三防漆涂覆(conformal coating)工艺原理基础及应用_P

2020 / 03 /23目录Content什么是涂覆01涂覆的分类02涂覆品质要求03未来发展趋势04什么是涂覆涂覆工艺并不是凭空产生的随着P C B A元器件的尺寸越来越小，密集度越来越高；器件之间距离及器件的高度（与P C B间的间距/离地间隙）也越来越小，环境因子对P CB A的影响作用也越来越大，因此我们对电子产品PC B A 的可靠性提出了更高的要求密集程度越来越高早期的电烙铁装联，SOIC和PLCC封装方式，THT/THD为主流，PCBA上的元器件较大，排布稀疏当前以SMT为主流的混合组装技术，THC/THD → SMC/SMD，PCB面积越来越小，元器件尺寸不断挑战物理极限（7nm以下）、排布越趋密集环境因素及其影响表现形式：失效现象：湿度盐雾霉菌温度粉尘振动雨水、冷凝和水汽枝晶生长、电化学迁移、离子迁移表现形式：失效现象：含盐微小液滴电化学腐蚀、离子迁移、机械卡阻表现形式：失效现象：霉斑、霉变有机酸腐蚀、绝缘失效、心理影响表现形式：失效现象：冲击、疲劳应力元器件松动、接触不良表现形式：失效现象：热应力、温度剧变温敏元件失效、加速老化表现形式：失效现象：吸附离子污染物机械卡阻、电化学腐蚀湿度振动温度盐雾霉菌粉尘湿度——枝晶生长/电化学迁移/离子迁移处于外界环境中的电子PCB组件，几乎都存在被腐蚀的风险，其中水是腐蚀最主要的介质。

水分子很小，足以穿透某些高分子材料网状分子间的间隙或涂层的细孔到达底层金属，进而产生腐蚀。

当大气达到一定湿度时即可引起PCBA电化学迁移、漏电电流和高频电路中的信号失真等问题防潮是保护产品的重要一环RH / %失效现象备注80会有5~20个分子厚的水膜，各种分子都可自由活动。

当有碳元素存在时产生电化学反应，枝晶生长加快对电子设备而言，潮湿以三种形式存在：雨水、冷凝和水汽。

水是电解质，能溶解大量的腐蚀性离子，对金属产生腐蚀。

当设备某一处的温度低于“露点”时，该处表面的结构件或PCBA会有凝露产生60会形成2~4个水分子厚的水膜，当有污染物溶入时，会有化学反应产生＜20几乎所有腐蚀现象都停止枝晶枝晶盐雾的影响40%温度27%振动19%湿热5%沙尘4%盐雾盐雾腐蚀造成军用装备的故障已有统计数据，据美国有关资料统计表明，美国军用飞机现场故障中50 %左右是环境造成的。

在近20种环境因素中，温度占40 %，振动占27 %，湿热占19 %，沙尘占5 %，盐雾占4 %，可见盐雾影响居第五位，是一个不可忽视的破坏性因素大气中盐雾的主要来源是海沫产生的海盐颗粒。

在海浪的冲击下，海面上形成很多气泡且很快破裂，破裂后生成众多的盐水滴。

在大气作用下这些盐水滴被带入大气中，并逐渐扩散到内陆。

过程中，这些水滴不断地分裂、重组和蒸发，并长时间地飘浮在大气中形成盐雾。

雾滴组成主要是氯化物、钠和硫酸盐离子，组成比例大约与海水相同。

类似的腐蚀源：1）烹调过程中的油烟2）手汗中有盐、尿素、乳酸等化学物质3）焊剂中有卤素及酸性物大气盐雾海盐气溶胶粒子生成示意图•腐蚀形式盐雾对金属材料的腐蚀是以电化学方式进行的，主要是导电的盐溶液渗入金属内部发生电化学反应,形成“低电位金属-电解质溶液-高电位杂质”的微电池系统，发生电子转移，作为阳极的金属出现溶解，形成新的化合物，即腐蚀物。

金属保护层和有机材料保护层也一样，作为电解质的盐溶液渗入内部后,便会形成以金属为电极、金属保护层或有机材料为另一电极的微电池•腐蚀过程盐雾腐蚀过程中起主要作用的是氯离子C l-，C l-离子半径很小，只有1.81×10-10m。

它具有很强的穿透能力，容易穿透金属氧化层和防护层进入金属内部，破坏金属的钝态。

同时,氯离子具有一定的水合能，容易吸附在金属表面的孔隙、裂缝等部位，取代保护金属的氧化层中的氧，使金属受到破坏失效类别失效现象腐蚀效应1）电化学反应造成的腐蚀2）加速应力造成的腐蚀3）由于水中盐电离形成酸碱溶液电效应1）由于盐的沉积使电子设备损坏2）产生导电层3）绝缘材料及金属的腐蚀物理效应1）机械组件及组合件活动部分阻塞或卡死2）由于电解作用导致漆层起泡1）霉菌吞噬和繁殖使有机材料绝缘性下降、损坏而失效2）霉菌的代谢产物是有机酸，影响绝缘性及抗电强度，从而产生电弧3）霉斑影响外观，对人心理产生影响，让人产生恶心、设备不可靠的观感湿度/ %霉菌生长情况评价＜60霉菌的发芽和生长几乎是不可能的安全湿度60 -80适合霉菌的发芽生长不安全湿度＞80可使霉菌大量繁殖,快速生长危险湿度霉菌的危害霉菌的生存是有条件的，PCB 及焊点材料一般都是霉菌惰性材料，为什么表面会生存霉菌呢？这是因为PCB 表面不是纯净的，往往吸附和沉积着供霉菌生存的污染物，特别是加工、装配过程中留下的操作者手上的汗渍，提供了霉菌生存的”粮食”。

霉菌的生长不仅需要营养物质，还与温度、湿度和氧气等因素密切相关霉菌的生存条件•何谓霉菌霉菌，是丝状真菌的俗称，意即“发霉的真菌”，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的实体•菌落形态在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落，那就是霉菌•直接破坏作用在绝缘材料上生长的霉菌丝含有水份，水具有导电性，因而影响电子产品及材料的电气性能。

有时菌丝层会越过绝缘材料形成电气回路，使绝缘材料的绝缘电阻明显降低，通电时容易造成短路、烧坏仪器•间接破坏作用菌丝还可能改变有效电容，使设备的谐振电路不协调，这可能使某些电子设备产生严重故障粉尘•大气中无处不在大气中存在粉尘，粉尘吸附离子污染物沉降于电子设备的内部而造成故障•粗粉尘和细粉尘粗粉尘是直径在2.5~15微米的不规则颗粒，一般不会引起故障，但影响连接器的接触；细粉尘是直径小于2.5微米的不规则颗粒，落在PC B上有一定的附着力，须通过防静电刷才可除去•危害性粉尘沉降在PC B表面，产生电化学腐蚀，导致故障率增加。

粉尘+湿热+盐雾对P CB损害最大，沿海、沙漠（盐碱地）、淮河以南霉雨季节以及化工、矿区附近地区，电子设备故障最多所谓“三防”，通常是指防湿热、防盐雾、防霉菌。

但这是较狭隘的理解，实际上“三防”的意义远远超过这三个内容，例如还具有防振动、防摩擦、提高绝缘强度等作用三防漆涂覆——Conformal Coating010203三防漆涂覆是指在PCB 表面涂一层绝缘保护层，是目前最常用的焊后表面涂覆方式，有时又称为表面涂覆、敷形涂覆（英文名称coating ，conformal coating ）三防漆涂覆将敏感的电子元器件与恶劣的环境隔离开来，可大大改善电子产品的安全性、可靠性并延长产品的使用寿命疏水原理•接触角这是如何实现的？当一滴液体接触到表面时，它会产生“接触角”——在液体边缘与其所在表面之间形成的角度。

接触角越高，液体越容易“聚集”并从表面滚落。

表面接触角＞90°是疏水的，接触角＞150°是超疏水的——不易润湿。

相反，亲水表面容易润湿•向自然界学习自然界中有许多疏水表面的例子——荷叶、鲨鱼皮和蝴蝶翅膀等。

这些表面具有独特的自清洁能力和超疏水性。

同许多技术的进步一样，科学家们从大自然中得到启发，开发了防水产品和防水涂覆，用于保护日常物品的表面和电子产品。

这些涂覆积极“排斥”水——防止腐蚀、电线短路等情况的发生应用领域船舶航海潮湿、高温、盐雾航天航空辐射、压力、极寒、极热汽车制造高温、振动、油气挥发物军工领域雨雪、风沙、振动、压力家用家电霉变、潮湿、油烟涂覆的分类三防漆类型成膜原理优势不足适用领域丙烯酸类丙烯酸是指以乙烯基羧基相结合的单体聚合形成的一类树脂，分为热塑型和热固型。

热塑型丙烯酸涂覆后溶剂挥发，溶质堆积附着于表面，未产生化学变化；热固型丙烯酸在成膜过程中官能团活泼基发生交联反应，固化后相互链接构成网络，因此涂覆层耐蚀性好返工容易相对简单的固化工艺较好的防潮效果高荧光可视灵活的黏度调整性高VOC含量需要维持工艺的密闭和环境的通风黏度维持困难易燃性温湿度可控，室内环境一般的消费电子环氧树脂类环氧树脂是聚合物分子中含有两个或更多环氧基团的树脂。

环氧基团键能高，在热氛围及活泼氢条件下发生开环，启动交联反应，链接构成网络。

环氧具有良好的电性能及附着力，易于实施涂覆工艺，但由于聚合时高分子间产生内应力，涂层覆盖的元器件有损伤风险耐温可高达150℃高硬度、耐磨损CTE接近PCB基材玻璃化温度Tg高较好的介电性能较高的CI离子含量风险双组分配比困难，黏度不易维持潜在的高内应力返修困难低温性能不佳，固化收缩率高温湿度可控，室内环境一般的消费电子聚氨酯类聚氨酯由异氰酸酯单体和羟基化合物发生聚合反应，生成主链含有“-NHCOO-”结构单元的聚合物，同分异构成聚酯型和聚醚型。

聚氨酯的支链包含单酯单酰胺基，其极性强且致密，不溶于油类等惰性溶剂，因此涂覆层具有一定耐蚀性。

聚氨酯类及其改良类三防漆为航天系统普遍使用较好的介电性能防潮效果较好耐溶剂效果佳耐刮擦性能佳固化过程及效果受湿度影响较长的完全固化过程高低温变化大情况下，内应力变化大高VOC含量高防腐领域：汽车工业、工控、仪器仪表、电源通信、航空航天、军工、充电桩、雷达控制系统有机硅类有机硅树脂是指含有Si-C键、且至少含一个有机基团与硅原子相接的化合物，其中以“-O-Si-O-”链为骨架的聚硅氧烷电性能优良，损耗和介质系数值比其它涂料低，耐湿热性能好，适合于高频、微波电路板的涂覆，涂覆层具有弹性，易于返工维修工作温度范围宽柔韧性佳较好的防潮及耐紫外线性能极佳的介电性能与基材润湿性好固化过程受湿气影响机械强度低，不耐刮擦CTE较高与基材附着力不佳高频微波：航空、航海、军工0%20%40%60%80%丙烯酸类环氧树脂类聚氨酯类有机硅类45%37%62%47%三防漆材料市场使用情况的调查统计结果不同种类三防漆材料的主要性能对比注：厂家可能使用不同种类的三防漆，所以总和会大于100%清洗洗涤遮蔽保护预烘除湿表面涂覆固化干燥去除助焊剂残留物以及灰尘等污染物，提高三防漆与电路板表面的结合能力。

对于要求不高的产品，可通过干燥的高压气清洁灰尘之类的污垢；对于要求严格的汽车、航天、军工等产品，则需要通过清洗剂进行彻底的清洗用遮蔽材料对不需要着漆的连接器、金手指、发光二极管、安装孔等进行保护。

选择遮蔽材料时，应考虑防静电要求，同时要易于去除且无残留。

例如不干胶膜不会转移的防静电纸胶带清洗后应对电路板进行烘干，否则将影响三防漆喷涂质量根据三防漆的种类选择热固化或紫外线固化设备，使其在短时间内干燥固化。

固化温度和时间可参考漆料的说明书进行刷涂、浸渍、喷涂、涂覆等方式进行着漆操作清洗洗涤遮蔽保护预烘除湿表面涂覆检查固化干燥检验入库退漆返修合格不合格清洗洗涤遮蔽保护预烘除湿表面涂覆烘干干燥涂覆方法——刷涂法•优点1）前期不需要投入大量资金购置设备，成本较低2）节省涂料，对涂料的利用率较高3）在人工操作下，有些需要着漆的零件不需要提前遮蔽，减少了工序•缺点1）涂覆质量不稳定，一致性差，容易出现厚薄不一的情况，不适用于涂覆质量要求高的场合，而且对操作员的熟练程度要求高2）效率太低，只适用于小批量生产3）随着人工成本的不断提高，长远来看，刷涂法的成本要大于其它涂覆方式只需要一把毛刷，不需要其它的机械工具，所有操作都是由人工进行。