灌封技術在宇航電子產品中的應用

陳雅容張昧藏胡 輝

1.北京衛星制造廠；2.北華航天工業學院

灌封技術在宇航電子產品中的應用

陳雅容1張昧藏2胡 輝2

1.北京衛星制造廠；2.北華航天工業學院

概述了灌封技術在宇航電子產品中的應用，主要包括：灌封技術的發展現狀，各標準對灌封工藝的規定；灌封對象與材料的選擇；灌封的工藝方法以及灌封應該注意的問題。

概述

灌封：將液態復合物用機械或手工方式灌入裝有電子元件、線路的器件內，在常溫或加熱條件下固化成為性能優異的熱固性高分子絕緣材料。它的作用是強化電子器件的整體性，提高對外來沖擊、震動的抵抗力；提高內部元件、線路間絕緣，對于器件的輕量化、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成電子器件的各部分元件借助灌封材料，按規定要求進行合理的布置、組裝、連接、密封和保護等而實施的一種操作工藝，以防止水分、塵埃及有害氣體對電子元器件的侵入，減緩振動，防止外力損傷并穩定電子元器件的各種參數， 從而加固電子產品和提高其抗電強度，強化宇航電子產品的整體性。經常對衛星、飛船、艦船艙外的電路板進行灌封，目的是為了防止濕氣、凝露、鹽霧對電路的腐蝕；同時為了提高空間環境下的電子設備的三防性能，要求對所有的變壓器、阻流圈進行灌封、裹覆、包封或封端；此外為了保證機載、航天電子設備抗震能力，某些電路板要固體封裝或局部加固封裝；為了防止焊點腐蝕或受力折斷，某些電纜插頭座要灌封。

灌封技術的發展現狀

隨著電子產品在宇航領域中廣泛地應用，電子產品抵抗各種復雜、惡劣的地理、氣候、空間輻照、高低溫等的防護性能，已經成為衡量其產品性能、技術水平的重要指標。由于灌封技術具有良好的絕緣、防震和隔離作用。可以將外界因素的不良影響降低到最低，所以在電子產品的防護，尤其是高壓大功率元器件、組件的防護起著越來越重要的作用。目前對環氧膠、硅橡膠、聚氨酯灌封材料與工藝進行了研究，2004年，金曉潔等人已經用有機硅材料對某所某雷達初樣、正樣兩套產品發射機高壓電源組件進行了灌封防護及敷型裹覆，其絕緣、防護和導熱性能，通過隨整機的試驗及實際使用情況證明，完全滿足產品要求，從未發生一起事故，極具可靠性，保障了系統的正常工作。宋寧等對某型號彈上電纜網灌封工藝研究。2009年，佟文清等對某雷達發射機進行了高壓絕緣灌注工藝技術研究。

各標準對灌封技術的要求

國內航天標準、NASA、IPC、美軍標分別對灌封使用的材料，輔助材料、工具與設備、環境、人員、灌封前準備、熱縮套管處理、質量保證等進行了一系列的規定和解釋，說明了無尾罩灌封的模具設計尺寸，低壓注塑產品的樣品外形、外表s面應達到的效果，并且規定了灌封的詳細流程。

灌封對象與材料的選擇

編寫宇航電子產品灌封工藝文件，需要考慮灌封對象。對于宇航電子產品的設計圖紙或技術條件都有要求需要灌封；如需要安裝在惡劣環境下的電子產品；產品在艙外或在空間環境工作部件的連接器和電路板；為了提高電子產品的抗沖擊、振動性能，為了加強焊接點的強度和三防性能，增強機械強度，防止受力不均導致斷裂，從而保證宇航電子產品的可靠性。

我們對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低且穩定，ρV和ρS值高，時間久了，會有所下降，但是不可以小于5×109Ω，擊穿電壓高，受潮后不能少于10 kv/一（測試樣板厚度為2mm時）。

（2）物理化學性能要求導熱性能良好，對高壓變壓器，灌封材料導熱系數應≥O.4 w/（m·K）；線脹系數低，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，放熱峰要平穩。

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

一般來說，宇航電子產品灌封材料有3大類：環氧樹脂、有機硅橡膠、聚氨酯類。環氧灌封材料絕緣性好，但質地脆，在高低溫實驗后易產生微裂紋。有機硅灌封材料電阻高，但和被粘物粘接強度低，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，廣泛應用于密封件、澆注件制備，以及電子產品如電路板、電子元件、插頭座的灌封，同時可作為膠粘劑和涂料使用。宇航電子產品對灌封材料的技術要求是：具有良好的粘接性；粘度低，流動性好；最好室溫固化，可提高工作效率，還可以保護電子元件；固化時間充足，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。

灌封工藝及應該注意的問題

灌封工藝

灌封工藝按宇航電子產品分為一般灌封、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品的灌封質量，根據其各種性能，編制相適應的可行性典型工藝規程，并嚴格按工藝規程操作。

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

灌封工藝應注意的問題

宇航電子產品灌封工藝存在的問題。

模具的設計：由于灌封膠料大多易流動，粘接性好，但是價格高，為了防止膠料四處亂流，造成膠料的浪費和環境的污染，對灌封工藝用的模具設計是關鍵技術，但由于灌封組件的多樣性，很難設計統一結構形式的模具。一般設計模具應做到：

（1）可簡易組裝，拆卸方便；

（2）設計好注膠口，防止膠液漫流；

（3）支撐底面平整，固化效果良好；

（4）灌封時可控性強。

（5）模具尺寸與角度參考NASA標準。

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節，常用無水乙醇、汽油、丙酮或二甲苯清洗三遍，尤其是焊點和元器件的間隙，務必得重點清洗，目的是防止引起催化劑中毒。

長期以來，關于灌封技術氣泡缺陷的討論在業內一直是個敏感問題，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、機械性能等，嚴重威脅電纜組件的可靠性。在振動、腐蝕、潮濕、劇烈的溫度變化等惡劣環境下，無論是灌封膠的內應力，還是外界應力作用，都極其可能導致氣泡集中，最后出現氣泡破裂，甚至灌封表面出現裂紋、空洞等，無疑會造成電纜組件絕緣性、密閉性、可靠性的損傷。

然而灌封固化后會存在氣泡缺陷，而且氣泡常存在宇航電子產品的復雜狹窄的間隙處，但是一般的檢測設備和方法是很難檢測出細小的氣泡存在，通常都是等調試測試甚至真正工作的時候發生故障和事故時才意識到氣泡的嚴重危害性。

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標準中規定對于雙組份灌封膠禁止采用離心機對其進行除氣泡。因為雙組份灌封膠的兩種成分密度不同，離心脫泡會使其分離，導致固化失敗。高華、洪彬、陳銀桂對真空脫泡工藝進行了研究。

結語

實踐證明，灌封技術在宇航電子產品的生產與制造中對其起到了防震動、防潮、防霉菌、防鹽霧的作用，提高了宇航電子產品在復雜和惡劣環境下的可靠性，進一步保障了宇航電子產品的質量。隨著我國航天事業的快速發展，宇航電子產品出現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，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該與時俱進，以更好地服務宇航電子產品，保障宇航電子產品的高可靠性。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.002