環(huán)氧樹脂膠高溫離心脫泡工藝研究

陳凱 文詠 阮建立

摘 要：主要概述了環(huán)氧樹脂膠在電子元器件領域的應用和優(yōu)勢，以及環(huán)氧樹脂膠高溫離心脫泡工藝方法，通過實驗研究高溫離心脫泡的參數(shù)，從而選擇最優(yōu)參數(shù)，最后進行批量驗證，保證環(huán)氧樹脂膠的灌封質(zhì)量。

關鍵詞：環(huán)氧樹脂膠；高溫離心；參數(shù)

1 緒論

電子元器件領域廣泛采用灌封材料進行整體封裝，為了強化對外來沖擊、震動的抵抗力；提高內(nèi)部元件、線路間絕緣；避免元器件、線路直接暴露，改善元器件的防水、防潮性能等目的。環(huán)氧樹脂膠具有以下特點：（1）高粘接強度；（2）固化收縮率??；（3）耐化學性能好；（4）優(yōu)良的電絕緣性能和介電性能。因此，環(huán)氧樹脂膠已經(jīng)成為電子元器件行業(yè)最廣泛的使用材料，普遍應用于航空航天、武器、通訊和石油開采等各類電子產(chǎn)品中。

作者在工作中遇到使用EC104雙組份環(huán)氧膠對電連接器灌封時產(chǎn)生氣泡的問題，灌封膠體中混有氣泡，則固化后膠體內(nèi)部或外部就會形成裂紋、空洞，這不僅影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，更重要的是影響產(chǎn)品的電氣性能和機械性能，使灌封失效。因此作者采用高溫離心工藝方法進行脫泡，并對此工藝方法進行研究。

2 氣泡產(chǎn)生的原因

目前選用的EC104環(huán)氧膠是Emerson &Cuming公司生產(chǎn)的。EC104是一種A/B雙組分的環(huán)氧膠粘劑，固化溫度為120℃，時間為6～7小時。

EC104環(huán)氧膠灌封后產(chǎn)生氣泡，主要原因有以下幾個方面：

（1）EC104環(huán)氧膠為雙組分環(huán)氧膠，調(diào)膠時手工混合A、B組分的膠粘劑會帶入空氣，形成氣泡；

（2）A、B組分固化的過程中，其實也是兩種組分發(fā)生化學反應的過程，反應產(chǎn)生氣體分子，形成氣泡；

（3）電連接器外殼灌膠腔小，由于EC104環(huán)氧膠黏度很大，灌封后流動性不好，從而對于灌膠腔狹小的區(qū)域、四周角落部位無法覆蓋到位，易產(chǎn)生氣泡。

針對上述原因分析，主要是調(diào)膠和灌封過程中會產(chǎn)生氣泡，要消除調(diào)膠產(chǎn)生的氣泡可以在調(diào)膠完成后進行抽真空，確?；旌虾蟮哪z液中無氣泡；而消除灌封過程中的氣泡，傳統(tǒng)的高溫抽真空、二次灌封等方法無法徹底解決氣泡問題，經(jīng)過摸底實驗，高溫下進行離心脫泡，對解決灌封氣泡問題效果非常理想。

3 原理及方法介紹

3.1 高溫離心原理

離心技術原理：是利用旋轉運動產(chǎn)生的離心力，根據(jù)物質(zhì)的沉降系數(shù)或浮力密度的差別進行物質(zhì)的分析、分離濃縮和提純的一種技術。高溫離心工藝也是依據(jù)此原理并在此基礎上面進行改進，其工作原理是：利用離心機高速旋轉產(chǎn)生的強大離心力，加快膠液中固體顆粒的沉降速度，把膠液中的空氣分離出來，同時在外部增加高溫環(huán)境，使膠液固化過程中化學反應產(chǎn)生的空氣氣泡也可以排出，最終達到膠液固化后完全無氣泡的效果。

根據(jù)上述原理進行高溫離心設備的構造，該設備主要由電機、熱烘箱、傳送帶、旋轉軸、旋轉托盤和旋臂六部分組成。由于需要創(chuàng)造一個高溫環(huán)境（120℃左右），一般電機無法承受，因此我們將電機置于熱烘箱外面，通過傳送帶進行傳動，這樣電機就可以帶動整個離心裝置進行轉動。設備結構示意圖如下圖所示：

該設備中熱烘箱是采購的標準件，在此標準件上面進行改造，烘箱內(nèi)部中間固定旋轉軸，根據(jù)烘箱空間大小，將旋轉托盤平均分層固定，由于高溫環(huán)境下膠的流動性較好，為了防止離心過程中膠液偏向一邊，因此產(chǎn)品擺放時為豎直放置，當離心機啟動之后，產(chǎn)品在高速離心力作用下呈水平狀態(tài)。

3.2 高溫離心方法

此設備工作時，先設定好熱烘箱溫度，啟動熱烘箱，熱烘箱溫度達到設定值之后，我們將產(chǎn)品放入離心裝置中，關閉熱烘箱門之后，設置離心速度和離心時間，啟動離心機。電機達到設定運行時間之后自動停止，然后將產(chǎn)品取出，完成一次高溫離心脫泡。

4 高溫離心試驗驗證及結果

4.1 高溫離心技術指標

4.1.1目視檢查

樣品經(jīng)過高溫離心固化后，用3～5放大鏡檢查外觀，應達到以下技術指標：

（1）膠面平整、過渡自然，膠體四周邊沿不能高出中心；

（2）膠液應灌滿灌膠腔或膠面略低于外殼。

4.1.2顯微鏡檢查

將樣品灌膠腔進行切片，然后用顯微鏡檢查灌封質(zhì)量，應達到以下技術指標：

膠體內(nèi)部應無氣泡（氣泡直徑≤0.2mm，數(shù)量≤1個）、孔洞、凹坑。

4.2 高溫離心試驗方案

樣品使用我公司J63系列連接器，膠粘劑使用EC104膠。先設定好熱烘箱溫度，當熱烘箱溫度達到設定值后，將灌封好的J63樣品放入離心裝置中，關閉熱烘箱門之后，設置離心速度和離心時間，啟動離心機，即可進行高溫離心脫泡。設備可調(diào)參數(shù)如下表所示。

從上表可以知道，影響高溫離心脫泡質(zhì)量的因素主要是離心速度和離心時間。此次高溫離心試驗主要是確定離心參數(shù)，首先確定離心參數(shù)的范圍，然后根據(jù)脫泡效果、效率再優(yōu)化參數(shù)，確認參數(shù)后進行灌封質(zhì)量的檢測，質(zhì)量合格后方可用于正式批量制作。

4.3 高溫離心參數(shù)研究

4.3.1確定參數(shù)范圍試驗

為摸索最佳離心參數(shù)范圍，采用雙因素優(yōu)選試驗設計方法，經(jīng)過初步試驗結果離心速度位于（2100轉/min～3000轉/min）、離心時間位于（20min～40min）對灌封后脫泡效果比較好。（速度3000轉/min，時間20min）是離心速度最大的可脫泡的參數(shù)，（速度2100轉/min，時間40min）是離心速度最小的可脫泡的參數(shù)。

4.3.2優(yōu)化離心參數(shù)試驗

通過上面的初步試驗，在參數(shù)（速度3000轉/min，時間20min）到（速度1800轉/min，時間40min）范圍內(nèi)進行選擇，重新制作樣品，在確定質(zhì)量與效率的最佳范圍后，再微調(diào)離心參數(shù)。

通過實驗驗證，完全脫泡有效果的有六個參數(shù)（速度3000轉/min，時間20min），（速度2700轉/min，時間25min），（速度2400轉/min，時間25min），（速度2400轉/min，時間30min），（速度2100轉/min，時間30min），（速度2100轉/min，時間40min），其中2700轉/min和3000轉/min由于轉速太快，膠液會從灌膠腔甩出，固化后膠面只有灌膠腔的1/2；從速率考慮，2400轉/min和2100轉/min完成一次離心脫泡的時間相差5min，經(jīng)過反復驗證，優(yōu)選參數(shù)為（速度2400轉/min，時間25min）。

4.3.3優(yōu)化后灌封質(zhì)量檢查

（1）目視檢查：將上述離心參數(shù)范圍內(nèi)的試件進行目視檢查，膠面平整、過渡自然，膠體四周邊沿未高出中心位置。

（2）顯微鏡檢查：樣品切片后用20-40倍顯微鏡檢查灌封質(zhì)量，膠面無氣泡、孔洞和凹坑。

綜上所述，高溫離心脫泡的參數(shù)為：（速度2400轉/min，時間25min），可以滿足技術指標要求。

4.4 批量驗證及推廣使用

高溫離心脫泡工藝方法經(jīng)過一年的實物驗證，共進行了51批1917只產(chǎn)品的灌封脫泡應用，未出現(xiàn)氣泡問題，灌封質(zhì)量穩(wěn)定可靠，批量驗證通過。

目前針對微小型電連接器灌封采取高溫離心的方法進行脫泡，已經(jīng)在NANO、PCMT型號電纜上面實施應用，解決了連接器灌封出現(xiàn)的氣泡問題，完成了多批訂單的交付。

5 總結

高溫離心工藝方法通過上述試驗驗證，已確認合適的離心參數(shù)，灌封質(zhì)量穩(wěn)定可靠，高溫離心脫泡的工藝方法有效可行。此工藝方法獨特新穎，同時工藝耗時短，大幅提高了工作效率，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)，該工藝方法為其他電子產(chǎn)品解決灌封氣泡問題提供了新的思路。

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