印制電路組件的三防涂覆工藝

黃漢斌 李凱雄

(中國電子科技集團(tuán)公司第七研究所，廣州 珠海區(qū) 510310 )

隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，電子設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。從過去僅限于一般工業(yè)應(yīng)用的機(jī)電產(chǎn)品，到今天的航天、航海、軍事等領(lǐng)域電子裝備得到了廣泛應(yīng)用。電子裝備應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛，意味著對電子裝備提出了更高的要求：高可靠、高質(zhì)量、能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，從而使三防保護(hù)技術(shù)(防潮、防霉、防鹽霧性能)隨之產(chǎn)生并且快速發(fā)展起來。

電子裝備的印制板組裝件的三防涂覆是三防技術(shù)中的一個重要組成部分，其防護(hù)性能好壞直接影響到電子裝備的可靠性。為提高電子裝備的耐腐蝕性、減少設(shè)備故障率、提高電子設(shè)備的可靠性，延長使用壽命，必須對組成電子設(shè)備的印制板組裝件進(jìn)行保護(hù)涂覆。

一、涂覆材料

（一）對涂覆材料的要求

印制板組裝件的保護(hù)涂覆材料屬于特種涂料，應(yīng)具備如下要求：(1)有較好的電性能，涂料的電性能隨溫度和濕度的變化要??；(2)防潮性能好，受潮涂覆材料后在正常條件下能迅速恢復(fù)原有性能；(3)抗霉菌和鹽霧；(4)對基板及元器件有良好的粘接性和三防保護(hù)能力，能承受-60℃～+125℃反復(fù)溫度沖擊受潮濕、霉菌和鹽霧環(huán)境的考驗。(5)涂料應(yīng)是聚合型以減少溶劑揮發(fā)留下針孔的可能。(6)涂料不能引起PCB、金屬鍍層、焊料、元器件表面變色、起皺和溶蝕；(7)有良好的工藝性，可采用浸涂、噴涂和刷涂等工藝，表干速度快。

（二）常用涂覆材料

常用涂覆材料主要有四種類型，即丙烯酸類(AR)、聚氨脂類(UR)、環(huán)氧樹脂類(ER)和有機(jī)硅膠類(SR)。

（三）常用涂覆材料的性能

常用涂覆材料的性能，見表1。

表1 涂覆材料性能對比

（四）涂覆材料的選擇原則

涂覆材料的理化性能和工藝性能各有差異，應(yīng)根據(jù)具體使用要求和具備的工藝條件慎重選擇適合產(chǎn)品的涂覆材料。

1.丙烯酸類

容易涂覆，有理想的電性能、物理性能和抗霉菌性能，適用期長，固化時間短，固化時不放熱，不至于損壞熱敏元件，固化后無收縮。但此種涂料對溶劑敏感，因此容易返修。適合于A類環(huán)境的PCB涂覆。

2.聚氨酯類

有單組份和雙組份兩種，長期介電性好，有優(yōu)越的防潮性能和抗化學(xué)品性能。更換元件或修理電路板必須用專用的剝離劑。涂覆前必須保證電路板清潔，特別是不能有水分存在。

3.環(huán)氧樹脂類

一般為雙組份，適用期短，防潮性能、抗鹽霧性能和抗化學(xué)品性能好，更換元件或修理電路板必須用物理手段剝離掉環(huán)氧樹脂膜，涂覆前需對易碎元件施加保護(hù)措施。

4.有機(jī)硅膠類

電性能優(yōu)良，損耗和介質(zhì)系數(shù)值比其它類涂料低，熱性能特別好，能在200℃下連續(xù)工作，此外，防潮性能和抗腐蝕性能也非常好。適合于高頻、微波板涂覆；也適合于在高溫下工作的電路板涂覆。

根據(jù)以上涂覆材料的選擇原則并結(jié)合我所實際，經(jīng)多方調(diào)研，我們最終選擇了有機(jī)硅膠類三防漆。

二、印制電路的三防涂覆方法及工藝簡介

（一）傳統(tǒng)的涂覆方法及工藝傳統(tǒng)的印制電路板保護(hù)涂覆方法主要有浸涂、刷(流)涂和手工噴涂。

1.浸涂

浸涂工藝可以得到較好的涂覆效果，但由于涂料暴露在空氣中，因而對涂料的粘度要求較高，而且對裝有可調(diào)電容器、微調(diào)磁芯、電位器及不密封的器件如晶振等不允許涂覆的元件，不能選用浸涂工藝且浸涂受浸漬容器的溫度、浸漬時間、抽出速度和垂流時間等因素影響較大。

2.刷(流)涂

投資低、適用性較廣，主要用于小體積產(chǎn)品的涂覆或?qū)ν繉拥男扪a(bǔ)，但其轉(zhuǎn)換效率低，對操作工人要求較高，對不允許涂覆的部位要有醒目的標(biāo)志，否則易出錯，且產(chǎn)品一致性較差。

3.手工噴涂

手工噴涂工藝使用最多，適合于元器件排列不十分稠密，需局部保護(hù)不多，且不十分苛刻的產(chǎn)品。同樣，對一些不允許涂覆的元器件及組件，需嚴(yán)加保護(hù)，使噴霧不污染到這些部位，對印制插件和接地部位，需采用專用夾具或?qū)Ｓ帽Ｗo(hù)膜保護(hù)。

歸納起來，以上三種傳統(tǒng)的涂覆工藝有以下幾方面的缺點：

(1)不能滿足高密度電路基板涂覆的要求；

(2)涂覆厚度不易控制、一致性差，影響產(chǎn)品質(zhì)量；

(3)不涂覆部分需要掩膜和去膜，膠帶殘留不易去除，工序復(fù)雜容易出錯且浪費材料；(4)手工操作勞動強(qiáng)度大、效率低、易誤操作；

(5)對環(huán)境和操作者有嚴(yán)重危害。

（二）自動選擇性涂覆工藝

隨著電路基板組裝密度的提高，傳統(tǒng)的涂覆方法已無法滿足保護(hù)涂覆工藝的要求，自動選擇性噴射涂覆方法成為一種新型的涂覆工藝。其原理是將電路基板的三防保護(hù)涂覆由手工操作變成由PC機(jī)控制的自動化操作，達(dá)到精確定位選擇性噴涂而不需要進(jìn)行掩膜保護(hù)工藝，適合于一定批量、組裝密度高、需保護(hù)部位較多且涂覆精度要求高的電路基板的保護(hù)涂覆。

其優(yōu)點是涂層均勻性好、涂層厚度可控、噴涂一致性好、保護(hù)操作者及生產(chǎn)環(huán)境。

三、選擇性涂覆關(guān)鍵工藝參數(shù)

涂覆質(zhì)量要素主要由涂層厚度、涂層寬度、涂層均勻性、氣泡、噴涂邊緣精度、噴涂圖形規(guī)則性等構(gòu)成，而影響這些質(zhì)量要素的因素很多且復(fù)雜，下面介紹幾個主要的選擇性涂覆工藝參數(shù)及其對噴涂質(zhì)量的影響。

（一）壓力

壓力包括噴涂壓力、霧化壓力、供料壓力。

1.噴涂壓力

對于噴霧閥來說，噴涂壓力主要用于頂起噴閥內(nèi)部的彈簧、抬高噴霧閥的撞針，從而打開噴霧閥的流體出口。由于噴霧閥的這種機(jī)械結(jié)構(gòu)，決定了噴涂壓力越大則出料口越大，反之則小。

2.霧化壓力

霧化壓力是在噴霧閥出料口的側(cè)面加壓，從而使流體在噴霧閥出口處形成扇形霧狀，而不是直線形流體，達(dá)到噴涂目的。

霧化壓力不均勻會導(dǎo)致噴出的流體不是均勻的扇形，進(jìn)而導(dǎo)致在電路基板上形成不規(guī)則的形狀，影響噴涂均勻性。霧化壓力的均勻性可通過肉眼觀察，當(dāng)吹出的流體不均勻時應(yīng)檢查噴閥的霧化壓力出氣口是否被凝固的涂料堵塞。

3.供料壓力供料壓力是用于輸出涂料的壓力。

（二）涂料粘度、流動性不同粘度的涂料其流動性也不同，遇空氣固化

的速度也不同，常用的電路基板硅膠涂料其粘度一般小于1Pa/s，流動性較好，噴涂效果也好。根據(jù)我們的工藝實驗經(jīng)驗，0.5Pa/s以下的涂料較0.5Pa/s以上粘度的涂料噴涂效果要好。

（三）噴涂高度

涂覆高度噴閥的噴嘴到電路基板的垂直高度是噴涂的一個重要工藝參數(shù)，不同的高度導(dǎo)致涂料與電路基板接觸面的寬度不同。涂覆高度較大則涂層厚度變薄、寬度增加。

（四）噴涂速度

噴涂速度主要對涂層厚度、寬度有影響。當(dāng)噴涂速度增加時，涂層厚度變薄、寬度變小，反之則相反。

上述這幾個影響因素是相互作用的，在設(shè)計工藝參數(shù)時需綜合加以考慮。上述工藝參數(shù)對涂覆結(jié)果的影響方式見表2。

表2 噴涂工藝參數(shù)對涂覆的作用方式

四、選擇性涂覆常見問題及解決方法

以下是我們在藝實驗中總結(jié)出的一些常見涂覆問題及解決方法。

噴涂過程中出現(xiàn)涂料凝固現(xiàn)象，此時應(yīng)減小供料壓力或減小噴涂壓力，從而使出口處單位體積內(nèi)的涂料量減少，以保證噴閥出口處的涂料能迅速地被噴到電路基板上，防止出口處由于涂料堆積而造成凝固或堵塞噴嘴。

當(dāng)涂層太厚時，可以采用以下方法解決：加大涂覆速度，或減小供料壓力，或加大涂覆高度，或增加涂覆寬度(兩行涂覆層的步進(jìn)間隔，一般為4mm-12mm)。當(dāng)涂層不均勻、厚度有較大的變化時，應(yīng)分以下兩方面考慮：當(dāng)噴涂后每個局部的平面度較好，則可能的原因是電路基板本身彎曲不平，或是傳送鏈條上有污物導(dǎo)致電路基板不水平，或是設(shè)備本身的不水平等原因造成的；當(dāng)噴涂后平面整體都不均勻，除了上述可能原因之外，還有一個原因就是涂料太少造成的，應(yīng)加大供料壓力或減小涂覆速度或減小涂覆寬度。

噴涂后涂層有較多的氣泡且氣泡的大小比較均勻時，當(dāng)在常溫下固化時氣泡會部分消失，出現(xiàn)這種情況的原因極有可能是涂料量少，空氣鉆進(jìn)稀薄的涂料層所致，這時可采用增加供料壓力、增加噴涂壓力、減小噴涂高度等方法進(jìn)行改進(jìn)。但是如果氣泡或空洞的直徑較大或只在局部地方有氣泡或顆粒時，就應(yīng)該考慮是否是電路基板本身不潔凈、輸料管內(nèi)有雜質(zhì)或涂料本身有雜質(zhì)所致。出現(xiàn)氣泡還有一種可能的情況是當(dāng)涂覆寬度較小(如小于5mm時)，后一次的涂層與前一次的涂層有疊加時，在噴涂料的同時也會將氣體帶進(jìn)電路基板上上一次剛噴上的涂層表面，從而導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生，這種情況可用增加涂覆寬度、減少涂料、增加涂覆速度等方法解決：

涂層表面有明顯的噴涂痕跡(如一道波峰一道波谷相間)時，一般是由于涂料噴涂量太少所致，這時可采用加大噴涂壓力、下降噴涂高度等方法來增加噴涂量，從而使涂層表面的噴痕消失，提高噴涂均勻性。

當(dāng)噴涂的涂料不連續(xù)時，應(yīng)考慮以下幾方面的原因：輸料管中是否有雜物、大的涂料顆粒；輸料管中有氣體或有涂料溢出；噴閥的噴嘴出口被堵塞等。

五、噴涂設(shè)備的應(yīng)用

傳統(tǒng)的設(shè)備噴涂三防處理，通常是把單元板噴涂后，使單元板自然風(fēng)干，但是這樣的工藝使得三防處理的周期比較長，生產(chǎn)效率低，不利于大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。選擇合適的噴涂設(shè)備對提高三防處理的效率至關(guān)重要。下面介紹可選擇性涂覆系統(tǒng)和UV光固化設(shè)備的應(yīng)用，見圖1。

選擇性噴射涂覆設(shè)備可用于含有插頭、微調(diào)電容、高頻器件、電位器、靜電敏感等器件的電源板、通信板等各種單面、雙面、混裝電路板的三防保護(hù)涂覆領(lǐng)域，適合于不同批量、種類電路基板的保護(hù)噴涂。該設(shè)備具有點、線、面等多種涂覆方式，具有大面積或小區(qū)域有選擇地涂覆等多種涂覆功能具有示教編程、工藝參數(shù)設(shè)置、激光點輔助定位等功能，可存儲多組涂覆程序及工藝參數(shù)，系統(tǒng)自動完成整個涂覆過程。設(shè)備的噴涂閥由噴霧閥和點涂閥組成。噴霧閥完成大區(qū)域的涂覆；點涂閥用于對難以達(dá)到的空間進(jìn)行小范圍的涂覆，同時點涂閥可旋轉(zhuǎn)、左右偏轉(zhuǎn)，從不同的角度和方向?qū)﹄娐坊暹M(jìn)行涂覆。

UV光固化設(shè)備經(jīng)相關(guān)技術(shù)配對，可以使得UV燈管在瞬間由高電壓激發(fā)點亮，然后發(fā)出主峰為360納米左右的紫外光。照射在UV涂料涂抹層上，基本上1～2左右瞬間引發(fā)涂料的固化。

圖1 可選擇性涂覆系統(tǒng)和UV光固化設(shè)備

可選擇性涂覆系統(tǒng)和UV光固化設(shè)備組成了一體化的三防處理系統(tǒng)，由涂覆設(shè)備對電路板進(jìn)行三防處理后，直接送入UV光固化設(shè)備進(jìn)行固化，不但能滿足各種噴涂的需求，而且提高了三防的效率。

六、結(jié)束語

噴涂工藝和噴涂設(shè)備是密不可分的，工藝和設(shè)備的有機(jī)結(jié)合可為用戶提供一個完善的三防保護(hù)工藝解決方案。