灌封是環(huán)氧樹脂的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。已廣泛地用于電子器件制造業(yè)，是電子工業(yè)不可缺少的重要絕緣材料。

    灌封，就是將液態(tài)環(huán)氧樹脂復(fù)合物用機(jī)械或手工方式灌入裝有電子元件、線路的器件內(nèi)，在常溫或加熱條件下固化成為性能優(yōu)異的熱固性高分子絕緣材料。它的作用是：強(qiáng)化電子器件的整體性，提高對(duì)外來沖擊、震動(dòng)的抵抗力；提高內(nèi)部元件、線路間絕緣，有利于器件小型化、輕量化；避免元件、線路直接暴露，改善器件的防水、防潮性能。

    環(huán)氧灌封料應(yīng)用范圍廣，技術(shù)要求千差萬別，品種繁多。從固化條件上分，有常溫固化和加熱固化兩類。從劑型上分，有雙組分和單組分兩類。多組分劑型，由于使用不方便，做為商品不多見。

常溫固化環(huán)氧灌封料一般為雙組分，灌封后不需加熱即可固化，對(duì)設(shè)備要求不高，使用方便。缺點(diǎn)是復(fù)合物作業(yè)黏度大，浸滲性差，適用期短，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且固化物耐熱性和電性能不很高。一般多用于低壓電子器件灌封或不宜加熱固化的場合使用。

    加熱固化雙組分環(huán)氧灌封料，是用量最大、用途最廣的品種。其特點(diǎn)是復(fù)合物作業(yè)黏度小，工藝性好，適用期長，浸滲性好，固化物綜合性能優(yōu)異，適于高壓電子器件自動(dòng)生產(chǎn)線使用。

    單組分環(huán)氧灌封料，是近年國外發(fā)展的新品種，需加熱固化。與雙組分加熱固化灌封料相比，突出的優(yōu)點(diǎn)是所需灌封設(shè)備簡單，使用方便，灌封產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)設(shè)備及工藝的依賴性小。不足之外是成本較高，材料貯存條件要求嚴(yán)格，所用環(huán)氧灌封料應(yīng)滿足如下要求：

    （1）性能好，適用期長，適合大批量自動(dòng)生產(chǎn)線作業(yè)。

    （2）黏度小，浸滲性強(qiáng)，可充滿元件和線間。

    （3）灌封和固化過程中，填充劑等粉體組分沉降小，不分層。

    （4）固化放熱峰低，固化收縮小。

    （5）固化物電氣性能和力學(xué)性能優(yōu)異，耐熱性好，對(duì)多種材料有良好的粘接性，吸水性和線膨脹系數(shù)小。

    （6）某些場合還要求灌封料具有難燃、耐候、導(dǎo)熱、耐高低溫交變等性能。

    近年，隨電子工業(yè)迅猛發(fā)展，我國已擁有一支優(yōu)秀的環(huán)氧灌封料研究、開發(fā)隊(duì)伍，專業(yè)生產(chǎn)廠家規(guī)模不斷壯大，產(chǎn)品商品化程度明顯提高，初步形成了門類品種較為齊全的新興產(chǎn)業(yè)。

 

 

    1.環(huán)氧樹脂

    環(huán)氧樹脂是環(huán)氧灌封料的主要組分。低分子液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂是其首選品種，這種環(huán)氧樹脂黏度小，流動(dòng)性好，在不用或少用稀釋劑情況下，可加入大量填充劑。更主要的是它綜合性能好，價(jià)格低廉。常用的牌號(hào)有：E-51、E-54、E-44等。

    配方中部分或全部使用多官能環(huán)氧樹脂，如F-51、F-44酚醛環(huán)氧樹脂等，可獲得耐熱性更高的環(huán)氧灌封料。

    欲獲得耐候性優(yōu)良的環(huán)氧灌封料，則應(yīng)全部使用脂環(huán)族環(huán)氧樹脂，如TDE-85、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、氫化雙酚-A環(huán)氧樹脂等。

    2.固化劑

    固化劑是環(huán)氧樹脂灌封料另一主要組分。選用不同的固化劑，可獲得性能不同的環(huán)氧灌封料。在灌封料配方體系中，最常用的有胺和酸酐兩大類固化劑。

    （1）胺類固化劑，是室溫固化灌封料通常采用的固化劑。一般脂肪胺固化劑，雖可在室溫下固化環(huán)氧樹脂，但它刺激性大、加量小、適用期短、放熱峰高、易與空氣中二氧化碳反應(yīng)而無法得到表面光亮平整的固化物，通常很少采用。多數(shù)情況是使用它們的改性物，如：593、793固化劑等。與脂肪胺相比，改性胺類固化劑刺激性顯著減小，配合用量相應(yīng)增大，降低了放熱峰，延長了適用期，固化物表面狀況也有改善。

    芳胺類固化劑雖然固化物性能優(yōu)異，但因它們多是固體，需加熱固化，使用不方便。在灌封料中不常使用。近年開發(fā)的改性苯胺-甲醛縮合物，是低黏度液體，可在常溫下固化環(huán)氧樹脂，配合用量大，放熱峰低，固化物表面平整光亮，是一種較好的液體芳胺固化劑。缺點(diǎn)是色澤較深，多用于黑色環(huán)氧灌封料。

    （2）酸酐類固化劑，是雙組分加熱固化環(huán)氧灌封料最重要的固化劑。常用的品種有液體甲基四氫鄰苯二甲酸酐、液體甲基六氫鄰苯二甲酸酐等，這類固化劑黏度小，配合用量大，能在灌封料配方中起到固化、稀釋雙重作用，加入叔胺類促進(jìn)劑后，可在80～120℃條件下固化，并在作業(yè)溫度下（30～40℃）有4h以上的適用期。固化放熱緩和，固化物綜合性能優(yōu)異。

    3.稀釋劑

    稀釋劑組分的作用是：降低灌封料體系黏度，改善工藝性提高浸滲性，增加填充劑用量。

    做為灌封料使用的稀釋劑，必須是可參于固化反應(yīng)的高沸點(diǎn)低黏度液體，即活性稀釋劑。灌封料常用的有丁基縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚等。對(duì)于單官能活性稀釋劑用量一般為10～15 PHR雙官能活性稀釋劑一般為15～20PHR，加量過大也會(huì)導(dǎo)致固化物性能的惡化。

    4.填充劑

    灌封料填充劑一般為無機(jī)粉體材料。填充劑的加入可有效地降低材料成本，更為重要的是，可在多方面提高材料性能。與環(huán)氧樹脂相比，許多填充劑有更低的線脹系數(shù)和吸水率，更高的導(dǎo)熱性和絕緣性。因此，在配方中加人足夠量的填充劑可明顯改善灌封料的工藝性和固化物的綜合性能。如：可抑制反應(yīng)熱延長適用期、降低固化放熱峰；減少固化收縮和材料的線膨脹系數(shù)；提高固化物的機(jī)械強(qiáng)度、耐電弧性、耐表化性和傳熱性等。

    從化學(xué)角度看，填充劑必須是中性或弱堿性，不含水分，對(duì)環(huán)氧樹脂和固化劑為惰性。從工藝角度看，填充劑粒度一般要在400目以上，與樹脂親合力好，沉淀性小，其用量對(duì)體系黏度無急劇增加，且不含磁性材料和金屬雜質(zhì)。

    填充劑用量依配方體系和工藝要求而定，簡單地講，就是能滿足灌封工藝和產(chǎn)品技術(shù)要求的最大加入量。

    環(huán)氧灌封料常用的填充劑有二氧化硅、氫氧化鋁、氧化鋁、氫氧化鎂以及硅灰石等粉體材料。經(jīng)硅氧烷、鈦酸酯等偶聯(lián)劑處理的“活性”填充劑，不僅可提高填充劑用量，還可明顯地提高材料的力學(xué)性能和耐潮濕性能。

    5.增韌劑

    對(duì)于室溫固化灌封料及一般條件下使用的熱固化小型制件灌封，很少考慮添加增韌劑，但對(duì)于較大制件及埋封鐵心、磁芯或在冷熱交變劇烈環(huán)境下使用的制件的灌封，增韌劑是必不可少的。傳統(tǒng)的增韌劑如鄰苯二甲酸二丁酯、聚酯、聚醚等雖然可在一定程度上改善熱固化環(huán)氧灌封料的抗開裂性能，但會(huì)使材料的耐熱性明顯下降。端羧基液體丁腈橡膠（CTBN）和國內(nèi)近年開發(fā)的“奇土”增韌劑，由于它們?cè)诩訜峁袒瘯r(shí)，在體系內(nèi)形成增韌的“海島結(jié)構(gòu)”，使材料抗開裂性成倍的提高，而對(duì)耐熱性影響不大，是目前較好的增韌劑。其加入量為10～20PHR。

    6.促進(jìn)劑

    雙組分環(huán)氧一酸酐灌封料，一般要在140℃左右長時(shí)間加熱才能固化。這樣的固化條件，不僅造成能源的浪費(fèi)，且多數(shù)電子器件中的元件、骨架外殼是難以承受的。配方中加入促進(jìn)劑組分則可有效地降低固化溫度、縮短固化時(shí)間。常用的促進(jìn)劑有：芐基二甲胺、DMP-30等叔胺。也可使用咪唑類化合物。一般用量為酸酐固化劑的0.3%～3%，在此范圍內(nèi)，用量越大促進(jìn)效果越明顯，應(yīng)根據(jù)選用促進(jìn)劑的種類和設(shè)定的工藝條件而定。

    7.其他組分

    為滿足灌封件特定的技術(shù)、工藝要求，還可在配方中加入其他組分。加入防沉劑、消泡劑可改善材料的工藝性；阻燃劑可提高材料的使用安全性；偶聯(lián)劑可改善材料的粘接性和防潮性；著色劑用以滿足制件外觀要求等。

    在這里需要進(jìn)一步說明的是，雖然環(huán)氧樹脂灌封料原料組分眾多，實(shí)際上我們只將環(huán)氧樹脂和固化劑做為A、B兩大基礎(chǔ)組分，其他組分則可根據(jù)其性質(zhì)和灌封材料的工藝要求并人上述兩大基礎(chǔ)組分中，并根據(jù)要求進(jìn)行加工處理，即可成為雙組分環(huán)氧灌封料。

 

 

    1.灌封工藝

    灌封產(chǎn)品的質(zhì)量，主要與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元件選擇、組裝及所用灌封材料密切相關(guān)，灌封工藝也是不容忽視的因素。

    環(huán)氧樹脂灌封有常態(tài)和真空兩種灌封工藝。環(huán)氧樹脂一胺類常溫固化灌封料，一般用于低壓電器，多采用常態(tài)灌封。環(huán)氧樹脂一酸酐加熱固化灌封料，一般用于高壓電子器件灌封，多采用真空灌封工藝，是我們本節(jié)研究的重點(diǎn)。目前常見的有手工真空灌封和機(jī)械真空灌封兩種方式，而機(jī)械真空灌封又可分為A、B組分先混合脫泡后灌封和先分別脫泡后混合灌封兩種情況。其工藝流程如下：

    （1）手工真空灌封工藝

 

 

    （2）機(jī)械真空灌封工藝

    先混合脫泡后灌封工藝

 

 

    A、B先分別脫泡后混合灌封工藝

 

 

    相比之下，機(jī)械真空灌封，設(shè)備投資大，維護(hù)費(fèi)用高，但在產(chǎn)品的一致性、可靠性等方面明顯優(yōu)于手工真空灌封工藝。無論何種灌封方式，都應(yīng)嚴(yán)格遵守給定的工藝條件，否則很難得到滿意的產(chǎn)品。

    2.灌封產(chǎn)品常出現(xiàn)的問題及原因分析

    （1）局部放電起始電壓低，線間打火或擊穿電視機(jī)、顯示器行輸出變壓器，汽車、摩托車點(diǎn)火器等高壓電子產(chǎn)品，常因灌封工藝不當(dāng)，工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部放電（電暈）、線間打火或擊穿現(xiàn)象，是因?yàn)檫@類產(chǎn)品高壓線圈線徑很小，一般只有0.02～0.04mm，灌封料未能完全浸透匝間，使線圈匝間存留空隙。由于空隙介電常數(shù)遠(yuǎn)小于環(huán)氧灌封料，在交變高壓條件下，會(huì)產(chǎn)生不均勻電場，引起界面局部放電，使材料老化分解，引起絕緣破壞。

    從工藝角度分析，造成線間空隙有以下兩方面原因：

    1）灌封時(shí)真空度不夠高，線間空氣未能完全排除，使材料無法完全浸滲。

    2）灌封前試件預(yù)熱溫度不夠，灌入試件物料黏度不能迅速降低，影響浸滲。對(duì)于手工灌封或先混合脫泡后真空灌封工藝，物料混合脫泡溫度高、作業(yè)時(shí)間長或超過物料適用期，以及灌封后產(chǎn)品未及時(shí)進(jìn)入加熱固化程序，都會(huì)造成物料黏度增大，影響對(duì)線圈的浸滲。

    圖5-2是用于彩色電視機(jī)行輸出變壓器環(huán)氧樹脂一酸酐灌封料的溫度一時(shí)問一黏度變化曲線。

 

 

    從上圖曲線可知，熱固化環(huán)氧灌封材料復(fù)合物，起始溫度越高，黏度越小，隨時(shí)間延長，黏度增長也越迅速。因此，為使物料對(duì)線圈有良好的浸滲性，操作上應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

    1）灌封料復(fù)合物應(yīng)保持在給定的溫度范圍內(nèi)，并在適用期內(nèi)使用完畢。

    2）灌封前，試件要加熱到規(guī)定溫度，灌封完畢應(yīng)及時(shí)進(jìn)入加熱固化程序。

    3）灌封真空度要符合技術(shù)規(guī)范要求。

    （2）灌封件表面縮孔、局部凹陷、開裂灌封料在加熱固化過程中，會(huì)產(chǎn)生兩種收縮，即由液態(tài)到固態(tài)相變過程中的化學(xué)收縮和降溫過程中的物理收縮。進(jìn)一步分析，固化過程中的化學(xué)變化收縮又有兩個(gè)過程，從灌封后加熱化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)開始到微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)初步形成階段產(chǎn)生的收縮，我們稱之為凝膠預(yù)固化收縮。從凝膠到完全固化階段產(chǎn)生的收縮我們稱之為后固化收縮。這兩個(gè)過程的收縮量是不一樣的。前者由液態(tài)轉(zhuǎn)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)過程中，物理狀態(tài)發(fā)生突變，反應(yīng)基團(tuán)消耗量大于后者。體積收縮量也高于后者，如圖5-3、5-4所示。

 

 

    分析圖5-3可看出凝膠預(yù)固化階段（75℃/3h）環(huán)氧基消失大于后固化階段（110℃/3h），圖5-4差熱分析結(jié)果也證明這點(diǎn)，試樣經(jīng)75℃/3h處理后其固化度為53%。

    若我們對(duì)灌封試件采取一次高溫固化，則固化過程中的兩個(gè)階段過于接近，凝膠預(yù)固化和后固化近乎同時(shí)完成，這不僅會(huì)引起過高的放熱峰，損壞元件，還會(huì)使灌封件產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，造成產(chǎn)品內(nèi)部和外觀的缺損。為獲得良好的制件，我們必須在灌封料配方設(shè)計(jì)和固化工藝制定時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注灌封料的固化速度（即A、B復(fù)合物凝膠時(shí)間）與固化條件的匹配問題。通常采用的方法是：依照灌封料的性質(zhì)、用途按不同溫區(qū)分段固化的工藝。圖5-5是彩色電視機(jī)行輸出變壓器灌封按不同溫區(qū)分段固化規(guī)程及制件內(nèi)部放熱曲線。

 

 

    分析圖上曲線可知，在凝膠預(yù)固化溫區(qū)段灌封料固化反應(yīng)緩慢進(jìn)行，反應(yīng)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(xiàn)為液面下降，直至凝膠，可完全消除該階段體積收縮內(nèi)應(yīng)力。從凝膠預(yù)固化到后固化階段，升溫也應(yīng)平緩，固化完畢，灌封件應(yīng)隨加熱設(shè)備同步緩慢降溫，多方面減少、調(diào)節(jié)制件內(nèi)應(yīng)力分布狀況，可避免制件表面產(chǎn)生縮孔、凹陷甚至開裂現(xiàn)象。

    對(duì)灌封料固化條件的制訂，還要參照灌封制件內(nèi)封埋元件的排布、飽滿程度及制件大小、形狀、單只灌封量等。對(duì)單只灌封量較大而封埋元件較少的，適當(dāng)?shù)亟档湍z預(yù)固化溫度并延長時(shí)間是完全必要的。

    （1）固化物表面不良或局部不固化這些現(xiàn)象電多與固化工藝相關(guān)。主要原因是

    1）計(jì)量或混合裝置失靈、生產(chǎn)人員操作失誤。

    2）A組分長時(shí)間存放出現(xiàn)沉淀，用前未能充分?jǐn)嚢杈鶆?，造成樹脂和固化劑?shí)際比例失調(diào)。

    3）B組分長時(shí)間敞口存放、吸濕失效。

    4）高潮濕季節(jié)灌封件未及時(shí)進(jìn)入固化程序，物件表面吸濕。

    總之，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)值得高度重視的問題。