第一章 三防漆概述与定义
1.1 什么是三防漆
三防漆（Conformal Coating）是一种特殊配方的涂料，专门设计用于保护印刷电路板（PCB）及其相关电子设备免受恶劣环境的侵蚀。它之所以被称为“三防”，传统上是指其具有防潮（Moisture）、防盐雾（Salt Spray）和防霉（Mold）的三重保护功能。随着现代电子工业的发展，其定义已延伸至包括防尘、防腐蚀、防老化、防震、防漏电以及绝缘耐电晕等更为广泛的防护能力。
三防漆涂覆在 PCB 表面后，会固化形成一层透明或半透明的保护膜。这层膜极薄（通常在微米级别），但致密性高，能够紧紧贴合在电路板及元器件表面，在不影响元器件散热和电气连接的前提下，为电路板提供一个物理屏障。
1.2 环境因素对 PCB 的危害
在电子设备的实际应用场景中，环境因素是导致电子失效的主要原因之一。未涂覆三防漆的电路板在面对以下环境时极为脆弱：
- 高湿与潮湿环境：湿气是对 PCB 电路板最普遍、最具破坏性的因素。过多的湿气会大幅降低导体间的绝缘抵抗性，导致漏电流增加。在高电压下，湿气可能引起电化学迁移，导致短路。
- 化学物质侵蚀：在工业或汽车电子环境中，电路板可能接触到燃料、冷却剂、清洁剂、酸性气体等。这些化学物质会腐蚀铜箔、焊点和元器件引脚。
- 温度变化：极端的高温或低温，以及快速的冷热冲击，会导致板材热胀冷缩，可能引起焊点开裂或元器件脱落。
- 灰尘与污垢：灰尘吸附水分后会变成导电体，同时灰尘中含有腐蚀性物质，长期积累会腐蚀电路。
- 盐雾环境：海洋环境中的盐雾含有高浓度的氯离子，对金属具有极强的腐蚀性，能迅速破坏线路板的金属导线。
三防漆通过形成一层化学惰性的保护膜，有效隔离了上述环境因素与电路板的直接接触，从而显著延长电子产品的使用寿命。
第二章 三防漆的作用机制
2.1 湿气与电化学腐蚀的防护
湿气不仅仅是以液态水的形式存在，更多时候是以水蒸气的形式渗透。当 PCB 金属部分（如铜导线、焊点）暴露在含有水蒸气和氧气的环境中时，会发生氧化还原反应。我们常常看到 PCB 电路板金属部分起了铜绿，这就是没有涂覆三防漆，金属铜与水蒸气、氧气共同发生化学反应引起的。
三防漆的作用机制在于：
- 物理阻隔：通过阻断氧气和水分子到达金属表面，从根本切断了腐蚀反应的必要条件。
- 绝缘保护：湿气附着在 PCB 表面会降低线路之间的绝缘阻抗（Q 值下降），加速高频信号下的高速分解。三防漆具有优异的绝缘性能，能够维持线路间的高阻抗，防止信号串扰和漏电。
2.2 延长产品寿命与可靠性
将三防漆涂覆在印刷电路板及零组件上，当可能受到操作环境不利因素影响时，可以降低或消除电子操作性能衰退状况。这种保护不仅限于物理层面的防腐，更重要的是维持了电气性能的稳定性。
若这种披覆漆能维持其作用达一段令人满意的时间，比如大于产品的使用期限，便可视为已达其涂覆目的。这意味着，通过正确使用三防漆，制造商可以确保电子设备在预期的生命周期内（例如 5 年、10 年甚至更久），即使在恶劣环境下也能稳定工作，减少维修和更换成本。
第三章 三防漆的化学成分与分类
三防漆根据其化学成分的不同，主要分为丙烯酸、聚氨酯、有机硅、环氧树脂等几大类。不同成分的三防漆在物理特性、固化方式、耐化学性以及修复难度上各有优劣。
3.1 丙烯酸类三防漆
丙烯酸树脂是市场上应用最为广泛的三防漆类型之一。
- 特性：
- 柔韧性强：固化后的涂层具有较好的柔韧性，能够适应一定程度的热胀冷缩，不易开裂。
- 操作简单：丙烯酸类三防漆通常为单组份系统，不需要混合，开盖即用。其对设备和施工条件要求不高。
- 施工方便：具有高透明度和高亮度，涂覆后线路板清晰可见，便于目检。
- 固化快速：表干时间短，操作周期短，适合快速生产。
- 易修复性：这是丙烯酸的一大优势。由于它是热塑性材料，可用配套的有机溶剂将其轻易清除，方便维修。
- 应用：由于它们易于使用也易于清除，有些丙烯酸产品满足军事标准（如 MIL-I-46058C），它们干燥迅速而不干化（不会随时间推移变脆）。这类线路板三防漆是市场上用途最广也是最有效的产品之一，广泛应用于消费电子、家用电器和工业控制领域。
3.2 其他类型简介
虽然原文重点介绍了丙烯酸，但为了满足全面了解的需求，此处补充其他常见类型：
- 聚氨酯类：具有优异的耐磨性和耐化学性，尤其耐燃料和溶剂性能好。但其固化受湿气影响较大，且去除相对困难。
- 有机硅类：耐高低温性能极佳，可在-60℃ 至 200℃ 甚至更高温度下工作。其柔韧性极高，但防潮性和附着力相对较弱，且价格较高。
- 环氧树脂类：硬度极高，绝缘性能和防化学腐蚀性能非常优越。但一旦固化后极难去除，维修非常困难，且容易因为热膨胀系数不匹配而导致焊点开裂。
第四章 三防漆的毒性与安全防护
4.1 毒性来源分析
三防漆是否有毒，并不完全取决于树脂本身，更多取决于使用的稀释剂和溶剂的类型。绝大多数的三防漆在未固化前都属于危险化学品。
- 传统溶剂型：如果三防漆使用甲苯、二甲苯做稀释剂，这种化学品对人体有害。二甲苯具有中等毒性，对眼及上呼吸道有刺激作用，高浓度时，对中枢系统有麻醉作用，长期接触可能影响肝肾功能。
- 新型环保型：如果采用脂类、醇类等作为稀释剂，其危害相对较小，但这并不意味着完全无毒。
4.2 挥发性有机化合物（VOC）的危害
三防漆中的溶剂在固化过程中会挥发到空气中，形成 VOC。这些挥发性气体不仅气味刺鼻，而且在密闭空间内积聚可能导致急性中毒症状，如头晕、恶心、胸闷等。此外，某些 VOC 属于易燃易爆气体，若遇到明火极易引发火灾或爆炸事故。
4.3 防护措施
尽管现在市场上出现许多号称环保三防漆，但是在实际使用中，我们依然有必要做好严格的防护措施：
- 工程控制：涂覆作业必须在通风良好的环境中进行，建议使用带有抽风系统的喷涂柜或流水线。
- **个人防护装备（PPE）**：
- 呼吸防护：操作人员必须佩戴防毒面具或活性炭口罩，防止吸入有害溶剂气体。
- 皮肤防护：佩戴防化学手套（如丁腈手套），避免皮肤直接接触漆液。部分三防漆可能引起皮肤过敏或脱脂。
- 眼部防护：佩戴护目镜，防止漆液溅入眼睛。
- 储存安全：三防漆应储存在阴凉、通风、远离火源的专用库房中。
第五章 三防漆使用工艺详解
三防漆的涂覆工艺直接决定了最终的防护效果。根据生产规模、产品精度及成本预算，主要有以下四种工艺：
5.1 刷涂
- 适用场景：使用普遍，特别适合小批量生产、研发试制、样板制作以及维修补漆。它可在平滑的表面上产生出极好的涂覆效果。
- 操作要点：使用高品质天然纤维刷。刷涂时应保持力度均匀，沿一个方向刷，避免反复涂刷产生气泡。
- 优缺点：优点是设备投入低，无需复杂设备，遮蔽灵活；缺点是效率低，对操作人员技术要求高，膜厚均匀性较难控制。
5.2 喷涂
喷涂是工业生产中常用的方法，分为手工喷涂和机器自动喷涂。
- 喷雾罐型：可方便地应用于维修和小规模的生产使用。操作便携，但材料浪费较多，且对环境有一定污染。
- 喷枪喷涂：适合于大规模的生产。
- 优缺点：效率高，涂层均匀。但是这两种喷涂方式对于操作的准确性要求较高，且可能产生“阴影”效应（即元器件下部未覆着三防漆的地方）。
- 注意事项：为了解决阴影问题，需要多角度喷涂，但这增加了工艺复杂性。
5.3 自动浸涂
- 操作：将线路板完全浸入涂料槽中，然后缓慢取出。
- 优势：浸涂可确保完全的覆膜，能够覆盖到几乎所有部位，且不会造成因过度喷涂而导致的材料浪费（多余涂料会滴落回槽中）。
- 操作细节：线路板组件应垂直浸入涂料糟中，连接器不要浸入（除非经过仔细遮盖）。线路板应浸入 1 分钟，直至气泡消失，然后缓慢拿出。线路板表面会形成一层均匀膜层。应让大部分涂料残留物从线路板上流回浸膜机。
- 注意事项：浸入速度不宜太快，以免产生过多气泡。不适用于有大型且密封元器件的 PCB，因为可能会有气泡 trapped inside。
5.4 选择性涂覆着膜
这是目前高端电子制造的主流工艺。
- 原理：利用编程控制的 XY 轴桌台（XYZ 机械臂），通过精确控制的喷嘴将三防漆准确地喷涂在需要保护的区域。
- 优势：涂覆准确且不浪费材料，适用于大批量的覆膜。它不需要遮蔽胶纸，而是通过程序控制避开连接器、插座等不需要涂漆的部位。
- 遮蔽技巧：对于 PCB 板喷漆时，有很多接插件不用喷漆。贴胶纸太慢而且撕的时候有太多残留的胶，可考虑按接插件形状、大小、位置，做一个组合式罩子，用安装孔定位。罩住不用喷漆部位，效率极高。
- 设备要求：对涂覆设备的要求较高，设备昂贵，编程时间较长，但在大批量生产中性价比最高。
第六章 三防漆操作工艺要求与步骤
为了确保三防漆能够发挥最佳性能，必须严格遵守操作工艺要求。以下是标准化的操作流程：
6.1 预处理：清洁与烘板
这是最关键但常被忽视的一步。须先将欲涂物件表面的灰尘、潮气和油污除净，以便其充分发挥其保护效能。
- 清洁：彻底的清洗可确保腐蚀性的残余物（如助焊剂残留、指纹、灰尘）被完全清除。如果表面有油污，三防漆将无法附着，导致保护膜脱落。通常使用无水乙醇、专用洗板水或超声波清洗。
- **烘板（去潮）**：PCB 作为复合材料会吸潮。如不去潮，三防漆不能充分起保护作用，甚至可能在固化高温下产生气泡。
- 条件：建议在 60°C 的温度下，烘烤 10-20 分钟。
- 时机：在烘箱中取出后趁热涂敷效果更佳，因为余热有助于溶剂挥发和提高漆液流平性。预干、真空干燥可去除大部分湿气。
6.2 涂料准备
- 搅拌：在刷涂和喷涂之前，保证稀释的产品充分搅拌，并在刷涂或喷涂之前，放置 2 小时（静置消泡）。这一步是为了消除搅拌过程中产生的微气泡，防止涂层出现针孔。
- 粘度调整：如使用机械涂覆，应测量涂料的粘度（用粘度剂或流量杯），并根据工艺要求使用稀释剂调整粘度。
6.3 涂覆实施（针对刷涂工艺的细化）
- 面积控制：用刷涂的方法涂覆时，刷涂面积应比器件所占面积大，以保证全部覆盖器件和焊盘。
- 手法要求：刷涂时板尽量平放，刷涂后不应有滴露。刷涂应平整，也不能有裸露的部分。
- 厚度控制：膜层厚度建议在 0.1-0.3mm 之间为宜。过薄起不到保护作用，过厚可能导致散热不良或固化不彻底。
6.4 固化与干燥
- 初步固化：刷涂后平放在支架上，准备固化。
- 加热固化：需要用加热的方法使涂层加速固化。不同类型的三防漆固化温度不同，需参考厂家数据表。
- 消除气泡：如果涂层表面不平或含有气泡，在放入高温炉内固化前，应在室温下多放置些时间（通常 15-30 分钟），以便让溶剂闪蒸出来。直接高温烘烤会导致溶剂迅速汽化冲破漆膜形成气泡。
6.5 浸涂后的维护
浸涂结束后再次使用时，若表面有结皮现象，将表皮除去，可继续使用。注意密封保存，防止溶剂挥发和吸潮。
第七章 操作注意事项与质量控制
7.1 涂层厚度的控制策略
- 分层涂覆：如果希望得到较厚的涂层，最好通过涂两层较薄的涂层来获得——且要求必须在第一层完全晾干后才允许涂上第二层。一次性涂得过厚会导致内部溶剂无法挥发，产生褶皱、气泡或长期发粘。
- 粘度与厚度关系：膜层的厚度取决于应用方法。稀释剂的加入量大，胶的粘度低，涂胶的厚度薄；反之，胶的粘度高，涂胶的厚度厚。
7.2 遮蔽保护
在往 PCB 上涂涂料时，必须严格保护不涂漆的部位。一般连接器、软件插座、开关、散热器、散热区域、插板区域等是不允许有涂覆材料的。
- 可撕性防焊胶：建议使用可撕性防焊胶（红胶）遮盖。这种胶固化后具有弹性，易于撕除且不留残胶。
- 定制工装：在大批量生产中，推荐使用文中提到的组合式罩子，利用安装孔定位，效率远高于贴胶纸。
7.3 环境控制
所有涂覆作业应不低于 16℃ 及相对湿度低于 75% 的条件下进行。
- 温度过低：会导致溶剂挥发慢，流平性差，甚至漆液冻结。
- 湿度过高：空气中的水分会混入漆层，导致涂层发白、乳化，降低绝缘性能。因此在梅雨季节，必须加强除湿措施。
7.4 质量检查
- 外观检查：涂层应连续、均匀、无气泡、无漏涂、无杂质。必须检查元器件底部是否有阴影（未覆盖）。
- 厚度检测：使用湿膜卡或干膜测厚仪定期抽检膜层厚度。
第八章 修复与返工工艺
在电子产品的生产和维修过程中，涂覆三防漆后的电路板往往需要进行元器件的更换或修复。
8.1 修复原理与方法
如果修复已经涂覆的器件，只需将焊接电烙铁直接接触涂层就可去掉该元器件。
- 操作：高温电烙铁头穿透三防漆膜层，接触焊点使其熔化，从而取下元器件。
- 清理：装上新的元器件后，将该区域用刷子或溶剂清洗干净，去除残留的旧漆和助焊剂。
- 干燥：清洗后必须进行干燥处理，确保去除溶剂和水分。
- 重涂：重新用涂料涂覆好该区域。重涂时要注意与周围原有涂层的搭接，确保没有缝隙。
8.2 完全去除涂层的方法
如果需要去除整个板子的三防漆（例如由于严重错误需要重工），通常使用专用的剥离剂或溶剂（如针对丙烯酸的特定溶剂）。将电路板浸泡在溶剂中，待漆膜软化后用刷子刷除。
8.3 返工后的测试
任何经过修复或重新涂覆的 PCB，都必须重新进行电气测试和绝缘耐压测试，以确保在修复过程中没有损伤周边元器件或造成新的绝缘隐患。
第九章 总结
三防漆作为电子制造领域的关键防护材料，对于提升产品的环境适应性和长期可靠性起着决定性作用。从丙烯酸酯的优异操作性能到各类溶剂的安全防护，从复杂的浸涂工艺到精准的选择性涂覆，每一个环节都需要严谨的工艺控制。
理解湿气、盐雾等环境因素对电路板的破坏机理，有助于我们更好地认识三防漆的价值。通过严格执行清洁、涂覆、固化和遮蔽工艺，并在操作中做好必要的人员防护，企业可以大幅降低产品在恶劣环境下的故障率，提升品牌信誉。
随着电子设备向小型化、高集成化方向发展，对三防漆的绝缘性能、耐热性能及涂覆精度提出了更高的要求。掌握上述全面的三防漆应用技术，不仅是保障产品质量的基础，更是电子制造工程师必备的核心能力之一。
