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【摘要】为了提高电子产品的稳定性，在电子元器件的生产中离不开元器件的封装，环氧树脂作为一种具有稳定的优良的化学特性和物理特性的填充剂，被广泛地应用于各行各业，在电子元器件封装也占有非常重要一席，但因其灌封完成品好与坏却受灌封设备、环境、温度、湿度、被灌件等诸多因素交织影响。本文从生产实际出发，摸索总结出新的灌封工艺，明显地提升了产品的外观和性能。同时，提高了设备利用率和生产效率。
【关键词】电子产品;环氧树脂;封装;新工艺
电子产品封装中常用到一类材料——塑料，它一般可分为热塑性塑料和热固性塑料。环氧树脂是种合成树脂又称环氧低聚物，在成型过程中即有物理变化又有化学变化，材料冷却后再次加热时不会软化，为不可逆过程，是热固性塑料中应用较大的一种。
它种类繁多，可广泛用于汽车涂装，桥梁防腐，飞机机件粘接，电子设备元件封装甚至网球手柄，牙齿修复等等工业和民用品中。
环氧树脂之所以能有如此广泛用途，得益于它稳定的高强度、耐腐蚀等化学特性和物理特性。
一、现状与问题
环氧树脂在电子设备元件封装中主要起到密封保护、绝缘提升、防潮抗震、粘接固定、芯片保密等作用。其中最常见的工艺是环氧树脂与固化剂按一定的质量比进行配比混合的加热固化方式，期间经过溶胶、凝胶、固化三阶段，在材料内部由长链分子逐步生成密集的网状组织，各长链分子强有力键合。但其最终固化物的性能因受固化条件，如灌封设备、环境、温度、湿度、被灌件等诸多因素交织影响，即使配比准确，组成成份不变，灌封完成品仍存在质量波动幅度较大且不稳定的状况。
环氧树脂在灌封过程中绕不开两个节点即灌注和加热，需要的设备通常有自动灌注机和烘道，但因先期投资较大，后期使用和维护成本又较高，除中大型、连续生产企业外，更多企业还是采用普通的真空箱、干燥箱、搅拌机等简单设备手工灌注。
如何抑制环氧树脂中气泡的产生和对已有气泡的排除却是手工灌注的主要问题，它已成为许多厂家头痛和辣手的问题。因为一旦气泡被固化在产品的环氧树脂料中，气泡产生的空腔的介电常数远小于环氧树脂的介电常数，会降低产品的绝缘性能，浸水防潮性能，尤其对高压线包是致命的，因气隙使浸润不充分，引起内部匝间局部高压放电，水又是引起腐蚀并导致产品失效的污染物的载体，因而大大缩短其使用寿命。
二、灌封新工艺
1.气泡的来源
那么气泡从何而来？气泡通常有以下几个来源：
①环氧树脂，固化剂在制备时溶解于其中的气体;
②环氧树脂，固化剂存放时密封不严溶解于其中的潮气;
③环氧树脂，固化剂配比混合化学反应产生的气体;
④被灌封件电子设备元件如高压线包匝间空气、潮气;
⑤被灌封件外壳包裹材料细小的气隙;
⑥生产环境湿度大，水汽在生产中吸附在材料表面。
因此如何在简单设备下解决气泡问题，生产出符合要求的产品，工艺设计的前瞻性、周密性尤为重要，它可以避免批量不良品发生的几率。
2.通用工艺的缺憾
在实际的环氧树脂的手工灌封中尤其在电子设备元件等灌封中常常使用单组分的环氧树脂料和固化剂，即我们平时统称的A、B料，通过按一定质量配比混合灌封，其工艺过程不外乎两种：A、B料先混合——后脱泡——再灌封;A、B料先分别脱泡——后混合——再灌封，此两种工艺都存在脱泡不完全，不充分，混合料中包裹残留的气体较多，为了更多地真空脱去气泡只好人为延长脱泡时间，可这样明显致使混合料黏度增大，直接地影响料的流动性，进而影响后期的灌注，影响环氧树脂混合料对产品的浸渗，影响待灌件中气体的逸出，最终影响产品的电气性能。因为脱泡时间和混合料的流动性是一对矛盾体，如图1所示，在生产中要合理平衡好两者。
图1
通用工艺的另一缺憾是A、B料先混合后脱泡时混合料膨胀体积非常大，抬起的气泡料面往往是混合料本身料面的十多倍，真空脱泡时需要时不时对真空箱进气压泡，无形中延长了脱泡时间;同时，这样每次都不能配料太多，也制约了生产效率的提高。如图4所示。
3.新工艺的提出
既然通用工艺存在两大缺憾，那有没有更好的工艺可以解决缺憾，解决环氧树脂灌封中的气泡问题，通过摸索找到第三条路，新工艺流程：待封件预烘驱潮趁热灌，环氧料混合脱泡同时做，灌封真空再灌封的二次灌封，两段温区的溶胶到凝胶的固化的灌封新工艺，较好地解决了气泡产生的六大原因，在温度逐步提高固化过程中使气泡容易逸出料面，料对产品的渗透更加深入。其中关键点环氧料混合脱泡同时做即对环氧A、B料边混合边脱泡，使混合料在真空箱内一边混合反应一边抽走气泡，它有三大益处：混合充分均匀，脱泡快速干净，混合料黏性流动性兼顾，很好地平衡了脱泡时间和混合料的流动性这一对矛盾。
新工艺的执行，需要设备来保障，这就需要对现有设备改进。
三、设备的改进
ZK025型电热真空干燥箱、101型电热恒温鼓风干燥箱、2X-8型旋片式真空泵、VFM 5L搅拌机为四种较常见的用来灌封的设备，我们的改进主要针对电热真空干燥箱和电热恒温鼓风干燥箱。
电热真空干燥箱主要使用它的真空脱泡功能。为了达到边混合边脱泡的目的必须另放一路控制电路到箱体腔内，以便VFM 5L搅拌机能在腔内获电可控变速工作。若在箱体上另开一孔放控制线，会影响真空箱的气密性和延长达到所要求的真空度的时间，所以我们利用现成的抽真空口放控制线。如图2所示。
图2
图3
电热恒温鼓风干燥箱虽然自带鼓风机，但放入灌封件固化时因为灌封件对风道的阻挡使箱体内温度不均，有明显的梯度，实测个别点位温差15℃左右，有必要在设备上通过另加一路风道强制对流来均衡箱内温度，保证固化平衡有序的进行。如图3所示。
四、结论
通过新工艺的实际运用很好地处理了困扰环氧树脂灌封中的气泡难题，提高了用环氧树脂封装的电子产品的电气性能，使产品在外观和性能的合格率上了一个层次。更因混合料在边混合边脱泡时气泡很快被搅破抽走，平面只微微抬起，每次配料量可达搅拌桶容积的五分之四，减少了配料次数，大幅提高了生产效率，如图5所示。
参考文献
[1]陈平，刘胜平，王德中编著.环氧树脂及其应用[M].化学工业出版社，2011，6.
[2]中国电子学会电子制造与封装技术分会，电子封装技术丛书编辑委员会组织编写.电子封装工艺设备[M].化学工业出版社，2012.
[3]（美）H.阿德比利（Haleh Ardebili），（美）迈克尔·派克（Michael G.Pecht）著.孔学东，恩云飞，尧彬等翻译.电子封装技术与可靠性[M].化学工业出版社，2012.
[4]（美）Hal Greenhouse著.刘晓晖，王夏莲，李宏等翻译.电子封装的密封性[M].电子工业出版社，2011.
【关键词】电子产品;环氧树脂;封装;新工艺
电子产品封装中常用到一类材料——塑料，它一般可分为热塑性塑料和热固性塑料。环氧树脂是种合成树脂又称环氧低聚物，在成型过程中即有物理变化又有化学变化，材料冷却后再次加热时不会软化，为不可逆过程，是热固性塑料中应用较大的一种。
它种类繁多，可广泛用于汽车涂装，桥梁防腐，飞机机件粘接，电子设备元件封装甚至网球手柄，牙齿修复等等工业和民用品中。
环氧树脂之所以能有如此广泛用途，得益于它稳定的高强度、耐腐蚀等化学特性和物理特性。
一、现状与问题
环氧树脂在电子设备元件封装中主要起到密封保护、绝缘提升、防潮抗震、粘接固定、芯片保密等作用。其中最常见的工艺是环氧树脂与固化剂按一定的质量比进行配比混合的加热固化方式，期间经过溶胶、凝胶、固化三阶段，在材料内部由长链分子逐步生成密集的网状组织，各长链分子强有力键合。但其最终固化物的性能因受固化条件，如灌封设备、环境、温度、湿度、被灌件等诸多因素交织影响，即使配比准确，组成成份不变，灌封完成品仍存在质量波动幅度较大且不稳定的状况。
环氧树脂在灌封过程中绕不开两个节点即灌注和加热，需要的设备通常有自动灌注机和烘道，但因先期投资较大，后期使用和维护成本又较高，除中大型、连续生产企业外，更多企业还是采用普通的真空箱、干燥箱、搅拌机等简单设备手工灌注。
如何抑制环氧树脂中气泡的产生和对已有气泡的排除却是手工灌注的主要问题，它已成为许多厂家头痛和辣手的问题。因为一旦气泡被固化在产品的环氧树脂料中，气泡产生的空腔的介电常数远小于环氧树脂的介电常数，会降低产品的绝缘性能，浸水防潮性能，尤其对高压线包是致命的，因气隙使浸润不充分，引起内部匝间局部高压放电，水又是引起腐蚀并导致产品失效的污染物的载体，因而大大缩短其使用寿命。
二、灌封新工艺
1.气泡的来源
那么气泡从何而来？气泡通常有以下几个来源：
①环氧树脂，固化剂在制备时溶解于其中的气体;
②环氧树脂，固化剂存放时密封不严溶解于其中的潮气;
③环氧树脂，固化剂配比混合化学反应产生的气体;
④被灌封件电子设备元件如高压线包匝间空气、潮气;
⑤被灌封件外壳包裹材料细小的气隙;
⑥生产环境湿度大，水汽在生产中吸附在材料表面。
因此如何在简单设备下解决气泡问题，生产出符合要求的产品，工艺设计的前瞻性、周密性尤为重要，它可以避免批量不良品发生的几率。
2.通用工艺的缺憾
在实际的环氧树脂的手工灌封中尤其在电子设备元件等灌封中常常使用单组分的环氧树脂料和固化剂，即我们平时统称的A、B料，通过按一定质量配比混合灌封，其工艺过程不外乎两种：A、B料先混合——后脱泡——再灌封;A、B料先分别脱泡——后混合——再灌封，此两种工艺都存在脱泡不完全，不充分，混合料中包裹残留的气体较多，为了更多地真空脱去气泡只好人为延长脱泡时间，可这样明显致使混合料黏度增大，直接地影响料的流动性，进而影响后期的灌注，影响环氧树脂混合料对产品的浸渗，影响待灌件中气体的逸出，最终影响产品的电气性能。因为脱泡时间和混合料的流动性是一对矛盾体，如图1所示，在生产中要合理平衡好两者。
图1
通用工艺的另一缺憾是A、B料先混合后脱泡时混合料膨胀体积非常大，抬起的气泡料面往往是混合料本身料面的十多倍，真空脱泡时需要时不时对真空箱进气压泡，无形中延长了脱泡时间;同时，这样每次都不能配料太多，也制约了生产效率的提高。如图4所示。
3.新工艺的提出
既然通用工艺存在两大缺憾，那有没有更好的工艺可以解决缺憾，解决环氧树脂灌封中的气泡问题，通过摸索找到第三条路，新工艺流程：待封件预烘驱潮趁热灌，环氧料混合脱泡同时做，灌封真空再灌封的二次灌封，两段温区的溶胶到凝胶的固化的灌封新工艺，较好地解决了气泡产生的六大原因，在温度逐步提高固化过程中使气泡容易逸出料面，料对产品的渗透更加深入。其中关键点环氧料混合脱泡同时做即对环氧A、B料边混合边脱泡，使混合料在真空箱内一边混合反应一边抽走气泡，它有三大益处：混合充分均匀，脱泡快速干净，混合料黏性流动性兼顾，很好地平衡了脱泡时间和混合料的流动性这一对矛盾。
新工艺的执行，需要设备来保障，这就需要对现有设备改进。
三、设备的改进
ZK025型电热真空干燥箱、101型电热恒温鼓风干燥箱、2X-8型旋片式真空泵、VFM 5L搅拌机为四种较常见的用来灌封的设备，我们的改进主要针对电热真空干燥箱和电热恒温鼓风干燥箱。
电热真空干燥箱主要使用它的真空脱泡功能。为了达到边混合边脱泡的目的必须另放一路控制电路到箱体腔内，以便VFM 5L搅拌机能在腔内获电可控变速工作。若在箱体上另开一孔放控制线，会影响真空箱的气密性和延长达到所要求的真空度的时间，所以我们利用现成的抽真空口放控制线。如图2所示。
图2
图3
电热恒温鼓风干燥箱虽然自带鼓风机，但放入灌封件固化时因为灌封件对风道的阻挡使箱体内温度不均，有明显的梯度，实测个别点位温差15℃左右，有必要在设备上通过另加一路风道强制对流来均衡箱内温度，保证固化平衡有序的进行。如图3所示。
四、结论
通过新工艺的实际运用很好地处理了困扰环氧树脂灌封中的气泡难题，提高了用环氧树脂封装的电子产品的电气性能，使产品在外观和性能的合格率上了一个层次。更因混合料在边混合边脱泡时气泡很快被搅破抽走，平面只微微抬起，每次配料量可达搅拌桶容积的五分之四，减少了配料次数，大幅提高了生产效率，如图5所示。
参考文献
[1]陈平，刘胜平，王德中编著.环氧树脂及其应用[M].化学工业出版社，2011，6.
[2]中国电子学会电子制造与封装技术分会，电子封装技术丛书编辑委员会组织编写.电子封装工艺设备[M].化学工业出版社，2012.
[3]（美）H.阿德比利（Haleh Ardebili），（美）迈克尔·派克（Michael G.Pecht）著.孔学东，恩云飞，尧彬等翻译.电子封装技术与可靠性[M].化学工业出版社，2012.
[4]（美）Hal Greenhouse著.刘晓晖，王夏莲，李宏等翻译.电子封装的密封性[M].电子工业出版社，2011.