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在电子制造领域，conformal coating（ conformal coating）是保护电子产品免受各类 “侵害” 的关键防线，它能抵御溶剂、湿气、灰尘等污染物，还能防止枝晶生长引发的产品故障。今天，咱们就来全方位深入了解一下 conformal coating。
浸涂是一种历史悠久的涂覆方法，分为手动和自动两种模式。手动浸涂时，操作人员把 PCB 浸入涂料槽，可选择全浸或浸到特定高度；自动浸涂则依靠传送带将挂在架子上的 PCB 送入涂料槽。浸涂的优势在于成本低、操作简单、产量高，然而它也存在诸多不足，比如涂层厚度难以均匀一致、容易产生污染、材料粘度不稳定，而且对于不能接触涂料的元件还得手动遮蔽。
刷涂是纯手工操作，操作人员用刷子蘸取涂料后涂在 PCB 上。这种方法的优点是无需设备投入，也不用考虑工装和遮蔽问题，操作简单直接。但它的缺点也很明显，比如涂层覆盖效果不稳定，材料容易受到污染，而且操作人员会直接接触涂料，存在健康风险，所以刷涂一般只适用于小批量的原型制作。
雾化空气喷涂也是常见的涂覆方式，操作人员手动用喷枪对 PCB 进行喷涂。它的优点和刷涂、浸涂类似，成本低且操作简便。不过，由于喷涂过程中会产生大量的过喷现象，所以需要对不能接触涂料的元件进行手动遮蔽，而且这种方式在安全、操作舒适度、涂层一致性以及清洁度方面都存在一定问题。
针式点胶既可以手动操作，也能由机器人完成。手动针式点胶设备成本低，无需复杂工装，且流体系统封闭，无需遮蔽。但它在材料放置的精准度上表现欠佳，膜厚较厚，生产效率也不高。自动针式点胶虽然在材料沉积的重复性上有优势，但同样存在膜厚高、产量相对较低的问题，并且需要投入一定资金购买机器人设备。
自动选择性涂覆是通过机器人控制喷头，按照预设程序在 PCB 指定位置进行涂覆。这种方式的优点非常突出，涂层均匀一致、生产效率高、无需定制工装、能节省材料，而且流体系统封闭，无需遮蔽。当然，它的缺点就是设备成本相对较高。在实际应用中，企业需要根据自身情况选择合适的涂覆方法。
丙烯酸树脂（AR）通常是溶剂型配方，涂覆和修复都比较容易，在防潮和耐磨方面也有不错的表现。然而，它的耐溶剂性和耐高温性较差，机械强度也一般，这使得它在一些对性能要求较高的场景中受到限制。
聚氨酯树脂（UR）在耐湿性、机械强度、耐磨性和耐溶剂性方面都优于丙烯酸树脂。不过，它也存在一些问题，比如部分聚氨酯材料很难去除，尤其是 UV 固化类型，而且由于对湿度敏感，在涂覆过程中需要注意控制环境湿度，同时它的固化时间相对较长，在使用双组分系统时，还需要注意混合比例和操作时间。
环氧树脂（ER）具有出色的机械强度和耐磨性，防潮性能也不错。但它的耐高温性较差，修复难度大，而且柔韧性不足。由于大多数环氧树脂是双组分的，在涂覆过程中会面临与双组分聚氨酯类似的问题，比如混合比例不当会影响固化效果，因此在电子领域，环氧树脂更多用于灌封或固定，而不是作为 conformal coating。
有机硅树脂（SR）具有极低的热膨胀系数，因此耐高温性能极佳，防潮效果也很好。它有湿气固化、热固化和 UV 固化等多种固化方式。不过，有机硅树脂的耐磨性和机械强度较差，部分湿气固化材料在涂覆过程中可能会因为固化速度过快而带来操作困难，热固化材料在电路板加工过程中可能会受到污染而无法固化。
湿气固化需要在特定湿度条件下持续一定时间。在湿度较高的环境中，可能无需额外控制湿度；但在寒冷干燥的气候条件下，冬季室内湿度较低，就需要借助批量湿度箱或在线 FIFO 湿度缓冲装置来调节湿度，确保材料能够正常硫化和交联。同时，要注意选择合适的湿度源，避免引入污染，相比超声波加湿器，蒸发式加湿器或蒸汽发生器更为合适。
热固化通常结合红外线和对流两种方式。一种是通过加热蒸发涂料中的溶剂，留下保护涂层；另一种是利用热量引发化学反应，但这需要在特定温度下保持一定时间。在使用烤箱蒸发溶剂时，要特别注意安全，因为易燃气体如果积聚到一定浓度，可能会引发爆炸，必须按照 NFPA 标准及时排出。
紫外线固化材料在短时间的紫外线照射下就能快速固化，这一特点使得它无需使用长烤箱。然而，紫外线固化也存在一些问题。例如，现有的高效紫外线灯系统产生的紫外线仅占 35%，其余为红外线和可见光，红外线可能会导致温度急剧上升，甚至使元件从电路板上脱落。此外，对于流到元件下方被遮挡的材料，可能无法完全固化，需要借助二次固化机制来解决。
化学反应固化常见于多组分系统，如树脂、催化剂和溶剂的组合。这种固化方式能够快速固化，在需要快速固化的场景中表现出色，并且通常会结合二次固化机制，如紫外线固化，以确保固化效果。
选择合适的涂覆材料至关重要。首先要考虑材料的粘度和流动特性，高粘度材料不易流动但也难以自流平，低粘度材料虽然容易流动，但可能会流入不需要涂覆的区域。材料的适用期（pot life）也非常关键，适用期短的材料可能会导致粘度变化，影响图案和流动控制。此外，还需要注意材料的流变特性，比如剪切稀化会增加粘度控制的难度，高毛细管趋势会使涂覆后材料的控制变得困难。同时，不同材料之间的转换也需要谨慎，从有机材料转换为有机硅材料相对容易，但从有机硅材料转换为有机材料则几乎不可能，因为有机硅很难彻底清除，残留的有机硅可能会导致新涂覆材料出现问题。
在设计电路板时，需要充分考虑 conformal coating 的涂覆需求。例如，根据 SMEMA 标准，电路板在传送边应留出 5mm 的边缘间隙，以保持传送带清洁；连接器应尽量放置在边缘，且引脚朝外，避免涂料接触引脚；电路板上的孔（用于安装、工装或过孔）应远离元件，防止涂料通过孔流淌，造成机器底板污染；对于有小元件的显示屏或大型连接器下方的区域，要选择合适的材料和涂覆方法，以确保涂层覆盖效果。
环境条件对 conformal coating 的涂覆过程和固化效果有重要影响。不同的固化机制对环境条件有不同的要求，例如，湿气固化需要特定湿度，紫外线固化需要注意温度控制。同时，环境中的杂质也可能影响材料的性能，因此在处理流体系统时，要避免错误操作，比如用错管材或用车间空气对湿气固化材料加压，都可能导致材料粘度变化、部分固化，从而影响涂层质量。
conformal coating 的点胶方式多种多样，常见的有空气喷涂阀、薄膜涂覆、针式点胶等，还有具备多种模式的点胶设备。空气喷涂阀适用于对边缘清晰度要求不高、膜厚要求为 1mil 的场景，但它容易受到通风气流的影响，且存在过喷现象。薄膜涂覆通过交叉切割喷嘴在材料雾化前进行涂覆，适用于粘度低于 150cPs 的材料，能实现 1 - 8 + mil 的膜厚。针式点胶的珠模式可用于在元件或连接器边缘增加材料，或形成框式涂层；单丝模式能提供均匀的膜厚和清晰的边缘；旋喷模式则在控制雾化的同时保持良好的边缘清晰度和均匀性。在实际生产中，根据电路板的需求，可以选择单一或多种点胶方式组合使用。
在使用溶剂型材料进行 conformal coating 涂覆时，必须严格遵守安全操作规程，防止发生危险情况。选择性涂覆过程中使用的机器人和传送带，需要配备经过批准的防护装置和联锁装置。预防危险的方法主要有两种，一是使用本质安全的设备部件，但这种设备成本较高，部分制造商可能不会提供；二是通过合理设计的空气管理系统来控制挥发性物质，对于溶剂型材料和部分 100% 固体材料，必须使用排气装置，以排除潜在的爆炸性溶剂蒸汽和烟雾，同时也能消除工厂环境中的异味。此外，减少点胶过程中的雾化程度也能降低挥发性物质的风险，并且设备和工艺要具备应对异常情况的能力，如流体系统泄漏或溶剂溢出。
选择性 conformal coating 设备的关键在于重复精度，设备的各个部分，包括喷头、机器人、控制系统和软件，都要协同工作，以确保涂覆过程的重复性。喷头应能在毫秒级时间内开启和关闭，并形成清晰的图案；机器人要能按照预设程序精确移动喷头；软件应具备易操作性和灵活性，能够控制喷头的开启和关闭，使操作人员无需记忆复杂代码，就能实现对 PCB 的最佳涂覆覆盖。同时，设备要能轻松集成到电子装配生产线中，具备 SMEMA 通信接口，实现上下游设备的无缝对接。
六、Conformal coating 未来的发展趋势主要朝着绿色环保、高性能、适应复杂环境和智能化的方向发展。这些趋势既是市场需求推动的结果，也是行业可持续发展的必然要求，具体表现如下：
更注重环保
使用低危害溶剂或无溶剂材料
提高生物基材料含量
性能持续提升
适应更恶劣环境
增强电气性能
固化技术创新
UV 固化发展
开发新型固化方式
涂层材料多元化与复合化
多种材料共同发展
复合涂层应用增加
智能化发展
在电子制造行业，conformal coating 的重要性不言而喻。选择合适的涂覆方法、材料、固化方式，以及优化涂覆过程中的各个环节，对于提高电子产品的质量和可靠性至关重要。希望通过今天的分享，能让大家对 conformal coating 有更全面、深入的了解，为电子制造生产提供有益的参考。
