電子組件用納米級(jí)三防涂層研究進(jìn)展

摘要：對(duì)于電子組件，傳統(tǒng)三防涂料不利于其散熱性和導(dǎo)電性，而納米三防涂層厚度較薄，不影響產(chǎn)品的散熱和導(dǎo)電性能，并可改善傳統(tǒng)三防涂層的功能。綜述了納米三防涂層的分類(lèi)和相應(yīng)特性，介紹了國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，對(duì)納米涂層在電子組件上的工藝適用性進(jìn)行分析，總結(jié)了納米涂層應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電子組件;納米涂層;厚度

Research?Progress?of?Nano-scale?Conformal?Coatings?for?Electronic?Components

Zhang?Xiang

Xi’an?Aeronautics?Computing?Technique?Research?Institute，?AVIC??ShaanxiXi’an??710068

Abstract：?For?electronic?components，?the?traditional?conformal?coating?is?not?conducive?to?its?heat?dissipation?and?electrical?conductivity，?while?the?nano-conformal?coating?is?thinner，?does?not?affect?the?heat?dissipation?and?electrical?conductivity?of?the?product，?and?can?improve?the?function?of?the?traditional?conformal?coating.?In?this?paper，?the?classification?and?corresponding?characteristics?of?nano-coating?are?reviewed，?the?latest?research?progress?at?home?and?abroad?is?;introduced，?the?technological?applicability?of?nano-coating?on?electronic?components?is?analyzed.?Moreover，?the?advantages?and?disadvantages?of?nano-coating?applied?to?electronic?components?are?summarized.

Key?words：?electronic?components;?nano?coating;?thickness

航空電子組件在使用時(shí)可能面臨濕熱、霉菌和鹽霧等惡劣的環(huán)境，從而影響產(chǎn)品的電性能等。為了提高產(chǎn)品的可靠性，一般采用三防漆對(duì)電子組件進(jìn)行防護(hù)。通過(guò)在電子組件上涂敷三防漆可有效提高電子組件的可靠性和使用壽命。工業(yè)上常用的三防漆有五類(lèi)，包括丙烯酸樹(shù)脂類(lèi)、環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)、有機(jī)硅類(lèi)、聚氨酯樹(shù)脂類(lèi)和聚對(duì)二甲苯類(lèi)[1-3]。這幾種三防漆的涂敷技術(shù)發(fā)展成熟，基本能滿足航空用產(chǎn)品的防護(hù)要求。然而由于三防漆的涂層厚度相對(duì)較厚，涂敷于產(chǎn)品上會(huì)影響模塊的散熱性、導(dǎo)電性和信號(hào)傳輸性，同時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品的外觀。此外，三防漆所用溶劑不環(huán)保，VOC含量較高，屬易燃易爆品，這些問(wèn)題一直未被解決。因此，發(fā)展綠色環(huán)保，厚度為納米級(jí)的涂層有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用性。本文對(duì)兩類(lèi)納米級(jí)三防涂層及其國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展進(jìn)行概述，并對(duì)納米涂層在電子組件上工藝適用情況進(jìn)行介紹，指出了納米涂層用于電子組件的優(yōu)勢(shì)和局限性。

1?納米三防涂層的研究進(jìn)展

納米涂層指納米級(jí)先進(jìn)工藝制備的涂層材料，其生產(chǎn)需要較高的科技水平。近些年發(fā)展的納米涂層綠色環(huán)保，在使用中不會(huì)造成污染。聚對(duì)二甲苯涂層可達(dá)到微米級(jí)厚度，該涂層已成熟應(yīng)用于印制電路的防護(hù)，也符合環(huán)保要求[4]。納米涂層可應(yīng)用在電子組件類(lèi)產(chǎn)品，能夠防止水氣、霉菌和鹽霧等對(duì)電子器件的侵蝕。

1.1?納米三防涂層分類(lèi)

納米涂層從組成上可分為3類(lèi)：完全為一種納米材料體系、兩種或以上納米材料構(gòu)成的復(fù)合體系（稱0-0復(fù)合）、有納米材料添加的復(fù)合體系（稱0-2復(fù)合）。第一類(lèi)完全為一種納米材料體系的涂層應(yīng)用較少，尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。而通過(guò)向傳統(tǒng)的三防涂層添加納米材料進(jìn)行改性，能夠改善涂層的三防性能[5-7]。根據(jù)材料的不同，電子組件的納米三防涂料可分為兩大類(lèi)，包括納米改性的氟碳涂料和納米改性的其他類(lèi)（除氟碳涂料之外的丙烯酸、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯等類(lèi)）三防涂料。

1.1.1?納米改性三防涂料

此類(lèi)涂料為電子組件應(yīng)用較多的丙烯酸、環(huán)氧樹(shù)脂、和聚氨酯等類(lèi)納米改性涂料。利用納米材料制備的有機(jī)硅改性丙烯酸酯涂料可以增強(qiáng)涂料的部分功能[8-10]。董曉娜等[11]利用有機(jī)硅改性丙烯酸酯，并借助表面改性處理的多壁碳納米管與改性丙烯酸酯進(jìn)行有機(jī)復(fù)合，有效提升了涂料的導(dǎo)熱性能、耐酸堿性及涂層附著力。Yuan等[12]采用浸涂和煅燒的方式制備出聚丙烯酸酯和聚丙烯倍半硅氧烷納米復(fù)合涂料，研究后發(fā)現(xiàn)，涂層在熱蒸汽環(huán)境中具備很好的防霧性能。除此之外，納米三防涂層的防水性能是其主要特性[13-14]。俞雷[15]對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂涂料進(jìn)行改性，將其水化后的形成的乳液與改性的納米二氧化硅進(jìn)行共混，制備出環(huán)保的水性復(fù)合涂料。結(jié)果表明，復(fù)合涂料在二氧化硅的添加量為2%時(shí)表現(xiàn)出最佳的附著力和硬度等級(jí)，且其耐水性較好。潘洪波等[16]用納米二氧化鈦和有機(jī)硅改性聚氨酯，并通過(guò)噴涂方式研制出一種微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的超疏水涂層。

1.1.2?納米改性氟碳涂料

水性氟碳涂料綠色環(huán)保，具有較好的耐溫性、耐腐蝕性和防污自清潔功能。利用納米材料對(duì)氟碳涂料進(jìn)行改性，能夠提高涂料的綜合性能，將其涂敷于電子組件后可形成疏水涂層[17-20]。

納米改性材料包括SiO2、TiO2、Al2O3、CaCO3和ZnO等。Wang等[21]采用電紡絲法，將納米SiO2和聚偏二氟乙烯樹(shù)脂（PVDF）混合制得SiO2改性氟碳涂料，膜層表面接觸角較高，具有超強(qiáng)的疏水性和耐久性。李鑫偉等[22]先用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米TiO2改性，再將表面處理過(guò)的納米粒子和氟碳樹(shù)脂共混分散，所得復(fù)合涂料均勻穩(wěn)定，其附著力、疏水性、自清潔和抗腐蝕性能都得到提高。用粉末納米Al2O3改性的氟碳涂料，所得漆膜為超疏水涂層，具有150°的接觸角，且其抗堿和防腐性能均有增強(qiáng)[23]。CaCO3和ZnO等材料在納米改性氟碳涂料方面研究較少，可查的文獻(xiàn)資料不多。采用共混分散的方式，將納米CaCO3改性聚偏氟乙烯樹(shù)脂后制得復(fù)合涂層，漆膜接觸角超過(guò)150°，防水性能極佳[24]。在氟碳樹(shù)脂中添加納米ZnO和分散劑，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)配比制備的納米改性涂料，提升了涂層附著力和硬度，同時(shí)大大增強(qiáng)了涂層的耐腐蝕性[25]。

1.2?納米涂層的國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展

納米三防涂層的研究多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，實(shí)現(xiàn)商品化的較少。在納米三防涂層的市場(chǎng)化過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)都取得了顯著的成果。2013年，美國(guó)密歇根大學(xué)和空軍研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研發(fā)出名為“超全恐液面”的新型納米涂層，能排斥上百種液體[26]。該納米涂層涂于紗網(wǎng)或織物上可形成對(duì)液體的彈力，賦予衣物抗污染和防止化學(xué)品腐蝕的性能;用于船舶可作為先進(jìn)防水材料，極大地減少水流對(duì)船只的拖曳。相比美國(guó)在納米涂層領(lǐng)域的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)納米三防涂層的研究起步較晚，但仍取得了令人驚喜的成果。2018年，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所與江蘇菲沃泰納米科技有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了FT-X系列低溫等離子體納米涂層[27]。研發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)客戶需求開(kāi)發(fā)了多系列納米防水涂層，滿足不同級(jí)別的防水標(biāo)準(zhǔn)，已成熟應(yīng)用于高端智能手機(jī)、汽車(chē)及海洋工程等電子產(chǎn)品中。在納米涂層工藝上攻克了單體功能團(tuán)合成與調(diào)控技術(shù)和涂層多尺度結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，該成果突破了國(guó)外技術(shù)壟斷;構(gòu)建了多尺度梯度納米涂層體系，解決了防水、防護(hù)與散熱、透波性、導(dǎo)通性的矛盾。

2?納米涂層對(duì)電子組件的工藝適用性

電子組件的三防涂敷工藝一般分為清洗、掩蔽、干燥、涂敷、固化、去掩蔽和檢驗(yàn)工序。掩蔽工序需對(duì)電子組件的電連接器、裝配區(qū)域和其他無(wú)涂敷要求部位進(jìn)行掩蔽保護(hù)。納米涂層在涂料濃度較低且厚度極薄時(shí)表面電阻變小，表現(xiàn)出導(dǎo)電性，對(duì)于防護(hù)要求較低但需導(dǎo)通的連接器可不進(jìn)行掩蔽工序。由于具有納米級(jí)的厚度，納米涂層的散熱性優(yōu)于傳統(tǒng)三防涂層，可對(duì)電子組件上散熱芯片直接進(jìn)行涂敷，無(wú)需掩蔽。納米涂料符合綠色環(huán)保的要求，在涂敷過(guò)程不會(huì)釋放有毒物質(zhì)，操作人員不需佩戴防毒面罩。涂敷工藝多采用浸涂方式，浸涂法有利于獲得完整的涂層，對(duì)于器件排布密集的電子組件防護(hù)效果較好，在去掩蔽工序或維修時(shí)可用刷涂的方式修補(bǔ)涂層缺失處。因?yàn)榧{米涂料固化時(shí)間較短，室溫下晾置數(shù)分鐘即可固化，無(wú)需增加加熱設(shè)備。涂層固化后還需對(duì)其檢驗(yàn)，當(dāng)涂料中添加UV指示劑時(shí)可用紫外燈配合檢驗(yàn)，有利于控制涂層的外觀和質(zhì)量。產(chǎn)品上元器件返修時(shí)可用專(zhuān)用溶劑去除納米涂層，或直接用電烙鐵加熱涂層即可去除。因此，從工藝角度分析，納米涂層有助于優(yōu)化三防涂敷工藝，有利于施工操作。

目前，納米涂層在電子組件的三防領(lǐng)域得到部分應(yīng)用，但和傳統(tǒng)三防涂層相比仍存在一定的局限性。首先，納米涂層因固化時(shí)間短，浸涂后形成的涂層均勻性不佳，導(dǎo)致其成膜性較差。其次，納米涂層成膜后厚度薄，相比傳統(tǒng)三防涂料其附著力較差。此外，納米涂料研制工藝較多，但適用于納米三防涂料的技術(shù)尚不完全成熟。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于電子組件的三防涂敷，采用納米改性三防涂層能夠改善傳統(tǒng)三防涂層的功能，解決散熱性和導(dǎo)電性等問(wèn)題。新型納米三防涂層在使用時(shí)不產(chǎn)生有毒氣體，符合國(guó)家提倡的環(huán)保要求，同時(shí)涂層的防水性能得到極大的提升。從工藝角度看，納米涂料便于三防涂敷的施工操作，但其成膜性能較差是制約其應(yīng)用的局限性。在電子組件的三防領(lǐng)域，納米三防涂料的生產(chǎn)技術(shù)也未能發(fā)展到成熟應(yīng)用的地步?？偟膩?lái)說(shuō)，納米三防涂料是未來(lái)電子組件三防涂敷應(yīng)用的一個(gè)潛在方向，有望替代傳統(tǒng)三防涂料。

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作者簡(jiǎn)介：張翔（1994—??），男，漢族，陜西渭南人，碩士，助理工程師，研究方向：印制板“三防”工藝技術(shù)。