第5期(总第156期)

2009年10月机械工程与自动化

MECHANICAL　ENGINEERING　&　AUTOMATIONNo.5Oct.

文章编号:1672-6413(2009)05-0090-02

高过载测试中的电子线路灌封技术研究

吕彩琴,翟成瑞

(中北大学机电工程学院,山西　太原　030051)

摘要:在高过载测试中,测试电路的灌封是一道关键的工艺,选用缓冲吸能效果好的灌封材料,采用合适的灌封工艺,是提高测试电路在高冲击和振动环境下工作可靠性的有效方法。从灌封材料的吸能机理、灌封材料固化应力产生机理等角度出发,论述了在进行灌封电路过程中需要注意的问题,确保灌封电路的整体性能和抗高过载性能。

关键词:高过载;电子系统封装;封装应力;缓冲吸能中图分类号:TN707∶TB743　　　文献标识码:A

0　引言

冲击载荷和振动会造成电子器件或者电路板的损坏失效,从而导致整个测试电路的失效。为提高电路系统的抗过载能力,通常要对部分电路板或整个系统进行固体灌封,即采用合适的灌封材料填充到电路元器件周围,以加强电路的抗冲击、抗过载能力。选用缓冲吸能效果好的灌封材料,采用合适的灌封工艺,是提高测试电路在高冲击和振动环境下工作可靠性的有效方法。

1　灌封材料吸性机理及其选择1.1　灌封材料吸能机理

灌封材料一般为高分子聚合物材料,如硅橡胶、环氧树脂和聚氨酯泡沫塑料等,这些材料具有典型的粘弹性。当受到外力时,一方面分子链发生变形,另一方面分子链与链之间产生滑移。当除去外力后,变形的分子链要恢复原位,释放外力所做的功,表现出材料的弹性性质;当分子链之间的滑移不能完全复原,产生永久性变形时,就会吸收一定的冲击能量。变形越大,变形速度越快,阻尼就越大,吸收能量就越多[1]。

图1为典型的低密度多孔缓冲材料的应力应变曲线,它包括3个阶段:弹性变形A→B;屈服平台B→C;材料压实区C→D。表明材料在压实之前经过了一个屈服平台,说明材料具有吸能缓冲作用[2]。

缓冲材料还能有效地隔离或衰减载体与目标撞击时的应力波。当冲击波从弹性载体透射到灌封材料中时,应力幅值迅速减小;同时,由于材料的粘弹性效应和横向惯性效应,应力波在传播过程中会发生幅值衰减和波形弥散。1.2　灌封材料的选择

国家自然科学基金资助项目(50675213)

收稿日期:2009-05-01

应根据电子产品的不同性能以及使用环境的要求来选择不同性能的灌封材料,尽可能发挥各种材料的优点,以满足产品设计的要求。

A—吸能初始点;B—吸能屈服点;C—最大吸能点;D—材料压实点; m—最大吸能应力; m—最大吸能应变

图1　典型缓冲材料的应力应变曲线

灌封材料对冲击的隔离应使测试电路元器件和系统所承受的过载处于安全范围。一种性能好的灌封材料应该是缓冲吸能特性好、应力波传播衰减速度快的材料。材料的缓冲吸能特性可以用吸能曲线和能量吸收图表示。图2为文献[3]给出的聚氨酯泡沫塑料的能量吸收图。其中:Ey为基体材料的弹性模量;W为单

0为基体材料的基准密位体积泡沫所吸收的能量;

度; 为应力; 为聚氨酯泡沫塑料的密度。

常用的灌封材料有环氧树脂、有机硅弹性体和聚氨酯。用于电子产品灌封的环氧树脂应能承受树脂固化过程中产生的内应力和冷热环境交变产生的应力,

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　2009年第5期　　　　　　　　　吕彩琴,等:高过载测试中的电子线路灌封技术研究

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且固化时放热小。而聚氨酯灌封材料兼有弹性、透明、硬度低、粘接力强、电性能好等特点,但是该材料对人体有毒。因此,操作时要根据不同的使用环境和要求选用不同的材料,同时通过添加不同的填料来改变

灌封材料的性能。

图2　聚氨酯泡沫塑料的能量吸收图

2　灌封内应力产生机理分析[4～6]

断裂力学裂纹理论认为,任何材料表面或内部都存在着不同程度的缺陷,如气孔、杂质、相界和细微的裂纹等。环氧灌注料是多种成分的混合物,在材料混合过程中难免带入杂质,形成气泡,而且在固化过程中,由于热胀冷缩,体系的尺寸随时变化。尤其当灌封电路中有尖锐棱角或大的突起时,会产生应力集中,而当应力达到一定程度时可能导致电路失效。通常灌封材料产生应力的原因有以下几点:

(1)高聚物分子结构和大分子间作用力的影响。分子链刚性大、链节长、玻璃化温度高的高聚物,冷却时易交联成网状结构,因链段运动较困难,产生高弹形变或不平衡构象引起内应力。

(2)大多数聚合物在低温下由于分子运动速度减慢,分子趋定向排列而产生结晶,会引起高聚物收缩,如果这种收缩受到限制,也会产生内应力。

(3)配料时混合料搅拌不均匀,尤其是微量成分分散不均匀,填料在固化过程中发生沉降现象,使填料的分布不均匀,产生局部的富树脂区。混合料的不均匀导致固化物表现出各向异性,造成层合结构特有的“力耦合效应”。

(4)固化反应是放热反应,放热峰值随着固化温度的升高而提高,固化收缩随之增大,当固化反应结束后,制品内部的积聚能量因制品的降温产生热应力,导致灌封体开裂失效。

(5)电路板和器件与复合材料的热膨胀系数不一致,因收缩不均衡形成内应力。通常环氧树脂灌封材料的线膨胀系数比电子器件的线膨胀系数大3倍～5倍。 …… 此处隐藏：3420字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……