超声波喷涂技术以其独特的雾化方式和精确控制能力，已经成为电子元件和印刷电路板（PCB）涂层领域的重要解决方案。通过利用超声波振动将液体分解成微米级液滴，超声波喷涂能够实现极高的涂层均匀性和材料利用率，同时适应不同复杂几何形状的涂层需求。本文将深入探讨超声波喷涂在电子元件和PCB涂层中的应用，包括系统配置、液体和气体条件、涂层工艺参数、喷涂效果及优化策略等方面的详细分析。
液体和气体条件
1.1 液体条件
- 液体类型: 助焊剂（rosin-based、VOC-free）、防潮涂层、抗腐蚀涂层、三防漆（Conformal Coating）、高固含量聚合物溶液等。
- 液体粘度: 2-100 cps（不同涂层应用选择不同粘度的溶液）。
- 表面张力: 25-35 dyn/cm（低表面张力有助于雾化过程）。
- 流速要求: 0.01-50 ml/min（取决于涂层厚度和宽度的需求）。
1.2 气体条件
- 气体类型: 使用干燥空气或氮气（通常用于防止氧化和提高焊接效果）。
- 气体压力: 0.2-1.0 bar（用于液滴成型和喷雾形状控制）。
- 气体流速: 1-10 L/min（取决于喷雾宽度和液滴直径的需求）。
涂层工艺参数
2.1 液体输送与控制
- 输送方式: 精密注射泵、齿轮泵（Gear Pump），或压力容器。
- 齿轮泵：用于中高流量的液体输送，支持 2-70 ml/min 的宽流量范围。
- 精密注射泵： 用于极低流量的精确控制（0.01-50 ml/min）。
- 流量控制与调节:
- 流量范围：0.01-50 ml/min（精确度：±1%）。
- 配备自动调节系统，能够根据设定的涂层厚度和宽度进行实时调节。
2.2 喷涂参数
- 喷涂频率:
- 频率选择：40-180 kHz，常用频率为 120 kHz（形成 13 µm 的液滴）和 180 kHz（产生 8 µm 的液滴）。
- 低频喷嘴（40 kHz）：适用于高粘度液体和宽幅涂层应用。
- 高频喷嘴（120 kHz 以上）：适合低粘度液体和纳米级精细涂层。
- 喷嘴类型:
- 聚拢型喷嘴: 通过低压气体成型气（通常为干燥空气）来控制喷雾形状，适合复杂几何形状的涂层。
- 扇形喷嘴: 适用于宽幅涂层应用，形成稳定的扇形喷雾。
- 涡流喷嘴: 通过旋转气体来控制雾化形状，适用于宽锥形或直径较大的涂层区域。
2.3 喷涂结果
- 沉积密度（Deposition Density）:
- 助焊剂沉积量：300-2500 µg/in²（无残留助焊剂典型沉积量）。
- 三防漆：10-30 µm 的典型涂层厚度（单次涂层），可通过多次涂覆实现 50 µm 以上的厚度。
- 涂层均匀性与厚度控制:
- 均匀性：±5% 的涂层均匀性，±2% 的重复性（适用于高精度 PCB 涂层应用）。
- 涂层厚度：5-100 µm（根据应用和需求进行调整）。
- 气流参数:
- 喷雾速度：0.2-0.8 m/s，适用于复杂元件和多层电路板的涂层。
- 雾滴形成速率：0.1-0.5 m/s，确保均匀覆盖并减少雾化液体的浪费。
涂层工艺描述
以下为超声波喷涂PCB电路板的主要流程的步骤：
- 液体输送至喷嘴: 液体由注射泵或齿轮泵系统精确输送至超声波喷嘴尖端。
- 液体雾化: 超声波振动在喷嘴表面形成毛细波，将液体膜分解成细微的液滴（液滴大小取决于振动频率和液体特性）。
- 喷雾成型与导向: 成型气体（通常为氮气或干燥空气）用于控制液滴的方向、喷雾形状和覆盖范围。
- 喷涂在基材上: 雾化液滴在低速气流的引导下均匀沉积在目标区域（如 PCB 或电子元件）上。
- 涂层厚度与均匀性控制: 通过调整液体流速、气体流量和喷嘴位置，确保涂层厚度的一致性和重复性。
系统优化策略
- 多层涂覆策略: 对于复杂涂层需求（如多种助焊剂或三防漆涂层），可通过逐层涂覆的方式实现更好的厚度控制和性能提升。
- 动态调整工艺参数: 根据 PCB 的不同区域（如厚度变化或复杂几何形状），动态调整喷涂流量、气体压力和移动速度，实现最佳涂层效果。
- 环境控制: 在特定的涂层环境中（如高湿度或低温条件），使用干燥氮气或带加热的喷涂平台来提升工艺的稳定性。
通过这些详细的参数和工艺说明，可以确保 PCB 和电子元件涂层工艺的最优配置和效果，满足高质量制造需求。