三防涂覆印制板组件异物滋生问题的研究

雷军，李剑，吴晓军，李金，周勋磊

（苏州长风航空电子有限公司，江苏　苏州　215001）

三防涂覆印制板组件异物滋生问题的研究

雷军，李剑，吴晓军，李金，周勋磊

（苏州长风航空电子有限公司，江苏苏州215001）

在恶劣环境下工作的军用航空电子产品，其印制板组件易受到盐雾、潮气和霉菌的影响而引发产品故障，因此，印制板组件的三防涂覆技术在军用航空电子产品中得到了广泛的应用。重点研究了涂覆三防漆的印制板组件在长期使用和可靠性试验后出现的异物滋生问题，提出了实际可行的解决方法与实施措施。

印制板组件；三防涂覆；异物滋生；开裂

0　引言

由于使用环境的特殊性，在高湿、高盐、粉尘和振动等恶劣环境下工作的军用航空电子产品，其印制板组件易受到盐雾、潮气和霉菌的影响而引发产品故障，因此，印制板组件的三防涂覆技术在军用航空电子产品中得到了广泛的应用。笔者所在的公司生产的所有军用航空电子产品均有三防涂覆的需求，所以对如何提高三防喷涂的质量与长期使用后仍能保证三防效果的研究具有重要的意义［1-2］。

1　三防漆材料与涂覆方式的选择

根据美军标MIL-I-46058C可知，三防漆从化学成分上主要可分为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯和有机硅脂和聚对二甲苯5大类［3］。聚氨酯三防漆具有耐溶剂性能与防潮性能优良，在低温环境下性能稳定，长期介电性能好，耐磨性能佳，以及耐高温热性、阻燃性较为理想等特点［4］。军用航空电子产品的印制板组件由于经常面临温度冲击、振动冲击等恶劣环境，故公司经过对比后选用聚氨酯三防漆。

涂覆方法大致分为刷涂法、浸涂法、喷涂法和淋涂法4种［5］。业界最常用的涂覆方法，又分为机器自动喷涂和手工喷涂两种。机器自动喷涂的优点是:可选择性的喷涂、精确度高、均匀和效益高，并且可自动检测，适用于大规模、大量或长期生产的客户。手工喷涂一般是使用手持式喷枪+气管+空压机+排气扇的组合，其优点是:成本低、喷涂设备投资小、操作简便灵活，适用于多品种、小批量生产的客户［6］。

公司承制的军用航空电子产品型号繁多且批量小，科研研发与批量生产高度交叉进行，选择手工喷涂的操作方法，具有灵活性强、准备周期短和随时可操作的优势。

2　异物滋生的时机与现象

公司某型产品在按照GJB 150-2009《军用装备试验室环境试验方法》的要求进行三防试验后，打开产品对印制板组件进行外观检查，发现器件的引脚上有异物滋生；在电子放大镜下观察，发现元器件的表面均出现漆层开裂的现象，如图1所示。

图1 引脚漆层开裂

公司某型产品在外场使用后，返回公司进行检修工作，打开产品对印制板组件进行外观检查，发现器件的引脚面上有异物滋生；在电子放大镜下观察，发现器件引脚及表面均出现漆层开裂，如图2-4所示。

图2　器件引脚三防漆开裂

图3　器件表面三防漆开裂

图4 三防漆裂纹放大图

3　异物滋生的原因分析

通过对三防漆喷涂工艺流程进行综合分析，可以得出其关联分析图，如图5所示。具体地说，三防涂覆印刷板组件异物滋生的原因主要包括以下几个方面。

图5 关联分析图

a）三防漆的组成成分比例的影响，也就是配方的影响。如果固化剂的比例过高，漆液粘稠，其流动性就会较差，从而造成器件引脚后未填充漆液存在空气 （如图6所示），在温度变化时，空气膨胀，顶破漆层；如果固化剂的比例过低，漆液稀，其流动性好，则喷涂后的漆层会比较薄，也会造成三防保护效果差。

b）固化过程中烘箱升温速率快，漆层表层的固化速率较快，内部固化速率较慢，固化速率的不一致，导致了应力集中现象的产生；应力较大时出现裂纹。

c）器件往往是在高低温变化的环境中工作，温度的升高会引起材料的热膨胀。焊接后清洗不干净，喷涂后残留的助焊剂物质被三防漆覆盖，因助焊剂与三防漆的热膨胀系数不同，在膨胀过程中产生应力集中，继而引发裂纹的产生。

d）印制板组件的表面有其他化学物质附着，不能够清洗干净，造成喷涂后三防漆附着力不强或者局部不附着。

由于上述种种原因，造成了器件引脚的金属本体直接或者不同程度地暴露在潮、热、盐等环境下，从而引起化学反应，滋生异物。通过化学分析，发现异物的主要成分是焊点的氧化物、残留助焊剂的混合物和开裂三防漆的细小颗粒等。

4　试验验证及解决方法

图6　引脚背后没有填充三防漆

为了进一步地探究三防漆的配方和固化条件（固化温度和固化时间）对三防漆的影响，制备了一系列的试验样品委外进行实验 （如表1-3所示），实验结果通过固化产物的交联密度、热性能等来表征。

表1　固化温度一定 （50℃）

表2　固化时间一定 （2 h）

表3　清漆/固化剂配比一定 （6∶1）

通过对样品进行固体核磁测试，分析了固化温度时间、固化温度和配比对样品的影响，所得的结果如表4所示。

表4　样品的固体核磁数据汇总

当固化温度和固化配比一定 （50℃、6∶1）时，针对固化时间分别为1.5 h、2 h、2.5 h的样品，即4#、5#、6#样品进行固体核磁测试。由表4可以得出如下结论:在高温下随着固化时间的增加，固化产物的交联密度也有所增加。在高温处理过程中，体系发生主要的固化反应；在高温处理结束后，未在高温下发生固化反应的残留分子仍会继续固化。因此，高温处理后的一段时间内，4#、 5#、6#样品的交联密度会逐渐地增大，但在实际的应用中，产品使用时间相对很长，随着使用时间的延长，三者的交联密度会相差地越来越小。因此，固化时间取2 h为宜，但将印制板组件从烘箱中取出后仍要将其静置2天左右，使其得到充分的反应。

当固化时间和固化配比一定 （2 h、6∶1）时，针对固化温度为50℃、60℃、70℃的样品，即5#、14#、11#样品进行固体核磁测试确定其交联密度，结果表明5#、14#、11#样品的交联密度依次升高，但交联链的比重依次下降。一方面，温度升高可促进反应的发生；另一方面，温度的升高破坏了参与固化反应的基团的活性，使其数量减少。因此，固化温度选择为60℃为宜。

当固化温度和固化时间一定 （50℃、2 h）时，针对不同配比为5∶1、6∶1、7∶1的固化样品，即2#、5#、8#样品进行固体核磁测试。由表4中2#、5#、8#的交联链比重和交联密度数值可知，随着在固化配比中固化剂用量的减少，固化后漆膜的交联密度会明显地下降。因此，R-N= C=O（固化剂的主要成分异氰酸酯）基团的增加可以提高体系的交联密度，再结合表5的实验数据综合分析可知，需要重新调整其比例。

根据聚氨酯三防漆生产厂家的说明书要求，清漆与固化剂的添加比例为10∶1，在此基础上逐步地减少固化剂的比例，并对样品进行实验，结果如表5所示。

表5　项目实验记录表

对生产的印制板组件的流程进行统计分析，发现几乎全部组件都有涂硅橡胶来固定器件的工艺要求，清洗过程中的浸泡会使胶溶于清洗液中，清洗液挥发后胶液残留在印制板组件上，致使三防喷涂后会出现局部漆液不附着的情况。

通过对上述原因进行分析，采取了一系列的改进措施，如表6所示。

表6 试验条件设置表

图9　三防漆完全覆盖引脚

图10　引脚背后填充三防漆

5　结束语

三防涂覆是一项非常精细的工作，影响涂覆质量的因素有很多，需要进一步地研究与探讨，以提高三防涂覆的质量［7］。对于产品质量的提高，须有不断超越的追求，在工作中要进行细心的观察，将问题挖掘出来，并逐步地分析以解决问题。可以预见，未来对产品质量的要求会越来越高，三防涂覆的技术也将不断地发展，最终将能全部地解决目前存在的问题。

［1］鲜飞，刘江涛，易亚军，等.电子制造业中的三防涂覆技术 ［J］.电子工艺技术，2015，36（5）:278-280.

［2］李星，王晓慧.舰载机三防设计技术研究综述［J］.装备环境工程，2006，3（4）: 12-15.

［3］王有亮.三防漆及其去除技术的研究综述 ［J］.电子产品可靠性与环境试验，2014，32（4）: 39-44.

［4］张立明.印制板组件的三防涂覆及其去除工艺 ［J］.电子工艺技术，2009，30（3）: 154-158.

［5］黄萍，张静.印制电路组件三防涂覆工艺研究 ［J］.电子工艺技术，2007，28（6）: 324-329.

［6］田芳，乔海灵.三防保护涂覆工艺及设备 ［J］.电子工艺技术，2006，27（2）: 108-110.

［7］鲜飞，刘江涛，易亚军，等.电子制造业中的三防涂覆技术［J］.电子工艺技术，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

雷军 （1978-），男，湖南永兴人，苏州长风航空电子有限公司显控产品部工程师，主要从事电子组装工艺技术工作。