灌封化合物的種類介紹

電子產品已經和人們的日常生活緊密相關，也更容易受到各種極端環境引起無法復原的損壞，例如水氣、溫度、腐蝕老化、振動與衝擊。因此未來會越來越要求電子產品具有高可靠度和耐用性，也等同於要求灌封化合物提供更高的絕緣強度、更好的導熱性能和更低的熱膨脹係數。本文介紹常見的灌封化合物種類，並分析它們的優缺點和適當應用，同時提出製程中常見的問題以及對應的對策方案，以便選擇適合電源轉換器的灌封化合物。

 

灌封化合物的種類

電源轉換器中經常使用環氧樹脂、矽氧樹脂和聚氨酯等化合物當作灌封化合物。以下將介紹三種常見的灌封化合物，並分析它們的優缺點，以及用於不同場合中的適用性依據。

(1) 環氧樹脂(Epoxy Resin)

環氧樹脂，又稱為AB膠，是一種常用於灌封電源轉換器的化學材料。它是由A劑(環氧樹脂)和B劑(固化劑)依照比例合成的熱固型聚合物，擁有高黏合力、良好耐化學性和防潮性的特性，故相當適合室外應用。

當電源轉換器要進行分析或故障查修時，通常需要將其封裝去除。然而，環氧樹脂是一種相當難清除的材料，需要使用尖銳的工具削除，這方式可能會毀傷電子元件。

以下表格為環氧樹脂的優點與缺點:

表1. 環氧樹脂的優缺點

	環氧樹脂
優點	-高硬度與抗拉強度 -優異的耐化學性、耐濕性和耐高溫性 -高絕緣性 -良好的附著力 -低固化收縮率
缺點	-室溫下，固化過程持續放熱且時間過長 -重新修復性差

 

(2) 矽氧樹脂(Silicone Resin)

矽氧樹脂，俗稱矽利康，是具有三維支鏈結構的聚合物。矽氧樹脂主鏈的矽氧烷鍵 (-Si-O-Si-)不同於環氧樹脂和其他有機物C-C結構的聚合物，其所呈現之特性也優於一般有機化合物。

矽氧樹脂具有高柔性，可以釋放高溫裝置產生的熱所產生的機械應力。因此，它比其他聚合物表現出更寬的工作溫度範圍和優異的電絕緣性能，使其成為市場上使用最廣泛的灌封化合物之一。以下表格為矽氧樹脂的優點與缺點:

表2. 矽氧樹脂的優缺點

	矽氧樹脂
優點	-高柔韌性而有彈性，且擠壓過程不會出現裂痕 -寬溫度耐受性，範圍約從-55°C到200°C -低體積收縮率，故較耐溫度衝擊試驗 -高絕緣特性
缺點	-成本高 -低黏度

 

許多應用領域都使用矽氧樹脂，它用於灌封和黏合消費電器零件，例如智慧手機、電腦、家用電子設備的功率電晶體和電壓器等，這有助於提高產品的可靠性並延長其使用壽命。另外，矽氧樹脂也用於汽車系統和通訊設備，包括安全氣囊、點火系統和行動通信基地台等，以保護電子零件免受污染並使其免受極端溫度的影響。由此可得，矽氧樹脂適合用於各種在惡劣天氣條件下的電子零件。

(3) 聚氨酯(Polyurethane)

聚氨酯，縮寫為PU，通常是由基礎樹脂和異氰酸酯固化劑組成的雙組分化合物。這種材料具有耐用性和適應性，其固化後擁有極佳的柔韌性，可以抵抗惡劣環境，保護電子設備免受潮濕以及有效地吸收衝擊碰撞和震動，降低線路損壞的風險。因此，聚氨酯是室內電源轉換器的理想灌封化合物。與環氧樹脂相比，聚氨酯具有在較低溫度下固化且固化過程中放熱低的優點。

需要注意的是，聚氨酯僅適用於低工作溫度，當工作環境溫度高於120°C 時，其性能可能會下降，甚至溫度高於220°C時，可能會發生化學結構分解變化。以下表格為聚氨酯的優點與缺點:

表3. 聚氨酯的優缺點

	聚氨酯
優點	-低溫環境時具有彈性 -優異的抗衝擊和抗振性 -絕佳的電氣絶緣和耐燃性
缺點	-可允許最高溫度低 -對腐蝕性液體的抵抗力較低 -固化前對水分敏感 -容易出現氣泡，需要真空灌封

 

 

三種灌封化合物的常見特性相對比較表

這三種常見的灌封化合物，其各自具有不同的特性。下表是三種灌封化合物的常見特性相對比較表:

表4. 特性相對比較表

	環氧樹脂	矽氧樹脂	聚氨酯
彈性	低	中	高
黏度	高	低	中
附著力	高	中	低
溫度範圍	中	高	低
抗冷熱衝擊性	低	高	中
電氣絕緣性	高	中	低
價格	低	高	中
硬度	高	低	中
修復性	低	高	中
防潮能力	低	高	中
導熱性	中	高	低
耐熱性	中	高	低

 

常見問題

灌封技術是確保電子元件性能和可靠性的關鍵步驟之一，如果在灌封製程中出現不當情況，例如灌封化合物未能完全浸透到線圈匝間，導致線圈匝間存留空隙，可能會在工作時引發局部電弧或擊穿現象，從而降低電子元件的可靠度。以下介紹了常見的問題及其解決方法：

(1) 表面粗糙度

在通風環境下，灌封化合物從液體轉變為固體的過程中會持續釋放熱量，且固化時間相當長，這可能導致固化後表面出現高低不平的情況，這個問題跟操作溫度有關係。如果操作溫度過高，灌封化合物尚未自然平整於轉換器模具殼內時，部分區塊就提前出現固化現象，從而導致固化後膠體表面不平整。對於膠體較薄的區塊，可能會影響其防潮濕性與絕緣性，其他電氣性能亦隨之降低；對於膠體較厚的區塊，很難使用探針或熱電偶來準確量測元件。

要避免問題持續發生，可透過維持實驗室環境溫度固定、定期維護器材和清除轉換器內部灰塵。

(2) 氣泡

在灌封製程中，必須排除所有氣泡。這是因為氣體分子並非緊密堆積，所以具有較低的熱傳導係數。氣泡是熱的不良導體，會阻礙熱傳遞。氣泡產生的原因包括：

        a. 水氣汙染

水氣來自許多來源，例如固化劑或內殼內沿壁表面。水氣會與灌封化合物發生化學反應，然後產生氣體，這些氣體會在灌封化合物內形成氣泡。

解決方式是事先使用小型風扇吹入殼內一段時間，以確保無水氣存在，並在濕度較低的環境中進行灌封。

         b. 混合攪拌不均勻

許多膠種在混合攪拌的過程中，容易將空氣打入膠液中。當帶有許多小氣泡的膠液注入電源轉換器殼內時，灌封化合物受熱膨脹時，氣體會漸漸聚集在一起，最後形成大小不一的氣泡，從而影響產品的電氣特性。

解決方法是對混和膠液抽真空，徹底將膠液中的氣體抽出，以確保灌封的過程中不會產生氣泡。

         c. 孔洞影響

當材料黏性較高且流動速度緩慢時，流經孔洞或狹縫的地方就容易產生氣泡等不良現象。

解決方法之一是預熱灌封化合物，以降低其黏度，讓膠液能填滿每個孔洞並充分填滿每一個縫隙，從而排出殼內的空氣。另一種解決方法是降低灌封速度，並確保速度均勻，避免快慢不一，這樣可以讓膠液緩慢地流動到每個角落，從而減少氣泡產生。

 

結論

在選擇環氧樹脂、矽氧樹脂和聚氨酯作為電源轉換器灌封化合物時，需優先考慮良好的絕緣性能、耐高溫性能、良好的密封性和耐環境腐蝕性等特性。本文簡要總結這三種灌封化合物，環氧樹脂具有良好的附著力和優異的耐化學性，因此適合戶外應用；矽氧樹脂具有高柔韌性和寬廣的連續工作溫度範圍，適合灌封高功率電子設備；聚氨酯具有高度彈性、優秀的低溫性能和耐衝擊性，因此在消費性電子產品的灌封中被普遍應用。

灌封有助於解決電子產品製造和組裝過程中的許多問題。對於每種應用中，使用合適的灌封化合物對於產品的經濟成本與品質生產性提高是相當重要。

 

 

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