三防漆涂覆工藝|密封決定成敗
時(shí)間：2023-10-16
“用三防漆來(lái)保護印刷電路的做法可以追溯到20世紀60年代以前，在那個(gè)年代，美國國防部制定了MIL-I-46058規范。通用行業(yè)標準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)保護印刷電路不受電流泄漏、短路（電弧、電暈）、腐蝕、焊點(diǎn)疲勞、機械應力（例如沖擊和振動(dòng)）的影響，并具有防塵和防污垢的保護功能?！?/span>
因此，這一段對三防漆歷史的介紹，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誤。請記住，我是在分析實(shí)驗室的工作。
四種主要的材料類(lèi)型
有幾種類(lèi)型的涂層材料，在決定哪一類(lèi)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(shù)脂、硅樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂和聚對二甲苯?？赡芤矔?huì )使用其他的一些材料，但我們最常見(jiàn)到的大部分材料都屬于這四大類(lèi)型。
在這四類(lèi)材料中，涂敷工藝中出現問(wèn)題最少的材料是聚對二甲苯，這是因為它采用氣相涂敷工藝，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(zhù)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，聚對二甲苯會(huì )形成一種近乎完全密封的涂層。
聚對二甲苯的缺點(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)中使用聚對二甲苯的例子，例如消費電子產(chǎn)品，不過(guò)，像醫療設備和航空航天應用這類(lèi)高端的對可靠性要求高的產(chǎn)品會(huì )使用這種材料。其他的三種材料是本月專(zhuān)欄的重點(diǎn)，因為在涂敷這些材料之前不必對涂敷的表面進(jìn)行預清洗，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)驗室經(jīng)常收到一些人說(shuō)他們的三防漆失效的報告，他們發(fā)現涂層不能阻止“樹(shù)枝狀結晶”在他們產(chǎn)品上生長(cháng)，這使他們非常吃驚。有時(shí)，三防漆被認為是一種神奇的應用，可以阻止所有的電泄漏，但事實(shí)并非如此。以前，我曾詳細討論過(guò)在構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，這種風(fēng)險在涉及三防漆時(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 )導致漏電。
應用和固化
有多種用來(lái)涂敷三防漆的方法，包括用刷子手工涂敷、浸潤涂敷，或是利用空氣壓力噴涂設備自動(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)驗水平。手工涂敷的方法可能還包括在設計時(shí)就考慮到不要被涂敷的適當的遮蔽區域，用聚酰亞胺膠帶遮蔽不需要涂敷的區域是最常見(jiàn)的做法。這可能會(huì )禁止對一些組件使用浸潤涂敷的方法，這些組件有部分不需要涂敷的區域很難遮蔽住。自動(dòng)噴涂系統是涂敷三防漆重復性最好的一種方法。這是我們在三防漆行業(yè)中看到的最普遍方法，通常用于大批量的涂敷工藝。如果出現某些問(wèn)題，噴霧系統是最容易診斷和優(yōu)化的。
現在，在免清洗助焊劑殘留物上涂敷三防漆是一種常見(jiàn)做法，對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)適當清洗的電路板的涂層出現問(wèn)題，例如使用聚對二甲苯涂層的電路板。我們已經(jīng)注意到，當助焊劑殘留物沒(méi)有被完全處理掉，沒(méi)有形成讓涂層材料粘附的堅固的外表面層時(shí)，會(huì )出現各種涂層粘附問(wèn)題。如果沒(méi)有對助焊劑殘留物做適當處理，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(zhù)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)行后續的組裝工藝，涂層在進(jìn)行這些工藝時(shí)繼續固化。紫外固化要快得多，但在陰影區域的涂層存在始終不能固化的風(fēng)險。這種情況在高密度組件上最常出現。如果紫外固化的涂層在元件下面遷移，它將永遠不會(huì )完全固化，在產(chǎn)品的使用壽命期間它將一直保持濕潤。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(lèi)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所有的涂敷區域。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。當有殘留物存在時(shí)，涂層的去濕作用很常見(jiàn)，這種情況在導線(xiàn)鋒利的邊緣和元件體上經(jīng)常出現。這可能使組件中的一些區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(zhù)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)格內的涂層被膠帶帶走。留住涂層的網(wǎng)格區域面積按照從0到5六個(gè)等級來(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。這種等級測定主要是在進(jìn)行工藝評估期間的測試樣本上完成的，而不是在實(shí)際產(chǎn)品上進(jìn)行。我們建議，如果可能的話(huà)，在實(shí)際產(chǎn)品上進(jìn)行這種測試，把涂敷工藝和你選擇的材料組合結合起來(lái)，這可以讓你更好地了解預期的涂敷效果。
現在，我們再回到主題：“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果，如果需要進(jìn)行維修，很難找到可以輕松補救的措施。你當然可以用各種化學(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時(shí)，還存在他們自身固有的風(fēng)險，存在失敗的可能。從本專(zhuān)欄文章中得到的重要教訓是，涂層并不總是能避免故障的出現；同樣重要的教訓是，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。
