技术领域
[0001] 本
发明涉及一种针对印制
电路板用三防涂料性能快速验证的方法。
背景技术
[0002] 随着科技时代的进步发展，特别
电子行业的产品越来越多，性能越来越强大，产品的要求也越来越高。印制电路板组件作为电子装备的重要电子部件,须有良好的电参数性能和耐
腐蚀性能。PCB电路板组件的防护性能将直接影响系统的电性能,尤其是工作在野外,海上及航空等恶劣环境条件下的电子装备,使用一段时间后,往往因PCB电路板组件表面防护不到位而引起系统故障,如在高湿热,高盐雾下易腐蚀及机载高空低压条件下容易打火等,从而对整个电子系统的正常工作产生巨大影响。电路板组件是由各种不同材料整合而成，盐雾、沙土、
燃料、酸、及其它腐蚀性的蒸气体及霉菌会导致电子衰坏、导体腐蚀，继而造成无可挽回的
短路。现代电子设备的使用环境中,潮湿,盐雾和霉菌对电子设备的侵蚀情况比较普遍，
气候因素和环境条件既互相影响同时作用,
加速了对设备和器材的损害，其中，湿气是对电路板组件最普遍、最具破坏性的主要因素。过多的湿气会大幅降低电子产品导体间的绝缘
电阻、加速有机材料分解、降低Q值及腐蚀导体。我们常常看到PCB电路板金属部分起了
铜绿就是没有涂覆三防漆金属铜与
水蒸气、
氧气共同其化学反应引起的。由于电子产品常常经历如高温、震动、潮湿、盐雾、沙尘等环境，线路板及其电子元器件可能产生腐蚀、开裂、
变形、霉变等问题，导致产品出现故障或失效。特别是工作在户外、海上的电子产品，需要适应湿热、霉菌和盐雾等恶劣环境，可靠性要求比较高，如要确保印制电路板正常工作，则必须对其进行三防涂覆。为了解决电子产品整机和印制电路板“气防”防护性能较差所致
质量问题，使电子产品能够抵抗外界环境的侵蚀，延长使用寿命，增加机械强度和可靠性能,防止气温骤然变化产生凝露时使印制
导线间漏电短路甚至击穿,需要在印制线路板表面涂覆一层
合成树脂或
聚合物的保护涂料。
[0003] 三防漆，英文名为Conformal Coating，又叫电子防潮胶或者三防胶保护涂料。三防，即防霉、防潮、防盐雾，其实三防的根本主要是防腐蚀。“三防漆”是一种涂覆于线路板表面的特殊涂层，三防漆为通俗的叫法，其实其除了防霉、防潮、防盐雾外，三防漆还具有抗震、绝缘、减小线路板设计尺寸等作用。
[0004] 三防漆涂覆于印制线路板组件表面，用于将电路与恶劣的环境隔离开来，使其避免遭受恶劣环境的影响，从而保护电路免遭环境侵蚀，造成电路失效、漏电等故障，延长电子产品的使用寿命。在现实条件下，线路板往往会遭受来自恶劣环境及工作条件的腐蚀，如化学、震动、高尘、盐雾、潮湿与高温等环境，导致线路板电路出现各种故障，如断裂开路失效、腐蚀失效、电迁移失效、绝缘失效、元件器失效等。给线路板涂覆一层保护作用的三防漆，可有效地将印制线路板及其电子器件与工作环境隔离开来，保护电路免受损害，从而提高线路板的可靠性，增加其安全系数，并保证其使用寿命此外，三防漆本身是绝缘的，可在一定程度上防止漏电，因此允许产品具备更高的功率和更近的印制板间距，从而可满足元件小型化的目的。
[0005] 三防涂料从化学成分上主要可分为
丙烯酸树脂(AcrylicTypeAR)、
环氧树脂(EpoxyTypeER)、有机
硅(SiliconeTypeSR)、聚
氨酯(UrethaneTypeUR)和聚对二
甲苯(ParyleneTypeXY)五大类。含
溶剂丙烯酸树脂三防漆其优点为
固化工艺相对简单，不与空气反应，靠溶剂的挥发进行固化；具有良好的防潮效果以及灵活的
粘度调整性；返工也较容易；成本也相对较低。但其固化后防护层过薄，其固化方式决定了其挥发性溶剂含量非常高，其工作环境需要具备良好的通
风抽风系统；粘度维持困难，高温高湿下存在返粘情况。该类三防漆可用于普通电子产品。
[0006] 环氧树脂类三防漆具有良好的防潮、抗盐雾和抗化学品性能，可耐150℃高温，耐磨损，具有较好的介电性能。但返修十分困难，必须先用物理手段剥离掉环氧树脂膜才能进行返修，对器件及板卡会造成损坏。另外其潜在的高内应
力，也可能对易碎元件造成损伤，涂覆前需对易碎元件进行防护；具有较高的氯离子含量风险；双组分配比复杂，粘度也不疑维持；低温时性能不佳，固化收缩率高。该类三防漆应用并不是很多。
[0007] 有机硅三防漆是具有柔软弹性的涂层材料，柔韧性佳；
工作温度范围也很宽，可耐200℃高温，具有很好的防潮及耐紫外线性能；易修复；且具有显著的电绝缘特性和较低的表面能，与基材的
润湿性好。但其机械强度低，不耐刮擦，与基材的
附着力也较差。该类三防漆适合那些有高发热元件，例如大功率电阻多的高频电路板，可应用于航空、航海、军工、雷达控制系统。
[0008] 聚氨酯类三防漆是溶剂型三防漆中较为常用的一种三防漆，也叫聚氨酯
醇酸树脂类三防漆。其主要固化原理为与空气中氧气发生化学反应固化，形成的聚合物涂层具有良好的耐酸耐
碱性和优越的耐潮湿性。但其完全固化过程较长，VOC含量较高，高温下容易黄变，容易腐蚀
镀锌螺钉。该类三防漆目前应用较为广泛，可应用于
汽车工业、工控电子仪器仪表、电源通信等行业。
[0009] 聚对二甲苯类三防漆在
真空中裂解聚合物，沉积于产品表面形成均匀的涂层，在电子领域可作为特殊的防护涂层。这种在真空里沉淀的微米
薄膜，厚度均匀，有优异的防酸性和防腐性，是目前所知高频元件、高
密度组件、高绝缘组件最有效的防护涂层材料，其常温下抗老化性能可达千年以上，广泛应用于航空航天、珍贵文物、硅
橡胶、
密封件、
磁性材料、微电子、
传感器、
生物医院等领域。但昂贵的真空涂覆设备的投资也是其最大的缺点。
[0010] 通常涂覆用三防涂料应具有以下特性：具有防水、防潮，防尘，防酸、碱、酒精的侵蚀，抗霉，防老化等特性；对印制电路
基板及元器件有良好的粘接性和柔韧性，能在各种印刷电路板、元件封装材料、金属和非金属材料、焊点表面生成致密保护膜，不会引起印制电路板、金属镀层、
焊料、元器件表面变色，起皱，溶蚀。具有良好的电性能(较高的体积
电阻率，较低的
介电常数和损耗
角正切值等)；具有良好的物理机械性能(附着力、耐热性等)。涂料应当是聚合型的，以减少溶剂挥发时留下针孔。涂料固化温度低，固化后的涂层应无色透明；应具有良好的可操作性，固化速度快。
[0011] 由于重要电子部件须有良好的
耐腐蚀性及电参数性能，电路板组件防护性能将直接影响整个电路系统的电性能,尤其是工作在野外、航天及航海等恶劣条件下的电子装备,使用一段时间后,往往因电路板组件表面防护出现问题从而引发系统故障,如在高盐雾、高湿热、高冲击振动下易腐蚀及机载高空低气压条件下容易打火等问题,从而对整个电子系统正常工作产生巨大影响。三防漆的品类多种多样，三防漆的质量好坏直接影响电子组件的三防防护效果及电子产品的可靠性。因此三防涂层的性能一直是工艺设计人员研究的焦点。一般的研究方法是采用某种涂覆工艺制作工艺样件，应用已有的环境试验方法进行三防性能验证，以某些表征参数判定涂层三防性能的优劣。这种研究方法对防护涂层性能起到了一定的筛选作用，但这些性能试验方法只针对单一性能，例如防护性能就没有考虑厚度对其的影响，同时不同的标准对样件的要求不一。总体而言，印制电路板防护涂层三防性能验证试验仍未形成通用的方法，执行起来较难权衡。三防涂料认证时通常需要对各项性能参数指标进行测试，如果采用的试验标准不一，会导致验证的结果存在较大的不确定性。针对防护涂层三防性能验证，大部分标准只规定湿热试验方法，而且方法要求不一。如果要对印制电路板防护涂层的三防性能进行验证和优选，现有标准规定的方法比较散且不统一，不同的性能需要制备不同的样件，制作周期长且不同性能测试关联性差，不能体现综合因素对涂层性能的影响，导致结果的实用性和准确性较差。
[0012] 从众多实行三防防护的印制线路板组件发生失效的案例来看,由于三防涂料与其它材料不匹配而导致性能下降及腐蚀或开裂等的失效非常多。一般的三防涂料在用于工作
频率较高印制电路板组件的表面防护时，会造成器件的性能恶化，如中心频率发生偏移，
相位噪声增大等系统实际性能与原始设计区别较大的现象。从以往的研究中发现,在湿热、霉菌、盐雾环境下,表面防护涂层等有机材料普遍容易老化，金属材料容易生锈。严重影响到产品功能性能指标的实现。国外针对印制电路板制定了种类繁多、规范细化的标准,有相当一部分规定了湿热、霉菌、盐雾试验方法。先需要制备标准的试验样品,其次应采用合适的试验方法开展试验考核。在国内外没有具体的印制电路板涂层三防环境试验标准下，传统的电性能验证常选用一些产品的电路组件进行电性能验证，由于涂料的配方、
喷涂次数、喷涂厚度、
烘烤温度等工艺参数不同,试验结果差异较大。实际评估时，一般是依据组件产品使用的工况来选择环境试验类型及条件，包括湿热、盐雾、高低温、震动、工业气体等多种环境，然后，通过测试环境试验前后线路板组件的涂层性能、电性能是否下降，涂层下的组件是否发生腐蚀来评价兼容性好坏。但这种方法存在验证
覆盖性不足、验证
费用高，验证周期长等缺点。只有经过严格的测试认证和优选后，才能选出防护性能良好的涂敷材料，提升产品的可靠性。
发明内容
[0013] 为了解决电子产品整机和印制电路板“三防”用各种敷形涂料本身的真实性能指标,本发明针对上述
现有技术存在的问题，提供一种简单方便，高效，质量稳定可靠，能够快速验证电路板用三防涂料性能的方法，以解决目前印制电路板三防涂层的性能验证和优选制作样件多、验证费用高，验证周期长等问题。
[0014] 本发明的上述目的可以通过以下步骤来实现：一种快速验证印制电路板组件三防涂料性能的方法，具有如下技术其特征：先设计制作一种用于三防漆涂覆的集成验证印制电路板和评价三防涂料对电路的影响程度的低噪声
放大器电路组件，将集成验证印制电路板分为四部分：用作测试绝缘电阻的梳状电路、用作测试介质耐压和击穿
电压的“Y”形电路、用作厚度测量的八个方形覆铜图形和用作验证焊点三防性能的两排焊盘；然后在一件样件上进行集成喷涂工艺验证、涂层厚度测试、涂层附着力测试、绝缘电阻测试和介质耐压测试、测试增益、
驻波，焊点三防能力；在验证集成喷涂工艺中，根据喷涂过程中涂料的成膜状况和固化后的涂层外观状态验证其工艺性，通过测试涂层厚度来调整涂覆工艺参数，在涂层厚度测试中，用测厚仪对涂覆完成的集成验证印制电路板进行涂层厚度测试；在涂层附着力测试中，用百格刀，采用划格法进行涂层附着力测试，验证涂层附着力；在绝缘电阻测试中，对梳状电路两个引出端通电lmin后用髙阻计测量电阻值来表征梳状电路及涂层的绝缘电阻，在介质耐压测试中使用1500V
测试电压，频率50Hz，测量“Y”形电路的漏电
电流，然后再加大电压，测量出
击穿电压；通过这些测试结果方便地评价涂料性能的优劣；测试增益、驻波，然后按相关标准进行湿热试验、盐雾试验和霉菌试验，在湿热试验、盐雾试验和霉菌试验试验后，检测外观状态，目视或用五倍放大镜观察涂层下面焊点的腐蚀状况，验证涂层
对焊点的防护能力；再进行绝缘电阻测试和介质耐压测试，评价三防涂层耐湿性能；测试增益、驻波，比较
低噪声放大器电路组件在涂覆三防漆前后增益，输入驻波比和输出驻波比的变化情况，评价涂层对电路性能影响程度；这样把各验证项目关联起来。通过对比测试，可对不同三防涂料进行评价和优选，评价三防涂料对电路的影响程度及三防漆的优劣，作出试验结论。
[0015] 本发明相比于现有技术具有如下有益效果：快速、高效。本发明采用集成验证印制电路板集成了喷涂工艺验证、涂层厚度测试、附着力测试、介质耐压测试、绝缘电阻测试、焊点三防能力测试等项目，一种样件可以完成多种样件的验证项目，节约制作样件的制作成本和缩短样件制作周期；
本发明采用的低噪声放大器为有源电路，一般为多级放大电路连接而成，
微波频段包括级间匹配电路，
偏置电路，反馈回路等多种分布式参数的电路，电路上各种器件性能随三防涂层的特性不同会发生变化，进而影响噪声系数和器件的线性度，这种电路对三防涂料性能变化更为敏感，低噪声放大器电路组件验证涂层对电路性能影响及验证涂层对电路组件的防护能力。在一
块集成验证印制电路板上能集成验证集成喷涂工艺验证、涂层厚度测试、附着力测试、介质耐压测试、绝缘电阻测试、焊点三防能力测试，集成验证印制电路板的图形制作应符合GJB 362B-2009《刚性印制板总规范》；采用这种典型电路就可以评价三防涂料对电路的影响程度，确定三防涂料电性能的优劣，避免选用一些产品的电路组件进行电性能验证，存在验证覆盖性不足、验证费用高，验证周期长等问题。
[0016] 验证过程综合性强。在一件样件上进行多种验证试验，把各个验证项目更好的关联起来，通过对比测试，可以清楚地对不同煌三防涂料进行评价和优选；可以测定不同厚度下涂层的三防能力；可以测定不同厚度下涂层的绝缘电阻和介质耐压能力；测试三防试验前后及试验中的介质耐压、绝缘电阻，分析其变化情况，可以充分验证涂层自身电性能和耐湿能力。通过这些验证项目，可以快速获得涂层的综合性能及适宜的涂覆厚度，可以为电子产品整机和印制电路板的“三防”选择性能优良的涂料提供参考。
[0017] 本发明适用于三防涂料性能快速验证测试。
附图说明
[0018] 图1是本发明验证印制电路板组三防涂料性能的
流程图。
[0019] 图2是本发明集成验证印制板中测试绝缘电阻的“梳状”电路放大图。
[0020] 图3是本发明集成验证印制板中测试绝缘电阻的“Y”形电路放大图。
[0021] 图4是本发明典型电路组件的电路原理图图5是本发明典型电路组件输入输出
接口图。
[0022] 图中：1用作测试绝缘电阻的“梳状”电路，2用作测试介质耐压和击穿电压的“Y”形电路，3用作厚度测量的八个方形覆铜图形，4用作验证焊点三防性能的焊盘。
[0023] 下面将选择验证一种三防涂料性能的具体过程作为
实施例，对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
[0024] 参阅图1-图5。根据本发明，一种快速验证印制电路板组件三防涂料性能的方法，具有如下技术其特征：先设计制作一种用于三防漆涂覆的集成验证印制电路板和评价三防涂料对电路的影响程度的低噪声放大器电路组件，将集成验证印制电路板分为四部分：用作测试绝缘电阻的梳状电路、用作测试介质耐压和击穿电压的“Y”形电路、用作厚度测量的八个方形覆铜图形和用作验证焊点三防性能的两排焊盘；然后在一件样件上进行集成喷涂工艺验证、涂层厚度测试、涂层附着力测试、绝缘电阻测试和介质耐压测试、测试增益、驻波，焊点三防能力；在验证集成喷涂工艺中，根据喷涂过程中涂料的成膜状况和固化后的涂层外观状态验证其工艺性，通过测试涂层厚度来调整涂覆工艺参数，在涂层厚度测试中，用测厚仪对涂覆完成的集成验证印制电路板进行涂层厚度测试；在涂层附着力测试中，用百格刀，采用划格法进行涂层附着力测试，验证涂层附着力；在绝缘电阻测试中，对梳状电路两个引出端通电lmin后用髙阻计测量电阻值来表征梳状电路及涂层的绝缘电阻，在介质耐压测试中使用1500V测试电压，频率50Hz，测量“Y”形电路的漏电电流，然后再加大电压，测量出击穿电压；通过这些测试结果方便地评价涂料性能的优劣；测试增益、驻波，然后按相关标准进行湿热试验、盐雾试验和霉菌试验，在湿热试验、盐雾试验和霉菌试验试验后，检测外观状态，目视或用五倍放大镜观察涂层下面焊点的腐蚀状况，验证涂层对焊点的防护能力；再进行绝缘电阻测试和介质耐压测试，评价三防涂层耐湿性能；测试增益、驻波，比较低噪声放大器电路组件在涂覆三防漆前后增益，输入驻波比和输出驻波比的变化情况，评价涂层对电路性能影响情况；这样把各验证项目关联起来。通过对比测试，可对不同三防涂料进行评价和优选，评价三防涂料对电路的影响程度及三防漆的优劣，作出试验结论。
[0025] 先设计制作一种集成验证印制电路板和一种低噪声放大器电路组件，集成验证印制电路板为环氧玻璃
纤维覆铜板或者玻璃纤维增强聚四氟乙烯覆铜板；在集成验证印制电路板上采用喷涂的方法涂覆三防涂料。
[0026] 在集成验证印制电路板采用喷涂的方法涂覆三防涂料，喷涂气源为0.2MPa～0.4Mpa，
喷枪口径为0.3mm，喷涂距离为10cm～20cm,喷漆速度为12m/min～15m/min，涂覆厚度一般控制在30μm～150μm之间，至少喷涂两遍，涂覆完成的集成验证印制电路板进行用测厚仪进行涂层厚度测试。
[0027] 用百格刀采用划格法进行涂层附着力测试，印制板涂层附着力的测试等级不应低于1级。
[0028] 按相关标准进行湿热试验、盐雾试验和霉菌试验，湿热试验可按GJB150.9A-2009《军用装备实验室环境试验方法第9部分:湿热试验》的要求进行，5.6.2试验条件为高温高湿段：温度60℃，
相对湿度95％；低温高湿段：温度30℃，相对湿度95％；试验周期：24h为一个周期，共10个周期及更长(根据产品要求)；盐雾试验按GJB 150.11A-2009《军用装备实验室环境试验方法第11部分:盐雾试验》的要求进行，试验条件为：盐溶液浓度5±1％(NaCl)，盐溶液雾化前、后的PH值为6.5～7.2(35℃±2℃)，每周期48h，其中喷雾时间24h，干燥时间24h，两周期共96h及更长(根据产品要求)；霉菌试验按GJB150.10A-2009《军用装备实验室环境试验方法第10部分：霉菌试验》的要求进行，霉菌试验菌种：黑曲霉、黄曲霉、杂色曲霉、绳状青霉、球毛壳霉，试验持续时间：28天(28个循环)；湿热试验、盐雾试验和霉菌试验后，对样件的基材腐蚀情况及外观进行观测评级，特别注意观察涂层下面焊点的腐蚀状况，要求涂层无起泡、脱落，所有基体及焊点无变色腐蚀，基材及涂层的防霉等级为0～l级，通过这些来验证涂层的防护能力。
[0029] 在湿热试验、盐雾试验前及试验后分别进行介质耐压测试，绝缘电阻测试来验证涂层介电性能。在介质耐压测试中使用1500V测试电压，频率50Hz，测量“Y”形电路的漏电电流，要求漏电电流≤10mA，然后再加大电压，测量出击穿电压，要求击穿电压不大于3KV；在绝缘电阻测试中，对梳状电路两个引出端通电lmin后用髙阻计测量出涂层的绝缘电阻，要求试验前及试验后的绝缘电阻均高于1.5×1012Ω。
[0030] 涂覆完成的典型电路组件在湿热试验、盐雾试验前及试验后进行电性能测试，试验后电路组件及基材不应出现腐蚀，涂层不应起泡，据此来验证涂层对电路组件的防护能力；涂覆三防漆前及涂覆后测试增益，输入驻波比和输出驻波比的变化情况，指标变化值要求不超过10％，验证涂层对电路性能的影响。
[0031] 参阅图2。集成验证印制板中测试绝缘电阻的“梳状”电路由一系列不相连的导线组成，每条线宽度和间距相等，每间隔一条线连通在一起，形成导电梳齿的正极或者负极，施加一定电压后测量正负之间的
漏电流，获得涂覆样品的绝缘电阻，绝缘电阻高的涂层性能越好。
[0032] 参阅图3。集成验证印制板中测试绝缘电阻的“Y”形电路由两条不相边的导线组成，导线宽度和间距相等，施加一定电压时，测试放电电流，加大电压形成击穿放电现象，记录击穿电压。
[0033] 参阅图4。低噪声放大器一般为多级放大电路连接而成，微波频段包括级间匹配电路，偏置电路，反馈回路等多种分布式参数的电路。整体电路除了晶体管外，还有电阻、电感和电容等分立器件实现分压，限流，反馈，扼流和隔直等功能，如图所示，连接晶体管漏级的电感L1和L2是扼流电感，高阻值的Rg为晶体管提供稳定的
偏压，这些表贴器件性能随涂覆介质的特性不同会发生变化，进而影响噪声系数和器件的线性度。
[0034] 以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附
权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
