水性三防漆在電子線路板防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用

林 雪，吳建新，蔡燕聰，張 磊

（深圳市億鋮達(dá)工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518000）

水性三防漆在電子線路板防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用

林 雪，吳建新，蔡燕聰，張 磊

（深圳市億鋮達(dá)工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518000）

電子電氣產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性要求越來越高，三防漆在線路板集成電路保護(hù)上的應(yīng)用已必不可少。對水性三防漆的性能特點(diǎn)及其在線路板防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，并綜述了水性聚氨酯三防漆的特點(diǎn)和各項(xiàng)性能。

水性三防漆；線路板防腐；應(yīng)用

1 電子電氣設(shè)備線路板防腐介紹

電子電氣設(shè)備在使用時會受到環(huán)境中灰塵、潮濕、霉菌、鹽霧和腐蝕性氣體等的侵蝕，線路板及其元器件（集成電路、容阻件等）可能會產(chǎn)生腐蝕、軟化、變形和霉變等問題，導(dǎo)致線路板電路出現(xiàn)漏電、雷擊、短路和器件失效等故障，不但影響產(chǎn)品質(zhì)量，降低使用壽命，還存在安全隱患，威脅人們的生命安全。

為了提高產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性及質(zhì)量可靠性，企業(yè)在生產(chǎn)制造中越來越注重電子電氣設(shè)備線路板的防腐保護(hù)，按照防腐等級不同可分為薄層涂覆、厚層涂覆和灌封。

（1）薄層涂覆：通常指的是三防涂覆工藝，通過在線路板表面噴涂或刷涂一層薄薄的三防涂覆材料（簡稱三防漆），涂覆厚度通常為25～75 μm，可有效防止空氣中的潮濕、霉菌、鹽霧、灰塵及雷電等對線路板的腐蝕。如：①化學(xué)物質(zhì)環(huán)境（酸、堿氣體等成分），空調(diào)、干燥器和戶外電子等；②辦公室和家庭中的有害物質(zhì)，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、電磁爐和油煙機(jī)等；③其他所有需要三防保護(hù)的家電線路板。

（2）厚層涂覆：通常涂覆厚度越厚，防腐效果越好。針對薄層涂覆滿足不了的領(lǐng)域，可通過增加涂覆厚度（干膜100～200 μm）實(shí)現(xiàn)更高的防腐要求。

1）高防腐領(lǐng)域：軍工系統(tǒng)、通訊設(shè)備和戶外精密設(shè)備（充電樁，通訊基站）等。

2）惡劣環(huán)境：在惡劣環(huán)境中使用的設(shè)備，需要滿足極高的防腐要求，如，①礦井、海邊，面臨灰塵、潮氣、鹽霧和風(fēng)沙雨雪等環(huán)境；②汽車電子（雨雪風(fēng)沙等）。

3）敏感元器件：①線路板針腳/引腳處，由于針腳結(jié)構(gòu)存在毛細(xì)滲透現(xiàn)象及膠本身的重力作用，導(dǎo)致針腳處掛膠困難，薄層涂覆無法達(dá)到理想的防腐效果；②特殊元件（風(fēng)扇口處等），高熱、灰塵較大。

4）灌封：將整個線路板上的元器件導(dǎo)電層都包裹住，外表形成一層很厚的膠體，能夠有效地起到防水作用。適用于對防水要求非常高的工作環(huán)境，如洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等控制板，通常采用聚氨酯樹脂進(jìn)行灌封。

2 三防工藝及涂覆材料

“三防”通常指的是防潮、防霉和防鹽霧，三防工藝（Conformal Coating）是指通過在印制線路板及其相關(guān)分立器件、集成電路的表面涂覆一層三防漆，固化后形成一層透明的聚合物涂覆層，這層保護(hù)膜將電子線路板元器件與其工作環(huán)境有效地隔離開來，使其免遭惡劣環(huán)境的侵蝕、破壞，進(jìn)而提高并延長設(shè)備的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性。此外，三防漆可以起到屏蔽和消除電磁干擾和防止線路短路的作用，提高線路板的絕緣性能，允許更高的功率和更近的印制板間距，從而可滿足元件小型化的目的。

三防漆從化學(xué)成分上主要分為丙烯酸樹脂（Acrylic，Type AR）、環(huán)氧樹脂（Epoxy，Type ER）、有機(jī)硅（Silicone，Type SR）、聚氨酯（Urethane，Type UR）和聚對二甲苯（Parylene，Type XY）5大類；按固化方式可分為熱固化、紫外光固化和濕氣固化；按溶劑類型不同，可分為溶劑型三防漆、水性三防漆、無溶劑（UV）三防漆。其中溶劑型三防漆，以甲苯、二甲苯和鹵代烴等有機(jī)溶劑為稀釋劑，含有可揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），危害人體健康，污染環(huán)境，且具有易燃易爆危險，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和貯存過程中存在極大的安全隱患。

隨后，為滿足消費(fèi)者對健康優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的需求，中國綠色食品協(xié)會分別在綠色食品生產(chǎn)中引進(jìn)和推廣了“果園生草覆蓋技術(shù)”及“酵素菌技術(shù)”。前者對減少化肥及化學(xué)除莠劑的施用量、改善果園生態(tài)環(huán)境、提高果品質(zhì)量與產(chǎn)量發(fā)揮了積極作用；后者在提高果蔬產(chǎn)量，改善口味、口感等方面取得了明顯效果。

世界各地已頒布相應(yīng)法規(guī)嚴(yán)令禁止VOCs的排放。近年來我國也相繼制定了VOCs的排放限量準(zhǔn)則。隨著國家及地方VOCs排放限量標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，溶劑型三防漆的使用越來越受到限制，環(huán)保型水性三防漆已進(jìn)入市場，并逐步取代溶劑型三防漆，水性三防漆在電子電氣PCBA防腐領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。

3 水性三防漆的介紹

水性三防漆（Water-based Conformal Coating）又稱水性涂料，是一種僅以水為分散介質(zhì)的涂料，不含VOCs，其突出優(yōu)勢如下。

（1）安全和環(huán)保方面，僅以水作為稀釋劑，不含VOCs，無爆炸危險，生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存和施工安全可靠；固化過程無VOCs釋放，無刺激性氣味產(chǎn)生，對人體無毒害，且環(huán)保無污染。

（2）施工方面，可以任意比例與水互溶，可直接用水進(jìn)行設(shè)備清洗，方便環(huán)保，給日常施工帶來諸多便利，使用過程無刺激性氣味產(chǎn)生，能明顯改善車間的作業(yè)環(huán)境，提高工人的工作效率與工作積極性。

水性三防漆因其不含VOCs，具有極高的安全性和環(huán)保性，不易燃易爆，無刺激性氣味且對人體無害，在線路板防腐領(lǐng)域越來越受到企業(yè)和公眾的歡迎！

4 水性聚氨酯三防漆的性能特點(diǎn)

現(xiàn)有的水性三防漆主要有水性丙烯酸漆和水性環(huán)氧漆，水性丙烯酸漆具有柔韌性，但耐磨及耐化學(xué)性能較差，易出現(xiàn)熱黏冷脆等現(xiàn)象；水性環(huán)氧漆應(yīng)力較大，易開裂變形。水性聚氨酯漆具有極高的柔韌性及耐化學(xué)性，彌補(bǔ)了其他水性漆的不足，具有更廣泛的應(yīng)用前景。

水性聚氨酯三防漆以水性聚氨酯樹脂為主劑，配以水、干燥助劑、流平助劑、消泡劑、殺菌劑及其他助劑等研制而成，水性聚氨酯樹脂由于存在2相和氫鍵結(jié)構(gòu)，因此具有較好的柔韌性及耐磨、耐化學(xué)性。此外還保留了傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯高附著、耐磨、耐化學(xué)性、耐高低溫、耐濕熱和耐鹽霧等優(yōu)良性能。

水性聚氨酯三防漆為乳白色均勻透明液體，內(nèi)無懸浮物，無刺激性氣味，具有熒光跟蹤性，在線路板表面涂覆后可在紫外燈下檢查是否有漏涂、誤涂和缺陷等問題，以確保涂覆漆膜平整均勻、一致性。

4.2 機(jī)械性能

（1）附著力：按照ISO 2409漆膜附著力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，產(chǎn)品附著力合格等級為0～1級（如表1所示）；按照劃格標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9286—1998，采用百格法進(jìn)行測試，若測試板脫落面積小于5%，則可認(rèn)為達(dá)到GT 0級或孔、裂縫和起皺等現(xiàn)象，如圖2所示。

表1 附著力等級測試Tab.1 Adhesion grade test

（2）軸彎曲：按照IEC 6464-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，軸直徑為3 mm、膜厚為0.06 mm，在錫箔紙上均勻涂覆試樣，若彎曲180°后漆膜平整、無開裂，則可認(rèn)為具有較好的柔韌性。

4.3 熱力學(xué)性能

（1） 熱 沖 擊 ： 按 照IEC 60068-2-14/IPC-TM-650 2.6.7.1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，測試溫度范圍為-40～125 ℃，高溫和低溫保持時間各15 min，高低溫轉(zhuǎn)換時間在5 min之內(nèi)，進(jìn)行100個周期試驗(yàn)。測試后試樣應(yīng)表面完好，未被腐蝕，無白斑、起泡、變色、針

圖1 附著力測試前后對比Fig.1 Comparison before and after adhesion test

圖2 溫度循環(huán)放大后圖片F(xiàn)ig.2 Enlarged pictures after temperature cycle

（2）耐溫性：按照IEC 216標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，若耐溫性能達(dá)到130 ℃，則可認(rèn)為具有較好的耐高溫性能。

4.4 電性能

（1）體積電阻率：按照ASTM D257標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)高阻測試儀操作規(guī)程，對固化后試樣進(jìn)行體積電阻率的測試，測試電壓為100 V（DC），若測得體積電阻率為1014Ω· cm，水下放置7 d后，重新測得體積電阻率為1013Ω·cm，則可認(rèn)為具有較好的絕緣性能。

（2）耐擊穿電壓：按照GB/T 1981.2—2009標(biāo)準(zhǔn)，用耐壓測試儀對試樣進(jìn)行介質(zhì)耐電壓測試，測試介質(zhì)為絕緣油，若測試過程無放電現(xiàn)象，如飛?。ū砻娣烹姡?、打火花（氣體放電）或擊穿（擊穿放電）等，測得擊穿電壓為108 kV/mm以上，則可認(rèn)為具有較好的耐壓性能。

4.5 防腐性能

（1）耐鹽霧：按照GB/T 2423.17—2008標(biāo)準(zhǔn)，在5% NaCl溶液中，溫度為（35±2）℃，測試168 h。測試后樣板表面應(yīng)無腐蝕、白斑、起泡和裂紋等現(xiàn)象（如圖3所示）。

（2）高溫高濕：按照IPC-TM-650 2.6.3. 7標(biāo)準(zhǔn)，將測試電極板置于溫度為40 ℃、濕度為95%RH的高低溫潮熱試驗(yàn)箱中，測試168 h，使用SIR在線測試系統(tǒng)進(jìn)行阻值測定，測試結(jié)果應(yīng)符合如圖4所示的關(guān)系曲線，高溫高濕測試后的電極板不能出現(xiàn)金屬枝晶生長及腐蝕現(xiàn)象（如圖5所示）。

圖3 鹽霧測試前后對比Fig.3 Comparison before and after salt spray test

圖4 濕熱條件下電阻與時間的關(guān)系圖Fig.4 Relationship of resistance and storage time under hygrothermal condition

（3）耐酸堿性：按照GB1763—1986標(biāo)準(zhǔn)，將5% 的NH4Cl溶液和5% 的Na2CO3溶液分別均勻涂敷在涂有三防漆的PCB 板上，經(jīng)過3 d后觀察，PCB 表面應(yīng)無腐蝕、起泡和白斑等現(xiàn)象。

（4）腐蝕性氣體：按照GB/T2423.20—2014/IEC 60068-2-43標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，測試氣體為H2S氣體，將測試電極板置于H2S氣體密度為80×10-6、溫度為50 ℃以及相對濕度為85%的條件下測試120 h。經(jīng)腐蝕性氣體H2S測試后，電極板應(yīng)不能受到腐蝕。

圖5 高溫高濕放大后圖片F(xiàn)ig.5 Enlarged pictures after high temperature&high humidity test

5 結(jié)語

電子電氣產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性要求越來越高，三防漆在線路板集成電路保護(hù)上的應(yīng)用已必不可少。應(yīng)國家環(huán)保政策的強(qiáng)制要求，只有在制造過程中采用更多的環(huán)保型產(chǎn)品才能取得較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。水性三防漆已逐漸用于電子電氣設(shè)備PCBA的防腐保護(hù)，其未來的應(yīng)用前景將越來越好。

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[2]王萃萃,張彪,黎兵,等.聚氨酯防腐蝕涂料研究進(jìn)展[J].涂料技術(shù)與文摘,2009,30(8):10-14.

[3]王武生,陳齡.水性聚氨酯性能與結(jié)構(gòu)理論探討[J].涂料技術(shù)與文摘,2009,3(6):7-15.

Application of water-based conformal coating in PCBA anti-corrosion protection

LIN Xue, WU Jian-xin, CAI Yan-cong, ZHANG Lei
(YIK SHING TAT Industrial Co., Ltd., Shenzhen, Guangdong 518000, China)

The reliability requirments of electronic and electrical products are getting higher and higher, so that the application of the conformal coatings becomes essential to the PCBA protection.This paper mainly introduced the performance feature of water-based conformal coatings, especially the waterborne polyurethane coatings, and their application in PCBA anti-corrosion protection.

water-based conformal coating; PCBA anti-corrosion protection

TQ437

A

1001-5922（2017）09-0071-04

2017-03-31

林雪（1991-），女，碩士研究生，研發(fā)工程師，從事電子線路板三防涂覆材料的研究工作。E-mail：linxue@yikst.com。