环氧树脂灌封技术浅析

环氧树脂灌封技术浅析

【摘要】环氧树脂材料在我国电气产品中的应用越来越广泛。除作为粘接剂、预浸绝缘材料外，现在已作为主要绝缘材料大量应用于变压器、互感器、绝缘子等领域，并能应用于水下电气产品的绝缘处理环节中。主要技术指标：体积电阻：≥10⒕Ω·cm。击穿电压：≥25KV/mm。工作温度：-40℃～+150℃。

【关键词】环氧树脂；水密；灌封

1.引言

环氧树脂由于固化后具有优异的力学性能，粘接性能，介电性能，耐腐蚀性能，其固化收缩率和线膨胀系数小，尺寸稳定性及工艺性好，综合性能极佳，并对各种金属、环氧酚醛塑料、胶木、木材、陶瓷等多种材料具有良好的粘结能力，已广泛用作制备电子元件灌封胶的原材料。

而随着科技的发展，电气产品越来愈多的应用于航空航海领域，使用环境的特殊性对于电气产品提出了更高的使用要求，要求耐高低温范围频度宽，耐压、耐潮湿、腐蚀等。这就要求环氧树脂灌封工艺要具有良好操作性和可靠性。

2.灌封的应用。

灌封是将液态环氧树脂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。其作用是，强化电子器件的整体性，提高对外来冲击。震动的抵抗力，提高内部元件线路绝缘，避免元件线路直接暴露，改善器件的防水，防潮性能。环氧树脂灌封件的长期工作温度从-20℃至+180℃，对有强度与脆性要求不特别高者其工作温度可至-60℃至+200℃。由于环氧树脂浇注产品集优良的电性能和力学性能于一体，因此环氧树脂浇注在电气工业中得到了广泛的应用和快速的发展。

灌封产品的质量，主要与产品设计、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。环氧树脂浇注的工艺方法，从胶液进入模具的方式来区分可分为浇注和压注。浇注指胶液自流进入模具。它又分常压浇注和真空浇注。压注指物料在外界压力下进入模具，在物料固化过程中，仍保持着一定的外压，环氧树脂.胺类常温固化灌封料，一般用于低压电器，多采用常态灌封，是我们本节研究的重点。以下以环氧树脂CH-31为例说明。

3.灌封工艺

3.1 模具

CH-31胶粘剂是以环氧树脂为基体，低分子聚酰胺等复合物为固化剂，为通用双组份胶粘剂，使用时当按需将双组份混合。固化前具有一定的流动性，从灌封到固化需要一定的时间，为了不造成胶料到处漏流、浪费胶料和污染环境，此时就需要使用灌封工装来保证胶液在固化之前的成型。对于模具成型的灌封工艺模具设计是必不可少的。为了防止界面处水分渗透，封装材料与芯片、基板之间应具有很好的粘接性能。一般设计模具应做到：（1）模具材料的选择需便于组装，便于拆卸；（2）模具的表面平整光滑。模具尺寸应配合紧密，防止胶液漫流；（3）支撑底面平整，保证固化后胶体厚度应一致；（4）便于控制灌封高度。

3.2 预处理

工件的预处理也是灌封工艺重要的一环。由于粗糙表面可提高胶接强度，先将需胶面去锈、油污、灰尘。然后采用砂纸打磨或吹砂，提高表面粗糙程度。再用无水乙醇、汽油、丙酮或二甲苯除油、干燥。特别是有焊点的地方，一定要清

洗干净。

3.3 预热

在灌封前预热要灌封的工件会有助于空气的逸出，减少气泡的产生。灌封材料中若混有气泡，不仅影响产品外观质量，更重要的是影响产品的电性能和机械性能。无论是胶体中的内应力，还是外来的应力，都使它不能连续、均匀地传递，造成应力在气泡处的集中，容易产生裂纹或开裂，使灌封失败。

对于较难润湿的表面与断裂后特别毛糙的金属制件表面，可预先将其略加烘烤后涂胶，有助于使胶彻底润湿结合表面从而提高其胶接强度。

3.4 环境温湿度

环氧树脂的灌封及常温固化时温度应控制在24℃-30℃之间，环境湿度应控制在30%-70%之间，相对密闭的空间内。

3.5 固化

环氧树脂的固化方法有两种方法，高温固化和室温固化。

采用高温固化有利于提高胶缝的性能。如提高胶接强度，耐热性与耐质性能等。如果希望进一步提高灌封强度时，最好将室温预固化2-4小时后的胶接件再置于下述规范之一的条件下作补充固化：40℃×12小时、60℃×6小时、80℃×4小时、120℃×2小时、150℃×1小时。

常温固化即环氧灌封料灌封后不需加热即可固化，对设备要求不高，使用方便，缺点是浸渗慢，固化时间长。一般多用于低压电子器件灌封或不宜加热固化的场合。采取室温固化，在常温下保持2-4小时后待其初固化之后一定要保证固化24小时-36小时。需要注意的是在固化过程中不允许任意移动工件，以防模具与工件贴合不好导致胶液漫出或渗露。

不论哪种固化方式，固化时间一定严格控制。在规定温度条件下，经过一段时间达到一定的强度，虽然表面已硬化，不发黏，但固化并未结束，此时为初固化，再经过一段时间反应基团大部分参与反应，达到一定的交联程度，为基本固化，后固化是为了改善粘结性能，或因工艺过程的需要而对基本固化后的粘接件进行的后期处理。一般是在一定的温度下再保持一段时间，能够补充固化，进一步提高固化程度，并可有效的消除内应力，提高胶粘强度。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。

4.灌封产品常出现的问题及原因分析

4.1 灌封件的绝缘电阻低

从工艺角度分析，1）灌封时过早进行工件密闭，线间空气未能完全排除，使灌封材料无法完全浸渗。2）灌封前工件预热温度不够，灌入工件胶体黏度不能迅速降低，影响浸渗。3）手工灌封作业时间长或胶体超过使用期，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。热固化环氧灌封材料复合物的特性是起始温度越高，黏度越小，流动性越好，随时间延长，温度降低，黏度增长也越迅速。因此为使胶体对导线有良好的浸渗性，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。（2）灌封前，工件要加热到规定温度，需热固化的工件灌封完毕应及时进入加热固化程序。