新型電子電器絕緣性封裝的環(huán)氧樹脂材料

　　環(huán)氧樹脂良好的電氣性能，可以作為元件的封裝材料。隨著電子工業(yè)的成長，環(huán)氧體系與之齊步前進(jìn)以滿足更高的生產(chǎn)效率、更大可靠性以及更低成本等等要求。因此它能制成涂料、復(fù)合材料、澆鑄料、膠粘劑、模壓材料和注射成型材料，從而使它在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中，尤其電子電器領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并且其增長勢頭很猛。尤其在日本發(fā)展極快。

1、新型電子電器封裝絕緣性的環(huán)氧樹脂材料   

　　灌封就是將液態(tài)環(huán)氧樹脂復(fù)合物用機(jī)械或手工方式灌入裝有電子元件、線路的器件內(nèi)，在常溫或加熱條件下固化成為性能優(yōu)異的熱因性高分子絕緣材料。其作用是：強(qiáng)化電子器件的整體性，提高對外來沖擊、震動(dòng)的抵抗力；提高內(nèi)部元件、線路間絕緣，有利于器件小型化、輕量化；避免元件、線路直接暴露，改善器件的防水、防潮性能。

　　日本開發(fā)出具備最大7.3W/mK導(dǎo)熱性及絕緣性的環(huán)氧樹脂。據(jù)介紹，住友大阪水泥和利昌工業(yè)共同開發(fā)出了在確保電氣絕緣性的同時(shí)使導(dǎo)熱性提高至最大 7.3W/mK的，液狀環(huán)氧樹脂與通用環(huán)氧樹脂相比該產(chǎn)品具備約40倍的導(dǎo)熱率?？捎糜隈R達(dá)、LED 照明、電源部件及半導(dǎo)體封裝等的散熱用途。據(jù)介紹，此次開發(fā)的樹脂在具備絕緣性的環(huán)氧樹脂中，復(fù)合了導(dǎo)熱率高的多種金屬氧化物填料。金屬氧化物以氧化鋁 (Al2O3)為主料。另外為了使氧化鋁粒子間連接，還利用其他高導(dǎo)熱率金屬氧化物作為交聯(lián)劑的樹脂以3W/mK的導(dǎo)熱率為分界，改變了含有氧化鋁的金屬氧化物的純度及組成。另外，在環(huán)氧樹脂方面還開發(fā)了與金屬氧化物填料復(fù)合時(shí)，粘度不會降低的材料以及復(fù)合工藝。

　　隨著電機(jī)向著高壓、大容量的方向發(fā)展，首要是安全穩(wěn)定，性能要高，絕緣裕度要大。國內(nèi)外絕緣材料的差距在逐步縮小，要堅(jiān)持不懈努力，發(fā)展民族工業(yè)。通過空冷、抽水蓄能、燃機(jī)、大型水火電和核電項(xiàng)目的技術(shù)引進(jìn)，國內(nèi)電機(jī)制造企業(yè)存在多種絕緣體系并存的局面。

圖 環(huán)氧樹脂灌裝電子器件內(nèi)

2、環(huán)氧樹脂在電子電器領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍與分類

　　世界主要消費(fèi)環(huán)氧樹脂的國家及地區(qū)用于電子電器領(lǐng)域的環(huán)氧樹脂占各國或地區(qū)環(huán)氧樹脂總消費(fèi)量的比例來看：日本為40%，西歐為24%，美國為19%，而我國只占13%。隨著我國四大支柱產(chǎn)業(yè)之一電子工業(yè)的飛速發(fā)展，預(yù)計(jì)環(huán)氧樹脂此領(lǐng)域中的應(yīng)用必將會大幅度的增長。

　　環(huán)氧灌封料應(yīng)用范圍廣，技術(shù)要求千差萬別，品種繁多。從固化條件上分，有常溫固化和加熱固化兩類。從劑型上分，有雙組分、單組分兩類和多組分劑型。常溫固化環(huán)氧灌封料一般為雙組分，灌封后不需加熱即可固化，對設(shè)備要求不高，使用方便。缺點(diǎn)是復(fù)合物作業(yè)黏度大，浸滲性差，適用期短，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且固化物耐熱性和電性能不很高，一般多用于低壓電子器件灌封或不宜加熱固化的場合使用。

　　環(huán)氧樹脂在電子電器領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有：電力互感器、變壓器、絕緣子等電器的澆注材料、電子器件的灌封材料、集成電路和半導(dǎo)體元件的塑封材料、線路板和覆銅板材料、電子電器的絕緣涂料、絕緣膠粘劑、高壓絕緣子芯棒、高電壓大電流開關(guān)中的絕緣零部件等絕緣結(jié)構(gòu)材料等。

3、環(huán)氧樹脂絕緣件在電力設(shè)備中的應(yīng)用

　　環(huán)氧樹脂絕緣件使用范圍一般可在-60～100℃使用，采用新型樹脂、特殊固化劑和填料可配制出耐超低溫膠(-196℃)、耐高溫膠(350℃)、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱、點(diǎn)焊、應(yīng)變、光敏、阻燃、水下膠等特種膠黏劑。毒性較低，無生理副作用，對人體無害，可配制出氣味小、無毒性的環(huán)保型膠黏劑。韌性不佳，脆性較大，通常要進(jìn)行增韌改性。由于環(huán)氧樹脂的絕緣性能高、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大和密封性能好等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已在高低壓電器、電機(jī)和電子元器件的絕緣及封裝上得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展很快。主要用于：電器、電機(jī)絕緣封裝件的澆注。如電磁鐵、接觸器線圈、互感器、干式變壓器等高低壓電器的整體全密封絕緣封裝件的制造。

　　在電器工業(yè)中得到了快速發(fā)展。從常壓澆注、真空澆注已發(fā)展到自動(dòng)壓力凝膠成型。廣泛用于裝有電子元件和線路的器件的灌封絕緣。已成為電子工業(yè)不可缺少的重要絕緣材料。電子級環(huán)氧模塑料用于半導(dǎo)體元器件的塑封。來發(fā)展極快。由于它的性能優(yōu)越，大有取代傳統(tǒng)的金屬、陶瓷和玻璃封裝的趨勢。環(huán)氧層壓塑料在電子、電器領(lǐng)域應(yīng)用甚廣。其中環(huán)氧覆銅板的發(fā)展尤其迅速，已成為電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料之一。此外，環(huán)氧絕緣涂料、絕緣膠粘劑和電膠粘劑也有大量應(yīng)用。

4、環(huán)氧樹脂澆注絕緣的工藝技術(shù)

　　環(huán)氧樹脂澆注是將環(huán)氧樹脂、固化劑和其他配合料澆注到設(shè)定的模具內(nèi),由熱塑性流體交聯(lián)固化成熱臥性制品的過程。目前常用的方法有真空澆注法、常壓澆注法以及環(huán)氧樹脂全密封的新工藝、新技術(shù)。

　　環(huán)氧樹脂澆注的工藝方法，從不同的工藝條件去理解有不同的區(qū)分方法。從物料進(jìn)入模具的方式來區(qū)分可分為澆注和壓注；澆注指物料自流進(jìn)入模具。它又分常壓澆注和真空澆注；壓注指物料在外界壓力下進(jìn)入模具，并且為了強(qiáng)制補(bǔ)縮 , 在物料固化過程中，仍保持著一定的外壓，它由過去的簡單加壓凝膠法發(fā)展成現(xiàn)在成熟的自動(dòng)壓力凝膠法。從物料固化溫度來區(qū)分，可分為常溫澆注法和高溫澆注法。

　　從物料固化的速度來區(qū)分可分為普通固化法和快速固化法。現(xiàn)代澆注工藝中，應(yīng)用比較成熟的澆注工藝方法主要是真空澆注法和自動(dòng)壓力凝膠法。環(huán)氧樹脂澆注是將環(huán)氧樹脂、固化劑和其他配合料澆注到設(shè)定的模具內(nèi),由熱塑性流體交聯(lián)固化成熱臥性制品的過程。目前常用的方法有真空澆注法、常壓澆注法以及環(huán)氧樹脂全密封的新工藝、新技術(shù)。

圖 環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器

5、環(huán)氧樹脂電子電器封裝及絕緣材料發(fā)展趨勢

　　環(huán)氧樹脂電子電器封裝及絕緣材料的發(fā)展方向主要是：提高材料的耐熱性、介電性和阻燃性，降低吸水率、收縮率和內(nèi)應(yīng)力。改進(jìn)的主要途徑是：合成新型環(huán)氧樹脂和固化劑；原材料的高純度化；環(huán)氧樹脂的改性，包括增韌、增柔、填充、增強(qiáng)、共混等；開發(fā)無溴阻燃體系；改進(jìn)成型工藝方法、設(shè)備和技術(shù)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，對封裝材料的要求也越來越高，普通環(huán)氧樹脂已不能完全滿足技術(shù)要求。

　　目前國外對環(huán)氧樹脂技術(shù)改進(jìn)主要集中在開發(fā)低粘度或熔融粘度低的二官能團(tuán)型的環(huán)氧樹脂，通過填充高含量無機(jī)填充劑，大幅度降低封裝器件的內(nèi)應(yīng)力，減少鈍化開裂、配線松動(dòng)和導(dǎo)線斷裂等不良缺陷；開發(fā)多宮能團(tuán)型的環(huán)氧樹脂，同時(shí)在環(huán)氧樹脂中導(dǎo)入耐熱和耐濕結(jié)構(gòu)的化合物，使封裝器件既具有高耐熱性，又具有低吸水率和低的內(nèi)應(yīng)力。