PCB 防水設計的有效方法與測試

1. 防水結構

概覽:
案例分析：例如，在製造開關電源時，設備內部有一塊電路板。從外面看，只需開模具製作塑膠外殼即可實現防水防潮。外殼可選用緻密材料，連接處可採用防水橡膠圈密封。這可以有效阻擋灰塵、水和類似元素。然而，用熱熔膠密封外殼可能會導致以後的維護問題。

實用分析:
不同類型的產品需要單獨的結構模具，模具成本通常不便宜，進一步增加了成本。對於訂單量較小的小型企業來說，模具費的成本負擔可能會很大，因此不切實際。理論上，防水外殼應該是防漏的，就像潛水艇一樣。不幸的是，小型、普通的外殼往往無法達到真正的「防水」效果。例如，在濕度較高的地區，如南方地區，水蒸氣可能會透過外殼的裂縫滲透。最壞的情況是外殼的連接處因晝夜溫差較大而變形，讓水蒸氣進入內部，對電路板造成腐蝕。在鹽霧盛行的沿海地區尤其如此。

優點：適用於典型環境中使用的產品。
缺點：製造流程難以保障，結構變形風險大，暴露於酸性、鹼性、鹽霧等惡劣環境。

2.灌封防水

概覽:
防水灌封涉及使用灌封化合物（例如環氧樹脂）來封裝 PCB。此製程可保護電路板免受水、濕氣、腐蝕和黴變的影響，同時也提供抗震和衝擊保護。此外，它還可以與結構防水相結合，在某些環境下提供雙重保護。

案例分析:
有機矽密封膠廣泛應用於節能建築領域，例如中空玻璃、帷幕牆結構的雙重密封以及門窗的耐候密封。矽酮密封膠的品質不僅影響整個建築門窗的安全，也決定建築是否符合節能環保要求。

實用分析:
環氧樹脂是一種飽和樹脂，具有優異的體積強度、附著力強、耐候性好、收縮率低、絕緣強度高等特性。採用環氧樹脂灌封，確保 PCB 得到良好保護，顯著延長其使用壽命。密封後，樹脂可在-45°C至120°C之間保持穩定的機械和電氣性能。然而，灌封確實有明顯的缺點：它會嚴重影響 PCB 的散熱，並且維修變得極其困難，或者成本過高。此外，雖然灌封膠通常有助於散熱，但它們也會增加電路板上的電磁幹擾 (EMI)。

優點：應用範圍廣，防水、散熱性能優良。
缺點：成本高，維修困難，不適合精密零件。

3.表面塗層防水

概覽:
防水錶面塗層涉及在 PCB 上塗一層薄薄的保護膜，通常由奈米材料製成。此塗層有助於保護電路板免受水、濕氣、腐蝕和鹽霧的影響。奈米塗層提供優異的防水性能，可達到IP68的防塵防水等級。在惡劣的環境下，可以採用額外的防護處理來提供進一步的保護。

案例分析:
對於像運動耳機這樣的精密電子設備來說，水短路或汗水腐蝕很容易導致它們無法使用。因此，奈米塗層非常適合穿戴式裝置和PCBA等精密電子元件。

優點：工藝簡單，易於維護，有效防護，環保。
缺點：單位成本較高，不適合建築等產業，最適合保護PCBA及精密元件。

防水塗料效果測試

1. 吸水率測試:

PCB上的保形塗層的吸水率顯示其防水的有效性。保形塗層完全固化後，將 PCB 浸入蒸餾水中 24 小時。測量吸收水的重量增加，重量增加越高表示防水性能越差。

2. 浸水測試:

對於塗有保形塗層的PCB，浸水測試按照IPX7標準進行。將塗覆的產品浸入水中30分鐘。測試後，驗證了產品的功能，有助於確定塗層是否具有有效的防水、防潮性能。

3. 高溫高濕度測試:

PCB樣品被放置在恆溫恆濕室。首先，板材要經過高溫測試，導致樹脂硬度下降，分子間隙擴大。然後，將濕度設定為 85% RH 或更高。此後，將測試產品是否有任何功能問題。如果沒有出現問題，表示PCB的防水、防潮性能比較好。

對於電子產品來說，進行防水和溫度/濕度測試對於確保在高濕度或極端溫度等惡劣條件下的性能至關重要。