一种先“浸”后“灌”的环氧灌封工艺

【摘要】环氧树脂真空灌封工艺技术，是电子器件和组件干式密封绝缘的重要工艺技术。但在实际使用中经灌封的磁芯线圈类电子器件，由于其结构的特殊性，灌封料不能完全浸透线圈匝间内，在环境试验时，磁芯线圈电感量指标变化大，不满足技术指标。本文通过生产过程中一起电感线圈合格率低问题，开展了工艺实验，结合环氧树脂灌封和浸渍相关理论，对电感线圈灌封工艺方法进行了改进，采取对磁芯线圈先浸绝缘漆再灌封的混合工艺方法，较好的解决此问题。

【关健词】 环氧树脂;灌封;浸渍;固化;电感线圈

0.引言

电子设备常用的电感线圈、扼流圈、小型变压器等磁芯线圈类电子器件的绝缘方式，应用最为广泛的材料环氧树脂，具有优良的耐热性、密封性，良好的机械强度和耐化学稳定性，极强的粘接性及可靠的电绝缘性以及极好的防潮、防尘、防霉、防腐蚀性等特点，而且还是支撑结构材料[1]，因而是磁芯线圈类电子器件、组件重要的绝缘封装材料，然而其灌封浇注件最容易出现的问题是电性能在环境条件下，技术指标变化较大达不到要求，甚至局部出现放电或高压击穿等，其主要原因是灌封料不能完全浸透裹封件内部的一些细微空隙，使线圈匝间存留空间。本工艺方法就是解决这一问题的一种有效方法。

1.问题提出

电感线圈、扼流圈、阻流圈等线圈类电子器件，是电子产品常用的部件，因其电感作用而被用于电源等电路滤波，所以，电感量是线圈类器件的重要技术指标。

我公司某电子设备使用的电感线圈电感量变化率是其主要技术指标，设计技术指标要求环境条件下电感量变化率≤15%，但批生产中该项技术指标合格率仅为40%左右，由于安装固定等原因，电感线圈采用环氧树脂灌封，不合格则无法返工，只能报废，浪费量大，影响设备交付。为此，开展了专项技术研究和工艺攻关。

2.环氧树脂灌封电感线圈技术分析

环氧树脂灌封，就是将液态环氧树脂复合物用机械或手工方式灌入装有电子器件壳体或模具内，在常温或加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。灌封的作用是要强化电子器件的整体性，提高对外来冲击、震动的抵抗力;提高器件绝缘，有利于器件小型化、轻量化;避免器件线路直接暴露，改善器件的防水、防潮性能[2]。

然而，对线圈类电子组件灌封后，常会出现线间放电、环境试验电参数变化大等现象，通过查阅环氧树脂灌封相关技术资料和现场分解线圈，发现这是因为灌封料未能完全浸透线圈匝间，造成线圈匝间存留有空隙。灌封过程中灌封料能否完全浸透线圈匝间使线圈匝间不存留空隙，从工艺角度来看，主要有以下两方面原因：（1）灌封时真空度是否够高，线间空气能否完全排除，使材料完全浸渗;（2）灌封前试件预热温度是否适当，灌入试件物料黏度不能迅速降低影响浸渗。

另一方面，灌封料在加热固化过程中由液态到固态相变过程中的化学收缩和降温过程的物理收缩，而化学收缩又可以分为：从灌封后加热化学交联反应开始，到微观网状结构初步形成阶段产生的凝胶预固化收缩和从凝胶到完全固化阶段产生的后固化收缩两个过程。前者由液态转变成网状结构过程中物理状态发生突变，反应基团消耗量大于后者，体积收缩量也高于后者。如灌封试件采取一次高温固化，则固化过程中的两个阶段过于接近，凝胶预固化和后固化近乎同时完成，这不仅会引起过高的放热峰、损坏器件，还会使灌封件产生巨大的内应力造成产品内部和外观的缺损。为获得良好的灌封质量，必须在灌封料配方设计和固化工艺制定时，重点关注灌封料的固化速度与固化条件的匹配问题[3]。

从上述两方面分析考虑，针对我们所遇到的灌封实际问题――灌封料不能完全浸透电感线圈匝间，致使电感线圈低温-55?С时电感量变化率较大，首先对灌封料配方设计进行了适当调整，将E-51环氧树脂与H-4固化剂的比列由1.00：1.2调整为1.00：1.17;并对环氧树脂灌封工艺及固化工艺进行了调整，具体操作上还注意做到灌封料复合物应保持在合适的温度范围内，并在适用期内使用完毕。灌封前试件要加热到规定温度，灌封完毕及时进入加热固化程序，并采用分阶段固化，灌封真空度要符合技术规范要求。

但改进措施实施后并没有产生明显的效果，这主要还是因为灌封料浸透线圈匝间虽有一定改善，但对线径较细、圈数较多的线圈还是很难完全渗透进去，彻底消除线圈匝间空隙。

为解决环氧树脂灌封过程中灌封料不能完全浸透匝间使线圈匝间不存留空隙的问题，根据真空浸渍工艺技术的特性，经多次试验，采用H30-12环氧酯烘干绝缘漆进行真空压力浸渍，再用环氧复合胶E-51进行灌封的“先浸后灌”的新工艺方法，较好地解决了这一难题。

3.工艺要求

3.1 真空浸渍工艺原理

真空浸渍是在真空条件下，通过负压作用等将浸渍剂浸渍到其它固体物中，以达到改善固体物质的材料性能或满足某种特定要求的工艺技术。真空浸渍的原理实际上是润湿机理、毛细现象与吸附作用三方面综合作用的结果。润湿机理的本质实际上是由于液体分子与固体分子之间的相互吸引力（称为附着力）大于（或小于）液体分子之间的相互吸引力（称为内聚力）。毛细现象是利用液体表面张力作用，使浸渍剂吸入样品的微孔中。而吸附作用则是当浸渍剂与样品微细孔隙界面件处于润湿状态时，一旦两者分子间距离≤0.525nm，将会产生强大的吸附作用，使浸渍剂充满样品微细孔隙之中，经固化后就能黏结成牢固的整体[4]。

3.2 H30-12环氧酯烘干绝缘漆真空压力浸渍工艺流程

1）绝缘漆预热;2）产品除潮;3）真空缸加温;4）真空浸渍;5）压力浸渍;6）减压滴漆;7）清理，高温固化。

H30-12环氧酯烘干绝缘漆，为黄褐色的液体，该漆为单组份，（由环氧树脂、干性植物油酸、氨基树脂、二甲苯和丁醇调制而成），具有优良的耐热性、附着力、耐油性、柔韧性，并可耐腐蚀性气体。该漆固化后比较柔软，易于后道工序加工。

3.3 环氧树脂中温固化灌封工艺流程

1）准备：清理灌封件，给工装涂硅脂;2）装模：线圈装入工装，工装预热;3）配料：将E-51环氧树脂、H-4固化剂、JLY-121聚硫橡胶、501#活性稀释剂、硅微粉400目以上混合搅拌;4）脱泡：混合料加热，真空脱泡;5）灌注：将配制好的灌封胶浇入工装模腔中;6）预固化：加热固化;7）脱模：待灌注凝胶基本固化，取出工件;8）修理：对灌封工件外观进行修整;9）固化：工件放入烘箱内继续固化。

3.4 案例

我公司某电子产品电感线圈低温-55℃时电感量变化率较大，每批不合格品率高达60%，严重阻碍了生产的正常进行，在排除磁性材料、绕制工艺方法等原因，通过一系列反复实验工作的基础上，经过分析研究发现主要是因为所采用的环氧树脂灌封工艺存在缺陷，由于电感线圈线磁环直径较小、漆包线线径较细，自动绕线机无法加工，采用手工绕制，电感线圈线间疏密、松紧程度无法控制，灌封时灌封料未能完全浸透线圈匝间，使线圈匝间存留空隙，在低温-55℃环境下，电感线圈的材料与环氧树脂的热膨胀系数之间存在着差异，使电感线圈物理性能发生变化;另一方面空隙介电常数远小于环氧灌封料，在交变电压条件下，会产生不均匀电场，使电性能也发生变化，致使电感线圈在低温-55℃时电感量变化率较大。

经过实施本工艺方法，先进行H30-12环氧酯烘干绝缘漆真空压力浸渍工艺，使线圈再进行环氧树脂中温固化灌封工艺，使电感线圈低温-55℃时电感量变化率大的问题得到了有效解决，采用本工艺方法前电感线圈低温-55℃时电感量变化率的合格率只有40%，本工艺方法实施后电感线圈低温-55℃时电感量变化率的合格率到达了99%以上。

4.结论

本工艺方法通过“电感线圈-55℃电感量变化率不满足技术要求”问题的解决，证明了采用本工艺方法可以较好地使环氧胶浸透线圈匝间，使线圈匝间不存留空隙，取得了较为显著地实用效果，而且成型工艺简单，成本低，可靠性较高[5]。经过多批次生产验证，提高了产品交验合格率。

同时，对其它类似的电感线圈和扼流圈，采用此工艺方法，均取得较好的效果。

参考文献

[1]邱鹤年.环氧树脂真空浇注技术工艺链的组成[C].江苏南京：第十三次全国环氧树脂应用技术学术交流会.2009年10月31日-11月2日.

[2]张思亮.环氧树脂灌封材料性能研究[D].广州：广东工业大学，2007，6.

[3]黄道生.环氧树脂灌封料及其工艺和常见问题[J].电子与封装，2007，7（3）：1-3+19.

[4]万明，汪灵，张湘辉，叶巧明.真空浸渍技术在材料加工制备中的应用[J].广东微量元素科学，2007，04（1）：11-15.

[5]罗刚.电子器件灌封材料的现状及发展趋势[J].实验科学与技术，2010，8（3）：20-22+33.

[6]顾家华.电机绕组真空连续浸渍绝缘工艺简析[J].微特电机，2002，30（5）：37-38，40.

[7]马源.高压变压器环氧灌封工艺技术分析[J].电子工艺技术，2011，32（5）：301-302.

[8]王宏，周峰，梁学洋，蓝艳花.铁氧体磁心浸漆效果影响因素与分析[J].磁性材料及器，2013（4）：47-52.

作者简介：

贾超英（1959―），男，工程师，从事无线电装调工艺与测试工作。

陈菊侠（1976―），女，工程师，从事无线电测量研究工作。

王虹（1960―），男，高级工程师，主要从事天线、变压器设计与测试工作。