способ влагозащиты печатных плат

Формула изобретения

Способ влагозащиты печатных плат, включающий заполнение пористости в печатной плате полимеризационноспособной композицией на основе гликолевых диэфиров акриловых кислот, нанесение полимерного покрытия и термообработку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в технологии влагозащиты печатных плат, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях (оборонная промышленность, атомная промышленность, космическая техника, нефтегазовая промышленность и др.).

Известен способ влагозащиты печатных плат, включающий изготовление печатной платы и нанесение на ее поверхность дополнительного полимерного покрытия [1]. Полимерное покрытие формируют различными методами, например нанесением лакового покрытия, шелкографией или ламинированием (защитная маска), заливкой полимерным компаундом и др. Недостатком способа является недостаточно эффективная влагозащита печатных плат при эксплуатации в экстремальных условиях (длительное воздействие повышенной влажности, повышенная температура, резкие изменения температуры). Одной из причин этого является влагопроницаемость полимерных покрытий. Материалы, используемые для изготовления диэлектрической подложки печатной платы, (стеклотекстолит, гетинакс и др.) также влагонроницаемы. Для них характерны структурная неоднородность и пористость. Дефекты структуры (макро- и микрополости) имеются в подложке преимущественно на границе раздела: наполнитель - полимерное связующее, а также в полимерном связующем. Вода, проникая до подложки печатной платы, а затем и в ее объем, снижает уровень сопротивления изоляции между разобщенными цепями печатной платы. Следствием этого являются отказы изделий, а при больших токовых нагрузках даже их самовозгорание.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является способ влагозащиты печатных плат, реализованный в патенте [2]. Согласно способу-прототипу перед нанесением полимерного покрытия дефекты структуры в подложке печатной платы устраняются (заполняются акриловыми полимерами). Заполнение дефектов структуры производят следующим образом. Печатную плату погружают в полимеризационноспособную композицию на основе гликолевых диэфиров акриловых кислот. При этом жидкая композиция проникает в дефектные полости подложки. Затем после удаления избытка композиции с поверхности печатную плату термообрабатывают. При этом происходит полимеризация композиции, проникшей в обьем подложки, и превращение ее в твердый полимер с высокими диэлектрическими характеристиками. В результате снижается пористость подложки печатной платы, уменьшается ее водопоглощение и повышается уровень сопротивления изоляции между разобщенными цепями, особенно при эксплуатации изделий в условиях воздействия влаги.

Способ-прототип не лишен недостатков. Поскольку печатная плата при термообработке не может мгновенно прогреться до температуры, при которой начинается полимеризация, а используемая полимеризационноспособная композиция не может мгновенно перейти в твердое нелетучее состояние, на первоначальной стадии термообработки печатной платы наблюдается частичное улетучивание композиции из поверхностного слоя подложки. Это снижает эффективность заполнения дефектов структуры подложки и, следовательно, эффективность способа. Уменьшение индукционного периода полимеризации используемых композиций частично устраняет этот недостаток, но такие композиции из-за склонности к самостоятельному преждевременному отверждению при хранении и/или применении не могут быть практически использованы в условиях массового производства печатных узлов.

При использовании способа-прототипа наблюдается уменьшение адгезии полимерного покрытия к поверхности подложки печатной платы, поскольку заполнение пористости приводит к уменьшению шероховатости поверхности подложки перед нанесением полимерного покрытия. В условиях длительного воздействия влаги, особенно конденсированной влаги, возможно отслоение полимерного покрытия от подложки. Причем чем выше эффективность заполнения пористости, тем выше вероятность отслоения покрытия. Результат - отказы изделий из-за резкого снижения уровня сопротивления изоляции между разобщенными цепями. Повышение эффективности способа-прототипа в результате увеличения коэффициента заполнения пористости поверхностного слоя подложки вступает в противоречие со снижением его эффективности из-за уменьшения адгезии покрытия. Это противоречие разрешается (устраняется) в предлагаемом способе влагозащиты печатных плат.

Целью изобретения является повышение влагостойкости печатных плат и печатных узлов, изготовленных на их основе.

Указанная цель достигается тем, что термообработку печатной платы, а следовательно, и отверждение полимеризационноспособной композиции проводят после нанесения полимерною покрытия.

Способ осуществляют следующим образом:

Печатную плату погружают в полимеризационноспособную композицию на основе гликолевых диэфиров акриловых кислот или такую композицию наносят на ее поверхность, например, методом пневматическою распыления. Для повышения эффективности заполнения дефектов структуры можно использовать вакуумирование. После выдержки от нескольких минут до нескольких часов наносят лак, компаунд или ламинат (исходную форму будущего полимерного покрытия). После выдержки в течение определенного времени проводят термообработку печатной платы. Время выдержки и режимы термообработки определяются природой связующего покрытия, его вязкостью, режимом его отверждения (в нормальных условиях или под действием повышенной температуры), а также составом полимеризационноспособной композиции. Для осуществления способа могут быть использованы полимеризационноспособные композиции, содержащие как минимум два компонента: мономер (гликолевый диэфир акриловых кислот) и инициатор полимеризации. Для получения полимерного покрытия могут быть использованы растворные (лаки) или безрастворные материалы (компаунды, ламинаты).

В предлагаемом способе улетучивание полимеризационноспособной композиции на первоначальной стадии термообработки печатной платы блокируется прилегающим к поверхности подложки материалом покрытия. Следовательно, повышается коэффициент заполнения пористости в подложке, снижается водопоглощение, улучшаются электроизоляционные характеристики подложки.

При осуществлении способа полимеризационноспособная композиция проникает не только в объем подложки, но и по механизму диффузии в прилегающий к поверхности подложки материал покрытия. При термообработке печатной платы в зависимости от режимов отверждения композиции, материала покрытия и продолжительности паузы между нанесением покрытия и термообработкой происходит последовательное или совместное отверждение материала покрытия и полимеризационноспособной композиции в зоне, прилегающей к подложке печатной платы. Поскольку полимеризационноспособная композиция одновременно полимеризуется и в объеме подложки, и в объеме покрытия, а ее полимеризация сопровождается еще и образованием трехмерной полимерной сетки, подложка и полимерное покрытие связываются при этом в единое целое. Следствием чего является повышение адгезии полимерного покрытия к поверхности стеклотекстолита.

В целом все это приводит к повышению влагостойкости печатных плат и повышению их надежности при эксплуатации в жестких условиях.

Примеры осуществления способа:

Пример 1.

На двухстороннюю печатную плату проводят монтаж электрорадиоэлементов. Затем печатную плату погружают в композицию состава, масс.ч.:

1. Диметакриловый эфир бис-(диэтиленгликольфталата)	100
2. Гидрохинон	0,03
3. Перекись бензоила	0,5

Печатную плату выдерживают в этой композиции в течение 4 ч, вынимают, дают стечь с поверхности избытку композиции. Пневматическим распылением наносят 1 слой эпоксидного лака ЭП-730 (раствор эпоксидной смолы Э-41 в смеси с гексаметилендиамином из расчета 100 масс.ч.:3 масс.ч. в растворителе Р-51). Покрытие сушат в естественных условиях в течение 0,5-1,0 ч, а затем наносят второй слой. Через 0,5-1,0 ч печатную плату помещают в сушильную печь и термообрабатывают при температуре 90-100°С в течение 3-4 ч.

Пример 2.

На многослойную печатную плату проводят монтаж электрорадиоэлементов. После этого на печатную плату методом пневматического распыления наносят композицию состава, масс.ч.:

1. Диакриловый эфир этиленгликоля	100
2. Перекись бензоила	0,8

Печатную плату выдерживают в течение 3 ч. Затем на ее поверхность наносят эпоксидный лак (раствор эпоксидной смолы ЭД-16 в смеси с полиэтиленполиамином из расчета 100 масс.ч.:10 масс.ч. в ацетоне). Покрытие выдерживают в естественных условиях в течение 24 ч. Затем печатную плату помещают в сушильный шкаф и термообрабатывают при температуре 80-90°С в течение 2-3 ч.

Пример 3.

Печатную плату погружают в композицию состава, масс.ч.:

1. Диметакриловый эфир бис-(этиленгликольфталата)	100
2. Октилмегакрилат	20
3. Бензохинон	0,02
4. Перекись бензоила	1,5

Печатную плату выдерживают в композиции в течение 5 ч, вынимают и дают стечь с поверхности избытку композиции. Затем на ее поверхность наносят кистью эпоксидный лак (раствор эпоксидной смолы ЭД-16 в смеси с малеиновым ангидридом из расчета 100 масс.ч.:1 масс.ч. в ацетоне). Покрытие сушат в естественных условиях в течение 1 ч, а затем наносят второй слой. После выдержки в естественных условиях в течение 1 ч наносят третий слой. Через 1-2 ч печатную плату помещают в сушильную печь и термообрабатывают при температуре 90°С в течение 1 ч. Затем температуру поднимают до 150°С и печатную плату термообрабатывают в течение 2 ч.

Пример 4.

Печатную плату погружают в композицию состава, масс.ч.:

1. Диакриловый эфир этиленгликоля	100
2. Гидрохинон	0.03
3. Перекись лаоурила	0,5

Печатную плату выдерживают в композиции в течение 0,5 ч, вынимают и дают стечь с ее поверхности избытку композиции. Па печатную плату методом ламинирования наносят защитную маску на основе полиэфиров, содержащую инициатор фотохимического отверждения. Через 0,5-1,0 ч проводят ее отверждение воздействием ультрафиолетового облучения. Удаляют следы композиции с поверхности печатной платы, незащищенной маской. Затем печатную плату помещают в сушильную печь и термообрабатывают при температуре 100°С в течение 1-2 ч. После этого проводят монтаж электрорадиоэлементов.

Пример 5.

На печатную плату проводят монтаж электрорадиоэлементов, а затем ее погружают в композицию состава, масс.ч.:

1. Диметакриловый эфир 1,3-пропилепгликоля	100
2. Метилметакрилат	10
3. Бензохинон	0.05
4. Перекись бензоила	1,0

Печатную плату погружают в композицию и выдерживают в течение 2 ч. Затем ее вынимают и дают стечь избытку композиции. После этого печатную плату заливают эпоксидно-полиэфирным компаундом К-115, выдерживают в течение 0,5-1,0 ч и термообрабатывают в сушильном шкафу при температуре 120°С в течение 3 ч.

Технико-экономическая эффективность заявляемого способа заключается в повышении влагостойкости печатных плат, а следовательно, и в повышении надежности радиоэлектронной аппаратуры при работе в экстремальных условиях. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом позволяет повысить уровень сопротивления изоляции печатных плат при испытаниях на влагостойкость в среднем в 2-4 раза. В таблице приведены результаты сравнительных испытаний многослойных печатных плат, изготовленных по способу-прототипу и по заявляемому изобретению.

Таблица
№ п/п	Способ влагозащиты	Сопротивление изоляции между проводниками МПП, Ом
		в нормальных условиях	после выдержки при температуре 25°С в течение 1 ч	После выдержки при температуре 25°С в течение 21 суток
1.	Способ-прототип	3×1013	5×1012	2×10 11
2.	По изобретению	5×10 13	1×1013	8×1011

Максимальная эффективность способа наблюдается в высоконасыщенных печатных платах и в тех случаях, когда снижение уровня сопротивления изоляции происходит преимущественно из-за токовых утечек по поверхности подложки, а в электрических цепях печатной платы используются большие (Гигаомные) сопротивления в ЧИП - исполнении.

В печатных платах, изготовленных по предлагаемому способу, при проведении длительных испытаний в условиях воздействия влаги (в том числе конденсированной влаги) отслоения полимерного покрытия не наблюдалось.

Источники информации:

1. A.M.Медведев. Надежность и контроль качества печатного монтажа. М.: Радио и связь, 1986 г.

2. Патент РФ №2052909. Способ влагозащиты печатных плат. В.Г.Уразаев, А.А.Сарбайцев. Приоритет от 22.12.1989 г. Зарегистрирован 20.01.1996 г.