灌封技术在宇航电子产品中的应用

陈雅容张昧藏胡 辉

1.北京卫星制造厂；2.北华航天工业学院

灌封技术在宇航电子产品中的应用

陈雅容1张昧藏2胡 辉2

1.北京卫星制造厂；2.北华航天工业学院

概述了灌封技术在宇航电子产品中的应用，主要包括：灌封技术的发展现状，各标准对灌封工艺的规定；灌封对象与材料的选择；灌封的工艺方法以及灌封应该注意的问题。

概述

灌封：将液态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固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。它的作用是强化电子器件的整体性，提高对外来冲击、震动的抵抗力；提高内部元件、线路间绝缘，对于器件的轻量化、小型化具有有利的作用；能够直接改善器件的防潮、防水、防霉菌、防盐雾等性能。避免了电路板和元器件暴露在空气中受到损害。简单地说灌封就是把构成电子器件的各部分元件借助灌封材料，按规定要求进行合理的布置、组装、连接、密封和保护等而实施的一种操作工艺，以防止水分、尘埃及有害气体对电子元器件的侵入，减缓振动，防止外力损伤并稳定电子元器件的各种参数， 从而加固电子产品和提高其抗电强度，强化宇航电子产品的整体性。经常对卫星、飞船、舰船舱外的电路板进行灌封，目的是为了防止湿气、凝露、盐雾对电路的腐蚀；同时为了提高空间环境下的电子设备的三防性能，要求对所有的变压器、阻流圈进行灌封、裹覆、包封或封端；此外为了保证机载、航天电子设备抗震能力，某些电路板要固体封装或局部加固封装；为了防止焊点腐蚀或受力折断，某些电缆插头座要灌封。

灌封技术的发展现状

随着电子产品在宇航领域中广泛地应用，电子产品抵抗各种复杂、恶劣的地理、气候、空间辐照、高低温等的防护性能，已经成为衡量其产品性能、技术水平的重要指标。由于灌封技术具有良好的绝缘、防震和隔离作用。可以将外界因素的不良影响降低到最低，所以在电子产品的防护，尤其是高压大功率元器件、组件的防护起着越来越重要的作用。目前对环氧胶、硅橡胶、聚氨酯灌封材料与工艺进行了研究，2004年，金晓洁等人已经用有机硅材料对某所某雷达初样、正样两套产品发射机高压电源组件进行了灌封防护及敷型裹覆，其绝缘、防护和导热性能，通过随整机的试验及实际使用情况证明，完全满足产品要求，从未发生一起事故，极具可靠性，保障了系统的正常工作。宋宁等对某型号弹上电缆网灌封工艺研究。2009年，佟文清等对某雷达发射机进行了高压绝缘灌注工艺技术研究。

各标准对灌封技术的要求

国内航天标准、NASA、IPC、美军标分别对灌封使用的材料，辅助材料、工具与设备、环境、人员、灌封前准备、热缩套管处理、质量保证等进行了一系列的规定和解释，说明了无尾罩灌封的模具设计尺寸，低压注塑产品的样品外形、外表s面应达到的效果，并且规定了灌封的详细流程。

灌封对象与材料的选择

编写宇航电子产品灌封工艺文件，需要考虑灌封对象。对于宇航电子产品的设计图纸或技术条件都有要求需要灌封；如需要安装在恶劣环境下的电子产品；产品在舱外或在空间环境工作部件的连接器和电路板；为了提高电子产品的抗冲击、振动性能，为了加强焊接点的强度和三防性能，增强机械强度，防止受力不均导致断裂，从而保证宇航电子产品的可靠性。

我们对宇航灌封材料的性能有以下几方面的要求。

（1）其中在不一样的频率下：损耗tanδ低，ε低且稳定，ρV和ρS值高，时间久了，会有所下降，但是不可以小于5×109Ω，击穿电压高，受潮后不能少于10 kv/一（测试样板厚度为2mm时）。

（2）物理化学性能要求导热性能良好，对高压变压器，灌封材料导热系数应≥O.4 w/（m·K）；线胀系数低，能承受温度的变化；其粘接性好，不脱层，固化收缩率低；具有抗辐射性，在一般剂量之下不产生降解；黏度低，有渗透性，具有合适的工艺性能及较长的适用期；聚热时，放热峰要平稳。

（3） 由于宇航空间环境复杂而且恶劣，因此宇航灌封材料应满足热真空脱气性能指标，美国的NASA和欧洲ESA规定空间材料在125℃、1.3×10。4Pa环境下，24 h材料可补偿质量损失（RML）小于1.0%，总质量损失（TML）小于1.0%，收集到的可凝挥发物（CVCM）小于0.1%。

一般来说，宇航电子产品灌封材料有3大类：环氧树脂、有机硅橡胶、聚氨酯类。环氧灌封材料绝缘性好，但质地脆，在高低温实验后易产生微裂纹。有机硅灌封材料电阻高，但和被粘物粘接强度低，订货周期长。聚氨酯灌封材料绝缘电阻和粘接度都较高，性能较理想，广泛应用于密封件、浇注件制备，以及电子产品如电路板、电子元件、插头座的灌封，同时可作为胶粘剂和涂料使用。宇航电子产品对灌封材料的技术要求是：具有良好的粘接性；粘度低，流动性好；最好室温固化，可提高工作效率，还可以保护电子元件；固化时间充足，可保证灌封胶能流到电子元件缝隙中；灌封材料没有气泡缺陷；防水性好；灌封工艺容易操作；防霉菌；防老化，成本便宜；抗老化；电绝缘性能好；符合空间材料的要求等等。

灌封工艺及应该注意的问题

灌封工艺

灌封工艺按宇航电子产品分为一般灌封、低压注塑、真空灌封3种。真空灌封的灌封效果较好。为了保证宇航电子产品的灌封质量，根据其各种性能，编制相适应的可行性典型工艺规程，并严格按工艺规程操作。

灌封形式分为人工灌封和设备灌封两种。对于宇航电s子产品批量小、种类多等特点，目前常采用手工灌封的形式。低压注塑工艺多采用设备灌注。

灌封工艺应注意的问题

宇航电子产品灌封工艺存在的问题。

模具的设计：由于灌封胶料大多易流动，粘接性好，但是价格高，为了防止胶料四处乱流，造成胶料的浪费和环境的污染，对灌封工艺用的模具设计是关键技术，但由于灌封组件的多样性，很难设计统一结构形式的模具。一般设计模具应做到：

（1）可简易组装，拆卸方便；

（2）设计好注胶口，防止胶液漫流；

（3）支撑底面平整，固化效果良好；

（4）灌封时可控性强。

（5）模具尺寸与角度参考NASA标准。

工件清洗：清洗工件的同样是灌封工艺研究的重中之重的环节，常用无水乙醇、汽油、丙酮或二甲苯清洗三遍，尤其是焊点和元器件的间隙，务必得重点清洗，目的是防止引起催化剂中毒。

长期以来，关于灌封技术气泡缺陷的讨论在业内一直是个敏感问题，气泡不仅影响电缆组件的外观，更重要的影响电缆组件的电气性能、机械性能等，严重威胁电缆组件的可靠性。在振动、腐蚀、潮湿、剧烈的温度变化等恶劣环境下，无论是灌封胶的内应力，还是外界应力作用，都极其可能导致气泡集中，最后出现气泡破裂，甚至灌封表面出现裂纹、空洞等，无疑会造成电缆组件绝缘性、密闭性、可靠性的损伤。

然而灌封固化后会存在气泡缺陷，而且气泡常存在宇航电子产品的复杂狭窄的间隙处，但是一般的检测设备和方法是很难检测出细小的气泡存在，通常都是等调试测试甚至真正工作的时候发生故障和事故时才意识到气泡的严重危害性。

目前常用的除气泡方法有：离心脱泡和真空脱泡两种方法。但NASA标准中规定对于双组份灌封胶禁止采用离心机对其进行除气泡。因为双组份灌封胶的两种成分密度不同，离心脱泡会使其分离，导致固化失败。高华、洪彬、陈银桂对真空脱泡工艺进行了研究。

结语

实践证明，灌封技术在宇航电子产品的生产与制造中对其起到了防震动、防潮、防霉菌、防盐雾的作用，提高了宇航电子产品在复杂和恶劣环境下的可靠性，进一步保障了宇航电子产品的质量。随着我国航天事业的快速发展，宇航电子产品出现了许多新封装的元器件、新型的电连接器等等，灌封材料也在不断地更新、改进，具有更高综合性能的灌封材料不断被研制出来，因此灌封工艺方法应该与时俱进，以更好地服务宇航电子产品，保障宇航电子产品的高可靠性。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.002