Xử lý bề mặt bằng Plasma trước khi phun phủ mạch điện tử
Một trong những tác dụng được biết đến của phương pháp phun phủ bảo vệ bảng mạch là khả năng bảo vệ các chân linh kiện mạ Nickel-Palladium-Gold trên nó. Hiện tượng ăn mòn điện hóa thường xuất hiện nhiều tại các vị trí có khe hở, hoặc khớp nối của các linh kiện điện tử, ảnh hưởng đến hoạt động của bảng mạch điện tử. Tuy nhiên, tác động của ăn mòn điện hóa có thể được giảm thiểu nếu sử dụng lớp phun phủ conformal coating đúng cách.
Để có một lớp phủ bảo vệ tốt nhất, xử lý bề mặt trước khi phun là bước không thể thiếu. Tuy n hiên, mặc dù việc sử dụng tia plasma là phương pháp thông dụng để tăng độ bám dính và đồng đều của lớp phủ, các hiệu ứng khác diễn ra bên bảng mạch điện tử này vẫn chưa được biết đến rộng rãi.
Mục đích của bài viết này là để làm rõ việc xử lý bề mặt bằng plasma có thực sự củng cố được khả năng bám dính của lớp phủ acrylic trên bề mặt PCB hay không, đặc biệt là trên các linh kiện phủ Ni-Pd-Au với các khe hở từ khớp hàn. Và liệu quy trình xử lý bằng plasma có ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện trên bảng mạch sau khi được lắp ráp hay không?
Các phương pháp đo đạc quang học đã được sử dụng để chụp và kiểm tra chất lượng của mối hàn sau khi bề mặt bảng mạch được xử lý bằng plasma và phủ một lớp bảo vệ gốc acrylic. Các bài kiểm tra liên quan đến khả năng dẫn được cũng được thực hiện để chứng minh các chức năng khác của PCB không bị ảnh hưởng. Kết quả cho thấy rằng, quy trình plasma có thể cải thiện chất lượng của lớp phủ bảng mạch conformal coating cũng như giúp tăng độ dày của lớp phủ xung quanh khớp nối của chân linh kiện.
Các chân linh kiện điện tử thường được mạ với Nickel-Palladium-Gold (Ni-Pd-Au), những vật liệu dễ bị ăn mòn điện quá – đặc biệt với các sản phẩm được sử dụng ngoài trời. Phủ bo mạch conformal coating là phương pháp thông dụng trong ứng dụng chống ăn mòn, thông qua các vật liệu như parylene, urethane, epoxy và acrylic.
Đã có nhiều thí nghiệm được thực hiện để chứng minh độ đồng đều và ổn định của lớp phủ conformal coating trên bảng mạch PCB. Việc sử dụng plasma (xả ra các ion hoạt hóa cùng tia plasma có chứa argon) để xử lý bề mặt cũng được biết là phương thức thông dụng để tăng năng lượng bề mặt. Oxi là khí thường được sử dụng cùng argon bởi khả năng loại bỏ chất trợ hàn và các hợp chất hữu cơ khác xuất hiện sau quá trình hàn đối lưu, thường những chất này không thể loại bỏ được bằng việc tẩy rửa bằng dung môi thông thường.
Nhờ vào các ưu điểm này, tác dụng của xử lý bề mặt bằng plasma trước khi phun phủ conformal coating đã được chứng minh. Với chức năng chính là tập trung vào sự đồng đều của lớp phủ xung quanh chân linh kiện được mạ bằng Ni-Pd-Au.
Mặc dù, plasma có nhiều ưu điểm là vậy, vẫn có nhiều ý kiến cho rằng việc sử dụng plasma có thể làm ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện của bảng mạch sau khi hoàn thành lắp ráp. Trên bảng mạch PCB thường có nhiều loại linh kiện, linh kiện rời, linh kiện tích cực, và hệ lập trình quản trị micro. Thông qua bài thí nghiệm dưới đây của Nordson, kết hợp với AirBorn Electronics, and the Desich SMART Center, chúng ta có thể thấy rõ hơn về ảnh hưởng của plasma một cách đầy đủ nhất.
Mục đích của thí nghiệm
Mục đích của bài thí nghiệm này là để đánh giá tác động của tia plasma lên độ đồng đều của lớp phủ tại các vị trí dễ ăn mòn của bảng như chân linh kiện, sử dụng Humiseal 1B31 Acrylic để xác định liệu rằng có các vấn đề liên quan đến dẫn điện tại đây không. Linh kiện được thí nghiệm là một programmable microcontroller (SOIC20), linh kiện hàn dán.
Hình 01: Hình ảnh minh họa hình dạng của SOIC20 với phàn khớp nối được highlight màu xanh lá
Việc đánh giá sẽ được thực hiện thông qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Kiểm tra tác động của plasma lên các linh kiện
rời để giảm đi các vấn đề về ảnh hưởng của áp suất chân không và năng lượng của
plasma lên các chắc năng về điện của linh kiện.
Giai đoạn 2: Đánh giá tác động của năng lượng tia plasma và
quy trình lên bảng mạch PCB có mật độ linh kiện tương đối sử dụng phương pháp đo
quang học và các bài kiểm tra về dẫn điện trên SOIC20 microcontroller.
Giai đoạn 3: Đánh giá tác động của thời gian sử dụng plasma và áp suất khí lên cả bảng mạch có mật độ linh kiện tương đối và đầy đủ, sử dụng phương pháp đo quang học và các bài kiểm tra về dẫn điện trên toàn bộ bảng mạch.
Kết luận
Sử dụng tia plasma trong quá trình lắp ráp bảng mạch điện tử
PCB có thể giúp tăng độ đồng đều của lớp phủ conformal coating trên các linh kiện
của nó và không ảnh hưởng đến các chức năng về điện của các linh kiện. Điều này
được thể hiện ở thí nghiệm tại giai đoạn 2, thử nghiệm 225W và 300W là năng lượng
nguồn cho hệ thống plasma, đều cho ra kết quả tích cực. Đây cũng là hai mức năng
lượng tối ưu nhất, giúp plasma có đủ năng lượng để thực hiện các chức năng của
nó và không làm ảnh hưởng đến hoạt động của bảng mạch điện tử.
Mức áp suất thấp 150 mTorr được xem là mức phù hợp thiết lập
hoạt động cho hệ thống plasma bởi với mức áp suất cao hơn sẽ cản trở khả năng hoạt
động của khí argon trong plasma. Áp suất cao hơn đồng nghĩa với diện tích hoạt động
tự do của hạt mang diện tích hẹp hơn, việc này sẽ ảnh hưởng đến động năng được
tạo ra để tăng năng lượng bề mặt. Một hỗn hợp khí được tạo nên từ 80% argon và
20% oxi là lựa chọn tối ưu nhất, hơn là một nguồn được tạo ra 100% từ khí argon.
Nhìn chung, thí nghiệm đã thành công chứng minh được vai trò quan trọng của
plasma đối với quy trình xử lý bề mặt trước khi gia công.
Để biết thêm thông tin chi tiết và nhận báo cáo cho thí nghiệm
này, vui lòng liên hệ:
Hotline: (+84) 969 469 089
Email: info@gluditec.com