王 强

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

灌封工艺是电子工业产品用于防腐蚀、防震、防尘、防水、绝缘等所采用的生产工艺中相当普遍的一种方式，广泛应用于洗衣机控制器、电源、LED水下照明等领域，该工艺在生产应用过程中很容易产生气泡，如何减少灌封胶体中的气泡，是本文主要论述的内容。

1 灌封材料的分类

灌封材料行业中常用的有硅胶、聚氨酯、环氧树脂三大体系，如表1。

在行业内，聚氨酯凭借优异的综合性能及相对较低的应用成本，成为3大类灌封材料中应用最为广泛的材料。本文主要论述聚氨酯灌封体系生产工艺过程中气泡问题的剖析与解决方法。

2 灌封胶中气泡的危害

这些气泡的存在，不仅会影响到产品外观质量，而且还会影响到产品的各种质量性能等。由于气泡的存在，一方面无论是来自于材料内部的应力还是材料外部的应力，这都会使这些应力不能够连续均匀传递，应力往往会在形成气泡处集中，容易造成裂纹。另一方面位于器件引脚位置的气泡，在电性能方面长期可靠性的的危害更大。密封的胶体把空气及水分也一起包裹住了，水气无法逃逸，密封的水气会与板面助焊剂之类的残余杂质产生反应，进而会引起绝缘电阻下降、电迁移之类的质量问题。

表1 三大类灌封材料

3 控制器灌封工艺气泡产生来源及解决方案

控制器灌封工艺中的气泡，经跟踪分析主要来源于以下几个个方面：

1）胶水出厂前如抽真空做的不太好，会在周转运输过程中气体混入胶体内形成气泡；

2）在从原厂胶桶抽入灌胶桶时，胶水与空气接触以及胶水冲入桶内导致将空气带入胶水中而产生气泡；

针对这2点产生的气泡，最优的方案就是对料筒抽真空处理，料筒的真空解决方案参考如图1。

抽过真空的原材料虽然胶体本身不带有气泡，但是在后工序的操作过程中还是会引入新的气泡，这些气泡来源于以下2个方面：

1）控制器PCB板内的水气在高温下释放产生的气泡；

聚氨酯灌封胶通常为A、B组分，A组分为原材料，B组分为固化剂，灌封胶固化过程是胶体的化学反应过程，在反应过程中，会产生比较大的热量，热量会传递到PCB板，PCB板内残存的水气会随着反应过程的高温从PCB板表面逸散出来，如果来不及跑出就会残留在胶体内形成气泡。

2）器件底部如QFP芯片底部，器件周边因毛细作用在灌封过程中灌封胶无法及时填充排出气体，胶体回包而产生的气泡残留。

针对以上2个方面产生的气泡，PCB预热是比较合适的解决方案之一，如图2。

预热温度和时间是其中比较关键的2个参数，温度太低，水气无法排出来，温度太高，对器件质量会产生一定的影响，通常我们认为60～70 ℃是比较合适的温度，30 min基本可以将板上的水气排空。我们如何去判断水气是否已排出，比较简单的方式是在预热前进行称重，预热完成后再进行称重，重量不再大幅减少，我们即可认为水气已基本排出。

PCB板所藏水气，除了在灌胶固化过程中产品气泡的影响，同时对产品长期可靠性也会有一些影响。电子产品完成灌封后，其产品在长期运行过程会不断发热，热量会使得板内的水气慢慢的发散出来，发散出来的水气由于灌封胶的阻挡不易向外界逃逸，那么就会沉积在灌封胶和电路板之间的微小缝隙内进行累积，大量累积的水气会形成水膜，水膜溶解电子产品表面残留的助焊剂及其它溶剂而形成电解液，当水膜厚度达到200 um时，电化学迁移速率最大。因此这个预热非常重要。

PCB板上潮气得到控制后，下一步需要解决器件底部及器件周边的灌封无法及时完全填充胶体回包而产生的气泡。

灌封胶有一定的粘度，粘度越低，渗透性越好，粘度越高，渗透性越差。那么合适的灌胶温度，是解决此问题的比较好的方法，温度越高，胶体的粘度会随之下降，带来的就是对器件周边及底部的渗入性更好。因此我们推荐对胶桶及灌胶管道进行加热，经验证评估40～50 ℃会是一个比较好的加热温度选择。

以上各种方案都落实后，可以解决大部分的气泡问题，但是还有一个我们无法回避的难题，即在灌胶过程中胶体和空气的接触，这个过程都还是会有一些气泡存在，这些气泡也需要排除掉。

众所周知，气泡在液体内，由于气体比较轻，会慢慢上浮，什么条件下，气泡逃逸速度最快，这里面涉及2个参数，温度和时间，温度越高，气泡逃逸越快，但随之带来的是灌封胶的加速固化，粘度快速上升，反而阻止了气泡的上升。以下是我们选的一款灌封胶进行的验证，40～50 ℃之间是气泡逃逸最快的温度，如图3。

图1 料筒的真空解决方案参

图2 PCB预热

通过以上实验可看出，在不考虑生产效率的情况下，可以选择固化时间相对较长的AB组分胶水，灌胶完成后直接将样品静置放置24 h，利用胶体固化过程中粘度不会发生太大变化前，减少气泡逸出的阻力，来使得胶体中的气泡得到较好的逸出。

但是事实上在工业制造过程中，效率也是相当重要的一个指标，过长的固化时间会导致生产成本大幅上升，也需要大量的周转场地，那么我们需要解决的是如何在快速的固化过程中把气泡问题解决。

为此，我们研究了胶体样品的固化效率和活性激活问题，曲线图如图4。

从图4看出，65～75 ℃使材料混合后活性激活，材料粘度迅速升高，促进固化，切阻止了气泡的有效排放，气泡排放和材料固化2者之间形成了无法克服的矛盾体，如图5。

我们可以通过调整灌封胶主剂和固化剂的比例让胶体在最适宜气泡逃逸的温度（40～50 ℃）下，多停留一些时间来满足气泡完全逃逸的要求。通过对聚氨酯材料特性进行研究，发现在正常配比的比例上下浮动10%都是可以让材料完全固化且材料的特性不会发生显著变化。基于以上研究结果，我们从这点出发，将固化剂的比例降低5 %，同时让胶水在40～50 ℃之间的时间停留加长，使得气泡得以以最快的速度进行释放。同步我们将固化温度同步降低5 ℃，让固化曲线变得平滑，具体如图7。

通过验证发现，经以上方式调整后，灌封胶按上曲线通过隧道炉加热30 min后实现了气泡100 %排除，同时可达到90 %以上的固化完成率，可以直接进行下一生产工序。该方式满足了质量要求，同时取消了过程周转，生产效率高，是比较理想的固化工艺。

综上，对灌封胶进行比例调整，同步对固化曲线优化后，可以得到一个相当不错的结果，固化效率高同时气泡问题得到解决，当然不同厂家不同型号的胶水的混合比例和温度曲线是不一样的，但处理方法是一样的，通过实验都可以得出最合适的匹配关系。

图3 气泡变化规律实验表

图4 胶体样品固化效率和活性激活问题

图5 固化使阻止气泡排放

图6 固化曲线规律

图7 固化曲线优化

4 总结

灌封材料在施工过程中所产生的气泡来源于多个方面，从以下这6个方面进行实验验证选择最合适的灌胶施工设备及工艺，可解决行业中灌封胶成品所存在的气泡问题。

1）灌胶设备密封性，最好可带有抽真空功能。

2）灌胶设备及灌胶管道带有温度控制。

3）原材料配比可以在允许范围内进行适当的比例调整优化。

4）因涉及原料配比的调整，灌封设备混合比例精度要提高，推荐在1 %以内。

5）需增加PCB预热去除PCB所带水气。

6）需要对固化曲线进行针对性的设置。

不同厂家不同型号的灌封胶特性会有些差异，我们需要通过以上所论述实验方法去选择最适合的工艺生产方法和条件来解决灌封胶的气泡问题。