空调PCBA元器件新型固定胶的选择

廖声礼

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070

1 引言

电子元件是电子电路中的基本元素，是将振荡器、电阻、电容、晶体管、二极管等以焊接的方式连接到PCB上组成集成电路。焊点是刚性的，在振动情况下易造成焊点松动，导致电拉弧、短路、信号干扰等现象，严重的甚至可直接导致集成电路破坏。为了保持电子元件运作的稳定性，特别是体积比较大的组件（如大电容、变压器等），防止运输和使用过程中由于振动引起的电子元件节点松动，需要通过电子粘接固定胶对大型电容、电阻、电感等各种电子元器件进行固定及焊接处辅助补强，以防止因振动或其他外力冲击而产生的焊点撕裂或连接点的撕裂，以及其他内应力损伤，从而提高其电绝缘性能，把受到环境等因素的影响控制到最低。

通过对国际及国内很多电子企业PCBA使用的粘结固定胶进行了解，其主要使用有机硅材质的粘结固定胶，并广泛应用。有机硅粘结固定胶具有硬度低，富有弹性，且粘结强度大等一系列优势。

2 粘结固定胶的选择及试验方案

2.1 材料选择

选择的新型粘结固定胶应满足型号产品使用要求，即介电损耗因数、体积电阻率、阻燃性、绝缘性能、绝缘强度、抗热冲击能力、抗水解稳定能力、抗老化能力等应满足型号产品使用要求。新型固定胶还应具有使用方便、附着力强、环保等性能。选取国内外电子产品广泛使用的6种最新粘结固定胶作为研究对象。具体型号为：国产HT1#，进口TS2#，进口TS3#，进口MT4#，进口MT5#和进口XY6#。

2.2 试验方案的制定

根据型号产品使用要求，使用工艺试验印制板，用喷枪喷涂方法对6种材料进行涂覆，试验的项目如下：

（1）元器件固定胶的表干时间试验；

（2）粘结强度性能测试；

（3）与接触辅料兼容性潮态试验；

（4）整机振动试验；

（5）高低温循环试验；

（6）焊接应力试验。

3 试验过程

3.1 粘结固定胶的表干时间试验

为不影响电子制造过程工序，希望尽可能缩短表干时间，对涂覆材料的表干及固化时间要求越短越好，因此涂覆材料的表干、固化时间是考核的指标之一。

3.1.1 表干时间试验方法

选择6块试验用印制板组件，将6种固定胶用喷枪均匀地涂覆在PCB板面上进行试验，胶量覆盖面积约为直径16mm的圆形，可在PCB板确定打胶位置与圆形大小，如图1所示。有两种方案，第一，手指接触法。使用秒表记录表干时间，表干判定为用手指轻轻触碰胶的表面，不出现粘手、拉丝现象。第二，静电袋接触法。使用秒表测试表干时间，表干判定为用静电袋轻轻触碰胶的表面，不出现粘静电袋、拉丝现象。具体试验数据如表1所示。

3.1.2 表干时间试验结果比较

从表1可见，在粘接固定胶表干时间项目中，国产HT1#，进口TS2#和进口MT4#三种粘接固定胶指标都比较好，特别是进口MT4#，表干时间最短。三种粘接固定胶通过该项目试验。

图1 打胶操作示意图

图2 推力计测试示意图

表1 粘结固定胶表干时间表

表2 固定胶的粘接强度

表3 固定胶对元器件的粘接强度

3.2 粘结强度性能测试

元器件需使用固定胶处理，粘接强度性能是重要的指标，需要考核固定胶的粘结强度，不能出现脱落或者松动等不良现象。

3.2.1 粘结强度性能测试方法

①PCB板上粘接强度测试。将硅胶涂在PCB板上，打胶覆盖面积约为直径16mm的圆形。固化48h后进行推拉力测试。使用推拉力计，如图2所示。

②模拟生产实际情况，将粘接固定胶打在电解电容上，使用推拉力计进行测试。

③助焊剂上粘接强度测试。在PCB板上喷涂均匀助焊剂，助焊剂喷涂使用波峰焊流量25ml/min。助焊剂预热烘干后，将硅胶涂在PCB板上，打胶覆盖面积约为直径16mm的圆形。固化48h后进行推拉力测试。使用推拉力计。

④涂覆材料上粘接强度测试。在PCB板上喷涂均匀涂覆材料，按工艺要求手刷2遍。涂覆材料干固后，将硅胶涂在PCB板上，打胶覆盖面积约为直径16mm的圆形。固化48h后进行推拉力测试。使用推拉力计。

3.2.2 粘接强度性能测试结果比较

将粘接胶固定在PCB板、助焊剂涂敷、三防胶涂敷面，保证有效粘接面积约为直径16mm的圆形。胶固化后使用推力计测试粘接强度，数据如表2所示。

将粘接胶、热熔胶固定在大电解电容、小元件上，使用半自动打胶设备定量打胶，元件不焊接，对比不同型号粘接力大小，数据如表3所示。

图3 与接触辅料兼容性潮态试验后图片

图4 温度循环试验后图片

图5 焊接应力测试代表性图片

3.3 与接触辅料兼容性潮态试验

由于电子产品的可靠性要求高，需要考核粘结固定胶与各个接触辅料的兼容性，即与各种接触辅料不能存在腐蚀现象。

3.3.1 与接触辅料兼容性潮态试验方法

分别将不同粘接胶样品打到不同的梳形板上，做好标识。待表干后分别使用助焊剂、清洗剂喷洒在粘接胶与铜面表面，放置2天后待其完全固化。将所有样品放入恒温恒湿箱内，将温湿度均设定为85%，保持运行128h，取出后将粘接胶与梳形板表面进行观察，并将粘接胶刮除后底部铜面与外部铜面对比观察。

3.3.2 与接触辅料兼容性潮态试验结果

通过评估，六种粘接固定胶均能通过此项目试验，代表性图片如图3所示。

表4 整机振动测试结果

表5 粘接固定胶材料性能综合考查表

3.4 高低温循环试验

考虑产品使用情况，加严考核粘结固定胶的耐高低温、抗老化湿热能力，不能出现胶开裂，脱落现象。

3.4.1 高低温循环试验方法

把粘接胶涂在P C B板上自然完全固化后；在-40℃～120℃的温度条件下各放置30min为1次循环，切换时间为2～3min，循环240次；试验结束后取出，常温放置96h，要求试验后样品表面外观不能出现开裂、粉化、脆化、变黄。

3.4.2 高低温循环试验结果

通过评估，六种粘接固定胶均能通过此项目试验。代表性图片如图4所示。

3.5 整机振动试验

根据产品的使用要求，制定了试验印制板的整机振动试验条件项目及试验条件。不能出现胶开裂，脱落现象。

3.5.1 整机振动试验方法

将粘接固定胶涂在需要固定的电容上，按照上述3.4.1小节进行高低温循环试验后，再进行振动试验，要求：（1）PCB固定在振动台上；（2）频率：10Hz～55Hz；（3）振幅：1mm；（4）振动方向：上下、左右、前后各振动2h。

3.5.2 整机振动试验结果

整机振动测试结果如表4所示。

3.6 焊接应力试验

考虑粘结固定胶的适应性能。

3.6.1 焊接应力试验方法

取三极管物料，正常波峰焊工艺焊接于PCB板上，将粘接胶打在器件引脚与PCB板上，使粘接胶完全覆盖器件引脚，-40℃环境中放置30min，并立马切换到80℃环境中维持30min，一个循环时间1h，循环240次；完成试验后，观察焊点情况，不能出现焊点脱焊等异常现象。

3.6.2 焊接应力试验结果

经过温循的板，均未发现焊点脱焊异常，代表性图片如图5所示。

4 试验结论

根据6种材料进行6种试验结果考查，从材料性能角度考虑，综合性能考查结果如表5所示。

由表5可见，能满足产品使用要求且环保的PCBA粘接固定胶为进口TS2#和进口MT4#，其表干时间短，粘接强度大，高低温循环试验和整机振动试验未出现开裂和脱落现象，对焊点无影响。

5 结论

本文对电子行业环保粘接固定胶进行了性能对比，发现进口TS2#和进口MT4#两种材料性能优异，固化时间迅速，粘结强度大，可靠性（振动、高低温循环和焊接应力试验）高，可以在空调电子产品上使用，国产HT1#也比较优异，仅粘接力稍差；进口TS3#、进口MT5#和进口XY6#性能无优势，特别是表干时间长，不推荐用于快节奏生产制造工艺。