雷軍，李劍，吳曉軍，李金，周勛磊

（蘇州長(zhǎng)風(fēng)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(wèn)題的研究

雷軍，李劍，吳曉軍，李金，周勛磊

（蘇州長(zhǎng)風(fēng)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(yīng)用。重點(diǎn)研究了涂覆三防漆的印制板組件在長(zhǎng)期使用和可靠性試驗(yàn)后出現(xiàn)的異物滋生問(wèn)題，提出了實(shí)際可行的解決方法與實(shí)施措施。

印制板組件；三防涂覆；異物滋生；開(kāi)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(dòng)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(yīng)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(duì)如何提高三防噴涂的質(zhì)量與長(zhǎng)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(biāo)MIL-I-46058C可知，三防漆從化學(xué)成分上主要可分為丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯和有機(jī)硅脂和聚對(duì)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(zhǎng)期介電性能好，耐磨性能佳，以及耐高溫?zé)嵝?、阻燃性較為理想等特點(diǎn)［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(dòng)沖擊等惡劣環(huán)境，故公司經(jīng)過(guò)對(duì)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(jī)器自動(dòng)噴涂和手工噴涂?jī)煞N。機(jī)器自動(dòng)噴涂的優(yōu)點(diǎn)是:可選擇性的噴涂、精確度高、均勻和效益高，并且可自動(dòng)檢測(cè)，適用于大規(guī)模、大量或長(zhǎng)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(jī)+排氣扇的組合，其優(yōu)點(diǎn)是:成本低、噴涂設(shè)備投資小、操作簡(jiǎn)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(hào)繁多且批量小，科研研發(fā)與批量生產(chǎn)高度交叉進(jìn)行，選擇手工噴涂的操作方法，具有靈活性強(qiáng)、準(zhǔn)備周期短和隨時(shí)可操作的優(yōu)勢(shì)。

2　異物滋生的時(shí)機(jī)與現(xiàn)象

公司某型產(chǎn)品在按照GJB 150-2009《軍用裝備試驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行三防試驗(yàn)后，打開(kāi)產(chǎn)品對(duì)印制板組件進(jìn)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(kāi)裂的現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 引腳漆層開(kāi)裂

公司某型產(chǎn)品在外場(chǎng)使用后，返回公司進(jìn)行檢修工作，打開(kāi)產(chǎn)品對(duì)印制板組件進(jìn)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(kāi)裂，如圖2-4所示。

圖2　器件引腳三防漆開(kāi)裂

圖3　器件表面三防漆開(kāi)裂

圖4 三防漆裂紋放大圖

3　異物滋生的原因分析

通過(guò)對(duì)三防漆噴涂工藝流程進(jìn)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(shuō)，三防涂覆印刷板組件異物滋生的原因主要包括以下幾個(gè)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(guò)高，漆液粘稠，其流動(dòng)性就會(huì)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(shí)，空氣膨脹，頂破漆層；如果固化劑的比例過(guò)低，漆液稀，其流動(dòng)性好，則噴涂后的漆層會(huì)比較薄，也會(huì)造成三防保護(hù)效果差。

b）固化過(guò)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(dǎo)致了應(yīng)力集中現(xiàn)象的產(chǎn)生；應(yīng)力較大時(shí)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(huì)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(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)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(xué)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(qiáng)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(xué)反應(yīng)，滋生異物。通過(guò)化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)異物的主要成分是焊點(diǎn)的氧化物、殘留助焊劑的混合物和開(kāi)裂三防漆的細(xì)小顆粒等。

4　試驗(yàn)驗(yàn)證及解決方法

圖6　引腳背后沒(méi)有填充三防漆

為了進(jìn)一步地探究三防漆的配方和固化條件（固化溫度和固化時(shí)間）對(duì)三防漆的影響，制備了一系列的試驗(yàn)樣品委外進(jìn)行實(shí)驗(yàn) （如表1-3所示），實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度、熱性能等來(lái)表征。

表1　固化溫度一定 （50℃）

表2　固化時(shí)間一定 （2 h）

表3　清漆/固化劑配比一定 （6∶1）

通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行固體核磁測(cè)試，分析了固化溫度時(shí)間、固化溫度和配比對(duì)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(dāng)固化溫度和固化配比一定 （50℃、6∶1）時(shí)，針對(duì)固化時(shí)間分別為1.5 h、2 h、2.5 h的樣品，即4#、5#、6#樣品進(jìn)行固體核磁測(cè)試。由表4可以得出如下結(jié)論:在高溫下隨著固化時(shí)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(guò)程中，體系發(fā)生主要的固化反應(yīng)；在高溫處理結(jié)束后，未在高溫下發(fā)生固化反應(yīng)的殘留分子仍會(huì)繼續(xù)固化。因此，高溫處理后的一段時(shí)間內(nèi)，4#、 5#、6#樣品的交聯(lián)密度會(huì)逐漸地增大，但在實(shí)際的應(yīng)用中，產(chǎn)品使用時(shí)間相對(duì)很長(zhǎng)，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，三者的交聯(lián)密度會(huì)相差地越來(lái)越小。因此，固化時(shí)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(yīng)。

當(dāng)固化時(shí)間和固化配比一定 （2 h、6∶1）時(shí)，針對(duì)固化溫度為50℃、60℃、70℃的樣品，即5#、14#、11#樣品進(jìn)行固體核磁測(cè)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(jìn)反應(yīng)的發(fā)生；另一方面，溫度的升高破壞了參與固化反應(yīng)的基團(tuán)的活性，使其數(shù)量減少。因此，固化溫度選擇為60℃為宜。

當(dāng)固化溫度和固化時(shí)間一定 （50℃、2 h）時(shí)，針對(duì)不同配比為5∶1、6∶1、7∶1的固化樣品，即2#、5#、8#樣品進(jìn)行固體核磁測(cè)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(huì)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(tuán)的增加可以提高體系的交聯(lián)密度，再結(jié)合表5的實(shí)驗(yàn)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(shuō)明書要求，清漆與固化劑的添加比例為10∶1，在此基礎(chǔ)上逐步地減少固化劑的比例，并對(duì)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5　項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)記錄表

對(duì)生產(chǎn)的印制板組件的流程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)幾乎全部組件都有涂硅橡膠來(lái)固定器件的工藝要求，清洗過(guò)程中的浸泡會(huì)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(huì)出現(xiàn)局部漆液不附著的情況。

通過(guò)對(duì)上述原因進(jìn)行分析，采取了一系列的改進(jìn)措施，如表6所示。

表6 試驗(yàn)條件設(shè)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(yǔ)

三防涂覆是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，影響涂覆質(zhì)量的因素有很多，需要進(jìn)一步地研究與探討，以提高三防涂覆的質(zhì)量［7］。對(duì)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(jìn)行細(xì)心的觀察，將問(wèn)題挖掘出來(lái)，并逐步地分析以解決問(wèn)題?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求會(huì)越來(lái)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(wèn)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(jī)三防設(shè)計(jì)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(yàn)，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(hù)涂覆工藝及設(shè)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(zhǎng)風(fēng)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。