電子材料深度解讀之灌封膠

灌封就是將液態(tài)復(fù)合物用機(jī)械或手工方式灌入裝有電子元件、線路的器件內(nèi)，在常溫或加熱條件下固化成為性能優(yōu)異的熱固性高分子絕緣材料。常見的灌封膠種類主要有三種，分別 是聚氨酯灌封膠、有機(jī)硅灌封膠和環(huán)氧樹脂灌封膠。
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灌封膠的典型性能如下圖所示： ?

凝膠和填充物墊

灌封膠的主要作用是置換空氣空隙并確保適當(dāng)?shù)臒醾鬟f。但灌封膠并非是唯一的解決辦法，除了使用灌封膠，間隙填充物墊也是一個(gè)應(yīng)用廣泛的方法。
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填充物墊和灌封膠都提供有效的熱管理手段。雖然填充物墊有更長的歷史，但灌封膠的最新進(jìn)展在某些情況下已經(jīng)超越了填充物墊的性能。下面，我們將兩種材料進(jìn)行一下深度對(duì)比。
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首先是填充能力。兩種材料都能夠在一定程度上適形，但間隙墊的最大可配置性由于其固體結(jié)構(gòu)而小于灌封膠。
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其次是精度和形狀。填充物墊的好處是它們可以切割成客戶零件的確切形狀，但在復(fù)雜的場景中，比如器件多且線路雜，填充物墊只能做到表面覆蓋，器件內(nèi)部的間隙需要其他填充料進(jìn)行填充。
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而灌封膠是通過澆注涂抹的方式進(jìn)行填充和定型的，過程中高分子體緊密連接到一起，形成良好的粘接力，不會(huì)輕易被外力拉開。因此，灌封膠的形狀實(shí)際上就是采用壓縮后的形狀，有助于確定和控制應(yīng)用的難易程度以及由此產(chǎn)生的任何擴(kuò)散。
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再看成本方面。從應(yīng)用場景上看，灌封膠具有普適性，而填充物墊更多是要批量定制，因此灌封膠的自動(dòng)化是一個(gè)顯著的優(yōu)勢。反觀填充物墊，放置時(shí)操作員需要知道其方向，有頂側(cè)和底側(cè)，并且在許多情況下，存在左右和上下方向。手動(dòng)墊應(yīng)用會(huì)帶來更大的人為錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。因此，在人工成本不斷上升的情況下，灌封膠的成本優(yōu)勢會(huì)越發(fā)明顯。
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當(dāng)然，成本不僅要考慮到操作成本，也要顧忌原材料本身的成本。在發(fā)展初期，幾乎所有類型的灌封膠成本都是高于填充物墊的。但經(jīng)過了原材料廠商的不斷優(yōu)化，目前從廣義上講，與可比較的填充物墊相比，灌封膠在同體積上往往更便宜。
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很長一段時(shí)間里，填充物墊都是電子工程師的首選，然而現(xiàn)在灌封膠的優(yōu)勢讓前者的生存空間越來越小，可以提供卓越的性能，更容易制造和組裝，并且在某些大批量應(yīng)用中成本更低。
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灌封膠分類和優(yōu)缺點(diǎn)

電子灌封膠種類非常多，但正如我們上文提到的，聚氨酯灌封膠、有機(jī)硅灌封膠和環(huán)氧樹脂灌封膠是三大主流產(chǎn)品。
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環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂灌封膠的主要組分，一般由雙酚A環(huán)氧樹脂，固化劑（胺類或酸酐），補(bǔ)強(qiáng)助劑和填料等組成。
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環(huán)氧樹脂灌封膠的主要優(yōu)點(diǎn)是黏度小，浸滲性強(qiáng)，可充滿元件和線間；性能好，適用期長，適合大批量自動(dòng)生產(chǎn)線作業(yè)；灌封和固化過程中，填充劑等粉體組分沉降小，不分層；固化放熱峰低，固化收縮?。还喾饬暇哂须y燃、耐候、導(dǎo)熱等性能；對(duì)多種材料有良好的粘接性，吸水性小。環(huán)氧樹脂灌封膠的缺點(diǎn)是抗冷熱變化能力弱，固化后膠體硬度較高且較脆，為“終身”產(chǎn)品。
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有機(jī)硅灌封膠的主要成分是硅樹脂、交聯(lián)劑以及催化劑和導(dǎo)熱材料等，包括單組分有機(jī)硅灌封膠和雙組分有機(jī)硅灌封膠。有機(jī)硅灌封膠可以加入一些功能性填充物賦予其導(dǎo)電導(dǎo)熱導(dǎo)磁等方面的性能。
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有機(jī)硅灌封膠的主要優(yōu)點(diǎn)包括固化過程中無副產(chǎn)物產(chǎn)生，無收縮；具有優(yōu)異的電氣絕緣性能和耐高低溫性能(-50℃～200℃)；膠固化后呈半凝固態(tài)，具有優(yōu)的抗冷熱交變性能；AB混合后有較長的可操作時(shí)間，如加速固化可加熱，固化時(shí)間可控制；凝膠受外力開裂后可以自動(dòng)愈合，同樣起到密封的作用，不影響使用效果；具有優(yōu)秀的返修能力，可快捷方便的將密封后的元器件取出修理和更換。有機(jī)硅灌封膠的缺點(diǎn)是粘結(jié)性能稍差。
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聚氨酯灌封膠又稱PU灌封膠，通常由聚醋、聚醚和聚雙烯烴等低聚物的多元醇與二異氰酸酯，以二元醇或二元胺為擴(kuò)鏈劑，經(jīng)過逐步聚合而成。
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聚氨酯灌封材料的特點(diǎn)為硬度低, 強(qiáng)度適中, 彈性好, 耐水, 防霉菌, 防震, 透明, 有優(yōu)良的電絕緣性和難燃性, 對(duì)電器元件無腐蝕, 對(duì)鋼、鋁、銅、錫等金屬, 以及橡膠、塑料、木質(zhì)等材料有較好的粘接性。灌封材料可使安裝和調(diào)試好的電子元件與電路不受震動(dòng)、腐蝕、潮濕和灰塵等的影響。缺點(diǎn)是耐高溫能力差且容易起泡，抗紫外線弱，膠體容易變色，未固化前易吸潮，對(duì)操作環(huán)境要求保持干燥。
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灌封膠的使用方法

固化之后，灌封膠能夠提升電子元器件的整體性，令其更像一個(gè)整體。有效抵抗外來的沖擊與震動(dòng)，緩解一切外力，起到保護(hù)作用。本質(zhì)上說，灌封膠仍然是一種膠水，具有很高的粘性。從操作手法來看，會(huì)有單組分和雙組分之分。
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單組分灌封膠的使用方法如下：
1、使用之前，應(yīng)該進(jìn)行小范圍實(shí)驗(yàn)。看看是否可以發(fā)揮良好的粘接性，做好粘接測驗(yàn)。
2、施膠之前，務(wù)必對(duì)粘接基面進(jìn)行清理。將污垢清理干凈，有助于增加粘接性。
3、使用機(jī)器進(jìn)行澆注時(shí)，如需中途停止點(diǎn)膠，需要預(yù)防水汽的進(jìn)入。將水汽隔絕在外，避免影響膠粘劑的固化速度。
4、固化過程中，速度的快慢與環(huán)境溫度息息相關(guān)。如想加快固化速度，可以適當(dāng)提升溫度與濕度。
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雙組分灌封AB膠水使用方法：
1、電子灌封AB膠具要灌封的產(chǎn)品需要保持干燥、清潔。
2、電子灌封AB膠具按配比取量，且稱量準(zhǔn)確，請(qǐng)切記配比是重量比而非體積比，A、B劑混合后需充分?jǐn)嚢杈鶆?，以避免固化不完全?br /> 3、灌封AB膠具攪拌均勻后請(qǐng)及時(shí)進(jìn)行灌膠，并盡量在可使用時(shí)間內(nèi)使用完已混合的膠液。
4、電子灌封膠灌注后，膠液會(huì)逐漸滲透到產(chǎn)品的縫隙中，必要時(shí)請(qǐng)進(jìn)行二次灌膠。
5、電子灌封膠固化過程中，請(qǐng)保持環(huán)境干凈，以免雜質(zhì)或塵土落入未固化的膠液表面。
6、電子灌封膠要灌封操作完成后，未用完的膠應(yīng)立即擰緊蓋帽，密封保存。再次使用時(shí)，若封口處有少許結(jié)皮，將其去除即可，不影響正常使用。
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灌封膠有著出色的彈性和韌性，不僅僅是在電子產(chǎn)業(yè)有重要的應(yīng)用，也廣泛應(yīng)用于新能源、軍工、醫(yī)療、航空、船舶、汽車和高鐵等領(lǐng)域。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2020年全球灌封膠市場規(guī)模為32.10億美元，預(yù)計(jì)到2026年將達(dá)到37.03億美元，年復(fù)合增長在3.6%左右。從產(chǎn)品性能來看，長期專注在膠黏劑領(lǐng)域的國際廠商在技術(shù)上更加成熟，比如道康寧、漢高等廠商的產(chǎn)品競爭力很強(qiáng)。但本土廠商近幾年也開始關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域，如卓尤、施奈仕和回天新材等廠商的產(chǎn)品也逐漸被市場認(rèn)可，憑借靠近客戶和更了解客戶的優(yōu)勢掌握了一定份額的市場。