紫外光固化防護材料在家用電器中的研究與應(yīng)用

付全華 王富安 廖聲禮 倪雪輝

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

洗衣機、洗碗機、空調(diào)等家用電子產(chǎn)品的印制線路板組件及電子元器件，在使用過程中會受到高溫高濕、鹽霧、腐蝕性氣體、霉菌等的侵蝕，從而直接導(dǎo)致線路板及電子元器件產(chǎn)生腐蝕等問題，從而導(dǎo)致線路板漏電、短路、失效等問題發(fā)生[1]。不但降低產(chǎn)品壽命，影響產(chǎn)品品質(zhì)，損害產(chǎn)品美譽度還存在安全隱患，嚴(yán)重威脅人們的生命。

三防漆又稱為薄層涂覆材料，可在線路板及其電子元器件上形成一層十幾微米到幾十微米的保護膜，該保護膜具有防鹽霧、防潮等特點。可提高線路板及電子元器件的防護能力，保護線路板及電子元器件免受環(huán)境侵蝕，同時也可屏蔽和消除了印制線路板及電子元器件表面的電子干擾，提高線路板的絕緣性能。

按照防腐等級的要求不同，防護可分為薄層涂覆和灌封涂覆。薄層涂覆即三防涂覆工藝，通過在印制線路板表面薄薄刷涂或噴涂一層三防涂覆材料[2]，可有效阻止化學(xué)物質(zhì)環(huán)境、辦公室或者家中的有害物質(zhì)以及潮濕、鹽霧、灰塵等對電路板印制組件及電子元器件的腐蝕。灌封工藝即將整個線路板及其電子元器件采用灌封膠完全覆蓋，形成肉眼可見的一層厚厚的膠體，可極大的防水效果。適用于對防水性能要求非常高工作，例如洗碗機、洗衣機的控制器，通常采用灌封的方式進行保護。

目前使用的三防漆絕大多數(shù)是溶劑型三防漆，稀釋劑為有機溶劑，可揮發(fā)性有機物（VOCs）含量約占80 %，使用過程揮發(fā)出刺激性氣味，嚴(yán)重危害員工身體健康，同時對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。紫外光固化三防漆，不含可揮發(fā)性有機物（VOCs）固含量100 %更加綠色環(huán)保[3]。通過控制噴涂壓力、噴涂路徑可實現(xiàn)厚度可控，采用調(diào)節(jié)紫外固化爐功率和鏈速實現(xiàn)快速固化，大大提高了生產(chǎn)效率。本文重點講解紫外光固化三防漆的固化、涂覆工藝以及固化后主板的可靠性研究。

1 紫外光固化三防漆涂覆、固化工藝研究

1.1 涂覆工藝研究

1.1.1 涂覆材料產(chǎn)品參數(shù)

通過對紫外光固化三防漆的理論研究、調(diào)研篩選，最終選定A 型號紫外光固化三防漆進行涂覆、固化工藝研究。紫外光固化三防漆粘度為145±10 mPa.s,具體參數(shù)見表1。

表1 A 型號三防漆產(chǎn)品參數(shù)表

1.1.2 涂覆設(shè)備技術(shù)參數(shù)

采用自動選擇性涂覆工藝，選擇性噴膠機如圖1 所示，設(shè)備型號HIMIT-5000LT，功率為2.4 kW。

圖1 選擇性噴膠機

1.1.3 涂覆工藝驗證

對選擇性噴膠機通電，供膠壓力桶倒入紫外光固化三防漆后抽真空，完成噴涂路徑編程，設(shè)置主路總氣壓（0.4～0.5）MPa、噴膠機氣壓（0.3～0.35）MPa、精密減壓閥氣壓（0.22～0.25）MPa。保持噴嘴與板面一定距離（13～17）mm，設(shè)置噴涂速度、路徑間距，啟動噴膠機噴涂，采用濕膜測厚儀測試噴涂厚度，完成主板樣件的制作，說明在以上條件下涂覆最均勻，能達到最優(yōu)的涂覆效果。

1.2 固化工藝研究

1.2.1 固化設(shè)備技術(shù)參數(shù)

按照選擇性噴膠機最優(yōu)設(shè)定參數(shù)完成主板樣件制作，選擇UV-A18 型UV 固化爐對樣件進行固化，UV 固化爐如圖2 所示。

圖2 UV 固化爐

1.2.2 固化光源選擇

A 型號紫外光固化三防漆中包含的光引發(fā)劑，在（210 ～390）nm 波長下表現(xiàn)出最佳的反應(yīng)性，因此所選擇的紫外燈光源必須覆蓋如下波長范圍才能確保最佳固化：

（210～270）nm（UV-C ）

（270～350）nm（UV-B ）

（350～390）nm（UV-A）

汞燈主要分為低壓汞燈、高壓/中壓汞燈，低壓汞燈主要為消毒燈，因此必須采用高壓/中壓汞燈。高壓/中壓汞燈有三種汞燈光源可供使用分別為非摻雜汞燈、鐵摻雜汞燈、摻鎵汞燈。非摻雜汞燈具有高比例的UV-C 光，并且在UV-A 波長范圍內(nèi)強度很高。是最適合紫外光固化三防漆的固化光源。含鐵水銀燈較少位于UV-C 波長區(qū)域，較多位于UV-A 波長區(qū)域，不適合作為A 型紫外光固化三防漆的固化光源。摻鎵汞燈在UV-A 和UV-C波長區(qū)域強度均較弱，因此不適合作為A 型紫外光固化三防漆的固化光源。

1.2.3 UV 固化工藝參數(shù)驗證

A 型紫外光固化三防漆所需固化能量為（1 600～1 800）mj/cm2，設(shè)定鏈速為3.6 m/min、紫外燈與固化主板之間距離保持為（20～25）cm，固化時間為32 s。固化結(jié)束后樣件冷卻到室溫用手指輕觸膠膜表面，表面不粘手無發(fā)粘現(xiàn)象，說明膠膜已完全表干，說明在以上條件下紫外光固化三防漆能達到最優(yōu)的固化效果。

1.2.4 濕氣固化

A 型紫外光固化三防漆采用紫外和濕氣雙重固化的固化方式，其中以紫外固化為主，濕氣固化為輔。濕氣固化主要為了解決引腳陰影區(qū)在經(jīng)過UV 爐的過程中被遮擋無法暴露于紫外線的區(qū)域未完全固化進而導(dǎo)致失效的問題。對于后續(xù)進行的各項電氣性能、可靠性驗證需要經(jīng)過UV 固化爐后放置在一定溫濕度環(huán)境中放置7～14天后再進行相關(guān)測試。

1.3 性能研究

選取已安裝貼片電阻和插件元器件的主板樣件完成表面焊接后，進行三防漆的噴涂和固化，在溫度（23±2）℃、濕度（50±5）%條件下放置7 天后實驗樣件如圖3 所示。

圖3 噴涂固化后的主板樣件

對晾置7 天后的樣件分別進行鹽霧、濕熱、熱循環(huán)等可靠性實驗如表2 所示，實驗結(jié)束后觀察涂層表面光滑、無開裂、無腐蝕。采用顯微鏡放大20 X 觀察引腳無腐蝕，漆膜無細紋，狀態(tài)良好，實驗結(jié)果表明紫外光固化三防漆防護性能優(yōu)異。實驗結(jié)束后將主板樣件通電測試，各項電性能測試均正常。

表2 可靠性實驗項目

3 結(jié)束語

本文通過對紫外光固化三防漆的材料特性、噴涂固化工藝進行研究，找到紫外光固化三防漆的最佳噴涂、固化工藝參數(shù)。在主板上完成貼片電阻和插件元器件的焊接后，在最佳噴涂、固化參數(shù)下完成紫外光固化三防漆的噴涂、固化，在溫度（23±2）℃、濕度（50±5）%條件下放置7 天后完成主板樣件制作。然后進行鹽霧、濕熱、熱循環(huán)等主板可靠性實驗，實驗結(jié)束觀察主板表面膠膜光滑、無開裂、無細紋，插件元器件引腳無腐蝕。通過以上實驗驗證可得出紫外光固化三防漆具有良好的可操作性，適合自動化產(chǎn)線式生產(chǎn)，膠膜噴涂均勻、厚度為（30±5）μm，相比于溶劑型三防膠減少了80.0 %的用量，大大降低了材料成本；且固化時間短、生產(chǎn)效率提高了83.3 %，整體防護效果較為優(yōu)異。