綿陽(yáng)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(diǎn)，詳盡分析了灌封工藝各關(guān)鍵工序，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出具體的解決方案。此灌封工藝經(jīng)過(guò)多批次生產(chǎn)驗(yàn)證，完全能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

隨著國(guó)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)、鐵路、新能源汽車等各個(gè)領(lǐng)域，其使用條件越來(lái)越多樣化，使用環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)酷，因而對(duì)電量傳感器提出了越來(lái)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(duì)電器元部件進(jìn)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(jī)械支持、包覆保護(hù)、防水、防潮、防腐蝕、抗振以及提高產(chǎn)品絕緣強(qiáng)度等特性。

本文介紹了灌封流程中的關(guān)鍵工藝點(diǎn)和遇到的問(wèn)題，找出了解決灌封問(wèn)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(shù)脂、有機(jī)硅橡膠和聚氨酯。根據(jù)我司現(xiàn)有產(chǎn)品特點(diǎn)，主要使用環(huán)氧樹(shù)脂和硅橡膠兩類灌封材料。

1.1環(huán)氧樹(shù)脂

環(huán)氧樹(shù)脂灌封膠是指以環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂液體封裝材料。

環(huán)氧樹(shù)脂具有較好的粘結(jié)性、良好的絕緣性能、較強(qiáng)的耐腐蝕性、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、價(jià)格較低等特點(diǎn)，因此近年來(lái)發(fā)展迅速。目前國(guó)外半導(dǎo)體器件絕大部分是用環(huán)氧樹(shù)脂灌封材料封裝，其材料不但種類多，而且專用性強(qiáng)，性能優(yōu)異。

目前國(guó)內(nèi)電子行業(yè)用環(huán)氧灌封材料某些方面的性能與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比較還存在不足，如存在固化過(guò)程中有一定的內(nèi)應(yīng)力以及容易開(kāi)裂等問(wèn)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(jī)基團(tuán)的半無(wú)機(jī)半有機(jī)高分子彈性體。

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。

另外，硅橡膠灌封工藝簡(jiǎn)單，常溫下即可短時(shí)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(jī)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(jī)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(diǎn)

1）涂覆三防漆。對(duì)產(chǎn)品中須灌封的元器件部位均應(yīng)涂覆三防保護(hù)劑。三防漆厚度以15～20?m為宜，涂覆層應(yīng)均勻、光亮，無(wú)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(huì)吸附水分，水分的存在不僅會(huì)降低灌封膠的粘接強(qiáng)度，還會(huì)使灌封材料的絕緣度急劇減少。因此需對(duì)灌封元部件進(jìn)行烘干去濕處理。烘干后待溫度降到室溫應(yīng)及時(shí)進(jìn)行灌封，一般在2h內(nèi)完成灌封作業(yè)，否則會(huì)再次吸潮。綜合元部件壽命與水分子殘留情況，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，電量傳感器去濕溫度控制在50±5℃，去濕時(shí)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(duì)配比好的灌封膠應(yīng)立即進(jìn)行攪拌，攪拌通常分為手工攪拌和機(jī)械攪拌。手工攪拌極易造成混合不均勻，且會(huì)混入空氣，很難保證批量生產(chǎn)時(shí)灌封質(zhì)量的穩(wěn)定性；機(jī)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(jìn)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(duì)產(chǎn)品的電性能和機(jī)械性能產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。在硅橡膠中一般只考慮其對(duì)電性能的影響。對(duì)于環(huán)氧灌封材料來(lái)說(shuō)，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(kāi)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(jìn)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(shí)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(diǎn)緩慢注入被灌部位。

3電量傳感器灌封常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案

3.1電量傳感器灌封常見(jiàn)問(wèn)題

我司早期使用硅橡膠和環(huán)氧樹(shù)脂灌封的部分產(chǎn)品在高低溫試驗(yàn)時(shí)均出現(xiàn)過(guò)質(zhì)量異常問(wèn)題，嚴(yán)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(wèn)題和環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)品出現(xiàn)膠體開(kāi)裂和電器元件損壞現(xiàn)象，如圖2所示。

經(jīng)過(guò)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(guò)高和制件固化后冷卻速度過(guò)快等；③灌封工藝設(shè)計(jì)不合理。

圖2灌封質(zhì)量異常示意圖

大多數(shù)情況下開(kāi)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(shù)脂在固化過(guò)程中產(chǎn)生了收縮而對(duì)器件產(chǎn)生的應(yīng)力；而熱應(yīng)力是由于灌封產(chǎn)品中樹(shù)脂和灌封件的膨脹系數(shù)有較大差異，當(dāng)溫度較大變化時(shí)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(kuò)大，從而造成膠體開(kāi)裂并損壞電器元件。所以，內(nèi)應(yīng)力的存在是導(dǎo)致開(kāi)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(jìn)

改用硅橡膠和環(huán)氧樹(shù)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(shù)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(diǎn)，在元器件與環(huán)氧樹(shù)脂之間形成一層保護(hù)膜，以隔絕環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)應(yīng)力對(duì)元器件的直接作用；再利用環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)異的粘結(jié)性、耐腐蝕性和較好的機(jī)械強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行封口處理，即可有效降低內(nèi)應(yīng)力對(duì)元器件的影響，同時(shí)增加了產(chǎn)品的整體環(huán)境適應(yīng)能力。

2）固化溫度改進(jìn)

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(huì)改變放熱的最高溫度。通過(guò)分段固化，可將一個(gè)高放熱峰分成多個(gè)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(guò)采用分段固化不僅使產(chǎn)品增強(qiáng)了抗開(kāi)裂能力，還有效解決了灌封氣泡問(wèn)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(yán)格執(zhí)行，才能得到滿意的產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)多批次生產(chǎn)實(shí)踐，我司傳感器產(chǎn)品在高低溫試驗(yàn)后未再出現(xiàn)膠體開(kāi)裂和器件損傷現(xiàn)象，證明上述工藝方案的改進(jìn)和工藝過(guò)程的控制能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的灌封質(zhì)量，保證了其防護(hù)性能、絕緣性能完全滿足設(shè)計(jì)要求