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一、什么是披覆胶?
披覆胶(Conformal Coating)也称为三防漆、电子防潮胶、三防胶、绝缘胶、保护漆等,是一种常常被运用在线路板表面,可以起到物理隔离作用,维持电子组件正常工作环境和使用寿命的一种涂料层。三防一般指防霉、防潮、防盐雾,但是随着应用场景的多变和对性能要求的提升,“三防”泛指防潮、防盐雾、防尘、防震(词条“防震”由行业大百科提供)、防腐蚀、绝缘、防老化、延长使用寿命等多项功能。
图1. (a) 金属焊点及器件端子腐蚀(词条“腐蚀”由行业大百科提供),(b) 铜导线腐蚀,(c、d)电阻器本体开裂;
市面常见的披覆胶按组成材料分类,一般可分为:丙烯酸树脂、聚氨酯(词条“聚氨酯”由行业大百科提供)以及有机硅类;
1. 丙烯酸披覆胶是市场上最普遍最通用的披覆胶,配制简便,固化速度快,固化时很少或几乎不释放出热量,对热敏器件友好,且固化后不收缩(词条“收缩”由行业大百科提供),具有优良的防潮性能,具有荧光性,易于检测,黏度易调整,一般大众化的消费电子产品可选用;
2. 聚氨酯披覆胶对湿气十分敏感,固化快,在天气变化快、潮湿的地方可选用,介电常数大,具有优良的防潮性、耐溶剂性、抗腐蚀、耐磨损、附着力强,但是涂层容易出现气泡引起线路故障,易粉化、泛黄,维修性也较差;
3. 有机硅披覆胶因具有独特的硅氧主链结构和分子间低作用力,其形成的涂层电学性能优良,介质损耗因数和介电常数比其它类低,耐高低温性能优异、可耐200℃高温,同时表面张力低和水汽不易渗透,具有良好的柔韧性能及疏水性能,防撞击性能好,能很好地释放外界施加的压力,因此也被称作弹塑性有机硅涂料。此外,有机硅类披覆胶维修性能好,易于去除和修复,可喷、浸、刷涂,但其热膨胀系数较大,易磨损。有机硅披覆胶常在航天航空、军工、通讯设备、高端电子设备等高科技行业应用。
二、披覆胶的性能要求
为了对电子组件或印刷线路板组件起到充分的保护作用,披覆胶应具备(包括但不限于)以下性能:
1. 电学性能优良,较小的介质损耗因数和介电常数,较高的体积电阻率和介电击穿强度(词条“强度”由行业大百科提供);
2. 具有良好的防潮、防霉、防盐雾性能,防止湿气、盐雾等渗透,避免电子元器件或焊点等出现接触不良或被腐蚀;
3. 与印制电路板和元器件之间有良好的附着力,机械性能良好,具有一定的柔韧性和耐机械冲击性;
4. 良好的施工性(如表干时间短)和适宜的粘度(适用于涂覆工艺),易于返修;
5. 毒性低,腐蚀性小,阻燃等级应满足产品的安全要求;
6. 涂覆料成分对板材(词条“板材”由行业大百科提供)不会造成影响,不会引起PCB、金属镀层、元器件表面的褪色(词条“褪色”由行业大百科提供)、变色、起皱、溶蚀。同时,涂覆料不应遮盖或模糊元器件上的鉴别标志和色码。且涂层呈现优良的光滑、连续和均一性,不应有起泡、针孔、起皱、龟裂、脱层现象;
7. 随着绿色生产的开展以及环保安全意识的提升,一般溶剂型的披覆胶将逐渐被市场淘汰。低VOC,不释放对人体有害物质的无溶剂型披覆胶将得到市场的认可,同时无溶剂添加能避免溶剂挥发后造成细孔状缺陷。
三、披覆胶的施工工艺
大体上来所,披覆胶是印刷线路板组件(PCBA)上形成一层0.02~0.2mm绝缘致密的保护膜,充当电子元器件线路板的“保护衣”,起到物理隔离作用,阻隔湿气渗透、灰尘污染、盐雾腐蚀等。由于披覆胶的保护和使用性能与其涂覆工艺密切相关,涂覆料必需具备良好的工艺适应性才能通过合适的涂覆工艺施加到电子组件表面,形成理想的防护涂层。下面介绍披覆胶的常见涂覆工艺,如传统的浸涂、喷涂、刷涂工艺以及自动选择性涂覆等。
1. 浸涂工艺:浸涂工艺是一种传统的涂覆工艺,它能将三防涂料均匀涂敷在电路板各个部件上,使漆膜连续、不间断。浸涂法一般可以通过人工操作完成,但为了能够满足大批量、自动化生产的需求,也可以选择自动浸涂设备。对涂料的粘度要求较高,得到的涂层厚度不能控制,涂料容易被污染且浪费严重。
2. 喷涂工艺:喷涂工艺使用最广泛,适用于元器件排列不密集且局部保护较少的产品。但是因为喷涂过程中会形成漆雾,对职业健康、环保安全的要求比较高。
图2. (a) 浸涂,(b) 刷涂,(c) 喷涂,(d) 自动选择性涂覆工艺;
3. 刷涂工艺:刷涂工艺指利用刷子把三防涂料刷到电子组件上,是最简单的涂覆方法。该涂覆工艺投资低,节省涂敷材料,过程简单,适用性广,通常用于局部维修,也可用于小批量生产或实验室内部,以及涂敷质量要求不高的场所。但它对操作者要求较高。
4. 自动选择性涂覆工艺:随着电路基板不断向尺寸减小、组装密度提高的方向发展,传统的涂覆方法已无法满足涂覆工艺的要求,自动选择性涂覆技术作为一种新型的涂覆工艺,得到越来越广泛的应用。这种工艺是通过计算机的自动化操作,达到精确定位,在基板的指定区域上选择性涂覆液态涂料。这种工艺适用于组装密度高、需保护部位较多、一定批量、涂覆精度要求高的电路基板的保护性涂覆,其优点是得到的涂层均匀性好、涂层厚度可控、喷涂一致性好,同时可以提高涂料的利用率和工作效率,缩短生产周期,可以保护操作者及生产环境。
四、披覆胶的应用场景
为了确保重要的电子组件、电子模块等能适应湿热、霉菌、盐雾环境,在高冲击、易碰撞环境下能够正常工作,通常对印刷线路板组件(PCBA)表面进行保护涂覆,以增强设备的可靠性。此外,它还可以提高线路板和元器件的耐磨性(词条“耐磨性”由行业大百科提供)和耐溶剂性,在改善线路板绝缘性的同时,也有利于消除应力,延长线路板和元器件的使用寿命。
因此,披覆胶主要应用在:
1. 需要防水(词条“防水”由行业大百科提供)、防潮、防尘、防污等电子产品线路板;
2. 需要在潮湿、盐雾、沙尘、震动等各种复杂多变的环境下使用,特别是在面对酷热、强降雨、台风、雾霾等极端天气时,仍要保持较高的使用稳定性的设施及电子设备;
3. PCBA的装配工艺逐渐向密度更高、间距更窄、性能更高、集成程度更高、规模更轻量化的方向发展;
具体来说,披覆胶可在电力电网、5G通讯建设、轨道交通等日益完善的基建工程以及在航天航空、国防军工、新能源(词条“新能源”由行业大百科提供)汽车、医疗设备、智能机器人等高端领域中应用,也可以在日常生活中随处可见的电子设备、数码电子、家用电器、LED(词条“LED”由行业大百科提供)工业等领域广泛使用。
图3. (a) 5G基建,(b) 航天航空,(c) 家用电器,(d) 集成线路板