溶劑型涂覆過程中電連接器的防護工藝

何燕春,袁莓婷,劉 煒,雷 馳,王文俊

(航空工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所 陜西 西安 710068)

0 引言

近年來,隨著電子信息行業(yè)的快速發(fā)展,連接器作為電子產(chǎn)品中的重要精密型元器件被廣泛應用,特別是高可靠性航空、航天電子產(chǎn)品。但航空、航天產(chǎn)品由于在工作中處于惡劣環(huán)境中,對其抗惡劣環(huán)境、抗氣體腐蝕要求極高,需要在印制電路板(printed-circuit board,PCB)表面形成一層敷形涂層,起到防潮、絕緣、防霉、防鹽霧等作用[1]。而電子連接器的作用是進行產(chǎn)品上電性能的傳輸連接,不能進行絕緣涂敷,因此需要在PCB表面涂敷時進行遮蔽、密封以保證連接器接插部位的電連接有效性,但另一方面還需對其引腳部位進行涂敷防護保證可靠性。由于市場上連接器類型繁多,其防護工藝也不盡相同,在PCB表面形成敷形涂層工藝的關(guān)鍵難點在于電連接器的防護工藝突破[2-5]。

1 溶劑型涂敷工藝

溶劑型涂敷是指對電子產(chǎn)品上的元器件、焊點、印制線路等區(qū)域涂敷溶劑型涂料,干燥后形成與產(chǎn)品表面緊密貼合的敷形涂層,使產(chǎn)品與外部環(huán)境隔離,達到產(chǎn)品在濕熱、霉菌、鹽霧等惡劣環(huán)境中的防護功能。當所用涂敷材料中含有大量揮發(fā)性有機物VOCs時,同一面需進行重復涂敷,以覆蓋原有涂層因溶劑揮發(fā)所產(chǎn)生的針孔,當需要多次涂敷時,應在前次涂層表干后、固化前進行下次涂敷,一般溶劑型涂敷的工藝流程如圖1所示。

圖1 溶劑型涂覆生產(chǎn)線流程圖

目前常用的溶劑型涂敷工藝方法包含有:自動噴涂、手工噴涂、浸涂、刷涂、灌涂。自動噴涂工藝是采用自動化的噴涂設備進行,適用于批量生產(chǎn)(流水線)的產(chǎn)品,受設備工作區(qū)尺寸限制,一般用于無殼體的電源模塊、母板、模塊的涂敷,而有殼體的電源、機箱則不適用于該方法。同時,自動噴涂適宜采用單組份涂料,如丙烯酸型材料、有機硅型材料、UV固化材料等;手工噴涂工藝是將各類涂料裝入手持噴槍中,使用手持式噴槍進行噴涂,配套噴漆柜抽風換氣、壓縮空氣系統(tǒng)供氣;浸涂工藝是將產(chǎn)品完全浸沒于涂料中,使用浸涂設備控制產(chǎn)品浸入和提出速度,適用于低黏度涂料(如丙烯酸型、聚氨酯型、環(huán)氧型涂料),不適宜高黏度、快干型或填料較多的涂料,一般用于大批量模塊產(chǎn)品的生產(chǎn),對于有殼體的電源和機箱則不適合;對于裝有不允許涂敷的可調(diào)器件(如電位器、開關(guān))和非密封器件(如電連接器)不宜采用浸涂工藝,除非能對其進行密封防護;刷涂工藝是一種適用性最廣泛的工藝,使用軟毛刷對印制組件進行涂敷,由于是人工操作,可對涂敷區(qū)域進行控制,靈活性大,如機箱內(nèi)部、復雜電源等均可進行操作,適用于小批量、結(jié)構(gòu)復雜、局部保護要求苛刻、涂敷區(qū)域分散、涂敷面積小的產(chǎn)品,以及無法使用設備進行噴涂和浸涂操作的產(chǎn)品及局部返修,刷涂過程中為獲得好的涂層,應避免毛刷來回涂抹,順一個方向均勻刷涂,減少氣泡和流痕的產(chǎn)生,為避免漏涂,可在紫光燈下進行涂敷;灌涂工藝是噴涂和刷涂的補充,對于噴涂、刷涂無法覆蓋到的區(qū)域,使用注膠器對其進行涂料的灌注,例如大芯片的底部、密集的管腿間隙等部位。灌涂時,涂料應注滿需涂敷部位的底部、間隙,保證所有涂敷表面均浸潤漆液,并在灌涂結(jié)束后將涂敷區(qū)域內(nèi)過多的漆液吸回,灌涂工藝一般在噴涂或刷涂前進行。

一般溶劑型涂敷的材料有環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂、硅樹脂等。環(huán)氧樹脂類清漆具有良好的防潮、抗鹽霧和化學性能,適用期短,易粉化,漆膜內(nèi)應力大,不適合直接應用于產(chǎn)品表面;聚氨酯樹脂清漆具有優(yōu)異的長期介電性、防潮性和抗化學品性能,對施工環(huán)境較嚴苛,特別是濕度不能超過50%～70%;丙烯酸樹脂清漆具有比其他清漆更優(yōu)越的電性能、物理性能,其漆膜柔韌性好,固化無收縮且可維修性好;硅樹脂清漆具有低黏度、高固體含量、無VOC溶劑等特點,熱性硅樹脂的熱性能特別優(yōu)秀,能耐200 ℃以上的高溫。該類涂層較厚且分子量大,容易吸附小分子物質(zhì),特別是硫化物,容易造成電路板上含銀器件局部硫化而失效,不適合含銀等易硫化的印制電路組件的三防防護。以上四類涂層的維修性能:丙烯酸樹脂>硅樹脂>聚氨酯樹脂>環(huán)氧樹脂。各類涂敷材料要求的涂層厚度如表1所示。

表1 各類涂敷材料的涂層厚度要求

2 特殊連接器的防護工藝

航空工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所使用的涂敷材料是丙烯酸類,含有熒光劑,可在紫光燈下進行檢測。產(chǎn)品涂敷前需要對不應涂敷區(qū)域進行掩膜保護,特別是連接器,因連接器的結(jié)構(gòu)形式較多,特別是很多非密封連接器,印制電路組件表面涂敷時涂料易通過毛細作用倒吸進入連接器連接部位導致電連器絕緣失效,輕則返工清洗,重則更換連接器,導致連接器報廢。因此,需要尋找一種優(yōu)異的工藝方法既能保護連接器的底部焊接的細密管腿,又能防護連接器連接部位的電連接性[6-7]。

2.1 PMC連接器的防護

PMC連接器常用于各類子卡與基板之間的連接又稱子母板間連接器,該連接器的特征是表面貼裝于印制板表面,連接器分為子母插座,子插座內(nèi)含彈簧卡片,形成“魚嘴型”電連接點,卡片的最低端形成焊接管腿,管腿的上部分用于疊板間電信號連接,連接器內(nèi)部的電連接層部分做了鍍金處理,其三防性能較好且處于連接內(nèi)部與母插座之間緊密連接,因此,當連接器焊接至印制板上時,只有管腳連接部位需要涂覆,但涂覆部位與電連接部位中間存在縫隙,未密封,在連接器涂覆時會因毛細現(xiàn)象作用導致連接部分也會吸上涂料,如圖2所示。

圖2 PMC連接器子插座截面圖

PMC的母插座內(nèi)部為金屬卡片,外層有保護殼體將對接后的連接器進行整體保護,內(nèi)部金屬卡片與焊接管腿為一體,中間也存在縫隙,未密封,涂料也會進入上部金屬卡片影響電連接,如圖3所示。

圖3 PMC連接器母插座截面圖

為了確保涂料不進入電連接器,影響電連接性能,對子母插座均進行整體保護,先使用膠帶將連接器整體進行纏繞且遮蓋細密管腿,后在膠帶與PCB連接部位涂上可剝離膠黏劑,如下圖4所示,在產(chǎn)品噴涂后再將其整體去除,去除效果下圖5所示,后期需要對PMC周邊區(qū)域進行刷涂,其整體流程為掩膜保護—可剝離膠密封—剝離膠固化—噴涂—去保護—刷涂。同時,該工藝方法中PMC管腿位置與電連接部位聯(lián)通,涂料具有流動性在進行刷涂時毛細現(xiàn)象作用直接進入連接器內(nèi)部導致連接器管腿無法進行涂覆。

圖4 PMC保護方法改進前保護效果圖

圖5 PMC保護方法改進前涂敷后保護去除效果圖

為了連接器管腿位置能進行涂覆防護,制定了新的工藝方法,在產(chǎn)品掩膜遮蔽前對管腿位置進行防護和密封,其主要流程為管腿密封—密封膠固化—掩膜保護—噴涂—去保護,改進后簡化了掩膜保護的操作難度且去除了涂敷后的刷涂操作,保證了改進后連接器管腿與周邊涂層完整性,見圖6所示,該過程中的主要難點在于管腿密封和防護所用膠黏劑應具有防護性能且黏稠度合適,不流動但可以自流平,另與涂料兼容性較好。在針對子插座密封時需要注意膠黏劑不可高于對接插座平臺,不可影響母插座的對接性能,且需要密封嚴實以防涂料毛細現(xiàn)象作用進入連接器內(nèi)部,如圖7所示。

圖6 PMC連接器管腿保護及周邊位置的涂層情況

圖7 子插座膠黏劑密封高度要求膠黏劑密封區(qū)域

2.2 線簧電連接器的防護

線簧電連接器是由插針、導向組件、鎖緊組件等組成,連接器平鋪于印制板表面,插針一端彎曲90度焊接于印制板面,另一端插針與鎖緊部位同時與配套連接器對接,鎖緊部位內(nèi)置彈簧旋轉(zhuǎn)后鎖緊,確保連接器對接緊密不松脫,連接器主體與鎖緊位置有安裝螺釘將連接器主體安裝在印制電路板上,形成連接器整體結(jié)構(gòu),如圖8所示。

圖8 線簧電連接器結(jié)構(gòu)

為了確保涂料不進入電連接器區(qū)域影響電氣連接性能,同時涂料不進入鎖緊區(qū)域影響鎖緊活動。連接器連接部位為插針,只需對電連接區(qū)域進行遮蔽就可防護其不進涂料,但鎖緊區(qū)域因其聯(lián)通區(qū)域有連接器主體、螺釘?shù)?針對此連接器特點,對鎖緊區(qū)域進行防護分析:(1)鎖緊與連接器主體對接部位有螺釘穿過,螺釘安裝區(qū)域與鎖緊聯(lián)通,如圖9所示,當連接器安裝在印制板上,涂料噴涂于印制板面螺釘區(qū)域時,因噴涂壓力和涂料的毛細作用通過螺釘?shù)目p隙進入鎖緊區(qū)域;(2)鎖緊區(qū)域與連接器整體相連,連接器彎連插針部分涂敷涂料時,涂料通過連接器主體與印制板接觸區(qū)域縫隙滲入鎖緊安裝孔后進入鎖緊區(qū)域;(3)鎖緊與連接器主體接觸縫隙涂料可能滲入。上述三種方式均可導致涂料進入鎖緊區(qū)域,導致鎖緊抱死,連接器無法拆卸。因此,針對該類連接器原防護工藝方法的主要流程為:掩膜保護—噴涂—去保護—灌涂—刷涂,掩膜保護時膠帶完全包裹覆蓋連接器整體且需將產(chǎn)品周邊元件一并遮蔽,如圖11所示,噴涂后再對周邊元件局部區(qū)域進行灌涂、刷涂,手工灌涂、刷涂工作量大。

圖9 連接器螺釘與連接器整體相聯(lián)通

圖10 改進前連接器保護工藝

圖11 改進前連接器涂覆后工藝

為了去除涂敷后的灌涂、刷涂操作,根據(jù)連接器特點,設計制定整體防護工藝,改善后保護工藝流程為:掩膜保護—涂可剝離膠—噴涂—去保護。首先,將螺釘安裝孔位置用膠黏劑進行封堵;其次,用膠帶將鎖緊整體纏繞且在鎖緊與連接器整體接縫位置使用可剝離膠進行封堵,如圖12所示;最后,將彎曲插針連接器主體部位中靠近鎖緊區(qū)域的底部使用可剝離膠封堵。改進后涂料將無法進入鎖緊區(qū)域,如圖13所示,鎖緊不會抱死。

圖12 改進后連接器保護工藝

圖13 改進后連接器涂覆后工藝

3 結(jié)語

本文針對不同類型連接器(如PMC連接器、線簧電連接器)在涂敷前的保護工序,依據(jù)其結(jié)構(gòu)特性分析改進了不同連接器的掩膜遮蔽工藝方法,通過使用密封膠保護管腿、可剝離膠密封接縫位置等流程的優(yōu)化,簡化了掩膜保護的操作難度且去除了涂敷后的灌涂、刷涂操作,使得涂敷絕緣漆不影響連接器的電連接區(qū)域的電連通性,同時也能使連接器上焊接于印制電子組件上的焊點、管腿等區(qū)域得到有效涂敷保護,保證了連接器管腿與周邊涂層的完整性。