空調PCBA元器件新型固定膠的選擇

廖聲禮

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

電子元件是電子電路中的基本元素，是將振蕩器、電阻、電容、晶體管、二極管等以焊接的方式連接到PCB上組成集成電路。焊點是剛性的，在振動情況下易造成焊點松動，導致電拉弧、短路、信號干擾等現象，嚴重的甚至可直接導致集成電路破壞。為了保持電子元件運作的穩定性，特別是體積比較大的組件（如大電容、變壓器等），防止運輸和使用過程中由于振動引起的電子元件節點松動，需要通過電子粘接固定膠對大型電容、電阻、電感等各種電子元器件進行固定及焊接處輔助補強，以防止因振動或其他外力沖擊而產生的焊點撕裂或連接點的撕裂，以及其他內應力損傷，從而提高其電絕緣性能，把受到環境等因素的影響控制到最低。

通過對國際及國內很多電子企業PCBA使用的粘結固定膠進行了解，其主要使用有機硅材質的粘結固定膠，并廣泛應用。有機硅粘結固定膠具有硬度低，富有彈性，且粘結強度大等一系列優勢。

2 粘結固定膠的選擇及試驗方案

2.1 材料選擇

選擇的新型粘結固定膠應滿足型號產品使用要求，即介電損耗因數、體積電阻率、阻燃性、絕緣性能、絕緣強度、抗熱沖擊能力、抗水解穩定能力、抗老化能力等應滿足型號產品使用要求。新型固定膠還應具有使用方便、附著力強、環保等性能。選取國內外電子產品廣泛使用的6種最新粘結固定膠作為研究對象。具體型號為：國產HT1#，進口TS2#，進口TS3#，進口MT4#，進口MT5#和進口XY6#。

2.2 試驗方案的制定

根據型號產品使用要求，使用工藝試驗印制板，用噴槍噴涂方法對6種材料進行涂覆，試驗的項目如下：

（1）元器件固定膠的表干時間試驗；

（2）粘結強度性能測試；

（3）與接觸輔料兼容性潮態試驗；

（4）整機振動試驗；

（5）高低溫循環試驗；

（6）焊接應力試驗。

3 試驗過程

3.1 粘結固定膠的表干時間試驗

為不影響電子制造過程工序，希望盡可能縮短表干時間，對涂覆材料的表干及固化時間要求越短越好，因此涂覆材料的表干、固化時間是考核的指標之一。

3.1.1 表干時間試驗方法

選擇6塊試驗用印制板組件，將6種固定膠用噴槍均勻地涂覆在PCB板面上進行試驗，膠量覆蓋面積約為直徑16mm的圓形，可在PCB板確定打膠位置與圓形大小，如圖1所示。有兩種方案，第一，手指接觸法。使用秒表記錄表干時間，表干判定為用手指輕輕觸碰膠的表面，不出現粘手、拉絲現象。第二，靜電袋接觸法。使用秒表測試表干時間，表干判定為用靜電袋輕輕觸碰膠的表面，不出現粘靜電袋、拉絲現象。具體試驗數據如表1所示。

3.1.2 表干時間試驗結果比較

從表1可見，在粘接固定膠表干時間項目中，國產HT1#，進口TS2#和進口MT4#三種粘接固定膠指標都比較好，特別是進口MT4#，表干時間最短。三種粘接固定膠通過該項目試驗。

圖1 打膠操作示意圖

圖2 推力計測試示意圖

表1 粘結固定膠表干時間表

表2 固定膠的粘接強度

表3 固定膠對元器件的粘接強度

3.2 粘結強度性能測試

元器件需使用固定膠處理，粘接強度性能是重要的指標，需要考核固定膠的粘結強度，不能出現脫落或者松動等不良現象。

3.2.1 粘結強度性能測試方法

①PCB板上粘接強度測試。將硅膠涂在PCB板上，打膠覆蓋面積約為直徑16mm的圓形。固化48h后進行推拉力測試。使用推拉力計，如圖2所示。

②模擬生產實際情況，將粘接固定膠打在電解電容上，使用推拉力計進行測試。

③助焊劑上粘接強度測試。在PCB板上噴涂均勻助焊劑，助焊劑噴涂使用波峰焊流量25ml/min。助焊劑預熱烘干后，將硅膠涂在PCB板上，打膠覆蓋面積約為直徑16mm的圓形。固化48h后進行推拉力測試。使用推拉力計。

④涂覆材料上粘接強度測試。在PCB板上噴涂均勻涂覆材料，按工藝要求手刷2遍。涂覆材料干固后，將硅膠涂在PCB板上，打膠覆蓋面積約為直徑16mm的圓形。固化48h后進行推拉力測試。使用推拉力計。

3.2.2 粘接強度性能測試結果比較

將粘接膠固定在PCB板、助焊劑涂敷、三防膠涂敷面，保證有效粘接面積約為直徑16mm的圓形。膠固化后使用推力計測試粘接強度，數據如表2所示。

將粘接膠、熱熔膠固定在大電解電容、小元件上，使用半自動打膠設備定量打膠，元件不焊接，對比不同型號粘接力大小，數據如表3所示。

圖3 與接觸輔料兼容性潮態試驗后圖片

圖4 溫度循環試驗后圖片

圖5 焊接應力測試代表性圖片

3.3 與接觸輔料兼容性潮態試驗

由于電子產品的可靠性要求高，需要考核粘結固定膠與各個接觸輔料的兼容性，即與各種接觸輔料不能存在腐蝕現象。

3.3.1 與接觸輔料兼容性潮態試驗方法

分別將不同粘接膠樣品打到不同的梳形板上，做好標識。待表干后分別使用助焊劑、清洗劑噴灑在粘接膠與銅面表面，放置2天后待其完全固化。將所有樣品放入恒溫恒濕箱內，將溫濕度均設定為85%，保持運行128h，取出后將粘接膠與梳形板表面進行觀察，并將粘接膠刮除后底部銅面與外部銅面對比觀察。

3.3.2 與接觸輔料兼容性潮態試驗結果

通過評估，六種粘接固定膠均能通過此項目試驗，代表性圖片如圖3所示。

表4 整機振動測試結果

表5 粘接固定膠材料性能綜合考查表

3.4 高低溫循環試驗

考慮產品使用情況，加嚴考核粘結固定膠的耐高低溫、抗老化濕熱能力，不能出現膠開裂，脫落現象。

3.4.1 高低溫循環試驗方法

把粘接膠涂在P C B板上自然完全固化后；在-40℃～120℃的溫度條件下各放置30min為1次循環，切換時間為2～3min，循環240次；試驗結束后取出，常溫放置96h，要求試驗后樣品表面外觀不能出現開裂、粉化、脆化、變黃。

3.4.2 高低溫循環試驗結果

通過評估，六種粘接固定膠均能通過此項目試驗。代表性圖片如圖4所示。

3.5 整機振動試驗

根據產品的使用要求，制定了試驗印制板的整機振動試驗條件項目及試驗條件。不能出現膠開裂，脫落現象。

3.5.1 整機振動試驗方法

將粘接固定膠涂在需要固定的電容上，按照上述3.4.1小節進行高低溫循環試驗后，再進行振動試驗，要求：（1）PCB固定在振動臺上；（2）頻率：10Hz～55Hz；（3）振幅：1mm；（4）振動方向：上下、左右、前后各振動2h。

3.5.2 整機振動試驗結果

整機振動測試結果如表4所示。

3.6 焊接應力試驗

考慮粘結固定膠的適應性能。

3.6.1 焊接應力試驗方法

取三極管物料，正常波峰焊工藝焊接于PCB板上，將粘接膠打在器件引腳與PCB板上，使粘接膠完全覆蓋器件引腳，-40℃環境中放置30min，并立馬切換到80℃環境中維持30min，一個循環時間1h，循環240次；完成試驗后，觀察焊點情況，不能出現焊點脫焊等異?，F象。

3.6.2 焊接應力試驗結果

經過溫循的板，均未發現焊點脫焊異常，代表性圖片如圖5所示。

4 試驗結論

根據6種材料進行6種試驗結果考查，從材料性能角度考慮，綜合性能考查結果如表5所示。

由表5可見，能滿足產品使用要求且環保的PCBA粘接固定膠為進口TS2#和進口MT4#，其表干時間短，粘接強度大，高低溫循環試驗和整機振動試驗未出現開裂和脫落現象，對焊點無影響。

5 結論

本文對電子行業環保粘接固定膠進行了性能對比，發現進口TS2#和進口MT4#兩種材料性能優異，固化時間迅速，粘結強度大，可靠性（振動、高低溫循環和焊接應力試驗）高，可以在空調電子產品上使用，國產HT1#也比較優異，僅粘接力稍差；進口TS3#、進口MT5#和進口XY6#性能無優勢，特別是表干時間長，不推薦用于快節奏生產制造工藝。