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電子產(chǎn)品常見防水設(shè)計方案與施工作業(yè)流程

發(fā)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(jié)構(gòu)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(jié)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(chǎn)品防水難度之大,所以,青山新材小編認為如何讓產(chǎn)品防水工藝更簡單,需要我們?nèi)ニ伎几倪M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(chǎn)品常見的防水設(shè)計方案


一、結(jié)構(gòu)防水


結(jié)構(gòu)防水是電子產(chǎn)品防水最為傳統(tǒng)的模式,也應該是大多數(shù)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(nèi)部電氣部分的有效隔離,產(chǎn)品的模具設(shè)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(shè)計耳機孔,充電口時候采用防水蓋等設(shè)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(shè)計

手機防水設(shè)計


即便是從結(jié)構(gòu)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(chǎn)品特別是手機、耳機類的產(chǎn)品是使用非常頻繁的產(chǎn)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(jié)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(huán)氧樹脂灌封膠,是用于電子產(chǎn)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(huán)氧樹脂是飽和性樹脂,以其為基材生產(chǎn)的環(huán)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(huán)保等特性,灌封后能在-45-120℃間穩(wěn)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(chǎn)品幾乎沒有返修的可能,或者說返修成本過高。

電子產(chǎn)品樹脂灌封膠防水

電子產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(fā)性溶劑,對人體與環(huán)境有很大傷害,這對于一些產(chǎn)品要出口歐美的制造企業(yè)來說環(huán)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(wǎng),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(shù),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(jù)外媒根據(jù)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(huán)保認證,行業(yè)內(nèi)口碑和品質(zhì)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(xiàn)象



電子產(chǎn)品防水防潮常見操作方法

目前市場上的電子產(chǎn)品納米防水防腐蝕材料大體上分為以下三種,各有優(yōu)缺點,在此青山新材小編簡要的總結(jié)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(chǎn)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(yōu)點:操作簡單

缺點:抗磨損能力較弱,畢竟涂層是在產(chǎn)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(huán)境,損傷率會大大加快,并且產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)品上


二、鍍膜機真空噴霧式防水涂層

這種技術(shù)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(chǎn)品外觀的隙縫中噴入產(chǎn)品內(nèi)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(chǎn)品的外觀結(jié)構(gòu)不一樣,密封性也不一致,所以噴霧之后防水劑在產(chǎn)品內(nèi)部形成的涂層往往不完整。

優(yōu)點:可多臺設(shè)備同時運作,加快效率

缺點:需要購買一定數(shù)量的設(shè)備,首先設(shè)備的質(zhì)量會影響鍍膜的質(zhì)量,況且有些設(shè)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(shè)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(chǎn)品內(nèi)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(shè)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(shù)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(chǎn)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(shè)備,結(jié)膜也很完整。

    重中之重在于所使用的納米液的品質(zhì)一定要過關(guān),并且能達到國際市場對產(chǎn)品品質(zhì)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(wǎng),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(chǎn)品,普遍膜厚50微米左右,散熱和環(huán)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(yōu)異的性能而逐漸成為趨勢,據(jù)相關(guān)消息透露即將要發(fā)布的iPhone 7/7 plus就會采用這種納米防水涂層,包括360發(fā)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(shù)。國內(nèi)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(yè),空調(diào)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(yè)圖

PCB納米防水涂層-浸泡作業(yè)圖

優(yōu)點:操作簡單,無須增加設(shè)備投入,無須真空環(huán)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品,對比性能,最終選擇質(zhì)量優(yōu)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(zhì)量,因此選擇質(zhì)量可靠,口碑良好,并且經(jīng)測試實驗性能表現(xiàn)穩(wěn)定的納米防水涂料是廣大電子制造業(yè)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(yè),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(yè),可應用于局部防潮防水,比如單個元器件,另外在產(chǎn)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(fā)熱嚴重,成本昂貴,氣味太大,揮發(fā)物有害等大大小小的問題,需要工程師根據(jù)產(chǎn)品特性及品質(zhì)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)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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