航电产品印制板组件三防材料发展趋势.pdf

AVIONICSTECHNOLOGYVol.54No.2第54卷第2 期航空电子技术June.220232023年0 6 月D0I:10.12175/j.issn.1006-141X.2023.02.10航电产品印制板组件三防材料发展趋势王晨，丁诗炳，何云飞，李德雄（中国航空无线电电子研究所，上海，2 0 0 2 41）摘商要航电产品印制板组件在完成电子装配、测试调试等工序后，一般要求喷涂三防涂层等方式进行防护保护，使印制板组件具备防潮湿、防霉菌、防盐雾等特性，保障其能够在复杂使用环境中正常工作。现有使用的航电产品印制板组件三防材料在面向未来产品使用需求时，其固有缺点逐渐显现。随着三防新材料新工艺出现，这一问题可能会得到有效解决。本文介绍航电产品印制板组件防护总体要求与现有三防材料特点，结合近年来三防新材料的发展总结未来三防材料发展趋势。【关键词印制板组件；航电产品；防护材料中图分类号V271.492;V243文献标识码A文章编号10 0 6-141X(2023)02-0057-05Development Trend of Multi-purpose Protective Materials for AvionicsPrinted Board ComponentsWANG Chen,DING Shi-bing,HE Yun-fei,LI De-xiong(China National Aeronautical Radio Electronics Research Institute,Shanghai 200241,China)Abstract:After completing the electronic assembly,testing and debugging,the printed board components of avionicsproducts are generally required to be protected by spraying three anti-coating,so that the printed board componentshave anti-moisture,anti-mold,anti-salt spray and other protective characteristics to ensure that they can work normallyin a complex environment.The inherent shortcomings of the existing tri-proof materials for printed board componentsof avionics products are gradually emerging when they face the needs of future products.With the emergence of newmaterials and new processes,this problem may be effectively solved.The general requirements of avionics PCB assem-bly protection and the characteristics of existing tri-proof materials are introduced,and the development trend of tri-proof materials in the future is summarized.Key words:PCBA;avionics equipment;protective materials航电产品中的模块由印制电路板、电子元器件、连接器等零部件组成，日常使用时随飞行器受到工作环境、自然环境的湿热、盐雾、霉菌等外界因素共同影响。当外界因素中的水分、电解质或腐蚀介质等积存在印制板组件表面后，会缓慢形成腐蚀、电化学迁移的条件1.2 。印制电路板组件表面贴装的电子元器件就有可能发生短路、腐蚀或电化学迁移等异常现象，影响航电产品综合性能发挥，进而出现信号传输异常、功能失效等故障，甚至造成严重的飞行事故。收稿日期：2 0 2 2-0 5-3 1引用格式：王晨，丁诗炳，何云飞，李德雄.航电产品印制板组件三防材料发展趋势 .航空电子技术，2 0 2 3,54(2)：57-61.582023年航空电子技术为了减轻或避免环境因素对航电产品印制板组件的综合影响，印制板组件在完成装配后通常都要使用防护工艺对其进行三防保护，以实现防潮湿、防盐雾、防霉菌等特性。通过防护工艺可以大幅度提升整体设备对环境的适应能力，提高航电产品长期使用可靠性、保障航电产品稳定运行与使用寿命，降低航电产品全寿命周期综合使用成本。防护工艺使用的三防材料通常包括丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等材料，基本能够满足现有航电产品在实际使用中的防护需求。但随着航电产品设计更新迭代、印制板组件向高度集成化方向发展，防护工艺对三防材料特性提出更高要求，现有三防材料固有缺点已经逐渐显现，需要针对工艺要求研发更多类型的新材料。近年来出现越来越多类型的防护新材料也正是针对多行业需求研制与开发的。这些材料所具备的新特性、新特点，为解决现有航电产品三防材料在使用过程中出现的问题大有帮助，研究的重点材料也逐渐成为航电产品印制板组件三防材料未来发展方向 3 。1现状与分析航电产品印制板组件防护工艺一般以材料类型进行划分。根据IPC-CC-830标准分类，印制板组件三防材料可以分为丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂及聚对二甲苯几个大类。航电产品印制板组件常见三防材料及其特点，如表1所示。表1航电产品印制板组件常见三防材料及其特点材料类型防护对象防护特性与工艺特点存在的问题丙烯酸树脂密密闭机箱航电耐腐蚀耐老化一般（盐(1B31、产品，用途最雾9 6 h），易于返修，连接器易于渗漆。1B73等）广。膜厚3 5 7 0 m。海上、开放机耐腐蚀耐老化优异（盐固化速度慢，难聚氨酯树脂箱箱航电产品，雾19 2 h以上），膜厚以规模化，难以(1A33等）补充丙烯酸树5090m。返修。脂使用。耐腐蚀耐老化优异（盐有机硅树脂综合成本高，膜部分高频航电雾19 2 h以上），对部(DC1-层较厚影响散热，产品。分高频电路影响较小，2577等）难以返修。膜厚50 2 10 m。耐腐蚀特性突出（盐工作频率加工设备、材料聚对二甲苯雾19 2 h以上），对高2GHz以上航昂贵，难以规模(Parylene)频电路影响很小，膜电产品。化，难以返修。厚10 50 m。在过去相当长的一段时间内，以上提到的这些三防材料能够基本满足绝大多数航电产品印制板组件防护需求。但随着航电产品设计更新送代、产品高密度集成，对加工效率与加工质量要求大幅提升，现有三防材料的缺点也逐渐显现。结合当前与未来航电产品发展方向，对航电产品印制板组件三防材料的要求具体表现在以下几个方面：（1）三防材料应满足连接器防渗漆特性。航电产品印制板组件设计逐渐向高集成化方向发展，元器件分布也呈现立体化、集成化、多类型化、高密度化的方向发展。一方面要求三防材料要具有良好的渗透特性（如引脚根部、狭缝等），另一方面又要控制三防材料渗透能力以免对印制板表面分散的连接器造成渗漆失效。现有的三防材料一般都使用较高比例的稀释剂，优异的溶解能力与渗透能力都难以避免造成一定比例的免涂覆防护失效，进而造成各类连接器内部发生断路。随着航电产品连接器向高密集引脚、高集成功能设计方向发展，由于三防材料渗漆造成的产品质量问题将会逐步增多。航电产品三防材料迫切需要向低溶剂或无溶剂配方方向发展，解决三防材料流动性渗漆造成的不良影响。（2）三防材料应满足快速固化、加工周期短特性。航电产品印制板组件设计与常见的汽车、机电产品印制板组件设计具有较大差异，其特点为多品种小批量、加工个性化的特征明显。未来航电产品印制组件防护加工必然向敏捷高效生产、柔性快速高品质方向发展，这就要求三防材料具备涂层能够快速固化、工艺方法易于加工等特点。以往三防材料普遍存在固化周期长、工艺方法复杂等缺点，这些缺点都会严重影响未来航电产品印制板组件在大批量防护加工时的进度与规模。航电产品三防材料对光固化、湿气固化或多重固化的特性需求逐渐明显。（3）三防材料应满足自主可控要求。现有用于航电产品印制板组件三防材料中，丙烯酸树脂、聚氨酯树脂及有机硅树脂的大部分牌号长期都被国外Humiseal、H e n k e l、D o w s i l 等公司垄断控制。从未来长期应用角度来看，航电产品印制板组件三防材料的自主可控存在难以预料的风险。现有国产树脂工艺配方、原材料等方面仍未完全实现自主可控能力。随着航电产品类型与功能的丰富、航电产品使用场景的增多，印制板组件三防材料自59王晨，等：航电产品印制板组件三防材料发展趋势第2 期主可控的要求将越来越迫切。（4）三防材料应具备良好的环境适应性、返修性及材料兼容性。航电产品品类繁多、使用环境差异性大，对印制板组件三防材料要求同时满足环境适应性、返修性及材料兼容性等方面复杂需求 4.5。在环境适应性方面，航电产品印制板组件三防材料一般需要满足湿热、盐雾及温度冲击等多项环境测试；在返修特性方面，用于航电产品印制板组件三防材料应能便于去除与修补，返修工艺、方法应简单高效，不会对元器件材料与性能产生影响，也不会因返修后造成焊接可靠性潜在影响（如三防材料残留对返修焊点的影响等）；在材料兼容性方面，三防材料对板面的电子元器件、密封剂、粘接剂及各类非金属材料应具备良好的材料兼容性，不会出现因三防材料的使用、固化造成印制板组件的其他材料发生变质、失效问题。随着航电产品中使用的元器件与非金属材料种类越来越多，材料兼容性问题也会愈加明显。三防材料在航电产品行业印制板组件防护使用、后期维护时，需要同时满足多方面综合需求。航电产品印制板组件三防材料是印制板防护工艺核心组成。随着航电产品迭代发展，现有防护材料都在以上方面体现出或多或少的缺点与不足。当面向更新类型、更高集成的航电产品进行防护加工时，对现有三防材料进行必要的更新迭代，研制针对性强的新材料新工艺，填补现有防护材料空白势在必行。2新材料发展近况随着印制板组件防护工艺、防护材料重要性日益明显，近年来国内研究机构、企业对印制板组件防护新材料新工艺研究重视，以及自主可控能力建设的深入，涌现出一大批新型印制板组件防护新材料，丰富了现有印制板组件防护工艺手段，为未来航电产品印制板组件防护提供了新工艺新方法。（1）U V三防材料可以满足航电产品防护工艺对连接器防渗漆、快速固化需求。UV三防材料是一种单组份、高附着、无溶剂、光-湿气双重固化用于印制板三防的新材料。在特定波长紫外线照射下，UV三防材料能够在极短时间内（5 10 s）即可完成固化，无需二次烘干固化或紫外线照射，加工效率极高。预调配配方免去以往溶剂型三防漆需要现场调制的缺点，工艺过程简单、易于控制。由于其具有无溶剂、全覆盖特点，解决了以往三防材料经常发生渗漆情况，同时也能满足涂覆时对印制板元器件引脚全包裹需求，对印制板组件整体具备良好的保护作用。UV三防材料具备的快速固化特点，极大提升了航电产品印制板防护加工效率，节省了时间与能源消耗，相比现有丙烯酸树脂、聚氨酯树脂材料来说具有明显的效率优势。UV三防材料具备中等防潮湿、防盐雾特性，具备优异的宽范围温度冲击（-6 5 12 5）不开裂能力（如国产UV1799等），在满足中等环境适应性需求、密闭结构航电模块防护方面可以发挥积极的作用。UV三防材料是未来解决防护材料连接器防渗漆问题、满足高效率生产需求的重点研究材料。（2）国产自主可控三防树脂材料可以满足航电产品三防材料替代需求。近年来，随着国内科研机构、重点企业对三防材料国产化的重视，各类型树脂材料都逐渐出现针对性国产替代方案。如针对进口丙烯酸树脂开发的GT-1026，综合环境适应性能已经接近进口三防材料性能，具备的优异耐温度冲击特性满足航电产品在工作环境的温度骤变需求；针对进口聚氨酯树脂开发的PU1030，通过增加材料固含量、减少涂覆次数提高生产效率，同时具备更高效的固化能力，一改现有聚氨酯普遍需要长时间固化的缺点；针对进口有机硅树脂开发的CGFT-8181、G Y-2 57 7，在基本达到现有进口有机硅树脂防护能力的同时也满足部分航电产品信号防干扰需求。这些材料在相应的航电产品环境适应性试验、材料兼容性试验中，都能接近进口同类材料性能水平，在部分密闭结构航电产品中存在进一步替代使用的可能性。国产印制板组件三防材料试验件经盐雾试验9 6小时后外观，如图1所示。602023年航空电子技术4eosind98009XHZ10-MP-OPM4-10013L(左：GT-1026，右：UV1799)图1国产印制板组件防护材料盐雾试验9 6 h后外观从图1可以看出，使用国产印制板组件防护材料在进行盐雾试验后，除极个别引脚发生轻微膜层破裂、器件边角轻微腐蚀等现象以外，印制板组件整体都未发生任何变化。通过实验都可以证实这些防护材料都已经基本具备进一步替代进口材料的前提条件。未来通过工艺优化、配方调整、模块设计等措施，就能够进一步满足航电产品防护需求。在长期被国外全方位断的真空气相沉积（Pa-rylene）防护工艺方面，国内研究团队已经研制成功等离子体增强化学沉积膜（PECVD：Pl a s m a En-hanced Chemical Vapor Deposition）工艺技术，在部分船舶、电子行业的产品模块中得到应用。该防护工艺通过等离子体放电对防护表面进行清洁活化，同时打开镀膜原料分子化学键，激发的电子使单体分子分离，吸附、缩合和聚合在防护表面，形成全包裹无死角的纳米防护层，如图2 所示。该防护工艺可以实现与真空气相沉积工艺基本等效防护效果与环境适应能力。PECVD工艺技术具备更薄的防护沉积层、更优异的材料特性，对高频航电产品电气影响理论上将更低。PECVD工艺技术在未来极有可能成为替代聚对二甲苯真空气相沉积用于高频航电产品防护的新技术。PECVD镀膜前等离子环境菲沃泰纳米镀层原材料镀膜后PECYD纳来健服基底基底1PECV装米鞋膜PECVD镀膜后图2等离子体增强化学沉积膜模型示意图（3）氟素超疏水三防新材料或将为航电产品印制板防护工艺提供补充。随着电子产品在防水、防潮、自清洁方面的需求出现，三防新材料家族中出现氟素超疏水三防材料，如GT-3072等。利用荷叶超疏水特性，氟素超疏水三防材料在元器件或引脚表面涂覆后能够形成15m厚度的无色薄膜，能够阻止水滴直接渗透入元器件或引脚缝隙、疏导水滴顺势脱离印制板组件表面，防止电解质溶液渗入造成进一步腐蚀。由于氟素超疏水三防材料成膜极薄、加工时可以快速固化的特性，对大部分低频连接器不会造成电气影响，也不会影响常规加工效率。同时，氟素超疏水三防材料能够简单与其他三防材料共同配合使用，对航电产品印制板组件中各类连接器引脚、高密度元器件引脚等进行加强防护，防止元器件密集区域因水分聚集发生短路及腐蚀，补充原有三防材料不具备的物理防护特性。印制板组件三防新材料特点，如表2 所示。61第2 期王晨，等：航电产品印制板组件三防材料发展趋势表2 印制板组件三防新材料及其特点材料分类防护对象防护特性与工艺特点相比现有材料的优势密闭机箱航电产品，满耐腐蚀耐老化一般（盐雾无溶剂配方不会造成连接UV三防材足防护工艺对连接器防48h），可用干冰返修，膜厚器渗漆，快速固化解决现料渗漆、快速固化需求。80120m。有三份材料加工效率问题。国产丙烯酸、聚氨酯树脂耐腐蚀树脂配方、原材料全自主耐老化中等（盐雾48 9 6 h），可控，降低长期应用风险。密闭机箱航电产品，满易于返修，膜厚3 0 7 0 m；国产国产自主可等离子体增强化学沉积膜足航电产品三防材料国有机硅耐腐蚀较好（盐雾9 6 h以控三防材料相比进口技术沉积膜层更产化替代需求。上），较难返修；PECVD膜耐薄，理论上对高频电路影腐蚀较好（盐雾9 6 h以上），可响更低。返修。密闭机箱航电产品，与其他防护材料联合使膜层极薄，具有优异疏水氟素超疏水用，对现有防护工艺进氟素材料耐腐蚀效果一般（盐雾牛特性，可与三防漆共同使三防材料行行功能补充，满足航电48h），可返修，速干。用，提高其他三防漆超疏产品三防材料快速固化水特性。需求。3结论航电产品印制板组件三防工艺是一项过程复杂、影响多方面的系统工程，其中的三防材料综合性能能够直接影响使用效果。为解决现有航电产品印制板组件三防材料存在的缺点、满足未来航电产品实际使用中对防护效果的需求，针对新材料的开发与研究必不可少。最新出现的无溶剂快速固化UV三防材料、自主可控三防树脂材料及PECVD工艺技术等，在解决原有航电产品三防材料存在的问题、满足未来航电产品需求方面都体现出新生活力，成为未来新材料新工艺的研究重点。相信未来随着材料与工艺研究的进一步深入与发展，能够应用于航电产品印制板组件三防材料将越来越多。参考文献1郑毅，杨艺峰，李华，谭国华.航天型号产品印制板组件新型三防涂覆材料选择 J.电子工艺技术，2 0 15,3 6(2):89-93.2胡岚.军用印制板组装件的三防涂覆工艺 1.广东通信技术,2 0 16.7:6 9-7 1.3蒋海峰，沈艳，包晓云，李冰.紫外光固化三防漆在航天电子产品中的应用 .制导与引信，2 0 17,3 8(4)：53-58.4王晨，龚清萍，丁诗炳.舰载航电产品结构件腐蚀防护设计 .航空电子技术，2 0 18,49(3):41-45.5王晨，程璐军，丁诗炳，张德晓.航空电子产品印制板组件中性清洗技术研究 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