高密度核級(jí)安全系統(tǒng)印制線路板組件三防涂覆性能的工藝研究及驗(yàn)證

馬 玥，王秀鵬，王庭兵

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610213）

核級(jí)電子產(chǎn)品必須以穩(wěn)定性為前提，任何快速、高效、減免的工藝特點(diǎn)都必須以不降低性能和長(zhǎng)久性為目標(biāo)。因此，合理的三防涂覆工藝方法、適合的三防涂覆材料選取是核級(jí)電子產(chǎn)品的印制線路板防腐三防涂覆的重點(diǎn)。軍用設(shè)備、航空、航天等電子產(chǎn)品的印制線路板的三防涂覆都已經(jīng)有了較多的研究，其使用材料、工藝方法都已經(jīng)比較成熟，而核級(jí)電子產(chǎn)品的使用環(huán)境更加嚴(yán)苛，對(duì)三防涂覆的材料選取、工藝方法研究也更加需要引起重視。

表1 環(huán)境影響特性表Table 1 Environmental impact characteristics table

1 三防的必要性

三防涂覆涂層就像它的皮膚，起著防護(hù)的功能，一旦防護(hù)失效，就可能因?yàn)榄h(huán)境下產(chǎn)生的腐蝕造成材料斷裂、基層損傷、絕緣強(qiáng)度降低、接觸不良、介電常數(shù)改變等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致印制線路板組件使用壽命縮短甚至失效。

核電站坐落在典型的海洋氣候環(huán)境中，主要特點(diǎn)是高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)烈的日光輻射，這些因素會(huì)誘發(fā)霉菌、腐蝕等，最終造成印制線路板組件功能失效，其危害詳見表1。因此，對(duì)印制線路板組件執(zhí)行有效的三防涂覆涂層保護(hù)，做到提升性能穩(wěn)定性的同時(shí)盡可能地延長(zhǎng)其工作壽命，是當(dāng)下核級(jí)產(chǎn)品勢(shì)在必行的大事。

2 涂覆工藝體系

2.1 涂覆材料的劃分和選擇

在惡劣環(huán)境下，常用的三防漆種類為改性環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚氨酯、氟聚氨酯類型4種，但改性環(huán)氧樹脂為脆性材料，在印制線路板組件的應(yīng)用上具有一定的局限性。目前電子行業(yè)裝封技術(shù)中，陶瓷封裝也較多，插裝元器件也存在很多玻璃封裝或陶瓷封裝等脆性材料，若使用環(huán)氧樹脂類進(jìn)行防腐涂覆，極易因膨脹系數(shù)的差異造成本體撕裂。因此，有機(jī)硅樹脂、聚氨酯、氟聚氨酯是較為理想的涂覆防腐材料。

此 次 試 驗(yàn) 選 用 了TS96-11、TS01-3A、DBSF6101、1-2577 4種三防涂覆材料作為研究對(duì)象，它們的成分組成及特性詳見表2。

表2 4種三防涂覆材料成分及特性表Table 2 Composition and characteristics of four kinds of three anti coating materials

圖1 涂覆工藝流程圖Fig.1 Coating process flow chart

2.2 涂覆流程

核級(jí)產(chǎn)品印制線路板組件的三防涂覆工藝流程如圖1所示。

2.3 涂覆實(shí)施

2.3.1 噴涂方法

吸上式噴槍噴涂。

2.3.2 三防涂覆試件

試驗(yàn)件選擇了核級(jí)產(chǎn)品中具有代表性的印制線路板組件（工藝板），具有層級(jí)多、元器件密集度高、立面器件以及底部焊接器件多、功能特性復(fù)雜的特點(diǎn)，如圖2所示。

2.3.3 印制板焊接

工藝試驗(yàn)板采用與原級(jí)產(chǎn)品同種工藝焊接方法焊接。

圖2 工藝試驗(yàn)板（正、反面）Fig.2 Process test board (front and back)

2.3.4 印制線路板組件清洗

清潔度是確保涂覆層附著力及抑制霉菌生長(zhǎng)的重要工序，水基清洗劑可以有效地溶解和去除印制線路板在裝焊過程中殘留的松香、助焊劑、樹脂和其他類型的聚合物等。本次樣品試驗(yàn)件采用手工清洗兩遍，烘干除潮，溫度（50±2）℃，時(shí)間6h。

2.3.5 保護(hù)

非密封器件、散熱部位、大功率器件、2W以上電阻、玻璃封裝器件以及發(fā)光部位、接銅邊、接插部位等，不執(zhí)行三防涂覆。

2.3.6 漆液配制

試驗(yàn)使用的4種漆液，其漆液類型、配比及黏度詳見表3。

表3 漆液配制表Table 3 Paint preparation table

2.3.7 噴槍噴涂

1）空氣壓力（0.2～0.3）MPa，進(jìn)行第一次雙面噴涂，夾面（45±5）°，噴涂帶覆蓋上一噴涂帶1/2～2/3，直至整面印制板噴涂完成。

2）表干，4種漆液其干燥環(huán)境及表干時(shí)間詳見表4。

表4 漆液表干環(huán)境及時(shí)間參數(shù)表Table 4 Dry environment and time parameters table

3）第二次雙面噴涂，夾面（45±5）°，沿印制板邊緣從左向右，再從右向左來回噴涂，噴涂帶覆蓋上一噴涂帶1/2～2/3，直至整面印制板噴涂完成。

2.3.8 靜置

靜置環(huán)境及時(shí)間詳見表5。

表5 靜置環(huán)境及時(shí)間參數(shù)表Table 5 Table of static environment and time parameters

2.3.9 去保護(hù)

去除印制線路板組件上的保護(hù)物。

2.3.10 手工補(bǔ)刷

對(duì)三防涂覆后的印制線路板組件目視自檢，密集區(qū)域或多引腳部位使用4倍放大設(shè)備檢查，對(duì)其缺失、空洞部位進(jìn)行補(bǔ)刷。

2.3.11 烘干

4種漆液的烘干參數(shù)詳見表6。

表6 烘干參數(shù)表Table 6 Drying parameters table

2.4 外觀檢查

目視檢查試驗(yàn)件外觀，結(jié)果詳見表7。

表7 外觀檢查情況Table 7 Appearance checks

表8 漆膜干膜厚度Table 8 Paint film dry film thickness

2.5 厚度測(cè)試

每張板選取8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，干膜厚度詳見表8。

2.6 附著力測(cè)試

按照GB 1720-1979《漆膜附著力測(cè)定法》，圓滾線標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)半徑5.25mm，圓滾線劃痕標(biāo)準(zhǔn)圖長(zhǎng)（7.5±0.5）cm[1]；以4倍放大鏡檢查劃痕并評(píng)級(jí)，測(cè)定結(jié)果詳見表9。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 濕熱試驗(yàn)

按照GJB 150.9A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第9部分：濕熱試驗(yàn)》進(jìn)行試驗(yàn)。

1）試驗(yàn)要求

試驗(yàn)周期為10個(gè)周期，24h為1個(gè)循環(huán)周期，在第10個(gè)周期結(jié)束前4h進(jìn)行中間檢測(cè)[2]，所有設(shè)備滿足GJB 150.1A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第1部分：通用要求》中第3.3的允差要求。

2）試驗(yàn)實(shí)施

試驗(yàn)程序按照GJB 150.9A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第9部分：濕熱試驗(yàn)》中第7.3要求進(jìn)行，具體要求見表10。

3）結(jié)果分析

對(duì)試驗(yàn)后的樣件進(jìn)行測(cè)試，4種三防涂覆后的印制線路板組件工作性能均在可接受范圍內(nèi)，濕熱試驗(yàn)合格。

3.2 霉菌試驗(yàn)

按照GJB 4.10-83《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 霉菌試驗(yàn)》要求進(jìn)行，試驗(yàn)菌種增加：黃曲霉、雜色曲霉、繩狀青霉。

1）試驗(yàn)要求

霉菌試驗(yàn)條件要求按照GJB 4.10-83《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 霉菌試驗(yàn)》中第2條進(jìn)行。

2）試驗(yàn)實(shí)施

霉菌試驗(yàn)具體按照GJB 4.10-83《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 霉菌試驗(yàn)》中第3.3條關(guān)于試驗(yàn)的要求進(jìn)行。

3）結(jié)果分析

霉菌試驗(yàn)結(jié)束后，取出樣件，按照表11進(jìn)行生霉等級(jí)檢查及判定。

對(duì)霉菌試驗(yàn)后的印制線路板組件進(jìn)行檢查，生霉等級(jí)詳見表12。

表9 漆膜附著力測(cè)試表Table 9 Paint film adhesion test table

表10 濕熱試驗(yàn)參數(shù)表Table 10 Wet heat test parameters table

表11 生霉等級(jí)評(píng)定表[3]Table 11 Mould grade evaluation[3]

3.3 鹽霧試驗(yàn)

按照GJB 4.11-83《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》要求進(jìn)行試驗(yàn)。

1）試驗(yàn)要求

根據(jù)試驗(yàn)件材質(zhì)，試驗(yàn)周期選取為4個(gè)周期，試驗(yàn)條件及方法具體按照GJB 4.11-83《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》中第3條要求進(jìn)行。

2）試驗(yàn)實(shí)施

表12 生霉等級(jí)檢查結(jié)果判定Table 12 Determination of the results of the mold grade inspection

表13 鹽霧試驗(yàn)后檢查結(jié)果Table 13 Results of post-salt mist test

表14 綜合比對(duì)表Table 14 Composite comparison table

鹽霧試驗(yàn)按照GJB 4.11-83《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》中第5.3要求進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)束后，按照GJB 4.11-83《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》中第5.4要求進(jìn)行恢復(fù)。

3）結(jié)果分析

鹽霧試驗(yàn)后，檢查試驗(yàn)件外觀及印制線路板組件功能，詳見表13。

4 綜合比對(duì)

本次對(duì)TS96-11、TS01-3A、DBSF6101、1-2577 4種類型的三防涂覆材料外觀、厚度、附著力、濕熱試驗(yàn)驗(yàn)證、霉菌試驗(yàn)驗(yàn)證、鹽霧試驗(yàn)驗(yàn)證，比對(duì)結(jié)果見表14。

5 結(jié)論

從上述結(jié)果對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，TS96-11材料的綜合性能在各個(gè)方面都有明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)于濕熱、霉菌、鹽霧都有著較高要求的核級(jí)電子產(chǎn)品印制線路板的三防涂覆，推薦使用TS96-11氟聚氨酯清漆。