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新一代高性能三防涂敷材料
录入时间:2019/4/16 14:53:29

随着电子产品应用环境越来越恶劣,对三防材料的防护性能要求越来越高。同时,由于环保法规的不断完善和趋于严苛,要求尽量减少溶剂的使用以降低VOC的排放。针对环保法规的要求,高固含的有机硅三防漆是目前比较成熟的应用,但是含硅的材料可能会造成硅污染,另外有机硅类三防漆的防护性能也较差,尤其在高湿度和腐蚀性气体的环境中。近十年,UV固化的材料因其极快的固化效率而异军突起,然而在应用于较高元器件的线路板上时,阴影区域会有固化不完全的问题。因此,UV固化三防漆除了UV光固化外还需要通过湿气或者加热的固化机理进行二次固化。

ELECTROLUBE(易力高)最新推出了革命性2K双组份三防漆产品,优点是无溶剂、快速固化、具有优异防护性能,并且可用于选择性涂覆设备。双组份固化的防护涂料很早就有,但是应用于线路板防护的无溶剂、可选择性喷涂的双组份三防漆是行业内一个技术突破。

无溶剂的双组份体系可以替代有机硅和UV固化的三防漆。与UV固化材料相比,双组份体系固化设备投入小。与有机硅材料相比,在恶劣环境里,双组份体系具有更优异的防护性能。我们将双组份三防漆与硅三防漆和UV固化三防漆进行了详细的对比测试,包括热冲击、通电盐雾、凝露以及混合流动腐蚀气体测试(MFG)等。

先进的选择性涂敷工艺

使用选择性涂敷设备来完成双组份三防漆的喷涂工艺,最大的挑战是精确控制胶体流量,同时保持精确的混合比例。这个工艺难题近期得到了解决,解决方案就是低流量螺杆泵的应用(如下图所示)。

双组份体系选择性喷涂设备

螺杆泵可以按照配比精确的控制每个组份的流量,误差不超过± 1%,通过精确控制混合比例,从而保证三防漆完全固化,最终具有优异的防护性能。此外,使用雾化阀喷涂的速度比常规的无溶剂材料快三倍,显著提高了喷涂效率。另外双组份体系涂层的厚度可以实现薄至50-75µm,也可膜厚涂覆达到250-300µm,尤其针对高元器件和高管脚具有良好的包覆,即使在恶劣的环境中也具有优异的防护性能。

焊接元器件的SIR(表面绝缘电阻)测试板来模拟测试三防漆各种性能,(如下图1所示)。

1 易力高(ELECTROLUBESIR测试板

Thermal Shock Testing

热冲击测试

热冲击测试是一种在汽车电子行业广泛应用的加速应力试验,以评估测试三防涂层在实际应用过程中开裂的风险。大部分UV固化三防漆在经1000个循环的热冲击测试后会出现漆膜开裂的问题。

按照行业标准用选择性涂覆设备喷涂制备了不同种类、不同厚度的三防漆样板(见表1)。按照生产厂商推荐的工艺进行固化,并且静置4周保证二次固化。然后在ESPEC TSA-102EL冲击箱中对样板进行-40°C to +130°C的热冲击实验。分别在100循环、200循环以及之后每200次循环都用50倍的放大镜检测漆膜外观,直到1000个循环试验结束。

试验结果表明,与溶剂型和UV固化的三防漆相比,2K双组份三防漆具有极佳的抗冷热冲击性能。值得注意的是,即使2.5倍厚度的2K双组份三防漆在热冲击测试中的表现也显著优于有机硅三防漆,虽然有机硅三防漆素来以高弹性、抗热冲击性能著称。

 

1—三防漆种类和测试的厚度

 

2:热冲击失效涂层开裂的样板(UV1-3

通电盐雾测试

在热冲击试验和外观检测完成之后,对样板又进行了96小时连续盐雾测试(5% NaCl(aq))。经盐雾试验后的样板测试了表面绝缘电阻(SIR),数据如下表3所示。测试样板符合IPC-B-24标准。

2 盐雾测试结果

测试结果表明,双组份体系都具有极佳的耐盐雾性能。不管是在盐雾测试的过程中还是在盐雾测试后完全干燥的状态,双组份三防漆与有机硅三防漆都具有较好的防护性能。由于在热冲击试验中发生开裂,UV三防漆和溶剂型聚氨酯三防漆 在之后的盐雾试验中SIR数据都较差,表明对线路板防护性能也较差。

混合流动腐蚀性气体测试(MFG

测试依据IEC 68-2-60标准3级,将样板置于腐蚀性气体环境中28天(测试条件如下表3)。

表3  混合流动腐蚀气体测试(MFG)

 

Temperature
温度

Relative Humidity
相对湿度

Gas
气体

SO2

H2S

NO2

Cl2

25°C

75%

Concentration / ppb

200

100

200

20

 

SIR measurements were made at ambient lab conditions (25°C, 50%RH) before the commencement of testing, at weekly intervals and 24 hours after the completion of the test as shown in fig 4.

表面绝縁电阻(SIR)是在 温度25°C,湿度 50%RH 的环境中测试,数据分别取于测试前、测试中(每隔一周),以及测试结束后24小时。测试结果见表4.

4  MFG测试结果

测试结果显示,有机硅三防漆由于分子间隙较大,腐蚀性气体容易渗入,对于腐蚀性气体的防护较差。2K双组份体系和丙烯酸三防漆耐腐蚀性气体性能优异。

凝露测试

尤其是汽车电子行业,凝露测试越来越被广泛应用。鉴于传统试验方式的局限性,英国国家物理实验室与易力高公司合作设计了交变凝露试验装置。首先保证凝露试验箱中温湿度的稳定,通过控制测试样板的温度,当样板温度低于“露点”时,样板表面会出现可控的凝露。

Figure 5. NPL condensation test set-up using cooling platen to suppress substrate temperature below dew point

5 国家物理实验室凝露试验装置—通过降低基板温度到露点以下实现凝露。

If we consider two commonly used packages, Ball Grid Array (BGA) and Small Outline Integrated Circuit (SOIC), as shown in fig 6, as being representative, then we can see how the protection levels of the coatings varies with condensation cycling in figures 7 and 8.

样板上我们主要测试了两类非常常用的封装元器件—BGA和SOIC(见图6)来做为典型代表,以测试不同种类的三防漆产品在凝露循环测试中的防护性能。

fig 6 – Electrolube populated SIR test board showing BGA and SOIC test sites

6 易力高设计的带有BGASOIC的表面绝缘电阻测试样板

7 有三防涂层和没有三防涂层的SOIC在凝露循环测试中的表面绝缘电阻值

有三防涂层和没有三防涂层的BGA样板在凝露循环测试中的表面绝缘电阻值

结果表明,在涂敷了2K双组份三防漆的样板上,凝露过程中和干燥以后的样板绝缘电阻基本上保持稳定,证明双组份三防漆在有凝露的环境中也可以提供有效的防护;在SOIC元件表面,丙烯酸三防漆也提供了一定程度的防护,但是在BGA元件,可以看到凝露会穿透三防漆涂层导致电阻数据较低。而没有三防漆涂层的样板,有凝露产生的时候表面绝缘电阻数据会大幅降低,这样在BGA的实际应用中会面临短路、线路板腐蚀以及枝晶生长的风险。

结论

通过一系列的性能测试,与其它类型三防涂敷材料相比,2K双组份聚胺酯三防材料具有非常优异防护性能。事实证明,这种材料能够进行厚膜涂覆并且在热冲击试验中不会开裂,能对器件管脚实现完美覆盖。而且在通电盐雾、腐蚀性气体、凝露测试以及汽车电子行业中严酷的测试认证中 性能表现优异。


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