摘 要：為了保證電子元器件在高過載環(huán)境下保持有效性和可靠性，在研制性能優(yōu)異的抗沖擊環(huán)氧樹脂灌封材料的基礎(chǔ)上，可行有效的施工工藝是保證灌封產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。采用自制帶液晶基團(tuán)的環(huán)氧樹脂對環(huán)氧樹脂E51進(jìn)行增韌改性，分析灌封材料施工工藝中灌封工藝和固化工藝的影響因素，確定了不同結(jié)構(gòu)灌封體的灌封工藝，以及確定固化劑用量為30%，環(huán)境溫度為25 ℃的固化工藝條件。按照施工工藝完成的電子產(chǎn)品灌封體，合格率＞95%。

關(guān)鍵詞：電子元器件； 環(huán)氧樹脂； 抗沖擊灌封材料； 施工工藝

中圖分類號：TN91934 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004373X（2012）22019203

0 引 言

在機械電子工業(yè)中，為了提高元器件和整機的穩(wěn)定可靠性，往往需要對電子元件或組裝部件進(jìn)行灌封。灌封是借助灌封材料把構(gòu)成電器件的各部分按規(guī)定要求進(jìn)行合理布置、組裝、鍵合、連接、密封和保護(hù)等而實施的一種操作工藝，它的作用是強化電子器件的整體性，提高對外來沖擊、震動的抵抗力；提高內(nèi)部元件、線路間絕緣，有利于器件小型化、輕量化；避免元件、線路直接暴露，改善器件的防水、防塵、防潮性能［1］。

隨著軍事用機械電子裝備向著小型化、輕量化、多功能、高性能方向發(fā)展，電子元器件的結(jié)構(gòu)越來越緊湊，電氣性能要求越來越高，對灌封材料提出了更高的要求。尤其是在導(dǎo)航及彈箭產(chǎn)品中，電子產(chǎn)品通常要承受高達(dá)上萬g的過載，如何保證電子元器件在高過載環(huán)境下仍保持有效性和可靠性，成為一個迫切需要解決的問題。目前，國內(nèi)研制的灌封材料通常只滿足正常環(huán)境下的使用性能，很少涉及在特殊環(huán)境（如高沖擊過載）下的使用性能。因此，開展特殊環(huán)境下使用的抗沖擊精密電子元器件用灌封材料的研制及應(yīng)用研究非常必要。

本課題組針對某回收裝置中數(shù)據(jù)芯片的灌封要求，通過對環(huán)氧樹脂灌封材料基礎(chǔ)配方的優(yōu)化，研制出了性能可調(diào)整、粘度小、適用期長、力學(xué)性能滿足試驗要求的灌封材料［25］。同時，結(jié)合灌封材料的性能特性及回收裝置的結(jié)構(gòu)特點，提出了適用的抗沖擊灌封材料的施工工藝，確保了回收裝置的一次性灌封成功。灌封好的回收裝置經(jīng)多批次多輪試驗考核，均滿足使用要求。此外，本產(chǎn)品還可用于船舶、航空、航天、兵器等高新技術(shù)領(lǐng)域中工作條件苛刻的電子元器件的灌封，如雷達(dá)直流電源中各印制板部件、航天產(chǎn)品自動控制系統(tǒng)中的電源變換器整流組合件、慣性導(dǎo)航產(chǎn)品中的多種關(guān)鍵傳感器及重要電器元部件等［1］。

灌封產(chǎn)品的質(zhì)量，除了與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、元件選擇、組裝及所用灌封材料密切相關(guān)外，可行有效的施工工藝也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文從灌封材料施工工藝的兩個主要方面（灌封工藝和固化工藝）入手，分析了不同的因素對灌封材料性能的影響，實現(xiàn)了精密電子元器件用抗沖擊灌封材料的施工工藝設(shè)計。

1 灌封工藝設(shè)計

灌封工藝的主要參數(shù)有工件處理、真空排泡、灌封厚度、灌封比例、流膠速度等。這些關(guān)鍵參數(shù)的選擇不僅影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量，也對產(chǎn)品的壽命、電性能等產(chǎn)生重要影響，因此在灌封過程中必須嚴(yán)格控制［68］。

環(huán)氧樹脂灌封有常態(tài)和真空2種灌封工藝。在電子產(chǎn)品灌封中，氣泡的存在會嚴(yán)重影響其電性能和機械性能，因此普遍采用真空灌封工藝。常見的有手工真空灌封和機械真空灌封2種方式。由于本項目灌封的產(chǎn)品數(shù)量少，若采用機械真空灌封， 設(shè)備投資大，維護(hù)費用高，因此本項目選用手工真空灌封工藝，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 抗沖擊環(huán)氧樹脂灌封材料灌封工藝流程圖灌封裝置及元器件清洗是灌封開始前必須完成的工序，一般環(huán)氧樹脂灌封材料忌油性、污染性，它們會影響其附著力和粘接性能。灌封過程中所用的模具、攪拌、灌封用器具等必須用丙酮清洗干凈， 充分晾干后待用。電子元器件的清洗一般用無水乙醇、汽油、丙酮或二甲苯清洗2～3遍為好，特別是有焊點的地方，一定要清洗干凈，以防引起催化劑的中毒。

定位好的灌封裝置，最好放在溫度為50～60 ℃環(huán)境中，預(yù)熱60 min以上。這樣不僅可以保證清洗溶劑及吸潮水分的充分揮發(fā)，而且較高的電器組件溫度可使接觸的灌封材料粘度下降，確保灌封材料在液態(tài)時與電器組件的充分浸潤。

灌封固化物中存在氣泡會造成兩方面的影響：一方面是對灌封材料電性能的影響，特別是高壓器件；另一方面是對外觀的影響，尤其是透明材料更顯著，因此在灌封過程中應(yīng)該盡可能避免產(chǎn)生氣泡。

氣泡產(chǎn)生的原因歸納起來有以下幾點：

（1） 反應(yīng)過程中產(chǎn)生低分子物或揮發(fā)性組份；

（2） 由于機械攪拌帶入的氣泡；

（3） 填料未徹底干燥而帶入的潮氣；

（4） 元件之間的窄縫死角未被填充而成孔穴。

針對以上原因，在灌封工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，如對原料進(jìn)行預(yù)熱處理（60 ℃條件下處理12 h以上），除去其中含有的溶劑、水等易揮發(fā)雜質(zhì)；攪拌混料應(yīng)緩慢而充分，盡量采用單向攪拌；配制好的灌封材料置于真空度為10 kPa的真空干燥箱內(nèi)反復(fù)進(jìn)行“抽→放→抽”脫泡操作，直至無氣泡；灌封材料應(yīng)從模具一邊緩慢加入，灌注速度不宜過快，盡量排除模具中氣體［68］。

對于厚度較?。ê穸龋?0 mm）的灌封體，通常采用一次灌封的方式，灌封好的器件放入真空箱內(nèi)再次抽真空，采取真空與常壓相繼進(jìn)行，在灌封料不溢出的前提下，真空度盡量高。對于厚度較大（厚度≥10 mm）的灌封體，在灌封過程中還要進(jìn)行分層分階段灌注，即灌封材料厚度達(dá)到10～20 mm時，就要進(jìn)行一次抽真空排氣處理，待氣泡排除干凈后，再進(jìn)行下一層的灌封。

現(xiàn)代電子產(chǎn)品，不僅需要滿足力學(xué)性能和電性能要求，外表美觀也是不容忽視的。所以，對灌封后的元器件，如其表面有少量氣泡缺陷或裂痕，應(yīng)重新配料進(jìn)行修補。

2 固化工藝設(shè)計

施工工藝中的固化工藝也是很重要的。固化過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和灌封膠物理性質(zhì)的變化，都會給最終的灌封件帶來各種內(nèi)在的、直觀的影響。在固化過程中，環(huán)氧灌封材料的固化時間、固化溫度及冷卻速度等固化條件，都是環(huán)氧灌封材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的重要因素，都必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲?10］。

固化時間可以由添加的固化劑的量進(jìn)行調(diào)整，一般4～6 h發(fā)生預(yù)固化比較合理。如果固化時間太短，不利于排除氣泡和及時散熱；而固化時間太長，則可生產(chǎn)性差，生產(chǎn)效率低下。

圖2 固化劑含量對抗沖擊環(huán)氧樹脂灌封材料

力學(xué)性能及固化速率的影響

圖2為純環(huán)氧樹脂體系中固化劑用量對灌封材料力學(xué)性能及固化速率的影響曲線，從圖中可以看出，固化劑的用量選擇直接影響灌封材料的使用期和固化物的力學(xué)性能?？紤]到固化程度將直接影響灌封材料的壓縮強度，同時灌封材料應(yīng)該具有適當(dāng)?shù)氖褂闷冢?5 ℃條件下，tgel≥30 min）和較快的固化速率（25 ℃條件下，24 h后，體系實現(xiàn)初步固化），因此，本項目選用的固化劑用量為基體樹脂用量的30%。

在環(huán)氧樹脂灌封材料的固化過程中，選擇合理的固化歷程（升溫或降溫速度、環(huán)境溫度等）也很重要。在升溫和降溫過程中，一般以控制在5～10 ℃/h為宜。緩慢的溫度變化歷程可以有效消除樹脂與器件之間由于熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，提高灌封體的綜合性能。

灌封時的環(huán)境溫度是否合適也是灌封材料施工性能考核的一個重要指標(biāo)，環(huán)境溫度的高低直接決定固化過程的快慢以及與外界的熱量交換狀態(tài)。如果固化歷程過快，則會導(dǎo)致熱量集中釋放，從而使整個灌封體系的溫度上升，影響內(nèi)部數(shù)據(jù)芯片的工作穩(wěn)定性。為了施工的方便，通常選擇的施工環(huán)境溫度為室溫，圖3為環(huán)境溫度對抗沖擊環(huán)氧樹脂灌封材料的固化歷程的影響曲線，從圖中可以看出，在施工環(huán)境溫度為25 ℃時，整個灌封體系溫度變化非常平穩(wěn)，放熱峰最高溫度為41.8 ℃，既保證灌封體系的均勻固化，又確保數(shù)據(jù)芯片不受到熱損傷。

圖3 環(huán)境溫度對抗沖擊環(huán)氧樹脂灌封材料的固化歷程的影響3 環(huán)氧樹脂灌封材料的性能及其應(yīng)用

通過配方設(shè)計和工藝優(yōu)化，制備出了性能優(yōu)異的增韌環(huán)氧樹脂灌封材料，其主要性能參數(shù)見表1。灌封好的產(chǎn)品在試驗過程中承受了上萬g的沖擊過載重量，仍然能確保采集和輸出數(shù)據(jù)的及時準(zhǔn)確，為試驗狀態(tài)的確定和試驗結(jié)果的分析提供了有力的保障。

4 結(jié) 語

抗沖擊灌封材料的施工工藝直接影響灌封產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率，通過研究，確定了不同結(jié)構(gòu)灌封體的灌封工藝，以及確定固化劑用量為30%，環(huán)境溫度為25 ℃的較優(yōu)固化工藝條件。按照施工工藝完成的電子產(chǎn)品灌封體，合格率＞95%，已經(jīng)應(yīng)用于某產(chǎn)品回收裝置的測試系統(tǒng)，滿足使用要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡介： 張 凱 男，1973年出生，重慶云陽人，高級工程師，材料學(xué)博士。主要從事功能高分子材料的研制與應(yīng)用。