随着环保意识的空前高涨，各公司都在寻找用于制造和保护电子产品的更环保化学品，包括用于保护金属表面免受腐蚀、冷凝、介电击穿的三防漆，以及缓解锡晶须形成和抵挡导电金属颗粒。
过去，这些材料是基于溶剂的，低黏度、易使用。然而，溶剂的使用正在受到更严苛的限制，对无溶剂技术的需求也越来越大。本月专栏文章将介绍特殊的无溶剂涂层：UV固化涂层。我将探讨这些特殊涂层的优势，并公布测试数据以揭示其性能。
对于制造商来说，无溶剂涂层的优势是什么？
作为明智选择，使用无溶剂材料，除了溶剂排放量将大大降低之外，因符合地方、地区和国家法规要求，可以节省环保相关成本，比如UV固化材料是不可燃的，对人类健康的危害较低，因此可能节省保险成本。通常，固化这些材料所需的能源需求远低于溶剂基材料，减少了能源消耗，降低了二氧化碳排放。
它们的表现如何？无溶剂材料通常涂层更厚些，从而增加了覆盖范围，因此具有更强的保护能力。配方也更加现代化，能够更好地满足新应用中日益增加的保护需求，例如汽车热冲击循环或航空航天增加的抗冷凝性。当暴露在适当波长及强度的UV辐射下时，UV固化材料的固化速度非常快（数秒钟内），可提高工厂产量、减少生产占地面积。与其他固化方法相比，UV固化材料具有更好的保护性能和更强的耐化学性。
为什么需要二次固化？
不幸的是，光只能沿直线传播，而固化只会发生在光照范围内。由于PCB的3D特性，某些区域可能无法完全暴露在光照下，尤其是元件引线背面及下方的材料。因此，UV固化材料需要包含二次固化机制，包括基于水分、化学或热。水分固化历来受到青睐，因为其不需要额外的工艺。然而，尽管该材料在光暴露区域固化良好，但水分扩散到涂层以及残留物后的清除可能很困难。涂层阻隔性越好，二次固化工艺时间越长；据报告，可能需要若干天、若干周、若干月，甚至若干年。
热激活固化存在哪些问题？
热激活二次固化工艺需要额外的时间，减弱了快速一次固化的优势。快速固化可能会产生显著的应力，并且只有70%~80% 转化为聚合物，意味着材料可能会包含处于休眠状态的活性基团。一旦暴露在高温（高于100°C）下，可能会发生额外的聚合，导致材料继续硬化、改变性能，并且在热冲击期间更容易开裂。
化学二次固化时间和热老化
在暴露于合适的长波紫外线后，仍需化学二次固化工艺的材料将在室温下6~8小时内完全固化。由于这些材料的独特配方，残余应力可最小化，固化进行到非常高的转化水平，从而在热老化过程中性能变化最小。热老化测试结果表明：传统材料在低于环境温度下往往坚硬和无弹性，而二次化学固化系统在-20°C之前仍可保持弹性，且即使在-40°C下仍可保持一定的延展率。
UV化学和UV水分固化测试结果
在热老化过程中物理性能是否变化是选择材料时的重要参数，但终端用户应用中性能的关键是材料能否承受所需的热冲击曲线而不会开裂或进一步影响焊点上的应力。为了研究这一点，我们在-40~130℃、0~130℃和-40~60℃的热冲击试验中，选择了12个汽车发动机控制单元，以正常厚度涂覆了5种不同的涂层。
在每个测试周期的250个循环后，目视检查12块板的涂层是否有裂纹，测试中最显著的观察结果是：在热老化过程中性能最稳定的材料是化学固化和UV固化、化学固化材料。在1000次热冲击循环(-40~+130℃)后，UV固化、化学固化几乎保持无裂纹，并且6小时内即可完成固化。与UV固化、水分固化材料相比，UV/化学固化材料在热老化过程中的关键物理性能具有更大的稳定性，稳定性的提高显著改善了热冲击性能。
好了，现在有了环保材料，含有75%来自可再生资源的生物有机物：特有的生物基UVCLX涂层，可在24小时内完全固化。新的开发正在进行中，随着时间的推移，这些UV固化、无溶剂和生物基材料将会为多个领域的合规性开辟新途径。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年9月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
