灌封技术详解：从材料选择到工艺优化

一、灌封的定义

灌封（又称灌胶）是指将聚氨酯灌封胶、有机硅灌封胶或环氧树脂灌封胶通过设备或手工方式灌入装有电子元件和线路的器件内部，在常温或加热条件下固化为热固性高分子绝缘材料的过程。这一工艺能够实现粘接、密封、灌封和涂敷保护等多重功能。

二、灌封的主要作用

1. 强化整体性：增强电子器件的机械强度，提高抗冲击和抗震能力；

2. 提升绝缘性能：改善内部元件与线路之间的绝缘性，有利于器件小型化、轻量化；

3. 增强防护性能：避免元件和线路直接暴露，提升防水、防尘、防潮性能；

4. 导热散热：有效传导热量，提高器件散热能力。

三、三种灌封胶的优缺点比较

 1. 环氧树脂灌封胶

环氧树脂灌封胶多数为硬性材质，固化后硬度高，难以拆卸，具备良好的保密功能，少数为软性类型。其常规耐温度100℃，加温固化型可达150℃，部分特殊型号可耐300℃以上高温。具备固定、绝缘、防水、防油、防尘、防盗密、耐腐蚀、耐老化及耐冷热冲击等特性。常见类型包括阻燃型、导热型、低粘度型和耐高温型等。

优点：

- 对硬质材料粘接力强；

- 优异的耐高温性能与电气绝缘能力；

- 操作简便，固化前后稳定性高；

- 对多种金属及多孔底材附着力好。

缺点：

- 抗冷热冲击能力弱，易产生裂缝；

- 固化后硬度高、脆性大，易损伤电子元件；

- 修复性差，灌封后难以重新打开。

适用范围：适用于常温工作环境、对力学性能无特殊要求的中小型电子元器件，如汽车点火器、LED驱动电源、传感器、变压器、电容器等。

 2. 有机硅灌封胶

有机硅灌封胶固化后多为软性、有弹性的胶体，便于修复，粘接力较弱。其颜色可调，分为双组分缩合型和加成型两类。后者收缩率低，固化过程中不产生挥发性物质，可加热快速固化。

优点：

- 抗老化、耐候性及抗冲击性能优异；

- 抗冷热变化能力强，工作温度范围广（-60℃～200℃）；

- 电气绝缘性能好，耐压可达10000V以上；

- 对元器件无腐蚀，固化无副产物；

- 返修方便，导热性和阻燃性良好；

- 粘度低，流动性好，可室温或加温固化。

缺点：价格较高，附着力较差。

适用范围：适用于恶劣环境下的电子元器件保护。

有机硅灌封胶的独特优势：

- 对复杂结构的电子模块提供长期有效保护；

- 稳定的介电绝缘性能，有效抵御环境污染；

- 在宽温湿度范围内保持弹性和应力消除能力；

- 耐臭氧和紫外线，化学稳定性高；

- 灌封后易清理修复，并可重新灌封。

 3. 聚氨酯灌封胶

聚氨酯灌封胶（PU灌封胶）固化后多为软性、有弹性，粘接性介于环氧树脂和有机硅之间，耐温一般不超过100℃，灌封时易产生气泡，需在真空条件下操作。

优点：

- 耐低温性能好，防震性能最佳；

- 硬度低、弹性好，耐水、防霉菌；

- 电绝缘性优良，难燃，对多种材料粘接性好。

缺点：

- 耐高温性能差；

- 固化后表面不平滑，韧性较差；

- 抗老化和抗紫外线能力弱，易变色。

适用范围：适用于发热量不高的室内电器元件，是防湿、防腐蚀处理的理想材料。

四、灌封材料选用要点

1. 性能需求：根据使用温度、冷热交变情况、内应力、使用环境（室内/室外）、受力状况、阻燃及导热要求、颜色等因素选择；

2. 工艺要求：考虑手动或自动灌封、室温或加温固化、操作时间及完全固化时间；

3. 成本控制：结合材料比重与实际灌封成本综合评估。

选用建议：

- 如需耐高温导热，推荐有机硅软胶；

- 如需耐低温，推荐聚氨酯软胶；

- 如无特殊要求，可选用固化快、成本低的环氧硬胶。

环氧树脂灌封胶按固化条件分为常温固化和加热固化两类，按剂型分为单组分和双组分。常温固化型无需加热，但对作业黏度和适用期有较高要求，多用于低压器件或不宜加热的场合。

五、灌封工艺详解

灌封质量取决于产品设计、元件选择、组装工艺及灌封材料，灌封工艺同样至关重要。环氧树脂灌封分为常态灌封和真空灌封两种工艺，其中胺类常温固化多用于低压电器，酸酐加热固化适用于高压器件。

常见灌封方式：

1. 手工真空灌封；

2. 机械真空灌封：

   - A、B组分先混合脱泡后灌封；

   - A、B组分先分别脱泡后混合灌封。

操作工艺：

1. 单组分灌封胶：直接使用，可手动或机械灌注；

2. 双组分缩合型灌封胶：按比例混合→搅拌→抽真空脱泡→灌注；

3. 加成型灌封胶：按1:1或10:1比例混合使用。

 工艺流程：

1. 计量：准确称量A、B组分；

2. 混合：充分搅拌各组分；

3. 脱泡：自然或真空脱泡；

4. 灌注：在操作时间内完成；

5. 固化：室温或加温固化，初固后进入下道工序，完全固化需8～24小时。

注意事项：

- 灌封前清洁产品表面；

- 使用前充分搅拌A、B组分；

- 底涂需待干后再灌封；

- 温度影响固化速度，需合理调控。

机械真空灌封虽设备投入大，但产品一致性和可靠性优于手工工艺。无论采用何种方式，均需严格遵循工艺条件。

六、常见问题及解决措施

1. 局部放电或击穿

原因：线间空隙导致电场不均。

解决：

- 提高灌封真空度，排除空气；

- 预热产品，降低胶料黏度；

- 控制物料温度和适用期，及时固化。

2. 表面缩孔、凹陷或开裂

原因：化学收缩与物理收缩导致内应力。

解决：

- 采用分段固化工艺，减缓收缩过程；

- 控制升温与降温速率，减少内应力；

- 根据产品结构和灌封量调整固化条件。

3. 表面不良或局部不固化

原因：

- 计量或混合装置故障；

- 组分沉淀或比例失调；

- B组分吸湿失效或产品表面潮湿。

解决：加强工艺控制，确保组分均匀性和环境干燥。

电子灌胶常见问题解答：

- 中毒不固化：加成型灌封胶应避免与含磷、硫、氮化合物接触；

- 胶体清洗：使用酒精、丙酮等稀释剂清洗；

- 冬季不固化：提高环境温度或采用加温固化。

七、环氧树脂灌封料专题

1. 技术背景

电子封装技术历经针脚插入式（DIP）到表面贴装（QFP），再到焊球阵列（BGA）等阶段，液体环氧灌封技术在其中发挥重要作用。

2. 性能要求

- 适用期长，适于自动化生产；

- 黏度低，浸渗性强；

- 固化收缩小，放热峰低；

- 电气性能优异，粘接性好；

- 特殊场合需具备难燃、耐候等特性。

3. 组分及作用

- 环氧树脂：常用低分子液态双酚A型，高环氧值，低黏度；

- 固化剂：酸酐类用于加热固化，多元胺用于室温固化；

- 促进剂：降低固化温度，缩短时间；

- 偶联剂：提高密着性与防潮性；

- 活性稀释剂：改善流动性；

- 填充剂：降低成本，调整热膨胀系数；

- 其他助剂：包括消泡剂、增韧剂、阻燃剂等。

八、PCBA灌胶方法

1. 半自动灌胶机

人工放置产品，机器自动灌胶，适用于各类PCBA产品。

2. 自动灌胶机

产品置于治具中，机器自动完成灌胶，适合小批量生产。

3. 全自动灌胶线

集成灌胶、送料、固化于一体，高效节省人工。

结语

灌封技术是电子保护的重要环节，合理选材与精细工艺对产品质量至关重要。通过科学选型、严格工艺控制及适当设备投入，可有效提升电子器件的可靠性与寿命。