军用印制电路板组件PCBA(Printed CircuitBoard Assembly)作为电子整机的核心部件,应具备良好的耐环境适应性及电参数性能.潮湿+灰尘+盐雾是造成PCBA失效的重要因素.印制板组件涂覆三防(防盐雾、防湿热、防霉菌)漆能抵御恶劣环境对电路和元器件的影响,增加机械强度和可靠性能,防止气温骤然变化产生凝露时使印制导线间漏电短路甚至击穿,对于工作在高电压及低气压条件下的印制板可改善导线间爬电、击穿现象,从而提高产品的可靠性.
在实际工作中,三防的防护性能主要通过加速老化试验方法来验证,常用的试验方法有GJB150.10-1986《军用装备实验室环境试验方法 霉菌试验》、GJB 150.11A-2009《军用装备实验室环境试验方法 盐雾试验》,湿热试验可按GJB 150.9A-2009《军用装备实验室环境试验方法 湿热试验》或GJB367A-2001附录A07湿热试验.本文所指耐湿热主要依据GJB 367A-2001所规定的方法进行.
1、 PCBA涂层湿热老化试验后常见失效情形及原因分析
PCBA涂层湿热试验失效常见现象主要有涂层脱落、气泡、失光、发白等.通过收集、整理近几年三防PCBA湿热试验出现的各种情形,常见有以下几种.
(1)涂料的配方、喷涂次数、喷涂厚度、烘烤温度等工艺参数不同,试验结果差异较大.
(2)在冬天和夏天,采用同样的工艺参数,喷涂外观一致,但在湿热老化后,夏天喷涂的涂层易出现细密的汽泡,冬季喷涂的涂层表面常有颗粒现象,经分析主要是环境湿度影响所致.
(3)整机中常有外购PCBA自带三防涂层湿热试验后严重失光、粉化或大面积发白现象;也存在部分含有外购电源模块类印制板三防后不粘涂料的情形.排除涂料选型因素外,产生此类情形的原因主要在于三防涂覆前处理方式不当所致.
(4)产品机箱结构形式的不同,涂层失效程度不一致.进行湿热试验时,密封型机箱或直接放置于试验箱中的样件加工良好,部分通风机箱中的PCBA涂层出现不同程度汽泡现象.
(5)同一印制板阻焊膜不同,湿热试验后涂层防护效果也出现差异.采用PCBA蓝色阻焊膜、亚光绿色阻焊膜的聚氨酯涂层出现严重的密集起泡、起层,光亮绿色阻焊膜未见异常.
(6)不同涂料的防护性能和使用场合不同,耐湿热效果也不尽相同.
2、通过分析上述情形,导致PCBA涂层湿热试验失光、粉化、起泡失效的因子主要有:
(1)涂料的配方、涂层厚度、烘烤温度等工艺参数的影响;
(2)生产过程中空气湿度对涂层性能的影响;
(3)PCBA涂覆前清洁处理工艺对涂层性能的影响;
(4)机箱结构形式对涂层性能的影响;PCB阻焊膜类别对涂层性能的影响;
(5)涂覆材料的对涂层耐湿热的影响.
因此在PCBA三防喷涂前,需要对印制板进行清洗.达到洁净度指标.常用的清洗方式有酒精、汽油、三氯乙烯或水清洗工艺,推荐采用水清洗工艺,该清洗工艺绿色环保,采用该工艺能彻底有效去除助焊剂残留物.含有电源模块类印制板组件中的电源模块通常采用硅油类物质进行灌封,在酒精、汽油等溶剂中浸泡清洗易发生化学反应,渗出硅油类物质污染板面,因PCBA被有机硅污染时,涂层会产生不连续区域.造成涂料不能均匀附着板面而影响防护性能,针对有电源模块类器件的印制板,实际工作中通常采用蘸取溶剂进行局部擦洗方式,避免电源模块中硅油类物质渗出污染板面,造成不粘漆影响防护性能.考察涂层防护效果实际上是考察涂料与阻焊膜的结合程度,不同的阻焊膜由于成分、含量有差异,与涂料结合力大小不一致.涂层的附着程度和印制板阻焊膜与涂料的分子极性密切相关,初步分析亚光阻焊膜表面极性与三防漆极性不互溶所致.
由于非极性高聚物表面能低,不易与极性高聚物形成低能结合,故润湿不好,不能很好粘接.而非极性高聚物与非极性高聚物之间就能产生良好的粘接,结构相似互溶性好,有利于扩散,容易粘接得牢固而获得优良的附着力。从防护性能看,有机硅最佳,聚氨酯次之,丙烯酸最次.
通过各种涂料的涂覆工艺试验结果分析,三种涂料的优缺点，对比见表5.
3、 结论
通过上述的试验分析,要得到优良耐潮湿性的PCBA涂层,应在以下方面做出工艺控制:
(1) 工艺参数,三防漆的配方及喷涂方式及厚度、固化温度是主要因素.同时空气湿度、压缩空气质量、喷涂前PCBA预烘除潮应作为涂覆工艺重要参数控制.
(2) 涂覆PCBA涂层前,PCBA必须彻底清洁焊接残留物、灰尘、手汗等污染物,确保清漆涂层与PCBA阻焊或器件间附着力良好.
(3) 从试验结果来看, P CB阻焊膜颜色应优选绿色光亮(GRN)阻焊膜,推荐PSR-2000KX700G.
(4) 机箱结构形式对PCBA板的防护性能有着较大的影响,通风型机箱更易加速涂层老化.
(5) 从涂料工艺试验对比分析可以看出,应根据产品的使用环境选择涂料,丙烯酸类涂料适合于温湿度受控的室内环境,聚氨酯类涂料耐湿热性能良好,涂层硬度、光亮、平整、耐污性等比有机硅涂料更具优势,但有机硅的可返修性和恶劣环境适应性优于聚氨酯.