When storing or operating in a harsh environment, electronic devices can be highly impacted by dust, wilgoć, pleśń, and other pollutants, causing poor performance and a shorter lifespan. W tym przypadku, PCB coating is a very effective way to protect them from those adverse factors, thereby improving the reliability of electronic products. W tym ostatecznym przewodniku, we’ll walk through everything you need to know about PCB coatings. Z odpowiednią strategią powlekania, możesz znacznie wydłużyć żywotność PCB w swoich produktach. Zacznijmy!
What Are PCB Coating and Conformal Coating?
Powłoka PCB, also known as Powłoka ochronna, is a layer made of synthetic resin or polymer that coats the surface of PCB and its components. After curing, the coating forms a transparent insulating protective film, which can precisely conform to the shape of the coated object. This layer can effectively isolate części elektroniczne and circuit boards from the working environment to avoid corroding and extend their service life.
5 Different Types of PCB Coating
Pod względem użytych materiałów, Powłoki PCB można podzielić na pięć typów:
1. Acrylic PCB dooating
Acrylic is easy to apply and this coating material can remain in a good state for a long time after formulation. The curing time is short, and the coating does not release heat during curing, avoiding damage to heat-sensitive components. Również, there is no shrinkage after curing. jednak, it is not resistant to chemical reagents and high temperatures, thereby making it easy to rework or repair.
2. Polyurethane PCB dooating
Polyurethane is available in one-component or two-component materials. They both have good long-term dielectric properties. Before coating, the circuit board must be clean, especially without moisture. jednak, it is a challenge to replace components or repair circuit boards, and a special stripper must be used.
3. Epoxy PCB dooating
Epoxy resin is generally a two-component material. It stays in good condition for a shorter time after formulation. Before coating, protective measures need to be taken on fragile components to reduce the impact of coating shrinkage. If it is necessary to replace components or repair circuit boards, the epoxy resin film needs to be peeled off by physical means.
4. Silicone PCB dooating
Silicone resin has excellent thermal properties and can operate at 200°C, making it suitable for high-heat generating components such as high-power resistors. This coating stays in good condition for a short time after mixing or opening. It has a large coefficient of thermal expansion so the silicone film must be peeled off when repairing circuit boards.
5. Parylene PCB dooating
Parylene needs to be coated by automatic coating equipment (vapor deposition equipment). Under vacuum at room temperature, the active monomers of free radicals form a uniform layer of poly-para-xylene on the surface of objects. It forms coatings on a variety of surface conditions and exhibits excellent protection against various environments.
PCB Coating Comparison Chart
| Aspects | Akryl | Poliuretan | Żywica epoksydowa | silikon | Parylen |
| Volume Resistivity ρv（/ Ω·cm） | 1012~1016 | 1011~1014 | 1012~1015 | 1013~1015 | 1016~1017 |
| Relative Permittivity ε | 3.8~4,5 | 3.8~4,5 | 3.3~4,5 | 2.6~2.8 | 2.65 |
| Dissipation Factor tan δ | 3.5×10-2 | 3.4×10-2 | 2.3×10-2 | 3.5×10-3 | 8.0×10-4 |
| CTE α（×10-5·℃-1） | 5.0~9.0 | 10.0~20.0 | 4.5~6.5 | 6.0~9.0 | 3.0~8.0 |
| Heat Resistance /℃ | 120 | 120 | 120 | 200 | 350 |
| Qualified Thickness
(After Curing) |
0.03-0.13mm | 0.03-0.13mm | 0.03-0.13mm | 0.05-0.21mm | 0.01-0.05mm |
| Curing Required | tak | tak | tak | tak | Nie |
| Repairability | Doskonały | Dobry | Słaby | Umiarkowany | Dobry |
Techniques to Apply a Circuit Board Coating
Istnieją różne metody nakładania powłok na płytki drukowane, oni są:
podręcznik Spraying – Ta metoda jest odpowiednia dla serii niskonakładowych, ponieważ jest to proces czasochłonny. Normalnie, do nakładania powłoki używamy puszki z aerozolem lub ręcznego pistoletu natryskowego, i przed opryskiwaniem, te obszary, które nie wymagają malowania, muszą zostać pokryte. The coating effects would be a little different between different batches due to the manual operation.
Selektywny dooating – Odnosi się do automatycznego procesu powlekania, który nakłada powłokę na określone obszary na płytkach drukowanych za pomocą zaprogramowanych zrobotyzowanych dysz rozpylających, i nie ma potrzeby zakrywania obszarów, które nie mają być spryskiwane. Proces ten charakteryzuje się wysoką wydajnością i dokładnością, nadaje się do produkcji wielkoseryjnej.
Zanurzenie – Do tej metody, PCB byłyby najpierw zanurzane w roztworze do powlekania, a następnie usuwane. Na efekt powlekania wpływa wiele czynników, takich jak prędkość zanurzania i wyciągania, czas maczania, itp. Przed procesem powlekania wymagane jest rozległe maskowanie, więc nadaje się do tych płytek drukowanych, które wymagają powlekania po obu stronach.
Szczotkowanie – Pędzel służy do nakładania powłoki na określone obszary, i jest to metoda używana głównie do napraw i przeróbek. Proces zajmuje dużo czasu i wymaga dużo pracy, ostateczny efekt powlekania uzależniony jest od biegłości operatora.
How to Measure the Thickness of PCB Coating?
PCB coating is usually very thin and doesn’t add extra weight to the circuit board. A zatem, measuring coating thickness usually needs professional tools. Here are some primary measurement methods.
Wet Film Thickness gauge
This tool is ideal for measuring a wet film thickness. A gauge has many teeth and notches, just like a comb. Press the thickness gauge vertically into the coating until it touches the bottom and hold for a few seconds. Then remove it vertically. Now you can read the value between the “shortest tooth without paint” i “longest tooth with paint”, which is the wet film thickness (WFT). If you want to get an approximate dry coating thickness, multiply this value by the solids percent of the coating.
Mikrometr
A micrometer is suited for measuring harder coatings, as soft coatings tend to deform under pressure. It involves measuring the thickness before and after coating at different locations on the PCB. Następnie, calculate the standard deviation of measurements taken at different locations to assess the uniformity of coating thickness. This is a formulation to calculate the thickness: Single-sided coating thickness= (After Curing Thickness − Before Coating Thickness) / 2
Eddy dourrent Probes
The eddy current probe is a non-destructive and highly accurate measurement tool. It emits an oscillating electromagnetic field to measure the coating thickness. jednak, this method is limited. One is that it requires a metal under the PCB coating. The other is that the probe needs to be in direct contact with the surface of the sample being measured. Jeśli nie, the results will be inaccurate.
Ultrasonic Thickness Gauge
Ultrasonic thickness gauge is a non-destructive test and has advantages over eddy current probes in that it doesn’t require a metal backplane. To make good contact with the surface, it needs a conductive substance, like water, propylene glycol, itp. The transducer emits sound, which passes through the PCB coating, reaches the surface of the printed circuit board, and then reflects back to the transducer. Teraz, you can calculate the thickness by this formulation: Thickness = (Speed of Sound × Time Interval) / 2
Curing Methods of Circuit Board Coating
The curing time can be affected by many factors, including type of resin, grubość powłoki, and curing method. We’ll then go over the four main curing techniques.
Evaporative Curing Mechanism
Mówiąc prościej, only the coating resin remains when the liquid carrier evaporates. To provide a sufficient coating on the edges of their components, circuit boards typically require at least two dips. The liquid carrier in coating materials is usually solvent-based or water-based. Solvent-based is easy to process and has consistent coverage due to good wetting propriety, offering fast cure times. jednak, it is flammable, requiring good ventilation and an exhaust system. Water-based eliminates flammability hazards, but it needs longer curing time and is sensitive to ambient humidity.
Moisture Curing
It is commonly used to cure silicone and some polyurethane coatings. The principle is that these materials react with moisture in the environment to form a coating. Moisture curing usually works in conjunction with an evaporative curing mechanism. Pierwszy, the carrier solvent evaporates. Then the resin reacts with the moisture to achieve the final cure.
Heat Curing
Heat curing can be used to process one or multi-component systems. It can be used alone or serve as a secondary curing mechanism for evaporative curing, moisture curing, or UV curing. jednak, it’s essential to consider heat-sensitive boards and components during high-temperature curing.
UV Curing
UV curing is a completely solid system without carrier solvents. It uses ultraviolet light to curing, offering a fast curing process. UV lights can only irradiate the visible areas of the surface. For the blocked areas (under the components or in the shadow areas), a secondary curing mechanism is required. But this curing method also has disadvantages. It requires UV curing equipment and workers need to be protected from UV radiation. The cured coatings are difficult to repair or rework.
How to Remove Conformal Coating?
Gdy płytka drukowana wymaga naprawy lub wymiany podzespołów, musimy usunąć powłokę ochronną płytki drukowanej. Poniżej przedstawiamy powszechnie stosowane metody usuwania powłok ochronnych:
Usuwanie rozpuszczalnika – Use specific solvents to dissolve the coating, ale upewnij się, że wybrany rozpuszczalnik jest odpowiedni i nie uszkodzi elementów elektronicznych. Ogólnie, Powłoki akrylowe są najłatwiejsze do rozpuszczenia, natomiast powłoki silikonowe i uretanowe są trudniejsze do usunięcia.
Peeling – For some elastic coatings such as silicone conformal coating, możemy je usunąć, odrywając je nożem od płytki drukowanej. Proces ten wymaga jednak szczególnej staranności i precyzyjnej kontroli ze strony operatora, w przeciwnym razie może to spowodować uszkodzenie podzespołów.
Thermal/Burn-through – During the repair process, możesz użyć lutownicy, aby po prostu przepalić powłokę, ale trzeba się nim posługiwać ostrożnie. Ta metoda jest odpowiednia dla prawie wszystkich typów powłok konforemnych.
Mikroblastowanie –The process involves using a micro-sandblaster, w którym wykorzystuje się skoncentrowaną mieszankę miękkiego materiału ściernego i sprężonego powietrza, aby skutecznie usunąć powłokę. Metoda ta nadaje się do usuwania powłok parylenowych i epoksydowych.
Szlifowanie/skrobanie – You need to use a drill to grind off the unnecessary coating, który jest odpowiedni do niektórych twardszych powłok, takich jak żywica epoksydowa i poliuretan. jednak, jeśli operator nie jest ostrożny, istnieje możliwość uszkodzenia płytki drukowanej, więc ta metoda nie jest priorytetem.
Common PCB Coating Defects and Solutions
| Wady | Possible Causes | Rozwiązania |
| Pinholes | -Inadequate cleaning of circuit boards
-Excessive spray pressure -High ambient humidity -High temperature causing rapid solvent evaporation |
-Thoroughly clean and dry the board before coating
-Use correct spray pressure and nozzles -Maintain humidity below 65% RH -Keep the ambient temperature below 30°C |
| Air Bubbles | -Previous stirring-induced bubbles, didn’t wait to disappear to coat
-Spray nozzle too close or pressure too high -High viscosity of coating material -Rapid solvent evaporation due to high temperature -Surface contamination, including residual solvent and moisture |
-Allow sufficient standing time after mixing before coating
-Set correct spray pressure and distance -Control viscosity during coating -Avoid high temperatures -Thoroughly clean and dry the board before coating |
| Poor Adhesion | -Inadequate cleaning
-Low surface tension of solder mask layer -Improper selection of PCB coating type |
-Perform thorough cleaning of PCB and components before coating
-Choose conformal coatings with better surface wetting or change solder mask type -Choose a compatible conformal coating |
| Cracking | -Increased brittleness and poor flexibility under low temperatures
-Excess curing agent in two-component coatings causing high shrinkage -Poor adhesion of the coating |
-Select flexible PCB coatings
-Precisely control mixing ratios for two-component coatings -Improve coating adhesion |
| Orange Peel | -Low ambient humidity
-Fast-evaporating thinner -High viscosity of coating material |
-Check the production environment
-Use a thinner with a slower evaporation rate -Reduce the viscosity of coating material |
PCB Tablica Standardy powłok
In conformal coating, istnieje szereg standardów dotyczących powłok PCB, które wymagają ich stosowania w określonych warunkach, np. w wojsku, samochód, użytek krajowy, itp. Najczęściej powłoki ochronne kwalifikują się do specyfikacji MIL-I-46058C lub IPC-CC-830B, która jest ściśle związana z MIL-I-46058C.
MIL-I-46058C: Powszechny w branży standard powlekania konforemnego, znany również jako wojskowy związek izolacyjny. Wymaga testów w dowolnych laboratoriach autoryzowanych przez MIL i jest nadal używany nawet po dezaktywacji od 1998 dla nowych projektów. Ten test wymaga standardowej listy kwalifikowanych produktów (QPL).
Def Stan 59/47: Podobny standard do 46058C stosowany do powlekania wysokiej klasy urządzeń do użytku wojskowego, ale brytyjskie Ministerstwo Obrony musi je najpierw zatwierdzić.
IEC 61086: Standard oparty na samocertyfikacji przez dostawcę o podobnych wymaganiach do 46058c. Rządzi tym Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna.
IPC-CC-830B: Aktywnie używany i stale aktualizowany standard podobny do 46058C, wprowadzony, gdy 46058C pozostaje nieaktywny. Materiał znormalizowany dla 46058C zgodny z tymi specyfikacjami. Brak dostępnych testów, ponieważ nie jest utrzymywana QPL.
UL94V0: Odnosi się do właściwości samogasnącej powłoki ochronnej na podłożu FR4 FR. V0 to najwyższa osiągalna kategoria, której następcami są V1 i V2.
PCB Coating Service at MOKO Technology
Choosing the right PCB coating should balance many factors such as working environment, level of protection, circuit board’s requirements, itp. MOKO Technology deeply understands the concerns of applying PCB coatings to your boards. We’re here, backed by nearly 20 years of PCB & PCBA experience, to help you choose the ideal coating solution. For expert help, Skontaktuj się z nami.
