真空灌胶工艺在企业生产中的应用研究.docx

摘要真空灌封工艺技术是采用固体介质在未固化前，排除空气填充到元器件周围，达到加固和提高抗电强度的作川。电子产品密封后，隔绝空气，可以达到防水、防尘、防潮湿、防震动和防腐蚀等作用，使得电子元件在相对恶劣的环境中正常工作，所以目前灌封技术已在汽车电子、电气及电子工业、医药行业等得到广泛应用。真空潴胶特别适合高性能电子组件的生产要求。这一工艺也适川于在线式一体化生产，提供真空环境有效防止产品内部及表面产生气泡。此外，真空灌胶还适用于承受高强度负荷的组件、对安全性能要求较庙的组件，以及具有复杂几何形状的组件、带有凹门的或者狭窄的间隙。本文主要探讨J'真空灌胶技术在汽车门把手行业里的应用，共采川的是双组份材料，先进行物料搅拌工艺、然后真空脱泡，再进行真空灌胶的工艺，使得所生产出的产品基本没有气泡。通过材料的对比，设备的选型，产品的工艺和设计上进行分析，从而生产出确足客户需求的产品，得到广大客户的一致好评。关键词：真空灌胶：双组份：真空脱泡：气泡伴随着电子技术的发展，汽车电子产品工艺也在不断更新，电子封装技术发展迅猛，在电子封装技术领域曾经出现过两次武大的变革。第一次变革出现在20世纪70年代前半期，其特征是由针脚插入式安装技术(如DIP)过渡到四边扁平封装的表面贴装技术(如QFP);笫二次转变发生在20世纪90年代中期，共标志是焊球阵列.BGA型封装的出现，与此对应的表面贴装技术与半导体集成电路技术一起跨入21世纪。随着技术的发展，出现J'许多新的封装技术和封装形式，如芯片直接粘接、灌封式塑料焊球阵列(CD-PBGA)、倒装片塑料焊球阵列(FC-PBGA)、芯片尺寸封装(CSP)以及多芯片组件(MCM)等,在这些封装中，有相当一部分使用了液体环氧材料封装技术"。灌药，就是将液态环氧树脂复合物用机械或手工方式灌入装有电子元件、线路的器件内，在常温或加热条件下同化成为性能优异的热同性高分子绝修材料2。目前灌胶设备正如南后春界一样在国内遍地开花，各生产厂家技术良莠不齐，其与国外技术的主要差异为：国内设备开发技术开始较晚，目前还处于设备模仿阶段：国内设备的出胶精度不够；设备生产理念不同，一些细节还没有被完全掌握。由于灌胶机的应用在国内起步比较晚，目前采用的技术也是从国外学习引进而来，所以技术之间的差距还是很大的。第1章真空灌胶的方案制定在项目初期，需要明确几件事：灌胶材料的选择：灌胶工艺的选择；项目预算；设备选型等，这些要求对项目是否能够顺利进行尤为重要。1.1 灌胶材料选择在电子电气行业，多数采用双组份材料，乂叫AB胶。A胶作为主剂，大致可分为：环氧树脂(EPOXy)、聚氨脂(PO1.yurCthanC)和硅胶(SiIiCone户：B胶为固化剂。设备的操作方法基本相同，但是聚氨酶具有较好的粘结性、绝缘性、耐候性等特点，可以广泛运用到各种电子电器设备的封装上。而环氧树脂一般由双酚环氧树脂、固化剂、助剂、填料等组成，室温固化时间较长，固化后粘接强度大，且硬度也比较大，多用于封装电器模块和：极管等，但聚氨脂具有更好的耐候性能，高低温下不易开裂，按照1SO527-2标准，其延伸性一般可达到130%。聚氨脂和环氧树脂都具有抗拉伸性好、不龟裂、不脱落等性能；都具有耐强酸、碱、盐及各种油类物质腐蚀等性能；都具有防尘、防水、表面耐磨损、耐重压、抗冲击等性能：但是环氧树脂最大的弱点是怕强紫外线照射，在强的紫外线照射下会发生黄变，而聚氨脂在耐候性方面改良了很多，尤其是黄变的时间长了很多，多用于室外条件下5综上所述，F1.前我司使用的是某国外品牌的聚氨脂，这种材料流动性好，粘度低(1.800-2.20()nPas),其凝固时间为室温20分钟，72小时后完全固化，完全固化后其硬度为ShOreA2530,而且其表面绝缘性好，室温条件下可达到3*10,C,固化后收缩率是0.6必吸水率低至0.2%,按照1S0527-2标准,其固化后延伸性可达到140%,这种材料完全符合对电子把手进行封装。1.2 灌胶工艺选择根据所处行业的不同，需要选择不同的灌胶工艺，对于量小的产品，可以手工灌封，但是对于我司的汽车产品的电子门把手来说，其要求精度高，密封性好，一次加工合格率要求高，此外，本着对客户负责的态度，我司严要求，高标准，我们自行决定：把手内部PCBA周围不能产生气泡，避免由于空气造成电子元器件的老化、第化、腐蚀，这样对我们的工艺要求非常高，同时顾及到材料的处理问题，工艺规范的不同要求，所以我们选用了真空灌胶技术。在汽车电子行业，一般业内默认的气泡要求分为四个等级，如表1所示。等级中2mm到3m大3m-到4mm>Iam很大表1汽车行业的气泡要求等级而根据产品的不同、PCBA元件所处的位置及其它特性，产品一般情况会被再次分区域。就拿我们的产品汽车门把手来说，会被分为五个部分：按钮区、把手前段、把手中部、把手后段及把手尾部。这五个部分中，按钮区及把手中部尤为重要。如图1所示。图1汽车门把手在把手的第一分区中：由于产品堵头是塑料加玻纤材料6,而灌胶材料是聚氨脂，这两种材料间会存在着材料互斥性，如果采用传统工艺，在两种材料的结合处势必会有气泡，当客户在洗车、下雨等天气时，水气会从把手缝隙处进入把手内部，而车辆乂时时处于工作状态，PCB本身也自带电,所以材料本身又形成电解质材料，当时间足够长时，材料本身会被腐蚀，水气会使PCB上的电潺元件损坏，致使把手失去功能。而对于第三分区来说，如果PCB周围的气泡足够大，由于热胀冷缩，气泡和聚氨脂的收缩率不同，气泡会挤压PCB上的元器件而使其损坏7。对于大多数电子产品来说，不可避免地,有些PCB的结构更杂，谶股材料无法顺利流到PCB的底部,同时其底部的气体也不容易被排出，一般会采用以下几种方法进行避免：a）控制胶体的流速：可以采用多段流速法进行控制，对于PCB结构简单的那一段采用快速流动，以节约生产时间：而对于PCB结构较更杂的那一段采用较慢的速度进行注胶，这样也有利于气泡的排出：b）控制环境压力：可以采川多段压力法进行控制。一般有两种方式进行控制：增加环境内部压力，胶体进行加压，增加胶体的流动速度；减小环境内部压力，突然减压法使得胶体利用自身的重力进行流动；C）对材料本身的粘度进行确认：可以采用低粘度的材料进行注股，这样流动性会更好，更有利于注股。此外，注股环境对其本身的影响也很大,这就需要对整体的工作环境进行控制，整台注胶机要存放在恒温恒湿的环境中进行，一般其温度要求是1825C之间，湿度要求是35%-70%,一般来说，在港胶行业会采用三种泵出形式：齿轮泵、螺杆泵和活塞泵（图2）。齿轮泵的特点是：材料的出胶率取决于齿轮的特点及转动速度：适用于高粘度、无磨损性颗粒及单组份材料,尤其是出股量比较大的材料更为适用，但其弊端是齿轮根部容易堆枳颗粒。螺杆泵的特点是：材料的出胶率取决于螺杆的转速，适用于高粘度、有摩损性颗粒的埴组份材料，可进行连续或脉动式出胶功能。活塞泵的特点是：材料的出胶量取决于活塞的尺寸，可适用于不同的粘度，尤其适川于届腐蚀性材料，同时具有出胶量可精确控制等图2三种泵的泵出形式鉴于以上特点，此真空浦胶设备采用柱塞泵技术，具有对胶水要求低、适用性广的特点，它解决广齿轮泵由于胶水加添加剂后磨损太大，寻致泵体使用寿命大幅度降低的弊端：而且采用的是双缸式，保证了濯胶的连续性，并且使用的是静密封，大大提高了使用寿命。在本项目中我们采用两个活塞环，这两个活塞环的直径是按照两种材料的比例计算得出的，在两个活塞环上增加一个伺服电机机构来控制其行程，达到控制两种材料出胶比例，在本项目中，我们对此做了设备的能力评估，共CMK可达到1.78,完全湎足生产需要，如下图3所示。M.QA071»4图3设备能力表同时，还要求设备要配备材料加热装置，并且A股桶要备有搅拌装置，以防止胶水沉淀。一般来说，胶体的流动性和温度成正比例关系，但也带来一个弊端，其凝固时间会变短，这就需要平衡两者之间的关系。根据自己的产品选择合理的参数进行设置，以达到满足房产的需求。此外，灌胶所采用的夹具也很重要，拿我们这种类似产品来说，一般分为：倒灌法、敞开式灌胶法、固定角度法等方式,倒灌法是指胶水从产品底部注入，采用外界动力把胶水泵出，胶水逐步流入产品内，让胶水把产品内部原有的空气排出，当然依据产品的不同，倒灌法又分为静止法和动态法两种，其目的都是把产品内部的空气尽可能的排出去。敞开法相对来说比较简单，是指在产品静止的情况下，在大气中完成灌胶，使胶水均匀的流到产品的每个角落，敞开法也可以分为单点注入法或多点注入法，要根据产品的复杂程度来定义。固定角度法是指把产品固定在夹具上，使胶水从一端缓慢注入，这种方法最揖要的一点就是要考虑产品内部空气的流向，所以在设计产品时要注意有排气孔。对于我们这种产品来说，由于产品本身的结构特点，胶水只能从产品单恻注入，而且结构上又不允许有排气孔，为此我们分别进行倒灌法及真空灌胶法试验，其中倒濯法乂分别做了三个角度来试验（图4）。45,t90*135,图4倒灌法角度定义经过大量试验（请参见图5）:倒灌法的气泡最大直径是3.7mm.而且数坦也很多：而真空法的气泡直径一般不大于055mm,而且有90%以上的产品直接是零气泡!证明我们只能采用真空固定角度法来完成灌胶.743d,7H图5电子把手剖视图真空灌胶技术是在普通灌胶技术上的次技术革新，除广拥为普通灌胶机的出胶精度稳定、混合比率恒定不变外，由于真空灌胶是在一个密闭的环境中完成的，所以从始至终其不受材料粘度、环境温度、系统压力等变化影响，始终保持在一个高标准条件下进行生产工作，更加有利于保证产品质量，同时又杜绝了材料在空气中的吸水性&可以达到防水、防尘、防潮湿、防箧动和防腐蚀等作用，使得电子元件在相对恶劣的环境中可以正常工作1.3 设备型号选择根据资金的预算和设备功能的需求，我司选择了某国外品牌的一种简易型号灌胶机.整合我司优势资源，使得这项真空都胶技术能更好的发展。本台设备具有多重过滤系统，胶水从胶桶到胶头，采用多重过潴，防止胶桶内进入杂质导致泵体损坏：设备清洗，我们采用的是静态混合方式：整体设备采用股体分装方式，只在出胶头处混合。零件加工完成后，只需更换混合管，所以其整体结构简单、更换方便、实用成本小，可以连续工作，适合进行翻班生产，杜绝了动态混合一段时间后必须停机清洗保养机器喷头的弊端。而且，整体设备最好要配备A、B料液位报警功能及压力报警功能，可以及时防止断胶现象出现，尤其是固化剂的监测功能，预防固化剂断胶而出现的胶水不干问题。为r满足安全生产要求，设备必须限备紧急按钮。真空灌胶设备里还有一个最重要的环节：真空箱。它是零件的加工场所，除了保证正常的密封功能外,还要保证箱了要足够大，以满足更多零件抽完真空后被-次性加工，保证生产节拍可以满足出货需求。同时还要注意整个箱子是否符合人机工程学，方便操作，是否有观察窗，可以监控生产的状况，箱子里是否有足够的照明，上下料是否方便，零件在X、Y、Z三轴方向上的移动便捷性。正确操作设备，也是保证良好产品的前提条件，安全操作如下：a、灌胶前1、电源气源：接上220V电源，0.5MPA气源：2、胶水储量：查看AB储料梯要有足够的胶水：3、阀门状态：储料撵卜燥阀（装有卜燥剂）需要打开，底下出料阀需要打开，预留抽真空阀门关闭；测试吐胶阀门，看阀门是否灵活；4、加热搅拌：如需要加热，一般不要加热A料，直接加热B料即可，加热的时候必须打开搅拌：5、测试：D测试吐胶阀门，看阀门是否灵活；2）测量AB胶的出胶比例，是否为规定的比例，并做好记录：b、灌胶中1、混合后的胶水：1）外观：混合好的胶水应该是均匀一致的；2）重量：单次吐胶总量应该-致。注：若出现明显不均匀或重遢不啜若出现明显不均匀或重量不一致若出现明显不均匀或揖量不