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品質管理は絶縁保護コーティングプロセスの重要な側面であり、この作業を正常に完了するための鍵となります。この記事では、絶縁保護コーティングの規格、その規制の意味、絶縁保護コーティングに品質管理を適用するための新しい自動化技術手段の能力、および信頼性の高い制御を確保するために考慮する必要がある要素について説明します。
コンフォーマルコーティングは、外部要因から保護するためにプリント回路アセンブリの表面に塗布される薄い透明なポリマー層です。「コンフォーマル」という言葉は、ラテン語の「conformis」（「類似」、「類似」）に由来しており、つまり、保護されたプリント回路アセンブリの形状をコーティングが複製する能力を決定します。
現在、コンフォーマル コーティングの分野で世界中のほとんどの企業が使用している主な国際規格は、電子アセンブリの許容性に関する IPC-A-610 規格であり、その現行バージョン (IPC-A-610E) は IPC から注文できます。社内規制など他の規格もありますが、この記事では、コンフォーマル コーティング用途の品質管理のニーズを判断するのに役立つ A610 に焦点を当てます。
IPC-A-610がカバーする問題の範囲
IPC-A-610 はセクションごとに検討する必要があります。これは、オペレータのニーズとコンフォーマル コーティング プロセス自体の要件の両方を理解するのに役立ちます。この規格は、一般情報、コーティング被覆率、コーティング厚さの 3 つのセクションで構成されています。
IPC-A-610 では、コンフォーマル コーティングは一般に透明で色と一貫性が均一であるべきであり、プリント基板とそのコンポーネントを均一に覆う必要があると述べています。適用範囲は申請方法によって異なります。
ここには解釈の余地が多く、誤解されると問題が発生する可能性があります。ブラシ塗布、エアレスバルブを使用した選択的ロボット塗布、またはエアゾールスプレーなど、各コンフォーマルコーティング塗布技術にはそれぞれ独自の特徴があることは注目に値します。それらはすべて異なるレベルの仕上がりを生み出しますが、技術プロセスの構成、オペレーターの性格、生産環境の条件によってさらに異なります。
規格の本文で使用されている「均一性」と「均一性」という用語は興味深いものです。それ自体は非常に曖昧ですが、以下で説明するコーティングの完全性と厚さの要件との関連で理解する必要があります。そのような文脈がなければ、これらの用語は結局のところほとんど明確になりません。
さらに、コーティングを透明にする場合、着色コーティングが許容されるかどうかという問題が生じます。これについては顧客と話し合って、絶縁保護コーティングの性能に対する顔料の影響を評価する必要があります。
現在、ほとんどの絶縁保護コーティングには、紫外線 (UV) 光の下で発光する発光添加剤が含まれています。これにより、コーティング塗布の品質管理が容易になります。ただし、一部の欠陥は UV 光では見えず、自然光 (白色) での制御が必要な場合があります。多くの有機シリコンコーティングなど、一部のコーティングは本質的に十分な UV ルミネッセンスを持っていません。これにより制御が複雑になる可能性があります。
ラミネートまたはフォトレジストが、コーティングの発光強度に匹敵する独自のルミネッセンス発光を有するかどうかも同様に重要です。一部のコンフォーマルコーティングは、動作条件下では使用される発光添加剤が紫外線に対して悪影響を与えるため、意図的に紫外光で発光しないように作られています。コーティングとプリント基板。
適用範囲に関して、この規格は仕上げコーティングとさまざまな品質レベル (クラス 1、2、および 3) の品質目標を設定しています。目標には次のものが含まれます。
接着力が失われた領域がないこと。
空隙や気泡がないこと。
脱湿、局所的な剥離、シャグリーン、しわ、亀裂、波紋、「フィッシュアイ」や「オレンジピール」などの欠陥がないこと。
異物が存在しないこと。
変色や透明性の低下はありません。
完全な硬化と均質な構造。
多くのコーティング技術、プリント基板の種類、および材料では、実際には上記の目標指標をすべて達成することはできません。これらを体系的に達成するには、一般に財務面、投資面、およびプロセス管理に費やす時間と労力の両方の面で非常に費用がかかります。
バブルの有無などの目標指標に注意してみましょう。プリント基板を肉眼で見ても、以下の条件が満たされない限り、一箇所も気泡が入っていないサンプルを見つけることは通常不可能です。
コンフォーマルコーティングプロセスは完全に制御されています。
この結果を達成するには、適切なコーティング材料が選択されます。
プロセス条件は完全に最適化されています。
オペレーターは気泡の原因について広範な訓練を受けており、それに応じてプロセスを制御できます。
PCB ラミネート、組み立てプロセス、コンポーネント、コンフォーマル コーティングには、副作用を引き起こす可能性のある変更は発生していません。
幸いなことに、これらの目標を達成することは、望ましいことではありますが、ほとんどの企業にとって必須ではありません。そうでなければ、コンフォーマルコーティングは一部の専門家の専有領域となり、多くの企業にとっては不可能な作業となるでしょう。IPC は、次のターゲットに対して独自の品質基準を提供することで、この点を支援します。
コーティングは完全に硬化しており、構造的に均一です。
コーティングは必要な領域にのみ適用されます。
マスクされた領域付近のコーティングの付着。
以下の理由により、隣接するパッドまたは導電性表面間にブリッジが発生しません。
-- 粘着力の低下、
-- 空隙や気泡、
-- ディウェッティング、
-- ひび割れ、
-- うねり、
-- 魚眼またはシャークスキン。
異物は、コンポーネント、接触パッド、または導電性表面間の最小絶縁ギャップ要件に違反しません。
コーティングは薄いですが、コンポーネントやデバイスの端まで到達します。
IPC がコンフォーマル コーティング プロセスで何を実現しようと提案しているのかを詳しく見てみるまでは、これはすべて合理的であるように思えます。使用しているプロセスや顧客が求めているプロセスが、一見したほど明確ではないことに気づくかもしれません。
まず、コンポーネントやデバイスのエッジを薄い層でコーティングするという要件について考えてみましょう。この要件は、ほとんどの標準的なコーティングプロセスを使用して満たすことは、不可能ではないにしても非常に困難です。通常の品質管理プロセス中に鋭利なエッジがコーティングされているかどうかを判断することは非常に困難です。顧客がこれが要件であると述べた場合は、これを慎重に検討することが重要です。
次に、上記の欠陥がすべて存在しないこと、および隣接する導電セクション間のブリッジがないことの要件に移りましょう。これは、オペレーターがコンポーネントが実装されたプリント基板上のすべての導電性要素間のギャップを検査し、この品質基準に違反する気泡などの欠陥がないことを確認する必要があることを意味します。このような作業には、最高レベルの資格が必要なだけでなく、多大な時間の支出が必要であり、大規模生産では品質管理専門家の全軍の存在が必要です。
すべての品質基準についてクライアントまたは自社の設計エンジニアに同意する前に、正確に何に同意するのかを詳細に理解してください。
IPC-A-610 が扱う最後の領域はコンフォーマル コーティングの厚さです。この規格の表では、アクリル系コンフォーマルコーティングなどのさまざまなポリマー材料の許容乾燥膜厚範囲が 0.03 mm ～ 0.13 mm、または 30 μm ～ 130 μm の範囲で設定されています。プロセスが適切に実施された場合、これは絶縁保護コーティングの適用範囲としては広範囲です。また、根本的な問題を認識していないと、これらの制限を簡単に超えてしまいます。重要なのは、使用されるコンフォーマルコーティングプロセスの原理と材料の機能を理解することです。
たとえば、施設に自動化されたシステムがある場合、 ディップコーティングシステム、厚さ 30 ミクロンを超える溶剤ベースのアクリルまたはポリウレタン コーティングの乾燥膜を実現し、品質基準に記載されているすべての欠陥を回避することは困難な場合があります。通常、コーティングはより薄くなり、基準を満たすほど十分な厚さにならない場合があります。
さらに、乾燥塗膜中の気泡の数と、1回のパスで塗布される湿潤塗膜の厚さとの間には直接的な関係があります。これは簡単にわかります。一度に厚く塗りすぎると、泡が厚さから浮き上がる前に表面部分が硬化（乾燥）し、泡が内部に残ります。気泡の発生をなくすためには、コーティングを薄く塗布することが最も重要な条件となります。ただし、選択コーティング用のロボットは通常、シングルパス モードで動作します。したがって、最適な結果が得られるように、妥協点を見つけてコーティング塗布の技術プロセスを調整する必要があります。
均一なコーティングと均一な塗布が必要とは実際には何を意味するのでしょうか?30～130μmの範囲で「均一」という意味でしょうか？コーティングが広がりやすい鋭利なエッジに薄く塗布するように注意する必要がありますか?最後に、規格に記載されているように、デバイスの下にコーティングが蓄積すると、特定の領域で許容厚さの制限である 130 μm を容易に超えてしまいます。残念ながら、常識に反して、多ければ多いほど良いというわけではありません。過度に厚いコーティングは長期的に亀裂が入る傾向があるため、過度に厚いコーティングは避けるべきです。
前述したように、上で概説した品質基準を満たすには、PCB 全体の徹底的な検査が必要です。これは、目の疲労、注意力の散漫、スループットの制限などの要因により、非常に困難な作業です。コンフォーマルコーティングの品質管理は自動化できますか?
可能ですが、いくつかの留保事項と制限があります。
市場で入手可能な自動コンフォーマルコーティングシステムを見てみましょう。これらには、優れたカメラとスキャナ、優れたソフトウェア、最高品質のプロセス制御を備えた非常にハイテクなシステムが含まれています。これらは製品の連続処理を処理したり、生産ラインに統合したりすることができ、既存の技術ギャップを埋めるように思われます。
カメラは 3 軸または 4 軸システムに取り付けられます。コンポーネントの側面に沿って隠れた領域がある大型のプリント基板を検査する場合、各カメラは視差歪みを除去する必要があります。スキャナベースのシステムも同様の視差歪みに悩まされていますが、現在では視差を除去するスキャン システムが利用可能になっています。
ただし、これらのシステムにはすべて欠点があります。あらゆる角度から PCB を隅々まで検査しても、依然として問題のある領域を見逃してしまう可能性があります。しかし、それは通常、自動絶縁保護コーティングの品質管理における決定要因ではありません。自動光学検査 (AOI) システムは、標準のコンフォーマル コーティング プロセス内で IPC の品質基準を満たすことの難しさを浮き彫りにしています。これらのシステムは、PCB コーティング内の欠陥を表示し、オペレーターができるよりもはるかに多くの欠陥を「見る」ことができます。
システム ユーザーにとって、これはパンドラの箱が開いたように見えるかもしれません。なぜなら、彼は表面全体に欠陥のあるプリント基板の全ラインを抱えているからです。この場合、自動光学検査システムがこれらのルールに従ってプリント基板を検査するように設定されている場合、しばらくすると生産ラインが停止します。原因は検査システムにあるのでしょうか、それともコンフォーマルコーティングプロセスにあるのでしょうか?責任はどこにあるのでしょうか？
答えは簡単です。ほとんどの技術プロセスは、IPC 標準基準で要求される品質レベルを提供していないからです。自動光学検査システムは、(機械的および光学的要因が許す限り) すべての欠陥を明確に識別します。さらに、既存の欠陥が肉眼よりもはっきりと見えます。
最適なソリューションを開発するには、反復プロセスを実装する必要があります。
1. どの欠陥 (品質基準) が許容されるかを確立し、それらを定義します。
2. 既存および新規の絶縁保護コーティングプロセス内で達成可能な制御レベルと、両方のプロセスでどのような欠陥が発生する可能性があるかを判断します。
3. システムによって基準を満たすことができれば、すべての関係者が満足するでしょう。そうでない場合は、基準またはプロセスを変更する必要があります。
最終的には、常識に基づいて判断し、適切なレベルの知識があれば、正しい決定を下すことができます。最適な品質管理プロセスを開発することで、後で問題が発生したときに不必要なコスト、紛争、反論を回避できます。
