三防漆：保护 PCB 免受环境损害

印刷电路板 （PCB） 是现代电子产品的支柱，为从智能手机到航空航天系统的一切提供动力。然而，它们复杂的设计和精密的组件容易受到环境危害，如潮湿、灰尘、化学品和极端温度。如果没有适当的保护，这些因素会导致腐蚀、短路或完全故障，从而影响设备的可靠性。这就是保形涂层的用武之地——一层薄薄的保护层，可在保持 PCB 性能的同时保护 PCB 免受伤害。

什么是三防漆？

保形涂层是涂在 PCB 上的一层聚合物薄膜，通常厚度为 25-250 μm，以保护其免受环境损害。涂层“符合”电路板的轮廓，覆盖焊点、元件引线、裸露的走线和其他易受攻击的区域。它可以作为防潮、灰尘、化学品和温度波动的屏障，同时还可以增强介电强度以防止电弧或泄漏。

与将整个 PCB 包裹在厚树脂中的灌封不同，三防漆重量轻且透气，允许水分逸出，同时阻挡污染物。这使其成为重量、尺寸和可修复性至关重要的应用的理想选择，例如手持设备或汽车电子产品。例如，涂有 50 μm 硅胶层的智能手机 PCB 可以承受高达 90% RH 的湿度水平而不会腐蚀，从而延长了其使用寿命。

为什么三防漆对 PCB 至关重要

PCB 可在各种环境中运行，从潮湿的海洋环境到多尘的工业地板。如果没有保护，他们将面临以下风险：

• 湿度和湿度：水会导致短路或腐蚀金属部件，使表面绝缘电阻 （SIR） 降低到可接受的水平以下（例如，从 1010 欧姆降低到 108 欧姆）。

• 化学品和腐蚀性气体：暴露于酸、溶剂或盐雾（常见于船舶应用）会腐蚀痕迹和焊点。

• 灰尘和碎屑：颗粒堆积会破坏连接或导致过热，尤其是在大功率电路中。

• 极端温度：快速热循环（例如，航空航天应用中的 -65°C 至 100°C）会对组件造成应力，导致裂纹或分层。

• 机械应力：汽车或工业系统中的振动会使连接松动或损坏精密部件。

保形涂层通过提供绝缘、耐腐蚀性和机械稳定性来减轻这些风险。例如，汽车 ECU 中的聚氨酯涂层 PCB 可以在暴露于汽油蒸气或盐雾的情况下保持功能，确保符合 IPC-CC-830 等标准。

保形涂层的类型

选择合适的保形涂层取决于 PCB 的作环境、应用方法和维修需求。以下是最常见的类型及其属性和用例。

丙烯酸涂料

丙烯酸涂料具有成本效益且易于应用，可通过溶剂蒸发快速干燥。它们具有良好的防潮性和介电强度（例如，30 μm 层的最小电压为 1100 伏），但耐化学性有限。它们易于用溶剂去除，使其成为需要频繁返工的应用的理想选择，例如消费电子产品。

• 优点：价格实惠，易于应用，易于返工。

• 缺点：有限的耐溶剂性和耐高温性（高达 130°C）。

• 使用案例：家用电器、办公电子产品。

有机硅涂料

有机硅涂料在高湿度和宽温环境中表现出色，可在 -65°C 至 200°C 的温度下保持柔韧性。 它们具有出色的防潮和耐腐蚀性，但更难去除，需要专门的溶剂。它们的橡胶质地可吸收振动，使其适用于船舶和航空航天应用。

• 优点：温度范围宽，抗振，防潮。

• 缺点：难以去除，耐磨性适中。

• 使用案例：船舶电子、航空航天系统、RC 电路。

聚氨酯（氨基甲酸酯）涂料

聚氨酯涂料坚韧，具有优异的耐化学性和耐磨性。它们可抵御恶劣环境，例如暴露于汽车系统中的酸或制动液中。然而，它们的固化过程较慢，通常需要紫外线或热量，并且去除具有挑战性。

• 优点：耐化学性、耐用性、FDA 批准用于医疗设备。

• 缺点：固化缓慢，难以返工。

• 使用案例：汽车 ECU、医疗设备。

环氧涂料

环氧涂料提供强大的防化学品、防潮和防磨损保护，但柔韧性较差，使其在热循环下容易开裂。它们最适合稳定、恶劣的环境，如石油和天然气应用，其中 100 μm 的层可以承受 7 天的浸水而不会降低 SIR。

• 优点：高耐化学性和耐磨性，表面光滑。

• 缺点：脆性、柔韧性有限、难以去除。

• 使用案例：工业控制、石油和天然气电子。

聚对二甲苯涂料

聚对二甲苯通过气相沉积涂覆，形成超薄 （0.1–76 μm）、无针孔薄膜，具有优异的防潮和介电性能（例如 IPX7/IPX8 防水）。其均匀的覆盖力非常适合具有锋利边缘的复杂 PCB，但该过程成本高昂，并且返工需要磨损技术。

• 优点：超强的防潮性能，薄而均匀，介电强度高。

• 缺点：成本高，难以涂抹和去除。

• 使用案例：医疗植入物、航空航天航空电子设备。

三防漆的应用方法

应用方法会影响涂层均匀性、生产速度和成本。以下是最常见技术的概述：

• 刷涂：一种用于小批量生产或补漆的手动方法。它取决于作员，通常会导致厚度不均匀（例如 50-100 μm），并且容易出现气泡等缺陷。最适合原型制作或维修。

• 手动喷涂：使用气雾罐或手持式喷枪，适用于小批量。它需要遮蔽以保护未涂层的区域，并且稠度各不相同，典型厚度为 30-70 μm。

• 自动喷涂：PCB 在编程喷头下的传送带上移动，确保中高容量的均匀覆盖 （25–50 μm）。它减少了作员错误，但仍需要屏蔽。

• 浸渍：将 PCB 浸入涂层溶液中，并以受控速度提取。它是大批量生产的理想选择，厚度可达 50-130 μm，但需要大量遮蔽以避免涂层连接器或敏感元件。

• 选择性涂层：机器人喷嘴将涂层涂覆到特定区域，消除遮蔽。它快速而精确，厚度为 30-100 μm，非常适合汽车或航空航天应用中的复杂 PCB。

• 气相沉积（聚对二甲苯）：一种基于真空的聚对二甲苯工艺，沉积均匀的 10-50 μm 层。它成本高昂，但可以确保覆盖复杂的设计。

三防漆应用的最佳实践

为了最大限度地保护，请在涂层过程中遵循以下最佳实践：

1. 表面处理：使用蒸汽脱脂或半水洗清洁 PCB，以去除助焊剂残留物、油或指纹。污染物会导致针孔，将 SIR 降低到 109 欧姆以下。

2. 掩蔽：保护连接器、EMI 屏蔽或电池等区域免受涂层的影响。使用可剥离的掩模或胶带，以确保边缘干净并防止涂层蠕变。

3. 环境控制：保持稳定的应用环境（例如，20–25°C，40–60% RH），以防止水性涂料中出现桔皮或泥浆开裂等缺陷。

4. 厚度控制：遵守 IPC 标准（例如，丙烯酸为 30-130 μm，硅胶为 50-210 μm）。使用湿膜或干膜测量技术以非破坏性方式验证厚度。

5. 固化：遵循涂料的固化要求 - 丙烯酸树脂为蒸发剂，聚氨酯为 UV，有机硅为水分。不完全固化会降低粘附力，导致在热冲击下分层。

6. 检查：使用自动光学检测 （AOI） 或紫外线灯检查均匀覆盖、针孔或遗漏区域。涂料中的荧光染料有助于目视检查。

7. 测试：进行环境测试（例如，在 90% RH、35°C 或 7 天水中浸泡 96 小时），以确保 SIR 保持在 10到 8 欧姆以上并且不会发生腐蚀。

挑战和注意事项

虽然三防漆具有显著的优势，但也带来了挑战：

• 返工和维修：丙烯酸树脂很容易去除，但聚对二甲苯和环氧树脂需要专门的技术，从而增加了成本。例如，去除 50 μm 的聚对二甲苯层可能需要微磨损，每块板的成本为 50-100 美元。

• 涂层缺陷：针孔、气泡或不均匀的厚度会影响保护。10 μm 针孔会降低 20% 的介电强度，并有产生电弧的风险。

• 环境法规：由于 VOC 排放，溶剂型涂料面临限制。水性固化或 UV 固化选项更环保，但固化时间可能较慢（例如，水性固化为 24 小时，而 UV 固化为几秒钟）。

• 成本与性能：聚对二甲苯提供卓越的保护，但每块板的成本为 10-50 美元，而丙烯酸树脂的成本为 1-5 美元。预算限制可能会将其用于高可靠性应用程序。

工程师必须根据 PCB 的最终用途、生产量和预算来平衡这些因素。

三防漆的未来趋势

电子行业正在发展，三防漆正在适应新的需求：

• 环保涂料：水性和 UV 固化涂料越来越受到关注，以符合 CARB 等法规，将 VOC 排放量减少高达 80%。

• 纳米涂层：基于碳氟化合物的薄膜涂层 （1–5 μm） 为可穿戴设备提供疏水性，防止短暂的水分暴露（例如，IPX4 防溅）。

• 智能涂料：对自修复涂层的研究可以通过修复热循环过程中的微裂纹来延长 PCB 的使用寿命。

• 自动化：机器人选择性涂层系统的进步将掩蔽时间缩短了 50%，从而提高了大批量生产的产量。

这些创新承诺了增强的保护和可持续性，使 PCB 在日益苛刻的应用中保持可靠。

保形涂层是保护 PCB 免受环境破坏的重要步骤，可确保从消费电子产品到航空航天系统的应用的可靠性和使用寿命。通过了解涂层的类型、应用方法和最佳实践，工程师可以做出明智的决策来保护他们的设计。无论是选择用于高湿度环境的有机硅，还是用于医疗植入物的聚对二甲苯，合适的涂层都能发挥重要作用。

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