電子組件用納米級三防涂層研究進展

摘要：對于電子組件，傳統三防涂料不利于其散熱性和導電性，而納米三防涂層厚度較薄，不影響產品的散熱和導電性能，并可改善傳統三防涂層的功能。綜述了納米三防涂層的分類和相應特性，介紹了國內外最新研究進展，對納米涂層在電子組件上的工藝適用性進行分析，總結了納米涂層應用中的優缺點。

關鍵詞：電子組件;納米涂層;厚度

Research?Progress?of?Nano-scale?Conformal?Coatings?for?Electronic?Components

Zhang?Xiang

Xi’an?Aeronautics?Computing?Technique?Research?Institute，?AVIC??ShaanxiXi’an??710068

Abstract：?For?electronic?components，?the?traditional?conformal?coating?is?not?conducive?to?its?heat?dissipation?and?electrical?conductivity，?while?the?nano-conformal?coating?is?thinner，?does?not?affect?the?heat?dissipation?and?electrical?conductivity?of?the?product，?and?can?improve?the?function?of?the?traditional?conformal?coating.?In?this?paper，?the?classification?and?corresponding?characteristics?of?nano-coating?are?reviewed，?the?latest?research?progress?at?home?and?abroad?is?;introduced，?the?technological?applicability?of?nano-coating?on?electronic?components?is?analyzed.?Moreover，?the?advantages?and?disadvantages?of?nano-coating?applied?to?electronic?components?are?summarized.

Key?words：?electronic?components;?nano?coating;?thickness

航空電子組件在使用時可能面臨濕熱、霉菌和鹽霧等惡劣的環境，從而影響產品的電性能等。為了提高產品的可靠性，一般采用三防漆對電子組件進行防護。通過在電子組件上涂敷三防漆可有效提高電子組件的可靠性和使用壽命。工業上常用的三防漆有五類，包括丙烯酸樹脂類、環氧樹脂類、有機硅類、聚氨酯樹脂類和聚對二甲苯類[1-3]。這幾種三防漆的涂敷技術發展成熟，基本能滿足航空用產品的防護要求。然而由于三防漆的涂層厚度相對較厚，涂敷于產品上會影響模塊的散熱性、導電性和信號傳輸性，同時會影響產品的外觀。此外，三防漆所用溶劑不環保，VOC含量較高，屬易燃易爆品，這些問題一直未被解決。因此，發展綠色環保，厚度為納米級的涂層有很強的現實應用性。本文對兩類納米級三防涂層及其國內外最新研究進展進行概述，并對納米涂層在電子組件上工藝適用情況進行介紹，指出了納米涂層用于電子組件的優勢和局限性。

1?納米三防涂層的研究進展

納米涂層指納米級先進工藝制備的涂層材料，其生產需要較高的科技水平。近些年發展的納米涂層綠色環保，在使用中不會造成污染。聚對二甲苯涂層可達到微米級厚度，該涂層已成熟應用于印制電路的防護，也符合環保要求[4]。納米涂層可應用在電子組件類產品，能夠防止水氣、霉菌和鹽霧等對電子器件的侵蝕。

1.1?納米三防涂層分類

納米涂層從組成上可分為3類：完全為一種納米材料體系、兩種或以上納米材料構成的復合體系（稱0-0復合）、有納米材料添加的復合體系（稱0-2復合）。第一類完全為一種納米材料體系的涂層應用較少，尚未實現商業化。而通過向傳統的三防涂層添加納米材料進行改性，能夠改善涂層的三防性能[5-7]。根據材料的不同，電子組件的納米三防涂料可分為兩大類，包括納米改性的氟碳涂料和納米改性的其他類（除氟碳涂料之外的丙烯酸、環氧樹脂、聚氨酯等類）三防涂料。

1.1.1?納米改性三防涂料

此類涂料為電子組件應用較多的丙烯酸、環氧樹脂、和聚氨酯等類納米改性涂料。利用納米材料制備的有機硅改性丙烯酸酯涂料可以增強涂料的部分功能[8-10]。董曉娜等[11]利用有機硅改性丙烯酸酯，并借助表面改性處理的多壁碳納米管與改性丙烯酸酯進行有機復合，有效提升了涂料的導熱性能、耐酸堿性及涂層附著力。Yuan等[12]采用浸涂和煅燒的方式制備出聚丙烯酸酯和聚丙烯倍半硅氧烷納米復合涂料，研究后發現，涂層在熱蒸汽環境中具備很好的防霧性能。除此之外，納米三防涂層的防水性能是其主要特性[13-14]。俞雷[15]對環氧樹脂涂料進行改性，將其水化后的形成的乳液與改性的納米二氧化硅進行共混，制備出環保的水性復合涂料。結果表明，復合涂料在二氧化硅的添加量為2%時表現出最佳的附著力和硬度等級，且其耐水性較好。潘洪波等[16]用納米二氧化鈦和有機硅改性聚氨酯，并通過噴涂方式研制出一種微納米復合結構的超疏水涂層。

1.1.2?納米改性氟碳涂料

水性氟碳涂料綠色環保，具有較好的耐溫性、耐腐蝕性和防污自清潔功能。利用納米材料對氟碳涂料進行改性，能夠提高涂料的綜合性能，將其涂敷于電子組件后可形成疏水涂層[17-20]。

納米改性材料包括SiO2、TiO2、Al2O3、CaCO3和ZnO等。Wang等[21]采用電紡絲法，將納米SiO2和聚偏二氟乙烯樹脂（PVDF）混合制得SiO2改性氟碳涂料，膜層表面接觸角較高，具有超強的疏水性和耐久性。李鑫偉等[22]先用硅烷偶聯劑對納米TiO2改性，再將表面處理過的納米粒子和氟碳樹脂共混分散，所得復合涂料均勻穩定，其附著力、疏水性、自清潔和抗腐蝕性能都得到提高。用粉末納米Al2O3改性的氟碳涂料，所得漆膜為超疏水涂層，具有150°的接觸角，且其抗堿和防腐性能均有增強[23]。CaCO3和ZnO等材料在納米改性氟碳涂料方面研究較少，可查的文獻資料不多。采用共混分散的方式，將納米CaCO3改性聚偏氟乙烯樹脂后制得復合涂層，漆膜接觸角超過150°，防水性能極佳[24]。在氟碳樹脂中添加納米ZnO和分散劑，經過調節配比制備的納米改性涂料，提升了涂層附著力和硬度，同時大大增強了涂層的耐腐蝕性[25]。

1.2?納米涂層的國內外最新研究進展

納米三防涂層的研究多數處于實驗室研發階段，實現商品化的較少。在納米三防涂層的市場化過程中，國內外研究機構都取得了顯著的成果。2013年，美國密歇根大學和空軍研究實驗室聯合研發出名為“超全恐液面”的新型納米涂層，能排斥上百種液體[26]。該納米涂層涂于紗網或織物上可形成對液體的彈力，賦予衣物抗污染和防止化學品腐蝕的性能;用于船舶可作為先進防水材料，極大地減少水流對船只的拖曳。相比美國在納米涂層領域的快速發展，國內對納米三防涂層的研究起步較晚，但仍取得了令人驚喜的成果。2018年，中國科學院寧波材料技術與工程研究所與江蘇菲沃泰納米科技有限公司聯合開發出了FT-X系列低溫等離子體納米涂層[27]。研發團隊應客戶需求開發了多系列納米防水涂層，滿足不同級別的防水標準，已成熟應用于高端智能手機、汽車及海洋工程等電子產品中。在納米涂層工藝上攻克了單體功能團合成與調控技術和涂層多尺度結構控制技術，該成果突破了國外技術壟斷;構建了多尺度梯度納米涂層體系，解決了防水、防護與散熱、透波性、導通性的矛盾。

2?納米涂層對電子組件的工藝適用性

電子組件的三防涂敷工藝一般分為清洗、掩蔽、干燥、涂敷、固化、去掩蔽和檢驗工序。掩蔽工序需對電子組件的電連接器、裝配區域和其他無涂敷要求部位進行掩蔽保護。納米涂層在涂料濃度較低且厚度極薄時表面電阻變小，表現出導電性，對于防護要求較低但需導通的連接器可不進行掩蔽工序。由于具有納米級的厚度，納米涂層的散熱性優于傳統三防涂層，可對電子組件上散熱芯片直接進行涂敷，無需掩蔽。納米涂料符合綠色環保的要求，在涂敷過程不會釋放有毒物質，操作人員不需佩戴防毒面罩。涂敷工藝多采用浸涂方式，浸涂法有利于獲得完整的涂層，對于器件排布密集的電子組件防護效果較好，在去掩蔽工序或維修時可用刷涂的方式修補涂層缺失處。因為納米涂料固化時間較短，室溫下晾置數分鐘即可固化，無需增加加熱設備。涂層固化后還需對其檢驗，當涂料中添加UV指示劑時可用紫外燈配合檢驗，有利于控制涂層的外觀和質量。產品上元器件返修時可用專用溶劑去除納米涂層，或直接用電烙鐵加熱涂層即可去除。因此，從工藝角度分析，納米涂層有助于優化三防涂敷工藝，有利于施工操作。

目前，納米涂層在電子組件的三防領域得到部分應用，但和傳統三防涂層相比仍存在一定的局限性。首先，納米涂層因固化時間短，浸涂后形成的涂層均勻性不佳，導致其成膜性較差。其次，納米涂層成膜后厚度薄，相比傳統三防涂料其附著力較差。此外，納米涂料研制工藝較多，但適用于納米三防涂料的技術尚不完全成熟。

結語

對于電子組件的三防涂敷，采用納米改性三防涂層能夠改善傳統三防涂層的功能，解決散熱性和導電性等問題。新型納米三防涂層在使用時不產生有毒氣體，符合國家提倡的環保要求，同時涂層的防水性能得到極大的提升。從工藝角度看，納米涂料便于三防涂敷的施工操作，但其成膜性能較差是制約其應用的局限性。在電子組件的三防領域，納米三防涂料的生產技術也未能發展到成熟應用的地步?？偟膩碚f，納米三防涂料是未來電子組件三防涂敷應用的一個潛在方向，有望替代傳統三防涂料。

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作者簡介：張翔（1994—??），男，漢族，陜西渭南人，碩士，助理工程師，研究方向：印制板“三防”工藝技術。