电子电气工业中的灌封树脂产品

电子电气工业中的灌封树脂产品电子电气工业中所用的树脂有多种类型。多年来广泛使用的是环氧树脂，它们通常很坚硬，且固化后收缩率低,表现出卓越的机械性能和耐高温性，对各种底材附着良好，同时具有很好的耐化学品性。交联或固化过程通常发生的很缓慢，尤其树脂量较少时。可以使用快干固化剂，但是固化过程中会大量放热，损坏电子元件或给元件及电路带来高机械应力。固化后的聚氨酯树脂是有弹性的，用于精密元件的灌封，如陶瓷或者玻璃簧片开关。相对来说，聚氨酯树脂的固化速度、可操作时间和凝胶时间可以根据客户的要求设定，从而缩短施工时间，简化施工工艺。与环氧树脂相比，聚氨酯在固化过程中放热较低——即使是在快速固化体系中，产生的热量通常也不会引起问题。传统的聚氨酯会对水敏感，尤其在高温下；然而，聚丁二烯树脂在固化过程中和昀终固化后均具有耐水性。Electrolube用数字体系来区分两种聚氨酯树脂——UR50**和UR51**是聚丁二烯树脂，UR55**和UR56**是传统聚氨酯树脂。多种聚氨酯树脂及具有的各种特性使其在电子电气封装行业中的应用更加广泛。硅树脂通常比环氧树脂和聚氨酯树脂更贵，但它可在持续高温下工作（180度以上），放热温度也很低。聚酯体系也被广泛用于灌封和包封，但在固化过程中，放热量较高，且收缩率高，会损坏元器件及电路。同时体系中含的高水平苯乙烯产生的毒性也使其不受欢迎且难于施工。Electrolube提供多种环氧树脂、聚氨酯树脂用于灌封、包封及其他应用，其中大多数是双组份体系，使用前树脂以核定比例与固化剂混合。双组份树脂提供散装和套装包装——后者的树脂和固化剂均按比例称量后包装，使用者无需再次称重。同样提供树脂包，即一个被可拆卸的卡条和卡槽分割成两部分的塑料袋装产品。同样，树脂和固化剂也已按核定比例包装，拿开卡条和卡槽后，两组份会在袋中充分混合而不会混入空气。树脂袋可被当做点胶器，用于向相应元件灌胶。Electrolube同时也提供部分单组份热固化环氧树脂产品，可以用于小型的包封工艺。也可配制单组份UV固化树脂，但这种产品不适合用作灌封树脂，因为厚的嵌入式部位固化时会有阴影和UV穿透力问题。也可选用湿固化单组份聚氨酯树脂，但不管对灌封或包封而言，为达到完全固化，湿气充分渗透是一个问题。大部分还在使用的树脂产品是复杂的产品，具有满足顾客要求的液体性能和固化后性能。环氧树脂产品通常含有稀释剂或粘度调节剂，使树脂膜粘度更低从而更易施工。稀释剂可参与交联反应，或做为化学惰性剂不参与反应。反应型稀释剂每个分子可以含有一个（单官能团）或者两个（双官能团）环氧基——前者比后者具有更低的粘度，但是机械性较差。非反应型稀释剂通常使固化体系柔韧性更好，但是会降低附着力，特别是在高温下。Electrolube的ER1448是一个具有极低粘度的典型环氧树脂，使用特有的两种类型的稀释剂，它为小的复杂电路提供快速、高效的空气置换，而无需预排除空气。非反应性稀释剂可以用于高品质的聚氨酯树脂，提供柔软的封装体系，当故障排除和维修时可以很容易从电路上去除。Electrolube的UR5048就是这样一个非常受欢迎的树脂。UR5044是阻燃型聚氨酯树脂，通过了美商实验所的UL94V-0。UR5083使用不同类型的稀释剂，固化后，形成柔软的自封闭型凝胶，电缆接头的线缆可反复插入并拔出，不会对树脂造成损坏。环氧树脂的固化剂对树脂的昀终性能起重要作用，且选择不同的固化剂可以控制固化速度。昀早使用的固化剂是初级脂肪铵，伤害性较大，可快速固化，但放热很高；如果不小心操作会腐蚀皮肤，可能引起皮炎和哮喘。另一种被人们熟知的固化剂是芳香胺类，反应较慢同时伤害较小，体系固化后可耐受较高的持续工作温度；虽然它们引起皮炎或过敏的危险较小，但其致癌性已引起越来越多的关注。现在的胺类固化剂通常由多种成分依其特性复配而成。有机酸酐可以形成低粘度、持续耐高温的环氧树脂，但缺点是它通常是三组份而不是两组份体系，且需要高温固化。传统的聚氨酯树脂是聚醚型聚合物(如聚丙烯氧化物)或聚酯型树脂(如蓖麻油)。前者通常具有更好的耐水性，后者附着力更强。树脂的第二个组份是异氰酸酯，通常是联苯甲烷二异氰酸酯（MDI，最安全的异氰酸酯)。保护树脂和固化剂不吸潮是很重要的。如果树脂吸潮，水会与异氰酸酯反应生成二氧化碳气泡，分布在固化的产品中。如果异氰酸酯吸潮，则会产生固体沉淀物和二氧化碳，增大包装容器的压力。通常反复开闭容器会导致树脂或固化剂吸潮——每次容器被打开时，潮湿的空气会混入液体上层气体中，从而被液体吸收。容器必须尽可能快地开启和封闭，并在封闭之前充入干氮气以防潮。如果做不到这一点，则应购买合适的小包装产品。在混合及点胶设备中，也要对聚氨酯树脂和固化剂做防潮保护——可在罐上安装干燥阀，或持续充入干氮气。异氰酸酯是体系中有害的部分，不要加热或者喷洒，否则会增加其在环境气体中的含量，从而导致肺部过敏。如果每个聚醚或聚酯链上有两个羟基（二醇），固化后的树脂会更软。可通过增加三元醇（每个链上三个羟基）的数量来提高硬度。聚丁二烯聚氨酯树脂有一个很长的具有数个羟基的烃链——这个烃链降低了体系在固化过程中或固化后的吸水性，优点如上所述。聚氨酯体系的固化速度可以很容易地通过树脂中催化剂的加入量来调节。这些催化剂可能是几类，包括胺基、锡化合物和汞化合物。昀后一种具有昀均衡的特性——低水敏感性、可操作时间长且固化快。然而，EEC法规及RoHS指令，日益严格地限制汞化合物的使用，迫使化学家们不得不开发新的替代品。固体填料在很多树脂体系中都是非常重要的组成部分，他们昀简单的用途是降低成本，如石灰石粉。实际节约的成本通常少于预计节约的成本，因为加入填料后产品密度比加入前要高。也就是说如果每单位体积需要3克密度为1.0的树脂来灌封，但对于密度为1.5的树脂它就需要4.5克。两种情况下的灌封体积均为3毫升。在不同树脂间比较成本时，应以升为单位，而不是公斤。固体填料通常会增加产品固化后的硬度。有的填料被用作阻燃剂，如氢氧化铝，因为它具有低烟尘和低毒气等特点。Electrolube的ER2188和ER2195就是氢氧化铝作为阻燃剂添加到环氧树脂中的典型产品，这两个产品都通过了美商实验所的UL94V-0。UR5097,UR5604和UR5608三种阻燃型聚氨酯，使用了同一原理来实现阻燃的目的，也均通过了UL94V-0认证。氢氧化铝作为阻燃剂的缺点是：添加量较大时，会导致树脂体系的粘度较高。溴化合物也能用作阻燃剂，他们的加入量通常不大，产品粘度较低，他们通常被与氧化锑放在一起，表现出昀好的性能。然而他们会产生较多的烟尘和毒气。五溴联苯醚型阻燃剂已经在欧洲被禁止使用了，曾经被昀为广泛的作为溴基阻燃剂的十溴联苯氧化物也被证实存在人体健康和安全的问题。焚烧会产生二噁英这一观点还存在着争议，因此围绕这种成分的立法还未确定。然而，十镍联苯氧化物的替代品已经被找到，ElectrolubeER2165就是这样一个产品，低粘度的阻燃型环氧树脂，并已经通过了UL94V-0。化学机理完全不同的新型镍基阻燃剂已经投入使用，并在欧洲法规允许的范围内，UL5110就是使用这一新技术的代表性聚氨酯树脂。还有许多其他类型的填料用于环氧、聚氨酯树脂。中空玻璃微珠和塑料球可以降低密度和介电损耗。当灌封无线电波电路时，灌封树脂在印刷线路板的导体间产生电容效应，改变了电路特性。使用低介电常数的含中空微珠的树脂可以克服这些问题——典型的例子就是Electrolube的树脂产品ER2193，ER2175和UR5111；此外镍粉和银粉的加入可以使树脂导电——Electrolube的ER2141是导电镍环氧树脂；氧化锌和氧化铝能改善导热系数，但氧化铝是研磨料，会使混合灌装设备产生严重的磨损问题。ER2074，ER2183是非常受欢迎的氧化锌做填充剂的导热型环氧树脂；硅粉的加入可降低树脂的固化收缩率及热膨胀系数，但很容易沉降；添加研磨的玻璃纤维可改善耐冲击性；添加硫酸钡可防x射线，等等。在早期的灌封和包封应用中，环氧树脂是备选的材料之一。随着近年来的发展，环氧树脂技术日趋老化，树脂领域令人激动的新工艺越来越多地集中在聚氨酯产品中。这是聚氨酯树脂的优势日益明显，并占据了越来越多原本属于环氧树脂的市场份额。