灌封技術(shù)在宇航電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

陳雅容張昧藏胡 輝

1.北京衛(wèi)星制造廠；2.北華航天工業(yè)學(xué)院

灌封技術(shù)在宇航電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

陳雅容1張昧藏2胡 輝2

1.北京衛(wèi)星制造廠；2.北華航天工業(yè)學(xué)院

概述了灌封技術(shù)在宇航電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，主要包括：灌封技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)灌封工藝的規(guī)定；灌封對(duì)象與材料的選擇；灌封的工藝方法以及灌封應(yīng)該注意的問題。

概述

灌封：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。它的作用是強(qiáng)化電子器件的整體性，提高對(duì)外來沖擊、震動(dòng)的抵抗力；提高內(nèi)部元件、線路間絕緣，對(duì)于器件的輕量化、小型化具有有利的作用；能夠直接改善器件的防潮、防水、防霉菌、防鹽霧等性能。避免了電路板和元器件暴露在空氣中受到損害。簡單地說灌封就是把構(gòu)成電子器件的各部分元件借助灌封材料，按規(guī)定要求進(jìn)行合理的布置、組裝、連接、密封和保護(hù)等而實(shí)施的一種操作工藝，以防止水分、塵埃及有害氣體對(duì)電子元器件的侵入，減緩振動(dòng)，防止外力損傷并穩(wěn)定電子元器件的各種參數(shù)， 從而加固電子產(chǎn)品和提高其抗電強(qiáng)度，強(qiáng)化宇航電子產(chǎn)品的整體性。經(jīng)常對(duì)衛(wèi)星、飛船、艦船艙外的電路板進(jìn)行灌封，目的是為了防止?jié)駳?、凝露、鹽霧對(duì)電路的腐蝕；同時(shí)為了提高空間環(huán)境下的電子設(shè)備的三防性能，要求對(duì)所有的變壓器、阻流圈進(jìn)行灌封、裹覆、包封或封端；此外為了保證機(jī)載、航天電子設(shè)備抗震能力，某些電路板要固體封裝或局部加固封裝；為了防止焊點(diǎn)腐蝕或受力折斷，某些電纜插頭座要灌封。

灌封技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著電子產(chǎn)品在宇航領(lǐng)域中廣泛地應(yīng)用，電子產(chǎn)品抵抗各種復(fù)雜、惡劣的地理、氣候、空間輻照、高低溫等的防護(hù)性能，已經(jīng)成為衡量其產(chǎn)品性能、技術(shù)水平的重要指標(biāo)。由于灌封技術(shù)具有良好的絕緣、防震和隔離作用?？梢詫⑼饨缫蛩氐牟涣加绊懡档偷阶畹?，所以在電子產(chǎn)品的防護(hù)，尤其是高壓大功率元器件、組件的防護(hù)起著越來越重要的作用。目前對(duì)環(huán)氧膠、硅橡膠、聚氨酯灌封材料與工藝進(jìn)行了研究，2004年，金曉潔等人已經(jīng)用有機(jī)硅材料對(duì)某所某雷達(dá)初樣、正樣兩套產(chǎn)品發(fā)射機(jī)高壓電源組件進(jìn)行了灌封防護(hù)及敷型裹覆，其絕緣、防護(hù)和導(dǎo)熱性能，通過隨整機(jī)的試驗(yàn)及實(shí)際使用情況證明，完全滿足產(chǎn)品要求，從未發(fā)生一起事故，極具可靠性，保障了系統(tǒng)的正常工作。宋寧等對(duì)某型號(hào)彈上電纜網(wǎng)灌封工藝研究。2009年，佟文清等對(duì)某雷達(dá)發(fā)射機(jī)進(jìn)行了高壓絕緣灌注工藝技術(shù)研究。

各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)灌封技術(shù)的要求

國內(nèi)航天標(biāo)準(zhǔn)、NASA、IPC、美軍標(biāo)分別對(duì)灌封使用的材料，輔助材料、工具與設(shè)備、環(huán)境、人員、灌封前準(zhǔn)備、熱縮套管處理、質(zhì)量保證等進(jìn)行了一系列的規(guī)定和解釋，說明了無尾罩灌封的模具設(shè)計(jì)尺寸，低壓注塑產(chǎn)品的樣品外形、外表s面應(yīng)達(dá)到的效果，并且規(guī)定了灌封的詳細(xì)流程。

灌封對(duì)象與材料的選擇

編寫宇航電子產(chǎn)品灌封工藝文件，需要考慮灌封對(duì)象。對(duì)于宇航電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙或技術(shù)條件都有要求需要灌封；如需要安裝在惡劣環(huán)境下的電子產(chǎn)品；產(chǎn)品在艙外或在空間環(huán)境工作部件的連接器和電路板；為了提高電子產(chǎn)品的抗沖擊、振動(dòng)性能，為了加強(qiáng)焊接點(diǎn)的強(qiáng)度和三防性能，增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，防止受力不均導(dǎo)致斷裂，從而保證宇航電子產(chǎn)品的可靠性。

我們對(duì)宇航灌封材料的性能有以下幾方面的要求。

（1）其中在不一樣的頻率下：損耗tanδ低，ε低且穩(wěn)定，ρV和ρS值高，時(shí)間久了，會(huì)有所下降，但是不可以小于5×109Ω，擊穿電壓高，受潮后不能少于10 kv/一（測(cè)試樣板厚度為2mm時(shí)）。

（2）物理化學(xué)性能要求導(dǎo)熱性能良好，對(duì)高壓變壓器，灌封材料導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)≥O.4 w/（m·K）；線脹系數(shù)低，能承受溫度的變化；其粘接性好，不脫層，固化收縮率低；具有抗輻射性，在一般劑量之下不產(chǎn)生降解；黏度低，有滲透性，具有合適的工藝性能及較長的適用期；聚熱時(shí)，放熱峰要平穩(wěn)。

（3） 由于宇航空間環(huán)境復(fù)雜而且惡劣，因此宇航灌封材料應(yīng)滿足熱真空脫氣性能指標(biāo)，美國的NASA和歐洲ESA規(guī)定空間材料在125℃、1.3×10。4Pa環(huán)境下，24 h材料可補(bǔ)償質(zhì)量損失（RML）小于1.0%，總質(zhì)量損失（TML）小于1.0%，收集到的可凝揮發(fā)物（CVCM）小于0.1%。

一般來說，宇航電子產(chǎn)品灌封材料有3大類：環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅橡膠、聚氨酯類。環(huán)氧灌封材料絕緣性好，但質(zhì)地脆，在高低溫實(shí)驗(yàn)后易產(chǎn)生微裂紋。有機(jī)硅灌封材料電阻高，但和被粘物粘接強(qiáng)度低，訂貨周期長。聚氨酯灌封材料絕緣電阻和粘接度都較高，性能較理想，廣泛應(yīng)用于密封件、澆注件制備，以及電子產(chǎn)品如電路板、電子元件、插頭座的灌封，同時(shí)可作為膠粘劑和涂料使用。宇航電子產(chǎn)品對(duì)灌封材料的技術(shù)要求是：具有良好的粘接性；粘度低，流動(dòng)性好；最好室溫固化，可提高工作效率，還可以保護(hù)電子元件；固化時(shí)間充足，可保證灌封膠能流到電子元件縫隙中；灌封材料沒有氣泡缺陷；防水性好；灌封工藝容易操作；防霉菌；防老化，成本便宜；抗老化；電絕緣性能好；符合空間材料的要求等等。

灌封工藝及應(yīng)該注意的問題

灌封工藝

灌封工藝按宇航電子產(chǎn)品分為一般灌封、低壓注塑、真空灌封3種。真空灌封的灌封效果較好。為了保證宇航電子產(chǎn)品的灌封質(zhì)量，根據(jù)其各種性能，編制相適應(yīng)的可行性典型工藝規(guī)程，并嚴(yán)格按工藝規(guī)程操作。

灌封形式分為人工灌封和設(shè)備灌封兩種。對(duì)于宇航電s子產(chǎn)品批量小、種類多等特點(diǎn)，目前常采用手工灌封的形式。低壓注塑工藝多采用設(shè)備灌注。

灌封工藝應(yīng)注意的問題

宇航電子產(chǎn)品灌封工藝存在的問題。

模具的設(shè)計(jì)：由于灌封膠料大多易流動(dòng)，粘接性好，但是價(jià)格高，為了防止膠料四處亂流，造成膠料的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，對(duì)灌封工藝用的模具設(shè)計(jì)是關(guān)鍵技術(shù)，但由于灌封組件的多樣性，很難設(shè)計(jì)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)形式的模具。一般設(shè)計(jì)模具應(yīng)做到：

（1）可簡易組裝，拆卸方便；

（2）設(shè)計(jì)好注膠口，防止膠液漫流；

（3）支撐底面平整，固化效果良好；

（4）灌封時(shí)可控性強(qiáng)。

（5）模具尺寸與角度參考NASA標(biāo)準(zhǔn)。

工件清洗：清洗工件的同樣是灌封工藝研究的重中之重的環(huán)節(jié)，常用無水乙醇、汽油、丙酮或二甲苯清洗三遍，尤其是焊點(diǎn)和元器件的間隙，務(wù)必得重點(diǎn)清洗，目的是防止引起催化劑中毒。

長期以來，關(guān)于灌封技術(shù)氣泡缺陷的討論在業(yè)內(nèi)一直是個(gè)敏感問題，氣泡不僅影響電纜組件的外觀，更重要的影響電纜組件的電氣性能、機(jī)械性能等，嚴(yán)重威脅電纜組件的可靠性。在振動(dòng)、腐蝕、潮濕、劇烈的溫度變化等惡劣環(huán)境下，無論是灌封膠的內(nèi)應(yīng)力，還是外界應(yīng)力作用，都極其可能導(dǎo)致氣泡集中，最后出現(xiàn)氣泡破裂，甚至灌封表面出現(xiàn)裂紋、空洞等，無疑會(huì)造成電纜組件絕緣性、密閉性、可靠性的損傷。

然而灌封固化后會(huì)存在氣泡缺陷，而且氣泡常存在宇航電子產(chǎn)品的復(fù)雜狹窄的間隙處，但是一般的檢測(cè)設(shè)備和方法是很難檢測(cè)出細(xì)小的氣泡存在，通常都是等調(diào)試測(cè)試甚至真正工作的時(shí)候發(fā)生故障和事故時(shí)才意識(shí)到氣泡的嚴(yán)重危害性。

目前常用的除氣泡方法有：離心脫泡和真空脫泡兩種方法。但NASA標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定對(duì)于雙組份灌封膠禁止采用離心機(jī)對(duì)其進(jìn)行除氣泡。因?yàn)殡p組份灌封膠的兩種成分密度不同，離心脫泡會(huì)使其分離，導(dǎo)致固化失敗。高華、洪彬、陳銀桂對(duì)真空脫泡工藝進(jìn)行了研究。

結(jié)語

實(shí)踐證明，灌封技術(shù)在宇航電子產(chǎn)品的生產(chǎn)與制造中對(duì)其起到了防震動(dòng)、防潮、防霉菌、防鹽霧的作用，提高了宇航電子產(chǎn)品在復(fù)雜和惡劣環(huán)境下的可靠性，進(jìn)一步保障了宇航電子產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著我國航天事業(yè)的快速發(fā)展，宇航電子產(chǎn)品出現(xiàn)了許多新封裝的元器件、新型的電連接器等等，灌封材料也在不斷地更新、改進(jìn)，具有更高綜合性能的灌封材料不斷被研制出來，因此灌封工藝方法應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，以更好地服務(wù)宇航電子產(chǎn)品，保障宇航電子產(chǎn)品的高可靠性。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.002