一、灌封的定义
灌封，或称灌胶，是一种工艺过程。在此过程中，聚氨酯灌封胶、有机硅灌封胶或环氧树脂灌封胶被设备或手工注入到包含电子元件和线路的器件内部。随后，这些胶体在常温或加热条件下发生固化，转变为具有出色性能的热固性高分子绝缘材料。此举旨在实现粘接、密封、灌封以及涂敷保护等多重目的。
二、灌封的关键作用
灌封的核心作用体现在以下几方面：首先，它能够增强电子器件的整体性，从而提升其对外部冲击和震动的抵御能力；其次，灌封能有效提高内部元件与线路之间的绝缘性，促进器件向小型化、轻量化发展；再者，这一工艺避免了元件和线路的直接暴露，进而改善了器件的防水、防尘和防潮性能；最后，灌封还具备传热导热的重要功能。
三、关于三种灌封胶的优劣势
接下来，我们将深入探讨环氧树脂灌封胶等三种灌封胶的各自特点。
环氧树脂灌封胶，以其硬性特性著称，固化后坚硬如石，难以拆卸，为器件提供了出色的保密功能。其耐温范围广泛，普通型号可耐100℃左右的高温，而加温固化型号更能抵御150℃以上的温度，甚至有部分产品能耐300℃以上的高温。此外，它还具备固定、绝缘、防水、防油、防尘、防冷热冲击等多重特性，为电子元器件提供全方位保护。常见的环氧灌封胶类型包括阻燃型、导热型、低粘度型和耐高温型等，以满足不同的应用需求。
然而，环氧树脂灌封胶也存在一些不足。例如，其抗冷热变化能力相对较弱，受到冷热冲击后容易产生裂缝，从而影响防潮性能。同时，固化后的胶体硬度较高且较脆，有时可能会拉伤电子元器件。另外，由于灌封后无法打开，其修复性也相对较差。
尽管如此，环氧树脂灌封胶在中小型电子元器件的灌封中仍有着广泛的应用。其良好的渗透性使得它特别适合灌封常温条件下的电子元器件，如汽车、摩托车点火器、LED驱动电源等。同时，它还能提供出色的保密、绝缘和防潮（水）功能，确保电子元器件的稳定性和可靠性。
有机硅电子灌封胶，固化后呈现软性且富有弹性，简称为软胶。这种灌封胶的粘接力虽不及环氧树脂灌封胶，但具备出色的修复能力。其颜色可根据需求灵活调整，无论是透明、非透明还是带有特定颜色，均可轻松实现。双组份有机硅灌封胶尤为常见，主要分为缩合型和加成型两类。缩合型灌封胶在固化过程中可能产生挥发性低分子物质，并伴有一定程度的收缩；而加成型灌封胶，又称硅凝胶，其收缩率极小，且固化时不产生挥发物，可实现快速加热固化。
此外，有机硅电子灌封胶还具备诸多优点。它抗老化能力强，耐候性好，且抗冲击能力卓越。该灌封胶能在宽广的工作温度范围内使用，从-60℃到200℃都能保持弹性而不开裂，甚至能在250℃下长期使用。其加温固化型产品更是耐温更高，电气性能和绝缘能力也更为优异，可耐压10000V以上。灌封后，它能有效提高内部元件和线路之间的绝缘性，从而增强电子元器件的使用稳定性。值得一提的是，该灌封胶对电子元器件无腐蚀性，且固化反应中不产生副产物。它还具有优异的返修能力，能便捷地将密封后的元器件取出进行修理和更换。
然而，有机硅电子灌封胶也存在一定的不足，主要是价格相对较高且附着力有待提升。尽管如此，它在恶劣环境下工作的电子元器件灌封领域具有显著的优势。它能对敏感电路或电子元器件提供长期的保护，无论电子模块和装置的结构和形状如何复杂，都能提供有效且持久的保护。此外，其稳定的介电绝缘性能使其成为防止环境污染的有效屏障。固化后形成的柔软弹性体能够在较大的温度和湿度范围内消除冲击和震动产生的应力。同时，它还能在各种工作环境下保持原有的物理和电学性能，抵抗臭氧和紫外线的降解，展现出良好的化学稳定性。
灌封完成后，有机硅电子灌封胶易于清理拆除，从而为电子元器件的修复提供了便利。在需要修复的部位，可以轻松地重新注入新的灌封胶，以确保电子元器件的完好性。接下来，我们将介绍另一种灌封胶——聚氨脂灌封胶。
聚氨酯灌封胶，又被称为PU灌封胶，其固化后的特性为软性且富有弹性，因此被称为软胶。这种灌封胶的粘接性位于环氧与有机硅之间，耐温范围一般不超过100℃。值得注意的是，灌封过程中需在真空条件下进行，以避免气泡的产生。
聚氨酯灌封胶的优点包括出色的耐低温性能、卓越的防震效果，以及适中的硬度、强度和弹性。此外，它还具有耐水、防霉菌、防震和透明等特性，同时展现出优良的电绝缘性和难燃性。该灌封胶对电器元件无腐蚀作用，并能与多种金属以及橡胶、塑料、木质等材料良好粘接。
然而，聚氨酯灌封胶也存在一些不足，如耐高温性能相对较差，固化后的胶体表面不平滑且韧性不足。同时，其抗老化和抗紫外线的能力也较弱，胶体容易发生变色。
聚氨酯灌封胶适用于灌封发热量不高的室内电器元件。它能有效保护安装和调试好的电子元件，使其免受震动、腐蚀、潮湿和灰尘的影响。因此，聚氨酯灌封胶是电子、电器零件防湿、防腐蚀处理的理想选择。
在选择灌封材料时，需要考虑多个因素。首先，要明确灌封后所需达到的性能要求，如使用温度范围、元器件承受的内应力情况等。其次，要了解灌封工艺的具体要求，如手动或自动灌封、室温或加温固化等。最后，成本也是一个重要的考量因素，需要综合考虑灌封材料的售价和实际使用成本。
此外，根据不同的功能需求和材料类型，灌封胶可以分为多种类型。例如，导热灌封胶适用于需要散热的元器件；粘接灌封胶则具有强大的粘接能力；而防水灌封胶则能提供出色的防水效果。在选择时，可以根据具体的应用场景和需求来挑选合适的灌封胶类型。
环氧树脂灌封胶在电子工业中有着广泛的应用，其固化条件和技术要求因应用场景而异。从固化方式来看，环氧树脂灌封胶可分为常温固化和加热固化两类；而从剂型上则可分为双组分和单组分。常温固化环氧灌封胶因其便捷性和广泛适用性而受到青睐，但其在耐热性和电性能方面相对较弱，因此更适用于低压电子器件的灌封。
灌封工艺是确保灌封产品质量的关键环节。根据产品设计、元件选择和组装方式的不同，灌封工艺也会有所差异。常见的环氧灌封工艺包括常态灌封和真空灌封。对于高压电子器件的灌封，通常采用真空灌封工艺，以确保胶液能够充分浸渗并排除气泡。
在操作方法上，双组份缩合型电子灌封胶需要按照一定比例搅拌并脱泡后灌注，而加成型电子灌封胶则需在1:1或10:1的比例下进行混合和灌注。此外，机械真空灌封工艺还包括A、B组分先混合脱泡后灌封和先分别脱泡后混合灌封两种情况，具体操作需根据产品要求进行选择。
在灌封过程中，需要注意控制操作时间以确保流平效果，同时选择适当的固化条件以促进胶料的完全固化。对于不同的季节和温度条件，固化时间也会有所差异，因此在实际操作中需灵活调整以确保产品质量。
（3）操作要点与注意事项：
a、在开始灌封前，必须彻底清洁被灌封产品的表面。
b、在称量前，要确保A、B组份已充分搅拌均匀，使底部的颜料（或填料）能够均匀分散到胶液中。
c、底涂与胶料应分别使用，底涂干燥后，再进行灌封操作。
d、胶料的固化速度会受到温度的影响，低温环境下固化速度会减慢。
此外，机械真空灌封虽然设备投资和维护费用较高，但在产品的一致性和可靠性方面明显优于手工真空灌封工艺。无论采用何种灌封方式，都必须严格遵守设定的工艺条件，以确保产品质量。
六、灌封产品常见问题及原因分析
（1）局部放电、线间打火或击穿问题
电视机、显示器输出变压器，以及汽车、摩托车点火器等高压电子产品，在灌封工艺不当的情况下，可能会出现局部放电、线间打火或击穿的问题。这主要是因为高压线圈线径细小，灌封料未能完全浸透匝间，导致线圈匝间存在空隙。这些空隙在交变高压条件下会产生不均匀电场，引发局部放电，进而导致材料老化分解和绝缘破坏。
从工艺角度分析，造成线间空隙的原因主要有两点：一是灌封时的真空度不够高，无法完全排除间的空气，使材料无法充分浸渗；二是灌封前胶水或产品的预热温度不够，黏度不能迅速降低，从而影响浸渗效果。此外，对于手工灌封或先混合脱泡后真空灌封工艺，物料混合脱泡温度过高、作业时间过长或超过物料适用期，以及灌封后产品未及时进入加热固化程序，都会造成物料黏度增大，进而影响对线圈的浸渗。
为解决这些问题，操作上需注意以下几点：首先，要确保灌封料复合物保持在给定的温度范围内，并在适用期内使用完毕；其次，灌封前产品需加热到规定温度，灌封完毕后应及时进入加热固化程序；最后，要确保灌封真空度符合技术规范要求。
（2）灌封件表面缩孔、局部凹陷、开裂问题
在灌封料的加热固化过程中，会发生两种类型的收缩：一是化学收缩，即在液态至固态的相变过程中发生的；二是物理收缩，主要由于降温过程引起。值得注意的是，固化过程中的化学变化收缩包含两个阶段：首先是灌封后加热化学交联反应开始至微观网状结构初步形成阶段，我们称之为凝胶预固化收缩；随后是从凝胶到完全固化阶段，称为后固化收缩。这两个阶段的收缩量存在显著差异。在前者，液态转变成网状结构的过程中，物理状态发生突变，反应基团消耗量大，体积收缩量亦高于后者。
若灌封产品采用一次性高温固化，由于凝胶预固化和后固化阶段过于接近，可能导致过高的放热峰，从而损坏元件，并产生巨大的内应力，导致产品内部和外观的缺损。因此，在灌封料配方设计和固化工艺制定时，必须仔细考虑灌封料的固化速度与固化条件的匹配。
通常的做法是依照灌封料的性质和用途，在不同温区分段进行固化。这样，在凝胶预固化温区段，灌封料的固化反应可以缓慢进行，反应热逐渐释放，物料黏度增加和体积收缩保持平缓。此阶段物料处于流态，体积收缩表现为液面下降，直至凝胶，从而完全消除该阶段体积收缩的内应力。从凝胶预固化到后固化阶段的升温过程也应该是平缓的，以确保固化完毕后，灌封件能随加热设备同步缓慢降温，从而多方面调节产品内应力的分布状况，避免产品表面产生缩孔、凹陷甚至开裂的问题。
此外，在制定灌封料的固化条件时，还需综合考虑灌封产品内封埋元件的排布、饱满程度以及产品的大小、形状和单只灌封量等因素。
对单只灌封量较大而封埋元件较少的情形，适当降低凝胶预固化温度并延长固化时间是必要的。此外，固化物表面不良或局部不固化的问题也常与固化工艺相关。可能的原因包括计量或混合装置故障、生产操作失误、A组分长时间存放导致的沉淀、B组分长时间敞口存放的吸湿失效，以及在高潮湿季节灌封件未能及时进入固化程序导致的物件表面吸湿。
综上所述，要获得优质的灌封产品，灌封及固化工艺的控制至关重要。同时，针对电子灌封胶可能出现的中毒不固化问题，使用加成型灌封胶时应避免与含磷、硫、氮的有机化合物接触，以防止中毒现象的发生。若不慎将电子灌封胶粘到物件上，可使用酒精、丙酮、白酒等硅胶清洗剂进行清洗。在冬季气温较低时，电子灌封胶的固化速度会变慢，此时可以通过提高固化温度来加速固化进程，例如将灌封好的产品放入25℃的烘箱中进行固化。
此外，在电子封装技术领域，环氧树脂灌封料及其工艺也经历了两次重大的变革。
第一次变革发生在20世纪70年代前半期，其显著特点是电子封装技术从针脚插入式安装（如DIP）转变为四边扁平封装的表面贴装技术（如QFP）。而到了20世纪90年代中期，随着焊球阵列、BGA型封装技术的出现，电子封装技术再次迎来重大变革，标志着表面贴装技术与半导体集成电路技术共同迈入了21世纪。
随着科技的不断进步，涌现出众多新的封装技术和形式，例如芯片直接粘接、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。在这些先进的封装技术中，液体环氧材料封装技术得到了广泛应用。灌封工艺，即将液态环氧树脂复合物注入装有电子元件和线路的器件内，通过常温或加热固化，形成性能卓越的热固性高分子绝缘材料，从而强化电子器件的整体性，提高其抗冲击和抗震能力，同时优化内部元件和线路间的绝缘性能，推动器件向小型化和轻量化发展。
此外，灌封料还需满足一系列严格的产品性能要求，包括性能稳定、适用期长、适合自动化生产等。在具体的半导体封装应用中，灌封料需与芯片、基板等材料直接接触，因此必须具备高纯度、低黏度、优异浸渗性以及良好的粘接性能等特点。同时，为了满足倒装芯片灌封的特殊需求，灌封料的黏度需极低，模量适中，以防产生过大的应力。此外，还需具备优异的电气性能、力学性能以及耐热性、难燃性等多重性能。
环氧树脂灌封料是由树脂、固化剂、增韧剂、填充剂等多组分组成的复杂体系。为了确保该体系的黏度、反应活性、使用期和放热量等方面的平衡，需要在配方设计、工艺控制和铸件尺寸结构等多个方面进行全面考虑。
在灌封料中，环氧树脂是关键成分之一。通常采用低分子液态双酚A型环氧树脂，因其黏度较低而环氧值高，适用于多种应用。然而，在倒装芯片的灌封中，由于芯片与基板间隙较小，要求液体封装料的黏度极低。因此，我们可能需要结合使用双酚F型环氧树脂、缩水甘油酯型树脂以及具有出色耐热、电绝缘性和耐候性的树脂环族环氧化物，以满足产品性能要求。
固化剂也是灌封料配方中的关键成分，其结构对固化物的性能有显著影响。室温固化时，我们常采用脂肪族多元胺作为固化剂，但这类固化剂存在毒性大、刺激性强和放热激烈等问题。为了改善这些问题，我们可以利用多冗胺胺基上的活泼氢进行改性，如与环氧基合成为羟烷基化及与丙烯晴合成为氰乙基化，从而获得低黏度、低毒、低熔点且具有一定韧性的固化剂。
另外，酸酐类固化剂也是双组分加热固化环氧灌封料的重要成分。这类固化剂具有黏度小、配合用量大、固化放热缓和和固化物综合性能优异等特点，因此在灌封料配方中常起到固化与稀释的双重作用。
此外，为了进一步提高灌封料的性能，我们还可以加入固化促进剂等辅助成分。这些促进剂能够在一定程度上加速固化反应的进行，从而缩短固化周期并优化固化物的性能。然而，需要注意的是，促进剂的使用量需要严格控制，以避免对灌封料的性能产生不良影响。
双组分环氧一酸酐灌封料，通常需要在约140℃下长时间加热才能完成固化。这样的固化条件不仅造成能源的浪费，而且大多数电子器件中的元件和骨架外壳都难以承受这样的高温。然而，通过在配方中加入促进剂组分，可以有效地降低固化温度并缩短固化时间。常用的促进剂包括卞基二胺、DMP-30等叔胺类，以及咪唑类化合物和羧酸的金属盐，例如2-乙基-4-甲基咪唑和2-甲基咪唑等。
此外，为了增加二氧化硅和环氧树脂之间的附着力，需要加入硅烷偶联剂。这类偶联剂能够改善材料的粘接性和防潮性。适用于环氧树脂的常用硅烷偶联剂包括缩水甘油氧、丙基三氧基硅烷（KH-560）、苯胺基甲三乙氧基硅烷等。
另外，单独使用环氧树脂时，加入无机填料会导致黏度显著增加，不利于操作和消泡。因此，常需加入一定量的稀释剂来增加其流动性和渗透性，并延长使用期。稀释剂可分为活性和非活性两类，其中活性稀释剂参与固化反应，对固化物性能影响较小。在灌封料中，我们通常选用活性稀释剂，如正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚等。
填充剂的加入对提高环氧树脂制品的某些物理性能和降低成本也具有重要意义。它不仅能降低产品的成本，还能降低固化物的热膨胀系数、收缩率，并增加热导率。在环氧灌封料中，常用的填充剂包括二氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼等材料，其中熔融球形二氧化硅在电子封装用灌封料中尤为适用。
同时，为了解决液体封装料固化后表面留有气泡的问题，可以加入消泡剂。常用的消泡剂是乳化硅油类乳化剂。
最后，为了进一步提高灌封料的性能，还可以考虑加入增韧剂等辅助成分。这些增韧剂能够在一定程度上改善灌封料的韧性，从而优化其物理性能。然而，需要注意的是，增韧剂的使用量也需要严格控制，以避免对灌封料的性能产生不良影响。
增韧剂在灌封料中扮演着至关重要的角色。为了改进环氧树脂的韧性，通常会加入增韧剂和增塑剂等辅助成分。这些增韧剂可分为活性和惰性两类，其中活性增韧剂能够与环氧树脂共同参与反应，通过增加反应物的粘性来提升固化物的韧性。在灌封料中，常选用端羧基液体丁腈橡胶作为增韧剂，它能够在体系中构建出增韧的“海岛结构”，进而增强材料的冲击韧度和耐热冲击性能。
此外，为了满足灌封件特定的技术需求和工艺要求，配方中还可以加入其他多种组分。例如，阻燃剂的使用可以提高材料的工艺性能；而着色剂则主要用于满足产品外观上的特定需求。
4、灌封工艺
环氧树脂灌封通常采用常态或真空两种方法进行。图1展示了手工真空灌封的基本流程。
5、常见问题及解决方法
5.1 放电、线间打火或击穿现象
在灌封过程中，若工艺控制不当，可能会出现器件在工作时放电、线间打火或击穿的问题。这主要是因为高压线圈线径细小（通常仅0.02mm～0.04mm），灌封料未能充分渗透匝间，导致线圈间存在空隙。这些空隙在交变高压环境下会形成不均匀电场，引发局部放电，进而损害材料的绝缘性能。此类问题通常源于以下两方面原因：一是灌封时的真空度不足，无法完全排除线间的空气，阻碍了材料的渗透；二是产品预热温度不够，导致灌入物料的黏度在长时间内无法降低，影响了浸渗效果。此外，手工灌封或先混合脱泡后真空灌封过程中，若物料混合脱泡温度过高、作业时间过长或超过物料的适用期，以及灌封后产品未能及时进入加热固化程序，都会导致物料黏度增加，不利于线圈的浸渗。因此，为确保物料对线圈的优良浸渗性，需注意将灌封料复合物控制在适宜的温度范围内，并在有效期内使用完毕。同时，灌封前应将产品加热至规定温度，灌封完成后应及时进行加热固化，并确保灌封真空度达到技术规范要求。
5.2 器件表面缩孔、局部凹陷、开裂
此外，在灌封过程中还可能遇到器件表面缩孔、局部凹陷和开裂等问题。这些问题的出现往往与灌封料的配比、搅拌均匀性以及固化条件等因素有关。为了解决这些问题，需要严格控制灌封料的配比和搅拌时间，确保其均匀性；同时，合理选择固化条件，避免因固化过快或过慢而导致的表面缺陷。通过这些措施，可以有效减少器件表面的缩孔、凹陷和开裂现象，提高灌封的质量和可靠性。
灌封料在加热固化过程中，会经历由液态到固态的相变，这一过程伴随着化学收缩和物理收缩。化学收缩主要发生在固化过程中的两个阶段：一是从灌封后加热开始，到微观网状结构初步形成的凝胶预固化阶段；二是从凝胶状态到完全固化的后固化阶段。这两个阶段的收缩量有所不同，前者由于液态转变成网状结构，物理状态发生突变，反应基团消耗量大，体积收缩量也相对较高。
若采用一次高温固化，两个阶段过于接近，可能导致过高的放热峰、元件损坏，以及灌封件产生巨大的内应力，进而造成产品内部和外观的缺陷。因此，在灌封料配方设计和固化工艺制定时，需特别关注固化速度与固化条件的匹配。通常，根据灌封料的性质和用途，会将其固化过程分为不同的温区段进行分段固化。在预固化温区段，灌封料固化反应缓慢进行，反应热逐渐释放，物料黏度增加和体积收缩平缓，此阶段物料处于流态，体积收缩表现为液面下降直至凝固，从而消除该阶段体积收缩内应力。从凝胶预固化到后固化阶段的升温应平缓，固化完毕后，灌封件应随加热设备同步缓慢降温，以减少和调节产品内应力分布，避免产品表面产生缩孔、凹陷或开裂。此外，灌封料的固化条件还需考虑器件内元件的排布、饱满程度以及产品的大小、形状和单只灌封量等因素。对于单只灌封量较大而封埋元件较少的情况，适当降低凝胶预固化温度并延长时间是必要的。
固化物表面不良或局部不固化等问题，往往与固化工艺有着密切的联系。据中国环氧树脂行业协会专家分析，这些问题的主要成因包括计量或混合装置的故障、生产人员的操作失误，以及A组分长时间存放导致的沉淀。若用前未能充分搅拌均匀，便会引发树脂和固化剂实际比例的失调。同时，B组分长时间敞口存放也可能因吸湿而失效。在高潮湿季节，灌封件若未能及时进入固化程序，其物件表面便可能因吸湿而出现问题。因此，要实现良好的灌封及固化效果，必须对施工工艺给予高度重视。
2. 表面处理
在固化过程中，表面处理是一个至关重要的环节。它涉及到对固化物表面的清洁、打磨和涂装等操作，旨在改善固化物的外观质量和耐久性。通过合理的表面处理，可以有效地去除固化物表面的瑕疵、污垢和杂质，提高其表面的光滑度和均匀性。同时，适当的涂装保护措施也能进一步增强固化物的耐候性和耐腐蚀性，从而延长其使用寿命。因此，在固化工艺中，必须给予表面处理充分的重视和精心的操作。
八、双组份灌胶工艺实例探究
在固化工艺领域，双组份灌胶工艺是一种常见的技术手段。它涉及到将两种或更多不同组份的胶水按照一定比例混合，并通过特定的灌胶设备将其均匀地灌入到需要固定的部件中。这种工艺不仅广泛应用于电子、机械、航空航天等多个领域，而且对于提高产品的性能和质量具有重要意义。接下来，我们将通过一个具体的案例来深入探讨双组份灌胶工艺的应用和效果。
九、PCBA灌胶的三种方法
- 半自动灌胶机
在产品灌胶过程中，只需将产品放置于流水线旁，操作人员将产品移至出胶头下方，并按下启动键。此后，机器将自动进行灌胶操作，并在完成后自动停止。随后，操作人员只需将已完成灌胶的产品送至流水线上，整个过程简便高效。此类半自动灌胶机适用于各种尺寸的PCBA产品。
若灌胶产品以小型为主，且灌胶方式相对简单，那么可以采用一种高效的方法：将产品置于治具之中，再将治具平稳地放置于灌胶机的台面上。只需轻按一下启动键，机器便会自动启动灌胶流程。一旦所有产品完成灌胶，机器将自动停止。此时，操作人员需从台面上取下治具，并换上另一个已装好产品的治具，然后再次按下启动键。如此循环，操作人员的主要任务便是放置治具和启动机器。
将装好产品的治具置于传输线上，机器将自动进行灌胶操作，并智能地将灌胶材料送入烤箱进行固化。这一过程无需人工干预，实现了高效且自动化的生产。自动灌胶设备的应用，不仅节省了大量的人力资源，还显著提高了生产效率。
