Pengendalian Mutu Aplikasi Pelapisan Konformal

Kontrol kualitas merupakan aspek penting dari proses pelapisan konformal dan merupakan kunci keberhasilan menyelesaikan operasi ini.Artikel ini membahas standar pelapis konformal, arti peraturannya, kemampuan teknologi otomatis baru untuk menerapkan kontrol kualitas pada pelapis konformal, dan faktor-faktor yang harus dipertimbangkan untuk memastikan kontrol yang andal.

Pelapis konformal adalah lapisan polimer tipis dan transparan yang diaplikasikan pada permukaan rakitan sirkuit cetak untuk melindunginya dari faktor eksternal.Kata 'konformal' berasal dari bahasa Latin konformis - 'serupa', 'menyerupai', artinya, kata ini menentukan kemampuan lapisan untuk mereplikasi bentuk rakitan sirkuit cetak yang dilindungi.

Standar Pelapisan Konformal:

Saat ini, standar internasional utama yang digunakan oleh sebagian besar perusahaan di seluruh dunia dalam bidang pelapisan konformal adalah Standar IPC-A-610 untuk Penerimaan Rakitan Elektronik, versi saat ini (IPC-A-610E) dapat dipesan dari IPC.Terdapat standar lain, termasuk peraturan perusahaan, namun artikel ini berfokus pada A610 untuk membantu menentukan kebutuhan kendali mutu aplikasi pelapisan konformal.

Cakupan masalah yang dicakup oleh IPC-A-610

IPC-A-610 harus dipelajari bagian demi bagian.Hal ini akan membantu untuk memahami kebutuhan operator dan persyaratan proses pelapisan konformal itu sendiri.Standar ini terdiri dari tiga bagian: Informasi umum, Cakupan Lapisan, dan Ketebalan Lapisan

Informasi umum tentang pelapis konformal:

IPC-A-610 menyatakan bahwa pelapis konformal umumnya harus jernih dan seragam dalam warna dan konsistensi, serta harus menutupi papan sirkuit cetak dan komponennya secara seragam.Luasnya cakupan tergantung pada metode penerapannya.

Ada banyak ruang untuk penafsiran di sini, yang dapat menimbulkan masalah jika disalahpahami.Perlu dicatat bahwa setiap teknologi penerapan pelapisan konformal – baik itu penerapan kuas, penerapan robotik selektif dengan katup pengap, atau penyemprotan aerosol – memiliki karakteristiknya masing-masing.Semuanya menghasilkan tingkat penyelesaian yang berbeda-beda, yang selanjutnya bervariasi tergantung pada organisasi proses teknologi, kepribadian operator dan kondisi lingkungan produksi.

Istilah 'homogenitas' dan 'keseragaman' yang digunakan dalam teks standar ini menarik perhatian.Pada dasarnya, persyaratan tersebut cukup ambigu, namun harus dipahami dalam konteks persyaratan kelengkapan dan ketebalan lapisan yang dibahas di bawah ini.Tanpa konteks seperti itu, istilah-istilah ini pada akhirnya tidak akan banyak menjelaskan.

Lebih jauh lagi, jika lapisannya transparan, timbul pertanyaan apakah lapisan berpigmen dapat diterima.Hal ini harus didiskusikan dengan pelanggan dan pengaruh pigmen terhadap kinerja lapisan konformal dinilai.

Kelengkapan cakupan pelapisan :

Kebanyakan pelapis konformal sekarang mengandung aditif luminescent yang bersinar di bawah sinar ultraviolet (UV).Hal ini memudahkan untuk mengontrol kualitas aplikasi pelapisan.Namun, beberapa cacat tidak terlihat dalam sinar UV dan mungkin memerlukan kontrol dalam cahaya alami (putih).Beberapa pelapis secara alami tidak memiliki pendaran UV yang cukup, seperti banyak pelapis organosilikon.Hal ini dapat mempersulit pengendalian.

Sama pentingnya apakah laminasi atau photoresist memiliki emisi luminescentnya sendiri yang intensitasnya sebanding dengan emisi lapisan: beberapa lapisan konformal sengaja dibuat non-luminescent dalam sinar ultraviolet, karena dalam kondisi pengoperasian aditif luminescent yang digunakan memiliki efek buruk pada pelapis dan papan sirkuit tercetak.

Dalam hal cakupan, standar ini menetapkan target kualitas untuk lapisan akhir dan tingkat kualitas yang berbeda – kelas 1, 2 dan 3. Target tersebut meliputi yang berikut:

• Tidak adanya area yang kehilangan daya rekat;

• Tidak adanya rongga atau gelembung;

• Tidak adanya dewetting, pengelupasan lokal, shagreen, kerutan, retakan, riak, cacat seperti “mata ikan” dan “kulit jeruk”;

• Tidak adanya inklusi asing;

• Tidak ada perubahan warna atau hilangnya transparansi;

• Struktur pengawetan lengkap dan homogen.

Banyak teknologi pelapisan, jenis papan sirkuit cetak, dan bahan tidak memungkinkan pencapaian semua indikator target yang disebutkan di atas dalam praktiknya.Pencapaian sistem tersebut secara sistematis umumnya akan sangat mahal baik dari segi finansial dan investasi, serta dari segi waktu dan tenaga yang dihabiskan untuk pengendalian proses.

Mari kita perhatikan indikator target seperti tidak adanya gelembung.Bahkan jika Anda melihat papan sirkuit tercetak dengan mata telanjang, biasanya tidak mungkin menemukan sampel yang tidak memiliki gelembung di satu tempat atau lainnya, kecuali kondisi berikut terpenuhi:

• Proses pelapisan konformal dikontrol sepenuhnya;

• Bahan pelapis yang tepat dipilih untuk mencapai hasil ini;

• Kondisi proses dioptimalkan sepenuhnya;

• Operator dilatih secara ekstensif tentang penyebab terjadinya gelembung dan mampu mengendalikan prosesnya;

• Tidak ada perubahan yang terjadi pada laminasi PCB, proses perakitan, komponen, atau lapisan konformal yang dapat menyebabkan reaksi merugikan.

Untungnya, mencapai target-target ini, meskipun diinginkan, tidak diperlukan bagi sebagian besar perusahaan – jika tidak, pelapisan konformal akan menjadi domain eksklusif dari segelintir ahli dan merupakan tugas yang mustahil bagi banyak perusahaan.IPC membantu dalam hal ini dengan menawarkan kriteria kualitasnya sendiri untuk target berikut:

• Lapisan tersebut telah sembuh sepenuhnya dan seragam secara struktural;

• Pelapisan hanya diterapkan pada area yang diperlukan;

• Adhesi lapisan di dekat area yang tertutup;

• Tidak ada penghubung antara bantalan yang berdekatan atau permukaan konduktif karena:

-- Hilangnya daya rekat,

-- Rongga atau gelembung,

-- Mengembang,

-- Retak,

-- Kegelisahan,

-- Mata ikan atau kulit hiu;

• Inklusi asing tidak melanggar persyaratan celah insulasi minimum antar komponen, bantalan kontak, atau permukaan konduktif;

• Lapisannya tipis namun masih menjangkau bagian tepi komponen dan perangkat.

Semua ini tampak masuk akal sampai Anda melihat lebih dekat apa yang ingin dicapai IPC dengan proses pelapisan konformalnya.Anda mungkin menemukan bahwa proses yang Anda gunakan atau proses yang diminta pelanggan Anda tidak sejelas yang terlihat pada pandangan pertama.

Pertama, pertimbangkan persyaratan untuk melapisi tepi komponen dan perangkat dengan lapisan tipis.Persyaratan ini sangat sulit, bahkan tidak mungkin, dipenuhi dengan menggunakan sebagian besar proses pelapisan standar.Cukup sulit untuk menentukan apakah tepi tajam terlapisi selama proses kontrol kualitas normal.Jika pelanggan menyatakan bahwa ini adalah kebutuhan mereka, penting untuk mempertimbangkannya dengan cermat.

Sekarang mari kita beralih ke persyaratan tidak adanya semua cacat di atas, serta jembatan antara bagian konduktif yang berdekatan.Artinya operator harus memeriksa celah antara semua elemen konduktif pada papan sirkuit tercetak dengan komponen terpasang di atasnya dan memastikan tidak ada cacat, seperti gelembung, yang dapat melanggar kriteria kualitas ini.Tugas seperti itu tidak hanya memerlukan kualifikasi tingkat tertinggi, tetapi juga biaya waktu yang sangat besar, dan dalam produksi skala besar, kehadiran seluruh pasukan spesialis kendali mutu.

Sebelum Anda menyetujui semua kriteria kualitas dengan klien atau insinyur desain Anda sendiri, pahami secara rinci apa sebenarnya yang Anda setujui.

Ketebalan Lapisan Konformal:

Area terakhir yang ditangani oleh IPC-A-610 adalah ketebalan lapisan konformal.Tabel standar menetapkan rentang ketebalan film kering yang dapat diterima untuk berbagai bahan polimer, seperti pelapis konformal akrilik, mulai dari 0,03 mm hingga 0,13 mm, atau 30 µm hingga 130 µm.Ini adalah rentang yang luas untuk aplikasi pelapisan konformal jika prosesnya diterapkan dengan benar.Batasan ini juga dapat dengan mudah dilampaui jika Anda tidak mengetahui masalah mendasarnya.Kuncinya adalah memahami prinsip proses pelapisan konformal yang digunakan dan kemampuan materialnya.

Misalnya, jika suatu fasilitas memiliki sistem otomatis sistem pelapisan celup, mungkin sulit untuk mendapatkan film kering dari lapisan akrilik atau poliuretan berbasis pelarut dengan ketebalan lebih dari 30 mikron dan menghindari semua cacat yang tercantum dalam kriteria kualitas.Lapisan biasanya lebih tipis dan mungkin tidak cukup tebal untuk memenuhi kriteria.

Selain itu, terdapat hubungan langsung antara jumlah gelembung pada film pelapis kering dan ketebalan film pelapis basah yang diaplikasikan dalam satu kali lintasan.Cara mengetahuinya mudah: jika Anda mengaplikasikan lapisan yang terlalu tebal dalam satu kali lintasan, maka bagian permukaannya akan mengeras (kering) sebelum gelembung-gelembung tersebut dapat melayang dari ketebalannya, dan tetap berada di dalam.Penerapan lapisan tipis merupakan syarat terpenting untuk menghilangkan terjadinya gelembung.Namun, robot untuk pelapisan selektif biasanya bekerja dalam mode single-pass.Oleh karena itu, perlu dicari kompromi dan penyesuaian proses teknologi pengaplikasian pelapisan sedemikian rupa untuk memperoleh hasil yang optimal.

Apa sebenarnya yang dimaksud dengan memerlukan pelapisan yang seragam dan pengaplikasian yang seragam?Apakah yang dimaksud adalah 'seragam' dalam rentang 30–130 µm?Apakah kita perlu berhati-hati saat mengaplikasikan lapisan tipis pada bagian tepi tajam yang lapisannya cenderung menyebar?Terakhir, sebagaimana tercantum dalam standar, jika lapisan terakumulasi di bawah perangkat, batas ketebalan yang diizinkan yaitu 130 µm dapat dengan mudah terlampaui di area tertentu.Sayangnya, bertentangan dengan akal sehat, lebih banyak tidak selalu lebih baik, dan lapisan yang terlalu tebal harus dihindari, karena lapisan yang terlalu tebal cenderung retak dalam jangka panjang.

Proses teknologi untuk kontrol kualitas otomatis aplikasi pelapisan konformal:

Sebagaimana disebutkan, untuk memenuhi kriteria kualitas yang diuraikan di atas, diperlukan pemeriksaan menyeluruh terhadap seluruh PCB.Ini adalah tugas yang sangat sulit karena faktor-faktor seperti kelelahan mata, gangguan, dan hasil yang terbatas.Bisakah kontrol kualitas lapisan konformal diotomatisasi?

Itu mungkin, tetapi dengan beberapa syarat dan batasan.

Mari kita lihat sistem pelapisan konformal otomatis yang tersedia di pasaran.Mereka mencakup beberapa sistem berteknologi tinggi dengan kamera dan pemindai yang sangat baik, perangkat lunak yang sangat baik, dan kontrol proses dengan kualitas terbaik.Mereka dapat menangani pemrosesan produk secara serial atau diintegrasikan ke dalam lini produksi, dan tampaknya menjembatani kesenjangan teknologi yang ada.

Kamera dipasang pada sistem tiga atau empat sumbu.Setiap kamera harus menghilangkan distorsi paralaks saat memeriksa papan sirkuit cetak besar di mana akan terdapat area tersembunyi di sepanjang sisi komponen.Sistem berbasis pemindai mengalami distorsi paralaks yang sama, dan kini tersedia sistem pemindaian yang menghilangkan paralaks.

Namun, semua sistem ini memiliki kelemahan: mereka dapat memeriksa setiap inci PCB dari setiap sudut dan masih melewatkan area masalah.Namun hal tersebut biasanya bukan merupakan faktor penentu dalam pengendalian kualitas pelapisan konformal otomatis.Sistem inspeksi optik otomatis (AOI) menyoroti kesulitan memenuhi kriteria kualitas IPC dalam proses pelapisan konformal standar.Sistem ini menunjukkan cacat pada lapisan PCB dan “melihat” lebih dari apa yang dapat dilakukan oleh operator mana pun.

Bagi pengguna sistem, ini mungkin tampak seperti pembukaan kotak Pandora, karena ia sekarang memiliki seluruh lini papan sirkuit tercetak dengan cacat di seluruh permukaannya.Jika ini masalahnya, dan sistem inspeksi optik otomatis diatur untuk memeriksa papan sirkuit tercetak sesuai dengan aturan ini, maka dalam waktu singkat jalur produksi akan berhenti.Apakah sistem inspeksi yang harus disalahkan, atau proses pelapisan konformal?Dimana letak kesalahannya?

Jawabannya sederhana: sebagian besar proses teknologi tidak memberikan tingkat kualitas yang disyaratkan oleh kriteria standar IPC.Sistem inspeksi optik otomatis dengan jelas mengidentifikasi semua cacat (sejauh faktor mekanis dan optik memungkinkan).Apalagi mereka melihat cacat yang ada lebih jelas dibandingkan dengan mata telanjang.

Solusi Pelapisan Konformal：

Penting untuk menerapkan proses berulang untuk mengembangkan solusi optimal.

1. menetapkan cacat mana (kriteria kualitas) yang dapat diterima dan mendefinisikannya.

2. Tentukan tingkat kendali apa yang dapat dicapai dalam proses pelapisan konformal yang ada dan yang baru dan cacat apa yang dapat dihasilkan oleh kedua proses tersebut

3. Jika sistem memungkinkan terpenuhinya kriteria, maka semua pihak akan puas.Jika tidak, kriteria atau prosesnya harus diubah.

Pada akhirnya, akal sehat harus digunakan, dan dengan tingkat pengetahuan yang tepat, keputusan yang tepat dapat diambil.Dengan mengembangkan proses pengendalian kualitas yang optimal, biaya yang tidak perlu, perselisihan dan tuduhan balasan di kemudian hari ketika masalah muncul.