Conformal Coating: scelte e tendenze future

MATERIALI DI CONSUMO –

Lacche protettive usate nell’industria elettronica per proteggere i pcb e eliminare guasti causati dall’esposizione a una notevole varietà di condizioni ambientali, i conformal coating possono essere la soluzione a molti problemi, ma nello stesso tempo, essere fonte di disagi per l’uomo e l’ambiente

I rivestimenti protettivi sono progettati per 'conformarsi' ai contorni della scheda, proteggendo tutte le aree sulle quali essi sono applicati, quindi, allungando la vita operativa del pcb. Esiste una gamma di caratteristiche essenziali che un conformal coating deve possedere: buone proprietà elettriche, bassa permeabilità all'umidità e un certo grado di durata meccanica sono alcuni requisiti chiave mentre, ad esempio, una buona resistenza ai prodotti chimici e un certo ritardo alla fiamma possono rappresentare semplicemente dei desiderata addizionali. In tutti i casi, il conformal coating dovrebbe aderire bene a tutti i materiali della scheda, mantenendo l'adesione e dimostrando flessibilità in presenza di un'ampia gamma di temperature.

La scelta degli elementi protettivi
Elemento essenziale è che si scelga il rivestimento protettivo adatto per l'applicazione. Esiste un certo numero di sostanze chimiche disponibili e ciascun tipo offre alcune proprietà caratteristiche che aiutano a distinguere l'uso di un polimero rispetto a un altro: gli acrilici combinano ad esempio un prezzo ragionevole con una buona protezione ambientale, mantengono la chiarezza e possono resistere all'annerimento e all'idrolisi in occasione di lunghe esposizioni esterne. Questi hanno però una resistenza limitata al solvente e ciò li rende adatti per la rilavorazione, un po' meno per la resistenza chimica. Al contrario, i poliuretani offrono un'eccellente resistenza chimica e garantiscono una capacità protettiva superiore in ambienti difficili, mantenendo anche flessibilità e sopportando temperature molto basse. Come gli acrilici, sono anche molto versatili e coprono un'ampia gamma di temperature operative, normalmente comprese fra i -65 ºC e i +130 ºC. I siliconi possono essere scelti dove è richiesto un buon livello di protezione, ma là dove la stabilità termica è vitale; grazie alla loro dorsale silicio-ossigeno, essi offrono protezione oltre la gamma di temperatura che va da -100 ºC a +300 ºC, secondo la loro struttura. Ci sono in ogni modo dubbi attorno alla migrazione di silicio libero che causerebbe guasti nei circuiti elettronici, ai prezzi elevati e alle modeste proprietà meccaniche. Le proprietà dei siliconi alchidici stanno a metà strada fra i siliconi puri e gli alchidici; presentano maggior flessibilità, durezza e stabilità termica rispetto agli alchidici, ma in ultima analisi perdono punti sull'elevata resistenza termica e ossidativa dei siliconi non modificati. Anche le gamme di temperatura sono considerate intermedie, andando da -70 ºC a +200 ºC. I poliuretani acrilati o acrilici, assieme ad alcune sostanze chimiche epossidiche, sono usati di solito in sistemi di polimerizzazione UV. Questi sistemi offrono a loro volta una combinazione di proprietà, ma possono esserci problemi d'adesione e flessibilità quando si formulano tali prodotti.

L'importanza dei metodi
Durante il processo di selezione, devono essere considerati anche il metodo d'applicazione e i processi di polimerizzazione. I conformal coating possono essere applicati con numerosi metodi, incluso quello a pennello, quelli a immersione e quelli a spray. La spazzolatura è la forma d'applicazione più facile, ma richiede una certa abilità da parte dell'operatore, dato che è necessario ottenere una superficie piana e libera da bolle. L'immersione può essere effettuata sia manualmente sia con una macchina per il rivestimento a immersione, dove l'intero pcb è immerso nel rivestimento. Lo spray può essere applicato in numerosi modi: per produzioni di piccola scala sono usate di solito le bombolette aerosol, per quelle di media scala le pistole a spruzzo, per linee di produzione automatizzata apparecchiature per rivestimento selettivo. La spazzolatura e i metodi spray selettivi permettono applicazioni di rivestimento localizzate senza la necessità di mascheramento, eliminando così uno step nella linea di produzione. L'impiego di macchine per rivestimento selettivo è diventato molto popolare nell'industria del conformal coating. Queste offrono maggior produttività e riducono gli sprechi, poiché sono rivestite solo le aree richieste; offrono inoltre ridotte emissioni VOC in sistemi ventilati, chiusi.

Pericolosità dei solventi e alternative
Tradizionalmente, i conformal coating usati più diffusamente tendono a essere a base solvente, per mezzo del quale la resina che sta alla base di una delle sostanze chimiche sopra discusse viene dissolta in solventi organici e miscelata con vari additivi per ottimizzare la prestazione del rivestimento polimerizzato. I solventi riducono la viscosità per permettere di rendere lavorabile il rivestimento; in tal modo il rivestimento asciuga per semplice evaporazione del solvente. I conformal coating a base solvente sono molto versatili e possono essere applicati con tutti i metodi illustrati, con la semplice regolazione del livello di solvente nel rivestimento. Di solito, oltre il 50% di un conformal coating a base solvente consiste di composti organici volatili (VOC). Nella società odierna, attenta all'ambiente, le riduzioni di VOC sono desiderabili in tutte le industrie, inclusa quella d'applicazione di conformal coating. I VOC contribuiscono alla formazione d'ozono a livello del terreno e rappresentano uno dei principali componenti dello smog. Tale inquinamento ha molti effetti negativi sull'ambiente e, oltre a ciò, quando non gestiti correttamente, i VOC possono anche causare seri problemi di salute. Sono quindi molto desiderabili delle alternative ai materiali a base solvente. Queste includono la polimerizzazione UV, i rivestimenti a base acqua e la polimerizzazione all'umidità. I rivestimenti a polimerizzazione UV possono essere polimerizzati rapidamente in linea tramite l'esposizione a lampade UV (le aree poste al di sotto dei componenti possono subire la polimerizzazione in modo assai lento, richiedendo un processo secondario, ad esempio l'umidità o il calore. I rivestimenti a polimerizzazione UV possono essere materiali solidi al 100% e sono normalmente sistemi ad alta viscosità. Il processo di tali rivestimenti può quindi essere difficile e può anche richiedere pesanti modifiche a una linea di produzione precostituita. I conformal coating a base d'acqua presentano poi anche problemi nello stadio di processo/polimerizzazione. Questi possono essere applicati con successo utilizzando le tecniche a immersione o spazzolatura e polimerizzando a temperatura ambiente, e offrono un eccellente protezione per il pcb. I conformal coating a base d'acqua possono anche essere spruzzati; ciò richiede comunque alcune regolazioni ai parametri standard impostati per i rivestimenti a base solvente. Tali rivestimenti possono richiedere tempo per raggiungere le loro piene proprietà e l'accelerazione tramite IR o mediante forni convenzionali può comportare la rottura del film polimerizzato.

L'alternativa
I rivestimenti con polimerizzazione a umidità polimerizzano mediante l'esposizione all'umidità atmosferica. Questi possono essere forniti sotto forma di siliconi solidi al 100%, dei quali si è già discusso in precedenza. Una soluzione più recente, introdotta da Electrolube, è l'uso di poliuretani solidi al 100% con polimerizzazione a umidità. Tali rivestimenti possono essere formulati per offrire molte proprietà desiderabili, inclusa l'eccellente protezione in ambienti corrosivi e con alta umidità, con ritardo di fiamma e buone proprietà elettriche. In aggiunta, questi rivestimenti possono anche essere modificati per offrire gamme di viscosità adatte per tutti i tipi d'applicazione e possono essere accelerati usando calore o polimerizzazione IR immediatamente dopo l'applicazione. Le proprietà presentate da tali materiali sono molto vicine e, in alcuni casi, superiori a quelle dei tipi in poliuretano a base solvente, offrendo così una soluzione realmente amica dell'ambiente e dotata di prestazioni eccezionali.

Conclusioni
L'industria elettronica si sta rapidamente espandendo e, a sua volta, sta aumentando il numero di applicazioni per il conformal coating. Sono stati sviluppati rivestimenti per soddisfare le crescenti richieste dell'industria, con l'offerta di prestazioni superiori e costo sostenibile sia in termini monetari sia ambientali. Inoltre, sono state apportate delle modifiche ai processi d'applicazione delle stesse, per assicurare che siano rivestite solo le aree richieste della scheda, riducendo la quantità di materiale necessario, il tempo d'applicazione ed eliminando, ove possibile, diversi passi nel processo di produzione. La disponibilità di molti tipi di conformal coating in gel, per applicazioni di barriera e di riempimento, sono un esempio di questo cambiamento. Col tempo, le regolazioni saranno più fini e l'uso di rivestimenti a base solvente diminuirà divenendo una comune norma industriale. Con la continua espansione e lo sviluppo della propria gamma di conformal coating, Electrolube tende a semplificare l'uscita dai materiali a base solvente, pavimentando una strada verso un futuro più verde all'interno dell'industria del conformal coating.

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