CN110113892A - 一种应用于pcb的多层复合防护层及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于PCB的多层复合防护层及方法，包括由内到外的纳米二氧化硅涂层、Parylene C涂层、环氧树脂涂层。Parylene C涂层的厚度为30um‑40um。应用的方法为：1)对PCB的表面进行清理、除湿；2)清理后的PCB浸泡在纳米二氧化硅液体中，得到表面涂覆纳米二氧化硅的PCB；3)在表面涂覆纳米二氧化硅的PCB的表面利用真空化学气相沉积法涂覆Parylene C材料；4)在步骤3)得到PCB表面涂覆环氧树脂材料。实现了PCB的良好的防水性能，能够在浸水的环境中正常工作，且具有良好的机械性能。

Description

一种应用于PCB的多层复合防护层及方法

技术领域

本发明属于防水密封材料制备技术领域，具体涉及一种应用于PCB的多层复合防护层及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前工作于水下、潮湿、闷热环境中的PCB密封防护方式主要采用三防漆、配合灌封胶的方式将PCB完全包覆密封比较高的厚度，导致产品重量过重。发明人发现，此方法占据了其他零部件有限的结构空间，此且胶体固化时间长、PCB尺寸消耗灌封胶成本较高，且后续维护时需要扣胶、溶解胶体时比较消耗人工工时，也容易破坏电子元器件、不利于故障现象的复原、分析。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种应用于PCB的多层复合防护层及方法。本发明的防护层是一种降低成本、满足产品的小型化、轻量化设计、同时有效解决PCB浸水中可正常工作的密封方式，采用以纳米材料、聚对二甲苯材料(Parylene C)、环氧树脂为主体，采用分层分工保护机制，该方法可以实现PCB密封、防水、防潮工艺低成本、高效率、测试、维修均方便目的。同时释放出大量的结构空间，实现了产品小型化、轻量化的设计目标。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种应用于PCB的多层复合防护层，包括由内到外的纳米二氧化硅涂层、ParyleneC涂层、环氧树脂涂层。

本发明制备的多层复合防护层使PCB具有较好的防潮、防水性能，能够在水中正常工作，现有技术中制备的PCB的镀膜，均是在正常的使用环境中的防水性能和防腐蚀性能有所提高，本发明所制备的多层复合防护层实现了PCB工作在浸水的环境中的特点。

在一些实施例中，纳米二氧化硅涂层的厚度为500-1000nm。此厚度可以有效提高电路板耐腐蚀、耐刮擦、划伤性能。

在一些实施例中，纳米二氧化硅为球形粒径为7-30nm的纳米二氧化硅粒子。粒径越小，表面能越大，则其活性越高，其亲和力、吸附力和补强性能越好，产品的结合力会越强。液态的纳米二氧化硅粒子可深入到高分子化合物的分子键附近，形成空间网络结构，在高分子化合物表面性能一层极其致密的薄膜，固化后从而提高高分子化合物的力学性能、耐磨、耐老化腐蚀性能。

在一些实施例中，Parylene C涂层的厚度为30um-40um。

经过反复分组镀膜实验，发明人发现镀膜厚度在30-40um时，PCB镀膜的成本适中，镀膜后在耐磨、耐酸碱盐油、高温高湿、冷热交变冲击试验过程中防水性能表现最优异。

在一些实施例中，环氧树脂的型号为YF-3508，环氧树脂涂层的厚度为0.5-1mm。

上述复合防护层作为防水材料在电子元器件中PCB的应用。

在一些实施例中，电子元器件包括办公设备、家用电器、交通工具、通讯设备、医疗仪器、工业设备、军事设备、航天设备、水下设备；具体地，电子元器件为电脑、打印机、复印机、摇控器、充电器、计算器、数码相机、收音机、电视机、有限电视放大器、手机、洗衣机、电子秤、电话、LED灯具、空调、电冰箱、音响、MP₃、GPS、汽车、飞机、军事武器、导弹、卫星、水下摄像机云台、船用设备、水下灯具、防水手机、电话手表。

上述应用的方法：具体步骤为

1)对PCB的表面进行清理、除湿；

2)清理后的PCB浸泡在纳米二氧化硅液体中，得到表面涂覆纳米二氧化硅的PCB；

3)在表面涂覆纳米二氧化硅的PCB的表面利用真空化学气相沉积法涂覆ParyleneC材料；

4)在步骤3)得到PCB表面涂覆环氧树脂材料。

在一些实施例中，步骤1)中除湿的方法为将PCB置于老化室或者烘箱中烘干。

在一些实施例中，纳米二氧化硅液体成分为7-30nm的球形二氧化硅粒子，在纳米二氧化硅液体中浸泡的时间为5-10秒。

在一些实施例中，PCB表面涂覆环氧树脂的方法为浸胶法，将PCB进入环氧树脂液体中。优选的，浸胶的时间为5-10秒。

所述二氧化硅材料以一种具有极强的疏水、憎水效果的无机材料，对PCB环氧板材有优异附着力，涂覆成膜后物体表面水珠犹如在荷叶上一样滚落，类似荷叶效应，使附着在物体表面的灰尘，污垢随着水珠重力快速滑落，带走基材表面灰尘和大部份污垢，不留水痕迹，达到了双重自洁净的功效。将二氧化硅纳米材料在PCB表面固化成膜后，它是一种超薄涂层，涂层具有高硬度，优秀的耐候性，出色的屏蔽效果，优良的耐酸性及耐腐蚀性，优秀的抗刮性，尤其充分的应用了其疏水性、疏油性，使PCB获得了良好的防水性能、机械性能、耐化学性能。

所述聚对二甲苯，是一种完全线性的高度结晶结构的材料，聚对二甲苯材料系列中的Parylene C由相同的单体制成，只是将其中的一个芳香烃氢原子用一个氯原子所取代，Paryleng C将良好的电性能，物理性能结合在一起，并且对于潮湿和其它腐蚀性气体具有低渗透性。可以提供真正的无针孔覆形隔离，防止PCB遭受液体、潮气、化学物品等气体的侵蚀，Paryleng C是涂敷重要PCB的首选材料。

所述环氧树脂，是一种双组份树脂材料，其硬度高、机械性能强、附着力强、吸水率低，对PCB提供了最外侧、最基础的物理防护层。

本发明的有益效果：

1)该密封方法打破了单一胶体的传统密封方式，解决了精密PCB密封防护结构空间有限的难题，采用分层、不同材料分工防护的方式，通过反复实验PCB覆膜的材料、厚度、层数，最终实现了完全裸露元器件的PCB工作在浸水环境中。

本发明中纳米材料、聚对二甲苯、环氧树脂组合密封的方法能够满足有效的防水防潮密封。本方法充分利用了纳米材料二氧化硅的疏水、疏油特性，聚对二甲苯材料优异的、完全线性的、无针孔覆形隔离屏蔽性能、低渗透性。有效的保护PCB及元器件免遭液体、潮气、化学物品等气体的侵蚀。同时本方法中充分利用了环氧树脂的高硬度、强附着力、胶体密度大、沸水中吸水率低等特点充分弥补了纳米材料和聚对二甲苯材料镀膜厚度单薄的缺点，为PCB提供了强大的物理机械防护性能。

2)该密封方法，已经实现了在水下工作、潮湿环境中的重要PCB防护的批量应用，节约了大量的人工成本、密封胶成本、维护检修成本、提高了产品自动化生产程度、实现了产品的轻量化、小型化设计目标。克服了传统工艺密封胶体用量大、重量大、固化时间长、占用大量结构空间、返修不便等缺点。

3)本发明密封方法环保、工艺简单、尤其防水性能强。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明PCB进行防水处理的工艺流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中所介绍的，针对现有PCB采用灌封胶将PCB完全包覆，导致密封胶厚度高、产品重量大，占据其他零部件有限结构空间，且胶体固化时间长、PCB尺寸消耗灌封胶成本较高，且后续维护时需要扣胶、溶解胶体时比较消耗人工工时，也容易破坏电子元器件、不利于故障现象的复原、分析。PCB胶体固化时间比较长、成本较高、后续维护不便的问题。

本发明的防护方式的设计充分利用纳米材料二氧化硅的疏水、疏油特性，聚对二甲苯材料优异的、完全线性的、无针孔覆形隔离屏蔽性能、低渗透性。但是纳米材料与聚对二甲苯材料存在密度低，镀膜单薄缺点。本方法中充分利用了环氧树脂的高硬度、强附着力、胶体密度大、沸水中吸水率低特点充分弥补了纳米材料和聚对二甲苯材料镀膜厚度单薄的缺点，为PCB提供了强大的物理机械防护性能。采用多种材料分层、分功能防护的工艺处理方式，对PCB提供一种满足物理、化学、机械性能多方面的综合防护。

下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

(1)首先采用二甲苯对PCB以及元器件进行清洗，清洗干净PCB表面的松香、助焊剂、油污等其他杂物。

(2)将PCB采用除湿工艺，进入烤箱烘烤，将PCB、元器件在存储流转过程中吸入的潮气排出。

(3)将PCB浸入纳米材料二氧化硅溶液中，需要PCB表面完全排气泡结束后，将PCB取出，晾干。

(4)采用真空镀膜机，利用化学气相沉积法，对PCB进行真空镀膜。其中镀膜机以及镀膜材料均采用了上海派拉伦的镀膜机，采用Paryleng C材料。镀膜厚度在30um。

(5)将PCB浸入环氧树脂中，反复浸入YF-3508环氧树脂中，厚度约0.5mm，等待胶体固化。

对上述复合防护层进行检测，结果如表2所示。

表2性能测试结果

实施例2

(1)首先采用二甲苯对PCB以及元器件进行清洗，清洗干净PCB表面的松香、助焊剂、油污等其他杂物。

(2)将PCB采用除湿工艺，进入烤箱烘烤，将PCB、元器件在存储流转过程中吸入的潮气排出。

(3)将PCB浸入粒径为7-30nm的纳米材料二氧化硅溶液中，需要PCB表面完全排气泡结束后，将PCB取出，晾3-5分钟，得到500-1000nm的膜层。

(4)采用真空镀膜机，利用化学气相沉积法，对PCB进行真空镀膜。其中镀膜机以及镀膜材料均采用了上海派拉伦的镀膜机，采用Paryleng C材料。镀膜厚度在35um。

(5)将PCB浸入环氧树脂中，反复浸入YF-3508环氧树脂中，厚度约0.7mm，等待胶体固化。

实施例3

(1)首先采用二甲苯对PCB以及元器件进行清洗，清洗干净PCB表面的松香、助焊剂、油污等其他杂物。

(2)将PCB采用除湿工艺，进入烤箱烘烤，将PCB、元器件在存储流转过程中吸入的潮气排出。

(3)将PCB浸入粒径为7-30的纳米材料二氧化硅溶液中，需要PCB表面完全排气泡结束后，将PCB取出，晾3-5分钟，得到500-1000nm的膜层。

(4)采用真空镀膜机，利用化学气相沉积法，对PCB进行真空镀膜。其中镀膜机以及镀膜材料均采用了上海派拉伦的镀膜机，采用Paryleng C材料，镀膜厚度在40um。

(5)将PCB浸入环氧树脂中，反复浸入YF-3508环氧树脂中，厚度约1mm，等待胶体固化。

对比例1

与实施例1不同的是步骤(2)和步骤(3)调换顺序。由于纳米二氧化硅为球形粒径为7-30nm的纳米二氧化硅粒子,粒径越小，表面能越大，则其活性越高，其亲和力、吸附力和补强性能越好，其粒子可深入到高分子化合物的分子键附近，形成空间网络结构，在高分子化合物表面性能一层极其致密的薄膜，固化后从而提高高分子化合物的力学性能、耐磨、耐老化腐蚀性能。二氧化硅材料与PCB产生良好的附着吸附性。聚对二甲苯材料在附着、吸附方面的性能不如二氧化硅粒子与PCB结合出色。因此对PCB的防护第一层优选采用二氧化硅材料。

对比例2

与实施例1不同的是聚对二甲苯为Paryleng C、ParylengN、ParylengD粉的混合粉，涂层厚度相同，得到的防护层的效果为防水性能下降，工件在水下的环境中正常工作的时间缩短。ParylengN、ParylengD和Paryleng C混合形成的保护层，虽然较致密，可以起到一定的防潮防护作用，但是这个厚度的膜层，无法满足电路板长期工作在浸水环境中。尤其一些电容元器件容易出现受潮漏电流增大，导致PCB无法正常工作。

对比例3

与实施例1不同的是Paryleng C涂层的厚度为20um或50um。经过试验镀膜厚度在25um，时，霍尔检测开关PCB浸水2周发现PCB功耗明显增大，元器件有受潮现象。发明人发现如果Paryleng C的涂层厚度较薄20um，在泡水工作14天后，电路板上电容出现受潮现象。镀膜厚度如果超过30-40um，将导致电路板的镀膜成本昂贵，再之镀膜外层有环氧树脂薄膜满足最基础的物理刮碰、摩擦等机械性能防护，没必要增加昂贵的聚对二甲苯成本来提高电路板的防护性能。

浸水工作实验

选择霍尔检测开关的PCB电子器件，涂覆本发明的实施例1的保护层，涂覆后的保护层，在完全浸水的环境中进行工作实验，得到的结果为，工作30天后仍然能够正常工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于PCB的多层复合防护层，其特征在于：包括由内到外的纳米二氧化硅涂层、Parylene C涂层、环氧树脂涂层。

2.根据权利要求1所述的复合防护层，其特征在于：纳米二氧化硅涂层的厚度为500-1000nm。

3.根据权利要求1所述的复合防护层，其特征在于：纳米二氧化硅的粒径为7-30nm。

4.根据权利要求1所述的复合防护层，其特征在于：Parylene C涂层的厚度为30um-40um。

5.根据权利要求1所述的复合防护层，其特征在于：环氧树脂的型号为YF-3508，环氧树脂涂层的厚度为0.5-1mm。

6.权利要求1-5任一所述的复合防护层作为防水材料在电子元器件中PCB的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：电子元器件包括办公设备、家用电器、交通工具、通讯设备、医疗仪器、工业设备、军事设备、航天设备、水下设备；

优选的，电子元器件为电脑、打印机、复印机、摇控器、充电器、计算器、数码相机、收音机、电视机、有限电视放大器、手机、洗衣机、电子秤、电话、LED灯具、空调、电冰箱、音响、MP₃、GPS、汽车、飞机、军事武器、导弹、卫星、水下摄像机云台、船用设备、水下灯具、防水手机、电话手表。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：在PCB表面制备复合防护层的方法，具体步骤为：

1)对PCB的表面进行清理、除湿；

2)清理后的PCB浸泡在纳米二氧化硅液体中，得到表面涂覆纳米二氧化硅的PCB；

3)在表面涂覆纳米二氧化硅的PCB的表面利用真空化学气相沉积法涂覆Parylene C材料；

4)在步骤3)得到PCB表面涂覆环氧树脂材料；

优选的，步骤1)中除湿的方法为将PCB置于老化室或者烘箱中烘干。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：在纳米二氧化硅液体中浸泡的时间为5-10秒。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：PCB表面涂覆环氧树脂的方法为浸胶法，将PCB进入环氧树脂液体中；

优选的，浸胶的时间为5-10秒。