三防涂覆印制板組件異物滋生問題的研究

雷軍，李劍，吳曉軍，李金，周勛磊

（蘇州長風航空電子有限公司，江蘇　蘇州　215001）

三防涂覆印制板組件異物滋生問題的研究

雷軍，李劍，吳曉軍，李金，周勛磊

（蘇州長風航空電子有限公司，江蘇蘇州215001）

在惡劣環(huán)境下工作的軍用航空電子產(chǎn)品，其印制板組件易受到鹽霧、潮氣和霉菌的影響而引發(fā)產(chǎn)品故障，因此，印制板組件的三防涂覆技術(shù)在軍用航空電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。重點研究了涂覆三防漆的印制板組件在長期使用和可靠性試驗后出現(xiàn)的異物滋生問題，提出了實際可行的解決方法與實施措施。

印制板組件；三防涂覆；異物滋生；開裂

0　引言

由于使用環(huán)境的特殊性，在高濕、高鹽、粉塵和振動等惡劣環(huán)境下工作的軍用航空電子產(chǎn)品，其印制板組件易受到鹽霧、潮氣和霉菌的影響而引發(fā)產(chǎn)品故障，因此，印制板組件的三防涂覆技術(shù)在軍用航空電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。筆者所在的公司生產(chǎn)的所有軍用航空電子產(chǎn)品均有三防涂覆的需求，所以對如何提高三防噴涂的質(zhì)量與長期使用后仍能保證三防效果的研究具有重要的意義［1-2］。

1　三防漆材料與涂覆方式的選擇

根據(jù)美軍標MIL-I-46058C可知，三防漆從化學成分上主要可分為丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯和有機硅脂和聚對二甲苯5大類［3］。聚氨酯三防漆具有耐溶劑性能與防潮性能優(yōu)良，在低溫環(huán)境下性能穩(wěn)定，長期介電性能好，耐磨性能佳，以及耐高溫熱性、阻燃性較為理想等特點［4］。軍用航空電子產(chǎn)品的印制板組件由于經(jīng)常面臨溫度沖擊、振動沖擊等惡劣環(huán)境，故公司經(jīng)過對比后選用聚氨酯三防漆。

涂覆方法大致分為刷涂法、浸涂法、噴涂法和淋涂法4種［5］。業(yè)界最常用的涂覆方法，又分為機器自動噴涂和手工噴涂兩種。機器自動噴涂的優(yōu)點是:可選擇性的噴涂、精確度高、均勻和效益高，并且可自動檢測，適用于大規(guī)模、大量或長期生產(chǎn)的客戶。手工噴涂一般是使用手持式噴槍+氣管+空壓機+排氣扇的組合，其優(yōu)點是:成本低、噴涂設備投資小、操作簡便靈活，適用于多品種、小批量生產(chǎn)的客戶［6］。

公司承制的軍用航空電子產(chǎn)品型號繁多且批量小，科研研發(fā)與批量生產(chǎn)高度交叉進行，選擇手工噴涂的操作方法，具有靈活性強、準備周期短和隨時可操作的優(yōu)勢。

2　異物滋生的時機與現(xiàn)象

公司某型產(chǎn)品在按照GJB 150-2009《軍用裝備試驗室環(huán)境試驗方法》的要求進行三防試驗后，打開產(chǎn)品對印制板組件進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)器件的引腳上有異物滋生；在電子放大鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)元器件的表面均出現(xiàn)漆層開裂的現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 引腳漆層開裂

公司某型產(chǎn)品在外場使用后，返回公司進行檢修工作，打開產(chǎn)品對印制板組件進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)器件的引腳面上有異物滋生；在電子放大鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)器件引腳及表面均出現(xiàn)漆層開裂，如圖2-4所示。

圖2　器件引腳三防漆開裂

圖3　器件表面三防漆開裂

圖4 三防漆裂紋放大圖

3　異物滋生的原因分析

通過對三防漆噴涂工藝流程進行綜合分析，可以得出其關(guān)聯(lián)分析圖，如圖5所示。具體地說，三防涂覆印刷板組件異物滋生的原因主要包括以下幾個方面。

圖5 關(guān)聯(lián)分析圖

a）三防漆的組成成分比例的影響，也就是配方的影響。如果固化劑的比例過高，漆液粘稠，其流動性就會較差，從而造成器件引腳后未填充漆液存在空氣 （如圖6所示），在溫度變化時，空氣膨脹，頂破漆層；如果固化劑的比例過低，漆液稀，其流動性好，則噴涂后的漆層會比較薄，也會造成三防保護效果差。

b）固化過程中烘箱升溫速率快，漆層表層的固化速率較快，內(nèi)部固化速率較慢，固化速率的不一致，導致了應力集中現(xiàn)象的產(chǎn)生；應力較大時出現(xiàn)裂紋。

c）器件往往是在高低溫變化的環(huán)境中工作，溫度的升高會引起材料的熱膨脹。焊接后清洗不干凈，噴涂后殘留的助焊劑物質(zhì)被三防漆覆蓋，因助焊劑與三防漆的熱膨脹系數(shù)不同，在膨脹過程中產(chǎn)生應力集中，繼而引發(fā)裂紋的產(chǎn)生。

d）印制板組件的表面有其他化學物質(zhì)附著，不能夠清洗干凈，造成噴涂后三防漆附著力不強或者局部不附著。

由于上述種種原因，造成了器件引腳的金屬本體直接或者不同程度地暴露在潮、熱、鹽等環(huán)境下，從而引起化學反應，滋生異物。通過化學分析，發(fā)現(xiàn)異物的主要成分是焊點的氧化物、殘留助焊劑的混合物和開裂三防漆的細小顆粒等。

4　試驗驗證及解決方法

圖6　引腳背后沒有填充三防漆

為了進一步地探究三防漆的配方和固化條件（固化溫度和固化時間）對三防漆的影響，制備了一系列的試驗樣品委外進行實驗 （如表1-3所示），實驗結(jié)果通過固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度、熱性能等來表征。

表1　固化溫度一定 （50℃）

表2　固化時間一定 （2 h）

表3　清漆/固化劑配比一定 （6∶1）

通過對樣品進行固體核磁測試，分析了固化溫度時間、固化溫度和配比對樣品的影響，所得的結(jié)果如表4所示。

表4　樣品的固體核磁數(shù)據(jù)匯總

當固化溫度和固化配比一定 （50℃、6∶1）時，針對固化時間分別為1.5 h、2 h、2.5 h的樣品，即4#、5#、6#樣品進行固體核磁測試。由表4可以得出如下結(jié)論:在高溫下隨著固化時間的增加，固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度也有所增加。在高溫處理過程中，體系發(fā)生主要的固化反應；在高溫處理結(jié)束后，未在高溫下發(fā)生固化反應的殘留分子仍會繼續(xù)固化。因此，高溫處理后的一段時間內(nèi)，4#、 5#、6#樣品的交聯(lián)密度會逐漸地增大，但在實際的應用中，產(chǎn)品使用時間相對很長，隨著使用時間的延長，三者的交聯(lián)密度會相差地越來越小。因此，固化時間取2 h為宜，但將印制板組件從烘箱中取出后仍要將其靜置2天左右，使其得到充分的反應。

當固化時間和固化配比一定 （2 h、6∶1）時，針對固化溫度為50℃、60℃、70℃的樣品，即5#、14#、11#樣品進行固體核磁測試確定其交聯(lián)密度，結(jié)果表明5#、14#、11#樣品的交聯(lián)密度依次升高，但交聯(lián)鏈的比重依次下降。一方面，溫度升高可促進反應的發(fā)生；另一方面，溫度的升高破壞了參與固化反應的基團的活性，使其數(shù)量減少。因此，固化溫度選擇為60℃為宜。

當固化溫度和固化時間一定 （50℃、2 h）時，針對不同配比為5∶1、6∶1、7∶1的固化樣品，即2#、5#、8#樣品進行固體核磁測試。由表4中2#、5#、8#的交聯(lián)鏈比重和交聯(lián)密度數(shù)值可知，隨著在固化配比中固化劑用量的減少，固化后漆膜的交聯(lián)密度會明顯地下降。因此，R-N= C=O（固化劑的主要成分異氰酸酯）基團的增加可以提高體系的交聯(lián)密度，再結(jié)合表5的實驗數(shù)據(jù)綜合分析可知，需要重新調(diào)整其比例。

根據(jù)聚氨酯三防漆生產(chǎn)廠家的說明書要求，清漆與固化劑的添加比例為10∶1，在此基礎上逐步地減少固化劑的比例，并對樣品進行實驗，結(jié)果如表5所示。

表5　項目實驗記錄表

對生產(chǎn)的印制板組件的流程進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)幾乎全部組件都有涂硅橡膠來固定器件的工藝要求，清洗過程中的浸泡會使膠溶于清洗液中，清洗液揮發(fā)后膠液殘留在印制板組件上，致使三防噴涂后會出現(xiàn)局部漆液不附著的情況。

通過對上述原因進行分析，采取了一系列的改進措施，如表6所示。

表6 試驗條件設置表

圖9　三防漆完全覆蓋引腳

圖10　引腳背后填充三防漆

5　結(jié)束語

三防涂覆是一項非常精細的工作，影響涂覆質(zhì)量的因素有很多，需要進一步地研究與探討，以提高三防涂覆的質(zhì)量［7］。對于產(chǎn)品質(zhì)量的提高，須有不斷超越的追求，在工作中要進行細心的觀察，將問題挖掘出來，并逐步地分析以解決問題。可以預見，未來對產(chǎn)品質(zhì)量的要求會越來越高，三防涂覆的技術(shù)也將不斷地發(fā)展，最終將能全部地解決目前存在的問題。

［1］鮮飛，劉江濤，易亞軍，等.電子制造業(yè)中的三防涂覆技術(shù) ［J］.電子工藝技術(shù)，2015，36（5）:278-280.

［2］李星，王曉慧.艦載機三防設計技術(shù)研究綜述［J］.裝備環(huán)境工程，2006，3（4）: 12-15.

［3］王有亮.三防漆及其去除技術(shù)的研究綜述 ［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2014，32（4）: 39-44.

［4］張立明.印制板組件的三防涂覆及其去除工藝 ［J］.電子工藝技術(shù)，2009，30（3）: 154-158.

［5］黃萍，張靜.印制電路組件三防涂覆工藝研究 ［J］.電子工藝技術(shù)，2007，28（6）: 324-329.

［6］田芳，喬海靈.三防保護涂覆工藝及設備 ［J］.電子工藝技術(shù)，2006，27（2）: 108-110.

［7］鮮飛，劉江濤，易亞軍，等.電子制造業(yè)中的三防涂覆技術(shù)［J］.電子工藝技術(shù)，2015，36（5）:278-280，290.

Research on the Foreign Body Breeding Problem of the Conformal Coating PCBA

LEI Jun，LI Jian，WU Xiao-jun，LI Jin，ZHOU Xun-lei
（Suzhou Changfeng Avionics Co.Ltd.，Suzhou 215001，China）

The PCBA of military aerospace electronic products working in harsh conditions is easily affected by salt spray，moisture and mildew，which may led to the failure of products.The foreign body breeding problem of conformal coatings-covered PCBA after a long period of using and reliability test is studied，and some practical solutions and implementation measures are put forward.

PCBA；conformal coating；foreign body breeding；crack

TN 41.06

A

1672-5468（2016）05-0024-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.05.006

2016-04-08

2016-04-28

雷軍 （1978-），男，湖南永興人，蘇州長風航空電子有限公司顯控產(chǎn)品部工程師，主要從事電子組裝工藝技術(shù)工作。