陳凱 文詠 阮建立

摘 要：主要概述了環(huán)氧樹(shù)脂膠在電子元器件領(lǐng)域的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)，以及環(huán)氧樹(shù)脂膠高溫離心脫泡工藝方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行批量驗(yàn)證，保證環(huán)氧樹(shù)脂膠的灌封質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂膠；高溫離心；參數(shù)

1 緒論

電子元器件領(lǐng)域廣泛采用灌封材料進(jìn)行整體封裝，為了強(qiáng)化對(duì)外來(lái)沖擊、震動(dòng)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(shù)脂膠具有以下特點(diǎn)：（1）高粘接強(qiáng)度；（2）固化收縮率??；（3）耐化學(xué)性能好；（4）優(yōu)良的電絕緣性能和介電性能。因此，環(huán)氧樹(shù)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(yīng)用于航空航天、武器、通訊和石油開(kāi)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(duì)電連接器灌封時(shí)產(chǎn)生氣泡的問(wèn)題，灌封膠體中混有氣泡，則固化后膠體內(nèi)部或外部就會(huì)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(jī)械性能，使灌封失效。因此作者采用高溫離心工藝方法進(jìn)行脫泡，并對(duì)此工藝方法進(jìn)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(shí)間為6～7小時(shí)。

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

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

（2）A、B組分固化的過(guò)程中，其實(shí)也是兩種組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，反應(yīng)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(dòng)性不好，從而對(duì)于灌膠腔狹小的區(qū)域、四周角落部位無(wú)法覆蓋到位，易產(chǎn)生氣泡。

針對(duì)上述原因分析，主要是調(diào)膠和灌封過(guò)程中會(huì)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(jìn)行抽真空，確?；旌虾蟮哪z液中無(wú)氣泡；而消除灌封過(guò)程中的氣泡，傳統(tǒng)的高溫抽真空、二次灌封等方法無(wú)法徹底解決氣泡問(wèn)題，經(jīng)過(guò)摸底實(shí)驗(yàn)，高溫下進(jìn)行離心脫泡，對(duì)解決灌封氣泡問(wèn)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(shù)原理：是利用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(jìn)行物質(zhì)的分析、分離濃縮和提純的一種技術(shù)。高溫離心工藝也是依據(jù)此原理并在此基礎(chǔ)上面進(jìn)行改進(jìn)，其工作原理是：利用離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)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(lái)，同時(shí)在外部增加高溫環(huán)境，使膠液固化過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的空氣氣泡也可以排出，最終達(dá)到膠液固化后完全無(wú)氣泡的效果。

根據(jù)上述原理進(jìn)行高溫離心設(shè)備的構(gòu)造，該設(shè)備主要由電機(jī)、熱烘箱、傳送帶、旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)托盤(pán)和旋臂六部分組成。由于需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)高溫環(huán)境（120℃左右），一般電機(jī)無(wú)法承受，因此我們將電機(jī)置于熱烘箱外面，通過(guò)傳送帶進(jìn)行傳動(dòng)，這樣電機(jī)就可以帶動(dòng)整個(gè)離心裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：

該設(shè)備中熱烘箱是采購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件，在此標(biāo)準(zhǔn)件上面進(jìn)行改造，烘箱內(nèi)部中間固定旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)烘箱空間大小，將旋轉(zhuǎn)托盤(pán)平均分層固定，由于高溫環(huán)境下膠的流動(dòng)性較好，為了防止離心過(guò)程中膠液偏向一邊，因此產(chǎn)品擺放時(shí)為豎直放置，當(dāng)離心機(jī)啟動(dòng)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(shè)備工作時(shí)，先設(shè)定好熱烘箱溫度，啟動(dòng)熱烘箱，熱烘箱溫度達(dá)到設(shè)定值之后，我們將產(chǎn)品放入離心裝置中，關(guān)閉熱烘箱門(mén)之后，設(shè)置離心速度和離心時(shí)間，啟動(dòng)離心機(jī)。電機(jī)達(dá)到設(shè)定運(yùn)行時(shí)間之后自動(dòng)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(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果

4.1 高溫離心技術(shù)指標(biāo)

4.1.1目視檢查

樣品經(jīng)過(guò)高溫離心固化后，用3～5放大鏡檢查外觀，應(yīng)達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：

（1）膠面平整、過(guò)渡自然，膠體四周邊沿不能高出中心；

（2）膠液應(yīng)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(jìn)行切片，然后用顯微鏡檢查灌封質(zhì)量，應(yīng)達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：

膠體內(nèi)部應(yīng)無(wú)氣泡（氣泡直徑≤0.2mm，數(shù)量≤1個(gè)）、孔洞、凹坑。

4.2 高溫離心試驗(yàn)方案

樣品使用我公司J63系列連接器，膠粘劑使用EC104膠。先設(shè)定好熱烘箱溫度，當(dāng)熱烘箱溫度達(dá)到設(shè)定值后，將灌封好的J63樣品放入離心裝置中，關(guān)閉熱烘箱門(mén)之后，設(shè)置離心速度和離心時(shí)間，啟動(dòng)離心機(jī)，即可進(jìn)行高溫離心脫泡。設(shè)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(shí)間。此次高溫離心試驗(yàn)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(rèn)參數(shù)后進(jìn)行灌封質(zhì)量的檢測(cè)，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(yàn)

為摸索最佳離心參數(shù)范圍，采用雙因素優(yōu)選試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過(guò)初步試驗(yàn)結(jié)果離心速度位于（2100轉(zhuǎn)/min～3000轉(zhuǎn)/min）、離心時(shí)間位于（20min～40min）對(duì)灌封后脫泡效果比較好。（速度3000轉(zhuǎn)/min，時(shí)間20min）是離心速度最大的可脫泡的參數(shù)，（速度2100轉(zhuǎn)/min，時(shí)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(yàn)

通過(guò)上面的初步試驗(yàn)，在參數(shù)（速度3000轉(zhuǎn)/min，時(shí)間20min）到（速度1800轉(zhuǎn)/min，時(shí)間40min）范圍內(nèi)進(jìn)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，完全脫泡有效果的有六個(gè)參數(shù)（速度3000轉(zhuǎn)/min，時(shí)間20min），（速度2700轉(zhuǎn)/min，時(shí)間25min），（速度2400轉(zhuǎn)/min，時(shí)間25min），（速度2400轉(zhuǎn)/min，時(shí)間30min），（速度2100轉(zhuǎn)/min，時(shí)間30min），（速度2100轉(zhuǎn)/min，時(shí)間40min），其中2700轉(zhuǎn)/min和3000轉(zhuǎn)/min由于轉(zhuǎn)速太快，膠液會(huì)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(zhuǎn)/min和2100轉(zhuǎn)/min完成一次離心脫泡的時(shí)間相差5min，經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，優(yōu)選參數(shù)為（速度2400轉(zhuǎn)/min，時(shí)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(jìn)行目視檢查，膠面平整、過(guò)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(wú)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(zhuǎn)/min，時(shí)間25min），可以滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

4.4 批量驗(yàn)證及推廣使用

高溫離心脫泡工藝方法經(jīng)過(guò)一年的實(shí)物驗(yàn)證，共進(jìn)行了51批1917只產(chǎn)品的灌封脫泡應(yīng)用，未出現(xiàn)氣泡問(wèn)題，灌封質(zhì)量穩(wěn)定可靠，批量驗(yàn)證通過(guò)。

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

5 總結(jié)

高溫離心工藝方法通過(guò)上述試驗(yàn)驗(yàn)證，已確認(rèn)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(dú)特新穎，同時(shí)工藝耗時(shí)短，大幅提高了工作效率，易于實(shí)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(wèn)題提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉丙睿.環(huán)氧樹(shù)脂灌封材料的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào)，2009：23（14）.

[2]羅紅玉.粘膠連續(xù)脫泡的溫降機(jī)理分析[J].江蘇紡織，2010（02）.

[3]尹光巖.膠料加溫?cái)嚢枵婵彰撆菅b置.生產(chǎn)技術(shù)，2002：14（02）.