El revestimiento conforme (conformal coating) es una forma rentable de proteger los productos electrónicos contra el agua, los productos químicos y el polvo, los cuales podrían dañar la PCB.
Incluso, en algunos casos, puede ahorrarse mucho dinero y dolores de cabeza si aplica un revestimiento conforme impermeable en la PCB, en lugar de pasar por el gran esfuerzo de crear una carcasa impermeable con certificación IP65 o utilizar otro tipo de tecnología de impermeabilización para componentes electrónicos.
En este artículo, analizaremos los diferentes tipos de revestimiento conforme y sus diversos métodos de aplicación. ¿Cuándo se debe utilizar un revestimiento conforme? ¿Qué método de aplicación funcionará mejor? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de cada método?
También analizaremos la inspección del revestimiento conforme, la eliminación del revestimiento conforme y el revestimiento electrónico.
¡Lea esto y se convertirá en un experto en revestimiento conforme!
TABLA DE CONTENIDO
1- REVESTIMIENTO CONFORME IMPERMEABLE VS. IMPERMEABILIZACIÓN DE LA CARCASA
Hacer que una carcasa de plástico sea impermeable generalmente requiere de mucha habilidad y experiencia, al igual que cualquier otra tecnología de impermeabilización para componentes electrónicos. Incluso en ese caso, se necesitarán bastantes iteraciones de pruebas y modificaciones en los moldes para lograr que quede perfecta.
Generalmente, esto implica añadir un material blando como el TPR entre las superficies de contacto. La forma más económica de hacerlo es ajustar por fricción o pegar una junta tórica (O-ring) de TPR en su lugar, pero este es un proceso laborioso y propenso a errores.
Lo mejor es combinar el plástico blando y el rígido en una sola pieza mediante sobremoldeo (overmolding). Para productos de gran volumen, como los cepillos de dientes, se utiliza la tecnología de moldeo por doble inyección (2K molding), donde un molde… moldes y máquinas de inyección.
Los moldes y las máquinas de inyección que se necesitan para esta tecnología suelen ser aproximadamente tres veces más caros que los utilizados para una sola pieza de plástico.
Para volúmenes de pedido inferiores a, por ejemplo, 50 000 unidades, es mucho más ventajoso utilizar el «método sneaker» (o manual), en el cual se extrae la pieza de ABS de un molde y se lleva caminando hacia la siguiente máquina, donde se le inyecta el TPR encima.
Lo ideal es que la pieza de ABS esté todavía caliente para que el segundo material se adhiera mejor al primero.
Básicamente, el revestimiento conforme evita todas esas inversiones adicionales en moldes de inyección, ingeniería, pruebas interminables y modificaciones en los moldes.
2- RAZONES PARA UTILIZAR UN REVESTIMIENTO CONFORME
Durante el proceso de desarrollo de productos electrónicos llega la etapa de diseño electrónico embebido, especialmente el núcleo de los productos electrónicos: la PCB.
En la electrónica de consumo, el fallo de un dispositivo electrónico —como una batidora— simplemente significa un costoso trámite de RMA. Sin embargo, la confiabilidad es aún más importante en las aplicaciones industriales B2B. Muchos sistemas electrónicos son críticos para poder mantener la producción o el servicio en funcionamiento, mientras que, en algunos casos, las fallas electrónicas pueden poner en peligro la vida.
Por lo tanto, proteger el circuito es importante, y lo es aún más cuando está expuesto a un entorno agresivo (solventes, altas temperaturas, humedad o derrames de agua, etc.). El revestimiento conforme impermeable puede ayudar con todo esto.
Incluso en sectores como el automotriz, el aeronáutico o el médico, es fundamental dotar a las PCB de un revestimiento conforme adecuado para incrementar su confiabilidad.
Al aplicar un revestimiento conforme, hay cuatro factores que deben verificarse y optimizarse:
- El material del revestimiento conforme
- El método de aplicación del revestimiento conforme
- El método de secado y curado del revestimiento conforme
- El método de inspección del revestimiento conforme
La mejor elección para cada uno de estos factores dependerá del volumen de producción y los plazos de entrega, los utillajes disponibles, el entorno, la complejidad de la PCB, etc.
3- POR QUÉ EL ENMASCARAMIENTO ES IMPORTANTE EN EL REVESTIMIENTO CONFORME
Algunas partes de la PCBA no deben recubrirse porque su funcionalidad se vería degradada, por lo tanto, estas áreas deben enmascararse antes de aplicar el revestimiento. Los principales componentes que deben enmascararse son:
- Los componentes electromecánicos y abiertos
Los componentes electromecánicos —como potenciómetros, actuadores, motores e interruptores— se utilizan para convertir una señal eléctrica en un proceso mecánico o viceversa. La mayoría de las veces el mecanismo no es hermético, por lo que el revestimiento conforme penetrará en él, bloqueará el movimiento mecánico y se agrietará.
- Los componentes sensibles a la capacitancia y a la inducción electromagnética
Dependiendo del material de recubrimiento aplicado, el comportamiento de la capacitancia o el comportamiento electromagnético de la PCB pueden verse muy afectados. Por lo tanto, es necesario aplicar un enmascaramiento sobre componentes tales como filtros de RF o blindajes electromagnéticos.
- Componentes ópticos activos o pasivos
Los componentes ópticos —como fotodiodos, celdas fotovoltaicas, láseres, cámaras o cualquier tipo de pantalla— deben protegerse del revestimiento conforme para evitar cualquier defecto o falla.
- Zonas de conectores y puntos de prueba de la PCB
Hay zonas de la PCB que pueden utilizarse para inyectar señales de prueba o monitorear los estados del circuito —como los puntos de prueba, las conexiones a tierra, los conectores o los zócalos de acoplamiento—. Por lo tanto, el revestimiento conforme bloquearía las señales.
- Áreas de la superficie de montaje
La mayoría de los revestimientos conformes tienen bajas propiedades de fricción mecánica. Por lo tanto, cada área diseñada para recibir tornillos, espaciadores o elementos de sujeción debe enmascararse para protegerla del recubrimiento.
- Componentes electrónicos flexibles
La mayoría de los revestimientos conformes no son tan flexibles como los circuitos flexibles. Por lo tanto, si se aplican sobre una parte flexible, existe un alto riesgo de que el recubrimiento se agriete, provocando el inicio de una vía de fisuración.
4- DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS MATERIALES DE REVESTIMIENTO CONFORME
El revestimiento conforme puede realizarse con una amplia variedad de materiales. Estos se seleccionan de acuerdo con la longevidad requerida y el entorno que sus PCB tendrán que soportar.
ACRÍLICOS
El acrílico es el material más común utilizado para el revestimiento conforme. Tiene una excelente resistencia a la humedad, lo que lo convierte en el revestimiento conforme impermeable perfecto, además de ser fácil de aplicar y fácilmente reparable.
Es adecuado para la mayoría de las aplicaciones, siempre y cuando la PCB no vaya a estar expuesta a salpicaduras de solventes o a un calor excesivo.
Principales usos: Aeronáutica, automoción, equipos de comunicación, gestión del motor.
Espesor requerido: de 25 a 75 µm / 0.001″ a 0.003″
POLIURETANOS
El revestimiento conforme de poliuretano es fácil de aplicar y resistente a los solventes. Sin embargo, es difícil de reparar y requiere un tiempo de curado prolongado.
Principales usos: Protección contra la niebla salina, aplicaciones donde se requiere resistencia a los solventes.
Espesor requerido: de 25 a 75 µm / 0.001″ a 0.003″.
SILICONA
El revestimiento de silicona tiene la gran ventaja de ser resistente a las altas temperaturas. Sin embargo, es muy sensible a los solventes, difícil de aplicar y muy costoso. En cuanto a la remoción del revestimiento conforme, es casi imposible de retirar.
Principales usos: Equipos sujetos a altas temperaturas y equipos de minería.
Espesor requerido: de 50 a 200 µm / 0.002″ a 0.008″.
A continuación, los denominados revestimientos «tradicionales», menos utilizados pero existentes.
EPÓXICOS
El revestimiento conforme epóxico proporciona una buena resistencia a la humedad, al ataque químico y a las altas temperaturas. Sin embargo, tiene una baja flexibilidad y la remoción del revestimiento conforme es difícil.
Espesor requerido: de 25 a 75 µm / 0.001″ a 0.003″.
PARAXILILENO
El revestimiento conforme de paraxilileno tiene una excelente resistencia al moho, a los ataques químicos, dieléctricos y de altas temperaturas. Sin embargo, el proceso es muy costoso y difícil de implementar.
Espesor requerido: de 12 a 17 µm / 0.0005″ a 0.0007″.
NANOREVESTIMIENTO DE FLUOROPOLÍMERO
Un nanorevestimiento de fluoropolímero es una película ultrafina compuesta de fluorocarbonos. Esta tiene una buena resistencia al moho y a las altas temperaturas. Cuenta con una excelente resistencia dieléctrica y un bajo costo de proceso.
Sin embargo, tiene una baja resistencia a la abrasión y a los productos químicos. Además, el costo de configuración del utillaje es elevado.
Espesor requerido: de 12 a 17 µm / 0.0005″ a 0.0007″.
TABLA COMPARATIVA DE MATERIALES DE REVESTIMIENTO CONFORME
5- REVESTIMIENTO CONFORME NEGRO
Protección contra el agua e IP en uno.
Si desea ser especialmente cuidadoso con la seguridad y la privacidad de su diseño electrónico, puede utilizar un revestimiento conforme negro.
Esto garantizará que cualquiera que intente realizar ingeniería inversa a su diseño patentado fracase.
6- MÉTODOS DE APLICACIÓN DE REVESTIMIENTO CONFORME
Existen muchas formas de aplicar un revestimiento conforme. La elección dependerá directamente del volumen de PCB deseado y del rendimiento de producción.
APLICACIÓN POR BROCHA
Este método de revestimiento solo es adecuado para series de producción pequeñas o retoques. Es económico en términos de utillaje. Sin embargo, este método es propenso a defectos, a un espesor excesivo o a irregularidades en la aplicación, por lo que puede tener un aspecto bastante poco profesional.
APLICACIÓN DE REVESTIMIENTO POR ESPRAYADO MANUAL O AUTOMATIZADO
Este método de revestimiento es uno de los más rentables y es adecuado para series de bajo a gran volumen si se automatiza. El esprayado proporciona un acabado muy limpio cuando está automatizado, pero varía de una placa a otra cuando los operadores son humanos. Además, este método puede no ser tan adecuado cuando su diseño de PCB es más bien de naturaleza ‘3D’, debido a que las máscaras utilizadas en este método son 2D.
Los requisitos de enmascaramiento son más bien de naturaleza de blindaje que de barrera, ya que hay menos penetración. La falta de penetración puede ser un problema cuando se desea que el revestimiento penetre debajo de los dispositivos.
REVESTIMIENTO POR INMERSIÓN
Este método de revestimiento es adecuado para grandes series de producción. Esta técnica es muy eficiente. Sin embargo, si el diseño de la PCB no está debidamente optimizado para la inmersión, existe el riesgo de filtraciones.
REVESTIMIENTO SELECTIVO AUTOMATIZADO
Este método de revestimiento es la opción más segura para grandes series de producción.
Esta tecnología consiste en aplicar un revestimiento mediante esprayado únicamente en áreas localizadas. El revestimiento selectivo es un método rápido y preciso, y ofrece la mejor protección.
Nuevamente, es necesario que la PCB esté bien diseñada para evitar efectos capilares alrededor de los conectores de perfil bajo, los cuales pueden succionar el revestimiento y provocar un acabado irregular o incluso zonas sin cubrir. Esto significa que es necesario contar con un operador experimentado para realizar la operación.
DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR
También conocido como CVD, este método de revestimiento es específico para el parileno y los nanorevestimientos conformes. La CVD es eficiente, más uniforme que los otros métodos y adecuada para series de producción medianas a grandes. Además, el material en forma de vapor puede penetrar en las áreas de más difícil acceso de su PCBA.
TABLA COMPARATIVA DE MÉTODOS DE APLICACIÓN DE REVESTIMIENTO CONFORME
7- MÉTODOS DE SECADO Y CURADO DE REVESTIMIENTO CONFORME
Existen pocos métodos para curar el revestimiento, y este proceso toma desde unos pocos segundos hasta días, dependiendo del tipo de resinado y de su espesor. El curado por UV sin solventes es el más adecuado para la producción de grandes cantidades, pero requiere invertir en equipos de curado por UV.
REVESTIMIENTO CONFORME POR UV SIN SOLVENTES
Este método de curado es el preferido debido a su alta velocidad de producción. Además, ofrece una mayor procesabilidad, una resistencia térmica superior y un menor impacto ambiental.
Sin embargo, este método es difícil de aplicar manualmente. Los revestimientos por UV son más difíciles de reparar y retrabajar.
CURADO POR EVAPORACIÓN
El revestimiento se genera mediante la evaporación de un líquido. Sin embargo, la operación debe repetirse al menos dos veces para acumular suficiente espesor de revestimiento. Este es un proceso de curado de revestimiento conforme lento.
CURADO POR HUMEDAD
Las resinas de silicona y uretano se curan mediante este método. La humedad de la atmósfera cura la resina y forma un polímero. Las placas se pueden manipular en un lapso de unos pocos minutos a una hora, pero tardan unos días en alcanzar sus propiedades finales.
CURADO TÉRMICO
El curado térmico mejora el mojado y reduce la viscoisdad, y se utiliza como un curado secundario para el curado por humedad y por UV. El calentamiento adicional acelerará el proceso, pero también puede dañar algunos componentes.
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Este método de curado funciona para sistemas epóxicos. Si la proporción entre las dos sustancias no se respeta estrictamente, su PCB no estará protegida.
TABLA COMPARATIVA DE MÉTODOS DE CURADO DE REVESTIMIENTO CONFORME
8- MÉTODOS DE INSPECCIÓN DE REVESTIMIENTO CONFORME
Tradicionalmente, para la inspección de revestimiento conforme, un inspector examinaba manualmente los revestimientos utilizando una lámpara.
Recientemente, la inspección óptica automatizada (AOI) ha comenzado a reemplazar a la inspección manual.
Los sistemas de inspección automatizados pueden basarse en cámaras o en escáneres; por lo tanto, la tecnología puede adaptarse a las necesidades del proyecto.
9- ¿CÓMO REALIZAR LA REMOCIÓN DE UN REVESTIMIENTO CONFORME?
A veces es necesario realizar la remoción del revestimiento conforme de una PCB para permitir el proceso de reparación o retrabajo. La remoción del revestimiento conforme depende directamente del material y del tamaño del área.
REMOCIÓN POR SOLVENTES
El acrílico es susceptible a los solventes y, por lo tanto, se remueve fácilmente. Asimismo, los epóxicos, uretanos y siliconas se ven menos afectados por el solvente, pero pueden removerse con él.
PELADO
Solo los revestimientos de silicona se pueden pelar de la placa. Sin embargo, no es un proceso fácil.
REMOCIÓN TÉRMICA / POR DEGRADACIÓN TÉRMICA
Es una técnica común para remover la mayoría de los tipos de revestimiento conforme. Sin embargo, existe el riesgo de quemar los componentes si este método de remoción no se procesa correctamente.
MICROCHORREADO ABRASIVO
Utiliza una mezcla concentrada de abrasivo blando y aire comprimido para remover el revestimiento. Se utiliza más comúnmente al remover revestimientos de parileno y epóxicos.
RECTIFICADO / RASPADO
El revestimiento conforme se remueve mediante raspado de la placa de circuito impreso. Se utiliza para remover revestimientos más duros como el parileno, el epóxico y el poliuretano. Este método no es el preferido, ya que se pueden producir daños en la PCB.
10- NORMAS DE REVESTIMIENTO CONFORME
La revisión B de la norma IPC-CC-830 es un estándar de calificación de revestimiento conforme utilizado principalmente por fabricantes de placas, ingenieros de diseño de OEM y proveedores de revestimientos.
UL746E corresponde a las pruebas de Underwriters Laboratories (UL), y es la certificación que también se requiere comúnmente para bienes de consumo.
11- POTTING: ¿LA PROTECCIÓN ABSOLUTA PARA PCB?
Como hemos visto, los diferentes materiales utilizados como revestimientos conformes nunca superan los 0,2 mm de espesor. Aunque pueden ofrecer una semi-protección contra el agua, no hacen que la PCB sea impermeable ni la protegen de un entorno mecánicamente sensible.
Para lograrlo, la única solución será el encapsulado de la PCB, a menudo basado en termoestables, resina epóxica o silicona. El encapsulado, más que proporcionar una impermeabilidad perfecta, otorga a la PCB excelentes propiedades de base mecánica, tales como resistencia a la vibración y a los impactos.
Sin embargo, el encapsulado de la PCB es más costoso, más grande y, a veces, mucho más pesado que un revestimiento conforme.
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