PCBA 電子組件三防涂覆層的選擇性去除及恢復(fù)工藝研究

楊鯤，胡猛，楊彬彬

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

航空航天類的電子電氣設(shè)備在服役過程中會(huì)持續(xù)受到濕熱、霉菌、鹽霧和腐蝕性氣體等特殊環(huán)境因素的侵蝕，進(jìn)而導(dǎo)致PCBA 電子組件出現(xiàn)腐蝕和霉變等問題，輕則影響外觀，嚴(yán)重情況會(huì)導(dǎo)致電子產(chǎn)品功能失效引起整機(jī)故障。因此，為了提升電子電氣設(shè)備的服役過程的可靠性，通常會(huì)在電路板表面涂覆一層三防材料，以避免元器件在濕熱、霉菌、鹽霧等環(huán)境下出現(xiàn)引腳腐蝕、低氣壓打火等故障。

航空類電子產(chǎn)品價(jià)值高、批量小、種類多，當(dāng)其功能無法工作或是性能下降時(shí)，無法做到隨時(shí)換新，需要由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行維修。PCBA 組件一般是電子電氣產(chǎn)品的核心部件，該類部件在維修前最關(guān)鍵的工序是其局部或是整體的三防去除，三防去除及涂覆層恢復(fù)的質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品最終的維修質(zhì)量及工作可靠性。

2 三防涂覆層的種類及性能

2.1 三防涂覆層的種類

三防涂覆層一般為透明色，均勻的覆蓋在電路板表明，起到保護(hù)各類封裝元器件遭受惡劣環(huán)境侵蝕、損壞，進(jìn)而達(dá)到延長(zhǎng)電子產(chǎn)品工作壽命，確保工作的穩(wěn)定性、可靠性。目前業(yè)界常用的三防類型根據(jù)材料種類劃分有環(huán)氧樹脂（ER 型）、丙烯酸樹脂（AR 型）、聚氨酯樹脂（VR型）、硅樹脂（SR 型）、對(duì)二甲苯（XY 型）等5 種類型，目前，在航空領(lǐng)域使用較多的是丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂及硅樹脂，環(huán)氧樹脂及對(duì)二甲苯一般使用較少，因?yàn)榍罢哔|(zhì)地堅(jiān)硬、附著力較強(qiáng)在維修時(shí)較難去除，后者材料對(duì)作業(yè)人員健康影響較大。

2.2 三防涂覆層的性能

幾類三防材料的性能介紹如下。

（1）丙烯酸型。容易涂覆，有理想的電性能、物理性能和抗霉菌性能，適用期長(zhǎng)，固化時(shí)間短，固化時(shí)不放熱，不至于損壞熱敏元件，固化后無收縮。但此種涂料對(duì)溶劑敏感，因此容易返修。

（2）聚氨酯型。有單組份和雙組份兩種，長(zhǎng)期介電性好，有優(yōu)越的防潮性能和抗化學(xué)品性能。更換元件或修理電路板必須用專用的剝離劑。涂覆前，必須保證電路板清潔，特別是不能有水分存在。

（3）環(huán)氧樹脂型。一般為雙組份，適用期短，防潮性能、抗鹽霧性能和抗化學(xué)品性能好，更換元器件或修理電路板必須用物理手段剝離掉環(huán)氧樹脂膜，涂覆前，需對(duì)易碎元器件施加保護(hù)措施。

（4）有機(jī)硅樹脂型。熱性能優(yōu)秀，能在200℃下連續(xù)工作，此外，防潮性能和抗腐蝕性能也很好。適合那些有高發(fā)熱元件，如大功率電阻多的高頻電路板。這種涂料適用期短，熱膨脹系數(shù)較大，維修電路板時(shí)，必須剝離掉有機(jī)硅膜。

（5）對(duì)二甲苯型。聚對(duì)二甲苯類三防漆具有涂層厚度均勻、致密無針孔、透明無應(yīng)力、不含助劑、不損傷工件、電絕緣性和防護(hù)性好等優(yōu)異性能．是目前所知高頻元件、高密度組件、高絕緣組件最有效的防護(hù)涂層材料。

三防厚度要達(dá)到一定要求才能起到防護(hù)效果，根據(jù)材料特性以上幾款三防漆在固化后的合格干膜厚度見表1。

表1 涂覆層厚度

3 三防涂覆層的選擇性去除

PCBA 組件維修電裝作業(yè)前的關(guān)鍵工序是三防涂覆層的去除，需要根據(jù)電裝區(qū)域的大小進(jìn)行局部或是整板三防的去除，在進(jìn)行局部作業(yè)時(shí)，不能影響其周邊涂層即器件的完好性，同時(shí)也要把待電裝作業(yè)區(qū)的三防涂層去除干凈以提升作業(yè)效率。目前，業(yè)界常用的電路板三防涂層去除方法有刮擦法、剝離法、加熱法、溶劑法及微噴砂法。結(jié)合三防材料的類型以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，每種三防材料對(duì)應(yīng)的安全、高效的去除方法以及去除25cm2需要的時(shí)間見表2。

表2 三防涂層去除方法

由表2 可見，除了硅樹脂基本都可以使用微噴砂法有效完成三防涂層的去除，根據(jù)生產(chǎn)中實(shí)際作業(yè)表明溶劑法、刮擦法、剝離法作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，加熱法效率相對(duì)提高，使用微噴砂法效率最高，尤其對(duì)于丙烯酸樹脂，效率明顯?；谝陨?，本文重點(diǎn)介紹為噴砂法去除PCBA電子組件三防涂覆層。

3.1 微噴砂設(shè)備

微噴砂設(shè)備有很多品牌如英國(guó)GUYSON 公司的Formula 1200、美國(guó)Crystal Mark 公司的TURBO-MAX CCR 和法國(guó)量電公司的PAS M1 以及國(guó)內(nèi)的一些型號(hào)，其原理相同，都是采用噴砂的方式將特殊配方的介質(zhì)粒子壓入氣流，然后隨著壓縮氣流噴射到需要去除的電路板三防表面。該類設(shè)備一般配有防靜電噴嘴及粒子平衡發(fā)生器，以消除砂粒在高速運(yùn)動(dòng)過程產(chǎn)生的靜電，ESD 電壓可以控制在±10V 以內(nèi)，電路板可通過作業(yè)倉(cāng)內(nèi)部進(jìn)行接地以釋放靜電。通過改變所用介質(zhì)砂粒的直徑可提高三防涂層去除效率，如針對(duì)環(huán)氧樹脂、聚氨酯可選用顆粒度較大的砂粒，丙烯酸可選用顆粒度較小的砂粒。

3.2 去除操作與檢查

局部作業(yè)時(shí)，可使用保護(hù)膠帶將作業(yè)區(qū)域圍起來（見圖1），然后根據(jù)三防材料類型設(shè)定微噴砂設(shè)備的氣壓，丙烯酸一般設(shè)置為60Psi、環(huán)氧樹脂及聚氨酯一般設(shè)置80 ～90Psi。作業(yè)時(shí)，砂粒噴嘴應(yīng)與電路板表面保持2 ～5cm，手持噴嘴與電路板表面呈45°～60°，通過觀察噴嘴走過路徑，逐步完成作業(yè)區(qū)域三防的有效去除。如果待去除三防材料內(nèi)含有熒光成分，可打開設(shè)備的紫外燈，觀察效果更好。作業(yè)中若觀察到電路板基板受損，應(yīng)及時(shí)調(diào)低設(shè)備氣壓，焊點(diǎn)表面三防較電路板表面去除難度較大，可適當(dāng)增加去除時(shí)間。作業(yè)完成后，待去除的三防應(yīng)被完全去除，電路板表面不能受損。

圖1 局部去除區(qū)域

4 三防涂覆層的選擇性涂覆

對(duì)于維修后的電路板需要進(jìn)行局部或是整板三防的涂覆，當(dāng)進(jìn)行局部噴涂作業(yè)時(shí)可按照?qǐng)D1 所示完成周邊區(qū)域的防護(hù)。涂層恢復(fù)有手工刷涂及設(shè)備選擇性噴涂，為提升涂層的均勻性，實(shí)現(xiàn)三防厚度的控制，一般使用選擇性涂覆設(shè)備完成。在使用設(shè)備進(jìn)行選擇性涂覆時(shí)，需要完成噴涂壓力、霧化壓力、噴涂高度、噴涂速度及噴涂間隔等參數(shù)的設(shè)定，參數(shù)的設(shè)定由設(shè)備本身的性能決定，與霧化閥的關(guān)聯(lián)性較高。

本文使用的設(shè)備為I-COAT5 選擇性涂覆機(jī)，路徑的設(shè)置一般如圖2 所示，試驗(yàn)涂覆的三防材料為聚氨酯材料，涂覆設(shè)備的霧化壓力設(shè)置為0.2MPa、霧化閥高度為2cm、路徑間隔為10mm、霧化閥的移動(dòng)速度為100mm/s，固化后的厚度在70μm 左右；霧化閥的移動(dòng)速度為200mm/s，固化后的厚度在50μm 左右，固化后的干膜厚度符合表1 要求，也即是滿足IPC-610 標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于QFJ、BGA、立式安裝器件等為提升三防涂覆層的覆蓋率，可傾斜霧化閥噴頭以實(shí)現(xiàn)三防的有效涂覆。同時(shí)，固化后的三防涂覆層不應(yīng)有起皮、桔皮、氣泡、裂紋等缺陷。

圖2 涂覆路徑

5 結(jié)語

PCBA 電子組件表面的三防涂覆層可有效地保護(hù)電路板，免遭潮濕、霉菌、鹽霧等惡劣環(huán)境的侵蝕、破壞，從而提高并延長(zhǎng)它們的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性。對(duì)于航空航天領(lǐng)域電子產(chǎn)品的返工返修中，徹底去除待維修電路板表面的三防涂層至關(guān)重要，維修后需要高質(zhì)量地完成三防涂層的恢復(fù)，也是返修工藝中的關(guān)鍵。隨著三防新材料的使用、電子組件集成度的提升、高集成芯片抗靜電能力的降低，從業(yè)者需要不斷地對(duì)電子產(chǎn)品返工返修領(lǐng)域的三防涂層去除工藝進(jìn)行優(yōu)化提升，研究新方法，提升作業(yè)效率，保證作業(yè)質(zhì)量。