信号产品点胶与敷形涂覆研究

信号产品点胶与敷形涂覆研究

何国松

上海铁路通信有限公司  上海市 201107

摘要：为了提高信号产品对恶劣环境的抵抗能力，保持长期使用的可靠性，需要对BGA元器件进行点胶，以保证芯片焊接后可以长期使用，试验了常用的BGA点胶模式。一些信号产品的使用环境较为恶劣，其内部电路板在潮湿、高温、盐雾等条件下容易产生腐蚀、变形、霉变等问题，会很大程度上降低信号产品的性能和使用寿命。因此，一般会在信号产品的PCBA上涂覆一层保护漆，用于电子元器件的防潮、防盐雾及防霉。随着信号产品的规模化生产，传统的接触式敷形涂覆技术已无法适应市场需求，而选择性自动涂覆技术由于高精度等优势，正在逐渐占领信号产品涂覆市场。

关键词：信号；点胶；敷形涂覆；PCBA

针对恶劣环境条件下信号产品内部的PCBA，为保证产品可靠性，需要对BGA元器件进行加固。同时，随着客户对信号产品PCBA的敷形涂覆质量要求提高，找到合适的敷形涂覆工艺来更好保证产品质量也成亟待解决的问题。

一、信号产品BGA点胶材料和工艺选择

在信号产品的PCBA上焊接BGA球栅阵列封装器件，其焊点和引脚主要承担着传递电信号、提供散热途径与结构支撑等作用。然而贴装后BGA器件的焊点抗疲劳能力差，结构脆弱，在外界载荷的应力场条件下，容易造成焊点断裂失效。为提高产品抗恶劣环境和保持产品长期使用的可靠性， 需要对 BGA元件进行点胶加固，以确保芯片焊后可长期使用，找到合适的胶粘剂和工艺可以有效地提升PCBA的可靠性。

大多数BGA区域点胶材料选用单组分热固化的环氧树脂胶。目前使用的BGA点胶材料种类繁多，有美国乐泰的UF3808、UF3810 等型号。在实验过程中，我们选择了LOCTITE公司生产的BGA点胶材料UF3810。使用江苏高凯精密流体技术股份有限公司生产的GK-800点胶机，利用其压电阀对BGA底部进行点胶，效果较好。

信号产品的BGA点胶工艺选择。BGA底部点胶长度应尽量长，并保证一定宽度，点胶高度应大于焊点高度，同时，要保证BGA底部的空气能够充分排出，以避免空洞的产生，通过试验发现，“U”型点胶方式与“L”型点胶方式相比，底部填充效果更好。通过解剖发现，“U”型点胶方式底部填充的更加充分。

二、敷形涂覆技术的分类及特点

随电子技术的发展，当代的信号产品无论从产品功能上还是运算速度上相比于以前的信号产品都有较大的提升。而随着信号产品制造商对消费市场争夺的日趋激烈，市场对信号产品涂覆质量的要求也越来越高。

为满足信号产品的制造要求，其敷形涂覆方式逐渐由工人手工刷涂向生产线自动喷涂方向转变。目前在PCBA敷形涂覆领域主要用到的工艺为以下几种。

（一）刷涂法

在所有的三防漆涂覆工艺中，刷涂法是其中最为简单的一种方法。刷涂

过程不需要复杂的设备，通过手工操作即可完成。刷涂法的优点：①刷涂过程的成本较低。②对材料利用率较高。③对于电路板上不允许涂覆的电子元器件，可以在涂刷过程中人为规避，而不需要进行遮盖工艺。缺点主要为：①由于手工刷涂，电路板涂覆质量全靠经验控制，不同的操作人员刷涂质量有所差别，一致性差。并且由于人为操作，容易出现电路板不同区域三防漆涂层薄厚不均的现象。②生产效率较低，不适合工厂规模化生产。③由于人工成本在逐渐增加，从长远利益看来，人工刷涂的成本要远高于机器喷涂成本。

（二）手工喷涂法

手工喷涂一般是采用手持式喷枪进行喷涂，其优点是成本较低，喷涂设备也较简单，一般采取喷枪+空气压缩机+气管的组合。但它需要比较大的空气压力才会形成喷雾，因此对气压要求较高。且喷涂过程中对操作的精确性要求也比较高。

（三）机器选择性喷涂法

机器选择性喷涂是当今业界研究的热点，近几年来发展迅速，出现了很多相关性技术。其工艺过程采用自动化设备及程序控制，可以选择性的喷涂在PCBA的相关区域，一般较为适用于中大批量的PCBA生产过程中。

通过生产线上的视觉定位系统，识别电路板位置，并利用程序对电路板进行选择性喷涂，避开不允许喷涂的元器件。因此，在喷涂过程中一般不需要用遮蔽胶带，生产效率较高。选择性涂覆相较于其他涂覆方式，优点十分明显：①涂覆工艺过程中不需要对电路板某些区域用遮蔽胶带进行遮盖，免除了粘贴与去除遮蔽胶带工序耗费的大量人力物力，有利于提高生产效率。②适合喷涂各种材质的涂覆材料。③材料的利用率较高，通常可达95%以上。④选择性涂覆一致性好。

三、涂敷机的选择和三防漆配比研究

全自动选择性涂敷线提供一个清洁、高效的全自动选择定位三防喷涂过程，避免喷涂到所选择的区域外，从而免去覆膜、去膜及修复过程，完成焊接面喷涂的PCBA板卡经过接驳台、UV检测台进入固化炉固化，通过升降机回传到进板位置，再通过涂敷机完成元件面自动喷涂。

随着客户对涂覆质量要求提高，一些信号产品要求干膜厚度为40-60μm，还有一些信号产品要求干膜厚度为80-120μm。为了满足客户需求，对涂敷机的喷头和三防漆的型号进行选型实验。

PVA650涂敷机的FC100针状喷头精度较高，可适合喷涂的三防漆粘度范围较大，且设备本身编程简单智能。通过实验发现，将供料压力调为0.2MPa，采用亿铖达PU1030-45S的聚氨酯三防漆， 其固含量为45%，使用旋转式粘度测试仪测得其粘度范围为100±20cp（室温），有很好的喷涂效果，干膜厚度可以做到80-120μm。采用PVA650涂敷机的FC100针状喷头，使用HumiSeal 1B73EPA三防漆和HumiSeal T600稀释剂按照4：1配比搅拌后的三防漆，其粘度值为120±20cp（室温），将供料压力调为0.2MPa，喷涂过程中不会产生气泡，干膜厚度可以做到40-60μm。喷涂厚度控制，还需可以结合流量、喷涂间距和喷涂速度进行控制。配漆操作在18-30℃环境下进行，配比后需用搅棒将胶料搅拌至少5分钟。搅拌方式按顺时针搅动,避免人为增加气泡。搅拌完需将胶料静置10分钟以上，消除在搅拌过程中产生的气泡。将胶料倒入机器装胶桶内，倒入时动作应缓慢，防止飞溅和产生大量气泡，倒入后放置10分钟以上，再盖上胶桶盖，打开气压。

诺信ASYMTEK SL-940涂敷机的选择性薄膜喷头SC-280C的喷涂效率较高，编程时对一些狭小位置可用精密喷射阀SC-400进行辅助喷涂。选择性薄膜喷头SC-280C适宜喷涂的三防漆粘度一般在100cp以下，对很多三防漆都有一定的限制，有时需要通过稀释剂配比解决。通过实验发现，使用 HumiSeal 1B73EPA三防漆和HumiSeal T600稀释剂按照3：1配比搅拌后的三防漆，使用旋转式粘度测试仪测得其粘度值为80±20cp（室温），干膜厚度可以做到40-60μm。可用干膜测厚仪测其固化后的涂层厚度。

    结论：信号产品PCBA的基板、电子元器件及微型焊点，在潮湿、高温、腐蚀和振动等恶劣环境下，很容易造成产品的断裂、腐蚀和电迁移失效，而更主要的失效模式为机械与热应力导致的开路失效。因此，为提高BGA等封装器件的可靠性，对它们实施有效的点胶工艺是必要的。信号产品不做敷形涂覆，在恶劣工作环境下更容易使产品产生损坏失效的风险；信号产品不点胶，微型焊点及器件本体易遭受热应力和机械应力的危害损伤。采用选择性涂覆方式能更好的保证产品质量，采用不同涂敷机喷头和三防漆可以做出不同干膜厚度要求的产品。

参考文献;

[1]杨小健，赵鑫，张琪，沈丽. 印制板组件上BGA/CSP 器件底部灌封工艺研究.2019.

[2]蔡颖颖. 电子组件（PCBA）用三防涂料评估体系的建立及应用.2020.