产品可靠性是制造商在当今竞争激烈的市场中取得成功的绝对必要条件。由于客户要求在较低的单位成本下不断提高性能水平,确保电子电路在较长时间内按照设计运行就变得越来越具有挑战性。精密的组件、密集的印制电路板(pcb)、限制的封装和高要求的服务环境都有可能导致由于过度积聚热量和电气干扰而增加的故障率。gydF4y2Ba

电子设备通常受到可能损害性能的一个或多个压力。长时间暴露在高温或低温条件下,化学品,严格的热循环,机械冲击,热冲击等条件可能会对电子设备产生不利影响,导致它们失败。gydF4y2Ba

在制造和组装过程中,元件必须经常承受较高的焊接温度,有时还会暴露在可能干扰电路运行的清洁剂和其他化学物质中。此外,电子组件通常要经过严格的鉴定测试。这包括极热、化学暴露、热循环、热冲击或机械冲击以及过度振动等具有挑战性的条件,所有这些都可能导致产品故障。通常鉴定测试比实际操作条件更为严格。gydF4y2Ba

盆栽将电子产品与环境隔离gydF4y2Ba

灌封和封装化合物提供最高水平的保护,从环境,热,化学,机械和电气条件。设计用于完全封装组件、模块或PCB,这些特殊配方的化合物有效地屏蔽单元与其周围环境,同时提供结构支撑。灌封化合物比保形涂层提供更高水平的物理、化学、电气和温度保护。另一方面,盆栽通常会增加额外的处理时间、成本和重量。gydF4y2Ba

环氧树脂和硅氧烷是最常用的灌封化合物中。这些可以应用于PCB,电容,电力电子,LED照明,传感器等。一些所需的性能包括良好的粘合性,优异的电绝缘,热稳定性,卓越的耐化学性,固化时的低收缩,适当的热膨胀系数(CTE),以及特定应用的合适粘度。通过仔细选择树脂,药剂和填料,可以混合制剂以提供这些和其他性能的平衡。gydF4y2Ba

盆栽配方适用于不同的应用gydF4y2Ba

选择正确产品的一个关键部分是确定需求的优先级,并认识到选择材料所涉及的权衡。也就是说,必须在最终性能与处理和加工问题(如开放时间、粘度、固化时间和其他因素)之间取得平衡。gydF4y2Ba

由于其广泛的性能和无与伦比的通用性,环氧树脂是最常用的灌封和封装材料。环氧树脂具有优异的耐化学性、优异的物理性能和对金属、大多数塑料、陶瓷和复合材料的强附着力,这些材料通常用于灌封外壳。它们通常具有优越的介电性能,通常是热绝缘的,但在需要时可以使其导热和电绝缘。它们还可以被配制成能够承受热循环、应力和冲击,同时保持其优良的介电性能。虽然环氧树脂通常被认为是刚性和永久性的,但在需要时,它们可以制成更灵活的,某些等级的环氧树脂显示出足够的灵活性,以允许可能的部件回收。然而,当环氧树脂的配方更灵活时,化学和耐温性总是受到损害。gydF4y2Ba

环氧树脂可以设计用于需要非常特殊特性的灌封应用,如光学清晰度、阻燃性、导热性或低排气性能,同时保持电气隔离能力。经过UL 94V-0认证的特殊配方阻燃环氧树脂具有自熄性和优越的电气绝缘性能,使其成为灌封电源、信号变压器和其他大功率电子设备的理想材料。gydF4y2Ba

热传导,电绝缘环氧灌封化合物提供优越的散热性能。gydF4y2Ba

广泛的使用温度范围证明了环氧树脂无与伦比的通用性。一些等级可以承受低温条件,而另一些则可以承受高达500°F的温度。然而,独特的b级环氧化合物提供耐高温,比典型的高热耐环氧更灵活。通常,耐高温的环氧树脂是刚性的。它们可以承受严格的热循环和热冲击,但需要更多的加工,以实现其特殊性能。例如,它们必须从固态转变为液态。最重要的是,b级材料比典型的单组分环氧树脂放热更低,适用于较大的铸件。可以添加填料来实现其他性能,如导热性和增强尺寸稳定性。gydF4y2Ba

当需要耐化学性、良好的物理强度和一流的电气绝缘性能时,环氧树脂显然是最好的选择。因为环氧树脂能够承受玻璃化转变温度(TgydF4y2BaggydF4y2Ba),对于在较高温度下只涉及较短停留时间的应用,不应排除特定等级。例如,带有T的环氧树脂gydF4y2BaggydF4y2Ba150°C可以容易地承受超过200°C以上的重复偏移,这取决于应用的细微差别。gydF4y2Ba

环氧树脂通常与填料一起使用,以降低收缩,提高尺寸稳定性,提高耐磨性。使用填料是用于在保持电阻的同时获得导热率的关键因素。通过仔细选择化学,添加剂和填料,配方仪能够开发具有量身定制的性质的环氧化合物,以解决大多数应用需求。gydF4y2Ba

硅树脂具有无与伦比的耐高温性(高达400°F)、卓越的电气性能和灵活性,但有时需要使用底漆来提高附着力。它们通常因其无可匹敌的抗热冲击和重复热循环的能力而被选择。硅酮比环氧树脂更软,对敏感电子产品施加的压力更小,也使需要修复或拆卸的部件得以回收。硅酮的性能可以通过添加填料来调整,例如那些用于实现导热性和阻燃性的填料。gydF4y2Ba

UV固化灌封化合物具有独特的化学特性,可以在一分钟内快速固化。这些材料通过暴露在紫外线光源下固化。层越薄,固化速度越快。如果被盆栽的区域包含阴影部分,则需要二次固化机制,通常利用热量。二次固化温度在80ºC ~ 125ºC之间,固化时间最长可达30分钟。这种系统被称为双固化UV。gydF4y2Ba

UV和它们的双固化同行可以固化刚性或柔性。它们具有良好的电气绝缘性能和光学透明。然而,这些系统不能添加填料,它们的使用受到固化深度的限制,很少超过1 / 4”。它们总是被选择性地用于特殊的小型封装应用程序。gydF4y2Ba

热和几何因素影响加工gydF4y2Ba

为了确保最佳的保护水平和避免伤害脆弱的成分,在应用和固化盆栽化合物时必须小心。有些材料需要表面处理和底漆,以达到良好的附着力。在使用过程中,液体灌封材料必须易于流动,使其完全覆盖组件,不留空隙。如果空气被困在外壳中,它所包含的水分可能会导致腐蚀-最终导致部件或产品故障。gydF4y2Ba

去除气泡是非常重要的。有两种常用的技术:真空脱气或离心。可以在材料混合或应用后进行脱气。真空脱气的最佳技术被称为“碰撞”,即在30到60秒的周期内交替拉动和放松真空。离心非常简单。将混合后的物料放入离心机,以500 ~ 1000转/分的转速旋转10 ~ 15分钟。gydF4y2Ba

由于气泡可以忽略不计,这些技术对于灌封粘度很低的化合物可能是不必要的。然而,在某些灌封中,由于几何形状或设计问题,高粘度系统更可取,因此真空脱气或离心仍然是关键的处理步骤。gydF4y2Ba

一种常用的消除脱气或离心的方法是将化合物包装为预混和冷冻系统。这些环氧树脂在冷冻前要混合和离心。它们通常包装在小型注射器(3至10毫升),并以干冰运输。存储温度为-40℃。预混合和冷冻环氧树脂通常用于非常小的灌封和封装应用,在那里需要超精密配药。gydF4y2Ba

电子产品正变得越来越小。因此,预混合和冷冻环氧树脂的使用变得越来越普遍。事实上,现在有专门的分配器,允许在封装中使用一克的分数。gydF4y2Ba

当应用盆栽化合物时,单元及其外壳的几何形状也是重要的考虑因素。盆栽化合物放热固化;也就是说,当连接它们的聚合物链的化学反应发生时,它们会释放热量。铸件越深,产生的热量越多,反应速度也就越快。由于大多数灌封化合物不散热,反应速度越快,内部温度越高,会损坏热敏性成分。这就是为什么固化深度在盆栽应用中是如此重要的考虑因素。gydF4y2Ba

盆栽化合物具有相对低的收缩,因为它们在固化期间从液态转变为固体。填充的灌封化合物具有最少的收缩量,因为只有聚合物化合物 - 而不是固化过程中的填充物。通常,更快的加工不一定更好地用于灌封和封装,因为更快的反应导致更放热,更高的收缩和更少的开放时间。更快的固化化合物通常不能施放超过1/4至1/2“厚,因为它们变得太热。除了添加填料,可以通过改变化学式来减少放热来减少收缩,或通过调节设计来减少收缩。gydF4y2Ba

成功灌封的固化特性gydF4y2Ba

大多数环氧树脂和硅酮灌封化合物是两部分系统(树脂和硬化剂)。它们需要24到48小时或更长时间来固化,尽管可以通过加热来加速固化。一部分,不混合系统也可以用于盆栽,尽管他们的使用是有限的,因为他们的固化温度通常是125ºC到150ºC。这些温度会损坏电子元件。单组分环氧树脂是非常放热的,这也会引起热损伤。b级灌封材料是例外。虽然它们具有独特和非常吸引人的特性,但处理过程有点麻烦,因为它们必须从固体转化为液体才能使用。gydF4y2Ba

总之,系统的性能需求概要是最重要的。如果需要耐化学腐蚀,环氧树脂是最好的选择。如果需要热循环和热冲击,以及耐高温,那么硅酮是选择的系统。对于每种材料,电性能的重要性怎么强调都不过分。介电强度、介电常数、体积电阻率和耗散系数的测量通常是选择最佳材料的关键。gydF4y2Ba

其他必须考虑的因素包括使用温度范围、低排气要求、光学清晰度、导热性、阻燃性和生物相容性等。产品处理问题,包括打开时间、粘度和流动特性也必须考虑。最终,选择首先是基于最重要的性能要求。gydF4y2Ba

选择一种能满足特定应用的所有需求而又不损害电子器件的灌封化合物是相当复杂的。选择盆栽材料的艺术取决于性能和处理,任何设计都应该达到平衡——在不使用过多的盆栽材料的情况下实现适当的保护。配方师有很好的装备,建议在一个给定的情况下,盆栽化合物的最佳选择。gydF4y2Ba

本文由新泽西州哈肯萨克Master Bond公司技术销售副总裁Robert Michaels撰写。有关更多信息,请单击gydF4y2Ba在这里gydF4y2Ba


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本文首次发表于2013年9月号gydF4y2Ba美国宇航局yabovip16.com技术简报gydF4y2Ba杂志。gydF4y2Ba

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