ตรรกะหลักที่อยู่เบื้องหลังการกันน้ําของแป้นพิมพ์ไม่ใช่แค่ “กันน้ําออก” แต่เป็น “ทําให้แน่ใจว่าหากน้ําเข้าไป จะไม่สามารถสัมผัสกับวงจรได้” สาระสําคัญของการเคลือบกันน้ํา PCBA อยู่ที่การสร้างสิ่งกีดขวางฉนวนระดับนาโนหรือไมโครบนพื้นผิวของ Printed Circuit Board Assembly (PCBA) ซึ่งแยกส่วนประกอบทางกายภาพ เช่น ร่องรอยทองแดง ข้อต่อบัดกรี ไมโครสวิตช์ ตัวเข้ารหัส และชิปควบคุมหลักจากความชื้น
I. ชี้แจงแนวคิด: ความแตกต่างระหว่าง PCB และ PCBA
ตอบ พีซีบี (แผงวงจรพิมพ์) เป็น กระดาน เปลือย ที่มีร่องรอยทองแดงและแผ่นบัดกรีเท่านั้นโดยไม่มีส่วนประกอบที่ติดตั้ง
ตอบ พีซีบีเอ (Printed Circuit Board Assembly) เป็นแผงวงจรสําเร็จรูปที่ผ่าน SMT (Surface Mount Technology) และการบัดกรีผ่านรูประกอบด้วย PCB และส่วนประกอบทั้งหมด เช่น ไมโครสวิตช์ ตัวเข้ารหัส ชิปควบคุมหลัก ตัวเก็บประจุ และตัวต้านทาน
ส่วนประกอบที่เสี่ยงต่อความเสียหายมากที่สุดเมื่อแป้นพิมพ์เปียก เช่น หน้าสัมผัสโลหะของไมโครสวิตช์ กกภายในของตัวเข้ารหัส พินและข้อต่อบัดกรีของชิปควบคุมหลัก และขั้วอิเล็กโทรดของตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน มีอยู่ที่ขั้นตอน PCBA เท่านั้นดังนั้นเป้าหมายที่แท้จริงของการเคลือบกันน้ําคือ PCBA ไม่ใช่ PCB เปลือย PCB เปลือยไม่ได้รับการเคลือบกันน้ําก่อนการบัดกรี เนื่องจากอุณหภูมิสูงที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการบัดกรีจะทําลายการเคลือบ
II. ปัญหาที่แก้ไขโดยการเคลือบกันน้ํา
กลไกของความเสียหายที่เกิดจากน้ําเข้านั้นตรงไปตรงมา แม้ว่าน้ําบริสุทธิ์จะไม่นําไฟฟ้า แต่น้ําประปา เครื่องดื่ม และเหงื่อก็มีสิ่งสกปรกไอออนิก เมื่อสิ่งเหล่านี้ซึมเข้าไปใน PCBA พวกมันสามารถสร้างเส้นทางนําไฟฟ้าระหว่างร่องรอยทองแดงที่อยู่ติดกันหรือข้อต่อบัดกรี ซึ่งนําไปสู่การลัดวงจร รูปแบบความเสียหายที่ร้ายกาจกว่าคือการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า: เมื่อเปิดเครื่อง ความชื้นและร่องรอยโลหะจะก่อตัวเป็นเซลล์กัลวานิก ทําให้ร่องรอยทองแดงค่อยๆ สึกกร่อน ในขั้นต้น สิ่งนี้แสดงให้เห็นเป็นความผิดปกติที่สําคัญหรือปัญหา “ดับเบิลคลิก” ซึ่งในที่สุดก็นําไปสู่วงจรเปิดที่สมบูรณ์
ดังนั้นการเคลือบกันน้ําจึงทําหน้าที่หลักสองประการ: การปิดกั้นเส้นทางสําหรับการย้ายไอออนและการแยกวงจรออกจากออกซิเจนและความชื้นเพื่อยับยั้งการกัดกร่อนยิ่งการเคลือบหนาแน่นและสมบูรณ์มากเท่าใดการป้องกันก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นตัวอย่างเช่นคีย์บอร์ดเกมมิ่งเชิงกล Rapoo ESK750-98 ระบุไว้อย่างชัดเจนว่า PCBA ภายในได้รับการปกป้องโดยการเคลือบนาโนที่ไม่ชอบน้ํา ซึ่งได้ระดับ IP68 สําหรับการกันน้ําและฝุ่น
III. โซลูชั่นกระแสหลักในปัจจุบัน
มีสองวิธีทางเทคนิคหลัก: การเคลือบแบบสูญญากาศ (ตัวอย่างโดย Parylene) และฟิล์มนาโนที่ไม่ชอบน้ํา (ตัวอย่างโดย Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition หรือ PECVD)แต่ละวิธีเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนเกี่ยวกับระดับการป้องกัน ต้นทุนการประมวลผล และความเหมาะสมสําหรับการผลิตจํานวนมาก
—— Parylene (โพลีพาราไซลิลีน): การสะสมสุญญากาศให้ “การครอบคลุมจุดบอดเป็นศูนย์” ซึ่งปัจจุบันเป็นระดับการป้องกันสูงสุดสําหรับชุดประกอบ PCBA ของแป้นพิมพ์
เทคโนโลยี Parylene อาศัยการสะสมไอสุญญากาศ วัตถุดิบโพลีพาราไซลีนที่เป็นของแข็งจะถูกทําให้ร้อนและระเหิดภายในห้องสุญญากาศ จากนั้นเปลี่ยนเป็นก๊าซโมโนเมอร์ที่ทําปฏิกิริยาผ่านไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูง ก๊าซนี้พอลิเมอไรเซชันตามธรรมชาติบนพื้นผิวของ PCBA (ที่อุณหภูมิห้อง) ก่อตัวเป็นฟิล์มโพลีเมอร์หนาแน่น กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถ “wrap-around” ที่มีอยู่ในการสะสมไอ: โมเลกุลของก๊าซจะแทรกซึมได้แม้กระทั่งรอยแยกที่เล็กที่สุด ช่องว่างระหว่างหมุด และด้านล่างของส่วนประกอบ ทําให้ครอบคลุมอย่างครอบคลุมอย่างแท้จริงโดยไม่มีจุดบอด ความหนาของฟิล์มสามารถควบคุมได้ระหว่าง 10 และ 2,000 นาโนเมตร ให้การกันน้ําที่มีประสิทธิภาพโดยไม่กระทบต่อขนาดของ PCBA หรือประสิทธิภาพทางไฟฟ้า
ความสามารถในการป้องกันของ Parylene ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลที่เป็นรูปธรรม การเคลือบ Parylene ที่มีความหนา 30 ไมโครเมตรหรือสูงกว่าช่วยป้องกันความล้มเหลวที่เกิดจากการกัดกร่อนเฉพาะที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่มีผลกระทบเล็กน้อยต่อการสูญเสียอิเล็กทริกในวงจรความถี่สูงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นที่เกี่ยวข้องกับสเปรย์เกลือหรือความร้อนและความชื้นการเคลือบ Parylene แสดงให้เห็นถึงความเสถียรทางเคมีและความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าการเคลือบตามมาตรฐานมาก
อย่างไรก็ตาม Parylene ก็มีข้อจํากัดที่ชัดเจนเช่นกัน ต้นทุนวัตถุดิบสูง และข้อกําหนดในการประมวลผลเป็นที่ต้องการ ซึ่งจําเป็นต้องใช้ไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงและสภาพแวดล้อมที่มีสุญญากาศสูง นอกจากนี้ อัตราการก่อตัวของฟิล์มยังช้า ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนการประมวลผลโดยรวมสูงกว่าวิธีการเคลือบแบบดั้งเดิม
—— PECVD Nano-coating: ทางเลือกในทางปฏิบัติสําหรับคีย์บอร์ดที่ผลิตจํานวนมาก
สําหรับคีย์บอร์ดที่ผลิตจํานวนมากส่วนใหญ่ Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) เป็นโซลูชันที่ใช้งานได้จริงมากขึ้นหลักการพื้นฐานเกี่ยวข้องกับการใช้พลาสมาเพื่อกระตุ้นก๊าซสารตั้งต้น ซึ่งกระตุ้นปฏิกิริยาทางเคมีบนพื้นผิว PCBA ที่สร้างฟิล์มโพลีเมอร์ระดับนาโนที่เป็นของแข็ง
ซึ่งแตกต่างจาก “พอลิเมอไรเซชันเฟสไอ” ที่ใช้สําหรับ Parylene การเคลือบ PECVD ถูกสร้างขึ้นผ่าน “พอลิเมอไรเซชันของพลาสมา” โมโนเมอร์ของสารตั้งต้นถูกกระตุ้นภายในพลาสมาทําลายพันธะเคมีเพื่อสร้างอนุมูลอิสระปฏิกิริยาอนุมูลเหล่านี้จะถูกรีพอลิเมอไรเซชันบนพื้นผิวพื้นผิวเพื่อสร้างฟิล์มที่มีโครงสร้างคล้ายเครือข่ายแบบเชื่อมขวางโครงสร้างเครือข่ายนี้มีความหนาแน่นมากกว่าโพลีเมอร์เชิงเส้นช่วยเพิ่มความต้านทานของฟิล์มต่อการพังทลายทางไฟฟ้าและความสามารถในการทนต่อการทํางานในขณะที่จมอยู่ในน้ํา
ข้อดีของ PECVD ได้แก่ อุณหภูมิในการประมวลผลต่ํา การยึดเกาะที่แข็งแรง และความเหมาะสมสําหรับการผลิตจํานวนมาก การเคลือบผิวสามารถทําได้ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งช่วยป้องกันความเสียหายต่อส่วนประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิได้อย่างมีประสิทธิภาพ ฟิล์มพลาสมาพอลิเมอร์จะยึดติดกับพื้นผิวได้ดี ยึดติดกับพื้นผิวต่างๆ อย่างมั่นคง เช่น ทองแดง ทอง นิกเกิล และอีพอกซีเรซิน ความหนาของผิวเคลือบมีตั้งแต่ไมโครมิเตอร์ไปจนถึงระดับนาโนเมตร ด้วยการเคลือบบางเฉียบแทบไม่มีผลกระทบต่อความรู้สึกสัมผัสหรือรูปลักษณ์ของแป้นพิมพ์
ในผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ การเคลือบนาโนประเภทนี้มักถูกอธิบายว่าเป็นฟิล์มที่ไม่ชอบน้ําที่แสดงผลใบบัว” เมื่อหยดน้ําตกลงบนพื้นผิวที่เคลือบ มุมสัมผัสแบบคงที่เกิน 110° หยดน้ําจะไม่แพร่กระจาย แต่จะม้วนออกเป็นรูปทรงกลมแทน ซึ่งจะช่วยลดเวลาที่ความชื้นยังคงอยู่บนพื้นผิว PCBAผลิตภัณฑ์กันซึมนาโนจากผู้ผลิต เช่น เซินเจิ้น Yichengda วางตลาดอย่างชัดเจนสําหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น คีย์บอร์ดและเมาส์ โดยมีเวลาในการบ่มเพียง 1 ถึง 3 นาที และความหนาของผิวเคลือบน้อยกว่าไมโครมิเตอร์ 1 ให้น้ํา น้ํามัน สนิม และการกัดกร่อน
V. แนวทางทางเทคนิคอื่น ๆ และขีดจํากัดการป้องกัน
นอกเหนือจาก Parylene และ PECVD แล้ว ยังมีวิธีการทางเทคนิคอื่นๆ อีกหลายวิธีในการป้องกันการรั่วซึมของแป้นพิมพ์ PCBA ที่ควรค่าแก่การสังเกต
การปลูกอีพอกซีเรซินเป็นวิธีแก้ปัญหา "กําลังดุร้าย" มากที่สุด ด้วยการปิดผนึก PCBA ภายในอีพอกซีเรซินอย่างสมบูรณ์ น้ําที่เข้าสู่แป้นพิมพ์จะถูกป้องกันไม่ให้สัมผัสกับวงจร แม้ว่าวิธีนี้จะรับประกันการกันซึมที่มีประสิทธิภาพและให้การกระจายความร้อนที่ดี (เนื่องจากอีพอกซีเรซินนําความร้อนได้ดีกว่าอากาศ) แต่การแลกเปลี่ยนคือ PCBA ไม่สามารถซ่อมแซมได้ ยิ่งไปกว่านั้น น้ําหนักและปริมาตรของอีพอกซีเรซินยังกําหนดข้อจํากัดเพิ่มเติมในการออกแบบโครงสร้างของแป้นพิมพ์การเคลือบโพลียูรีเทนเป็นโซลูชันที่คุ้มค่าที่สุดอย่างไรก็ตาม การเคลือบแบบ conformal มาตรฐานมีความต้านทานต่อความชื้นเป็นหลัก ประสิทธิภาพการป้องกันมีจํากัดเมื่อต้องเผชิญกับของเหลวหกหรือจมอยู่ใต้น้ําอย่างมีนัยสําคัญนอกจากนี้ การควบคุมความหนาของสารเคลือบนั้นทําได้ยาก ซึ่งอาจส่งผลต่อโครงสร้างที่ซับซ้อนของ PCBA และหน้าสัมผัสของตัวเชื่อมต่อ
สิ่งสําคัญคือต้องทราบว่า IP68 ไม่ใช่มาตรฐานสากลสําหรับคีย์บอร์ดระดับการกันน้ําและฝุ่นระดับ IP68 ของ Rapoo ESK750-98 บ่งชี้ว่าแป้นพิมพ์ได้ผ่านการทดสอบสําหรับการป้องกันการปิดผนึกและการเคลือบที่ครอบคลุม ซึ่งแสดงถึงโซลูชันทางวิศวกรรมระดับผลิตภัณฑ์ที่เกินกว่าที่การเคลือบ PCBA เพียงอย่างเดียวสามารถทําได้การกันน้ําของแป้นพิมพ์เป็นกระบวนการที่เป็นระบบ: ในขณะที่การเคลือบ PCBA ให้การป้องกันระดับวงจร แต่ตัวเรือนที่ปิดสนิทของแป้นพิมพ์ การออกแบบการระบายน้ํา และเมมเบรนที่กันน้ํากระเซ็นจะรวมกันเป็นระบบป้องกันที่สมบูรณ์
