產品電子元器件封裝及加固技術

許磊

（西安電子工程研究所，西安 710100）

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產品電子元器件封裝及加固技術

許磊

（西安電子工程研究所，西安 710100）

為保證電子器件的環境適應性和可靠性要求，在傳統“三防”的基礎上，著重論述了產品電子元器件的封裝、加固技術。方法 介紹了常用的封裝加固材料的性能，針對不同的器件，規定了封裝加固工藝流程，其中針對導引頭提出了兩種封裝材料，其耐沖擊指標達到8×103g～20×103g。為三防設計及選材提供了依據，對工藝防護提供了實際經驗和技術要求，從而避免缺陷導致的質量問題。電子元器件封裝加固技術，能夠提高電子產品的防護性能，具有一定指導作用。

電子器件；材料；三防技術；封裝技術；加固技術

為保證電子器件的環境適應性和可靠性，滿足惡劣環境下的使用要求，需對調試后的印制板及電子模塊進行三防涂覆處理。三防涂覆處理就是將“三防”涂料涂覆在印制板、屏蔽盒及組合表面上，使被涂覆的對象與周圍的環境腐蝕物隔離開來，從而提高其防潮濕、防霉菌、防鹽霧的能力。對于一些特殊環境（如高濕熱及高鹽霧條件下的海洋氣候、彈體發射及運行過程中的高過載沖擊等）下使用的電子產品，還必須在以上三防涂覆的基礎上，對電子器件采取整體封裝、加固措施，將腐蝕介質和被保護對象隔離開來，防止防護層失效后腐蝕介質的滲入，對高過載沖擊的器件，通過灌封，提高電子元器件防振、抗高過載沖擊能力。

1　元器件封裝技術

1.1封裝材料的選擇

三防涂層可以提供一層20～200 μm的保護膜，但它不耐高機械沖擊，膜層間存在針孔，不能完全抵抗水氣進入。這種防護層可用于一般大氣環境下或艙內使用的電子設備，尚能滿足防護要求，但對于暴露在海洋環境下使用的產品，就必須選用合適材料對電子器件進行整體封裝。元器件整體封裝，就是用合適的封裝材料將需要封裝的器件包裹起來，與使用環境徹底隔絕，保證器件電氣性能不受外界環境影響，達到防護目的［1］。

電子工業中常用的灌封材料有環氧樹脂、有機硅和聚氨酯，其中有機硅和環氧樹脂應用最廣泛［2］。環氧樹脂具有耐化學藥品性能良好、附著力強、絕緣性優良、耐磨性強、力學強度高、反應后尺寸穩定和耐輻照性較強等優點［3—5］。其缺點是彈力不夠［6］，脆性大，韌性不足，固化時有一定的內應力［7］。器件為一次性封裝，一旦封裝無法拆裝，不可維修，一般多用于高可靠電路的封裝，如高壓變壓器、電源等產品的封裝。

有機硅凝膠和聚氨酯材料屬于彈性封裝材料，其綜合性能優越，便于拆裝，可維修性好，所以應用于一些復雜電路，如印制板、中低頻模塊等。常用的硅凝膠有GN521，GN522等，硅橡膠有南大704、南大 705、硅酮 482c等，聚氨酯材料有UR5048。一些常見封裝材料的性能見表1。

表1　常見的封裝材料的主要性能Table 1　Main properties of common encapsulating materials

1.2元器件的封裝

1.2.1印制板上元器件的封裝

印制板上元器件封裝的工藝流程如圖1所示。

圖1　印制板元器件封裝工藝流程Fig.1　Encapsulating process of PCB components

對于印制板的封裝材料，GN522及UR5048均能滿足使用要求，二者都是雙組分包裝，使用時將甲、乙組分按比例混合攪勻后，應放入真空箱中抽真空消除氣泡后，倒入需封裝的部位，常溫固化。對于局部小器件的封裝，也可采用南大705作為封裝材料。

1.2.2電纜插頭尾部的封裝

電纜插頭焊接完后，應選用6101環氧樹脂、GD-414、南大703等對其進行封裝，以防止其受潮導致短路、打火。對高壓插頭焊接點，預先采用常溫固化的環氧樹脂或南大703封裝，最后用熱縮套管進行熱縮處理，這樣處理的插頭，具有很好的抗折彎能力和防水絕緣能力，已在多種型號產品中得到應用，防護效果十分顯著。具體操作工藝流程為：焊接插頭—清洗—乙醇檢漏—驅潮—封裝—固化、封尾—套熱縮套管—熱縮—貼標志—檢驗。

1.2.3導引頭彈載器件的封裝

導引頭彈載電子器件在隨彈體發射及飛行過程中，要承受巨大沖擊力，沖擊強度達上萬個g。為保證彈載電子器件正常工作，防止由于沖擊導致器件受損或連接失效，必須對電子器件進行封裝處理。

用于彈載電子器件的封裝材料，必須滿足特定的條件，主要有以下三點。

1）具有較小的介電常數和較大的體積電阻。被封裝的電子器件及印制板，往往是一些高頻組件，因此，選用的封裝材料必須具有較低的介電常數，以減少電損耗。同時具有較高的體積電阻，確保器件封裝后有較高的絕緣性。

2）具有較強的抗沖擊能力。強度高的封裝材料，可以保證電子器件在受到高沖擊后，不至于出現器件管腿斷裂、器件損壞的情況，

3）具有流動性好、常溫固化的特點。由于彈載電子器件安裝空間有限，排列比較集中，縫隙小，要求填充物固化前有好的流動性，能夠充滿所有縫隙，保證封裝無死角。另外，考慮彈體內的電子器件不能耐高溫，封裝材料最好是常溫固化。

電子工業中常見的封裝材料有硅橡膠類、聚氨酯橡膠、環氧樹脂類、聚氨酯泡沫類等等，其中后兩種比較常用。環氧樹脂具有優異的粘接性能，能夠將金屬和金屬，金屬和非金屬很好地粘接在一起，并且能形成平整的表面，密封性能良好［8—9］。作為工程中使用的環氧樹脂灌漿材料和電器絕緣材料，阮崢等［10］對國內外研究成果進行了分類總結和詳細分析，并對環氧樹脂材料的優點以及其功能化研究現狀進行了細致的分析。

目前，國內研制的灌封材料通常只滿足正常環境下的使用性能，很少涉及特殊環境（如高沖擊過載）［11］。有關高過載封裝報道較少，筆者對高過載導引頭封裝做了一些研究，配制的環氧封裝膠已用于多型號導引頭雷達電子組件的封裝，其抗過載沖擊能力已達（8×103g～20×103g）。具體操作流程如圖2所示。

圖2　彈載環氧樹脂抗過載封裝工藝流程Fig.2　Anti-over-load encapsulating process of missile borne epoxy resin

聚氨酯發泡材料為異氰酸酯和多元醇加一定的助劑后聚合而成，其主要特點為：

1）聚氨酯發泡材料具有比較優良的電性能。其介電常數在 4.0～7.5范圍內，tan σ=0.015～ 0.041，體積電阻系數為2×1011～2×1015Ω·cm。

2）具有質量輕、比強度高、尺寸穩定性好的優點，中密度聚氨酯泡沫材料的密度為40～60 kg/m3，機械強度高，尺寸穩定性好，不收縮，可在-90～70℃下長期使用［12—13］。

3）粘附力強，絕熱效果好，聚氨酯泡沫材料對鋼、鋁、不銹鋼等金屬具有很好的附著力，對非金屬材料（除聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯外）均有良好的粘附力。導熱系數為0.025 W/（m·K），絕熱效果極佳，能隔絕彈體在飛行中與空氣摩擦產生的熱量將器件燒壞。當然器件產生的熱量也不容易散出去，需要進行散熱設計。

4）反應混合物流動性好。反應混合物在發泡固化前為液體，具有良好的流動性，封裝時在外壓力的作用下，能順利充滿復雜形狀的模腔或室間，不會出現空腔現象。

由于聚氨酯泡沫材料具有上述特點，可以選用它作為彈載電子器件封裝材料，特別是設計上有質量要求的彈體，聚氨酯泡沫材料為首選材料，可根據不同沖擊指標，通過控制壓力來實現封裝體的密度。封裝裝工藝流程如圖3所示。

圖3　彈載聚氨酯發泡抗過載封裝工藝流程Fig.3　Anti-over-load encapsulating process of missile borne polyurethane foam

封裝時需要通過試驗確定熟化溫度及時間。熟化是指泡沫初步固化并生成固態物后，還需要繼續在一定溫度下放置的過程［14］。泡沫初步成型，性能不穩定，易收縮，應在一定溫度下放置一段時間，以保證泡沫尺寸不再變化。將聚氨酯發泡技術用于某型彈體封裝，抗沖擊能力達1.3×104g，質量只增加幾十克，大大低于質量設計指標。

2　元器件的加固

由于電子產品在運輸移動過程中，可能受到顛簸振動，易使印制板或組合上某些器件遭受損害，為避免這種情況發生，通常在三防涂覆后對器件進行加固。加固的材料通常分為剛性加固材料和彈性加固材料。剛性材料一般選用環氧樹脂，具有粘接強度高，耐候性好等優點。彈性加固材料一般選用硅橡膠和硅酮膠，常用的型號有南大703、南大705、晨光GD414和硅寶482，具有良好的粘接性和抗沖擊能力，同時具有可維修的優點。常見單組份硅膠的性能見表2，便于實際選用。

表2　常用單組份硅膠性能Table 2　Performance of common single component silicone

操作時，若器件的太高，可墊支墊后加固，支墊可選用聚酯型塑料材料。

3　討論

1）電子元器件的封裝、加固是比較有效的防護措施之一，用于惡劣環境下使用的電子產品的防護。由于封裝是永久性防護，封裝完成后，不能或不便于拆卸，因此對器件的可靠性要求較高。

2）封裝雖然大大提高了器件的防護性能，但不利于器件的散熱，對于發熱量較大的器件需解決散熱問題。因而在設計時，必須考慮到散熱結構形式。

3）封裝材料在配料和封裝的過程中會裹入氣泡，影響封裝材料的強度和絕緣性。灌封材料應從模具一邊緩慢加入，灌注速度不宜過快，盡量排除模具中的氣體［15—17］。有些封裝材料在固化的過程中，往往要伴隨著氣體放出。因此這類封裝應在真空烘箱中進行操作，采用抽-放-抽的方式操作，一次最大封裝厚度不超過30 mm。厚度太大，可采用多次封裝。

4）為保證封裝面的光滑、平整，必要時采用封裝模具，模具表面涂抹合適的脫膜劑，常用的脫膜劑有硅脂、硅油等。

4　結語

隨著高科技的發展，兵器電子化程度越來越高，環境適應性要求成為武器裝備技術指標之一。為提高武器設備的可靠性和環境適應性，確保武器裝備的全壽命周期，就必須對電子產品采取有效的防護，而封裝、加固技術是三防技術中比較有效和可靠的措施。隨著新的封裝材料及技術的不斷發展，其必將得到廣泛的應用。

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Encapsulation and Reinforcement Technology of Electronic Devices

XU Lei
（Xi′an Electronic Engineering Research Institute，Xi′an 710100，China）

To meet the requirements on environmental adaptability and reliability of electronic devices，this work focuses on the encapsulation and reinforcement technology of electronic devices on the basis of the traditional"three-defense".It introduced the performance of commonly used encapsulating and reinforcement materials and specified the encapsulation and reinforcement process for specific devices.Two encapsulating materials with impact resistance at 8×103g～20×103g were put forward for seeker.It provided a basis for"three-defense"design and material selection and offered practical experience and technical requirements for process protection so as to avoid quality problem that was caused by fault.Encapsulation and reinforcement technology of electronic devices can improve the protective performance of electronic products and has a certain guiding role.

electronic device；materials；three-defense technology；encapsulating technology；reinforcement technology

2016-03-18；Revised：2016-04-29

10.7643/issn.1672-9242.2016.04.025

TJ089；TB42

A

1672-9242（2016）04-0157-05

2016-03-18；

2016-04-29

許磊（1963—），男，陜西西安人，高級工程師，主要研究方向為雷達防護工藝。

Biography：XU Lei(1963—),Male,from Xi′an,Shaanxi,Senior Engineer,Research focus:radar protection technology.