电子组件用纳米级三防涂层研究进展

摘要：对于电子组件，传统三防涂料不利于其散热性和导电性，而纳米三防涂层厚度较薄，不影响产品的散热和导电性能，并可改善传统三防涂层的功能。综述了纳米三防涂层的分类和相应特性，介绍了国内外最新研究进展，对纳米涂层在电子组件上的工艺适用性进行分析，总结了纳米涂层应用中的优缺点。

关键词：电子组件;纳米涂层;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

航空电子组件在使用时可能面临湿热、霉菌和盐雾等恶劣的环境，从而影响产品的电性能等。为了提高产品的可靠性，一般采用三防漆对电子组件进行防护。通过在电子组件上涂敷三防漆可有效提高电子组件的可靠性和使用寿命。工业上常用的三防漆有五类，包括丙烯酸树脂类、环氧树脂类、有机硅类、聚氨酯树脂类和聚对二甲苯类[1-3]。这几种三防漆的涂敷技术发展成熟，基本能满足航空用产品的防护要求。然而由于三防漆的涂层厚度相对较厚，涂敷于产品上会影响模块的散热性、导电性和信号传输性，同时会影响产品的外观。此外，三防漆所用溶剂不环保，VOC含量较高，属易燃易爆品，这些问题一直未被解决。因此，发展绿色环保，厚度为纳米级的涂层有很强的现实应用性。本文对两类纳米级三防涂层及其国内外最新研究进展进行概述，并对纳米涂层在电子组件上工艺适用情况进行介绍，指出了纳米涂层用于电子组件的优势和局限性。

1 納米三防涂层的研究进展

纳米涂层指纳米级先进工艺制备的涂层材料，其生产需要较高的科技水平。近些年发展的纳米涂层绿色环保，在使用中不会造成污染。聚对二甲苯涂层可达到微米级厚度，该涂层已成熟应用于印制电路的防护，也符合环保要求[4]。纳米涂层可应用在电子组件类产品，能够防止水气、霉菌和盐雾等对电子器件的侵蚀。

1.1 纳米三防涂层分类

纳米涂层从组成上可分为3类：完全为一种纳米材料体系、两种或以上纳米材料构成的复合体系（称0-0复合）、有纳米材料添加的复合体系（称0-2复合）。第一类完全为一种纳米材料体系的涂层应用较少，尚未实现商业化。而通过向传统的三防涂层添加纳米材料进行改性，能够改善涂层的三防性能[5-7]。根据材料的不同，电子组件的纳米三防涂料可分为两大类，包括纳米改性的氟碳涂料和纳米改性的其他类（除氟碳涂料之外的丙烯酸、环氧树脂、聚氨酯等类）三防涂料。

1.1.1 纳米改性三防涂料

此类涂料为电子组件应用较多的丙烯酸、环氧树脂、和聚氨酯等类纳米改性涂料。利用纳米材料制备的有机硅改性丙烯酸酯涂料可以增强涂料的部分功能[8-10]。董晓娜等[11]利用有机硅改性丙烯酸酯，并借助表面改性处理的多壁碳纳米管与改性丙烯酸酯进行有机复合，有效提升了涂料的导热性能、耐酸碱性及涂层附着力。Yuan等[12]采用浸涂和煅烧的方式制备出聚丙烯酸酯和聚丙烯倍半硅氧烷纳米复合涂料，研究后发现，涂层在热蒸汽环境中具备很好的防雾性能。除此之外，纳米三防涂层的防水性能是其主要特性[13-14]。俞雷[15]对环氧树脂涂料进行改性，将其水化后的形成的乳液与改性的纳米二氧化硅进行共混，制备出环保的水性复合涂料。结果表明，复合涂料在二氧化硅的添加量为2%时表现出最佳的附着力和硬度等级，且其耐水性较好。潘洪波等[16]用纳米二氧化钛和有机硅改性聚氨酯，并通过喷涂方式研制出一种微纳米复合结构的超疏水涂层。

1.1.2 纳米改性氟碳涂料

水性氟碳涂料绿色环保，具有较好的耐温性、耐腐蚀性和防污自清洁功能。利用纳米材料对氟碳涂料进行改性，能够提高涂料的综合性能，将其涂敷于电子组件后可形成疏水涂层[17-20]。

纳米改性材料包括SiO2、TiO2、Al2O3、CaCO3和ZnO等。Wang等[21]采用电纺丝法，将纳米SiO2和聚偏二氟乙烯树脂（PVDF）混合制得SiO2改性氟碳涂料，膜层表面接触角较高，具有超强的疏水性和耐久性。李鑫伟等[22]先用硅烷偶联剂对纳米TiO2改性，再将表面处理过的纳米粒子和氟碳树脂共混分散，所得复合涂料均匀稳定，其附着力、疏水性、自清洁和抗腐蚀性能都得到提高。用粉末纳米Al2O3改性的氟碳涂料，所得漆膜为超疏水涂层，具有150°的接触角，且其抗碱和防腐性能均有增强[23]。CaCO3和ZnO等材料在纳米改性氟碳涂料方面研究较少，可查的文献资料不多。采用共混分散的方式，将纳米CaCO3改性聚偏氟乙烯树脂后制得复合涂层，漆膜接触角超过150°，防水性能极佳[24]。在氟碳树脂中添加纳米ZnO和分散剂，经过调节配比制备的纳米改性涂料，提升了涂层附着力和硬度，同时大大增强了涂层的耐腐蚀性[25]。

1.2 纳米涂层的国内外最新研究进展

纳米三防涂层的研究多数处于实验室研发阶段，实现商品化的较少。在纳米三防涂层的市场化过程中，国内外研究机构都取得了显著的成果。2013年，美国密歇根大学和空军研究实验室联合研发出名为“超全恐液面”的新型纳米涂层，能排斥上百种液体[26]。该纳米涂层涂于纱网或织物上可形成对液体的弹力，赋予衣物抗污染和防止化学品腐蚀的性能;用于船舶可作为先进防水材料，极大地减少水流对船只的拖曳。相比美国在纳米涂层领域的快速发展，国内对纳米三防涂层的研究起步较晚，但仍取得了令人惊喜的成果。2018年，中国科学院宁波材料技术与工程研究所与江苏菲沃泰纳米科技有限公司联合开发出了FT-X系列低温等离子体纳米涂层[27]。研发团队应客户需求开发了多系列纳米防水涂层，满足不同级别的防水标准，已成熟应用于高端智能手机、汽车及海洋工程等电子产品中。在纳米涂层工艺上攻克了单体功能团合成与调控技术和涂层多尺度结构控制技术，该成果突破了国外技术垄断;构建了多尺度梯度纳米涂层体系，解决了防水、防护与散热、透波性、导通性的矛盾。

2 纳米涂层对电子组件的工艺适用性

电子组件的三防涂敷工艺一般分为清洗、掩蔽、干燥、涂敷、固化、去掩蔽和检验工序。掩蔽工序需对电子组件的电连接器、装配区域和其他无涂敷要求部位进行掩蔽保护。纳米涂层在涂料浓度较低且厚度极薄时表面电阻变小，表现出导电性，对于防护要求较低但需导通的连接器可不进行掩蔽工序。由于具有纳米级的厚度，纳米涂层的散热性优于传统三防涂层，可对电子组件上散热芯片直接进行涂敷，无需掩蔽。纳米涂料符合绿色环保的要求，在涂敷过程不会释放有毒物质，操作人员不需佩戴防毒面罩。涂敷工艺多采用浸涂方式，浸涂法有利于获得完整的涂层，对于器件排布密集的电子组件防护效果较好，在去掩蔽工序或维修时可用刷涂的方式修补涂层缺失处。因为纳米涂料固化时间较短，室温下晾置数分钟即可固化，无需增加加热设备。涂层固化后还需对其检验，当涂料中添加UV指示剂时可用紫外灯配合检验，有利于控制涂层的外观和质量。产品上元器件返修时可用专用溶剂去除纳米涂层，或直接用电烙铁加热涂层即可去除。因此，从工艺角度分析，纳米涂层有助于优化三防涂敷工艺，有利于施工操作。

目前，纳米涂层在电子组件的三防领域得到部分应用，但和传统三防涂层相比仍存在一定的局限性。首先，纳米涂层因固化时间短，浸涂后形成的涂层均匀性不佳，导致其成膜性较差。其次，纳米涂层成膜后厚度薄，相比传统三防涂料其附着力较差。此外，纳米涂料研制工艺较多，但适用于纳米三防涂料的技术尚不完全成熟。

结语

对于电子組件的三防涂敷，采用纳米改性三防涂层能够改善传统三防涂层的功能，解决散热性和导电性等问题。新型纳米三防涂层在使用时不产生有毒气体，符合国家提倡的环保要求，同时涂层的防水性能得到极大的提升。从工艺角度看，纳米涂料便于三防涂敷的施工操作，但其成膜性能较差是制约其应用的局限性。在电子组件的三防领域，纳米三防涂料的生产技术也未能发展到成熟应用的地步。总的来说，纳米三防涂料是未来电子组件三防涂敷应用的一个潜在方向，有望替代传统三防涂料。

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作者简介：张翔（1994—  ），男，汉族，陕西渭南人，硕士，助理工程师，研究方向：印制板“三防”工艺技术。