מהי ציפוי לוח מעגל מודפס (Conformal Coating)?
ציפוי לוח מעגל מודפס – הנקרא גם Conformal Coating – הוא סרט מגן דק המיושם על גבי ה-PCB כדי להגן עליו מפני לחות, אבק, תרסיס מלח, כימיקלים וגורמים סביבתיים נוספים. המילה Conformal פירושה שהציפוי “מתחבר” לתוואי הרכיבים והמסלולים, ויוצר שכבה מבודדת ואחידה מבלי לשנות את צורת הלוח.
ציפוי נכון משפר את אמינות המוצר לטווח ארוך: הוא מונע קורוזיה, זרמי דליפה וקצרים שנגרמים מלחות או זיהום – במיוחד בסביבות קשות כגון חוץ, רכב ותעשייה.
האם ציפוי PCB עמיד למים?
אנשים רבים חושבים ש-Conformal Coating הופך את ה-PCB לאטום למים. בפועל הציפויים הללו עמידים ללחות אך אינם אטומים לחלוטין. הם מאטים את חדירת אדי המים אך נשארים חדירים במידה מסוימת.
אם העיצוב יהיה שקוע לחלוטין במים או חשוף לנוזלים באופן קבוע, יש להשתמש ב-Potting/Encapsulation – כלומר עטיפה בשרף מוצק במקום שכבה דקה.
מתי צריך לצפות PCB?
בדרך כלל ניישם ציפוי כשהלוח יעבוד בתנאים שעלולים לגרום לקורוזיה או לזרמי דליפה. למשל:
- אלקטרוניקה חיצונית/ימית החשופה ללחות ולאוויר מלוח.
- יחידות בקרה ומודולי הספק ברכב תחת עומסי חום ורעידות.
- ציוד תעשייתי הפועל ליד כימיקלים, אדים או אבק.
- אלקטרוניקה רפואית וצבאית הדורשת אמינות גבוהה.
חמשת סוגי הציפויים העיקריים
לכל כימיה יתרונות וחסרונות. הבחירה תלויה בסביבה, בתדירות התיקונים וביעדי העלות.
| סוג | יתרונות עיקריים | חסרונות | עובי טיפוסי | שימושים |
|---|---|---|---|---|
| Acrylic (AR) – אקרילי | מתייבש מהר, זול, קל להסרה ולתיקון | עמידות כימית נמוכה יותר | 25–75 מיקרון | פרוטוטיפים, צרכני, הגנה כללית |
| Urethane (UR) – יורתאן | עמידות גבוהה לכימיקלים ולשחיקה | קשה יותר לתקן | 25–75 מיקרון | אוטומוטיב, בקרה תעשייתית |
| Silicone (SR) – סיליקון | טווח טמפרטורות רחב, גמיש, מצוין ללחות | זמן ריפוי ארוך, עמידות נמוכה לממסים | 50–100 מיקרון | ספקי כוח, LED, ציוד חוץ |
| Epoxy (ER) – אפוקסי | קשיח וחזק, עמידות כימית מצוינת | נוקשה מאוד, כמעט לא ניתן להסרה | 50–150 מיקרון | סביבות כימיות/תרמיות קשות |
| Parylene (XY) – פארילן | שיקוע באקום, דק במיוחד, אחיד וללא נקבוביות | ציוד יקר ותהליך ארוך | 10–50 מיקרון | רפואי, תעופה וחלל, חיישנים מדויקים |
ציפויי אקריל פופולריים באלקטרוניקה כללית בזכות האיזון בין הגנה ליכולת תיקון. סיליקון עדיף בלחות גבוהה ושינויי טמפרטורה. פארילן מעניק כיסוי עליון כשדרושים אחידות ועובי מינימלי.
שיטות יישום
ריסוס (ספריי או אקדח ריסוס)
מהיר ומתאים לאצוות קטנות או לתיקון בשטח. פחיות נוחות במעבדה; אקדח מספק שליטה טובה יותר לסדרות גדולות. דגשים: להסוות מחברים ומפסקים, לרסס ממרחק 20–25 ס״מ, לחפוף מעברים, ולאפשר זמן התאיידות בין שכבות.
מריחה במברשת
השיטה הפשוטה ביותר. מורחים שכבה דקה ואחידה במברשת רכה. טוב לפרוטוטיפים או תיקון נקודתי. ניקיון קריטי – שכבה עבה מדי עלולה לכלוא אבק או בועות.
טבילה (Dip)
הלוח נטבל במכל ציפוי ומוצא באיטיות. מספק אחידות וכיסוי מצוינים אך דורש קיבוע טוב ואוורור כדי למנוע כיסי אוויר. הסוואה חיונית להגנת מחברים ונקודות בדיקה.
ציפוי סלקטיבי
מערכות אוטומטיות נפוצות בייצור המוני. פייה מתוכנתת מורחת חומר רק היכן שצריך, ועוקפת אזורים רגישים.
שיקוע פארילן
בניגוד לנוזלים, פארילן מושקע כגז בוואקום. הגז חודר לכל פינה ויוצר שכבה אחידה וללא חורים. הכיסוי הטוב ביותר – אך יקר יותר.
עובי הציפוי, ריפוי (Curing) ובדיקה
עובי טיפוסי של Conformal Coating הוא 25–127 מיקרון. שכבה עבה מגינה יותר אך עלולה לכלוא ממסים או להפחית פיזור חום.
שיטות ריפוי:
- התאיידות ממס: ייבוש באוויר, נפוץ באקרילי.
- ריפוי בחום: מאיץ פולימריזציה ביורתאן/אפוקסי.
- ריפוי בלחות: קיים בחלק מציפויי הסיליקון; דורש לחות סביבתית.
- ריפוי UV: התקשות מיידית תחת UV; פופולרי בקווים מהירים.
סימני ריפוי לקוי: משטח דביק, הלבנה/עכירות, או טביעות אצבע לאחר הייבוש.
בדיקה:
לרוב הציפויים יש סמן פלואורסצנטי לבדיקת כיסוי תחת אור שחור. בבניות קריטיות מודדים עובי באמצעות מד סרט רטוב או השוואת משקל.
טיפים לתכנון ולייצור
- Keep-out: סימון אזורים שאסור לצפות – מחברים, נקודות בדיקה, רכיבים מתכווננים וכפתורים.
- חורי אוורור: שחרור אוויר כלוא בזמן טבילה/ריסוס.
- מרחקי זחילה/אוויר: הציפוי משפר בידוד אבל לא מחליף מרווחי בטיחות במתחים גבוהים.
- ניהול חום: שכבות עבות מבודדות תרמית. הימנעו מציפוי רכיבים חמים או השתמשו ב-vias ובפדים תרמיים.
- הסוואה נכונה: סרטי חום/סיליקון וכובעים ייעודיים למחברים – חוסך שעות ניקוי.
כיצד לבחור את הציפוי המתאים (3 שלבים)
שלב 1 – הערכת הסביבה:
זהו גורמי מאמץ עיקריים – לחות, טמפרטורה, מלח, כימיקלים, רעידות – וקבעו רמות נמוך/בינוני/גבוה.
שלב 2 – בחירת החומר:
- לחות גבוהה ושינויי טמפרטורה → סיליקון
- התזה כימית או שחיקה → יורתאן/אפוקסי
- פרוטוטיפים קלים/מעבדה → אקריל
- צורות מורכבות/משימות קריטיות → פארילן
שלב 3 – קביעת תהליך היישום והעובי:
- אצוות קטנות → ריסוס או מברשת
- נפחים גדולים → ציפוי סלקטיבי או טבילה
- הגנה מרבית → פארילן
התאימו עובי לחומר: דק בפארילן, בינוני באקריל, עבה יותר בסיליקון.
ניקיון, Flux ותיקונים (Rework)
הניקיון הוא הכול. שאריות יוניות מתחת לשכבה עלולות לגרום לקורוזיה או לצמיחה דנדריטית. תמיד לנקות ולאפות את הלוחות לפני הציפוי להסרת Flux ולחות.
בעת צורך בתיקון:
- אקריל – ניתן להסיר בממסים נפוצים (כמו אצטון) או במסירי ציפוי ייעודיים.
- סיליקון ויורתאן – נדרשים ממסים חזקים יותר או שיוף עדין.
- אפוקסי – כמעט קבוע; לעיתים רק חימום מקומי וגרידה.
לאחר התיקון לנקות שוב וליישם ציפוי משלים.
תקלות נפוצות וכיצד לפתור
- חורים זעירים/בועות: אוויר כלוא או ניקוי לקוי.
פתרון: שיפור הכנה, הפחתת עובי, הארכת זמן התאיידות. - Fish-Eyes/נסיגה: זיהום בשמן סיליקון/גריז.
פתרון: כפפות ללא אבקה, הימנעות מחומרי סיכה סיליקוניים, ניקוי חוזר. - מרקם “קליפת תפוז”/חספוס: מרחק ריסוס גדול מדי או צמיגות גבוהה.
פתרון: התאמת דילול, הקטנת מרחק, או העלאת לחץ מעט. - סדיקה/התקלפות: שכבה עבה מדי או היצמדות ירודה.
פתרון: להפחית בנייה, לוודא יובש רכיבים, להתאים התפשטות תרמית. - הצטברות בקצוות/נטיפות: מעברי ריסוס כבדים או כוח כבידה.
פתרון: שכבות קלות מרובות ושינוי זווית הלוח בייבוש.
בדיקה מוקדמת תחת UV חוסכת זמן תיקון ומונעת כשלי שדה.
שאלות נפוצות (FAQ)
1. ממה מצפים PCB?
בדרך כלל מפולימרים כמו אקריל, סיליקון, יורתאן, אפוקסי או פארילן, היוצרים שכבה דקה מבודדת.
2. מהו הציפוי “הטוב ביותר”?
אין אחד שמתאים לכולם. אקריל קל ליישום ולתיקון; סיליקון מצטיין בלחות ובטמפרטורה; יורתאן/אפוקסי עמידים לכימיקלים; פארילן מספק הגנה מקסימלית ליישומים קריטיים.
3. מה מטרת הציפוי?
להגן מפני לחות, אבק ומזהמים, לשפר חוזק דיאלקטרי ולהאריך חיי מוצר.
4. אילו בעיות נפוצות בציפוי?
בועות, חורים זעירים, התקלפות וקושי בתיקון – לרוב עקב ניקוי גרוע, צמיגות לא נכונה או ריפוי שגוי.
5. האם Conformal Coating אטום למים?
עמיד למים במידה מסוימת אך לא אטום. לטבילה מלאה – להשתמש ב-Potting/Encapsulation.
6. מהו העובי הרצוי?
בדרך כלל 25–127 מיקרון (1–5 mil) – תלוי בחומר ובתנאי הסביבה.
מילות סיכום
אסטרטגיית ציפוי טובה מתחילה בהבנת הסביבה וצרכי האמינות. בחרו חומר ותהליך יישום תואמים, כש-ניקיון הוא הבסיס.
כאשר עושים זאת נכון, Conformal Coating הוא אחד האמצעים הפשוטים והיעילים ביותר להפוך אלקטרוניקה לעמידה יותר ולבעלת חיי שירות ארוכים.
