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示例图片三
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浅析三防漆涂覆的必要性

2018-03-08 10:40:05 【东智精密】   来源: xiexuhui     阅读

随着PCBA元器件的尺寸越来越小,密集度越来越高;器件之间及器件的托高高度(与PCB间的间距/离地间隙)也越来越小,环境因子对PCBA的影响作用也越来越大,因此我们对电子产品PCBA的可靠性提出了更高的要求。

 

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图2,PCBA元器件由大变小,由稀疏到密集的变化趋势

 

一、环境因素及其影响

 

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图3,常见的环境因素如湿度、粉尘、盐雾、霉菌等会引起的PCBA各种失效问题产生

 

湿度

 

处于外界环境中的电子PCB组件,几乎都存在被腐蚀的风险,其中水是腐蚀最主要的介质,水分子很小,足以能穿透某些高分子材料的网状分子间隙而进入内部或通过涂层的针孔而达到底层金属产生腐蚀。当大气达到一定湿度即可引起PCB电化学迁移、漏电电流和高频电路中的信号失真等现象发生。

 

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图4,蒸汽/湿度+离子污染物(盐类,助焊剂活性剂)=可导电的电解质+应力电压=电化学迁移

 

  • 当大气中RH达到80%时,会有5~20个分子厚的水膜,各种分子都可自由活动,当有碳元素存在,可能产生电化学反应;

 

  • 当RH达到60%时,设备表面层会形成2~4个水分子厚的水膜,当有污染物溶入时,会有化学反应产生;

 

  • 当大气中RH<20%时,几乎所有腐蚀现象都停止;

 

因此,防潮是保护产品的重要一环。

 

对电子设备而言,潮湿是以三种形式存在:雨水,冷凝和水汽。水是电解质,能溶解大量的腐蚀性离子对金属产生腐蚀。当设备的某一处的温度低于“露点”(温度)时,该处表面:结构件或PCBA会有凝露产生。

 

粉尘

 

大气中存在粉尘,粉尘吸附离子污染物沉降于电子设备的内部而造成故障。这是野外电子设备失效的共同之处。

 

粉尘分为两种:粗粉尘是直径在2.5~15微米的不规则颗粒,一般不会引起故障,电弧等问题,但影响连接器的接触;细粉尘是直径小于2.5微米的不规则颗粒,细尘落在PCBA(单板)上有一定的附着力,须通过防静电刷才可除去。

 

粉尘的危害:a.由于粉尘沉降在PCBA表面,产生电化学腐蚀,故障率增加;b.粉尘+湿热+盐雾对PCBA损害最大,沿海、沙漠(盐碱地)、淮河以南霉雨季节化工、矿区附近地区,电子设备故障最多。

 

因此,防尘是保护产品的重要一环。

 

盐雾

 

盐雾的形成:盐雾是海浪、潮汐及大气环流(季风)气压、日照等自然因素造成,会随风飘落至内陆,其浓度随离海岸距离而递减,通常离海岸1Km处为岸边的1%(但台风期会吹向更远)。

 

盐雾的危害性:a.使金属结构件镀层破坏;b.加速电化学腐蚀速度导致金属导线断裂、元器件失效。

 

类似的腐蚀源:a.手汗中有盐、尿素、乳酸等化学物质,对电子设备回产生与盐雾同样的腐蚀作用,因此在装配或使用过程中应戴手套,不可裸手触摸镀层;b.焊剂中有卤素及酸性物,应进行清洗,并控制其残留浓度。

 

因此,防盐雾是保护产品的重要一环。

 

霉菌

 

霉菌,是丝状真菌的俗称,意即"发霉的真菌",它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体,但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方,很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落,那就是霉菌。

 

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 图5,PCB发霉现象

 

霉菌的危害:a.霉菌吞噬和繁殖使有机材料绝缘性下降,损坏而失效;b.霉菌的代谢产物是有机酸,影响绝缘性及抗电强度而产生电弧。

 

因此,防霉菌是保护产品的重要一环。

 

综合以上几方面来考虑,产品的可靠性要有更好地保证,必须将其与外界环境尽可能低隔离开来,因此引入了三防漆涂覆工艺。

 

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 图6,经过涂覆工艺后的PCB,在紫光灯下的拍摄效果,原来coating也可以这么美!

 

三防漆涂覆是指在PCB表面涂一层薄薄的的绝缘保护层,它是目前最常用的焊后表面涂覆方式,有时又称为表面涂覆、敷形涂覆(英文名称coating,conformal coating)。它将敏感的电子元器件与恶劣的环境隔离开来,可大大改善电子产品的安全性和可靠性并延长产品的使用寿命。三防漆涂覆可保护电路/元器件免受诸如潮湿、污染物、腐蚀、应力、冲击、机械震动与热循环等环境因素的影响,同时还可改善产品的机械强度及绝缘特性。

 

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 图7,经过涂覆工艺后的PCB,在表面形成透明的保护膜,能有效防止水珠和潮气侵入,避免漏电和短路。
 

二、涂覆工艺的要点

根据IPC-A-610E(电子组装检测标准)的要求,主要表现在以下几个方面:

区域

 

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 图8,复杂的PCB板

1、不能被涂敷的区域:

  • 需要电气连接的区域,如金焊盘、金手指、金属通孔、测试孔;

  • 电池及电池固定架;

  • 连接器;

  • 保险丝及外壳;

  • 散热装置;

  • 跳线;

  • 光学装置的镜头;

  • 电位计;

  • 传感器;

  • 没有密封的开关;

  • 会被涂层影响性能或操作的其它区域。

 

2.必须涂敷的区域:所有焊点、管脚、元器件导体部分。


 
3.可涂可不涂的区域

 

厚度

 

厚度要在印制电路组件平坦、不受妨碍、固化的表面上测量,或与组件一起经历制程的附连板上测量。附连板可以是与印制板相同的材料也可以是其他无孔材料,例如金属或玻璃。湿膜测厚也可以作为涂覆层测厚的一种可选方法,只要有文件注明干湿膜厚度的转换关系。

 

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表一:各类型涂覆材料厚度范围标准
 

厚度的测试方法:

1.干膜厚度测量工具:a千分尺(IPC-CC-830B);b干膜测厚仪(铁基)

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  图9,千分尺                            干膜仪

 

2.湿膜测厚:可以通过湿膜测厚仪得出湿膜的厚度,然后通过胶水固含量的占比计算得出
干膜的厚度

 

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 图10,通过湿膜测厚仪得出湿膜的厚度,然后计算干膜厚度


 
边缘解析度

定义:通常情况下,喷雾阀喷涂出来的线条边缘不会是很直的,总会存在一定的毛刺。我们把毛刺的宽度定义为边缘解析度。如下图示,d的大小即为边缘解析度的值。

 

注:边缘解析度肯定是越小越好,但是不同客户的要求是不一样的,因此具体涂敷边缘解析度只要满足客户要求即可。
 

 

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图11:边缘解析度对比
 

均匀度

胶水应该像一张厚度一致且光滑通透的膜覆盖在产品上,强调的是胶水覆盖在产品上面各区域的均匀性,那么,必然是厚度一致的,不存在工艺问题:裂纹、分层、桔纹、污染、毛细现象、气泡。
 

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图12:轴心自控AC系列自动涂覆机涂覆效果,均匀度非常一致


三、涂覆工艺的实现方式

涂覆工艺过程

1.准备

  • 准备产品及胶水及其他必要的物品;

  • 确定局部保护的部位;

  • 确定关键工艺细节

 

2.清洗

  • 应在焊接之后最短的时间内清洗,防止焊垢难以清洗;

  • 确定主要污染物是极性,还是非极性物,以便选择合适的清洗剂;

  • 如采用醇类清洗剂,须注意安全事项:必须有良好的通风及洗后凉干的工艺细则,防止残留的溶剂挥发引起在烘箱内爆炸;

  • 水清洗,用偏碱性的清洗液(乳化液)冲洗焊剂,再用纯水冲洗将清洗液洗净,达到清洗标准;

 

3.遮蔽保护(若未采用选择性涂覆设备),即掩膜;

 

  • 应选择不干胶膜不会转移的纸胶带;

  • 应选用防静电纸胶带用于IC的保护;

  • 按图纸要求对某些器件进行遮蔽保护;

4.除湿

 

  • 经清洗,遮蔽保护的PCBA(组件)在涂敷之前必须进行预烘除湿;

  • 根据PCBA(组件)所能允许的温度确定预烘的温度/时间;

 

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表二:PCBA(组件)所能允许的温度确定预烘的温度/时间对照表

 

5.涂覆


敷形涂覆的工艺方法取决于PCBA防护要求、现有的工艺装备及已有的技术储备,通常有如下方式实现:

 

a.手工刷涂


 

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图13:手工涂刷方式

 

  • 刷涂是适用范围最广泛工艺,适用于小批量生产,PCBA结构复杂而稠密、需遮蔽保护要求苛刻的产品。由于刷涂可以随意控制涂层,使不允许涂漆的部位不会受到污染;

 

  • 刷涂所消耗的材料最少,适用于价格较高的双组份涂料;

 

  • 刷涂工艺对操作者要求较高,施工前要仔细消化图纸及对涂覆的要求,能识别PCBA元器件的名称,对不允许涂覆的部位应贴有醒目的标示;

 

  • 操作者在任何时候,不允许用手触摸印制插件以避免污染;

 

b.手工浸涂

 

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图14:手工浸涂方式

 

浸涂工艺可以得到最好的涂覆效果,可在PCBA任何部位涂有一层均匀、连续的涂层。浸涂工艺不适用于组件中有可调电容、微调磁芯、电位器、杯形磁芯及某些密封性不好的器件的PCBA。

 

浸涂工艺的关键参数:

 

  • 调整合适的粘度;

 

  • 控制提起PCBA的速度,以防止产生气泡。通常是每秒钟不要超过1米的提速;

 

c. 喷涂

 

喷涂是使用最广、易于为人们接受的工艺方法,分为如下两类:

 

① 手动喷涂

 

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图15:手动喷涂方式

 

适合于工件比较复杂,难以靠自动化设备大批量生产的情况,也适合产品线品种多但量少的情况,可以喷涂到比较特殊的位置。

 

手动喷涂需注意事项是:漆雾会污染某些器件,如PCB插件,IC插座,某些敏感的触点及一些接地部位,这些部位需注意遮蔽保护的可靠性。另一点是操作者在任何时候不要用手触摸印制插头,以防沾污插头触点表面。

 




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