從表面張力改善PCB組裝三防漆涂敷的研究

溫萬春 王艮輝 居學成

（梅州市奔創電子有限公司，廣東 梅州 514000）

0 引言

電氣設備在空氣中，尤其在某些特殊的使用環境中，酸性、堿性以及其他的污染物質會不斷侵蝕印制電路板（printed circuit board，PCB）及元器件的表面。濕氣能大幅降低導體間的絕緣抵抗性，并對導體進行腐蝕，如PCB 金屬部分出現銅綠，代表銅與水蒸氣、氧氣發生化學反應，引發各類不良后果，如電子衰壞、造成斷路或短路事故。因此，在印制電路板組裝（printed circuit board assembly，PCBA）表面及元器件上涂覆一層三防漆/敷形涂層（conformal coating）是非常必要的。這種覆層可起到保護作用，當電子設備在可能受到操作環境不良影響時，能夠減輕或消除電子性能衰退。在某些高濕度或者空氣惡劣的應用環境中，這種作用尤為突出。常見的應用場景有洗衣機中的主板、海洋船舶上的電路板以及礦山挖掘機中的電路板等。

三防漆的應用對電子設備的保護至關重要。它可以防止濕氣和其他污染物質的侵蝕，延長設備的使用壽命，保證設備在惡劣環境中正常運行。三防漆的應用如圖1所示。

圖1 三防漆的應用圖片

圖2 使用達因筆測試達因值

1 三防漆噴涂不良現象

三防漆是一種特殊的化合物，通常包含丙酮（20%～30%）、甲基乙基酮（10%～20%）、二甲苯（10%～20%）和二丙酮醇（5%～10%）。三防漆通常是通過噴涂或者刷涂的方式涂覆到已完成貼片和焊接的PCBA表面。

PCBA客戶在常規貼片后往往需在PCBA表面完全涂覆一層三防漆。但在實際操作中，部分情況會造成涂覆不全，例如部分藍油PCB 出現三防漆無法附著的情況，或某啞黑油PCB 在某批次中有20%無法滿足涂覆要求。這些問題需研究和克服，以滿足客戶的需求。

要想獲得良好的涂覆效果，關鍵因素在于固態物質表面的張力。經過多次驗證，發現完成貼片和焊接后的PCBA 表面能保持在32 mN/m 以上的表面張力，這樣可有效地保證三防漆的涂覆，顯著提升涂覆的效果，更好地滿足客戶的需求。

2 不良原因

（1）PCB 阻焊油墨本身表面張力不能滿足客戶要求。如果油墨本身的表面張力無法達到客戶所需的32 mN/m，那么三防漆就無法有效地涂覆到PCBA 表面。為解決此問題，需尋找具有足夠的表面張力、可以滿足三防漆涂覆要求的油墨。

（2）PCB 阻焊油墨表面受到污染，影響油墨表面張力。如果PCB 阻焊油墨表面被破壞或受到污染，那么它的表面張力也會受到影響，使三防漆無法有效涂覆。因此，需找出污染源或破壞源，并采取相應的措施，防止這種問題的發生。

3 分析驗證

3.1 取在線的啞黑阻焊油墨進行測試

取在線使用的啞黑阻焊油墨進行曝光后顯影→后烤→后烤后酸洗測試。（1）曝光參數12 格，正常顯影，結果使用達因筆測試達因值為40 mN/m。（2）文字立式烤箱150 ℃，2 h，結果使用達因筆測試達因值為32 mN/m。（3）后烤后使用成品清洗機清洗，酸洗濃度3.4%，結果使用達因筆測試達因值為36 mN/m。

3.1.1 曝光顯影后的表面張力

此階段的表面張力達到最高值40 mN/m，原因是顯影過程中消泡劑和其他表面活性劑被除去，且油墨仍處于小分子狀態。曝光顯影是將部分油墨從表面去除，使其只剩需固化的油墨，從而達到最高的表面張力的過程。

3.1.2 后烤后的表面張力

此階段的表面張力降至32 mN/m，相對較低。這是因為后烤過程中，油墨中的消泡劑、分散劑等表面活性劑有部分上浮到油墨表面，造成表面張力降低。后烤過程令油墨中的表面活性劑釋放，這些微粒在上升過程中穿過油墨表面層，從而降低了表面張力。

3.1.3 后烤后過酸洗的表面張力

此階段的表面張力為36 mN/m，居中狀態。原因是酸洗過程除去了油墨表面殘留的表面活性劑，從而提高了表面張力。但此時由于油墨已通過后烤從小分子交聯成網狀大分子結構，表面致密性更高，所以表面張力較低。這些觀察結果指出了表面張力在PCBA 制程中的動態變化，并且揭示了影響張力的關鍵參數。理解這些變化對于優化三防漆的涂覆過程至關重要。

3.2 取在線的啞黑阻焊油墨成品板進行測試

（1）成品板直接使用達因值為40 mN/m 的筆測試，結果未出現擴散現象，分析正常的油墨表面張力達因值大于40 mN/m。

（2）成品板過回流焊2 次，再使用達因值為32 mN/m 的筆測試，結果筆水在2 s 內出現擴散現象。

（3）將回流焊2 次后的啞黑油成品板重新過成品清洗機，再使用達因值為36 mN/m的筆測試，結果筆水2 s以上未出現擴散現象。

3.3 取在線的藍色阻焊油墨成品板進行測試

（1）成品板經過使用達因值為38 mN/m 的筆測試，結果筆水在2 s以上也沒有出現筆水擴散現象，確認達因值為38 mN/m。

（2）成品板過回流焊2 次，再使用達因值為36 mN/m 的筆測試，結果筆水無法成形，分析是回流焊后油墨表面張力出現嚴重降低現象。

（3）將回流焊2 次后的藍油成品板重新過成品清洗機，再使用達因值為36 mN/m 的筆測試，結果筆水在2 s以上未出現擴散現象。

（4）藍油成品板使用臟的手套、裸手接觸模擬板面被污染，使用達因值為36 mN/m的筆測試，結果筆水在受到污染的位置2 s內出現擴散現象。

3.4 取某品牌三防漆試驗

取某品牌三防漆，其透明的丙烯酸保護膜能防止弱酸、堿、酒精、潮氣等對PCBA 的侵蝕，取藍色阻焊成品板清洗后（達因值達到36）過回流焊2 次，前后對比三防漆的噴涂效果。結果在兩次回流焊后（此時的達因值已經降到32 mN/m以下）噴涂三防漆在局部孔口位置出現擴散現象，說明多次過回流爐會影響油墨表面張力導致三防漆無法完整涂覆。

3.5 小結

通過取在線成品板測試不同阻焊油墨表面張力：回流焊2次、回流焊2次后清洗、模擬板面被污染，使用達因筆測試阻焊油墨表面張力，結果見表1。由表1 可知，啞色油墨的表面張力大于亮光油墨的表面張力，成品板油墨表面的清潔度對油墨表面張力起至關重要的作用，對噴涂三防漆的效果起關鍵性影響，同時客戶端過爐的控制以及過爐的次數也會影響三防漆的涂覆。

表1 不同因素對阻焊油墨表面張力的影響

4 結論

（1）從阻焊油墨材料上進行改善，需噴涂三防漆的油墨，由原來的光亮色改為啞色，可提高成品板的油墨表面張力。

（2）從制程上改善，需噴涂三防漆的產品，在包裝前要進行清洗，特別是可經過稀酸清洗的產品酸洗后顯著提高油墨表面張力，對于無法過酸洗的PCB用純水洗也可提升表面張力。

（3）從客戶制程上改善，與客戶溝通后取得信息，PCBA 完成貼片后用清洗液清洗，可清洗掉PCBA 過程中產生的各種污染，從而保證三防漆的涂覆，但是會影響客戶的生產效率和成本。