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電子產品常見防水設計方案與施工作業流程

發布時間:2016-07-25 10:24:56

    每當公司新上的項目客戶提出做防水防潮防鹽霧的需求后,最先忙起來的是結構攻城師們,為了能達到目標并且不耽誤工期,為了能順利通過驗收,多少日日夜夜奮斗在一線研究各種模具,滿腦子注塑、密封、排氣、膠墊、導流,散熱,變形,開模成本……


    我們非常糾結到底要怎么去改善外觀模具來應付多少有點挑剔的客戶。畢竟哈佛的教授都說不能保證百分百做到防水,可見電子產品防水難度之大,所以,青山新材小編認為如何讓產品防水工藝更簡單,需要我們去思考改進并大膽嘗試,我們所做的每一分的努力都是為了無限的接近完美防水極限。


電子產品常見的防水設計方案


一、結構防水


結構防水是電子產品防水最為傳統的模式,也應該是大多數工程師們最先想到的辦法,主題思想是疏水,導流,外部封裝與內部電氣部分的有效隔離,產品的模具設計以及各種封堵是要點,當然越是復雜模具的成本也不便宜。比如前幾年部分防水手機在設計耳機孔,充電口時候采用防水蓋等設計方法,就是從外部著手去堵水,從而達到防水的目的。

手機防水設計

手機防水設計


即便是從結構上做很多的改變依然無法更好的阻止水氣的浸入,因為電子產品特別是手機、耳機類的產品是使用非常頻繁的產品,使用者對外觀的人為非人為破壞都是隨時存在的,外觀在使用過程中自身也存在著變形的風險,外觀結合處的縫隙也會隨之變形,成為潛在的擔憂。


二、灌封防水

灌封方式防水目前常見的是采用環氧樹脂灌封膠,是用于電子產品模組的灌封,可以將整個PCB板包裹其中,從而起到防水、防潮、防鹽霧、防霉菌、抗震、抗外力沖擊等,環氧樹脂是飽和性樹脂,以其為基材生產的環氧樹脂灌封膠具有本體強度高、粘接力強、耐候性好、收縮率低、絕緣強度高、環保等特性,灌封后能在-45-120℃間穩定的機械和電氣性能。能對電路板全方位保護,極大提高電路板的使用壽命。但同時也存在一些比較致命的問題,比如PCB板的散熱將會非常受影響,最麻煩的是產品幾乎沒有返修的可能,或者說返修成本過高。

電子產品樹脂灌封膠防水

電子產品樹脂灌封膠防水


三、表面涂層防水


(1)三防漆類

三防漆也叫線路板保護油、披覆油、防水膠、絕緣漆、防潮漆,三防漆類產品普遍比較厚,基本上涂層厚度會達到50微米,散熱不好,粘稠度高,一公斤產出比較低,干燥慢,甚至要一兩小時才能干,三防漆是在電子產品PCB板上涂覆固化一層膠膜,用于電路板防潮、防腐蝕、防鹽霧,但這層膜只能防護潮氣和少量的水份,如果電子產品完全浸入水中工作它就會失效;由于三防漆自身工藝原因,因此不抗摔、不抗振動,受外力沖擊容易剝落,對PCB板的防護作用非常有限,用肉眼直接觀察很難看出來是否涂覆均勻。目前很多三防漆依然使用揮發性溶劑,對人體與環境有很大傷害,這對于一些產品要出口歐美的制造企業來說環保不能達標。

灌封膠對電路板的防護作用超過三防漆。如果只要起到一個最基本的防護作用,是可以選用三防漆防護。

電路板三防漆

電路板三防漆

(2)PCB納米涂層

      電路板納米防水涂層,是一種納米新材料,也叫納米涂層,目前較理想的三防漆替代品,厚度僅2-4微米,肉眼看不到,在PCB表面形成一張極薄的網,有效降低PCB表面能量,形成荷葉效應,散熱性能好,不影響連接器正常導電,防水可以達到IPx5,基本滿足生活防水標準,也可以防腐蝕,抗酸堿鹽。

      目前中高端運動耳機防汗就用這種涂層技術,還有電子煙防煙油對電路板的腐蝕也是這種村料,因為電子煙煙油一旦漏到主板上,將對主板上的元器件造成腐蝕,包括即將要上市的iphone 7據外媒根據蘋果公司的新專利猜測說也可能用這種涂層的。

      納米涂層在操作方面非常簡單,直接把線路板在納米防水液里浸泡幾秒取出來自然晾置10分鐘就可以了。無需等待24小時,維修方便,并且符合RoHS,REACH,MSDS歐盟環保認證,行業內口碑和品質都比較好的是青山新材TIS納米涂層,青山新材已與知名耳機廠商牽手合作。

納米涂層表面與普通PCB表面的對比


納米涂層疏水表面

PCB納米涂層表面超疏水現象



電子產品防水防潮常見操作方法

目前市場上的電子產品納米防水防腐蝕材料大體上分為以下三種,各有優缺點,在此青山新材小編簡要的總結一下幾種防水涂層的性能,為廣大即將要使用納米防水涂料的生產者提供一點參考。


一、表面噴霧式納米防水涂層

采用表面噴霧的形式,使手機或者平板電腦表面形成一層納米膜,從而從外部阻止水氣的進入,達到防水的效果

手機防水噴涂

手機防水噴涂

優點:操作簡單

缺點:抗磨損能力較弱,畢竟涂層是在產品的外殼部分,外殼是各種物品接觸最密切的部分,面對太多復雜的使用環境,損傷率會大大加快,并且產品在使用的過程中外觀有變形的風險,一旦變形就無法保證水氣對內部電路板的影響。

建議:可使用到一些短期需要防水功能的產品上


二、鍍膜機真空噴霧式防水涂層

這種技術是采用真空鍍膜機將防水劑在真空條件下采用噴霧的形式從產品外觀的隙縫中噴入產品內部,目的還是為了讓防水劑更廣泛的去接觸電路部分,但由于各種產品的外觀結構不一樣,密封性也不一致,所以噴霧之后防水劑在產品內部形成的涂層往往不完整。

優點:可多臺設備同時運作,加快效率

缺點:需要購買一定數量的設備,首先設備的質量會影響鍍膜的質量,況且有些設備的宣傳效果遠大于實際應用效果,因此在很大程度上會受制于設備的性能,按照其原理來看,不同的手機,不同的密封程度都會對產品內部的噴霧效果有不同的反應,很容易造成覆膜不完整,良率不好保證。

建議:要有比較好的設備,還要有好的防水劑。

手機防水真空鍍膜機

手機防水真空鍍膜機


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三、PCBA浸泡式納米涂層

    這種技術是目前比較有趨勢的做法,即將PCB上的元器件全部貼裝完成后在生產線加入一道工序,就是將線路板直接在納米防水液中浸泡,浸泡時間只需3-5秒,取出后自然常溫晾置10分鐘左右即可裝殼,非常方便,無須購置鍍膜機之類的設備,結膜也很完整。

    重中之重在于所使用的納米液的品質一定要過關,并且能達到國際市場對產品品質的要求,比如青山新材TIS納米防水液就能RoHS,REACH 168項檢測認證,以及MSDS化學品安全檢測,膜厚只有2-4微米,肉眼不可見,微觀上由非常細微的納米顆粒組成一張防水網,但納米顆粒間有空隙,利用氣相沉淀原理有效的降低PCB板表面能量,使水滴與線路板表面的接觸角變大,形成荷葉效應,超市疏水,由于涂層很薄,因此散熱性能很好,而目前市面上常見的三防漆類產品,普遍膜厚50微米左右,散熱和環保性能都要比TIS納米涂層差。

    同時納米涂層式防潮防水因為其優異的性能而逐漸成為趨勢,據相關消息透露即將要發布的iPhone 7/7 plus就會采用這種納米防水涂層,包括360發布的新品全身水洗手機,MEIZU EP51運動耳機等都采用的納米涂層防水材料和技術。國內市場以青山新材TIS納米涂層為代表的材料已被知名耳機廠商,電子煙廠商,軍工企業,空調巨頭等廣泛采用。

手機納米防水

手機納米防水

PCB納米防水涂層-浸泡作業圖

PCB納米防水涂層-浸泡作業圖

優點:操作簡單,無須增加設備投入,無須真空環境,涂布均勻,只需要將PCBA在納米防水液中浸泡幾秒就可以,做完涂層后并不影響連接器的導電性,可以防酸堿鹽腐蝕,因為直接涂布在PCB板上,產品外觀的變形損傷不會對PCB形成明顯的影響,由于是基于PCBA浸泡涂布的,所以幾乎適用于所有電子產品。

缺點:目前還無法單靠PCB納米涂層做到7級以上防水,只適用于生活防水

建議:納米防水液的選擇很重要,市場上各種納米防水涂料,價格差距很大,當然性能差距也很大,這就要求我們制造商要多測試同類型產品,對比性能,最終選擇質量優異的納米涂料。

不論納米涂層如何去涂布,其核心是納米防水液,納米防水液的科技含量將直接決定納米涂層的性能和質量,因此選擇質量可靠,口碑良好,并且經測試實驗性能表現穩定的納米防水涂料是廣大電子制造業廠家應該考慮的問題。


四、刷涂表面漆

    比如常見的三防漆、防水膠,還有目前的新材料納米涂層,都可以采用刷涂的方式施工作業,刷涂方式操作起來比較靈活,適合表面積比較小的線路板或者元器件單獨涂覆。

三防漆刷涂

三防漆刷涂

對于納米涂層類材料也是可以采用刷涂的方式來作業,可應用于局部防潮防水,比如單個元器件,另外在產品進行返修的時候如果更換過某些元器件,則可以采用刷涂的方式在維修過的位置重新涂布納米涂層。


當然還有其它不太常用的防水工藝,比如用石蠟涂布、用白凡士林灌封、使用超密封機盒、硅橡膠灌封等,但都會存在維修不便,發熱嚴重,成本昂貴,氣味太大,揮發物有害等大大小小的問題,需要工程師根據產品特性及品質要求來選擇合適的工藝和材料。


最后,我們不得不討論一個事實,就是在防水需求被提出時客戶的期待往往是很高的,比如一開始就要求產品的測試值要達到某個峰值,比如要求水中浸泡720小時后正常,在進行了一個月的測試后發現超過9成的防水材料根本無法達到這個要求,回歸到真實應用場景,實際上這個產品僅需要達到浸泡72小時即可,所以期待的目標值與最終確定下來的可行性方案可能會有出入,更應該本著最真實需求的方向去找尋解決方案。

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