敷形涂层的基本指南

随着电子产品及其电路的不断微型化,敷形涂层的适用直线上升。选择理想的涂层类型和涂装工艺对您的应用至关重要。但是,从网上的海量信息中进行筛选是十分困难的。

但现在不再存在这种情况了:

在这篇文章中,我们将为您提供所有的信息,为此您将找到满足应用要求的理想的敷形涂层。如果需要搜索特定的产品,请使用索引链接跳到您需要的内容,也可以看看我们的敷形涂层产品。

  • 敷形涂层的类别
  • 应用方法
  • 厚度测量
  • 固化方式
  • 去除方法
  • 认证
  • 法规考虑

敷形涂层是一种特殊的聚合物薄膜产品,保护电路板、元件和其它电子设备免受不利环境条件的影响。这些涂层“符合”PCB不规则的外观,提供了更高的绝缘电阻、操作稳定性,并防止腐蚀性气体、湿度、热量、真菌和空气污染如污垢和灰尘的侵蚀。

敷形涂层的类别

涂层的选择有很多,主要取决于需要保护的对象。涂覆方式和返工适用性也是重要的考察因素,但相对于保护性能来说应视为次要因素。

传统敷形涂层

我们所谓的“传统”敷形涂层是一种由树脂组成的单组分体系,可以用溶剂或(在极少数情况下)水稀释。传统的涂层是半透过性的,所以不能完全防水或密闭电子器件。具有抗环境侵蚀性能,增加了PCB耐久性,同时仍保持应用和修复返工的可操作性。

这类涂层是基于其主体树脂,化学性质决定了敷形涂层的主要性能。选择哪一类的敷形涂层是由电子元件的操作要求所决定。

  • 丙烯酸树脂(AR)--丙烯酸敷形涂层具有良好的弹性和基本保护性能,同时拥有高介电强度、良好的防湿气性和耐磨性。丙烯酸涂层与其它种类的区别在于易于去除,因其容易且快速的溶于各种溶剂中,往往不需要搅拌。这使得返工甚至现场维修非常实用且经济。但另一方面,丙烯酸涂层不耐溶剂和溶剂蒸汽,例如典型的泵设备。丙烯酸涂层可以被认为是基础的入门级保护,因为既经济又能防止常规污染,但除了高介电强度之外,在任何性能上都不是最好的。

  • 硅树脂(SR)--硅树脂敷形涂层在非常宽的温度范围内可提供极好的保护。SR具有非常好的耐化学性、耐湿气性和耐盐雾性,并且非常柔软。硅树脂敷形涂层具有类似于橡胶的特性,因此不具有耐磨性,但这种性能使其具有抗振动应力的能力。硅树脂涂层通常用于高湿度环境,如户外标牌。特殊的配方可以在不改变颜色或降低亮度的情况下涂敷在LED灯表面。涂层的去除较难,需要专门的溶剂经长时间的浸泡和搅拌,如刷去或超声波浸泡。

  • 聚氨酯树脂(UR)--聚氨酯敷形涂层以其优异的防潮性和耐化学性而闻名,同时也很耐磨。正由于这一点耐溶剂性使其很难去除。像硅树脂一样,完全去除通常需要特殊的溶剂,长时间的浸泡和搅拌,如刷去或超声波浸泡。聚氨酯敷形涂层通常用于航空航天领域,此类环境中通常会接触燃料蒸汽。

本文的主要部分讨论我们所谓的“传统”敷形涂层,但我们将在这里介绍其它涂层类型,以提供产品选择的全面性。

  • 环氧树脂敷形涂层
    环氧树脂(ER)通常由双组分组成,可以形成非常坚硬的涂层。环氧敷形涂层具有非常好的抗湿性,不像传统敷形涂层那样具有可透过性,此外还具有很好的耐磨性和耐化学性。通常情况下,一旦固化就很难去除,而且不像其它材料具有弹性。环氧树脂是一种常见的灌封材料,与敷形涂层相比,它以固态和膜态的形式完全覆盖在电子器件表面。

  • 聚对二甲苯敷形涂层
    聚对二甲苯敷形涂层是一种独特的气相沉积涂层。具有优良的介电强度和抗潮湿、耐溶剂、耐高温性能。由于采用气相沉积的方法,聚对二甲苯涂层可以非常薄,而且仍然具有优异的电路板保护性能。返工非常困难需要打磨,如果没有气相沉积设备,是不可能使用聚对二甲苯涂层。

  • 氟碳敷形涂层/纳米涂层
    涂层溶解在含氟碳的载体溶剂中,用喷涂或浸涂的方法形成一层非常薄的涂层,尽管不像所说的纳米尺度。此类涂层通常具有疏水性,可以防止被保护部分很快接触到水。这种类型的涂层达不到其它种类的保护水平。

应用方法

一旦选择了涂层类型,下一个问题就是如何使用敷形涂层?可以参考以下几个因素:

  • 生产能力要求--准备工作的需要,涂装过程的速度,以及涂装后基材的处理速度。
  • 电路板设计要求--连接器负载设计,溶剂敏感元件,和其它影响因素。
  • 设备要求--如果只是偶尔需要涂装,没必要投入额外的设备占用资金和空间。
  • 涂覆前处理--一些工艺要求在涂层前进行屏蔽或胶带保护处理。
  • 质量要求--要求高重复性和可靠性的关键电子器件通常需要更自动化的施工方法。

传统敷形涂层的应用方法如下:

  • 手工喷涂--可使用气雾罐或手持喷枪喷涂敷形涂层。通常用于小批量生产且没有设备的情况下。这种方法可能很耗时,因为不需要涂装的区域需要遮盖。它还依赖于操作者,因此各板之间存在差异是很常见的。
  • 自动喷涂--程序控制的喷涂系统,传输带上放置电路板,往复式喷头喷涂敷形涂层。
  • 选择性涂覆--一种自动化的敷形涂覆工艺,使用可编程自动喷头。将敷形涂层喷到电路板上的指定区域。该工艺适用于大批量喷涂工艺,可以免去遮蔽的操作步骤。使用者可以集成一台UV灯在涂敷后立即进行固化。

  • 浸涂--电路板浸渍敷形涂层后取出。浸渍速度、提取速度、浸渍时间和粘度决定最终形的成膜。这是一种常见的大批量涂敷敷形涂层的工艺。涂覆前通常需要进行大量的遮避处理。只有在板的两面都需要涂覆时,浸涂才是适用的。
  • 刷涂—刷涂是一种简单的涂覆工艺,主要用于修复和返工。敷形涂层用刷子涂在板上的指定区域。这是一种低成本、劳动密集型、不确定性强的工艺,最适合小规模生产。

厚度测量

敷形涂层通常是一种非常薄的涂层,通过使用最薄的材料来达到最大限度的保护。这样可以最大限度地减少热量储存、避免增加额外重量及可能存在的其它问题。大多数敷形涂层的厚度在1到5密耳(25到127微米)之间,有些甚至更薄。超出这个厚度的材料通常称为封装胶或灌封胶,更多的使用量和厚度可以提供更好的保护。

敷形涂层厚度的测量有三种主要方法。

  • 湿膜测厚仪--使用适当的测厚仪可以直接测量湿膜厚度。测厚仪包含一系列的缺口和齿,每个齿都有一个已知的标准的高度。将其直接放置在湿膜上进行测量。见http://www.geionline.com/wet-film-gauge。然后,用测量值乘以涂层的固含量来计算近似的干膜厚度。

 

  • 千分尺--涂覆前后分别在电路板(或测试板)的几个不同位置进行测量。固化后涂层厚度减去未涂覆板厚度再除以2,得到板材单侧的厚度。之后计算测量值的标准差来确定涂层的均匀性。千分尺的测量最好用于在压力下不变形的较硬涂层上。
  • 涡流探头--涡流探头通过产生振荡电磁场直接测量敷形涂层的厚度。测量过程是无损的,非常准确,但受到限制。主要原因在于需要是金属底板或涂层下有金属,以及测试样品可否直接接触。如果测试区域以下没有金属,就不能测量;探头如果不能平放在表面,读数也会不准确。
  • 超声波测厚仪--这种测厚仪采用超声波测量涂层厚度。它相比涡流探头有一个优点,因其不需要金属底板。厚度的测试依靠传感器接收声波经过涂层到达PCB表面再反弹回来的次数。麻烦的是需要具有良好的接触表面,如丙二醇或水。这种方法通常被认为是无损检测,除非有影响到涂层性能。

固化方式

虽然固化机理并不是选择涂层的首要标准,但它直接影响到涂层的涂覆工艺是否可行,以及预期的生产能力。有些机理相对简单,而另一些非常复杂。采用不可控制的固化方式可能会出现使用错误的问题。

  • 挥发固化—液体载体蒸发,留下涂层树脂。虽然理论上很简单,但电路板通常至少需要浸两次才能在元件边缘形成足够厚度的涂层,因此无论液体载体是溶剂还是水,湿度都会对其产生影响。良好的润湿性和快速的固化使得溶剂体系易于形成均一的涂层。然而,溶剂往往是易燃的,所以需要足够的通风和溶剂回收系统。使用水作为载体可以消除易燃性问题,虽然往往需要更长的固化时间且对环境湿度要求高。
  • 湿气固化--主要是在硅树脂和一些聚氨酯体系中。材料与空气种的水分反应形成聚合物涂层。这种类型的固化机制通常与挥发固化相结合。当载体溶剂蒸发时,水分与树脂发生反应,开始最终固化。
  • 热固化--热固化机理可以是单组分或多组分体系。作为紫外线固化、湿气固化或挥发固化的二次固化机理,加热会使体系发生聚合固化或加快体系的固化速度。当一种固化机理不足以获得所需或预期的固化性能时,这将是有明显的优势。然而,在高温固化时,必须考虑电路板和元件的热敏性。
  • 紫外线固化--紫外线固化的涂层具有非常高的生产能力,为100%固含量,没有载体溶剂。这种方式需要光直接照射到涂层表面,因此在组件下和阴影区域需要二次固化。UV固化涂层较难修复和返工,需要UV固化设备,操作工人需要UV防护。

敷形涂层的去除

有时需要从电路板上去除敷形涂层,以替换损坏的部件或进行其它返工操作。去除涂层的方法和材料取决于涂层树脂种类以及面积的大小,并可能影响所需时间。

引用IPC的基本方法有:

  • 溶剂去除--大多数敷形涂层易对溶剂敏感,但必须确定溶剂是否会损坏电路板上的其它部件。丙烯酸树脂对溶剂最敏感,因此很容易去除;环氧树脂、聚氨酯和硅酮最不敏感。聚对苯二亚甲基不能用溶剂除去。
  • 剥离--一些敷形涂层可以从电路板上直接剥离。这主要是一些硅树脂和柔性敷形涂层。
  • 加热/灼烧--种常见的去除涂层的方法,由于板需要重新加工,只需简单地用烙铁烧穿涂层即可。这种方法适用于大多数类型的敷形涂层。
  • 微喷砂--微喷砂通过将软磨料和压缩空气混合来擦伤涂层,从而去除敷形涂层。该方法可用于去除小面积的敷形涂层。它是最常用的去除聚对苯二亚甲基涂层和环氧涂层的方法。
  • 打磨/刮擦--这种方法是将敷形涂层通过打磨去除的。对于聚对苯二亚甲基树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂等较硬的敷形涂层,该方法更为有效。这种方法只能作为最后一种方法使用,因为可能对电路板造成严重的损伤。

如果只是更换一个部件或在一个独立的区域操作,那么用烙铁将涂层烧穿是最常用的方法。如果表观上无法接受,污染问题或是组件间距过密,有涂层去除笔包装可用。

认证

认证是区分专为PCB保护设计的工程涂层与普通清漆,虫胶漆的重要方法。虽然有数十个客户标准和行业规范,但主要的两个是IPC-CC-830B和UL746E。在选择涂层时,需索要第三方测试文件而不是声称“满足要求”。这两个标准都使用UL94标准来判断可燃性,V-0等级表示最低的可燃性。

IPC-CC-830B / MIL-I-46058C

该标准源于军用标准MIL-I-46058C,在1998年被废弃。民用版本的IPC-CC-830B几乎相同,所以一般认为如果一块板通过IPC规范,它也就通过了MIL规范,反之亦然。IPC-CC-830B是一系列的测试评判标准,一些是以通过-失败的方式,另一些提供了可以参考比较的数据:

  • 表观
  • 绝缘电阻
  • UV荧光
  • 耐霉菌
  • 柔韧性
  • 可燃性
  • 湿气绝缘电阻
  • 冷热冲击
  • 水解稳定性

UL746E

美国保险商实验室(UL)被认为是全球范围内可靠的安全认证机构,消费品通常需要UL认证。UL746E测试涂层电子产品的电气安全和易燃安全性能。对于电气安全,有一系列类似于IPC-CC-830B的测试,但是有一项是持续循环电流负载在涂层来测量阻隔性。易燃性测试使用UL94标准如IPC-CC-830B,该标准采用明火点燃固化涂层,并观察燃烧的持续性。

一旦涂层通过ULT746E,就可以在UL注册并获得认证号。经UL746E标准认证和注册的产品可以包含UL符号(看起来像一个反向的“UR”)。为了保持注册状态,涂层每年都要重新测试。

通常涂层所测项目只是整个标准的一部分。在UL94标准中,当可燃性作为主要考虑因素时,这是有利的。一些特殊涂层由于产品本身性质的原因可能不能通过整个IPC-CC-830B或UL746E,但不能说明产品存在质量问题。例如,涂在led上的涂层为了防止色差而放弃UV指示性,但是这在IPC-CC-830B下会自动算做不合格。换句话说,根据定义,不可能通过IPC-CC-830B而在光谱的紫外区无荧光发射。

法规考虑

当然,安全和环境方面的考虑应该始终是化学品选择和工艺设计的一部分,但是不同的监管机构使其变得更加具有挑战性,因为必须解释产品要求并符合产品技术指标。

OSHA(职业安全及卫生局)--在美国,职业安全事务局对工人的安全事宜拥有决定性的地位。许多三防漆是非常易燃的,排放的烟雾具有很高的毒性。应密切关注通风(处理易燃气体时应注意防爆)和适当的个人防护用品(个人防护设备),使操作人员的暴露部位低于安全阈值。如果不开发相应的水性涂层,可能很难避免易燃性。新型涂层已经推出,不包括甲苯、二甲苯或甲基乙基酮(MEK)等HAPs(有害空气污染物——政府对特别有毒化学品的分类)。全球化学品统一分类和标签制度(GHS -红色钻石符号)需要遵循标签规范,通常由制造商负责。确保操作人员可以随时获得安全数据表(SDS),因为它们应该与设备中的危险化学品一起使用。

EPA(美国环境保护署)--在美国,必须遵守国家和区域一级环境保护署的要求。根据《蒙特利尔议定书》(Montreal Protocol treaty), EPA对消耗臭氧层的化学物质实施了限制。由于大多数受限制的化学品是不可获得的,而且多年来没有用于敷形涂层配方,臭氧消耗不是主要关注点。如果有一些区域机构(见下一段)的要求比环境保护署更严格,一般需要遵守。

CARB(加利福尼亚空气审查委员会)和其它地区法规--地方机构在环境保护中扮演越来越重要的角色。加利福尼亚空气审查委员会是最早的监管机构之一,根据产品类别规定了VOC(挥发性有机化合物——产生烟雾的化学品)的限制。其它区域机构也纷纷效仿。全球变暖指数(GWP)是最新的环境议题讨论。

这就是我们的敷形涂层的使用指南。希望回答了您的问题。与其它挑战一样,选择最佳的涂层和涂覆工艺可以分解、分析和解决。

现在我们想把它交给你们:

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