电子材料深度解读之灌封胶

灌封就是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。常见的灌封胶种类主要有三种，分别 是聚氨酯灌封胶、有机硅灌封胶和环氧树脂灌封胶。
 
灌封胶的典型性能如下图所示：  

凝胶和填充物垫

灌封胶的主要作用是置换空气空隙并确保适当的热传递。但灌封胶并非是唯一的解决办法，除了使用灌封胶，间隙填充物垫也是一个应用广泛的方法。
 
填充物垫和灌封胶都提供有效的热管理手段。虽然填充物垫有更长的历史，但灌封胶的最新进展在某些情况下已经超越了填充物垫的性能。下面，我们将两种材料进行一下深度对比。
 
首先是填充能力。两种材料都能够在一定程度上适形，但间隙垫的最大可配置性由于其固体结构而小于灌封胶。
 
其次是精度和形状。填充物垫的好处是它们可以切割成客户零件的确切形状，但在复杂的场景中，比如器件多且线路杂，填充物垫只能做到表面覆盖，器件内部的间隙需要其他填充料进行填充。
 
而灌封胶是通过浇注涂抹的方式进行填充和定型的，过程中高分子体紧密连接到一起，形成良好的粘接力，不会轻易被外力拉开。因此，灌封胶的形状实际上就是采用压缩后的形状，有助于确定和控制应用的难易程度以及由此产生的任何扩散。
 
再看成本方面。从应用场景上看，灌封胶具有普适性，而填充物垫更多是要批量定制，因此灌封胶的自动化是一个显着的优势。反观填充物垫，放置时操作员需要知道其方向，有顶侧和底侧，并且在许多情况下，存在左右和上下方向。手动垫应用会带来更大的人为错误风险。因此，在人工成本不断上升的情况下，灌封胶的成本优势会越发明显。
 
当然，成本不仅要考虑到操作成本，也要顾忌原材料本身的成本。在发展初期，几乎所有类型的灌封胶成本都是高于填充物垫的。但经过了原材料厂商的不断优化，目前从广义上讲，与可比较的填充物垫相比，灌封胶在同体积上往往更便宜。
 
很长一段时间里，填充物垫都是电子工程师的首选，然而现在灌封胶的优势让前者的生存空间越来越小，可以提供卓越的性能，更容易制造和组装，并且在某些大批量应用中成本更低。
 

灌封胶分类和优缺点

电子灌封胶种类非常多，但正如我们上文提到的，聚氨酯灌封胶、有机硅灌封胶和环氧树脂灌封胶是三大主流产品。
 
环氧树脂是环氧树脂灌封胶的主要组分，一般由双酚A环氧树脂，固化剂（胺类或酸酐），补强助剂和填料等组成。
 
环氧树脂灌封胶的主要优点是黏度小，浸渗性强，可充满元件和线间；性能好，适用期长，适合大批量自动生产线作业；灌封和固化过程中，填充剂等粉体组分沉降小，不分层；固化放热峰低，固化收缩小；灌封料具有难燃、耐候、导热等性能；对多种材料有良好的粘接性，吸水性小。环氧树脂灌封胶的缺点是抗冷热变化能力弱，固化后胶体硬度较高且较脆，为“终身”产品。
 
有机硅灌封胶的主要成分是硅树脂、交联剂以及催化剂和导热材料等，包括单组分有机硅灌封胶和双组分有机硅灌封胶。有机硅灌封胶可以加入一些功能性填充物赋予其导电导热导磁等方面的性能。
 
有机硅灌封胶的主要优点包括固化过程中无副产物产生，无收缩；具有优异的电气绝缘性能和耐高低温性能(-50℃～200℃)；胶固化后呈半凝固态，具有优的抗冷热交变性能；AB混合后有较长的可操作时间，如加速固化可加热，固化时间可控制；凝胶受外力开裂后可以自动愈合，同样起到密封的作用，不影响使用效果；具有优秀的返修能力，可快捷方便的将密封后的元器件取出修理和更换。有机硅灌封胶的缺点是粘结性能稍差。
 
聚氨酯灌封胶又称PU灌封胶，通常由聚醋、聚醚和聚双烯烃等低聚物的多元醇与二异氰酸酯，以二元醇或二元胺为扩链剂，经过逐步聚合而成。
 
聚氨酯灌封材料的特点为硬度低, 强度适中, 弹性好, 耐水, 防霉菌, 防震, 透明, 有优良的电绝缘性和难燃性, 对电器元件无腐蚀, 对钢、铝、铜、锡等金属, 以及橡胶、塑料、木质等材料有较好的粘接性。灌封材料可使安装和调试好的电子元件与电路不受震动、腐蚀、潮湿和灰尘等的影响。缺点是耐高温能力差且容易起泡，抗紫外线弱，胶体容易变色，未固化前易吸潮，对操作环境要求保持干燥。
 

灌封胶的使用方法

固化之后，灌封胶能够提升电子元器件的整体性，令其更像一个整体。有效抵抗外来的冲击与震动，缓解一切外力，起到保护作用。本质上说，灌封胶仍然是一种胶水，具有很高的粘性。从操作手法来看，会有单组分和双组分之分。
   
单组分灌封胶的使用方法如下：
1、使用之前，应该进行小范围实验。看看是否可以发挥良好的粘接性，做好粘接测验。
2、施胶之前，务必对粘接基面进行清理。将污垢清理干净，有助于增加粘接性。
3、使用机器进行浇注时，如需中途停止点胶，需要预防水汽的进入。将水汽隔绝在外，避免影响胶粘剂的固化速度。
4、固化过程中，速度的快慢与环境温度息息相关。如想加快固化速度，可以适当提升温度与湿度。
 
双组分灌封AB胶水使用方法：
1、电子灌封AB胶具要灌封的产品需要保持干燥、清洁。
2、电子灌封AB胶具按配比取量，且称量准确，请切记配比是重量比而非体积比，A、B剂混合后需充分搅拌均匀，以避免固化不完全。
3、灌封AB胶具搅拌均匀后请及时进行灌胶，并尽量在可使用时间内使用完已混合的胶液。
4、电子灌封胶灌注后，胶液会逐渐渗透到产品的缝隙中，必要时请进行二次灌胶。
5、电子灌封胶固化过程中，请保持环境干净，以免杂质或尘土落入未固化的胶液表面。
6、电子灌封胶要灌封操作完成后，未用完的胶应立即拧紧盖帽，密封保存。再次使用时，若封口处有少许结皮，将其去除即可，不影响正常使用。
 
灌封胶有着出色的弹性和韧性，不仅仅是在电子产业有重要的应用，也广泛应用于新能源、军工、医疗、航空、船舶、汽车和高铁等领域。统计数据显示，2020年全球灌封胶市场规模为32.10亿美元，预计到2026年将达到37.03亿美元，年复合增长在3.6%左右。从产品性能来看，长期专注在胶黏剂领域的国际厂商在技术上更加成熟，比如道康宁、汉高等厂商的产品竞争力很强。但本土厂商近几年也开始关注这个领域，如卓尤、施奈仕和回天新材等厂商的产品也逐渐被市场认可，凭借靠近客户和更了解客户的优势掌握了一定份额的市场。