Twarda powierzchnia spoiny nie oznacza, że klej utwardził się również pod krawędzią obudowy, metalowym ekranem lub nadrukiem na szkle. W takich miejscach może pozostać ciekły materiał, który później wypłynie, osłabi połączenie albo zanieczyści sąsiednie elementy. Problem trzeba rozwiązać przez ocenę drogi światła i dobór chemii kleju, a nie samo wydłużanie naświetlania.

1. Najpierw rozrysuj drogę światła do spoiny

Analizę zaczyna się od przekroju złącza, z zaznaczeniem grubości kleju, zakładek oraz wszystkich nieprzezroczystych elementów. Trzeba oddzielić obszary oświetlane bezpośrednio, oświetlane przez podłoże i całkowicie zacienione. Odbicia od metalowych powierzchni mogą pomagać, ale bez pomiarów oraz prób nie powinny stanowić podstawy procesu.

Przykładowo spoina o grubości 0,2 mm między dwiema przezroczystymi płytkami stawia inne wymagania niż zalewa o głębokości 3 mm za kołnierzem obudowy. W drugim przypadku promieniowanie musi przejść przez większą grubość kleju, a kołnierz dodatkowo zasłania część objętości. Jeżeli do danego obszaru nie prowadzi żadna droga optyczna, zwiększenie mocy lampy nie rozwiąże problemu.

• Zmierz maksymalną grubość spoiny, nie tylko jej wartość nominalną.
• Zaznacz cienie rzucane przez komponenty, uchwyty montażowe i dozowany nadmiar kleju.
• Oceń możliwość naświetlania z boku lub z dwóch przeciwnych kierunków.

2. Przezroczystość dla oka nie wystarcza

Podłoże przepuszczające światło widzialne może silnie tłumić promieniowanie potrzebne do inicjacji reakcji. Dotyczy to między innymi tworzyw z dodatkami chroniącymi przed UV, szkła z powłokami oraz materiałów barwionych. O wyniku decyduje przepuszczalność przy konkretnej długości fali, np. 365, 385, 395 lub 405 nm, a nie sam wygląd detalu.

Pomiar należy wykonać przez rzeczywisty element, z uwzględnieniem jego grubości, powłok i orientacji względem lampy. Jeśli natężenie przed podłożem wynosi 200 mW/cm², a za nim 40 mW/cm², do wejścia w spoinę dociera około 20% promieniowania rejestrowanego w tej konfiguracji. Dalej światło jest jeszcze pochłaniane przez klej, więc wynik nie opisuje dawki na dnie zalewy.

Zmiana lampy z 365 na 405 nm pomaga tylko wtedy, gdy fotoinicjator kleju reaguje na ten zakres. Dopasowanie widma lampy, podłoża i kleju jest warunkiem procesu.

3. Ustal dawkę w miejscu klejenia, nie na obudowie lampy

Dawka promieniowania jest iloczynem natężenia i czasu, jeśli natężenie pozostaje stałe. Dla 100 mW/cm² oraz 10 s wynosi 1 J/cm². To przykład obliczenia, nie uniwersalna receptura: wymaganą dawkę, zakres widmowy i dopuszczalną grubość warstwy trzeba odczytać z dokumentacji konkretnego kleju.

Radiometr powinien być dobrany do widma źródła, a pomiar wykonany w płaszczyźnie detalu. Wynik uzyskany przy samej lampie może być nieprzydatny, jeżeli podczas produkcji odległość jest większa, wiązka pada ukośnie albo optyka jest zabrudzona. Dla głowic LED nie należy automatycznie przeliczać natężenia według prawa odwrotności kwadratu odległości.

Jeśli karta materiału wskazuje przykładowo 2 J/cm², przy zmierzonych 50 mW/cm² rachunkowy czas wynosi 40 s. Trzeba jednak potwierdzić go próbą, ponieważ ta sama dawka dostarczona szybko i wolno nie zawsze daje taki sam wynik. Znaczenie mają między innymi inhibicja tlenowa, temperatura oraz kinetyka reakcji.

4. Popraw dostęp światła, zanim wydłużysz cykl

Najtańszą zmianą bywa przesunięcie uchwytu lub odsłonięcie krawędzi spoiny. W złączach obwodowych pomaga obrót detalu albo zastosowanie kilku kierunków naświetlania. Światłowód może doprowadzić promieniowanie blisko zagłębienia, lecz nadal musi istnieć droga optyczna między jego końcówką a klejem.

1. Usuń przesłony niewynikające z konstrukcji wyrobu.
2. Ustal stałą odległość i kąt ustawienia źródła.
3. Zmierz natężenie w centrum oraz na krańcach pola roboczego.
4. Wykonaj próbę z najgrubszą dopuszczalną spoiną i najmniej przepuszczalnym podłożem.

Wydłużając ekspozycję, kontroluj temperaturę detalu, najlepiej termoparą w reprezentatywnym miejscu. Przyrost o 20–30°C może już wpłynąć na wrażliwe elementy lub naprężenia w złączu; dopuszczalny limit wynika jednak z dokumentacji całego zespołu.

5. Pełny cień wymaga dodatkowego mechanizmu utwardzania

Dobierając kleje UV do elektroniki, trzeba rozróżnić mocowanie dostępnego optycznie komponentu od uszczelniania przestrzeni pod ekranem lub obudową. W pierwszym przypadku może wystarczyć materiał utwardzany wyłącznie światłem, w drugim potrzebna bywa formulacja z dodatkowym mechanizmem reakcji. Sama deklaracja przydatności do elektroniki nie potwierdza zdolności utwardzania w cieniu.

Systemy UV z utwardzaniem termicznym wymagają osiągnięcia określonej temperatury przez całą spoinę. W systemach wilgociowych znaczenie ma dostęp wilgoci, dlatego zamknięta szczelina między barierowymi podłożami może utwardzać się bardzo wolno. Mechanizm anaerobowy również nie jest rozwiązaniem dowolnym: wymaga odpowiednich warunków, w tym ograniczenia dostępu tlenu i właściwego podłoża lub aktywatora.

Niektóre kleje kationowe kontynuują reakcję po zakończeniu naświetlania. Nie oznacza to jednak gwarantowanego utwardzenia dowolnej objętości, do której światło w ogóle nie dotarło. Taki wariant wymaga potwierdzenia dla konkretnego materiału i geometrii.

6. Sprawdzaj wnętrze złącza i warunki graniczne

Próba dotykiem wykrywa jedynie stan powierzchni. Do kwalifikacji procesu potrzebne są próbki przeznaczone do przecięcia lub rozebrania, ocena miejsc zacienionych oraz badanie wytrzymałości odpowiadające obciążeniom wyrobu. Lepka powierzchnia może wynikać z inhibicji tlenowej, natomiast twardy naskórek może maskować ciekły rdzeń.

Praktyczna seria prób obejmuje co najmniej trzy poziomy dawki, np. 80%, 100% i 120% wartości roboczej, przy zachowaniu zakresu dopuszczonego przez producenta. Należy uwzględnić skrajne tolerancje szczeliny i przepuszczalności podłoża. Dla układów podwójnego utwardzania badanie końcowe wykonuje się dopiero po zakończeniu wymaganego etapu wtórnego.

7. Zabezpiecz stanowisko i zapisz parametry procesu

Stanowisko wymaga osłon, ograniczenia odbić i zabezpieczenia przed przypadkową ekspozycją oczu oraz skóry. Materiały dotyczące zagrożeń promieniowaniem optycznym w środowisku pracy publikuje Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy. Okulary ochronne muszą odpowiadać widmu źródła i nie zastępują osłonięcia procesu.

Instrukcja produkcyjna powinna określać klej, lampę, odległość, czas, minimalne zmierzone natężenie oraz warunki utwardzania wtórnego. Jeżeli światło dociera do całej spoiny, proces można ustabilizować pomiarem i kontrolą dawki. Jeżeli pozostaje pełny cień, potrzebna jest zmiana geometrii lub chemii materiału.