| 标题 | 环氧树脂胶高温离心脱泡工艺研究 |
| 范文 | 陈凯 文咏 阮建立 摘 要：主要概述了环氧树脂胶在电子元器件领域的应用和优势，以及环氧树脂胶高温离心脱泡工艺方法，通过实验研究高温离心脱泡的参数，从而选择最优参数，最后进行批量验证，保证环氧树脂胶的灌封质量。 关键词：环氧树脂胶；高温离心；参数 1 绪论 电子元器件领域广泛采用灌封材料进行整体封装，为了强化对外来冲击、震动的抵抗力；提高内部元件、线路间绝缘；避免元器件、线路直接暴露，改善元器件的防水、防潮性能等目的。环氧树脂胶具有以下特点：（1）高粘接强度；（2）固化收缩率小；（3）耐化学性能好；（4）优良的电绝缘性能和介电性能。因此，环氧树脂胶已经成为电子元器件行业最广泛的使用材料，普遍应用于航空航天、武器、通讯和石油开采等各类电子产品中。 作者在工作中遇到使用EC104双组份环氧胶对电连接器灌封时产生气泡的问题，灌封胶体中混有气泡，则固化后胶体内部或外部就会形成裂纹、空洞，这不仅影响产品的外观质量，更重要的是影响产品的电气性能和机械性能，使灌封失效。因此作者采用高温离心工艺方法进行脱泡，并对此工艺方法进行研究。 2 气泡产生的原因 目前选用的EC104环氧胶是Emerson &Cuming公司生产的。EC104是一种A/B双组分的环氧胶粘剂，固化温度为120℃，时间为6～7小时。 EC104环氧胶灌封后产生气泡，主要原因有以下几个方面： （1）EC104环氧胶为双组分环氧胶，调胶时手工混合A、B组分的胶粘剂会带入空气，形成气泡； （2）A、B组分固化的过程中，其实也是两种组分发生化学反应的过程，反应产生气体分子，形成气泡； （3）电连接器外壳灌胶腔小，由于EC104环氧胶黏度很大，灌封后流动性不好，从而对于灌胶腔狭小的区域、四周角落部位无法覆盖到位，易产生气泡。 针对上述原因分析，主要是调胶和灌封过程中会产生气泡，要消除调胶产生的气泡可以在调胶完成后进行抽真空，确保混合后的胶液中无气泡；而消除灌封过程中的气泡，传统的高温抽真空、二次灌封等方法无法彻底解决气泡问题，经过摸底实验，高温下进行离心脱泡，对解决灌封气泡问题效果非常理想。 3 原理及方法介绍 3.1 高温离心原理 离心技术原理：是利用旋转运动产生的离心力，根据物质的沉降系数或浮力密度的差别进行物质的分析、分离浓缩和提纯的一种技术。高温离心工艺也是依据此原理并在此基础上面进行改进，其工作原理是：利用离心机高速旋转产生的强大离心力，加快胶液中固体颗粒的沉降速度，把胶液中的空气分离出来，同时在外部增加高温环境，使胶液固化过程中化学反应产生的空气气泡也可以排出，最终达到胶液固化后完全无气泡的效果。 根据上述原理进行高温离心设备的构造，该设备主要由电机、热烘箱、传送带、旋转轴、旋转托盘和旋臂六部分组成。由于需要创造一个高温环境（120℃左右），一般电机无法承受，因此我们将电机置于热烘箱外面，通过传送带进行传动，这样电机就可以带动整个离心装置进行转动。设备结构示意图如下图所示： 该设备中热烘箱是采购的标准件，在此标准件上面进行改造，烘箱内部中间固定旋转轴，根据烘箱空间大小，将旋转托盘平均分层固定，由于高温环境下胶的流动性较好，为了防止离心过程中胶液偏向一边，因此产品摆放时为竖直放置，当离心机启动之后，产品在高速离心力作用下呈水平状态。 3.2 高温离心方法 此设备工作时，先设定好热烘箱温度，启动热烘箱，热烘箱温度达到设定值之后，我们将产品放入离心装置中，关闭热烘箱门之后，设置离心速度和离心时间，启动离心机。电机达到设定运行时间之后自动停止，然后将产品取出，完成一次高温离心脱泡。 4 高温离心试验验证及结果 4.1 高温离心技术指标 4.1.1目视检查 样品经过高温离心固化后，用3～5放大镜检查外观，应达到以下技术指标： （1）胶面平整、过渡自然，胶体四周边沿不能高出中心； （2）胶液应灌满灌胶腔或胶面略低于外壳。 4.1.2显微镜检查 将样品灌胶腔进行切片，然后用显微镜检查灌封质量，应达到以下技术指标： 胶体内部应无气泡（气泡直径≤0.2mm，数量≤1个）、孔洞、凹坑。 4.2 高温离心试验方案 样品使用我公司J63系列连接器，胶粘剂使用EC104胶。先设定好热烘箱温度，当热烘箱温度达到设定值后，将灌封好的J63样品放入离心装置中，关闭热烘箱门之后，设置离心速度和离心时间，启动离心机，即可进行高温离心脱泡。设备可调参数如下表所示。 从上表可以知道，影响高温离心脱泡质量的因素主要是离心速度和离心时间。此次高温离心试验主要是确定离心参数，首先确定离心参数的范围，然后根据脱泡效果、效率再优化参数，确认参数后进行灌封质量的检测，质量合格后方可用于正式批量制作。 4.3 高温离心参数研究 4.3.1确定参数范围试验 为摸索最佳离心参数范围，采用双因素优选试验设计方法，经过初步试验结果离心速度位于（2100转/min～3000转/min）、离心时间位于（20min～40min）对灌封后脱泡效果比较好。（速度3000转/min，时间20min）是离心速度最大的可脱泡的参数，（速度2100转/min，时间40min）是离心速度最小的可脱泡的参数。 4.3.2优化离心参数试验 通过上面的初步试验，在参数（速度3000转/min，时间20min）到（速度1800转/min，时间40min）范围内进行选择，重新制作样品，在确定质量与效率的最佳范围后，再微调离心参数。 通过实验验证，完全脱泡有效果的有六个参数（速度3000转/min，时间20min），（速度2700转/min，时间25min），（速度2400转/min，时间25min），（速度2400转/min，时间30min），（速度2100转/min，时间30min），（速度2100转/min，时间40min），其中2700转/min和3000转/min由于转速太快，胶液会从灌胶腔甩出，固化后胶面只有灌胶腔的1/2；从速率考虑，2400转/min和2100转/min完成一次离心脱泡的时间相差5min，经过反复验证，优选参数为（速度2400转/min，时间25min）。 4.3.3优化后灌封质量检查 （1）目视检查：将上述离心参数范围内的试件进行目视检查，胶面平整、过渡自然，胶体四周边沿未高出中心位置。 （2）显微镜检查：样品切片后用20-40倍显微镜检查灌封质量，胶面无气泡、孔洞和凹坑。 综上所述，高温离心脱泡的参数为：（速度2400转/min，时间25min），可以满足技术指标要求。 4.4 批量验证及推广使用 高温离心脱泡工艺方法经过一年的实物验证，共进行了51批1917只产品的灌封脱泡应用，未出现气泡问题，灌封质量稳定可靠，批量验证通过。 目前针对微小型电连接器灌封采取高温离心的方法进行脱泡，已经在NANO、PCMT型号电缆上面实施应用，解决了连接器灌封出现的气泡问题，完成了多批订单的交付。 5 总结 高温离心工艺方法通过上述试验验证，已确認合适的离心参数，灌封质量稳定可靠，高温离心脱泡的工艺方法有效可行。此工艺方法独特新颖，同时工艺耗时短，大幅提高了工作效率，易于实现批量生产，该工艺方法为其他电子产品解决灌封气泡问题提供了新的思路。 参考文献： [1]叶丙睿.环氧树脂灌封材料的研究进展.材料导报，2009：23（14）. [2]罗红玉.粘胶连续脱泡的温降机理分析[J].江苏纺织，2010（02）. [3]尹光岩.胶料加温搅拌真空脱泡装置.生产技术，2002：14（02）. |
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