三防漆涂覆工藝|密封決定成敗

“用三防漆來(lái)保護(hù)印刷電路的做法可以追溯到20世紀(jì)60年代以前，在那個(gè)年代，美國(guó)國(guó)防部制定了MIL-I-46058規(guī)范。通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IPC-CC-830最近幾年以來(lái)在推動(dòng)三防漆行業(yè)向前發(fā)展。三防漆可以用來(lái)保護(hù)印刷電路不受電流泄漏、短路（電弧、電暈）、腐蝕、焊點(diǎn)疲勞、機(jī)械應(yīng)力（例如沖擊和振動(dòng)）的影響，并具有防塵和防污垢的保護(hù)功能。”

　　因此，這一段對(duì)三防漆歷史的介紹，基本上概括了使用良好涂層的作用。既然清楚三防漆的作用，現(xiàn)在讓我們談?wù)勎易钕矚g的部分——合同制造商在三防漆問(wèn)題上是怎么不斷地犯各種錯(cuò)誤。請(qǐng)記住，我是在分析實(shí)驗(yàn)室的工作。

　　四種主要的材料類型

　　有幾種類型的涂層材料，在決定哪一類材料最適合你的產(chǎn)品時(shí)，通常要取決于電路的最終使用環(huán)境。涂層材料一般會(huì)選擇丙烯酸樹脂、硅樹脂、聚氨酯樹脂和聚對(duì)二甲苯。可能也會(huì)使用其他的一些材料，但我們最常見到的大部分材料都屬于這四大類型。

　　在這四類材料中，涂敷工藝中出現(xiàn)問(wèn)題最少的材料是聚對(duì)二甲苯，這是因?yàn)樗捎脷庀嗤糠蠊に?，這種工藝要求基板必須非常干凈，涂敷的材料才能正確地附著到基板上。在這個(gè)涂敷工藝正確完成時(shí)，通常會(huì)把那些可能引起電流泄漏或電化學(xué)遷移的殘留物清除掉。最重要的是，和其他的涂層材料相比，聚對(duì)二甲苯會(huì)形成一種近乎完全密封的涂層。

　　聚對(duì)二甲苯的缺點(diǎn)是成本和用來(lái)涂敷的時(shí)間。我們沒(méi)有看到在大批量生產(chǎn)中使用聚對(duì)二甲苯的例子，例如消費(fèi)電子產(chǎn)品，不過(guò)，像醫(yī)療設(shè)備和航空航天應(yīng)用這類高端的對(duì)可靠性要求高的產(chǎn)品會(huì)使用這種材料。其他的三種材料是本月專欄的重點(diǎn)，因?yàn)樵谕糠筮@些材料之前不必對(duì)涂敷的表面進(jìn)行預(yù)清洗，而這一點(diǎn)正是我們考慮涂敷問(wèn)題的起點(diǎn)。

　　我們的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常收到一些人說(shuō)他們的三防漆失效的報(bào)告，他們發(fā)現(xiàn)涂層不能阻止“樹枝狀結(jié)晶”在他們產(chǎn)品上生長(zhǎng)，這使他們非常吃驚。有時(shí)，三防漆被認(rèn)為是一種神奇的應(yīng)用，可以阻止所有的電泄漏，但事實(shí)并非如此。以前，我曾詳細(xì)討論過(guò)在構(gòu)成制造工藝的任何一個(gè)組成部分中離子殘留物殘留水平升高的風(fēng)險(xiǎn)，這種風(fēng)險(xiǎn)在涉及三防漆時(shí)也沒(méi)有什么不一樣的地方。涂層能很好地阻擋大部分灰塵和碎片，但如果大氣的濕度足夠高，再加上存在活性、吸濕性離子殘留物，離子殘留物最終會(huì)穿透涂層，并且可能會(huì)導(dǎo)致漏電。

　　應(yīng)用和固化

　　有多種用來(lái)涂敷三防漆的方法，包括用刷子手工涂敷、浸潤(rùn)涂敷，或是利用空氣壓力噴涂設(shè)備自動(dòng)噴涂，以及使用噴嘴噴霧涂敷。所有手工涂敷方法的有效性通常取決于操作者的能力和經(jīng)驗(yàn)水平。手工涂敷的方法可能還包括在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到不要被涂敷的適當(dāng)?shù)恼诒螀^(qū)域，用聚酰亞胺膠帶遮蔽不需要涂敷的區(qū)域是最常見的做法。這可能會(huì)禁止對(duì)一些組件使用浸潤(rùn)涂敷的方法，這些組件有部分不需要涂敷的區(qū)域很難遮蔽住。自動(dòng)噴涂系統(tǒng)是涂敷三防漆重復(fù)性最好的一種方法。這是我們?cè)谌榔嵝袠I(yè)中看到的最普遍方法，通常用于大批量的涂敷工藝。如果出現(xiàn)某些問(wèn)題，噴霧系統(tǒng)是最容易診斷和優(yōu)化的。

　　現(xiàn)在，在免清洗助焊劑殘留物上涂敷三防漆是一種常見做法，對(duì)這種涂敷工藝存在一些不同的看法。一般地說(shuō)，我們很少看到在涂敷前經(jīng)過(guò)適當(dāng)清洗的電路板的涂層出現(xiàn)問(wèn)題，例如使用聚對(duì)二甲苯涂層的電路板。我們已經(jīng)注意到，當(dāng)助焊劑殘留物沒(méi)有被完全處理掉，沒(méi)有形成讓涂層材料粘附的堅(jiān)固的外表面層時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各種涂層粘附問(wèn)題。如果沒(méi)有對(duì)助焊劑殘留物做適當(dāng)處理，電路板柔軟的外表面層會(huì)和涂層混合，涂層將不會(huì)完全固化。使用經(jīng)過(guò)免清洗助焊劑處理的組件，即使經(jīng)過(guò)清洗工藝，在這種組件上的涂層的附著力也是一個(gè)問(wèn)題。有很多時(shí)候，大部分助焊劑殘留物在清洗工藝中被清洗掉，但會(huì)留下不容易看到的單分子層殘留物。你不能看出來(lái)的殘留物可能會(huì)造成很多問(wèn)題，這些問(wèn)題和你可能看到的殘留物的問(wèn)題一樣多，所以必須限制清洗工藝的規(guī)格來(lái)確保把所有的殘留物都清除掉。

　　然后，有兩種固化方法：熱暴露和紫外暴露。熱暴露固化需要的時(shí)間比紫外固化的多，可能至少需要10分鐘來(lái)使涂層和外表面層的膠粘變得干燥，才能進(jìn)行后續(xù)的組裝工藝，涂層在進(jìn)行這些工藝時(shí)繼續(xù)固化。紫外固化要快得多，但在陰影區(qū)域的涂層存在始終不能固化的風(fēng)險(xiǎn)。這種情況在高密度組件上最常出現(xiàn)。如果紫外固化的涂層在元件下面遷移，它將永遠(yuǎn)不會(huì)完全固化，在產(chǎn)品的使用壽命期間它將一直保持濕潤(rùn)。這種狀態(tài)的涂層中會(huì)有它想要阻擋的灰塵和碎片。如果碎片是金屬碎片，你的產(chǎn)品的失敗風(fēng)險(xiǎn)可能比不使用任何涂層的產(chǎn)品都還要高。

　　由于具有其他類型涂層沒(méi)有的發(fā)光特性，紫外涂層的好處是檢查起來(lái)更容易。檢查人員能夠因此準(zhǔn)確地確定組件上涂層的位置并且確定紫外固化工藝是否充分到達(dá)所有的涂敷區(qū)域。紫外固化涂料還使它更容易確定涂敷厚度的一致性。一般地說(shuō)，涂層越亮，涂層就越厚。當(dāng)有殘留物存在時(shí)，涂層的去濕作用很常見，這種情況在導(dǎo)線鋒利的邊緣和元件體上經(jīng)常出現(xiàn)。這可能使組件中的一些區(qū)域更容易受到操作環(huán)境的影響。

　　可以使用IPC TM-650 2.4.1.6確定附著力的水平。這種方法使用一個(gè)10×10的網(wǎng)格，網(wǎng)格中的1毫米×1毫米正方形蝕刻在涂層上，隨后貼上膠帶，以180°角的穩(wěn)定移動(dòng)將膠帶拉走。拉掉膠帶后檢查網(wǎng)格，看有多少網(wǎng)格內(nèi)的涂層被膠帶帶走。留住涂層的網(wǎng)格區(qū)域面積按照從0到5六個(gè)等級(jí)來(lái)判斷，0表示膠帶帶走的涂層面積超過(guò)網(wǎng)格面積的65%，5表示膠帶沒(méi)有帶走任何涂層。這種等級(jí)測(cè)定主要是在進(jìn)行工藝評(píng)估期間的測(cè)試樣本上完成的，而不是在實(shí)際產(chǎn)品上進(jìn)行。我們建議，如果可能的話，在實(shí)際產(chǎn)品上進(jìn)行這種測(cè)試，把涂敷工藝和你選擇的材料組合結(jié)合起來(lái)，這可以讓你更好地了解預(yù)期的涂敷效果。

　　現(xiàn)在，我們?cè)倩氐街黝}：“密封決定成敗”。在你選定了涂敷的材料后，通常也就決定了涂敷工藝的結(jié)果，如果需要進(jìn)行維修，很難找到可以輕松補(bǔ)救的措施。你當(dāng)然可以用各種化學(xué)方法或干燥燒蝕工藝來(lái)剝除涂層，但這些剝除方法不僅很費(fèi)時(shí)，還存在他們自身固有的風(fēng)險(xiǎn)，存在失敗的可能。從本專欄文章中得到的重要教訓(xùn)是，涂層并不總是能避免故障的出現(xiàn)；同樣重要的教訓(xùn)是，在考慮你必須涂敷三防漆的組件的清潔度水平時(shí)，要像你考慮決定不涂敷三防漆的組件一樣。如果你的組件是臟的，你也許需要花一點(diǎn)時(shí)間來(lái)清洗它，但最終，密封決定了成敗。