PCB’nin Koruyucu Kalkanı: Conformal Coating

Selamlar. Bugün zorlu koşullarda çalışan PCB’ler için alınan bir önlem üzerine konuşacağız. 

CONFORMAL COATING (KORUYUCU KAPLAMA) NEDİR ?

Conformal Coating olarak adlandırılan koruyucu kaplama aslına bakıldığında PCB’nin zorlu, haşin şartlara adapte olabilmesini, direnebilmesini sağlayan yalıtkan, kimyasal izolasyon tabakasıdır. Bir başka deyiş ile sıvı veya sprey şeklindeki yalıtkan maddenin PCB’yi ve üzerindeki bileşenleri kaplama işlemidir.

Yukarıdaki görselde solda Conformal Coating yapılmakta olan bir PCB görmekteyiz, sağda ise Conformal Coating kaplaması bitmiş olan aynı PCB’yi görmekteyiz. Görüldüğü üzere tüm PCB’ye uygulanmak durumunda değildir, istenilen bölgelere uygulanabilir. Resimde konektörlerin ve çevrelerinin kaplanmadığı görülebilir. PCB tasarımı için kullanılan CAD programında yeni bir katman açarak kaplamanın uygulanacağı bölge belirlenebilir veya elimizde hazır bir tasarımın gerberleri varsa yeni bir katman üzerinde kaplamanın alanı belirtilir ve üreticiye gönderilebilir.

Conformal Coating, PCB ile dış ortam arasındaki bağı kestiği için toza, küfe, aşınmaya, neme, sıcaklığa ve korozyona karşı koruma sağlar. Dolayısı ile, olası kısa devre ihtimalleri de ortadan kalkmış olur. Neme karşı koruma sağlamasına rağmen çoğu zaman suya karşı tam koruma sağlamaz. Conformal Coating kalınlığı artırılarak suya karşı korunmasında daha etkili bir ihtimal sağlansa da çoğu üretici tam garanti vermemektedir. Su geçirmezlik işlemi için genellikle potting denilen daha kalın bir materyalle kaplama işlemi yapılır.

PCB’nin dış yüzeylerine uygulanır. Tüm PCB’lere uygulanabilmesine rağmen genelde havacılık, denizcilik, medikal ve otomotiv alanlarında kullanılır.

Conformal Coating, PCB’yi izole ettiğinden dolayı bozulma oranlarında azalma olur, donanım değiştirme maliyetleri bu sayede azalmış olur. Dolayısıyla, PCB’nizin güvenilirliği artmış olur.

Genellikle 25 – 250 um kalınlıkta uygulanırlar. Kaplama malzemeleri yapışkan malzemeler olduğundan dolayı en verimli kaplamayı yapabilmek için PCB yüzeyinin iyice temizlenmesi gerekmektedir. Koruyucu Kaplamalar genellikle polimerik bir reçineden üretilirler, bir veya daha fazla çözücüyle inceltilirler. Bu sayede materyalin daha düzgün bir şekilde dağılmasına ve akmasına olanak sağlanır.

Conformal Coating’in materyaline göre çeşitli sınıfları vardır. Bu sınıflar gerekli korumaya ve PCB’nin konumlanacağı alana göre seçilebilir. Her sınıfın kendine özgü özellikleri ve karakteristikleri vardır.

CONFORMAL COATING TİPLERİ

Sektörde çoğunlukla kullanılan Conformal Coating tipleri şunlardır:

• Akrilik Bazlı Kaplamalar: Diğer çeşitlere göre maliyet anlamında düşükte kalmaktadır ve PCB için iyi bir koruma sağlamaktadır. Aynı zamanda uygulanması ve onarımı da kolaydır. Yalıtkanlık dirençleri yüksektir ve muhteşem seviyede olmasa da neme ve aşınmaya karşı dirençlidirler. Çözücülerle birlikte çalkalanmaya gerek duymadan kolaylıkla çözünürler bu da düzeltmeleri ve tamirleri pratik ve ekonomik bir seviyeye çekmektedir. UV ışığa karşı dirençlidirler, dolayısıyla güneş ışığında çalışacak PCB’ler için oldukça önemlidir. Çözücülere karşı zayıf olduğu için Akrilik bazlı kaplama kullanılacak ise PCB’nin çözücülerle temas etmediği uygulamalarda tercih edilmelidir. Aynı zamanda yüksek sıcaklığa karşı dayanıksızdır.

• Silikon Bazlı Kaplamalar: Geniş bir sıcaklık yelpazesinde çok iyi koruma sağlarlar. Dolayısıyla kaplama, PCB üzerindeki komponentlerin ısınmasına karşı dirençlidir. Genelde 200 Santigrat derecelere kadar dayanan tipleri sektörde kullanılmaktadır. Kimyasallara, neme karşı çok iyi koruma sağlamaktadırlar. Oldukça esnek bir yapıya sahiptir. Esnek ve elastik yapısı nedeniyle aşınmaya karşı pek dirençli değillerdir fakat bu sayede titreşimlere ve mekanik strese karşı oldukça iyi direnç gösterirler ve titreşimi absorbe ederler. Genellikle nemli dış ortamlarda kullanılırlar. Silikon bazlı kaplamaları sökmek zor olabilmektedir, özel çözücüler gerekmektedir. Özel çözücüleri bile uzun sürede emmektedir ve kaplamanın çıkarılması için genellikle fırçalamaya ihtiyaç duyarlar. Bir diğer dezavantajı olarak termal direnci yüksektir, dolayısı ile ısınan bir PCB var ise ısıyı atmakta zorlanacaktır, ısıyı dağıtmak için ekstra önlemler almak gerekebilir.

• Üretan Bazlı Kaplamalar: Üretan Bazlı Kaplamalar da neme ve kimyasala karşı oldukça iyi bir direnç gösterirler. Hem aşınmaya hem de çözücülere karşı dirençlidirler. Bu da kaplamanın sökülmesini oldukça zorlaştıran bir özelliktir. Sülük gibi 🙂 Kaplamayı sökmek için silikon bazlı kaplamalara benzer olarak özel çözücüler gerektirir, emme süreleri yüksektir ve fırça gibi materyallerle aşındırma gerektirir. Silikon bazlı kaplamaların aksine oldukça sert yapıdadır. Güçlü bir kaplama türü olmasına rağmen kürleme aşamasında kontrollü bir sıcaklık veya UV ışığına maruz bırakılması gerekmektedir. Dolayısı ile, düşük sayıda üretim yerine yüksek sayıda üretimlerde tercih edilmektedir Üretan Bazlı Kaplamalar.

• Epoksi Bazlı Kaplamalar: Aşınmaya ve neme karşı iyi bir direnç sağlarlar, çatlamalara karşı dayanıklı, sağlam ve pürüzsüz bir yüzey oluştururlar. Dolayısı ile kimyasal kirliliğe, çözücülere karşı dirençlidirler. Genellikle zorlu endüstriyel ortamlarda kullanılırlar. Epoksi materyalin hazırlanması ve uygulanmasının zor olması bu tür kaplamalar için bir dezavantajdır. Epoksi iki tip materyalin kürlenmesiyle oluşur ve oldukça hızlı şekilde kürlenirler. Dolayısıyla, bu kürlemeye özel ekipmanlar gerekir çünkü bu kürlenme dakikalar içerisinde gerçekleşir. Bu kürlenme sonucunda oldukça sert bir materyal elde edilir. PCB sıcaklıktan dolayı genleşme yaptığında veya mekanik olarak güç uygulandığında zarar görmeler gerçekleşebilir. Dolayısıyla, Epoksi bazlı kaplama kullanılacaksa PCB’nin CTE değerini de gözden geçirmekte fayda vardır. Kaplamanın aşırı sert olmasından dolayı modiflemek ve tamir etmek de oldukça zordur. Oldukça yüksek maliyetleri ile de bilinirler.

• Poly-Para-Xylylene (Parylene) Bazlı Kaplamalar: Düşük genleşme katsayıları ve yüksek yalıtkan güçleri ile bilinirler. Kimyasal kirliliğe ve aşınmaya karşı oldukça güçlüdürler. Uygulama sırasında Chemical Vapor Deposition isminde özel bir uygulama gerektirir. Bu uygulama nedeniyle küçük adetli üretimlerde tercih edilmez. Bu tip kaplama kürleme gerektirmediği için yüksek adetli üretimlerde işlemi oldukça hızlandırır.

CONFORMAL COATING UYGULAMA TÜRLERİ NELERDİR ?

Kaplamaların materyal türleri olduğu gibi kaplamayı uygulama türleri de vardır.

• Brushing (Fırçalama): Kaplama bir fırça yardımı ile PCB’nin üzerine sürülür. Genelde yüksek adette olan üretimlerde kullanılmaz. Test amaçlı ve düşük adetli üretimlerde kullanımı daha yaygındır.

• Dipping (Daldırma): Kaplama materyali bir havuza daldırma yöntemidir. PCB’nin her iki yanı da kaplanacaksa genelde tercih edilen yöntemdir. Yüksek adetli üretimde kullanılır. Kaplama malzemesi ile kaplanması istenmeyen yerler kaplama işleminden önce maskelenmelidir (konektörler vb.).

• Manuel Spreyleme: Kaplama bir sprey tabancası ile PCB üzerine iletilir. Yüksek adetli üretim için oldukça uzun zaman almaktadır, dolayısı ile düşük adet üretim için uygun bir yöntemdir. İnsan eliyle yapıldığı için olası el kaymaları için kaplama olmaması gereken yerler maskelenmelidir. Aynı zamanda kaplama kalitesi karttan karta fark göstermektedir.

• Otomasyon Spreyleme: Bu yöntemde otomatik bir sprey tabancası yöntemi ile yürüyen konveyörde PCB’ler kaplanır.

• Seçmeli Kaplama: Otomasyon Spreyleme yöntemine benzer, daha kompleksidir. Programlanabilir bir sistemdir. Bir nozzle (enjektör) yardımı ile bu yöntem gerçekleştirilir. Popüler bir yöntemdir. Programlanabildiği için maskeleme ihtiyacını da ortadan kaldırır.

CONFORMAL COATING SEÇME KRİTERLERİ

Koruyucu Kaplama ile kaplanacak bir PCB’nin hangi tür kaplama ile kaplanacağı oldukça önemlidir. Bunun için bakmamız gereken bazı kriterler vardır.

• PCB Geometrisi ve Üretim Genişliği: Kaplama seçimi kartın boyutuna, bileşen tiplerine, bileşen yerleşimlerine, üretimin büyüklüğüne ve bütçeye bağlıdır. Küçük adette üretim için fırçalama ve manuel spreyleme yöntemleri önerilir. 

• PCB Materyali: Her kaplama çeşidiyle PCB hammaddesinin yapışma özelliği farklıdır. PCB’ler çok çeşitte hammaddeye sahiptir dolayısı ile seçilecek hammaddenin kaplama türü ile uyumuna dikkat edilmelidir. Üreticiden bilgi alınmalıdır. Aynı zamanda PCB’nin düzgün bir şekilde temizlenmiş olması kaplamanın yapışma katsayısında etkili olan bir durumdur.

• Kaplama Kalınlığı: Kaplama kalınlığı da kaplama seçme kriterlerinden biridir. İnce bir kaplama yapıldığında çatlama ve mekanik stresten dolayı görülen zararların ihtimali azalır. Kaplama kalınlaştıkça neme ve kimyasal kirliliğe karşı ise koruması artar, aynı zamanda yenileme ve bakım çalışmalarını zorlaştırır. Optimum kalınlığın bulunması konusunda üretici ile iletişimde kalmak gerekir. Kalınlığı optimize ederken aynı zamanda materyalin genleşme katsayısı olan CTE değerini de göz önüne almak gerekir.

• Çevre Koşulları: Çevrede nem, aşındırıcı parçacıklar, kimyasallar, çözücüler gibi etmenler var ise bunlar da kaplamanın seçimi konusunda önemlidir. Mekanik stres ve titreşimler de PCB’nin çalışma verimliliğini etkileyebilir.

• Termal Koşullar: Termal koşullar konuşulurken PCB’nin çalışacağı en uç noktalar göz önünde bulundurulmalıdır. Unutmamak gerekir ki, kaplamalar termal bir bariyer veya iletici olarak görev yapabilir. Dolayısıyla PCB’nin çalışma verimliliğini doğrudan etkileyecek bir kriterdir.

Koruyucu Kaplama tüm kriterler göz önünde bulundurulduğunda en optimum şekilde seçilmelidir.

Yazımızı bitirmiş bulunmaktayız. Umarım yararlı olabilmiştir. Sağlıcakla Kalın.