自動涂覆工藝技術研究

高柯，何燕春，袁莓婷，楊浩，李艷

[摘? ? 要]為保證產品可靠性，需要對電子組件（PCBA）進行涂覆，特別是高可靠性的航空航天產品。主要針對現代智能化過程中自動涂覆工藝過程進行描述，并對涂覆過程的主要影響參數，如液壓、氣壓、速度、高度、涂覆寬幅及寬幅疊加面積等進行分析優化，得出最優工藝參數范圍。并針對固化過程固化爐溫度曲線分階段進行描述，依據生產實際經驗得出最優工藝參數。

[關鍵詞]自動涂覆;工藝參數;表干固化;爐溫曲線

[中圖分類號]TN405 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–00–03

Research on Automatic Coating Technology

Gao Ke，He Yan-chun，Yuan Mei-ting，Yang Hao，Li Yan

[Abstract]In order to ensure the reliability of the product especially high reliability aerospace products the electronic component （PCBA） need to be coated. This paper describes the automatic coating process in the automatic coating process in the process of modern automation， analysis the main influence parameter such as hydraulic、air pressure、speed、height、wide width of coating and wide overlay area to obtain the optimal process parameter rang. Describe defined the curing furnace temperature cure during the curing process， and according to the actual experience of production to obtain the optimal process parameter rang.

[Keywords]automatic coating;process parameters;surface dry curing;furnace temperature curve

隨著電子組件集成程度越來越高，其所處環境越來越惡劣，因此對產品抗惡劣環境、抗氣體腐蝕的要求越來越高，特別是高可靠性航天、航空、航海的電子產品。在PCBA表面噴涂三防漆形成涂層能夠起到防潮、絕緣、防霉、防鹽霧等作用，在原有軍工小批量生產環境中，PCBA表面噴涂作業主要以人工刷涂、手工噴涂作業為主。隨著電子技術的廣泛應用，面向工業自動化控制的控制器的研制和生產迅速發展，針對目前各類電子產品的特殊涂覆需求，可定制化配置形成自動涂覆生產線，將之前人工涂覆模式轉換為自動涂覆和在線式自動固化的方式，二者相結合使PCBA的涂覆變成自動化智能生產，過程參數得以固化，效率得以提升。

1 自動涂覆工藝

1.1 涂覆工藝流程

一般產品的三防流程如圖1所示，清洗過程是為保證產品表面的清潔度，清洗后需對產品進行外觀檢驗和離子溶度測試，外觀檢驗需符合IPC A-610H的3級標準要求，一般電子產品離子濃度測試遵循IPC-TM-650標準要求進行;干燥過程是為產品在涂覆前具有一定的干燥度，以保證涂層在產品上有良好附著力，一般干燥過程是將產品放入濕度不大于20%的干燥柜中進行除潮或放入溫度不超過70 ℃烘箱中進行烘干;后續的保護、涂覆、去保護及熱固化為產品實際涂覆過程，保護及去保護過程是為防止不應涂覆區域被涂覆而進行的遮蔽和去遮蔽的行為，涂覆過程包含涂覆及涂覆后涂層表干過程，因此對該過程進行自動化建設，并對工藝參數進行優化提升。

1.2 自動涂覆工藝建設

為保證產品涂覆質量達到最優，需要穩定的涂覆工藝技術才能使工人在PCBA上進行固定涂覆，一般單次涂覆寬幅一般在30 mm左右，且下道涂覆寬幅與上一道涂覆寬幅疊加1/3至1/2，為避免高大器件遮蔽造成陰影效應的影響，需要旋轉90°后進行疊加涂覆，同時在涂覆溶劑揮發后即涂層固化表干后，需要在原涂層上再覆蓋一層涂覆減少因溶劑揮發后留下的針孔，因此，一個PCBA表面需進行2次涂覆，每次涂覆需要靜止1～2 h進行表干，其過程周期一般需要8～12 h。本文對上述過程進行分析后提出自動化建設方案，使用設備進行自動涂覆代替原手工噴涂過程，漆液通過液壓與氣壓的同時作用形成連續不間斷的狀態，再通過電器的電磁閥控制使涂覆過程可形成霧狀、柱狀等涂覆模式。霧狀涂覆模式形狀為扇形分布，橢圓式移動前行，涂覆后漆液呈霧狀分布于產品表面且無發白拉絲情況，當漆液黏度較少時，該噴涂模式可以很大程度地避免遮蔽的陰影效應影響，針對小空隙，遮蔽邊緣可以選擇針閥的柱狀模式在小間隙位置進行補強作業。針對涂覆后的表干過程，可以通過加熱的方式加速分子運動，進而加速液體中溶劑的揮發和漆液的快速凝結，紅外加熱及加速熱風循環方式促使涂層表面的溶劑快速揮發，使原有1～2 h的室溫表干周期減少至10 min。

1.3 噴涂過程影響參數及調整方案

設備噴涂過程是在設備的控制系統中將涂覆所需的漆液通過管路將連接的噴頭在氣壓、液壓的作用下涂覆于產品表面，該過程中所有操作都應在工作區內完成，并應設置相應的抽排風系統，工作區內工作包括機器手、涂敷噴頭、傳送帶或調整式軌道等。

噴涂中影響涂覆質量因素有涂層外觀和涂層厚度，涂層外觀應是光滑、均勻、完整的涂層，不可有涂層附著缺失、麻點、橘皮、波紋、大于1 mm以上的氣泡、裂紋、發白、拉絲、魚眼等情況;涂層厚度應滿足IPC J-STD-001H標準要求的0.03～0.13 mm且在滿足產品性能要求的基礎上應越薄越好，為確保涂覆厚度符合情況下，最好控制在0.03～0.07 mm的最優狀態。

噴涂中影響涂覆質量控制的主要工藝參數有：噴涂液壓、氣壓、涂覆寬幅、寬幅重疊面積、噴涂速度、噴涂高度。液壓是指控制液體流動的壓力，液壓過大，容易造成漆液堆積進而導致涂層過厚且形成的涂層內部存在大量氣泡，但漆液過少，容易導致涂層過薄滿足不了厚度要求同時還可能出現麻點、拉絲等外觀問題。氣壓分為設備供氣的主氣壓和噴涂中噴頭上帶的輔助氣壓，設備供氣的主氣壓一般要求在0.4～0.7 MPa，而在噴涂的噴頭周邊一圈填充的氣壓為輔助氣壓，如輔助氣壓過大，容易造成麻點及污染涂覆設備內電氣連接區域，還有可能造成涂層拉絲等現象。涂覆寬幅是指噴頭每運行一橫排或一豎排在產品表面形成漆液的寬度，涂覆寬幅一般不可設置，是由涂覆輔助氣壓、涂覆高度等共同作用形成的。涂覆寬幅疊加面積是指噴涂每次運行形成的涂覆寬幅與上次涂覆寬幅之間的疊加區域，涂覆寬幅設置一般為原寬幅的1/3～1/2。噴涂速度是指設備噴頭的移動速度，目前最大移動速度可達800 mm/s，但過大的涂覆速率容易影響涂覆漆液的形成，導致涂覆過薄和麻點的出現。涂覆高度至設備噴頭的最低端至軌道平面的高度，一般設備噴頭最高的高度為50 mm、80 mm，這需要依據涂覆產品的最高元器件高度和涂覆寬幅內最大扇形形成的高度確定。上述工藝參數需與噴涂漆液的性質、涂覆產品相匹配，才能形成最優的工藝參數。經試驗驗證，依據軍工小批量多品種生產特點、實際印制電路組件特征及溶劑型漆料涂覆的情況，優化總結出以下工藝相關性及參數范圍，見表1。

以上各因素之間相互交叉影響，且各工藝參數之間不存在相互影響，均為單個影響因素因子，因此，4個工藝參數可按表1的工藝范圍進行調整，并以實際生產操作為根據，以最終涂覆厚度保持在0.03～0.07 mm或接近為最優方案，故按DOE實驗設計方法進行四因素三水平實驗設計方法進行設計，四因素全因子試驗水平設計表見表2，得到最后優化的涂覆工藝參數，并按最優的工藝參數進行試生產后驗證最優的工藝參數符合性。

1.4 表干固化過程影響參數及調整方案

溶劑型涂料涂覆后需要進行表干固化，該過程是指漆液中溶劑揮發及漆膜表干成型，該過程是通過紅外固化或加熱固化的方式進行，漆層表干固化過程可以分為四個階段：流平揮發階段、逐步升溫階段、穩定固化階段、降溫階段，流平揮發主要為完成漆層的流平和一定溶劑的揮發，該時段一般保持30～120 s，溫度設置在室溫至40 ℃;逐步升溫過程是產品和漆層逐步升溫，漆層內稀釋劑和原液中的溶劑加速揮發，該過程一般需要60～240 s，溫度設置一般不超過50～60 ℃;穩定固化階段為高溫烘烤階段，需要使用穩定的烘干溫度對漆層進行烘烤，促進溶劑的進一步揮發及漆膜成型，一般維持在120～360 s，溫度設置一般在80 ℃左右;降溫階段主要目的是讓產品和漆層逐步的恢復到常溫，該過程會有少量的溶劑揮發，一般需要30～60 s，溫度設置在60 ℃左右。具體每個階段維持的時間和溫度與三防漆種類、黏度等密切相關，需要依據實際生產需要進行調整和優化。

1.5 在線自動涂覆的建設

為完成產品連續不間斷地自動上板，在生產線前端連接自動上板機，在生產末端通過不斷接收完成涂覆的產品，在末端連接下板機，在每個設備間通過接駁設備完成設備連接，固化設備需要依據涂料的特性及產品涂層質量的要求調整形成對應的爐溫曲線。每個設備間通過信號可以形成完整的在線自動涂覆生產線，生產線的設置主要依據所需生產產品的特征及生產方式進行設計和定制，一般常見較為簡潔實用的生產線如圖2所示。

2 總結

自動涂覆工藝過程中影響涂覆質量的主要自動化設備有噴涂設備和固化設備，本文論述了涂覆和固化過程中主要工藝參數，并確定了相應參數范圍，其中噴涂設備的液壓為10～50 kPa、輔助氣壓為20～100 kPa，速度為80～200 mm/s，高度為15～70 mm，涂覆寬幅為10～20 mm，寬幅疊加寬度為3～10 mm，最優的具體參數需要依據涂覆設備和漆液進行優化確認，以滿足實際產品生產需求為最優參數。

固化設備一般分為4個固化階段，分別為流平揮發階段、逐步升溫階段、穩定固化階段、降溫階段。流平揮發階段時間一般保持30～120 s，溫度在室溫至40 ℃;逐步升溫階段時間保持在60～240 s，溫度為50～60 ℃，穩定固化階段時間保持在120～360 s，溫度一般在80 ℃左右;降溫階段時間保持在30～60 s，溫度一般在60 ℃左右。具體每個階段的時間、溫度等參數與漆液種類密切相關，需要在生產過程中依據漆液特定性質做進一步優化。

參考文獻

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