三防漆及其去除技術(shù)的研究綜述（058）

摘 要：三防漆涂覆于印制線路板及其組件的表面，可以有效地保護(hù)電路免遭惡劣環(huán)境的侵蝕、破壞，從而提高并延長它們的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性。而在電子組裝的返修工藝和失效分析中，將三防漆去除干凈且不對組件造成損傷是十分重要的。主要介紹了三防漆的種類與性能，并分析總結(jié)了不同種類三防漆的去除工藝方法。

關(guān)鍵詞：三防漆；去除涂覆層；返修

0 引言

電子產(chǎn)品在使用和貯存過程中，通常需經(jīng)受如化學(xué)、震動、高塵、鹽霧、潮濕與高溫等環(huán)境，線路板及其電子元器件可能產(chǎn)生腐蝕、軟化、變形和霉變等問題，導(dǎo)致線路板電路出現(xiàn)故障。因此，在航天航空、工業(yè)控制、儀器儀表和消費(fèi)類電子，以及汽車行業(yè)等領(lǐng)域，為使電子產(chǎn)品 （主要是指印制電路板）具有良好的三防保護(hù)能力，在印制電路板調(diào)試后通常會噴涂三防保護(hù)涂料 ^[1-2]。

此外，三防后的印制電路組裝件在通電調(diào)試和可靠性試驗(yàn)中不可避免地還會出現(xiàn)各種問題，此時(shí)就不得不進(jìn)行元器件的返修或更換。這種三防條件下的印制電路組件返修由于其工藝狀況的復(fù)雜性和對產(chǎn)品可靠性影響的不確定性，一直被認(rèn)為是電子組裝和失效分析技術(shù)中的難點(diǎn)，成為設(shè)計(jì)師、工藝人員和質(zhì)量管理者共同關(guān)注的問題^[3]。本文主要介紹了三防漆的種類與性能，并分析總結(jié)了不同種類三防漆的去除工藝方法。

1 三防漆的種類與性能

1.1 三防漆的作用

三防漆 （Conformal Coating）是一種特殊配方的涂料，具有良好的耐高低溫性能，以及優(yōu)越的絕緣、防潮、防漏電、防震、防塵、防腐蝕、防老化和耐電暈等性能 ^[4]。根據(jù)每個地區(qū)和每個廠家使用的要求和側(cè)重面，三防漆有多種叫法，如三防膠、防潮膠、絕緣膠、防潮漆、保護(hù)漆、防護(hù)漆、披覆膠、涂覆膠、防水膠、防潮油、三防油、三防劑、保護(hù)劑、防潮劑和保形涂料、敷型涂料、共形覆膜、共性涂覆等。

三防漆涂覆于印制線路板及其相關(guān)分立器件、集成電路的表面，固化后成一層透明保護(hù)膜，可有效地隔離線路板，并可保護(hù)電路免遭惡劣環(huán)境的侵蝕、破壞，從而提高并延長它們的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性。此外，三防漆可以起到屏蔽和消除電磁干擾和防止線路短路的作用，提高線路板的絕緣性能，允許更高的功率和更近的印制板間距，從而可滿足元件小型化的目的。

1.2 三防漆的種類

根據(jù)美軍標(biāo)MIL-I-46058C，三防漆從化學(xué)成分上主要可分為丙烯酸樹脂 （Acrylic，Type AR）、環(huán)氧樹脂 （Epoxy，Type ER）、有機(jī)硅 （Silicone，Type SR）、聚氨酯 （Urethane，Type UR）和 聚對二甲苯 （Parylene，Type XY）五 大類 ^[5]。而 從固化方式上，有溶劑型固化、室溫固化、熱固化和紫外光固化等。根據(jù)當(dāng)前三防漆材料市場使用情況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果（如圖 1 所 示 ），62 %的 用戶主要使用聚氨酯類三防漆，是目前市場應(yīng)用最廣的產(chǎn)品 ^[6-9]。

1.3.1 含溶劑丙烯酸樹脂三防漆

有理想的電性能、物理性能和抗霉菌性能，適用期長，容易涂覆，固化時(shí)間短，且固化時(shí)不放熱，不至于損壞熱敏元件，固化后無收縮。此外質(zhì)地柔韌，對溶劑敏感，具有易以修復(fù)的特征。

1.3.2 環(huán)氧樹脂類三防漆

一般為雙組份，適用期短，防潮性能、抗鹽霧性能和抗化學(xué)品性能好，更換元件或修理電路板必須用物理手段剝離掉環(huán)氧樹脂膜，涂覆前需對易碎元件施加保護(hù)措施。

1.3.3 有機(jī)硅三防漆

柔軟的彈性涂層材料，有耐溶劑型和溶劑清除型兩種產(chǎn)品，能很好的釋放壓力，耐高溫 200 ℃，具有很好的耐化學(xué)腐蝕性和耐鹽噴特性，易修復(fù)，且具有顯著的電絕緣特性，適合那些有高發(fā)熱元件，例如大功率電阻多的高頻電路板。

1.3.4 聚氨酯類三防漆

有單組份和雙組份兩種，長期介電性好，有優(yōu)越的防潮性能和耐溶劑性能，且在低溫環(huán)境下性能穩(wěn)定。涂覆前必須保證電路板清潔，特別是不能有水分存在。

1.3.5 聚對二甲苯類三防漆

聚對二甲苯類三防漆采用獨(dú)特的真空氣相沉積工藝制備，具有涂層厚度均勻、致密無針孔、透明無應(yīng)力、不含助劑、不損傷工件、電絕緣性和防護(hù)性好等優(yōu)異性能，是目前所知高頻元件、高密度組件、高絕緣組件最有效的防護(hù)涂層材料。

1.3.6 UV 固化類三防漆

紫外光 （UV）固 化 技 術(shù) 由 于 具 有 高效（Efficient）、節(jié)能 （Energy saving）、環(huán)保 （Environmental friendly）、經(jīng)濟(jì) （Economic）和 萬能性 （Enabling）而 被 人 們 稱 之 為 “5E”技術(shù)，并隨著人類對環(huán)境保護(hù)的重視得到了長足的發(fā)展。UV 固化類三防漆不需要溶劑，不燃燒，不含揮發(fā)性有機(jī)化合物 ，符合現(xiàn)行和擬議中的環(huán)保法規(guī)，可提供很好的耐化學(xué)性能和耐熱性能，柔性好，表面光澤，粘附力強(qiáng)，覆蓋好，固化時(shí)問短，是其他產(chǎn)品的幾分之一 （以秒計(jì)算）。目前紫外光固化三防漆按預(yù)聚物基體樹脂的種類來分主要有以下4 類：不飽和聚酯類、聚氨酯丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、丙烯酸酯化的丙烯酸樹脂。

1.4 涂覆材料的選擇原則

三防漆的理化性能和工藝性能各有差異，應(yīng)根據(jù)具體的工作環(huán)境、電性能要求和線路板布局等綜合選擇適合產(chǎn)品的涂覆材料。

2 三防漆涂覆層的去除工藝

對已涂覆有三防漆的印制電路組件進(jìn)行返修，更換有缺陷的元器件時(shí)，應(yīng)根據(jù)要返修的部位，先清除該部位上的表面涂覆層，并且不能影響到周圍的元器件及涂覆表面。此外，在集成電路和分立電子元器件失效分析中，器件表面涂覆的三防漆會妨礙我們對器件表面真實(shí)封裝形貌的觀察，并且將會對掃描聲學(xué)顯微觀察的結(jié)果產(chǎn)生影響。因此將三防漆去除干凈且不對元器件造成損傷，對于電子元器件的組裝工藝和失效分析結(jié)果的準(zhǔn)確性是十分重要的。

目前國內(nèi)外常用的三防漆去除方法有機(jī)械方法、加熱法、微研磨法和化學(xué)溶劑法等 ^[11-12]，如圖 2 所示。在一些情況下，可能還需要把幾種去除技術(shù)結(jié)合使用。

2.1 機(jī)械方法

機(jī)械方法指用鋒利的小刀或手握砂輪等工具刮、切或打磨漆層，或者采用竹簽等器具手工進(jìn)行物理剝離，這對操作者提出了較高的要求，容易給產(chǎn)品帶來嚴(yán)重的損害。雖然機(jī)械方法去掉三防漆保護(hù)層也許是最容易的方法，但卻是人們最不愿意使用的。

2.2 加熱法

一般采用電烙鐵直接加熱到一定的溫度把三防漆燒透。但是多數(shù)固化后的三防漆能耐住很高的溫度，需要非常高的溫度和/或長的時(shí)間去除，會使旁邊的漆膜變色或老化，留下一些殘留物，甚至可能會燒焦層壓基材或使之分離。而且一些對溫度較敏感的元器件不適合采用此方法。此外，某些三防漆加熱后會釋放有毒氣體，需采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

2.3 微研磨法

采用噴刷方式，將特殊配方的介質(zhì)微粒導(dǎo)入壓縮氣流，在特定可調(diào)的壓力下將介質(zhì)有選擇性地噴射到所需清除三防涂層的部位，將 PCB 及元器件上的三防涂層快速、有效地清除。微研磨法操作必須非常熟練，不能讓高速粒子進(jìn)入研磨位置周圍的柔軟保護(hù)膜中。此外，在高速粒子通過的路徑上會產(chǎn)生靜電荷，易造成靜電損傷。目前通過離子風(fēng)刀、定制 ESD 手柄和噴嘴、靜電消散底板和接觸探頭進(jìn)行 ESD 防護(hù)，ESD 電壓可控制在±10 V 的范圍內(nèi)。并且許多微研磨系統(tǒng)有抗靜電電離器，在裝置的內(nèi)部有接地點(diǎn)。

選用媒介的種類 （微粒大小、形狀、硬度及靜電值）對去除效果有直接的影響，目前常用的介質(zhì)微粒有以下幾種。

2.3.1 生物媒介 （如胡桃殼）

一種較軟的媒介，適用于各種三防漆涂覆層，大顆粒 （直徑 250 μm）的 胡桃殼能夠迅速地去除涂覆層，而且由于本身材質(zhì)較軟，操作失誤時(shí)帶來的后果也不會很嚴(yán)重，其生物降解性也不會對環(huán)境造成污染。但會產(chǎn)生殘留物，且會產(chǎn)生非常高的 ESD 電 壓 ，在 某 些 應(yīng) 用 中 可 高 達(dá) 25000 V。

2.3.2 塑料媒介

硬度類似胡桃殼，顆粒比胡桃殼略小 （直徑200 μm），去除涂覆層的時(shí)間較長，但能減少靜電釋放，且可重復(fù)使用。

2.3.3 碳酸氫鈉

最軟的一種，針狀或單晶狀的結(jié)構(gòu)使之成為打磨柔韌材料的最佳選擇，可用來去除較硬的難處理的涂層，溶于水因此非常容易清潔。

2.3.4 三氧化二鋁

較硬的媒介，可打磨電路板，所產(chǎn)生的靜電電壓通常在500～1 000 V 之間。

2.4 化學(xué)溶劑法

這是目前去掉三防漆涂覆層最常用的辦法。化學(xué)溶劑法能否成功取決于需去除的三防漆涂覆層的化學(xué)性質(zhì)和具體溶劑的化學(xué)性質(zhì)。所選用的化學(xué)溶劑要確保不會損壞基板和返工位置鄰近的部位。在大多數(shù)情況下，化學(xué)溶劑并不真正把涂覆層溶解掉，而是讓它膨脹。涂覆層一旦膨脹，就可以很容易地把它輕輕刮掉，或者輕輕擦掉，如有機(jī)硅三防漆。

需要去掉電路板兩面的整個涂覆層時(shí)，必須把整個電 路 板 浸 入 溶 劑 或 者 溶 劑/保 護(hù) 層 清 除 劑 中 。

三防漆涂覆層的去除時(shí)間取決于涂覆層的具體組分、所選的溶劑，以及涂覆層的厚度。將溶劑或保護(hù)膜清除劑加熱，或采用超聲攪拌，可以減少浸泡時(shí)間。有時(shí)，可能需要用刷子將涂覆層殘余去除干凈。當(dāng)涂覆層去除干凈后，需立即用乙醇 （異丙醇或甲醇）進(jìn)行清洗，并經(jīng)去離子水洗滌后進(jìn)行干燥。

對于印制電路板局部區(qū)域或元器件表面涂覆層，可直接用棉簽蘸取溶劑或凝膠狀溶劑將涂覆層擦除。或者在待更換元器件的周圍，用掩膜構(gòu)成一個堤壩，把溶劑或涂覆層清除劑始終保持在指定的地方。

3 不同類型三防漆的去除工藝方法

我們將對不同三防漆涂覆層所適用的去除技術(shù)進(jìn)行了歸納總結(jié)，如表 2 所示。因根據(jù)返工元件的環(huán)境、特性決定最適當(dāng)?shù)娜榔嵬扛矊拥娜コに?/span>，以節(jié)約資金和時(shí)間。

4 結(jié)束語

三防漆涂覆于印制線路板及其組件的表面，可有效地隔離線路板，并可保護(hù)電路免遭惡劣環(huán)境的侵蝕、破壞，從而提高并延長它們的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性。而在電子組裝的返修工藝和失效分析中，將三防漆去除干凈且不對組件造成損傷是十分重要的。因此印制電路組件的三防漆的選用及涂覆層的返修去除是一項(xiàng)很值得研究而且需要極其重視的工藝。隨著元器件的微型化程度不斷提高，選擇適合產(chǎn)品特點(diǎn)的三防漆并制定一套完整實(shí)用的涂覆層去除工藝，都對產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。