Заливка печатных плат

Когда слышишь 'заливка печатных плат', многие представляют что-то вроде заливки смолы в форму — дескать, налил, застыло, и готово. На практике же это один из самых капризных процессов, где любая мелочь, от вязкости компаунда до температуры в цеху, может привести к браку. Сам термин, кстати, часто используют слишком широко, путая простое покрытие (conformal coating) с полноценной заливкой печатных плат (potting), где плата полностью инкапсулируется. Вот об этой разнице и о том, что за ней стоит, и хочется порассуждать.

Где кроется подвох? Основные ошибки при выборе технологии

Первое и главное — неправильное понимание задачи. Заливку часто выбирают 'на всякий случай', для защиты от всего. Но если плата работает в обычном комнатном климате, а не в вибронагруженном промышленном шкафу или под дождём, то, возможно, хватит и лака. Лишний вес, сложность ремонта, тепловые проблемы — всё это цена за избыточную защиту. Видел платы, которые 'упаковали' в слишком жёсткий эпоксидный компаунд, а потом они трескались на морозе из-за разницы КТР. Вывод: сначала надо чётко определить среду эксплуатации.

Второй момент — материалы. Эпоксидки, полиуретаны, силиконы... У каждого свои 'повадки'. Эпоксидные смолы дают твёрдую, прочную оболочку, но усадочные напряжения могут 'отрывать' мелкие компоненты. Полиуретаны эластичнее, хорошо гасят вибрацию, но могут гигроскопичны — воду понемногу тянут. А силиконы... Отличная адгезия и термостойкость, но цена кусается, и для массового производства не всегда оправдана. Выбор — это всегда компромисс.

И третий подводный камень — подготовка поверхности. Кажется, что если плата чистая, то и проблем нет. Но даже невидимые глазу следы флюса, жира с пальцев или влаги в порах самого текстолита могут убить адгезию. Был случай на одном из производств — партия плат после заливки прошла все испытания, а через полгода у заказчика началось массовое отслоение. Причина — сменили поставщика флюса для пайки, а новый оставил невидимую плёнку, с которой компаунд не сцепился. Пришлось срочно менять технологию отмывки.

Из практики: процесс, который нельзя пускать на самотёк

Допустим, материал выбран. Сама заливка — это не конвейер. Вакуумная дегазация — обязательный этап, если не хочешь получить плату с пузырями внутри, которые потом станут мостиками холода или очагами пробоя. Но и тут есть нюанс: слишком долгая или интенсивная дегазация может привести к преждевременному загустению компаунда или к тому, что он начнёт 'вытягивать' воздух из пор самого текстолита. Время и давление нужно подбирать опытным путём для каждой конкретной партии материалов.

Температурный режим — отдельная песня. Компаунд заливают тёплым, чтобы снизить вязкость и он лучше обволок мелкие детали. Но если плата тоже тёплая, это может ускорить полимеризацию в неподходящем месте. А если холодная — возможен конденсат. Мы обычно греем саму плату градусов до 40-50 перед процессом, чтобы выгнать возможную влагу, а компаунд подаём при температуре, рекомендованной производителем, плюс-минус 5 градусов. Разница в пару градусов может заметно повлиять на время жизни смеси.

И, конечно, оснастка. Формы для заливки. Идеально, если они из силикона или другого материала с низкой адгезией. Но даже с ними нужно следить за состоянием поверхности — царапины приведут к трудностям с извлечением. Для сложных плат с высокими компонентами иногда делают двухэтапную заливку: сначала заполняют пространство под крупными элементами, а потом — окончательный слой. Трудоёмко, но надёжно.

Кейсы и неудачи: чему учат провалы

Расскажу про один провальный проект, который многому научил. Заказчик принёс плату управления для уличного датчика. Требования: защита от влаги, мороз до -40°C и вибрация. Выбрали, как казалось, идеальный двухкомпонентный полиуретан. Провели испытания на контрольных образцах — всё прекрасно. Запустили серию. Через три месяца — рекламации: платы выходят из строя. Вскрытие показало микротрещины в компаунде возле ножек разъёма. Оказалось, что разъём был от другого поставщика, с чуть другим составом пластика. Его КТР в районе отрицательных температур 'играл' не так, как у основного корпуса датчика, создавая напряжения. Пришлось менять материал заливки на более эластичный силикон и пересматривать конструкцию узла крепления разъёма. Урок: тестировать нужно не на образцах, а на готовом изделии, в сборе, и в реальных условиях.

Ещё один момент, про который часто забывают, — ремонтопригодность. Есть миф, что залитая плата неремонтопригодна в принципе. Это не совсем так. Некоторые силиконовые и отдельные виды полиуретановых компаундов можно аккуратно разрезать и, в случае чего, заменить чип, а потом снова залить. Но это ювелирная работа, и её стоимость может быть сопоставима с новой платой. Поэтому в техзадании всегда нужно сразу оговаривать: требуется ли потенциальный ремонт? Если да, то это сразу сужает выбор материалов и влияет на дизайн платы (например, оставляют технологические 'карманы').

Взгляд на рынок и интеграцию процессов

Сейчас многие производители стремятся не просто делать платы, а предлагать готовые решения 'под ключ'. Вот, к примеру, взглянем на компанию ООО 'Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии'. Они, судя по информации с их сайта https://www.apexpcb-cn.ru, позиционируют себя как группа, создающая экосистему полной цепочки. Это интересный подход. Основанная в 2018 году, компания быстро развилась, контролируя несколько предприятий. Для такого игрока заливка печатных плат — это не изолированная услуга, а логичное звено в цепочке после проектирования, производства самих плат и сборки. Они могут подобрать или даже разработать материал, оптимально подходящий именно к их базовым текстолитам и компонентам, что даёт преимущество в стабильности результата.

Такая интеграция позволяет глубже оптимизировать процесс. Например, зная, что конечная плата пойдёт под заливку полиуретаном, ещё на этапе трассировки можно увеличить зазоры в критичных местах, выбрать компоненты с более подходящим корпусом или предусмотреть монтажные отверстия под крепёж в форме для лучшей фиксации. Это уровень, до которого мелкому заказному производству сложно дотянуть.

Но и тут есть своя 'ловушка масштаба'. Крупный игрок, ориентированный на поток, может быть менее гибким к мелкосерийным экспериментальным заказам, где нужно повозиться с подбором материала под нестандартные условия. Их сила — в отлаженных, проверенных процессах для типовых задач. Поэтому выбор подрядчика — это тоже часть успеха. Нужен ли вам проверенный 'конвейер' или творческий поиск с рисками?

Итоговые соображения: не технология, а инструмент

Так к чему же всё это? Заливка печатных плат — это мощный и сложный инструмент. Его нельзя применять шаблонно. Это всегда диалог между инженером-технологом, химиком (по материалам) и конструктором конечного устройства. Универсальных рецептов нет.

Самое важное — чёткое ТЗ. Не 'сделайте защиту', а 'обеспечить работу при температуре от -30 до +70°C, при погружении в воду на глубину 1 метр на 1 час, с устойчивостью к удару с высоты 0.5 м'. С такими вводными уже можно работать. И всегда, всегда делать пилотную партию и проводить натурные испытания в условиях, максимально приближенных к реальным, а лучше — в реальных.

В конце концов, качественная заливка — это когда про неё забываешь. Плата просто годами работает в агрессивной среде, и никто не вспоминает, что внутри она надёжно запечатана. А достигается это не магией, а вниманием к сотне мелких деталей, каждой из которой можно провалить весь процесс. Именно в этом и заключается настоящая работа.