Caracterização química e física de conformal coatings envolvidos na produção de PCBA's

Abstract

Atualmente quase todos aparelhos usados no dia-a-dia, como televisões, rádios, telemóveis, brinquedos robotizados, etc., contêm placas de circuito impresso montadas, os PCBA’s. Os PCBA’s são compostos por placas de circuitos impressos eletricamente isolantes, que possuem vias condutoras e ilhas de cobre para a colocação de componentes elétricos. A montagem de PCB’s envolve um conjunto de processos desde a colocação de componentes, pelas tecnologias Through Hole (THT) e Surface Mount (SMT), até à montagem final, passando pelos processos de proteção de componentes elétricos, como o conformal coating. O processo de conformal coating consiste na aplicação de resinas sobre os componentes elétricos com a finalidade de os proteger da humidade, funcionando ao mesmo tempo como isolante elétrico. Nesta dissertação foram caraterizados química e fisicamente os processos de secagem e cura de dois coatings utilizados na produção de PCBA’s da Bosch Car Multimedia S.A.. Os coatings caracterizados são resinas de bases diferentes, uma acrílica (PC88) e uma de poliuretano (Peters 1301). Os métodos utilizados para esta caracterização foram a Calorimetria Diferencial de Varrimento, a Analise Termogravimetrica e a Espetroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier. Além dos ensaios anteriormente referidos, foram ainda observadas por microscopia ótica as secções das amostras dos ensaios de DSC e TGA, para avaliar a espessura do coating no final desses ensaios, o que permitiu aferir de que forma essa espessura influencia os processos de secagem e cura. Os ensaios revelaram que, para o coating PC88, os parâmetros utilizados na Bosch Car Multimedia S.A. permitem a obtenção de PCBA’s com qualidade, visto que só ocorre evaporação de solvente neste material durante o seu processo de secagem. No caso do coating Peters 1301, os ensaios mostram que o material é estável para espessuras até 100μm, já que seca totalmente para espessuras inferiores e até esta espessura, com evaporação de 40% em massa do solvente. No entanto, o fornecedor deste coating admite a existência de um processo de cura que não foi evidenciado nos ensaios realizados.

Currently most of the day-to-day equipment and gadgets, such as TVs, radios, robotic toys and mobile phones, incorporate printed circuit boards assembled (PCBA's). The PCBA's are composed of printed circuit board electrically insulated and have conductive vias and pads in copper for placing electrical components. The PCB assembly involves a number of processes from the placement of components, by Through Hole (THT) and Surface Mount technologies (SMT), until final assembly and protection processes of electrical components such as the conformal coating. The conformal coating process involves the coating of electrical components with a resin for protection against moisture, acting at the same time as an electrical insulator. This thesis aims to characterize chemically and physically the drying and curing processes of two coatings used to protect the PCBA's of Bosch Car Multimedia S.A.. The coatings have different resin composition, one is acrylic (PC88) and the other is a polyurethane (Peters 1301). The methods used for coatings characterization were Differential Scanning Calorimetry, Thermogravimetric Analysis and Fourier Transform Infrared. Furthermore the samples tested were sectioned and observed under optical microscopy to evaluate the thickness of the coating after the tests, and to correlate it with the characteristics of the drying and curing processes. The tests revealed that the parameters used in Bosch Car Multimedia S.A. for the drying of PC88 allowed to obtain good quality PCBA’s since solvent evaporation occurs completely, and no other reactions were observed. In case of the coating Peters 1301, the tests showed that the material is stable for thicknesses below 100μm, since drying is total up to this thickness, with 40% weight evaporation. However, the supplier of this coating admits the existence of a curing process that was not observed in the tests.