印制电路组件的三防涂覆工艺

黄汉斌 李凯雄

(中国电子科技集团公司第七研究所，广州 珠海区 510310 )

随着电子产品的快速发展，电子设备的应用领域也在不断扩大。从过去仅限于一般工业应用的机电产品，到今天的航天、航海、军事等领域电子装备得到了广泛应用。电子装备应用领域的广泛，意味着对电子装备提出了更高的要求：高可靠、高质量、能适应各种恶劣的工作环境，从而使三防保护技术(防潮、防霉、防盐雾性能)随之产生并且快速发展起来。

电子装备的印制板组装件的三防涂覆是三防技术中的一个重要组成部分，其防护性能好坏直接影响到电子装备的可靠性。为提高电子装备的耐腐蚀性、减少设备故障率、提高电子设备的可靠性，延长使用寿命，必须对组成电子设备的印制板组装件进行保护涂覆。

一、涂覆材料

（一）对涂覆材料的要求

印制板组装件的保护涂覆材料属于特种涂料，应具备如下要求：(1)有较好的电性能，涂料的电性能随温度和湿度的变化要小；(2)防潮性能好，受潮涂覆材料后在正常条件下能迅速恢复原有性能；(3)抗霉菌和盐雾；(4)对基板及元器件有良好的粘接性和三防保护能力，能承受-60℃～+125℃反复温度冲击受潮湿、霉菌和盐雾环境的考验。(5)涂料应是聚合型以减少溶剂挥发留下针孔的可能。(6)涂料不能引起PCB、金属镀层、焊料、元器件表面变色、起皱和溶蚀；(7)有良好的工艺性，可采用浸涂、喷涂和刷涂等工艺，表干速度快。

（二）常用涂覆材料

常用涂覆材料主要有四种类型，即丙烯酸类(AR)、聚氨脂类(UR)、环氧树脂类(ER)和有机硅胶类(SR)。

（三）常用涂覆材料的性能

常用涂覆材料的性能，见表1。

表1 涂覆材料性能对比

（四）涂覆材料的选择原则

涂覆材料的理化性能和工艺性能各有差异，应根据具体使用要求和具备的工艺条件慎重选择适合产品的涂覆材料。

1.丙烯酸类

容易涂覆，有理想的电性能、物理性能和抗霉菌性能，适用期长，固化时间短，固化时不放热，不至于损坏热敏元件，固化后无收缩。但此种涂料对溶剂敏感，因此容易返修。适合于A类环境的PCB涂覆。

2.聚氨酯类

有单组份和双组份两种，长期介电性好，有优越的防潮性能和抗化学品性能。更换元件或修理电路板必须用专用的剥离剂。涂覆前必须保证电路板清洁，特别是不能有水分存在。

3.环氧树脂类

一般为双组份，适用期短，防潮性能、抗盐雾性能和抗化学品性能好，更换元件或修理电路板必须用物理手段剥离掉环氧树脂膜，涂覆前需对易碎元件施加保护措施。

4.有机硅胶类

电性能优良，损耗和介质系数值比其它类涂料低，热性能特别好，能在200℃下连续工作，此外，防潮性能和抗腐蚀性能也非常好。适合于高频、微波板涂覆；也适合于在高温下工作的电路板涂覆。

根据以上涂覆材料的选择原则并结合我所实际，经多方调研，我们最终选择了有机硅胶类三防漆。

二、印制电路的三防涂覆方法及工艺简介

（一）传统的涂覆方法及工艺传统的印制电路板保护涂覆方法主要有浸涂、刷(流)涂和手工喷涂。

1.浸涂

浸涂工艺可以得到较好的涂覆效果，但由于涂料暴露在空气中，因而对涂料的粘度要求较高，而且对装有可调电容器、微调磁芯、电位器及不密封的器件如晶振等不允许涂覆的元件，不能选用浸涂工艺且浸涂受浸渍容器的温度、浸渍时间、抽出速度和垂流时间等因素影响较大。

2.刷(流)涂

投资低、适用性较广，主要用于小体积产品的涂覆或对涂层的修补，但其转换效率低，对操作工人要求较高，对不允许涂覆的部位要有醒目的标志，否则易出错，且产品一致性较差。

3.手工喷涂

手工喷涂工艺使用最多，适合于元器件排列不十分稠密，需局部保护不多，且不十分苛刻的产品。同样，对一些不允许涂覆的元器件及组件，需严加保护，使喷雾不污染到这些部位，对印制插件和接地部位，需采用专用夹具或专用保护膜保护。

归纳起来，以上三种传统的涂覆工艺有以下几方面的缺点：

(1)不能满足高密度电路基板涂覆的要求；

(2)涂覆厚度不易控制、一致性差，影响产品质量；

(3)不涂覆部分需要掩膜和去膜，胶带残留不易去除，工序复杂容易出错且浪费材料；(4)手工操作劳动强度大、效率低、易误操作；

(5)对环境和操作者有严重危害。

（二）自动选择性涂覆工艺

随着电路基板组装密度的提高，传统的涂覆方法已无法满足保护涂覆工艺的要求，自动选择性喷射涂覆方法成为一种新型的涂覆工艺。其原理是将电路基板的三防保护涂覆由手工操作变成由PC机控制的自动化操作，达到精确定位选择性喷涂而不需要进行掩膜保护工艺，适合于一定批量、组装密度高、需保护部位较多且涂覆精度要求高的电路基板的保护涂覆。

其优点是涂层均匀性好、涂层厚度可控、喷涂一致性好、保护操作者及生产环境。

三、选择性涂覆关键工艺参数

涂覆质量要素主要由涂层厚度、涂层宽度、涂层均匀性、气泡、喷涂边缘精度、喷涂图形规则性等构成，而影响这些质量要素的因素很多且复杂，下面介绍几个主要的选择性涂覆工艺参数及其对喷涂质量的影响。

（一）压力

压力包括喷涂压力、雾化压力、供料压力。

1.喷涂压力

对于喷雾阀来说，喷涂压力主要用于顶起喷阀内部的弹簧、抬高喷雾阀的撞针，从而打开喷雾阀的流体出口。由于喷雾阀的这种机械结构，决定了喷涂压力越大则出料口越大，反之则小。

2.雾化压力

雾化压力是在喷雾阀出料口的侧面加压，从而使流体在喷雾阀出口处形成扇形雾状，而不是直线形流体，达到喷涂目的。

雾化压力不均匀会导致喷出的流体不是均匀的扇形，进而导致在电路基板上形成不规则的形状，影响喷涂均匀性。雾化压力的均匀性可通过肉眼观察，当吹出的流体不均匀时应检查喷阀的雾化压力出气口是否被凝固的涂料堵塞。

3.供料压力供料压力是用于输出涂料的压力。

（二）涂料粘度、流动性不同粘度的涂料其流动性也不同，遇空气固化

的速度也不同，常用的电路基板硅胶涂料其粘度一般小于1Pa/s，流动性较好，喷涂效果也好。根据我们的工艺实验经验，0.5Pa/s以下的涂料较0.5Pa/s以上粘度的涂料喷涂效果要好。

（三）喷涂高度

涂覆高度喷阀的喷嘴到电路基板的垂直高度是喷涂的一个重要工艺参数，不同的高度导致涂料与电路基板接触面的宽度不同。涂覆高度较大则涂层厚度变薄、宽度增加。

（四）喷涂速度

喷涂速度主要对涂层厚度、宽度有影响。当喷涂速度增加时，涂层厚度变薄、宽度变小，反之则相反。

上述这几个影响因素是相互作用的，在设计工艺参数时需综合加以考虑。上述工艺参数对涂覆结果的影响方式见表2。

表2 喷涂工艺参数对涂覆的作用方式

四、选择性涂覆常见问题及解决方法

以下是我们在艺实验中总结出的一些常见涂覆问题及解决方法。

喷涂过程中出现涂料凝固现象，此时应减小供料压力或减小喷涂压力，从而使出口处单位体积内的涂料量减少，以保证喷阀出口处的涂料能迅速地被喷到电路基板上，防止出口处由于涂料堆积而造成凝固或堵塞喷嘴。

当涂层太厚时，可以采用以下方法解决：加大涂覆速度，或减小供料压力，或加大涂覆高度，或增加涂覆宽度(两行涂覆层的步进间隔，一般为4mm-12mm)。当涂层不均匀、厚度有较大的变化时，应分以下两方面考虑：当喷涂后每个局部的平面度较好，则可能的原因是电路基板本身弯曲不平，或是传送链条上有污物导致电路基板不水平，或是设备本身的不水平等原因造成的；当喷涂后平面整体都不均匀，除了上述可能原因之外，还有一个原因就是涂料太少造成的，应加大供料压力或减小涂覆速度或减小涂覆宽度。

喷涂后涂层有较多的气泡且气泡的大小比较均匀时，当在常温下固化时气泡会部分消失，出现这种情况的原因极有可能是涂料量少，空气钻进稀薄的涂料层所致，这时可采用增加供料压力、增加喷涂压力、减小喷涂高度等方法进行改进。但是如果气泡或空洞的直径较大或只在局部地方有气泡或颗粒时，就应该考虑是否是电路基板本身不洁净、输料管内有杂质或涂料本身有杂质所致。出现气泡还有一种可能的情况是当涂覆宽度较小(如小于5mm时)，后一次的涂层与前一次的涂层有叠加时，在喷涂料的同时也会将气体带进电路基板上上一次刚喷上的涂层表面，从而导致气泡的产生，这种情况可用增加涂覆宽度、减少涂料、增加涂覆速度等方法解决：

涂层表面有明显的喷涂痕迹(如一道波峰一道波谷相间)时，一般是由于涂料喷涂量太少所致，这时可采用加大喷涂压力、下降喷涂高度等方法来增加喷涂量，从而使涂层表面的喷痕消失，提高喷涂均匀性。

当喷涂的涂料不连续时，应考虑以下几方面的原因：输料管中是否有杂物、大的涂料颗粒；输料管中有气体或有涂料溢出；喷阀的喷嘴出口被堵塞等。

五、喷涂设备的应用

传统的设备喷涂三防处理，通常是把单元板喷涂后，使单元板自然风干，但是这样的工艺使得三防处理的周期比较长，生产效率低，不利于大批量产品的生产。选择合适的喷涂设备对提高三防处理的效率至关重要。下面介绍可选择性涂覆系统和UV光固化设备的应用，见图1。

选择性喷射涂覆设备可用于含有插头、微调电容、高频器件、电位器、静电敏感等器件的电源板、通信板等各种单面、双面、混装电路板的三防保护涂覆领域，适合于不同批量、种类电路基板的保护喷涂。该设备具有点、线、面等多种涂覆方式，具有大面积或小区域有选择地涂覆等多种涂覆功能具有示教编程、工艺参数设置、激光点辅助定位等功能，可存储多组涂覆程序及工艺参数，系统自动完成整个涂覆过程。设备的喷涂阀由喷雾阀和点涂阀组成。喷雾阀完成大区域的涂覆；点涂阀用于对难以达到的空间进行小范围的涂覆，同时点涂阀可旋转、左右偏转，从不同的角度和方向对电路基板进行涂覆。

UV光固化设备经相关技术配对，可以使得UV灯管在瞬间由高电压激发点亮，然后发出主峰为360纳米左右的紫外光。照射在UV涂料涂抹层上，基本上1～2左右瞬间引发涂料的固化。

图1 可选择性涂覆系统和UV光固化设备

可选择性涂覆系统和UV光固化设备组成了一体化的三防处理系统，由涂覆设备对电路板进行三防处理后，直接送入UV光固化设备进行固化，不但能满足各种喷涂的需求，而且提高了三防的效率。

六、结束语

喷涂工艺和喷涂设备是密不可分的，工艺和设备的有机结合可为用户提供一个完善的三防保护工艺解决方案。