灌封材料

四、灌封工艺及常见问题原因分析
2、灌封常见问题及原因分析（续）
（2）灌封件表面缩孔、局部凹陷、开裂 灌封料在加热固化过程中会产生两种收缩：由液态到固态相变过程中的 化学收缩和降温过程中的物理收缩。固化过程中的化学变化收缩又有两个过 程：从灌封后加热化学交联反应开始到微观网状结构初步形成阶段产生的收 缩，称之为凝胶预固化收缩；从凝胶到完全固化阶段产生的收缩我们称之为 后固化收缩。这两个过程的收缩量是不一样的，前者由液态转变成网状结构 过程中物理状态发生突变，反应基团消耗量大于后者，体积收缩量也高于后 者。如灌封试件采取一次高温固化，则固化过程中的两个阶段过于接近，凝 胶预固化和后固化近乎同时完成，这不仅会引起过高的放热峰、损坏元件， 还会使灌封件产生巨大的内应力造成产品内部和外观的缺损。所以灌封料的 固化速度与固化条件的匹配要适宜。通常采用的方法是依照灌封料的性质、 用途按不同温区分段固化。在凝胶预固化温区段灌封料固化反应缓慢进行、 反应热逐渐释放，物料黏度增加和体积收缩平缓进行。此阶段物料处于流态， 则体积收缩表现为液面下降直至凝胶，可完全消除该阶段体积收缩内应力。 对灌封料固化条件的制订，还要参照灌封器件内元件的排布、饱满程度及制 件大小、形状、单只灌封量等。对单只灌封量较大而封埋元件较少的，适当 地降低凝胶预固化温度并延长时间是完全必要的。
用途
工作环境条件苛刻的高技 术封胶
有机硅灌封胶是指用硅橡胶制备的一类电子灌封胶， 其硬度较低，一般有机硅灌封胶的机械性能都较差，表面 能较低，与基材之间的粘结力差。在电子元器件进行灌封 后，可对电子器件进行修补，在较高的温度下，灌封胶性 能较稳定，有机硅灌封胶颜色一般可根据需要进行调整。 有机硅灌封胶分单组份和双组份有机硅灌封胶。单组 份有机硅灌封胶一般都需要高温固化，有些品种甚至要在 150度以上才能固化；双组份有机硅灌封胶是最为常见的， 主要包括加成型和缩合型两大类。一般情况下，缩合型灌 封胶对基材的附着力较差，固化后容易产生挥发性小分子 物质，固化收缩率较大。
一、灌封材料基础知识
（2）缩合型硅橡胶
缩合型：液体硅橡胶在催化剂的作用下，基础聚合物与交 联剂等在室温硫化发生缩合反应，过程中有小分子物质产 生。通常以小分子物质的种类具体命名缩合型产品。如反 应过程中释放出乙醇分子，即为脱醇型。脱醇型有单组分 和双组分之分。 A＋B→C＋D（小分子） A：基础聚合物，即 α, γ -二羟基聚二甲基硅氧烷（俗称107胶） B：交联剂，含有各种基团的硅氧烷 C：硅橡胶聚合物，高分子弹性体 D：小分子，如醇、酮肟、氢气、丙酮、醋酸、酰胺……
一、灌封材料基础知识
4、有机硅灌封胶（续）
（1）加成型有机硅灌封胶的组成 加成型有机硅灌封胶与普通加成型硅橡胶一样， 通常 由乙烯基硅油（基础胶）、含氢硅油（交联剂）、铂催化 剂等组成。根据不同用途，还可添加其它填充剂，如气相 法或沉淀法白炭黑、氧化铁、二氧化钛和碳黑等。为了制 取透明级的有机硅灌封胶，也可加入硅树脂（如MQ树脂） 作为填充剂。
一、灌封材料基础知识
6、聚氨酯灌封胶（续）
2、双组份预聚体型聚氨酯树脂胶粘剂 将多异氰酸酯单体与多羟基树脂反应，生成的预聚体 作甲组分，将多羟基树脂（如：聚酯，聚醚）、催化剂与 溶剂作乙组分配制而成的胶粘剂 双组份预聚体型聚氨酯树脂胶粘剂的特点 1）两个组分混合后，通过反应固化，属于反应型胶粘 剂。 2）性能及粘度可调。 3）可室温固化，也可高温固化。 4）粘结强度大，粘接范围广
一、灌封材料基础知识
4、有机硅灌封胶（续）
(3)缩合型与加成型硅橡胶性能比较
性能项目 线收缩率/% 深层固化 硫化副产物 缩合型硅橡胶 加成型硅橡胶 <1.0 <0.2 任意 一般建议灌封厚度≤3cm 理论上没有 酸、肟、醇、丙酮等小分子 有小分子和副产物放出，初期下降， 无副产物，电气性能优异， 电气绝缘性 以后缓慢恢复，一般能达到： 一般能达到： 1.0×1014~5.0×1014 5.0×1014~1.0×1015 耐热性 在密闭条件下较差 良好 表面发粘，强度下降明显 良好 耐湿热性 可以加热提高固化速度 不可以加热提高固化速度 强度 强度差 强度好
缺点
受分子结构的限制，耐冷热 循环后易开裂，许多反应体 系毒性较大，不能返修 常温和高温条件下的电子元 器件的灌封，其使用环境对 机械力学性能没有特殊要求
强度低，硬度低
灌封胶表面过软、易起泡； 固化不充分且高温固化易发 脆，韧性较差，高温、高湿 下易水解而降低胶合强度 汽车干式点火线圈和摩托车 无触点点火装置的封装，普 通电器元件的封装
一、灌封材料基础知识
5、环氧灌封胶
环氧灌封胶固化原理：二个或二个以上环氧基在适当化学助剂如 固化剂存在下能形成三向交联结构的化合物。 环氧树脂具有优异的电性能，硬度较高 k ，通过改性能够得到一 定韧性，对金属等硬质基材有很好的粘结性能，耐腐蚀性能好，固化 收率和线性膨胀系数较小，灌封后，元器件 无法进行返修，且环氧灌 封胶价位较高，影响了其在电子灌封领域的广泛应用。 环氧灌封按组分不同分为单组份和双组份灌封胶。单组份环氧灌 封胶即应用潜伏性固化剂固化而成的一种加热固化品种，单组份的耐 温性和粘结性能优于双组份灌封，且单组份灌封设备简单，使用较方 便，但是成本较高，对储存条件要求较高。双组份灌封根据固化剂的 不同可分为常温灌封和加热固化灌封，常温灌封缺点是体系粘度较大， 难以实现工业自动化，一般可用于较低压电子元器件的灌封或不适合 加热的场合；加热固化灌封粘度较小，工艺好，固化物的综合性能优 异，适用于高压电子器件的灌封
灌封材料及其应用
主要内容
一、灌封材料的基础知识 二、灌封胶配方实例 三、灌封胶材料性能要求 四、灌封工艺及常见问题原因分析 五、灌封材料的应用
一、灌封材料基础知识
1、什么事灌封
灌封简单说就是把元器件的各部分按要求进行合理的布置、 组装、键合、连接与环境隔离和保护等操作工艺。它的作用是 强化器件的整体性，提高对外来冲击、震动的抵抗力；提高内 部元件、线路间的绝缘；有利于器件小型化、轻量化；避免元 件、线路直接暴露于环境中，改善器件的防水防潮性能。
一、灌封材料基础知识
6、聚氨酯灌封胶
聚氨酯灌封胶通常由聚酯、聚醚等低聚物多元醇与多异氰酸酯，以 二元醇或者二元胺为扩链剂，通过逐步聚合制备而成。聚氨酯灌封胶硬 度是一种介于环氧树脂胶和有机硅之间的灌封胶，它的硬度略次于环氧 树脂高于有机硅， 1、单组分多异氰酸酯胶粘剂 （1）配制：将多异氰酸酯单体与溶剂按一定比例混合均匀，即可配制成 多异氰酸酯胶粘剂 。 （2）固化原理：—NCO与被粘物表面—OH作用，可在常温或高温下固化。 （3）多异氰酸树脂胶粘剂的特点： 1）多异氰酸酯分子量低，渗透力强，粘结力很强； 2）固化后，耐热、耐溶剂性能好。 3）含游离异氰酸酯基团高，对潮气敏感、有毒性。 4）多异氰酸酯分子量低，固化后，胶层硬度高，有脆性，常需改性。
二、灌封胶配方实例
5、填料
三、灌封胶材料性能要求
1、灌封胶固化前一般测试性能
灌封胶固化前的主要特性有：颜色、粘度、比重、配比、凝胶时间、可使用时间、固化时 间、触变性（止流性）、硬度、表面张力等。 （1）粘度：是指胶体在流动中所产生的内部摩擦阻力，其数值由物质种类、温度、浓度 等因素决定。 （2）凝胶时间：胶水的固化是从液体向固化转化的过程，从胶水开始反应起到胶体趋向 固体时的临界状态的时间为凝胶时间，它由双组份混合量、温度等因素决定。 （3）触变性：该特性是指胶体受外力触动时，随外力作用由稠变稀，当外界因素停止作 用时，胶体又恢复到原来时的稠度的现象。 （4）硬度：是指材料对压印、刮痕等外力的抵抗能力。硬度的数值与硬度计类型有关， 在常用的硬度计中，邵氏硬度计结构简单，适于生产检验，邵氏硬度计可分为A型、C型、 D型，A型用于测量软质胶体，C和D型用于测量半硬和硬质胶体。 （5）表面张力：液体内部分子的吸引力使表面上的分子处于向内一种力作用下，这种力 使液体尽量缩小其表面积而形成平行于表面的力，称为表面张力。表面张力的单位是N／m 表面张力的大小与液体的性质、纯度和温度有关。
三、灌封胶材料性能要求
4、固化后一般性能测试
1、硬度：一般在30-80邵A 2、导热系数：一般要求≥0.4 W/(m·K) 3、吸水 率：一般要求≤0.1% 4、电性能：较大的击穿电压和绝缘电阻、较小的介电常数 和介电损耗 5、耐盐雾性：盐雾箱中放置1800h后性能基本没有变化 6、耐双85性能：在温度85℃和湿度85%的条件下一般放置 1000h后性能基本无变化 7、耐紫外性能：在紫外线照射的条件下一般放置1000h后性 能基本无变化
一、灌封材料基础知识
2、灌封材料性能要求
性能要求
1）电性能要求高 2）机械性能优异 3）憎水防潮 4）耐候性能优异 5）优秀的耐热、阻燃性 6）耐盐雾性能好 7）灌封工件固化后可经过机械加工，在加工过程中不能出现 形变现象
一、灌封材料基础知识
3、主要灌封材料品种
灌封材料的品种很多，常用的主要有三大类：环氧树脂、 有机硅和聚氨酯。
环氧树脂
收缩率小；优良的绝缘耐热 性，耐附着性好；机械强度 大，价格较低，可操作性好； 固化剂和促进的选择可千变 万化
有机硅
适用温度范围广，固化时 不吸热、不放热、固化后 不收缩，对材料粘结性较 好，优良的电器性能和化 学稳定性能、耐水、耐臭 氧、耐候性好可返修性好
聚氨酯
特点
环境适应能力强，抗震性能 和耐冷热循环性能好
四、灌封工艺及常见问题原因分析
2、灌封常见问题及原因分析
（1）局部放电起始电压低，线间打火或击穿 电视机、显示器行输出变压器，汽车、摩托车点火器等高压电子产品， 常因灌封工艺不当，工作时会出现局部放电、线间打火或击穿现象，是因为 这类产品高压线圈线径很小，一般只有0.02～0.04mm，灌封料未能完全浸透 匝间，使线圈匝间存留空隙。由于空隙介电常数远小于环氧灌封料，在交变 高压条件下，会产生不均匀电场，引起界面局部放电，使材料老化分解，引 起绝缘破坏。 从工艺角度分析，造成线间空隙有以下两方面原因： 1)灌封时真空度不够高，线间空气未能完全排除，使材料无法完全浸渗。 2)灌封前试件预热温度不够，灌入试件物料黏度不能迅速降低，影响浸渗。 操作上应注意如下几点： 1)灌封料复合物应保持在给定的温度范围内，并在适用期内使用完毕。 2)灌封前，试件要加热到规定温度，灌封完毕应及时进入加热固化程序。 3)灌封真空度要符合技术规范要求。