Plazma atmosferyczna wyznacza standardy procesu powlekania układów scalonych

Kategoria: Nowości z rynku / Data: 4 maja 2015

Płytki drukowane przetworników potencjometrycznych i czujników obrotowych są tworzone w procesie sitodruku wykorzystującym przewodzący tusz. Podczas produkcji w południowo-niemieckiej fabryce wykorzystanie plazmy atmosferycznej do obróbki wstępnej płytek doprowadziło do imponujących rezultatów.

Niezliczone procesy automatyczne zależą od trwałej adhezji przewodzącego tuszu. W tym wypadku efektywna obróbka wstępna podłoża przeznaczonego pod zadruk, np. aktywacja i czyszczenie powierzchni, jest obowiązkiem. Do osiągnięcia tego celu dostępne są różne środki. Wciąż najbardziej powszechnym jest użycie chemii na bazie rozpuszczalników. Metoda ta, jakkolwiek nie byłaby skuteczna, wpływa negatywnie na środowisko, co również wiąże się z wysokimi kosztami składowania odpadów.

W latach 90 w Novotechnic (w niemieckiej fabryce wysokiej jakości bezkontaktowych potencjometrycznych przetworników pozycyjnych i czujników obrotowych) rozpoczęła się przyjazna dla środowiska produkcja, kiedy wdrożono wstępną obróbkę płytek drukowanych w plazmie niskociśnieniowej. Sposób ten okazał się skuteczny, aczkolwiek , jako proces w zamkniętej komorze, nie był doskonały. Należy pamiętać, że komora próżniowa jest idealna dla procesów wsadowych, a mniej odpowiada wstępnej obróbce dużych ilości elementów. W dodatku czas cyklu zazwyczaj jest zbyt długi. Dodatkowymi problemami dla niemieckiej fabryki były: brak możliwości integracji z istniejącą już linią produkcyjną, a w dodatku czasochłonność jej trwania – jedna osoba musiała najpierw załadować komorę niskociśnieniową, a następnie wyjąć ręcznie aktywowane komponenty.

Novotechnic chcąc zwiększyć produkcję ciągle poszukiwała alternatywnego procesu – i go odkryła! Rozwiązaniem ponownie okazała się plazma, lecz tym razem bez powyższych ograniczeń.

Plazma atmosferyczna

Wprowadzona na rynek przez firmę z Westfalii – Plasmatreat obróbka plazmą Openair® w ciśnieniu atmosferycznym wykorzystująca zasady działania dyszy, odpowiada większości geometrii aktywowanych detali. W przeciwieństwie do komory niskociśnieniowej, stanowisko plazmowe jest teraz zintegrowane z linią produkcyjną i pracuje w warunkach ciśnienia atmosferycznego. Dysze zasilane są przez powietrze i wysokie napięcie. Bezpotencjałowy system plazmowy charakteryzuje się trójstronnością działania: aktywuje powierzchnie poprzez proces selektywnej oksydacji, jednocześnie rozładowuje i zapewnia bardzo dokładne czyszczenie powierzchni.

Aktywacja

Obróbka wstępna płytki obwodu drukowanego ma przede wszystkim na celu aktywować jej powierzchnię. Jest to najważniejsza miara oceny możliwej siły adhezji na klejonym lub powlekanym podłożu. Obróbka plazmowa, np. silna aktywacja powierzchni materiału może przynieść wyraźny wzrost energii powierzchniowej. Testy przeprowadzone w Plasmatreat ujawniły, że wartość 72 mJ/m2 jest osiągalna dla większości tworzyw sztucznych. Otrzymane rezultaty pokazały, że nie tylko proces klejenia może zostać poprawiony, ale również przyczepność spoiw na bazie wody lub lakierów na powierzchniach o wstępnie niskiej wartości energii, takich jak tworzywa niepolarne.

Czujniki

Czujniki Novotechnic przeważnie są wykorzystywane w branży Automotive i inżynierii produkcji. Wiodące technologie Automotive bez czujników są trudne do wyobrażenia w dzisiejszych czasach. Co się liczy poza bardzo precyzyjnym wykonaniem i niezawodnością to długi czas pracy. Typowym przykładem w zakresie sterowania jest wykrywanie położenia przepustnicy i pozycji pedałów.

Elektroniczne moduły wartości pedału zawierają obudowę dźwigni, czujnik obrotowy oraz mechaniczny system symulujący tradycyjne czucie pedału gazu przez kierowcę. Sensor pedału gazu zawiera kontroler położenia pedału i wpływa na mieszankę powietrze/benzyna poprzez ustawienie przepustnicy. Wszystkie obwody drukowane w tym czujniku są produkowane w Novotechnic przy użyciu sitodruku w powiązaniu ze specjalnie zaprojektowanym, wysokiej jakości przewodzącym tuszem.

W czasie testów

Novotechnic szybko zdało sobie sprawę z potencjału jaki niesie za sobą technologia plazmowa. „System może być z łatwością zintegrowany z naszym procesem powodując za razem wzrost wydajności i oszczędność czasu pracy” – mówi Dr Tobias Eckert (Szef Centrum Technologii Potencjometrów). Testy zawierają: aktywację powierzchni, test adhezji, jak również wszechstronne testy trwałości użytkowej zapewniające o wysokiej jakości. W trakcie ostatniego cyklu produkty są poddawane obciążeniom, na jakie mogą być narażone podczas użytkowania, w specjalnie przystosowanych do tego urządzeniach testowych.

Dla przykładu, klient zażądał dowodu, że przepustnica jest w stanie wytrzymać 10 milionów cykli bez znacznych zmian właściwości elektrycznych – ta liczba odpowiada pokonaniu przez samochód 1 miliona kilometrów!

Co więcej, produkcja Novotechnik jest regulowana przez ogólną zasadę, że techniczne modyfikacje nie mogą być tylko i po prostu wprowadzone. Dopiero po wyprodukowaniu i przekazaniu klientowi próbki do testów można przyjąć techniczne innowacje.

Produkcja płytek drukowanych w znaczeniu plazmy

Proces Openair® został wprowadzony przez Novotechnik do produkcji w 2000 roku. Wyprodukowanie płytek FR4, które są wykonane z włókna szklanego zbrojonego żywicą epoksydową standardowo używaną w produkcji obwodów elektronicznych, jest przygotowywane w czystym pomieszczeniu. Obróbka plazmowa jest konieczna do zapewnienia, z jednej strony, dobrej zwilżalności podłoża z przewodzącą pastą, zwaną również tuszem przewodzącym, w procesie sitodruku, z drugiej pomagając osiągnąć dobrą adhezję tuszu. Zwróćmy uwagę na pozytywny i ważny skutek uboczny jakim jest wypływ plazmy na powierzchnię, który odbywa się z prawie ultradźwiękową prędkością usuwając zakotwiczone cząstki i neutralizując naładowanie elektrostatyczne płytki.

Obróbka atmosferyczna trwa około 1 sekundy, w tym czasie aktywując panel, który może zawierać do 70 obwodów. Stamtąd panele są transportowane do stacji drukowania, gdzie ma miejsce proces sitodruku przy użyciu przewodzącego tuszu.

Tusz przewodzący używany przez Novotechnik jest produkowany w tej właśnie firmie, co sprawia, że jest on idealnie dostosowany do wdrażanych tam aplikacji. „To jest w tej chwili serce potencjometru, ponieważ jakość tuszu determinuje czas życia czujnika”, dodaje Dr Eckert. Kiedy zakończy się proces utwardzania w piecu, elementy są rozdzielane i poddawane kontroli elektrycznej i wizualnej na komputerze.

Wniosek

Novotechnik jest nadzwyczaj zadowolony z efektów działania obróbki plazmowej. Dr Eckert: „Mogę śmiało stwierdzić, że zmiana niskociśnieniowej komory plazmowej na zintegrowany z linią system Openair® była kamieniem milowym w rozwijaniu produkcji sensorów. W ten sposób trzykrotnie zwiększyliśmy wydajność. Proces jest niezwykle skuteczny, bezpieczny, szybki oraz oszczędny. Jedno stanowisko plazmowe jest w stanie poddać obróbce kilka linii sitodruku. System jest niezawodny i zapewnia minimalną podatność na błędy co daje nam pewność produkcji naszych sensorów.” Od kiedy wprowadzono technologię plazmy atmosferycznej, Novotechnik wyprodukowało i dostarczyło znacznie więcej niż 50 milionów komponentów. Do tej pory nie pojawiły się problemy z adhezją na powlekanej powierzchni.