应一位关注可靠性杂谈的好友要求，本篇我们来聊聊三防设计的内容，三防可归为贮存可靠性的范畴，是产品设计、工艺过程的重要一环，这里我们重点针对电子产品来谈下三防设计。一、概念和影响三防是指防潮湿，防盐雾，防霉菌，也有把防潮湿叫为防腐蚀。国外把三防统称防腐蚀技术。下面谈谈三种因素的影响。1.潮湿的影响1)绝缘下降在材料表面形成的水膜，由于其电阻低加上杂质和污垢的分解，材料表面电阻就降低。由于大气中的CO、盐和日光对绝缘材料的作用，被材料吸附了的水膜就将形成离子化的导电薄膜，大约1～5min内，表面电阻就急剧下降。2)材料变形当产品中的湿气或挥发物与周围介质发生交换时，聚酚压制品和氨基塑料的尺寸就会随着质量的变化而发生变化。由于扩散系数极小，起初仅仅是产品的表面层参加挥发物的交换。由于产品尺寸不均匀变化，延伸率小的硬性塑料的整个截面上会产生很大的内应力，该应力会大大地改变起始的物理机械性能，并使材料发生翘曲，产生表面很深的裂缝，以致损坏。3)潮湿腐蚀潮湿腐蚀是由于湿气凝聚而在零件上形成的电解质层下产生的腐蚀。潮湿的大气腐蚀速度比干燥的大气腐蚀速度快。在潮湿大气腐蚀的条件下，金属表面会形成电解质薄膜。因为在大气中，水膜几乎多多少少都含有溶解了的盐类或酸类。这种大气腐蚀与金属腐蚀及金属完全浸入电解质时的电解腐蚀的情况类似，并且与局部的微量元素的作用有关。4)电偶腐蚀不同的金属在潮湿大气条件下接触时，会形成许多微温差电偶。一种金属成为阳极，湿膜就成为电解质，而另一种金属则成为阴极。金属与金属之间在电化序上距离越远，也就是说，金属与金属之间的电位差越大，则接触腐蚀的可能性就越大。5)当水膜中有酸，碱物质时，能使橡胶的性能劣化以及分解。6)水气在光学玻璃上凝结，可改变其光学性能。7)离子迁移现象离子迁移现象起因于一种与溶液和电位等相关的电化学现象，可分为阳极反应（金属溶解过程）、金属离子的移动过程、阴极反应（金属或金属氧化物析出过程）。2.盐雾的影响1)使机械部件磨损，卡滞或失灵;2)导线电缆绝缘层发黏，防护套腐蚀;3）加速材料，元器件的腐蚀;4)电偶腐蚀;5)绝缘下降。3.霉菌的影响1)电子回路霉菌繁殖，绝缘性能下降，耐电性能降低;2)菌类排出有机酸通过湿气加剧腐蚀;二、方法措施1.防潮湿前面已介绍了空气中的湿度会降低电子组件的表面绝缘电阻，并能加速由于盐雾或不同电化序的金属间的接触腐蚀；在温度适宜时，还会加速霉菌的繁殖；柔软材料吸收湿气后在低温下冻结而导致材料变硬变脆。因此，必须釆取综合措施防止潮湿气体的影响，常用的方法有：①釆取降湿和空气循环方法干燥过滤空气；② 釆用保护涂层隔离湿气，或对材料进行憎水处理，降低产品的吸湿性；③ 釆用耐腐蚀的材料，抑制潮湿的影响；④ 采用环氧树脂、有机硅树脂对元器件进行灌封；⑤ 用抗气候环境性能优良的浸渍材料来填充某些织物性的绝缘材料和组件中的空隙和毛细管等；⑥ 对储存的元器件、零部件、组件和半成品釆用密封干燥包装。2.防盐雾盐雾和湿气在电子设备中的凝聚会形成强电解质，引起金属的电化腐蚀。而大气中的腐蚀性气体和物质以及组装焊接过程中所用的助焊剂等，对金属材料又会引起化学腐蚀。抑制措施：① 在电子组件表面喷涂三防漆以阻隔：② 釆取措施减小相接触的不同电化序金属材料间的电位差；③ 釆用电化学方法在被保护的金属表面形成一层抗腐蚀性强的钝化膜。3.防霉菌防霉菌的主要措施有：① 选用不长霉的材料和釆用防霉剂处理零部件或组件；② 对电子组件进行干燥密封；③ 对电子组件采用三防涂覆层，破坏和消除霉菌的生长条件。三、结构性金属零件的防腐蚀预防结构性金属零件腐蚀的主要措施是采用保护性金属镀层。1.金属镀层的作用① 防止腐蚀；② 减少连接点的电位差；③ 改善可焊性；④ 减少接触电阻或增加高频电流的电导率；⑤ 为了装饰和保护外观。2.涂层的选择为了保护金属免受腐蚀，需要隔绝金属与周围环境间的化学反应。金属在具体环境中变成溶液的能力可以用金属的电化学电位来反映。如果在该环境中镀层金属的电化学电位小于被保护金属的电化学电位，则镀层甚至在完整性被破坏的情况下也能保护零件，因为镀层金属是可溶的电极，并且比被保护的金属受破坏更快些。而如果在该环境中镀层金属的电化学电位大于被保护金属的电化学电位，则镀层仅能机械保护被保护的金属不被裸露。当镀层的完整性被破坏后，被保护金属将比镀层金属腐蚀得更快。阳极镀层的保护性能及使用期限主要取决于镀层的厚度，而阴极镀层则取决于厚度及孔隙。材料腐蚀的强度取决于周围的环境。选择镀层及厚度应根据良好的、一般的及严酷的环境条件，其厚度的关系是1∶2∶3。为了使铜或铜合金制的零件免受腐蚀，特别是铜的含量小于62%时，建议将零件镀镍，镀层厚度为10～15μm，通电流的铜及铜合金制的零件，可以镀锡，镀层厚度约10μm。长期置于无阳光及无新鲜空气进入的潮湿大气中的零件，锌镀层会受霉菌破坏。四、PCBA的防腐蚀印制电路板的三防措施主要有涂三防漆，硅橡胶封装和采用电接触固体薄膜保护剂。这里我们先对最常用的涂三防漆进行介绍。1 敷形涂覆的目的和功能未经涂覆的PCBA暴露在潮湿的空气中时，在PCBA表面上会形成水分子膜，膜越厚，表面电阻（SIR）越低，对电信号传输的影响越大。典型的影响是产生串扰、漏电、断续式传输，这些都可能导致信号永久中断。未经涂覆的PCBA板上的水汽膜还会为金属丝的生长和金属的腐蚀提供条件，降低介质的介电强度和影响高频信号。落在组件上表面的灰尘、污渍及其他污染物，还会因吸湿过程而加剧上述的各种影响，板面上的导电颗粒还会导致电路短路。敷形涂层是一种半渗透性膜，它允许少许湿气穿透涂层，因此，涂层若长时间暴露于湿度高的环境中，其绝缘电阻会下降，这是所有涂层的共性。2 常用的敷形涂层材料（1）IPC和MIL标准规定的敷形涂层材料有：AR——丙烯酸树脂；ER——环氧树脂；SR——硅酮树脂；UR——氨基甲酸乙脂树脂；XY——聚对二甲苯，对位二甲苯，汽相沉积涂层；PC——氟碳树脂。（2）常用敷形涂度的工艺性能1）丙烯酸树脂（AR）容易施涂，室温下在数分钟内就可干燥到可以触摸，具有所要求的电性能和物理性能，并且具有防霉功能。使用寿命长，固化时放热较少或完全没有放热，从而可防止热敏元器件的损坏，它固化时不收缩。缺点是对溶剂敏感，这也是AR涂层最容易返修的原因。2）环氧树脂 (ER)环氧树脂体系通常是“双组分”化合物，这种涂层具有良好的抗潮湿性、高的耐磨性及抗化学腐蚀性，因此，在返修中这种膜层不能用化学方法去除，而只能用刀或烙铁破坏该层。单组分紫外固化（UV固化）的环氧树脂敷形涂料，对大批量涂覆生产的产品（如镇流器）应用已很普遍。3）氨基甲酸乙脂树脂（UR）UR敷形涂覆材料配方有单组分、双组分、UV固化和水基体系等，所有这些配方都可在长时期内保持优良的抗化学腐蚀和抗湿性能，同时还具有突出的介电性能。单组分UV涂料配方要求施涂工序很仔细，对涂覆和固化的环境要进行严格控制，若涂层太厚或涂覆环境太潮湿，吸湿固化后的UV可能形成许多微小的鼓泡。如果涂层太厚，空气固化的UV敷形涂层可能会产生裂纹或形成鱼鳞状表面。双组分配方材料要求在施涂应用时严格控制湿度。UV固化的UR敷形涂层要求二次固化工艺，以使元器件底部的涂层和UV光照不到的其他地方的涂层固化。水基配方材料的涂层比普通溶剂涂层固化得慢，而且抗化学性和所需要的润湿性都稍差。UR涂层在返修更换元器件时，可用烙铁烫掉。3）硅酮树脂 (SR)SR敷形涂层特别适用于高温应用，工作温度达200℃。SR材料具有高抗湿性和抗腐蚀性及良好的耐热性，故对含有高发热元器件的PCBA，SR是理想的涂覆材料。其缺点是黏附强度较低，涂层容易剥落，且热膨胀系数较高。SR涂层材料也有很多种，如100%热固化型、100%潮湿固化型、100%UV固化型及溶剂基反应型。100%热固化配方广泛用于汽车电子产品。涂有SR涂层的PCBA很难返修，因为它不能用溶剂溶解或用烙铁加热挥发。5）新开发的材料为缩短生产周期，减少或完全消除溶剂的挥发，新型敷形涂覆材料配方得到不断开发，包括许多UV可固化材料和无VOC溶剂的新涂料等。3 对涂覆材料的要求选择敷形涂层时需要考虑的两个方面，即将承受的环境条件及被保护组件的特性，典型的特性包括：① 电气性能（体积和表面电阻率、介电常数、Q值、耐电弧性、介电强度等）：在PCBA上施涂敷形涂层的主要目的之一是提供电绝缘性能，固化后涂层必须具有足够的介电强度、绝缘电阻、较优的介电常数和Q值。② 热性能（耐热性、热膨胀性、热导率、阻燃性）：涂层材料必须具有与组装工艺相匹配的工作温度，在这个温度范围内，涂层除了满足最低的电性能要求外，还必须无物理性能退化，如变脆、开裂、过分收缩等，满足美国UL规定的阻燃性要求。③ 防湿性能（吸湿性和水汽的渗透性）：涂层应具有低的水汽渗透性和吸水性，有足够的抗湿性，在高湿度条件仍能满足最低绝缘电阻的要求。④ 机械性能（对热变化的抗破裂性和耐磨性）：硬度和耐磨性有关，它是涂层保护PCB免受机械损伤的重要指标，并具有一定的挠性，以满足抗热冲击的要求。⑤ 化学性能（抗化学性、抗霉性和水解稳定性）：当涂层工作环境是暴露在严酷的化学环境条件下，如盐雾（海上环境）或温暖潮湿的环境中，会促进微生物如霉菌的生长，故涂层的抗化学腐蚀性就成为选样涂覆的最重要因素。⑥ 良好的工艺性：可适用于浸涂、喷涂、刷涂等多种涂覆工艺，表干时间快。⑦ 涂层应是无色透明（允许添加荧光物质）、涂层下部的各种标识应清晰可见，涂层应光滑、连续、均匀、无气泡、针孔、起皱、龟裂和脱层等现象。往期相关内容:离子迁移效应(一)—总论离子迁移(二)—导电阳极丝离子迁移(二)—银迁移电子元器件盐雾试验长按二维码识别关注我们 查看全文
