灌封結(jié)合力影響因素分析

廖彥格，蔡曉蓉，王智紅，李忠寶，陳天軍（成都四威高科技產(chǎn)業(yè)園有限公司，四川成都　611731）

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灌封結(jié)合力影響因素分析

廖彥格，蔡曉蓉，王智紅，李忠寶，陳天軍
（成都四威高科技產(chǎn)業(yè)園有限公司，四川成都611731）

摘要：根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)用的工藝方法及可能對(duì)灌封結(jié)果造成影響的一些工藝條件，按照GB/T 7124- 2008膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定方法進(jìn)行對(duì)接試片的制作與檢測(cè)。對(duì)影響高壓器件灌封結(jié)合力的大多數(shù)因素如溫濕度、固化溫度、清洗效果及偶聯(lián)劑的涂覆等進(jìn)行分析，結(jié)果明確了偶聯(lián)劑的使用是最重要的影響因素；在嚴(yán)格驅(qū)潮的條件下，濕度因素影響較小。在既定工藝條件下，清洗及固化條件對(duì)灌封結(jié)果影響較小。

關(guān)鍵詞：灌封；結(jié)合力；分析

前言

高壓器件是軍用設(shè)備的關(guān)鍵部件，需耐近萬(wàn)伏的高壓，且常年處在低溫低氣壓的嚴(yán)酷使用環(huán)境下，為防止潮濕、霉菌、鹽霧對(duì)電路的腐蝕，有效減少電路間爬電、擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，僅僅依靠電路器件表面噴覆的三防漆和低氣壓條件下的稀薄空氣作為絕緣介質(zhì)，其三防性能與介電強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求［1］。而硅凝膠灌封工藝能夠極大地提高高壓器件在惡劣環(huán)境下工作的電氣性能。

在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對(duì)部分高壓器件灌封后，進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)硅凝膠與器件結(jié)合力降低而脫層的現(xiàn)象，對(duì)低溫低氣壓條件下的使用造成爬電、打火等隱患。然而對(duì)于造成脫層的原因大都處于理論推測(cè)階段，缺少可靠的數(shù)據(jù)支撐和試驗(yàn)結(jié)論，以致高壓器件發(fā)生故障時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確地查找原因。因此，本文針對(duì)影響高壓器件灌封結(jié)合力的大多數(shù)因素進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)溫濕度、固化溫度、清洗效果及偶聯(lián)劑涂覆因素一一進(jìn)行分析與排查，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定影響因素及其影響程度。

對(duì)于結(jié)合力的檢測(cè)，模擬灌封后高壓器件中硅凝膠與器件之間發(fā)生的剪切作用，利用設(shè)定的工藝條件制作剪切試片，固化后用拉力機(jī)檢測(cè)剪切強(qiáng)度，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而得出結(jié)論。

1 試驗(yàn)

1.1 設(shè)備

真空排泡設(shè)備，溫度試驗(yàn)箱，高低溫試驗(yàn)箱和拉力試驗(yàn)機(jī)。

1.2 材料

GN521硅凝膠，GN522硅凝膠，GNB11偶聯(lián)劑，無(wú)水乙醇，某型號(hào)雙面膠和鋁盒體。

1.3 試驗(yàn)制備流程

按照“清洗-偶聯(lián)劑涂覆-驅(qū)潮-灌封/粘接-固化”的流程制作剪切試片與灌封盒體如下圖：

圖1 制作試片F(xiàn)ig.1 Making specimens

圖2 灌封體Fig.2 Potting body

1.4 試驗(yàn)性能檢測(cè)

1.4.1 試片結(jié)合力檢測(cè)

剪切試片的制備與檢測(cè)均按照《GB/T 7124- 2008膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定》進(jìn)行。

1.4.2 耐高低溫沖擊性能檢測(cè)

將灌封好的鋁盒體置于高低溫試驗(yàn)箱中，于60℃與- 40℃條件下各保溫3h，觀察有無(wú)脫層現(xiàn)象。

2 結(jié)果與討論

2.1 清洗結(jié)果對(duì)結(jié)合力的影響

高壓器件某些部位上貼有雙面膠，在裝配、調(diào)試及中轉(zhuǎn)過(guò)程中，易沾染手汗、灰塵與潮氣，形成一層隔膜阻礙硅凝膠與基材的有效粘接，所以灌封硅凝膠前必須先用無(wú)水乙醇對(duì)這些部位進(jìn)行清洗，清洗效果可能對(duì)結(jié)合力造成影響。本試驗(yàn)對(duì)比了清洗對(duì)硅凝膠與雙面膠之間剪切強(qiáng)度的影響。

表1 不同清洗條件下剪切強(qiáng)度的測(cè)試值Table 1 The test values of shear strength on different cleaning conditions

表1數(shù)據(jù)顯示，在同樣的偶聯(lián)劑條件下，是否用無(wú)水乙醇對(duì)雙面膠清洗，對(duì)粘接力影響不大。其原因是目前所采用的毛刷蘸取酒精的清洗方式由于物理擦除強(qiáng)度小，并不能徹底除去雙面膠吸附的灰塵，手汗等污染物（不包括導(dǎo)熱硅脂，助焊劑等），由試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，目前的清洗方式對(duì)結(jié)合力并無(wú)顯著提高作用。

2.2 環(huán)境濕度對(duì)結(jié)合力的影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)，灌封操作間環(huán)境濕度變化范圍為55%～85%RH，針對(duì)環(huán)境濕度的變化開(kāi)展試片的粘接試驗(yàn)，測(cè)試不同濕度條件下制得試片的剪切強(qiáng)度，統(tǒng)計(jì)如表2。

表2 不同環(huán)境濕度條件下剪切強(qiáng)度的測(cè)試值Table 2 The test values of shear strength on different humidity coditions

表2數(shù)據(jù)顯示，不同的環(huán)境濕度條件對(duì)硅凝膠與基材（鋁或雙面膠）的結(jié)合力無(wú)顯著影響。原因是在任何濕度條件下進(jìn)行的灌封，都要經(jīng)過(guò)驅(qū)潮工序，將表面水膜有效驅(qū)除［2］。但是要在將工件驅(qū)潮后立刻進(jìn)行灌封，否則會(huì)在空氣中回潮，造成結(jié)合力不佳。

2.3 固化工藝對(duì)結(jié)合力的影響

高壓器件灌封一直以來(lái)所用的固化方式是將高壓器件置于75℃條件下保溫4h進(jìn)行硫化，沒(méi)有明確規(guī)定保溫4h后高壓器件是否隨烘箱冷卻至室溫才能拿出烘箱。所以在冬季氣溫低的條件下灌封的高壓器件，可能會(huì)因?yàn)楣袒瘯r(shí)從75℃驟然從烘箱搬至室內(nèi)低溫，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，引起硅凝膠的收縮，造成脫層。

針對(duì)幾種固化方法開(kāi)展試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)如下表3：

表3 不同固化條件下GN521粘接鋁（貼雙面膠）的測(cè)試值Table 3 The test values of shear strength of aluminum with double-side tap bonded by GN521 on different curing conditions

試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳固化工藝即將灌封操作間溫度調(diào)節(jié)至27±2℃，灌封后將工件放入75℃烘箱保溫4h后隨烘箱冷卻。

2.4 偶聯(lián)劑對(duì)結(jié)合力的影響

對(duì)于硅凝膠與基材的粘接，偶聯(lián)劑起到“橋梁”的作用，即偶聯(lián)劑分子的一端與基材發(fā)生化學(xué)鍵和，同時(shí)另一端與硅凝膠發(fā)生加成反應(yīng)，形成大分子鏈，由此加強(qiáng)硅凝膠與基材的結(jié)合力［3］。因此，偶聯(lián)劑的涂覆對(duì)硅凝膠與基材的結(jié)合力有重要影響。本試驗(yàn)對(duì)比了不同偶聯(lián)劑涂覆量下硅凝膠與雙面膠之間的剪切強(qiáng)度。

表4 不同偶聯(lián)劑涂覆量下剪切強(qiáng)度的測(cè)試值Table 4　 The test values of shear strength with different coating amounts of the coupling agent

從表4可知，對(duì)于GN521與GN522，涂一層偶聯(lián)劑會(huì)得到最高結(jié)合力，過(guò)多的偶聯(lián)劑反而會(huì)降低剪切強(qiáng)度，這是因?yàn)樵诨谋砻嫱慷鄬优悸?lián)劑，會(huì)在表面形成渣狀堆疊［4］，反而阻礙了硅凝膠與基材的結(jié)合。

2.5 耐高低溫沖擊性能檢測(cè)

針對(duì)以上不同試驗(yàn)條件制作的灌封盒體，經(jīng)過(guò)高低溫沖擊試驗(yàn)，觀察發(fā)現(xiàn)不涂偶聯(lián)劑的盒體與灌封膠因結(jié)合力不良而脫層，其他盒體均無(wú)異常。

3 結(jié)論

在上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的基礎(chǔ)上，可基本排除一直以來(lái)影響高壓器件灌封結(jié)合力的不確定因素，如：環(huán)境溫濕度，手工清洗效果和固化工藝等，確定偶聯(lián)劑的使用才是重要因素［5］，對(duì)后續(xù)高壓器件灌封工藝研究提供一定的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］馬驂.小體積高壓電源的固體封裝技術(shù)［J］.電訊技術(shù)，1990，30 （2）：15～22.

［2］謝海峰，巨軍政.有機(jī)硅凝膠灌封高壓電器元件研究［J］，粘接，2007，28（4）：49～50.

［3］廖明惠.灌封材料在航天產(chǎn)品中的應(yīng)用［J］.宇航材料工藝，1995，（3）：48～49.

［4］歐陽(yáng)浩宇，朱金鳳.提高印刷電路板組件灌封膠層附著力的探討［J］.航天工藝，2001，（1）：24～26.

［5］李子?xùn)|，李光宇.現(xiàn)代膠粘技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：新時(shí)代出版社，2002，1.

Analysis of Effects on the Potting Binding Force

LIAO Yan-ge，CAI Xiao-rong，WANG Zhi-hong，LI Zhong-bao and CHEN Tian-jun
（Chengdu SIWI Industrial Park Co. Ltd.，Chengdu 611731，China）

Abstract：In terms of the actually producing process and some process conditions that may affect potting binding force，according to‘GB/T7124-2008 Adhesives-Determination of tensile lap-shear strength of rigid-to-rigid bonded assemblies’，the butt joint specimens were made and inspected. Most factors that affects the high-voltage components potting binding force，such as temperature and humidity，curing temperature，cleaning effect and coating of the coupling agent etc were analyzed. The results showed that coating of the coupling agent was the most important influence factor，then were the temperature and humidity；cleaning and curing had little effect on the condition of rigorous drying and established process conditions.

Key words：Potting；adhesion；andysis.

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ436.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1001- 0017（2016）01- 0077- 03

收稿日期：2015- 09- 23

作者簡(jiǎn)介：廖彥格（1989-），女，河南許昌人，助理工程師，主要從事粘接與灌封工藝研究應(yīng)用。