从表面张力改善PCB组装三防漆涂敷的研究.pdf

印制电路信息 2024 No.2互连组装 Interconnect Assembly从表面张力改善PCB组装三防漆涂敷的研究温万春 王艮辉 居学成（梅州市奔创电子有限公司，广东 梅州 514000）摘要为保证印制电路板组装（PCBA）的长期可靠性，部分PCBA做了三防漆的涂覆，影响三防漆涂覆的关键指标是印制电路板（PCB）阻焊油墨表面的张力。运用多种不同的试验方式，研究在不同的测试条件下，对阻焊油墨表面张力的影响。最终成功地改善了阻焊油墨表面张力，满足客户三防漆涂覆的要求。关键词印制电路板组装；表面张力；达因值；三防漆中图分类号：TN41文献标志码：A文章编号：10090096（2024）02002903Study on improving conformal coating of PCBA by increasing surface tensionWEN Wanchun WANG Genhui JU Xuecheng(Meizhou Benchuang Electronics Co.,Ltd.,Meizhou 514000,Guangdong,China)AbstractIn order to ensure the long-term reliability of printed circuit board assembly(PCBA),some PCBAs use conformal coating.The key index affecting conformal coating is the surface tension of printed circuit board(PCB)solder mask.This paper uses a variety of different test methods to study the influence of different test conditions on the solder mask surface tension.Finally,the surface tension is improved to meet the customers conformal coating requirements.Key wordsprinted circuit board assembly(PCBA);surface tension;dyne value;conformal coating0引言电气设备在空气中，尤其在某些特殊的使用环境中，酸性、碱性以及其他的污染物质会不断侵蚀印制电路板（printed circuit board，PCB）及元器件的表面。湿气能大幅降低导体间的绝缘抵抗性，并对导体进行腐蚀，如PCB金属部分出现铜绿，代表铜与水蒸气、氧气发生化学反应，引发各类不良后果，如电子衰坏、造成断路或短路事故。因此，在印制电路板组装（printed circuit board assembly，PCBA）表面及元器件上涂覆一层三防漆/敷形涂层（conformal coating）是非常必要的。这种覆层可起到保护作用，当电子设备在作者简介：温万春（1983），男，工程师，主要研究方向为PCB失效原因。-29互连组装 Interconnect Assembly印制电路信息 2024 No.2可能受到操作环境不良影响时，能够减轻或消除电子性能衰退。在某些高湿度或者空气恶劣的应用环境中，这种作用尤为突出。常见的应用场景有洗衣机中的主板、海洋船舶上的电路板以及矿山挖掘机中的电路板等。三防漆的应用对电子设备的保护至关重要。它可以防止湿气和其他污染物质的侵蚀，延长设备的使用寿命，保证设备在恶劣环境中正常运行。三防漆的应用如图1所示。1三防漆喷涂不良现象三防漆是一种特殊的化合物，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%）。三防漆通常是通过喷涂或者刷涂的方式涂覆到已完成贴片和焊接的PCBA表面。PCBA客户在常规贴片后往往需在PCBA表面完全涂覆一层三防漆。但在实际操作中，部分情况会造成涂覆不全，例如部分蓝油PCB出现三防漆无法附着的情况，或某哑黑油PCB在某批次中有20%无法满足涂覆要求。这些问题需研究和克服，以满足客户的需求。要想获得良好的涂覆效果，关键因素在于固态物质表面的张力。经过多次验证，发现完成贴片和焊接后的PCBA表面能保持在32 mN/m以上的表面张力，这样可有效地保证三防漆的涂覆，显著提升涂覆的效果，更好地满足客户的需求。2不良原因（1）PCB阻焊油墨本身表面张力不能满足客户要求。如果油墨本身的表面张力无法达到客户所需的32 mN/m，那么三防漆就无法有效地涂覆到PCBA表面。为解决此问题，需寻找具有足够的表面张力、可以满足三防漆涂覆要求的油墨。（2）PCB阻焊油墨表面受到污染，影响油墨表面张力。如果PCB阻焊油墨表面被破坏或受到污染，那么它的表面张力也会受到影响，使三防漆无法有效涂覆。因此，需找出污染源或破坏源，并采取相应的措施，防止这种问题的发生。3分析验证3.1 取在线的哑黑阻焊油墨进行测试取在线使用的哑黑阻焊油墨进行曝光后显影后烤后烤后酸洗测试。（1）曝光参数12格，正常显影，结果使用达因笔测试达因值为40 mN/m。（2）文字立式烤箱150，2 h，结果使用达因笔测试达因值为32 mN/m。（3）后烤后使用成品清洗机清洗，酸洗浓度3.4%，结果使用达因笔测试达因值为36 mN/m。3.1.1 曝光显影后的表面张力此阶段的表面张力达到最高值40 mN/m，原因是显影过程中消泡剂和其他表面活性剂被除去，且油墨仍处于小分子状态。曝光显影是将部分油墨从表面去除，使其只剩需固化的油墨，从而达到最高的表面张力的过程。3.1.2 后烤后的表面张力此阶段的表面张力降至32 mN/m，相对较低。这是因为后烤过程中，油墨中的消泡剂、分散剂等表面活性剂有部分上浮到油墨表面，造成表面图1三防漆的应用图片图2使用达因笔测试达因值-30印制电路信息 2024 No.2互连组装 Interconnect Assembly张力降低。后烤过程令油墨中的表面活性剂释放，这些微粒在上升过程中穿过油墨表面层，从而降低了表面张力。3.1.3 后烤后过酸洗的表面张力此阶段的表面张力为 36 mN/m，居中状态。原因是酸洗过程除去了油墨表面残留的表面活性剂，从而提高了表面张力。但此时由于油墨已通过后烤从小分子交联成网状大分子结构，表面致密性更高，所以表面张力较低。这些观察结果指出了表面张力在PCBA制程中的动态变化，并且揭示了影响张力的关键参数。理解这些变化对于优化三防漆的涂覆过程至关重要。3.2取在线的哑黑阻焊油墨成品板进行测试（1）成品板直接使用达因值为40 mN/m的笔测试，结果未出现扩散现象，分析正常的油墨表面张力达因值大于40 mN/m。（2）成品板过回流焊 2次，再使用达因值为32 mN/m 的笔测试，结果笔水在 2 s 内出现扩散现象。（3）将回流焊 2次后的哑黑油成品板重新过成品清洗机，再使用达因值为36 mN/m的笔测试，结果笔水2 s以上未出现扩散现象。3.3取在线的蓝色阻焊油墨成品板进行测试（1）成品板经过使用达因值为38 mN/m的笔测试，结果笔水在2 s以上也没有出现笔水扩散现象，确认达因值为38 mN/m。（2）成品板过回流焊 2次，再使用达因值为36 mN/m的笔测试，结果笔水无法成形，分析是回流焊后油墨表面张力出现严重降低现象。（3）将回流焊 2次后的蓝油成品板重新过成品清洗机，再使用达因值为 36 mN/m 的笔测试，结果笔水在2 s以上未出现扩散现象。（4）蓝油成品板使用脏的手套、裸手接触模拟板面被污染，使用达因值为36 mN/m的笔测试，结果笔水在受到污染的位置2 s内出现扩散现象。3.4取某品牌三防漆试验取某品牌三防漆，其透明的丙烯酸保护膜能防止弱酸、碱、酒精、潮气等对 PCBA 的侵蚀，取蓝色阻焊成品板清洗后（达因值达到36）过回流焊2次，前后对比三防漆的喷涂效果。结果在两次回流焊后（此时的达因值已经降到32 mN/m以下）喷涂三防漆在局部孔口位置出现扩散现象，说明多次过回流炉会影响油墨表面张力导致三防漆无法完整涂覆。3.5小结通过取在线成品板测试不同阻焊油墨表面张力：回流焊2次、回流焊2次后清洗、模拟板面被污染，使用达因笔测试阻焊油墨表面张力，结果见表1。由表1可知，哑色油墨的表面张力大于亮光油墨的表面张力，成品板油墨表面的清洁度对油墨表面张力起至关重要的作用，对喷涂三防漆的效果起关键性影响，同时客户端过炉的控制以及过炉的次数也会影响三防漆的涂覆。4结论（1）从阻焊油墨材料上进行改善，需喷涂三防漆的油墨，由原来的光亮色改为哑色，可提高成品板的油墨表面张力。（2）从制程上改善，需喷涂三防漆的产品，在包装前要进行清洗，特别是可经过稀酸清洗的产品酸洗后显著提高油墨表面张力，对于无法过酸洗的PCB用纯水洗也可提升表面张力。（3）从客户制程上改善，与客户沟通后取得信息，PCBA完成贴片后用清洗液清洗，可清洗掉PCBA过程中产生的各种污染，从而保证三防漆的涂覆，但是会影响客户的生产效率和成本。参考文献 1 赵玉梅,朱建华,彭甜甜.印制板三防漆涂覆层局部不均改善的研究J.印制电路信息,2022,30(4):47-49.2 何燕春,王超明,刘鑫,等.印制电路组件三防涂层性能及返修工艺技术J.航空计算技术,2018,48(5):284-287.表1不同因素对阻焊油墨表面张力的影响油墨张力对比条件达因值测试结果颜色对比哑色油墨光亮油墨回流焊前后对比回流焊前回流焊后模拟板面污染对比未污染板面受污染板面-31