三防漆涂覆工艺| 密封决定成败

更新时间:2020-11-10 17:41:52点击:46 行业观点

“用三防漆来保护印刷电路的做法可以追溯到20世纪60年代以前,在那个年代,美国国防部制定了MIL-I-46058规范。通用行业标准IPC-CC-830最近几年以来在推动三防漆行业向前发展。三防漆可以用来保护印刷电路不受电流泄漏、短路(电弧、电晕)、腐蚀、焊点疲劳、机械应力(例如冲击和振动)的影响,并具有防尘和防污垢的保护功能。”


因此,这一段对三防漆历史的介绍,基本上概括了使用良好涂层的作用。既然清楚三防漆的作用,现在让我们谈谈我最喜欢的部分——合同制造商在三防漆问题上是怎么不断地犯各种错误。请记住,我是在分析实验室的工作。


四种主要的材料类型



有几种类型的涂层材料,在决定哪一类材料最适合你的产品时,通常要取决于电路的最终使用环境。涂层材料一般会选择丙烯酸树脂、硅树脂、聚氨酯树脂和聚对二甲苯。可能也会使用其他的一些材料,但我们最常见到的大部分材料都属于这四大类型。


在这四类材料中,涂敷工艺中出现问题最少的材料是聚对二甲苯,这是因为它采用气相涂敷工艺,这种工艺要求基板必须非常干净,涂敷的材料才能正确地附着到基板上。在这个涂敷工艺正确完成时,通常会把那些可能引起电流泄漏或电化学迁移的残留物清除掉。最重要的是,和其他的涂层材料相比,聚对二甲苯会形成一种近乎完全密封的涂层。


聚对二甲苯的缺点是成本和用来涂敷的时间。我们没有看到在大批量生产中使用聚对二甲苯的例子,例如消费电子产品,不过,像医疗设备和航空航天应用这类高端的对可靠性要求高的产品会使用这种材料。其他的三种材料是本月专栏的重点,因为在涂敷这些材料之前不必对涂敷的表面进行预清洗,而这一点正是我们考虑涂敷问题的起点。


我们的实验室经常收到一些人说他们的三防漆失效的报告,他们发现涂层不能阻止“树枝状结晶”在他们产品上生长,这使他们非常吃惊。有时,三防漆被认为是一种神奇的应用,可以阻止所有的电泄漏,但事实并非如此。以前,我曾详细讨论过在构成制造工艺的任何一个组成部分中离子残留物残留水平升高的风险,这种风险在涉及三防漆时也没有什么不一样的地方。涂层能很好地阻挡大部分灰尘和碎片,但如果大气的湿度足够高,再加上存在活性、吸湿性离子残留物,离子残留物最终会穿透涂层,并且可能会导致漏电。


应用和固化



有多种用来涂敷三防漆的方法,包括用刷子手工涂敷、浸润涂敷,或是利用空气压力喷涂设备自动喷涂,以及使用喷嘴喷雾涂敷。所有手工涂敷方法的有效性通常取决于操作者的能力和经验水平。手工涂敷的方法可能还包括在设计时就考虑到不要被涂敷的适当的遮蔽区域,用聚酰亚胺胶带遮蔽不需要涂敷的区域是最常见的做法。这可能会禁止对一些组件使用浸润涂敷的方法,这些组件有部分不需要涂敷的区域很难遮蔽住。自动喷涂系统是涂敷三防漆重复性最好的一种方法。这是我们在三防漆行业中看到的最普遍方法,通常用于大批量的涂敷工艺。如果出现某些问题,喷雾系统是最容易诊断和优化的。


现在,在免清洗助焊剂残留物上涂敷三防漆是一种常见做法,对这种涂敷工艺存在一些不同的看法。一般地说,我们很少看到在涂敷前经过适当清洗的电路板的涂层出现问题,例如使用聚对二甲苯涂层的电路板。我们已经注意到,当助焊剂残留物没有被完全处理掉,没有形成让涂层材料粘附的坚固的外表面层时,会出现各种涂层粘附问题。如果没有对助焊剂残留物做适当处理,电路板柔软的外表面层会和涂层混合,涂层将不会完全固化。使用经过免清洗助焊剂处理的组件,即使经过清洗工艺,在这种组件上的涂层的附着力也是一个问题。有很多时候,大部分助焊剂残留物在清洗工艺中被清洗掉,但会留下不容易看到的单分子层残留物。你不能看出来的残留物可能会造成很多问题,这些问题和你可能看到的残留物的问题一样多,所以必须限制清洗工艺的规格来确保把所有的残留物都清除掉。


然后,有两种固化方法:热暴露和紫外暴露。热暴露固化需要的时间比紫外固化的多,可能至少需要10分钟来使涂层和外表面层的胶粘变得干燥,才能进行后续的组装工艺,涂层在进行这些工艺时继续固化。紫外固化要快得多,但在阴影区域的涂层存在始终不能固化的风险。这种情况在高密度组件上最常出现。如果紫外固化的涂层在元件下面迁移,它将永远不会完全固化,在产品的使用寿命期间它将一直保持湿润。这种状态的涂层中会有它想要阻挡的灰尘和碎片。如果碎片是金属碎片,你的产品的失败风险可能比不使用任何涂层的产品都还要高。


由于具有其他类型涂层没有的发光特性,紫外涂层的好处是检查起来更容易。检查人员能够因此准确地确定组件上涂层的位置并且确定紫外固化工艺是否充分到达所有的涂敷区域。紫外固化涂料还使它更容易确定涂敷厚度的一致性。一般地说,涂层越亮,涂层就越厚。当有残留物存在时,涂层的去湿作用很常见,这种情况在导线锋利的边缘和元件体上经常出现。这可能使组件中的一些区域更容易受到操作环境的影响。


可以使用IPC TM-650 2.4.1.6确定附着力的水平。这种方法使用一个10×10的网格,网格中的1毫米×1毫米正方形蚀刻在涂层上,随后贴上胶带,以180°角的稳定移动将胶带拉走。拉掉胶带后检查网格,看有多少网格内的涂层被胶带带走。留住涂层的网格区域面积按照从0到5六个等级来判断,0表示胶带带走的涂层面积超过网格面积的65%,5表示胶带没有带走任何涂层。这种等级测定主要是在进行工艺评估期间的测试样本上完成的,而不是在实际产品上进行。我们建议,如果可能的话,在实际产品上进行这种测试,把涂敷工艺和你选择的材料组合结合起来,这可以让你更好地了解预期的涂敷效果。


现在,我们再回到主题:“密封决定成败”。在你选定了涂敷的材料后,通常也就决定了涂敷工艺的结果,如果需要进行维修,很难找到可以轻松补救的措施。你当然可以用各种化学方法或干燥烧蚀工艺来剥除涂层,但这些剥除方法不仅很费时,还存在他们自身固有的风险,存在失败的可能。从本专栏文章中得到的重要教训是,涂层并不总是能避免故障的出现;同样重要的教训是,在考虑你必须涂敷三防漆的组件的清洁度水平时,要像你考虑决定不涂敷三防漆的组件一样。如果你的组件是脏的,你也许需要花一点时间来清洗它,但最终,密封决定了成败。



作者简介



Eric Camden是Foresite公司的首席调查员。

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