摘要

綿陽市維博電子有限責(zé)任公司的研究人員蔣偉，在2018年第10期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，介紹了電量傳感器常用灌封材料的特點，詳盡分析了灌封工藝各關(guān)鍵工序，并結(jié)合實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進行分析，提出具體的解決方案。此灌封工藝經(jīng)過多批次生產(chǎn)驗證，完全能滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。

隨著國家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電量傳感器已廣泛應(yīng)用于軍工、電網(wǎng)[1]、鐵路、新能源汽車等各個領(lǐng)域，其使用條件越來越多樣化，使用環(huán)境越來越嚴酷，因而對電量傳感器提出了越來越高的可靠性需求。

根據(jù)產(chǎn)品的不同性能，選用不同的材料對電器元部件進行灌封，使其滲透至電氣線路系統(tǒng)元件和部件的所有縫隙，并使產(chǎn)品具有機械支持、包覆保護、防水、防潮、防腐蝕、抗振以及提高產(chǎn)品絕緣強度等特性。

本文介紹了灌封流程中的關(guān)鍵工藝點和遇到的問題，找出了解決灌封問題的方法，提高了灌封品質(zhì)。

1常用灌封材料

灌封材料是灌封工藝的基礎(chǔ)，選擇適合的灌封材料是工藝成敗的關(guān)鍵所在，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品不同的性能和使用環(huán)境，選擇不同性能的材料。目前灌封材料類型繁多，但應(yīng)用最為普遍的是環(huán)氧樹脂、有機硅橡膠和聚氨酯。根據(jù)我司現(xiàn)有產(chǎn)品特點，主要使用環(huán)氧樹脂和硅橡膠兩類灌封材料。

1.1環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂灌封膠是指以環(huán)氧樹脂為主要成分，按比例添加一定量的增韌劑、固化劑、填料等功能性助劑，再根據(jù)需求添加一定比例的顏料，制作而成的環(huán)氧樹脂液體封裝材料。

環(huán)氧樹脂具有較好的粘結(jié)性、良好的絕緣性能、較強的耐腐蝕性、優(yōu)良的機械強度、價格較低等特點，因此近年來發(fā)展迅速。目前國外半導(dǎo)體器件絕大部分是用環(huán)氧樹脂灌封材料封裝，其材料不但種類多，而且專用性強，性能優(yōu)異[2-3]。

目前國內(nèi)電子行業(yè)用環(huán)氧灌封材料某些方面的性能與國外先進國家相比較還存在不足，如存在固化過程中有一定的內(nèi)應(yīng)力以及容易開裂等問題。

1.2硅橡膠

硅橡膠是指主鏈由硅原子和氧原子交替連接、硅原子上帶有機基團的半無機半有機高分子彈性體[4]。

硅橡膠具有線性收縮率低、優(yōu)異的耐高低溫性能、良好的耐候性，以及較好的電絕緣性[5]。

另外，硅橡膠灌封工藝簡單，常溫下即可短時間固化，且具有較好的可維修性?；谏鲜鰞?yōu)良的性能，最近幾年有機硅橡膠已被廣泛作為電子元器件封裝材料。但硅橡膠同樣存在一定的自身缺陷，如：機械性能較差，耐磨性能較低，粘結(jié)力不足等。

2灌封電量傳感器工藝

2.1灌封工藝流程

灌封電量傳感器常規(guī)工藝流程如圖1所示。

圖1電量傳感器灌封常規(guī)工藝流程

2.2關(guān)鍵工藝點

1）涂覆三防漆。對產(chǎn)品中須灌封的元器件部位均應(yīng)涂覆三防保護劑。三防漆厚度以15～20?m為宜，涂覆層應(yīng)均勻、光亮，無針孔、堆積、流痕等缺陷。

2）去濕。任何物質(zhì)表面在自然環(huán)境下都會吸附水分，水分的存在不僅會降低灌封膠的粘接強度，還會使灌封材料的絕緣度急劇減少。因此需對灌封元部件進行烘干去濕處理。烘干后待溫度降到室溫應(yīng)及時進行灌封，一般在2h內(nèi)完成灌封作業(yè)，否則會再次吸潮。綜合元部件壽命與水分子殘留情況，經(jīng)過多次試驗，電量傳感器去濕溫度控制在50±5℃，去濕時間為2h。

3）混合攪拌。根據(jù)產(chǎn)品特性，依據(jù)相關(guān)工藝和技術(shù)文件要求配比混合灌封膠。對配比好的灌封膠應(yīng)立即進行攪拌，攪拌通常分為手工攪拌和機械攪拌。手工攪拌極易造成混合不均勻，且會混入空氣，很難保證批量生產(chǎn)時灌封質(zhì)量的穩(wěn)定性；機械攪拌能最大程度的保證混合均勻性?？紤]到電量傳感器的高可靠性要求，一般使用攪拌器進行攪拌。

4）真空脫泡。氣泡的存在不但影響產(chǎn)品外觀品質(zhì)，而且更主要的是對產(chǎn)品的電性能和機械性能產(chǎn)生嚴重的質(zhì)量隱患。在硅橡膠中一般只考慮其對電性能的影響。對于環(huán)氧灌封材料來說，氣泡影響電氣性能，更重要的是它使膠體中的應(yīng)力不能連續(xù)、均勻地傳遞，造成應(yīng)力在氣泡處的集中，使得電器元件損壞、膠體開裂等，導(dǎo)致灌封失敗[6]。

5）灌封。目前灌封方法有靜態(tài)灌封、加壓灌封、真空灌封、真空壓力灌封法等[7]。根據(jù)產(chǎn)品特性與生產(chǎn)效率，我司選用加壓灌封工藝進行灌封。加壓灌封工藝是將脫泡好的灌封膠抽入熟料針筒內(nèi)，然后依靠一定的壓力將灌封料注入已去濕的產(chǎn)品灌封內(nèi)腔里。為保證灌封質(zhì)量，灌封時應(yīng)將產(chǎn)品放置于合適位置，使灌封面呈水平狀態(tài)，且灌封料應(yīng)從一點緩慢注入被灌部位。

3電量傳感器灌封常見問題及解決方案

3.1電量傳感器灌封常見問題

我司早期使用硅橡膠和環(huán)氧樹脂灌封的部分產(chǎn)品在高低溫試驗時均出現(xiàn)過質(zhì)量異常問題，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。主要表現(xiàn)為：硅橡膠產(chǎn)品膠體與殼體分離問題和環(huán)氧樹脂產(chǎn)品出現(xiàn)膠體開裂和電器元件損壞現(xiàn)象，如圖2所示。

經(jīng)過分析，主要有以下原因：①硅橡膠膠體結(jié)合力較差，殼體與膠體膨脹系數(shù)不一致；②固化溫度過高和制件固化后冷卻速度過快等；③灌封工藝設(shè)計不合理。

圖2灌封質(zhì)量異常示意圖

大多數(shù)情況下開裂和電器元件損壞主要是由內(nèi)應(yīng)力所引起的。內(nèi)應(yīng)力包括收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力。其中收縮應(yīng)力是環(huán)氧樹脂在固化過程中產(chǎn)生了收縮而對器件產(chǎn)生的應(yīng)力；而熱應(yīng)力是由于灌封產(chǎn)品中樹脂和灌封件的膨脹系數(shù)有較大差異，當溫度較大變化時而產(chǎn)生的應(yīng)力。

灌封材料在內(nèi)應(yīng)力的作用下，使不同程度的缺陷和輕微裂紋擴大，從而造成膠體開裂并損壞電器元件。所以，內(nèi)應(yīng)力的存在是導(dǎo)致開裂和元件損壞的根本原因。

3.2解決方法

1）灌封工藝方案改進

改用硅橡膠和環(huán)氧樹脂復(fù)合工藝，首先在元器件表面包覆一層1mm厚的硅橡膠，然后再灌封環(huán)氧樹脂，利用硅橡膠良好的絕緣性、耐高低溫性以及線性收縮率低等特點，在元器件與環(huán)氧樹脂之間形成一層保護膜，以隔絕環(huán)氧樹脂內(nèi)應(yīng)力對元器件的直接作用；再利用環(huán)氧樹脂優(yōu)異的粘結(jié)性、耐腐蝕性和較好的機械強度對產(chǎn)品進行封口處理，即可有效降低內(nèi)應(yīng)力對元器件的影響，同時增加了產(chǎn)品的整體環(huán)境適應(yīng)能力。

2）固化溫度改進

改用分段固化，能降低放熱峰值。同樣的灌封材料，采用分段固化雖然不能改變總放熱量，但是會改變放熱的最高溫度。通過分段固化，可將一個高放熱峰分成多個小放熱峰的形式釋放，這有利于反應(yīng)熱的均勻釋放和降低放熱峰值。我司通過采用分段固化不僅使產(chǎn)品增強了抗開裂能力，還有效解決了灌封氣泡問題。

結(jié)論

影響電量傳感器灌封質(zhì)量的因素較多，工程師只有根據(jù)每款產(chǎn)品特性合理地制定灌封工藝方案，且嚴格執(zhí)行，才能得到滿意的產(chǎn)品。

經(jīng)過多批次生產(chǎn)實踐，我司傳感器產(chǎn)品在高低溫試驗后未再出現(xiàn)膠體開裂和器件損傷現(xiàn)象，證明上述工藝方案的改進和工藝過程的控制能進一步提高產(chǎn)品的灌封質(zhì)量，保證了其防護性能、絕緣性能完全滿足設(shè)計要求。

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