灌封结合力影响因素分析

廖彦格，蔡晓蓉，王智红，李忠宝，陈天军（成都四威高科技产业园有限公司，四川成都　611731）



灌封结合力影响因素分析

廖彦格，蔡晓蓉，王智红，李忠宝，陈天军
（成都四威高科技产业园有限公司，四川成都611731）

摘要：根据实际生产用的工艺方法及可能对灌封结果造成影响的一些工艺条件，按照GB/T 7124- 2008胶黏剂拉伸剪切强度的测定方法进行对接试片的制作与检测。对影响高压器件灌封结合力的大多数因素如温湿度、固化温度、清洗效果及偶联剂的涂覆等进行分析，结果明确了偶联剂的使用是最重要的影响因素；在严格驱潮的条件下，湿度因素影响较小。在既定工艺条件下，清洗及固化条件对灌封结果影响较小。

关键词：灌封；结合力；分析

前言

高压器件是军用设备的关键部件，需耐近万伏的高压，且常年处在低温低气压的严酷使用环境下，为防止潮湿、霉菌、盐雾对电路的腐蚀，有效减少电路间爬电、击穿现象的发生，仅仅依靠电路器件表面喷覆的三防漆和低气压条件下的稀薄空气作为绝缘介质，其三防性能与介电强度远远不能满足要求［1］。而硅凝胶灌封工艺能够极大地提高高压器件在恶劣环境下工作的电气性能。

在长期的生产实践中发现，对部分高压器件灌封后，进行环境试验时会出现硅凝胶与器件结合力降低而脱层的现象，对低温低气压条件下的使用造成爬电、打火等隐患。然而对于造成脱层的原因大都处于理论推测阶段，缺少可靠的数据支撑和试验结论，以致高压器件发生故障时无法准确地查找原因。因此，本文针对影响高压器件灌封结合力的大多数因素进行试验验证，对温湿度、固化温度、清洗效果及偶联剂涂覆因素一一进行分析与排查，根据试验数据确定影响因素及其影响程度。

对于结合力的检测，模拟灌封后高压器件中硅凝胶与器件之间发生的剪切作用，利用设定的工艺条件制作剪切试片，固化后用拉力机检测剪切强度，对数据进行对比分析，从而得出结论。

1 试验

1.1 设备

真空排泡设备，温度试验箱，高低温试验箱和拉力试验机。

1.2 材料

GN521硅凝胶，GN522硅凝胶，GNB11偶联剂，无水乙醇，某型号双面胶和铝盒体。

1.3 试验制备流程

按照“清洗-偶联剂涂覆-驱潮-灌封/粘接-固化”的流程制作剪切试片与灌封盒体如下图：

图1 制作试片Fig.1 Making specimens

图2 灌封体Fig.2 Potting body

1.4 试验性能检测

1.4.1 试片结合力检测

剪切试片的制备与检测均按照《GB/T 7124- 2008胶黏剂拉伸剪切强度的测定》进行。

1.4.2 耐高低温冲击性能检测

将灌封好的铝盒体置于高低温试验箱中，于60℃与- 40℃条件下各保温3h，观察有无脱层现象。

2 结果与讨论

2.1 清洗结果对结合力的影响

高压器件某些部位上贴有双面胶，在装配、调试及中转过程中，易沾染手汗、灰尘与潮气，形成一层隔膜阻碍硅凝胶与基材的有效粘接，所以灌封硅凝胶前必须先用无水乙醇对这些部位进行清洗，清洗效果可能对结合力造成影响。本试验对比了清洗对硅凝胶与双面胶之间剪切强度的影响。

表1 不同清洗条件下剪切强度的测试值Table 1 The test values of shear strength on different cleaning conditions

表1数据显示，在同样的偶联剂条件下，是否用无水乙醇对双面胶清洗，对粘接力影响不大。其原因是目前所采用的毛刷蘸取酒精的清洗方式由于物理擦除强度小，并不能彻底除去双面胶吸附的灰尘，手汗等污染物（不包括导热硅脂，助焊剂等），由试验数据来看，目前的清洗方式对结合力并无显著提高作用。

2.2 环境湿度对结合力的影响

据统计，灌封操作间环境湿度变化范围为55%～85%RH，针对环境湿度的变化开展试片的粘接试验，测试不同湿度条件下制得试片的剪切强度，统计如表2。

表2 不同环境湿度条件下剪切强度的测试值Table 2 The test values of shear strength on different humidity coditions

表2数据显示，不同的环境湿度条件对硅凝胶与基材（铝或双面胶）的结合力无显著影响。原因是在任何湿度条件下进行的灌封，都要经过驱潮工序，将表面水膜有效驱除［2］。但是要在将工件驱潮后立刻进行灌封，否则会在空气中回潮，造成结合力不佳。

2.3 固化工艺对结合力的影响

高压器件灌封一直以来所用的固化方式是将高压器件置于75℃条件下保温4h进行硫化，没有明确规定保温4h后高压器件是否随烘箱冷却至室温才能拿出烘箱。所以在冬季气温低的条件下灌封的高压器件，可能会因为固化时从75℃骤然从烘箱搬至室内低温，产生较大的内应力，引起硅凝胶的收缩，造成脱层。

针对几种固化方法开展试验，测试数据如下表3：

表3 不同固化条件下GN521粘接铝（贴双面胶）的测试值Table 3 The test values of shear strength of aluminum with double-side tap bonded by GN521 on different curing conditions

试验结果表明，最佳固化工艺即将灌封操作间温度调节至27±2℃，灌封后将工件放入75℃烘箱保温4h后随烘箱冷却。

2.4 偶联剂对结合力的影响

对于硅凝胶与基材的粘接，偶联剂起到“桥梁”的作用，即偶联剂分子的一端与基材发生化学键和，同时另一端与硅凝胶发生加成反应，形成大分子链，由此加强硅凝胶与基材的结合力［3］。因此，偶联剂的涂覆对硅凝胶与基材的结合力有重要影响。本试验对比了不同偶联剂涂覆量下硅凝胶与双面胶之间的剪切强度。

表4 不同偶联剂涂覆量下剪切强度的测试值Table 4　 The test values of shear strength with different coating amounts of the coupling agent

从表4可知，对于GN521与GN522，涂一层偶联剂会得到最高结合力，过多的偶联剂反而会降低剪切强度，这是因为在基材表面涂多层偶联剂，会在表面形成渣状堆叠［4］，反而阻碍了硅凝胶与基材的结合。

2.5 耐高低温冲击性能检测

针对以上不同试验条件制作的灌封盒体，经过高低温冲击试验，观察发现不涂偶联剂的盒体与灌封胶因结合力不良而脱层，其他盒体均无异常。

3 结论

在上述试验数据支撑的基础上，可基本排除一直以来影响高压器件灌封结合力的不确定因素，如：环境温湿度，手工清洗效果和固化工艺等，确定偶联剂的使用才是重要因素［5］，对后续高压器件灌封工艺研究提供一定的数据分析基础，具有实际指导意义。

参考文献：

［1］马骖.小体积高压电源的固体封装技术［J］.电讯技术，1990，30 （2）：15～22.

［2］谢海峰，巨军政.有机硅凝胶灌封高压电器元件研究［J］，粘接，2007，28（4）：49～50.

［3］廖明惠.灌封材料在航天产品中的应用［J］.宇航材料工艺，1995，（3）：48～49.

［4］欧阳浩宇，朱金凤.提高印刷电路板组件灌封胶层附着力的探讨［J］.航天工艺，2001，（1）：24～26.

［5］李子东，李光宇.现代胶粘技术手册［M］.北京：新时代出版社，2002，1.

Analysis of Effects on the Potting Binding Force

LIAO Yan-ge，CAI Xiao-rong，WANG Zhi-hong，LI Zhong-bao and CHEN Tian-jun
（Chengdu SIWI Industrial Park Co. Ltd.，Chengdu 611731，China）

Abstract：In terms of the actually producing process and some process conditions that may affect potting binding force，according to‘GB/T7124-2008 Adhesives-Determination of tensile lap-shear strength of rigid-to-rigid bonded assemblies’，the butt joint specimens were made and inspected. Most factors that affects the high-voltage components potting binding force，such as temperature and humidity，curing temperature，cleaning effect and coating of the coupling agent etc were analyzed. The results showed that coating of the coupling agent was the most important influence factor，then were the temperature and humidity；cleaning and curing had little effect on the condition of rigorous drying and established process conditions.

Key words：Potting；adhesion；andysis.

中图分类号：TQ436.6

文献标识码：B

文章编号：1001- 0017（2016）01- 0077- 03

收稿日期：2015- 09- 23

作者简介：廖彦格（1989-），女，河南许昌人，助理工程师，主要从事粘接与灌封工艺研究应用。