典型的DCDC电源模块生产要经历原材料采购、SMT贴片、焊接组装、清洗、灌胶封装、老化测试、环境应力筛选、最终测试以及包装出货等主要阶段。各阶段既相对独立又相互关联,对最终产品性能和可靠性有直接影响。其中,每一步工艺都需严格管控,例如元器件的筛选和储存条件、贴片焊接工艺参数、清洗洁净度、灌封质量以及老化测试条件等。下面将对关键环节进行详细说明,今天先谈谈灌封胶技术。
1. 灌封工艺流程与关键控制点
典型电子器件灌封工艺流程包括:(1)配料计量、(2)混合搅拌、(3)真空脱泡、(4)灌胶填充和(5)固化等步骤。在实际操作中,应严格控制各工艺参数,并采取可靠性措施确保灌封质量。例如通常在真空条件下进行搅拌和灌胶,以最大程度排除胶料中的空气,避免产生气泡和空隙,提高灌封层的致密性和绝缘可靠性。如果灌封料内残留气泡,可能导致固化后局部介电强度下降、热传导性能变差,甚至在极端温度或低压环境下因内部气体膨胀引发开裂或机械损伤。因此,真空脱泡与灌注是高可靠灌封工艺的关键控制点之一。
典型的灌封工艺步骤如下:
1. 配料计量:按照产品规定比例准确称量A组分(基材)和B组分(固化剂)。计量不准将直接影响固化效果和性能。
2. 混合搅拌:将两组分倒入容器充分混合。对含有大量填料的胶料,需在混合前分别搅拌均匀各自组分,使沉降的填料重新分散。混合过程要均匀,避免局部配比失衡导致固化不完全。
3. 真空脱泡:将混合后的胶料置于真空容器中抽真空(典型真空度约1–5 mbar)5–10分钟,排出混入胶中的气泡。对于大批量生产,可采用真空循环脱泡等工艺确保胶料内部无空气残留。
4. 灌胶填充:在可使用时间(适用期)内,将脱泡后的胶料浇注/灌入待封装的器件壳体中。对于形状复杂或元件间隙多的模块,可采用分段多次灌注的方法:例如分3–5次逐步填充,在前几段保持真空环境以帮助胶水渗入细小间隙,最后一段在接近常压下完成填充。这样可确保器件内部所有空隙被胶料浸透,避免残留空气包裹元件表面。
5. 固化:按照胶料要求进行室温或加热固化。若室温固化,需静置至初步固化后方可移动或进行下道工序,一般完整固化需8~24小时(温度高可加快固化);如加热固化,则按推荐温度和时间烘烤(例如100℃固化1小时等)。固化时应避免过快升温,以防胶料放热剧烈造成局部过热或产生收缩应力。固化完成后最好继续在室温放置一段时间,以释放残余应力。
关键控制参数与可靠性措施:在上述工艺中,有若干要点需严格控制:
预热除湿:在灌胶前通常将待灌封器件预先烘烤,使其内部无潮气。尤其军用产品常要求将元件在451.5小时。预热能降低胶液黏度、提高浸润性,并驱除器件缝隙中的湿气,防止固化后因潮气导致的起泡或粘接不良。对于线圈等细小缝隙的器件,只有器件达到一定温度才能使胶水充分渗透进去。
真空度和脱泡:如前述,真空灌封对军用高可靠产品极为重要。应确保抽真空达到足够高的真空度(例如1–5 mbar)并维持足够时间,将混合时夹带的空气完全排除。机械真空灌封设备可以实现自动计量混合和在线真空脱泡,能显著提高产品一致性和可靠性,相比手工操作减少人为误差。
配比与混合:必须严格按供应商规定的质量或体积比配胶,计量精度通常要求在±2%以内。混合时要充分搅拌至均匀无色差。此外,对于含填料的胶,A/B组分长期存放可能出现分层,使用前需分别搅拌各组分使填料均匀。配比错误或未搅拌均匀将导致固化不完全或局部不固化等缺陷。
灌封过程控制:灌胶应在胶料的适用期内完成浇注,否则胶开始初凝会影响流动和填充,可能产生浇注不满或接口冷胶等问题。对于大容量灌封,如果内部埋件较少,建议降低初期固化温度并延长固化时间,避免因胶层过厚放热引起顶部缩孔或开裂。灌封时还应确保待灌产品放置水平、壳体无渗漏,并根据需要对敏感元件进行遮蔽保护防止被胶液移位。
洁净度与硅胶中毒:灌封前被灌物表面必须清洁,无油污和水分。对加成型有机硅胶,要避免与含硫、磷、胺等物质接触,以免催化剂中毒导致胶料不固化。例如不少聚氨酯、环氧、缩合型硅橡胶会释放胺类或醇类物质,需避免与加成型硅胶同时使用。生产中应避免不同胶种共线,以防互相污染。
通过严格遵守规范的工艺流程和控制要点,可显著降低灌封缺陷概率。“灌封工艺是整个生产过程中需严密管控的环节之一”,只有按照详细的SOP执行并加强过程监控,才能获得满意的产品。例如某公司将灌封作为重点管制工序,以确保批量产品的一致性和可靠性。
2. 灌封胶材料性能要求
军用领域DC/DC电源模块对灌封胶材料有苛刻的性能要求,需在极端环境下长期可靠工作。本应用中要求工作温度范围-65℃~150℃,因此胶料在热性能、电气性能、力学性能等方面都需满足高标准。主要性能指标及要求包括但不限于:
耐温范围:灌封材料需能在低至-65℃、高至+150℃的温度下保持性能稳定。低温下不应变脆开裂,高温下不应软化分解。一般有机硅和聚氨酯胶在低温下仍保持弹性(玻璃化温度很低,约-50℃或更低),因此适合宽温范围应用;环氧树脂则通常玻璃化温度Tg在+100℃左右,低温下较脆。对于需覆盖-65℃的场合,通常优选有机硅软胶或特殊改性环氧。实际选型中,如果要求耐高温(>125℃),有机硅胶更有优势;要求耐低温冲击(<-55℃),聚氨酯等软质胶表现更好。本应用同时覆盖高低温极端,因而尤其需要材料在-65℃不发脆、150℃不降解,这通常由硅胶类材料满足。比如某硅橡胶灌封胶在-50℃至+200℃仍能保持柔软弹性。相比之下,环氧若应用于如此宽温区间,需具备足够高的Tg(至少高于150℃)以保证在150℃时不过于软化,同时又要通过配方增韧以防止-65℃时开裂。
导热系数:军用电源模块通常功率密度高,灌封后器件散热条件受影响,因此灌封胶需有一定的导热能力,将热量传导至外壳散出。常用灌封胶的导热系数范围约0.2~1.5 W/m·K,一般通过填充金属氧化物等增加导热率。对于大功率DC/DC模块,期望灌封料导热系数≥0.5 W/m·K,更高更好。例如道康宁Sylgard™ 160硅胶的导热率约0.62 W/m·K;Henkel的Stycast 2850FT环氧灌封料填充高导热填料,可达1.3–1.4 W/m·K。最新的硅胶灌封材料如DOWSIL™ TC-6032导热高达3.2 W/m·K用于高散热需求场合。需根据模块发热情况选取适当导热等级的胶材,以控制器件温升。
介电强度:作为绝缘封装材料,灌封胶需具备足够高的介电强度和绝缘电阻,保障在高电压、小间距情况下不发生击穿。一般要求介电强度≥15 kV/mm。环氧、硅胶和聚氨酯固化物本身介电强度通常在18–25 kV/mm范围。例如Sylgard160硅胶实测介电强度约19 kV/mm;某军用环氧灌封料耐电压约15 kV/mm。此外,介电损耗和介电常数也需考虑,高频情况下材料介电常数过高可能影响电路性能,但一般灌封胶介电常数在3~6左右,能接受。更重要的是在高湿度、高海拔等极端环境下仍保持高绝缘阻抗,因此对材料的吸水率和耐表面放电能力也提出要求(见下)。
阻燃等级:军用电子对防火安全高度重视,灌封料应达到UL94 V-0阻燃等级,即材料自熄且不维持燃烧。特别在密闭舱段或航空航天应用中,阻燃要求严格。硅橡胶和环氧树脂体系易通过添加阻燃剂达到V-0级,大部分商用灌封胶产品也都有对应的阻燃配方(如含有氢氧化铝、溴化环氧等阻燃成分)。选型时应确认供应商提供的产品已通过UL94测试(如产品技术资料会注明UL File号)。阻燃性能的重要性在军用项目标准中也有所体现,如GJB规定电子元件应使用阻燃材料等。
玻璃化温度 (Tg):Tg主要针对热固性树脂(特别是环氧)而言,表示材料由玻璃态转为橡胶态的温度。对于硬质环氧灌封料,工作温度最好低于其Tg,以确保材料处于玻璃态、维持机械支撑和尺寸稳定性。但如果Tg太高,低温下材料又会更脆。因此需要权衡。一般环氧灌封胶Tg在100180℃,适合高温环境但韧性较差。硅胶和聚氨酯的Tg极低(远低于-60℃),在整个使用温度范围内都呈柔性橡胶状态。因此本应用如采用硅胶或适当的PU胶,可以不必担心Tg限制;若采用环氧,则应选择Tg高于150℃的改性配方,同时采取增韧措施减轻因Tg过高带来的低温脆性问题。
热膨胀系数 (CTE):灌封材料固化后的线膨胀系数需要与所封装器件的材料相容。过高的CTE在温度循环时会因膨胀/收缩不匹配对元件和焊点施加应力。一般环氧灌封料因填料含量高,CTE较低(典型30–60×10^-6/℃),接近PCB基板和铜的膨胀系数,从而热应力较小。但硅橡胶CTE相对较高(~200–300×10^-6/℃),纯树脂部分膨胀明显。不过硅胶因弹性好,能够通过自身形变缓冲热应力,所以即使CTE偏高也不会对器件造成过大机械应力。聚氨酯CTE介于两者之间 (~150×10^-6/℃),固化物偏柔韧,对应力的容忍度也较高。总之,材料CTE需配合组件材料选取,硬质胶要求CTE尽量接近PCB/器件,软质胶则需要有足够弹性来吸收两者膨胀差异。
粘结强度:灌封后胶体应当牢固粘附在元器件、引线和壳体表面,避免由于热循环或振动使胶体与被封物剥离(脱层)。粘结强度取决于材料类型和表面处理。环氧对大多数金属、陶瓷和PCB材料具有出色的附着力(一般拉伸剪切强度可达10–20 MPa),固化后往往是发生内聚破坏而不是界面脱粘。硅橡胶由于分子结构疏水惰性,直接粘附力相对较弱(通常对铝的剪切粘接强度几MPa以内),但也有自粘型硅胶通过引入硅烷偶联剂等提高界面结合。例如迈图公司TSE3033就是1:1加成型自粘结硅胶,对常见PCB和金属无需底涂即可达到良好胶合。对于一般硅胶,必要时可采用底漆(Primer)处理器件表面以提升附着力。聚氨酯对大多数材料也有中等偏上的粘附性能。此外,工艺上要注意灌封前器件表面的清洁和粗化处理,这对提高界面结合很重要。良好的粘结强度可防止界面发生分层,从而保持密封性和绝缘性。
吸湿率:材料对环境湿度的耐受性也是关键指标。灌封胶应具有低的吸水率,以免在高湿环境长期暴露后吸收水分,导致介电性能下降或与器件界面产生应力。一般环氧树脂24小时吸水率约0.1%~0.5%(视配方而定),有机硅因疏水憎水特性,吸水率通常更低(<0.1%)。即使在高湿下,硅胶表面也倾向于形成水珠而不被渗透。聚氨酯如果未充分交联,长时间湿热环境下可能发生水解降解,需选用耐水解的改性PU。军工项目中往往会在材料选型时就要求提供吸水率数据,并在产品灌封后进行温湿存储试验验证。低吸湿+无裂纹的灌封才能在高湿环境下确保内部电路不失效。
柔韧性和硬度:灌封材料的机械柔韧性需要与产品的使用环境相匹配。硬度过高则在机械冲击或热冲击时可能损伤元件,过软又可能在振动中对重质器件支撑不足。因此通常选择中等硬度且具一定弹性的材料。指标上可通过邵氏硬度和断裂延伸率来衡量。硅橡胶和软质聚氨酯的邵氏硬度一般在A40~A80范围,可拉伸率100%以上;如迈图TSE3331硅胶固化后Shore A硬度约45,伸长率可达120%。这种胶体在-55℃时仍保持橡胶态,不开裂,在温变或震动时能够缓冲应力,保护元器件不受力损伤。相反,高填料环氧通常硬度可高达邵氏D80~D95(非常坚硬),拉伸断裂伸长率不到5%,几乎没有弹性形变能力。因此环氧灌封料在强冷热冲击后容易产生裂纹,对振动冲击的适应性也较差,需要通过诸如弹性体改性、空洞设计等手段增韧。在军品应用中,更倾向选用在全温区保持一定柔性的胶种,以提高环境应力下的可靠性。所以抗冷热冲击性能是胶材重要考核点,可通过热循环实验验证。柔韧性良好的胶在极端条件下不易发生龟裂,有助于提高灌封结构的寿命。
综上,选择灌封胶时需全面考虑上述性能要求,确保材料的各项指标均满足军品应用标准。其中温度范围和机械应力适应性是首要因素,必须保证在-65~150℃区间胶体不失效。同时兼顾导热散热和电气绝缘需求,以及阻燃、安全规范。如果某一候选材料在某方面性能不足,则应权衡采取额外措施(如降低工作应力、增设防护等)或者更换更合适的材料。
3. 主流品牌代表产品对比与选型建议
目前市面上有多种成熟的灌封胶可用于军用电源模块封装,主要供应商包括道康宁(Dow/DOWSIL)、汉高(Henkel)、迈图(Momentive)、信越(Shin-Etsu)等。这些厂商均提供针对电子灌封的产品线,涵盖硅胶、环氧和聚氨酯等不同化学体系。
在实际选型时,应结合具体使用环境和器件特性权衡材料取舍。如果模块发热严重且需要最高导热,可考虑高导热环氧或导热硅胶;如果振动冲击剧烈且需要柔性缓冲,则应倾向硅胶或聚氨酯;若模块需要高度密封防护和保密且不考虑返修,环氧也是可选方案(但需确保其抗裂性能经验证)。通常军用电源模块更倾向采用有机硅灌封方案,以获得全面的环境适应能力,同时通过配方和工艺保证其热传导和附着性能达到要求。在特定情况下,也可采用**“复合灌封”**策略,例如先用一层软胶包裹关键元件,再外覆一层硬质高导热胶,以兼顾缓冲应力和结构支撑。不过这增加了工艺复杂性,需要充分验证界面结合和热阻情况。
总之,在道康宁、汉高、迈图、信越等主流品牌中选取经过实践考验的产品型号,并根据需要取得供应商的军工性能测试数据(例如某型胶是否已有在军事装备中的应用经验),是降低选型风险的有效途径。下文将讨论军工项目中对胶材的一般筛选和验证方法。
4. 军工项目胶材筛选标准与验证方法
在军用电子项目中,灌封胶材的选择和验证通常遵循严格的标准流程,以确保材料满足军用规范和长期可靠性要求。主要的筛选标准和验证方法包括:
➤ 技术指标筛选:首先根据军用规范和产品需求设定胶材的各项指标门槛。例如温度范围需符合GJB或MIL标准要求(一般-55~+125℃为基础,有扩展则-65~+150℃),阻燃需满足UL94 V-0,耐湿热、耐盐雾、介电强度等都有明确指标。设计人员会参考供应商提供的技术数据表,将不达标的材料剔除。很多军工单位也有内部材料规范,如某型号设备规定灌封料必须通过相当于MIL-M-24041(军用聚氨酯灌封料规范)或MIL-I-16923(电子嵌封绝缘化合物规范)等标准。因此,初步筛选会要求材料“名声过硬”,最好已有军品应用实例或MIL认证。例如优先考虑那些符合MIL-STD或GJB材料标准的胶种(供应商通常会注明符合某某军标)。对于新材料则需要特别慎重,可能要求供应商配合完成军标规定的测试。
➤ 小型样件测试:在纸面筛选出候选胶后,通常进行实验室测试验证。会制作试片和模拟件来评估材料性能,例如制备标准试条测拉伸强度、硬度、介电强度、体积电阻率、吸水率等是否达到宣称指标。还可能将胶料灌封到模拟电路板或元件上,形成试验样件。然后对这些样件施加加速环境试验以观察材料表现:
高低温冲击测试:按军标要求反复进行快速温度循环(如-65℃↔+150℃,10~20个循环以上),监测灌封层有无开裂、剥离或者性能劣化。这种测试直接验证胶体的热胀冷缩适应性和附着力,是军工胶材筛选的关键步骤之一。
湿热老化测试:将灌封试件置于高温高湿环境(如85℃/85%RH,1000小时)或进行温湿循环,定期测量绝缘电阻、介电强度变化。良好的材料应在潮湿后绝缘性能基本无衰减,无霉菌生长,表面无吸湿膨胀或起泡。必要时按照MIL-STD-810或GJB 150中的相关方法(湿热贮存、温度-湿度循环等)进行试验,检验材料的抗湿热能力。
长时间热老化:在材料最高工作温度甚至略超出(如150℃下×1000h,看灌封物有无裂纹、粉化等现象。
力学耐久测试:包括振动和冲击实验。将灌封好的模拟模块固定在振动台上,按照武器装备规范施加随机振动和冲击(如MIL-STD-810的轮廓),检测是否出现胶体开裂、元件移位、引脚断裂等问题。如果胶过硬,振动中器件应力可能上升,易造成焊点或引线损伤;过软又可能在冲击时大件晃动。因此通过此项测试可评估材料硬度和粘结力是否合适。
耐化学和特殊环境:视产品需求,可能增加盐雾腐蚀(军用海洋环境要求)、霉菌(按GJB 150.10或MIL-STD-810方法508判断材料是否滋生真菌)等试验。大多数有机硅和环氧本身是抗真菌的,但聚氨酯要确保含防霉剂配方。若设备会在高空/真空使用,还需做真空挥发性测试(如NASA ASTM E595标准),验证材料的挥发物和失重率。在航天电子中,这是硬性要求,以免材料释放的气体凝结在光学器件或敏感元件上。军用飞机电子中也关注低压排气问题,防止快速减压时胶内气泡膨胀损坏器件。
经过上述模拟应力测试,如果某种胶材出现明显失效迹象(如开裂、脱层、击穿等),则会被淘汰。通过的材料则进入进一步评估。
➤ 实装验证:最终筛选出的1~2种候选胶通常还需在实际产品样机上进行验证试用。即选取若干电源模块,分别使用待选灌封胶工艺封装,然后对整机进行一系列环境应力筛选(ESS)和可靠性试验,以验证灌封胶在实际结构中的效果。例如:让试制的整机模块经历温度循环、长时间高温工作、振动冲击等试验,检测性能参数和外观变化。特别关注灌封后器件的电气参数漂移(如参考电压精度等是否受应力影响)、密封性(有无细微裂纹导致潮气渗入),以及维修性(灌封后如有器件失效能否诊断更换)。许多军工单位会制定专项试验大纲来评估灌封的影响,如对比灌封前后产品的MTBF(平均无故障时间)是否有变化。只有当实装验证证明灌封对产品性能无负面影响甚至明显提升可靠性时,才能最终确定在正式产品中采用该胶材和工艺。
➤ 标准化文件和一致性:一旦确定了胶材选型,接下来会形成相应的工艺规范和验收标准。例如编制《某模块电源灌封工艺规程》,明确所用胶料品牌型号、混合比例、固化条件,以及过程检查要点。同时制定进料检验标准(如胶料黏度、保质期、批次一致性等验收要求)。对于每批购入的胶料,可能取样测试关键性能以保证与之前评估的一致。如果更换批次或供应商,需要重新验证其性能的一致性。这种严格的管理确保批产中材料的可靠性稳定,不因批次差异或替代而出现问题。
值得一提的是,军工项目在胶材筛选上还强调供应链可靠性和封锁风险。会优先考虑资质齐全的大厂产品,并储备足够的料剂以满足全寿命周期所需,避免将来材料配方变化或停产造成影响。
综上,军用灌封胶的筛选遵循“标准规范→实验测试→整机验证”的流程,用苛刻的环境应力试验来模拟考核。凡通过筛选的胶种,其性能和可靠性都经过充分证明。在正式应用中,还需持续监控灌封质量,如生产中对每批次灌封件进行X光或超声检测内部是否有气孔、固化物硬度测试等,以保证与验证阶段相符。通过这些措施,可以最大程度降低由于材料问题导致的产品失效风险。
5. 灌封对后续工序的影响及应对措施
将DC/DC模块实施灌封封装后,对产品制造流程的后续环节(如老化筛选、环境应力测试、长期可靠性验证等)会产生一定影响,需要采取相应措施加以应对:
对老化(高温运行)的影响:灌封会改变模块散热特性,使器件工作温度升高。在进行高温老化(烧机)时,已灌封的模块内部热量不易散出,可能导致元件结温比未灌封时更高。因此需要据此调整老化条件。例如降低环境温度或缩短老化时间,避免器件过应力。同时,建议在灌封前先对裸板进行预老炼(预先让产品在高温通电下运行一段时间),筛除早期失效元件。这样可以在灌封前发现并更换不良器件,避免灌封后再出现故障无法维修。此外,灌封胶在固化后通常还会继续有一个应力松弛过程,故在灌封完成后应静置或室温老化24小时以上再进行电气性能测试和老化,以使胶层应力稳定。这能防止刚灌封完立即通电因应力变化引起参数飘移。对于老化过程本身,如果发现因灌封导致某元件温度过高,可以通过在模块外壳加装散热片或强制风冷的方式补偿散热。总之,灌封后的老化应力条件需重新校准,以确保既能有效筛选,又不会因为灌封而对产品造成过应力损伤。
对环境应力筛选的影响:灌封改变了产品的结构和动力学特性,对随机振动、机械冲击等应力的响应会与裸板不同。一方面,胶体将元件固定,减少了元件振动移位,因而提高了抗振能力(元件不易共振损坏)。但另一方面,胶封后整个模块质量增加,刚度提高,在系统级振动中传递的应力可能增大。所以在进行振动试验时,需要检查模块的固定方式是否需要加强,以及关注灌封壳体与机箱接口处应力情况。如有需要可在结构上增加缓冲垫片或减振支架以应对。此外,在进行温度循环筛选时,灌封模块内部器件温度变化速率较慢,必须延长高低温停留时间,使内部充分降温/升温,确保元件实际经历到规定的温度极值。这是因为胶层的热容和导热特性会导致模块“外冷内热”或“外热内冷”的温差。如果按照裸板条件设定温变速率,可能内部元件温度滞后,达不到应有的应力。因此需要通过试验验证调整温度循环的节拍,使灌封后器件也能充分受到热应力。对于低压/高空模拟,灌封件一般密封良好内部无气压问题,但如果灌封不良有微小空洞,在低压下空洞内气体会膨胀,可能挤压周围材料甚至胀裂胶体。所以在做高空低压试验前,应确保灌封层致密无气泡(可通过CT或超声扫描确认),必要时可逐步降压而非瞬间减压,给胶体内气体逸出的时间。总之,灌封后的环境应力测试可能需要修改测试条件和防护措施,以贴近真实使用工况并保证测试有效且安全。
对可靠性试验的影响:灌封通常能够提升产品的环境可靠性(防水、防尘、防震等),因此许多军用模块电源在不影响散热的前提下都采用灌封设计。然而,灌封也给后续的故障分析和维修带来挑战。一旦产品在长期可靠性试验(如寿命测试、应力筛选)中发生失效,灌封的存在会使故障定位和器件更换非常困难。硬质环氧几乎无法无损去除,只能通过机械切割或化学方法腐蚀剥离,但这往往也破坏了器件本身;硅胶虽然弹性较大,可用刀剔除或溶剂浸泡,但过程繁琐且易伤及元件。因此,针对这一问题的应对措施是:尽量在灌封前解决潜在问题。如前述,进行充分的预老炼和筛选,确保进入灌封工序的都是成熟的“好板子”。另外在设计上,可以考虑为关键器件预留一定的维修可能性,例如对容易失效且可更换的器件(如插装模块、连接器)采取后装方式,避免被胶封住;或者采用局部灌封,即对主要电路灌封,而将易更换器件置于胶体之外。但对于多数高密封要求的军品来说,可维修性往往让位于高可靠性,因此更多是依赖前期筛选和过程管控来把故障率降到最低。与此同时,试验过程中如果发现灌封相关的失效,比如胶体开裂、剥离、元件引脚断裂等,要及时反馈设计和工艺部门,分析原因并改进。例如调整胶材硬度、改善界面处理或增加缓冲结构等。通过环境试验发现问题并迭代改进,是提高灌封可靠性的有效途径。
对电性能及校准的影响:灌封后可能引起某些电路参数的细微改变。例如运放电路的漂移、传感器的灵敏度等,可能因应力或介电常数变化而有所偏移。因此在灌封后的调试或校准需要重新进行。有些高精度模块在灌封前已调整好的参数,灌封后可能发生偏移,这时应在工艺上安排一道“灌封后校准”流程,待胶固化稳定一定时间后复测各项指标,进行必要的补偿校准,以确保最终产品符合技术指标。另外,硅胶灌封在固化放出低分子硅氧烷的过程中,可能在临近的继电器触点、可变电阻等形成绝缘膜,影响接触可靠性。对此一方面应选用低挥发性的硅胶(供应商通常提供low-volatile等级,见信越KE-1204BL数据),另一方面对易受污染的元件采取保护措施(如选择密封式继电器或改用磁簧开关等固态方案)。对于射频电路,灌封胶介电常数的变化也会稍许改变分布电容,从而影响频率特性,这需要在设计时考虑灌封因素做适当补偿或选用专用低介电常数的封装材料。
总的来说,灌封作为一种“一劳永逸”的封装手段,在提高模块环境适应性方面有显著效果,但也对生产和试验提出了新要求。良好的灌封应使产品在严酷条件下性能更加稳定,而不会成为新的失效源。为了达到这一点,需要在后续工序中精细化管理:包括调整老化和测试流程、增加对灌封质量的监控,以及一旦出现异常及时分析改进。许多高可靠军工产品的实践表明,正确实施灌封工艺并充分考虑其影响,能够极大提升电子模块的可靠性。例如RXX公司总结道:完美的灌封能形成气密水密的保护,使电源模块几十年稳定运行。因此,只要在设计、工艺、测试各环节采取上述应对措施,将灌封对后续过程的不利影响降至最低,灌封技术的应用将显著增强军用DCDC电源模块的环境生存能力和使用寿命。
参考文献:
1. EET-Chipone, *“一文带你彻底了解电子灌封(灌胶)工艺技术”*
2. EET-Chipone, *“电子灌封胶优缺点对比”*
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4. Momentive Performance Materials, TSE3331 Potting Silicone Datashee
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6. Shin-Etsu Silicones, KE-1204 A/B 产品说明
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8. RECOM Power, *“Potting Compounds – A Guide to the Essentials”*
9. CN107769495A, “真空灌封工艺” 专利