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導熱灌封膠(環(huán)氧樹(shù)脂膠、硅橡膠、聚氨酯)對比,灌封工藝和注意事項

上一篇文章我們做了三種主要三種灌封膠的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)的分析,詳細請看:

電子灌封膠的分類(lèi)和其優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)


這次我們來(lái)詳細了解各方面的性能和施膠會(huì )遇到的問(wèn)題:


性能縱向對比

成本:有機硅樹(shù)脂>環(huán)氧樹(shù)脂>聚氨酯;

注:在有機硅樹(shù)脂中縮合型的成本接近了環(huán)氧樹(shù)脂,而改性后的環(huán)氧樹(shù)脂也接近了PU;


工藝性: 環(huán)氧樹(shù)脂>有機硅樹(shù)脂>聚氨酯;

注:PU因為其親水性,必須有真空干燥才能得到比較好的固化物,如無(wú)需真空和干燥的成本又實(shí)在太高,所以熱溶膠雖然是加熱溶解澆注,但總體來(lái)看其可操作性還是比PU的簡(jiǎn)單的多;


電氣性能:環(huán)氧樹(shù)脂樹(shù)脂>有機硅樹(shù)脂>聚氨酯;

注:加成型的有機硅或者是石蠟等類(lèi)型的熱溶膠,有的電氣特性甚至比環(huán)氧的還要高,例如表面電阻率;


耐熱性:有機硅樹(shù)脂>環(huán)氧樹(shù)脂>聚氨酯;

注:低廉價(jià)格的PU其耐熱比熱溶膠好不了多少;


耐寒性:有機硅樹(shù)脂>聚氨酯>環(huán)氧樹(shù)脂;

注:很多熱溶膠的低溫特性其實(shí)也是非常不錯的,所以在很多時(shí)候,環(huán)氧是要排在最后的了;


綜合對比表格如下

1.jpg



環(huán)氧樹(shù)脂膠

環(huán)氧樹(shù)脂灌封工藝

環(huán)氧樹(shù)脂灌封有常態(tài)和真空兩種工藝。下圖為手工真空灌封工藝流程。

1)要灌封的產(chǎn)品需要保持干燥、清潔。

2)混合前,首先把A組分和B組分在各自的容器內充分攪拌均勻。

3)按重量配比準確稱(chēng)量,配比混合后需充分攪拌均勻,以避免固化不完全。

4)一般而言,20mm以下的模壓可以模壓后自然脫泡,因為溫度高造成固化速度加快或模壓深度較深,所以可根據需要進(jìn)行脫泡。這時(shí)為了除去模壓后表面和內部產(chǎn)生的氣泡,應把混合液放入真空容器中,在0.8MPa下至少脫泡5分鐘。

5)應在固化前后技術(shù)參數表中給出的溫度之上,保持相應的固化時(shí)間,如果應用厚度較厚,固化時(shí)間可能會(huì )超過(guò)。室溫或加熱固化均可。膠的固化速度受固化溫度的影響,在冬季需很長(cháng)時(shí)間才能固化,建議采用加熱方式固化,80~100℃下固化15分鐘,室溫條件下一般需8小時(shí)左右固化。

6)固化過(guò)程中,請保持環(huán)境干凈,以免雜質(zhì)或塵土落入未固化的膠液表面。

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灌封工藝常見(jiàn)缺陷

1)器件表面縮孔、局部凹陷、開(kāi)裂

灌封料在加熱固化過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生兩種收縮:由液態(tài)到固態(tài)相變過(guò)程中的化學(xué)收縮和降溫過(guò)程中的物理收縮。固化過(guò)程中的化學(xué)變化收縮又有兩個(gè)過(guò)程:從灌封后加熱化學(xué)交聯(lián)反應開(kāi)始到微觀(guān)網(wǎng)狀結構初步形成階段產(chǎn)生的收縮,稱(chēng)之為凝膠預固化收縮;從凝膠到完全固化階段產(chǎn)生的收縮我們稱(chēng)之為后固化收縮。這兩個(gè)過(guò)程的收縮量是不一樣的,前者由液態(tài)轉變成網(wǎng)狀結構過(guò)程中物理狀態(tài)發(fā)生突變,反應基團消耗量大于后者,體積收縮量也高于后者。如灌封試件采取一次高溫固化,則固化過(guò)程中的兩個(gè)階段過(guò)于接近,凝膠預固化和后固化近乎同時(shí)完成,這不僅會(huì )引起過(guò)高的放熱峰、損壞元件,還會(huì )使灌封件產(chǎn)生巨大的內應力造成產(chǎn)品內部和外觀(guān)的缺損。為獲得良好的制件,必須在灌封料配方設計和固化工藝制定時(shí),重點(diǎn)關(guān)注灌封料的固化速度與固化條件的匹配問(wèn)題。通常采用的方法是依照灌封料的性質(zhì)、用途按不同溫區分段固化。在凝膠預固化溫區段灌封料固化反應緩慢進(jìn)行、反應熱逐漸釋放,物料黏度增加和體積收縮平緩進(jìn)行。此階段物料處于流態(tài),則體積收縮表現為液面下降直至凝膠,可完全消除該階段體積收縮內應力。從凝膠預固化到后固化階段升溫應平緩,固化完畢灌封件應隨加熱設備同步緩慢降溫,多方面減少、調節制件內應力分布狀況,可避免制件表面產(chǎn)生縮孔、凹陷甚至開(kāi)裂現象。對灌封料固化條件的制訂,還要參照灌封器件內元件的排布、飽滿(mǎn)程度及制件大小、形狀、單只灌封量等。對單只灌封量較大而封埋元件較少的,適當地降低凝膠預固化溫度并延長(cháng)時(shí)間是完全必要的。


2)固化物表面不良或局部不固化

其主要原因是計量或混合裝置失靈、生產(chǎn)人員操作失誤;A組分長(cháng)時(shí)間存放出現沉淀,用前未能充分攪拌均勻,造成樹(shù)脂和固化劑實(shí)際比例失調;B組分長(cháng)時(shí)間敞口存放、吸濕失效;高潮濕季節灌封件未及時(shí)進(jìn)入固化程序,物件表面吸濕??傊?,要獲得一個(gè)良好的灌封產(chǎn)品,灌封及固化工藝的確是一個(gè)值得高度重視的問(wèn)題。



影響灌封工藝性的因素

環(huán)氧灌封材料應具有較好的流動(dòng)性和較長(cháng)的適用期,同時(shí)粘度要適中,避免在膠液流動(dòng)過(guò)程中造成填料的沉降。

促進(jìn)劑對凝膠時(shí)間的影響,環(huán)氧樹(shù)脂常溫下粘度很大,與M ETHPA液體酸酐固化劑混合可有效降低樹(shù)脂粘度,但酸酐固化劑在固化環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)反應活化能很大,需要高溫固化。叔胺類(lèi)促進(jìn)劑可以有效地提高環(huán)氧樹(shù)脂的活性,使固化體系在較低的固化溫度和較短的固化時(shí)間內獲得良好的綜合性能。

溫度對凝膠時(shí)間的影響,溫度較低時(shí),固化體系活性較差,凝膠時(shí)間較長(cháng),適用期長(cháng),但膠液粘度大,流動(dòng)性差, 體系粘度增長(cháng)過(guò)慢,造成固化過(guò)程中的填料沉降,產(chǎn)生填料分布不均勻而引起的內應力灌封工藝性差。溫度很高時(shí),灌封工藝性也不好。固化溫度過(guò)高,固化體系固化反應速度太快,雖然填料不會(huì )產(chǎn)生沉降, 但膠液凝膠時(shí)間很短,粘度增長(cháng)速度很快,會(huì )產(chǎn)生較大的固化內應力,導致材料綜合性能的下降。


硅橡膠

硅橡膠可在很寬的溫度范圍內長(cháng)期保持彈性, 硫化時(shí)不吸熱、不放熱, 并具有優(yōu)良的電氣性能和化學(xué)穩定性能, 是電子電氣組裝件灌封的首選材料。

室溫硫化(RTV) 硅橡膠按硫化機理分為縮合型和加成型,按包裝形式分為單組分型和雙組分型??s合型硅橡膠硫化時(shí)通常會(huì )放出低分子物。因此, 在灌封后應放置一段時(shí)間, 待低分子物盡量揮發(fā)后方可使用。加成型RTV 硅橡膠具有優(yōu)良的電氣強度和化學(xué)穩定性, 耐候、防水、防潮、防震、無(wú)腐蝕且無(wú)毒、無(wú)味, 易于灌注、能深部硫化, 收縮率低、操作簡(jiǎn)單, 能在-65 ~ 200 ℃下長(cháng)期使用;但在使用過(guò)程中應注意不要與N 、P 以及金屬有機鹽等接觸, 否則膠料不能硫化。


灌封基本工藝流程

灌封工藝按電器絕緣處理方式不同, 可以分為模具成型和無(wú)模具成型兩種 ;模具成型又分為一般澆注和真空灌注兩種。在其它條件相同時(shí)一般采用真空灌注。普通的灌封工藝流程如下圖所示。

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灌封中常見(jiàn)的問(wèn)題

模具設計,硅橡膠在使用時(shí)是流體, 為了不使膠料到處漏流, 造成膠料浪費和污染環(huán)境, 模具的設計很關(guān)鍵。模具設計一般要做到以下幾點(diǎn):便于組裝, 拆卸, 脫模;配合嚴密, 防止膠料泄漏;支撐底面平整, 以保證干燥過(guò)程中膠層各部分厚度基本一致, 便于控制灌封高度。

氣泡,膠料中混入氣泡后, 不僅影響產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量, 更重要的是影響產(chǎn)品的電氣性能和機械性能。對于硅橡膠, 由于韌性好, 氣泡主要影響產(chǎn)品的電性能。產(chǎn)生氣泡的原因主要是:反應過(guò)程中產(chǎn)生的低分子物或揮發(fā)性組分;機械攪拌帶入的氣泡;填料未徹底干燥而帶入的潮氣;原件之間的窄縫死角未被填充而成空穴。對于雙組分硅橡膠 , 膠料混合時(shí)必須充分攪拌。采用真空干燥箱進(jìn)行真空排氣泡處理, 可使膠層質(zhì)量明顯提高, 且強度、韌性同時(shí)提高。

膠料與電子器件的粘接性,灌封料使電子器件成為一個(gè)整體, 從而提高電子器件的抗震能力。要提高其粘接強度, 除選擇粘接性能好的膠料外, 還應注意操作過(guò)程中的工件清洗、表面處理及脫模等。



 聚氨酯

聚氨醋灌封材料絕緣電阻和粘接強度都較高, 是較理想的灌封材料。聚氨醋灌封材料用于密封件澆注件制備, 用于電子產(chǎn)品如電路板、電子元件、插頭座灌封, 也可以作為膠粘劑和涂料使用 。


聚氨酯灌封工藝

表面處理:表面處理不好, 會(huì )導至灌封件脫粘。有的灌封件吸水性小, 不需表面處理;金屬灌封件需表面處理。灌封件經(jīng)表面處理后一般要在24-48 h 之內進(jìn)行灌封。

除水:被灌封件會(huì )吸附空氣中水份, 需烘干除水???0 ~ 10 ?!?加熱10 m in 至幾小時(shí)除水。視灌封件吸水多少和除水難易而定。

預熱:B 料預熱至50-60 ℃ ; A 料預熱至30 ℃

抽泡:將A 料、B 料按計量重量比放入一可抽真空的密閉容器內邊攪抽真空1-5 分鐘, 真空度低于20 mm汞柱。停止攪拌。

澆注: 沿一個(gè)方向澆注, 并盡量減少晃動(dòng)。

固化溫度和時(shí)間: 要選擇合適的固化溫度和時(shí)間。室溫至10 ℃ 3-24 h 固化,視固化快慢而定對于室溫固化的反應物, 常常需要1~ 2 周才能固化完全灌封材料固化好后一般一周之內硬度才能趨于穩定。

上述混合溫度和固化溫度可根據需求做調整?;旌蠝囟纫WC反應物透明或半透明, 使處于均相。固化溫度要保證反應物不分相和反應接近完全。


導熱灌封膠選型注意什么?

1)導熱系數,導熱系數的單位為W/m.K,表示截面積為1平方米的柱體沿軸向1米間隔的溫差為1開(kāi)爾文(K=℃+273.15)時(shí)的熱傳導功率。數值越大,表明該材料的熱通過(guò)速率越快,導熱機能越好。導熱系數相差很大,其基本起因在于不同物質(zhì)導熱機理存在著(zhù)差別。正常而言,金屬的導熱系數最大,非金屬和液體次之,氣體的導熱系數最小。銀的導熱系數為420,銅為383,鋁為204,水的導熱系數為0.58。 現在主流導熱硅膠的導熱系數均大于1W/m.K,優(yōu)良的可到達6W/m.K以上。

2)粘度,粘度是流體粘滯性的一種量度,指流體外部抵御活動(dòng)的阻力,用對流體的剪切應力與剪切速率之比表現,粘度的測定辦法,表現辦法許多,如能源粘度的單元為泊(poise)或帕.秒。

導熱膠擁有很好的平鋪性,能夠輕易地在必定壓力下平鋪到芯片名義四周,并且保障必定的粘滯性,不至于在擠壓后多余的膠水溢出。

3)介電常數,介電常數用于權衡絕緣體貯存電能的機能,指兩塊金屬板之間以絕緣資料為介質(zhì)時(shí)的電容量與同樣的兩塊板之間以氛圍為介質(zhì)或真空時(shí)的電容量之比。

介電常數代表了電介質(zhì)的極化水平,也就是對電荷的約束才能,介電常數越大,對電荷的約束才能越強。

4)工作溫度范圍,因為導熱膠自身的特征,其任務(wù)溫度規模是很廣的。工作溫度是確保導熱硅膠處于固態(tài)或液態(tài)的一個(gè)主要參數,溫度過(guò)高,導熱膠流體體積膨脹,分子間間隔拉遠,互相感化削弱,粘度下降;溫度下降,流體體積縮小,分子間間隔收縮,互相感化增強,粘度回升,這兩種情形都不利于散熱。如果所承受是在100℃左右的,那么使用環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯都是可以的,而有機硅是可以承受-60℃~200℃的高低溫;抗冷熱變化能力,有機硅最好,其次是聚氨酯,環(huán)氧樹(shù)脂最差;

5)其他的考慮因素,比如元器件承受內應力的情況,戶(hù)外使用還是戶(hù)內使用,受力情況,是否要求阻燃、顏色要求以及手動(dòng)或自動(dòng)灌封等等。




電子灌封膠的分類(lèi)和其優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

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