Conformal Coating Testing – Investigation & Methodology

The requirements of conformal coatings can differ from application to application. The most important properties that any conformal coating must have should be discussed first.

The ideal coating should offer a combination of:

Good electrical properties
Low moisture permeability
Good physical characteristics
Excellent adhesion to all board materials

To ensure the coating meets the desired characteristics, the coating needs to be exposed to a range of environments via appropriate test conditions to establish its performance range and limitations

Basic tests:
Electrical performance and accelerated humidity testing.

Advanced testing:
Severe conditions such as salt mist, temperature extremes or rapid environmental changes.
Electrolube put all of their conformal coatings through the test conditions outlined in these specifications and therefore, many other coatings from the range also meet the requirements of these standards. For full info on Product test results, please view the product TDS available from downloads.
Performance Criteria

Surface Insulation Resistance
The electrical resistance of an insulation material measured between two contacts.

When a board is coated it must have an electrical resistivity of 1010 ohms before environmental testing starts. After the tests, this value should not decrease below 108 ohms.

Flexibility
A coating must have a certain level of flexibility to ensure that all areas of the board will be coated sufficiently without any cracking or chipping upon cure. This will also ensure that the board can be moved and handled without damaging the coating and that an adequate level of flexibility is achieved in order to allow the PCB to expand and contract.

A strip of copper is coated and bent around either a 3mm mandrel to test.
The coating must not crack, delaminate from the substrate

Adhesion
Without adequate adhesion to the board the coating will not provide full protection. The cross-hatch test is a simple but effective way of measuring the adhesion of a conformal coating to standard circuit board materials.

A special tool is used to score lines in the coating in both directions, forming a
Cross-hatch pattern. An adhesive tape is then applied to the cross-cut area and carefully peeled away then the coating is inspected to see if any of the squares produced have been removed from the substrate.

Environmental Testing
Environmental testing is essential to ensure the required level of protection is achieved. End-use conditions should be replicated or accelerated, however care must be taken to ensure accelerated tests are suitable for comparison with end-use conditions:

Humidity Exposure and Salt Mist Testing
Thermal Cycling, Shock and Aging
These parameters are either tested individually or combined depending on the requirements

Environmental Cycling
Based on UL746 test methods, the following environmental cycling profile can also be utilised:

24 hours immersed in water, followed by
24 hours at 105°C, followed by
96 hours at 90%RH, 35°C, followed by
8 hours at -70°C – end of cycle
3 cycles

Humidity Tests
Humidity is probably one of the most obvious causes of corrosion for PCBs as moisture in the atmosphere can react with metal components and connections on the board. Humidity testing is carried out on a conformal coating to make sure that the resistance to this humidity is maintained.

Salt Mist Tests
Salt mist tests are important for any board which will be operating in an environment where there will be salt present. An obvious example of this is a marine environment such as electronics on shipping. Salt and water combined is one of the most highly corrosive combinations so it is imperative that adequate protection from this is provided.

Corrosive Gas Testing
Corrosive gas testing involves exposing PCBs to a mixed gas, environment combing hydrogen sulphide and sulphur dioxide BS EN 60068-2-60, method 1.

Surface insulation resistance (SIR) was used to determine the performance of each coating in this environment:

Electrical Testing
Evaluation of electrical properties is essential in all conformal coating applications. Some typical tests include:

Dielectric Strength
Dielectric Constant
Dissipation Factor
Surface Insulation Resistance
Comparative Tracking Index (CTI)

Water Immersion
Immersion in water is an extremely harsh test for a conformal coating to pass. Most coatings will resist immersion for short periods of time however prolonged exposure can highlight issues.

Coated boards were immersed for 7 days and the SIR results compared.
For continuous or frequent immersion in water we advise Electrolube Encapsulation Resins
Solvent Resistance
During its lifetime a PCB may come into contact with any number of solvents, whether in the atmosphere of its working environment, or in direct contact.

Solvent resistance tests can be carried out in accordance with IEC 61086-2. The performance of the coating will largely depend on the solvents used during the test and the chemical makeup of the coating.

Thermal Cycling / Thermal Shock
Changes in temperature happen to a varying degree across most electronic applications due to fluctuations in the operating temperature or the surroundings.

As an example, if you think of a car starting up in winter, the standing vehicle in Europe can be as cold as -40°C, but once the engine is running the temperature of the engine quite rapidly rises to somewhere around 100°C (depending on the vehicle). The car could go through this thousands of times within its lifetime so it is important that products go through a thermal cycle test, or the more extreme thermal shock test (changing the temperature rapidly) to ensure the coating maintains the level of protection offered.

Thermal Cycle Test Example:
A thermal cycling profile was set up as per IEC 60068-2-14:

-55°C to +125°C, 25 minutes at each temperature
12°C/min rate of temperature change
20 cycles
Coated tin, copper, aluminium and FR4 panels were subjected to the cycling and then tested for adhesion (BS EN ISO 2409) and flexibility (3mm mandrel – IPC-TM 650 2.4.5.1)

Thermal Shock Test Example:
Thermal shock is similar to thermal cycling, but over a much faster time frame – Electrolube have recently bought a new machine to test for thermal shock, initial testing has taken place cycling a change of 190 °C in less than a minute.

UV Resistance
Electrolube have carried out weathering resistance tests on a number of available conformal coatings. Tests were in accordance with ISO 4892, Part 3, Cycle 1: ‘Plastics Methods of Exposure to Laboratory Light Sources’ and carried out in a QUV SE Accelerated Weathering Tester. After 1000 hours exposure, the results indicated that Electrolube acrylic coatings, APL and HPA for example, have superior resistance to UV light, maintaining their clarity throughout the exposure testing.

Exposure intensities will vary depending on geographical locations and therefore it is important to establish the correct accelerated exposure time for your region. As an example, this test is roughly equivalent to 4 years weathering resistance in a typical Northern European climate.

İdeal kaplama şunların bir kombinasyonunu sunmalıdır:

İyi elektriksel özellikler
Düşük nem geçirgenliği
İyi fiziksel özellikler
Tüm kart malzemelerine mükemmel yapışma

 

Kaplamanın istenen özellikleri karşıladığından emin olmak için, kaplamanın performans aralığını ve sınırlamalarını belirlemek için uygun test koşulları aracılığıyla bir dizi ortama maruz bırakılması gerekir.

Temel testler:
Elektrik performansı ve hızlandırılmış nem testi.

Gelişmiş test:
Tuz sisi, aşırı sıcaklıklar veya hızlı çevresel değişiklikler gibi şiddetli koşullar.
Electrolube, tüm uygun kaplamalarını bu spesifikasyonlarda belirtilen test koşullarına tabi tutar ve bu nedenle serideki diğer birçok kaplama da bu standartların gereksinimlerini karşılar. Ürün test sonuçları hakkında tam bilgi için lütfen indirmelerde bulunan ürün TDS'sini görüntüleyin.
Performans kriteri

Yüzey İzolasyon Direnci
İki kontak arasında ölçülen bir yalıtım malzemesinin elektrik direnci.

Bir kart kaplandığında, çevresel test başlamadan önce 1010 ohm'luk bir elektrik direncine sahip olmalıdır. Testlerden sonra bu değer 108 ohm'un altına düşmemelidir.

Esneklik
Bir kaplama, kartın tüm alanlarının sertleşme üzerine herhangi bir çatlama veya ufalanma olmaksızın yeterince kaplanmasını sağlamak için belirli bir esnekliğe sahip olmalıdır. Bu aynı zamanda panelin kaplamaya zarar vermeden hareket ettirilebilmesini ve elleçlenebilmesini ve PCB'nin genişlemesine ve büzülmesine izin vermek için yeterli düzeyde esnekliğin elde edilmesini sağlayacaktır.

Bir bakır şerit kaplanır ve test etmek için 3 mm'lik bir mandrelin etrafına bükülür.
Kaplama çatlamamalı, alt tabakadan ayrılmalıdır

Yapışma
Levhaya yeterli yapışma olmadan kaplama tam koruma sağlamayacaktır. Çapraz tarama testi, uyumlu bir kaplamanın standart devre kartı malzemelerine yapışmasını ölçmenin basit ama etkili bir yoludur.

Kaplamadaki çizgileri her iki yönde çizmek için özel bir alet kullanılır.
Çapraz tarama deseni. Daha sonra çapraz kesim alanına yapışkan bir bant uygulanır ve dikkatlice sıyrılır, ardından üretilen karelerden herhangi birinin substrattan çıkarılıp çıkarılmadığını görmek için kaplama incelenir.

Çevresel Test
Gerekli koruma düzeyine ulaşıldığından emin olmak için çevresel testler şarttır. Son kullanım koşulları çoğaltılmalı veya hızlandırılmalıdır, ancak hızlandırılmış testlerin son kullanım koşullarıyla karşılaştırmaya uygun olduğundan emin olmak için özen gösterilmelidir:

Neme Maruz Kalma ve Tuz Sisi Testi
Termal döngü, Şok ve Yaşlanma
Bu parametreler, gereksinimlere göre ayrı ayrı test edilir veya birleştirilir.

Çevresel Döngü
UL746 test yöntemlerine göre, aşağıdaki çevresel döngü profili de kullanılabilir:

24 saat suya daldırılmış, ardından
105 °C'de 24 saat, ardından
%90 Bağıl Nemde 96 saat, 35 °C, ardından
-70°C'de 8 saat - döngü sonu
3 döngü

Nem Testleri
Atmosferdeki nem, kart üzerindeki metal bileşenler ve bağlantılarla reaksiyona girebileceğinden, nem muhtemelen PCB'ler için korozyonun en belirgin nedenlerinden biridir. Bu neme karşı direncin korunduğundan emin olmak için uygun bir kaplama üzerinde nem testi gerçekleştirilir.

Tuz Sisi Testleri
Tuz buharı testleri, tuzun bulunacağı bir ortamda çalışacak her pano için önemlidir. Bunun açık bir örneği, denizcilikte elektronik gibi bir deniz ortamıdır. Tuz ve su birleşimi en yüksek korozif kombinasyonlardan biridir, bu nedenle buna karşı yeterli korumanın sağlanması zorunludur.

Aşındırıcı Gaz Testi
Korozif gaz testi, PCB'lerin hidrojen sülfür ve sülfür dioksitin karıştırıldığı bir karışık gaza, ortama maruz bırakılmasını içerir BS EN 60068-2-60, yöntem 1.

Bu ortamdaki her bir kaplamanın performansını belirlemek için yüzey yalıtım direnci (SIR) kullanılmıştır:

Elektriksel Test
Tüm uygun kaplama uygulamalarında elektriksel özelliklerin değerlendirilmesi esastır. Bazı tipik testler şunları içerir:

Dielektrik gücü
Dielektrik sabiti
Dağılma Faktörü
Yüzey İzolasyon Direnci
Karşılaştırmalı İzleme Endeksi (CTI)

Suya Daldırma
Suya daldırma, uyumlu bir kaplamanın geçmesi için son derece zorlu bir testtir. Çoğu kaplama, kısa bir süre boyunca daldırmaya direnecektir, ancak uzun süreli maruz kalma sorunları vurgulayabilir.

Kaplamalı levhalar 7 gün boyunca daldırıldı ve SIR sonuçları karşılaştırıldı.
Sürekli veya sık sık suya daldırma için Electrolube Kapsülleme Reçinelerini öneriyoruz
Solvent Direnci
Kullanım ömrü boyunca bir PCB, çalışma ortamının atmosferinde veya doğrudan temas halinde herhangi bir sayıda çözücü ile temas edebilir.

Solvent direnci testleri IEC 61086-2'ye göre gerçekleştirilebilir. Kaplamanın performansı büyük ölçüde test sırasında kullanılan çözücülere ve kaplamanın kimyasal yapısına bağlı olacaktır.

Termal Döngü / Termal Şok
Sıcaklıktaki değişiklikler, çalışma sıcaklığındaki veya çevredeki dalgalanmalar nedeniyle çoğu elektronik uygulamada değişen derecelerde olur.

Örnek olarak, kışın çalıştırılan bir arabayı düşünürseniz, Avrupa'da duran araç -40°C'ye kadar soğuk olabilir, ancak motor çalıştıktan sonra motorun sıcaklığı oldukça hızlı bir şekilde 100°C civarında bir yere yükselir. (araca göre). Araba, ömrü boyunca bunu binlerce kez geçebilir, bu nedenle, kaplamanın sunulan koruma seviyesini sürdürmesini sağlamak için ürünlerin bir termal döngü testinden veya daha aşırı termal şok testinden (sıcaklığı hızla değiştirerek) geçmesi önemlidir.

Termal Döngü Testi Örneği:
IEC 60068-2-14 uyarınca bir termal döngü profili oluşturulmuştur:

-55°C ila + 125°C, her sıcaklıkta 25 dakika
12°C / dk sıcaklık değişim oranı
20 döngü
Kaplanmış kalay, bakır, alüminyum ve FR4 paneller döngüye tabi tutuldu ve ardından yapışma (BS EN ISO 2409) ve esneklik (3 mm mandrel - IPC-TM 650 2.4.5.1) için test edildi.

Termal Şok Testi Örneği:
Termal şok, termal döngüye benzer, ancak çok daha hızlı bir zaman diliminde - Electrolube, termal şoku test etmek için yakın zamanda yeni bir makine satın aldı, ilk test, bir dakikadan kısa bir süre içinde 190 ° C'lik bir değişim döngüsü gerçekleştirildi.

UV Dayanımı
Electrolube, mevcut çeşitli uygun kaplamalar üzerinde hava koşullarına direnç testleri gerçekleştirmiştir. Testler, ISO 4892, Bölüm 3, Döngü 1: "Laboratuvar Işık Kaynaklarına Plastik Maruz Kalma Yöntemleri" ile uyumluydu ve bir QUV SE Hızlandırılmış Yaşlandırma Test Cihazında gerçekleştirildi. 1000 saat maruz kaldıktan sonra sonuçlar, Electrolube akrilik kaplamaların, örneğin APL ve HPA'nın UV ışığına karşı üstün dirence sahip olduğunu ve maruz kalma testi boyunca netliğini koruduğunu gösterdi.

Maruz kalma yoğunlukları coğrafi konumlara bağlı olarak değişecektir ve bu nedenle bölgeniz için doğru hızlandırılmış maruz kalma süresinin belirlenmesi önemlidir. Örnek olarak, bu test kabaca tipik bir Kuzey Avrupa ikliminde 4 yıllık hava koşullarına dayanıklılığa eşdeğerdir.


 1994,    27  Oct  2021 ,   Conformal Coating
PA

  Email This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Social Media

Please follow AssemCorp on social media!

AssemCorp at Social Media

 

        

Latest Tweets

RT @6TL_Engineering: This week we have been in Turkey together with our partner @assemcorp visiting our customer @ecoplas_ , to install a 6…
RT @HakkoUSA: Happy New Year to one and to all, and to all a goodnight! Stay safe and we'll see you next year! #happynewyear #2023 #hakkou…
RT @JBCTools: ✨Thank you for making this year memorable!✨ #celebration #happynewyear #happyseason #handsoldering #JBCtoos #JBCfamily #mem…