتهاء من لحام لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA). فهذا يساعد على تجنب أن تصبح بقايا اللحام صعبة الإزالة بعد أن تتصلب. أولاً، حدد ما إذا كان الملوث قطبيًّا أم غير قطبيٍ، ثم اختر عامل التنظيف المناسب له.
في حالة استخدام مادة تنظيف كحولية، يجب أن تتمتع منطقة العمل بتهوية جيدة. بعد التنظيف، يجب التجفيف بشكل دقيق، حتى لا يتسبب المذيب المتبقي في انفجار الفرن عند تبخره. في حالة استخدام عملية الغسل بالماء، استخدم سائل تنظيف مستحلب قليل القلوية لإزالة بقايا مادة التلحيم، ثم اشطفه جيدًا بالماء النقي. تأكد من استيفاء معايير جودة التنظيف.
5.3 عملية الحماية باستخدام الأقنعة
في حالة عدم استخدام معدات الطلاء الانتقائي، يجب تغطية المناطق التي لا يُراد طلاءها قبل البدء في الطلاء. استخدم شريطًا لاصقًا لا يترك بقايا أو ينقل مادة لاصقة. بالنسبة لمكونات الدوائر المتكاملة، يجب استخدام شريط ورقي مضاد للكهرباء الساكنة أولاً. يجب تغطية جميع الأجزاء وحمايتها بدقة وفقًا للرسم.
5.4 عملية إزالة الرطوبة
بعد التنظيف والتغطية، يجب إجراء عملية التسخين المسبق للوحة الدوائر المطبوعة (PCBA) وإزالة الرطوبة منها قبل الطلاء. استنادًا إلى أقصى درجة حرارة يمكن للوحة الدوائر المطبوعة (PCBA) تحملها، اختر درجة الحرارة المناسبة لعملية التسخين المسبق ومدة الاستمرار فيها. يؤدي ذلك إلى إزالة الرطوبة تمامًا من اللوحة ومن داخل المكونات.
5.5 طرق الطلاء الرئيسية
يمكن اختيار عملية الطلاء المطابق بشكل مرن بناءً على مستوى الحماية المطلوب للوحة الدوائر المطبوعة (PCBA)، ومعدات الإنتاج، والإعدادات التقنية. وتشمل الطرق الرئيسية الأنواع الأربعة التالية.
5.5.1 الطلاء اليدوي بالفرشاة
يتميز الطلاء بالفرشاة بنطاق استخدام واسع. وهو مناسب بشكل أساسي لإنتاج الدفعات الصغيرة، والمنتجات ذات هياكل PCBA المعقدة والكثيفة، والمنتجات التي تتطلب حماية صارمة عن طريق التغطية. كما يوفر تحكماً يدوياً قوياً ويسمح بتجنب المناطق غير المطلوب طلاؤها بدقة عالية، مما يمنع حدوث التلوث.
تستهلك هذه العملية كمية ضئيلة جدًّا من مادة الطلاء، لذا فهي مناسبة للطلاءات عالية التكلفة المكونة من مكونين. وتتطلب هذه العملية مستوى عالٍ من المهارة من جانب المشغل. وقبل بدء العمل، يجب على المشغل فهم متطلبات الطلاء الواردة في الرسم، وتحديد المكونات المختلفة، ومعرفة المناطق التي لا يجب طلاءها بوضوح، ووضع علامات واضحة للعيان. خلال عملية العمل بأكملها، يجب ألا تلمس الأيدي العارية الأجزاء المطبوعة القابلة للتوصيل، وذلك لتجنب التلوث الثانوي.
5.5.2 الطلاء اليدوي بالغمس
يمكن أن ينتج عن طلاء الغمس طبقة طلاء متجانسة ومتصلة وكاملة. ويكون تأثير الطلاء الإجمالي جيدًا جدًّا. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة غير مناسبة لمنتجات PCBA التي تحتوي على مكثفات قابلة للضبط، أو نوى مغناطيسية قابلة للضبط، أو مقاييس جهد، أو نوى مغناطيسية على شكل كوب، أو أجزاء ذات إحكام إغلاق ضعيف.
المعلمات الرئيسية لعملية الطلاء بالغمس هي: ضبط لزوجة الطلاء المطابق بدقة؛ والتحكم الدقيق في سرعة رفع لوحة الدوائر المطبوعة (PCBA)؛ ويجب ألا تزيد سرعة الرفع عن متر واحد في الثانية، وذلك لمنع تكوّن الفقاعات في الطلاء.
5.5.3 الطلاء بالرش اليدوي
تناسب هذه الطريقة المنتجات ذات الهياكل المعقدة، والأنواع المتعددة، وحجم الدفعات الصغيرة، حيث يتعذر الإنتاج الضخم باستخدام المعدات الآلية. كما أنها قادرة على تغطية الزوايا الخاصة والمناطق الفارغة بشكل جيد جدًّا.
ملاحظات العمل: يمكن أن يتسبب رذاذ الرش في تلويث المناطق غير المراد طلاؤها بسهولة، مثل الأجزاء القابلة للتوصيل في لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ومقابس الدوائر المتكاملة (IC)، ونقاط التلامس الدقيقة، ومناطق التأريض. ولذلك، يجب توفير الحماية عن طريق التغطية قبل البدء في الرش. ويجب على المشغلين عدم لمس المقابس المطبوعة بأيديهم العارية، حتى لا تتسخ أسطح التلامس.
5.5.4 الطلاء بالرش الآلي
تستخدم هذه الطريقة عادةً معدات طلاء آلية انتقائية. وهي مناسبة للإنتاج المعياري على نطاق واسع. وتتميز هذه الطريقة بتناسق الطلاء الجيد، والدقة العالية، وتقليل التلوث البيئي. ومع تطور الصناعة، وارتفاع تكاليف العمالة، وتشديد القواعد البيئية، تحل معدات الرش الآلية تدريجيًا محل طرق الطلاء اليدوية التقليدية. وقد أصبحت هذه الطريقة هي الطريقة السائدة في الصناعة.
