灌封材料

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。2、灌封材料性能要求一、灌封材料基础知识性能要求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。一、灌封材料基础知识环氧树脂有机硅聚氨酯特点收缩率小；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环境适应能力强，抗震性能和耐冷热循环性能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用途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工作环境条件苛刻的高技术领域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。4、有机硅灌封胶一、灌封材料基础知识（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。4、有机硅灌封胶（续）一、灌封材料基础知识缩合型：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……（2）缩合型硅橡胶一、灌封材料基础知识(3)缩合型与加成型硅橡胶性能比较4、有机硅灌封胶（续）性能项目缩合型硅橡胶加成型硅橡胶线收缩率/%1.00.2深层固化一般建议灌封厚度≤3cm任意硫化副产物酸、肟、醇、丙酮等小分子理论上没有电气绝缘性有小分子和副产物放出，初期下降，以后缓慢恢复，一般能达到：1.0×1014~5.0×1014无副产物，电气性能优异，一般能达到：5.0×1014~1.0×1015耐热性在密闭条件下较差良好耐湿热性表面发粘，强度下降明显良好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一、灌封材料基础知识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5、环氧灌封胶一、灌封材料基础知识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。6、聚氨酯灌封胶一、灌封材料基础知识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6、聚氨酯灌封胶（续）二、灌封胶配方实例1、环氧灌封料的配方实例二、灌封胶配方实例2、有机硅灌封料的配方实例3、聚氨酯灌封料的配方实例二、灌封胶配方实例二、灌封胶配方实例（1）白度化红磷（2）磷氮复合系（3）氢氧化铝（4）氢氧化镁（5）三氧化二锑（6）十溴二苯醚（乙烷）（7）十溴二苯醚（烷）和三氧化二锑复合体系（8）氯化石蜡（9）TCEP（10）三聚氰胺4、灌封胶常用的阻燃剂体系二、灌封胶配方实例5、填料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A2、导热系数：一般要求≥0.4W/(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后性能基本无变化三、灌封胶材料性能要求四、灌封工艺及常见问题原因分析灌封产品的质量，一般与产品的结构设计、元件选择、组装及所用灌封材料密切相关，灌封工艺也是不容忽视的因素，对聚氨酯和有机硅灌封胶工艺而言，灌封工艺类似。下面以环氧灌封胶工艺为例：环氧树脂灌封有常态和真空两种灌封工艺。环氧树脂和胺类固化剂常温固化灌封料，一般用于低压电器，多采用常态灌封。环氧树脂和酸酐类固化剂加热固化灌封料，一般用于高压电子器件灌封，多采用真空灌封工艺。目前常见的有手工真空灌封和机械真空灌封两种方式，而机械真空灌封又可分为A、B组分先混合脱泡后灌封和先分别脱泡后混合灌封两种情况。其工艺流程如下：(1)手工真空灌封工艺(2)机械真空灌封工艺先混合脱泡后灌封工艺A、B先分别脱泡后混合灌封工艺相比之下，机械真空灌封，设备投资大，维护费用高，但在产品的一致性、可靠性等方面明显优于手工真空灌封工艺。无论何种灌封方式，都应严格遵守给定的工艺条件，否则很难得到满意的产品。1、灌封工艺四、灌封工艺及常见问题原因分析（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。2、灌封常见问题及原因分析四、灌封工艺及常见问题原因分析（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。2、灌封常见问题及原因分析（续）四、灌封工艺及常见问题原因分析(3)固化物表面不良或局部不固化这些现象也多与固化工艺相关，主要原因是：1)计量或混合装置失灵、生产人员操作失误。2)A组分长时间存放出现沉淀，用前未能充分搅拌均匀，造成树脂和固化剂实际比例失调。3)B组分长时间敞口存放、吸湿失效。4)高潮湿季节灌封件未及时进入固化程序，物件表面吸湿。2、灌封常见问题及原因分析（续）五、灌封材料的应用1、汽车(1)电子点火和发动机控制模块(2)车轮转速传感器(3)轮胎气压传感器(4)电容器，开关