一、灌封料的用途、分类、技术要求
灌封是爱游戏老版本下载
的一个重要应用领域。已广泛地用于电子器件制造业,是电子工业不可缺少的重要绝缘材料。
灌封,就是将液态爱游戏老版本下载
复合物用机械或手工方式灌入装有电子元件、线路的器件内,在常温或加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。它的作用是:强化电子器件的整体性,提高对外来冲击、震动的抵抗力;提高内部元件、线路间绝缘,有利于器件小型化、轻量化;避免元件、线路直接暴露,改善器件的防水、防潮性能。
环氧灌封料应用范围广,技术要求千差万别,品种繁多。从固化条件上分,有常温固化和加热固化两类。从剂型上分,有双组分和单组分两类。多组分剂型,由于使用不方便,做为商品不多见。
常温固化环氧灌封料一般为双组分,灌封后不需加热即可固化,对设备要求不高,使用方便。缺点是复合物作业黏度大,浸渗性差,适用期短,难以实现自动化生产,且固化物耐热性和电性能不很高。一般多用于低压电子器件灌封或不宜加热固化的场合使用。
加热固化双组分环氧灌封料,是用量最大、用途最广的品种。其特点是复合物作业黏度小,工艺性好,适用期长,浸渗性好,固化物综合性能优异,适于高压电子器件自动生产线使用。
单组分环氧灌封料,是近年国外发展的新品种,需加热固化。与双组分加热固化灌封料相比,突出的优点是所需灌封设备简单,使用方便,灌封产品的质量对设备及工艺的依赖性小。不足之外是成本较高,材料贮存条件要求严格,所用环氧灌封料应满足如下要求:
(1)性能好,适用期长,适合大批量自动生产线作业。
(2)黏度小,浸渗性强,可充满元件和线间。
(3)灌封和固化过程中,填充剂等粉体组分沉降小,不分层。
(4)固化放热峰低,固化收缩小。
(5)固化物电气性能和力学性能优异,耐热性好,对多种材料有良好的粘接性,吸水性和线膨胀系数小。
(6)某些场合还要求灌封料具有难燃、耐候、导热、耐高低温交变等性能。
近年,随电子工业迅猛发展,我国已拥有一支优秀的环氧灌封料研究、开发队伍,专业生产厂家规模不断壮大,产品商品化程度明显提高,初步形成了门类品种较为齐全的新兴产业。
二、环氧灌封料的主要组分及作用
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是环氧灌封料的主要组分。低分子液态双酚A型爱游戏老版本下载
是其首选品种,这种爱游戏老版本下载
黏度小,流动性好,在不用或少用稀释剂情况下,可加入大量填充剂。更主要的是它综合性能好,价格低廉。常用的牌号有:E-51、E-54、E-44等。
配方中部分或全部使用多官能爱游戏老版本下载
,如F-51、F-44酚醛爱游戏老版本下载
等,可获得耐热性更高的环氧灌封料。
欲获得耐候性优良的环氧灌封料,则应全部使用脂环族爱游戏老版本下载
,如TDE-85、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、氢化双酚-A爱游戏老版本下载
等。
2.固化剂
固化剂是爱游戏老版本下载
灌封料另一主要组分。选用不同的固化剂,可获得性能不同的环氧灌封料。在灌封料配方体系中,最常用的有胺和酸酐两大类固化剂。
(1)胺类固化剂,是室温固化灌封料通常采用的固化剂。一般脂肪胺固化剂,虽可在室温下固化爱游戏老版本下载
,但它刺激性大、加量小、适用期短、放热峰高、易与空气中二氧化碳反应而无法得到表面光亮平整的固化物,通常很少采用。多数情况是使用它们的改性物,如:593、793固化剂等。与脂肪胺相比,改性胺类固化剂刺激性显著减小,配合用量相应增大,降低了放热峰,延长了适用期,固化物表面状况也有改善。
芳胺类固化剂虽然固化物性能优异,但因它们多是固体,需加热固化,使用不方便。在灌封料中不常使用。近年开发的改性苯胺-甲醛缩合物,是低黏度液体,可在常温下固化爱游戏老版本下载
,配合用量大,放热峰低,固化物表面平整光亮,是一种较好的液体芳胺固化剂。缺点是色泽较深,多用于黑色环氧灌封料。
(2)酸酐类固化剂,是双组分加热固化环氧灌封料最重要的固化剂。常用的品种有液体甲基四氢邻苯二甲酸酐、液体甲基六氢邻苯二甲酸酐等,这类固化剂黏度小,配合用量大,能在灌封料配方中起到固化、稀释双重作用,加入叔胺类促进剂后,可在80~120℃条件下固化,并在作业温度下(30~40℃)有4h以上的适用期。固化放热缓和,固化物综合性能优异。
3.稀释剂
稀释剂组分的作用是:降低灌封料体系黏度,改善工艺性提高浸渗性,增加填充剂用量。
做为灌封料使用的稀释剂,必须是可参于固化反应的高沸点低黏度液体,即活性稀释剂。灌封料常用的有丁基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚等。对于单官能活性稀释剂用量一般为10~15 PHR双官能活性稀释剂一般为15~20PHR,加量过大也会导致固化物性能的恶化。
4.填充剂
灌封料填充剂一般为无机粉体材料。填充剂的加入可有效地降低材料成本,更为重要的是,可在多方面提高材料性能。与爱游戏老版本下载
相比,许多填充剂有更低的线胀系数和吸水率,更高的导热性和绝缘性。因此,在配方中加人足够量的填充剂可明显改善灌封料的工艺性和固化物的综合性能。如:可抑制反应热延长适用期、降低固化放热峰;减少固化收缩和材料的线膨胀系数;提高固化物的机械强度、耐电弧性、耐表化性和传热性等。
从化学角度看,填充剂必须是中性或弱碱性,不含水分,对爱游戏老版本下载
和固化剂为惰性。从工艺角度看,填充剂粒度一般要在400目以上,与树脂亲合力好,沉淀性小,其用量对体系黏度无急剧增加,且不含磁性材料和金属杂质。
填充剂用量依配方体系和工艺要求而定,简单地讲,就是能满足灌封工艺和产品技术要求的最大加入量。
环氧灌封料常用的填充剂有二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、氢氧化镁以及硅灰石等粉体材料。经硅氧烷、钛酸酯等偶联剂处理的“活性”填充剂,不仅可提高填充剂用量,还可明显地提高材料的力学性能和耐潮湿性能。
5.增韧剂
对于室温固化灌封料及一般条件下使用的热固化小型制件灌封,很少考虑添加增韧剂,但对于较大制件及埋封铁心、磁芯或在冷热交变剧烈环境下使用的制件的灌封,增韧剂是必不可少的。传统的增韧剂如邻苯二甲酸二丁酯、聚酯、聚醚等虽然可在一定程度上改善热固化环氧灌封料的抗开裂性能,但会使材料的耐热性明显下降。端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)和国内近年开发的“奇土”增韧剂,由于它们在加热固化时,在体系内形成增韧的“海岛结构”,使材料抗开裂性成倍的提高,而对耐热性影响不大,是目前较好的增韧剂。其加入量为10~20PHR。
6.促进剂
双组分环氧一酸酐灌封料,一般要在140℃左右长时间加热才能固化。这样的固化条件,不仅造成能源的浪费,且多数电子器件中的元件、骨架外壳是难以承受的。配方中加入促进剂组分则可有效地降低固化温度、缩短固化时间。常用的促进剂有:苄基二甲胺、DMP-30等叔胺。也可使用咪唑类化合物。一般用量为酸酐固化剂的0.3%~3%,在此范围内,用量越大促进效果越明显,应根据选用促进剂的种类和设定的工艺条件而定。
7.其他组分
为满足灌封件特定的技术、工艺要求,还可在配方中加入其他组分。加入防沉剂、消泡剂可改善材料的工艺性;阻燃剂可提高材料的使用安全性;偶联剂可改善材料的粘接性和防潮性;着色剂用以满足制件外观要求等。
在这里需要进一步说明的是,虽然爱游戏老版本下载
灌封料原料组分众多,实际上我们只将爱游戏老版本下载
和固化剂做为A、B两大基础组分,其他组分则可根据其性质和灌封材料的工艺要求并人上述两大基础组分中,并根据要求进行加工处理,即可成为双组分环氧灌封料。
三、灌封工艺及灌封产品常出现的问题
1.灌封工艺
灌封产品的质量,主要与产品结构设计、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。
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灌封有常态和真空两种灌封工艺。爱游戏老版本下载
一胺类常温固化灌封料,一般用于低压电器,多采用常态灌封。爱游戏老版本下载
一酸酐加热固化灌封料,一般用于高压电子器件灌封,多采用真空灌封工艺,是我们本节研究的重点。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。
2.灌封产品常出现的问题及原因分析
(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(电晕)、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。对于手工灌封或先混合脱泡后真空灌封工艺,物料混合脱泡温度高、作业时间长或超过物料适用期,以及灌封后产品未及时进入加热固化程序,都会造成物料黏度增大,影响对线圈的浸渗。
图5-2是用于彩色电视机行输出变压器爱游戏老版本下载
一酸酐灌封料的温度一时问一黏度变化曲线。
![]() 从上图曲线可知,热固化环氧灌封材料复合物,起始温度越高,黏度越小,随时间延长,黏度增长也越迅速。因此,为使物料对线圈有良好的浸渗性,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,即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。进一步分析,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,我们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,如图5-3、5-4所示。
![]() 分析图5-3可看出凝胶预固化阶段(75℃/3h)环氧基消失大于后固化阶段(110℃/3h),图5-4差热分析结果也证明这点,试样经75℃/3h处理后其固化度为53%。
若我们对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。为获得良好的制件,我们必须在灌封料配方设计和固化工艺制定时,重点关注灌封料的固化速度(即A、B复合物凝胶时间)与固化条件的匹配问题。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的工艺。图5-5是彩色电视机行输出变压器灌封按不同温区分段固化规程及制件内部放热曲线。
![]() 分析图上曲线可知,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。从凝胶预固化到后固化阶段,升温也应平缓,固化完毕,灌封件应随加热设备同步缓慢降温,多方面减少、调节制件内应力分布状况,可避免制件表面产生缩孔、凹陷甚至开裂现象。
对灌封料固化条件的制订,还要参照灌封制件内封埋元件的排布、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。
(1)固化物表面不良或局部不固化这些现象电多与固化工艺相关。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。
总之,要获得一个良好的灌封产品,灌封及固化工艺的确是一个值得高度重视的问题。 爱游戏老版本下载
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