廖聲禮

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

電子元件是電子電路中的基本元素，是將振蕩器、電阻、電容、晶體管、二極管等以焊接的方式連接到PCB上組成集成電路。焊點(diǎn)是剛性的，在振動(dòng)情況下易造成焊點(diǎn)松動(dòng)，導(dǎo)致電拉弧、短路、信號(hào)干擾等現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至可直接導(dǎo)致集成電路破壞。為了保持電子元件運(yùn)作的穩(wěn)定性，特別是體積比較大的組件（如大電容、變壓器等），防止運(yùn)輸和使用過(guò)程中由于振動(dòng)引起的電子元件節(jié)點(diǎn)松動(dòng)，需要通過(guò)電子粘接固定膠對(duì)大型電容、電阻、電感等各種電子元器件進(jìn)行固定及焊接處輔助補(bǔ)強(qiáng)，以防止因振動(dòng)或其他外力沖擊而產(chǎn)生的焊點(diǎn)撕裂或連接點(diǎn)的撕裂，以及其他內(nèi)應(yīng)力損傷，從而提高其電絕緣性能，把受到環(huán)境等因素的影響控制到最低。

通過(guò)對(duì)國(guó)際及國(guó)內(nèi)很多電子企業(yè)PCBA使用的粘結(jié)固定膠進(jìn)行了解，其主要使用有機(jī)硅材質(zhì)的粘結(jié)固定膠，并廣泛應(yīng)用。有機(jī)硅粘結(jié)固定膠具有硬度低，富有彈性，且粘結(jié)強(qiáng)度大等一系列優(yōu)勢(shì)。

2 粘結(jié)固定膠的選擇及試驗(yàn)方案

2.1 材料選擇

選擇的新型粘結(jié)固定膠應(yīng)滿(mǎn)足型號(hào)產(chǎn)品使用要求，即介電損耗因數(shù)、體積電阻率、阻燃性、絕緣性能、絕緣強(qiáng)度、抗熱沖擊能力、抗水解穩(wěn)定能力、抗老化能力等應(yīng)滿(mǎn)足型號(hào)產(chǎn)品使用要求。新型固定膠還應(yīng)具有使用方便、附著力強(qiáng)、環(huán)保等性能。選取國(guó)內(nèi)外電子產(chǎn)品廣泛使用的6種最新粘結(jié)固定膠作為研究對(duì)象。具體型號(hào)為：國(guó)產(chǎn)HT1#，進(jìn)口TS2#，進(jìn)口TS3#，進(jìn)口MT4#，進(jìn)口MT5#和進(jìn)口XY6#。

2.2 試驗(yàn)方案的制定

根據(jù)型號(hào)產(chǎn)品使用要求，使用工藝試驗(yàn)印制板，用噴槍噴涂方法對(duì)6種材料進(jìn)行涂覆，試驗(yàn)的項(xiàng)目如下：

（1）元器件固定膠的表干時(shí)間試驗(yàn)；

（2）粘結(jié)強(qiáng)度性能測(cè)試；

（3）與接觸輔料兼容性潮態(tài)試驗(yàn)；

（4）整機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)；

（5）高低溫循環(huán)試驗(yàn)；

（6）焊接應(yīng)力試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)過(guò)程

3.1 粘結(jié)固定膠的表干時(shí)間試驗(yàn)

為不影響電子制造過(guò)程工序，希望盡可能縮短表干時(shí)間，對(duì)涂覆材料的表干及固化時(shí)間要求越短越好，因此涂覆材料的表干、固化時(shí)間是考核的指標(biāo)之一。

3.1.1 表干時(shí)間試驗(yàn)方法

選擇6塊試驗(yàn)用印制板組件，將6種固定膠用噴槍均勻地涂覆在PCB板面上進(jìn)行試驗(yàn)，膠量覆蓋面積約為直徑16mm的圓形，可在PCB板確定打膠位置與圓形大小，如圖1所示。有兩種方案，第一，手指接觸法。使用秒表記錄表干時(shí)間，表干判定為用手指輕輕觸碰膠的表面，不出現(xiàn)粘手、拉絲現(xiàn)象。第二，靜電袋接觸法。使用秒表測(cè)試表干時(shí)間，表干判定為用靜電袋輕輕觸碰膠的表面，不出現(xiàn)粘靜電袋、拉絲現(xiàn)象。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

3.1.2 表干時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果比較

從表1可見(jiàn)，在粘接固定膠表干時(shí)間項(xiàng)目中，國(guó)產(chǎn)HT1#，進(jìn)口TS2#和進(jìn)口MT4#三種粘接固定膠指標(biāo)都比較好，特別是進(jìn)口MT4#，表干時(shí)間最短。三種粘接固定膠通過(guò)該項(xiàng)目試驗(yàn)。

圖1 打膠操作示意圖

圖2 推力計(jì)測(cè)試示意圖

表1 粘結(jié)固定膠表干時(shí)間表

表2 固定膠的粘接強(qiáng)度

表3 固定膠對(duì)元器件的粘接強(qiáng)度

3.2 粘結(jié)強(qiáng)度性能測(cè)試

元器件需使用固定膠處理，粘接強(qiáng)度性能是重要的指標(biāo)，需要考核固定膠的粘結(jié)強(qiáng)度，不能出現(xiàn)脫落或者松動(dòng)等不良現(xiàn)象。

3.2.1 粘結(jié)強(qiáng)度性能測(cè)試方法

①PCB板上粘接強(qiáng)度測(cè)試。將硅膠涂在PCB板上，打膠覆蓋面積約為直徑16mm的圓形。固化48h后進(jìn)行推拉力測(cè)試。使用推拉力計(jì)，如圖2所示。

②模擬生產(chǎn)實(shí)際情況，將粘接固定膠打在電解電容上，使用推拉力計(jì)進(jìn)行測(cè)試。

③助焊劑上粘接強(qiáng)度測(cè)試。在PCB板上噴涂均勻助焊劑，助焊劑噴涂使用波峰焊流量25ml/min。助焊劑預(yù)熱烘干后，將硅膠涂在PCB板上，打膠覆蓋面積約為直徑16mm的圓形。固化48h后進(jìn)行推拉力測(cè)試。使用推拉力計(jì)。

④涂覆材料上粘接強(qiáng)度測(cè)試。在PCB板上噴涂均勻涂覆材料，按工藝要求手刷2遍。涂覆材料干固后，將硅膠涂在PCB板上，打膠覆蓋面積約為直徑16mm的圓形。固化48h后進(jìn)行推拉力測(cè)試。使用推拉力計(jì)。

3.2.2 粘接強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果比較

將粘接膠固定在PCB板、助焊劑涂敷、三防膠涂敷面，保證有效粘接面積約為直徑16mm的圓形。膠固化后使用推力計(jì)測(cè)試粘接強(qiáng)度，數(shù)據(jù)如表2所示。

將粘接膠、熱熔膠固定在大電解電容、小元件上，使用半自動(dòng)打膠設(shè)備定量打膠，元件不焊接，對(duì)比不同型號(hào)粘接力大小，數(shù)據(jù)如表3所示。

圖3 與接觸輔料兼容性潮態(tài)試驗(yàn)后圖片

圖4 溫度循環(huán)試驗(yàn)后圖片

圖5 焊接應(yīng)力測(cè)試代表性圖片

3.3 與接觸輔料兼容性潮態(tài)試驗(yàn)

由于電子產(chǎn)品的可靠性要求高，需要考核粘結(jié)固定膠與各個(gè)接觸輔料的兼容性，即與各種接觸輔料不能存在腐蝕現(xiàn)象。

3.3.1 與接觸輔料兼容性潮態(tài)試驗(yàn)方法

分別將不同粘接膠樣品打到不同的梳形板上，做好標(biāo)識(shí)。待表干后分別使用助焊劑、清洗劑噴灑在粘接膠與銅面表面，放置2天后待其完全固化。將所有樣品放入恒溫恒濕箱內(nèi)，將溫濕度均設(shè)定為85%，保持運(yùn)行128h，取出后將粘接膠與梳形板表面進(jìn)行觀察，并將粘接膠刮除后底部銅面與外部銅面對(duì)比觀察。

3.3.2 與接觸輔料兼容性潮態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)評(píng)估，六種粘接固定膠均能通過(guò)此項(xiàng)目試驗(yàn)，代表性圖片如圖3所示。

表4 整機(jī)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

表5 粘接固定膠材料性能綜合考查表

3.4 高低溫循環(huán)試驗(yàn)

考慮產(chǎn)品使用情況，加嚴(yán)考核粘結(jié)固定膠的耐高低溫、抗老化濕熱能力，不能出現(xiàn)膠開(kāi)裂，脫落現(xiàn)象。

3.4.1 高低溫循環(huán)試驗(yàn)方法

把粘接膠涂在P C B板上自然完全固化后；在-40℃～120℃的溫度條件下各放置30min為1次循環(huán)，切換時(shí)間為2～3min，循環(huán)240次；試驗(yàn)結(jié)束后取出，常溫放置96h，要求試驗(yàn)后樣品表面外觀不能出現(xiàn)開(kāi)裂、粉化、脆化、變黃。

3.4.2 高低溫循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)評(píng)估，六種粘接固定膠均能通過(guò)此項(xiàng)目試驗(yàn)。代表性圖片如圖4所示。

3.5 整機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)產(chǎn)品的使用要求，制定了試驗(yàn)印制板的整機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件項(xiàng)目及試驗(yàn)條件。不能出現(xiàn)膠開(kāi)裂，脫落現(xiàn)象。

3.5.1 整機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)方法

將粘接固定膠涂在需要固定的電容上，按照上述3.4.1小節(jié)進(jìn)行高低溫循環(huán)試驗(yàn)后，再進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，要求：（1）PCB固定在振動(dòng)臺(tái)上；（2）頻率：10Hz～55Hz；（3）振幅：1mm；（4）振動(dòng)方向：上下、左右、前后各振動(dòng)2h。

3.5.2 整機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

整機(jī)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果如表4所示。

3.6 焊接應(yīng)力試驗(yàn)

考慮粘結(jié)固定膠的適應(yīng)性能。

3.6.1 焊接應(yīng)力試驗(yàn)方法

取三極管物料，正常波峰焊工藝焊接于PCB板上，將粘接膠打在器件引腳與PCB板上，使粘接膠完全覆蓋器件引腳，-40℃環(huán)境中放置30min，并立馬切換到80℃環(huán)境中維持30min，一個(gè)循環(huán)時(shí)間1h，循環(huán)240次；完成試驗(yàn)后，觀察焊點(diǎn)情況，不能出現(xiàn)焊點(diǎn)脫焊等異?，F(xiàn)象。

3.6.2 焊接應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)溫循的板，均未發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)脫焊異常，代表性圖片如圖5所示。

4 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)6種材料進(jìn)行6種試驗(yàn)結(jié)果考查，從材料性能角度考慮，綜合性能考查結(jié)果如表5所示。

由表5可見(jiàn)，能滿(mǎn)足產(chǎn)品使用要求且環(huán)保的PCBA粘接固定膠為進(jìn)口TS2#和進(jìn)口MT4#，其表干時(shí)間短，粘接強(qiáng)度大，高低溫循環(huán)試驗(yàn)和整機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)未出現(xiàn)開(kāi)裂和脫落現(xiàn)象，對(duì)焊點(diǎn)無(wú)影響。

5 結(jié)論

本文對(duì)電子行業(yè)環(huán)保粘接固定膠進(jìn)行了性能對(duì)比，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口TS2#和進(jìn)口MT4#兩種材料性能優(yōu)異，固化時(shí)間迅速，粘結(jié)強(qiáng)度大，可靠性（振動(dòng)、高低溫循環(huán)和焊接應(yīng)力試驗(yàn)）高，可以在空調(diào)電子產(chǎn)品上使用，國(guó)產(chǎn)HT1#也比較優(yōu)異，僅粘接力稍差；進(jìn)口TS3#、進(jìn)口MT5#和進(jìn)口XY6#性能無(wú)優(yōu)勢(shì)，特別是表干時(shí)間長(zhǎng)，不推薦用于快節(jié)奏生產(chǎn)制造工藝。