真空技術(shù)在電裝工藝中的應用

　　真空技術(shù)在電裝工藝中的應用，主要是真空灌封、真空浸漆和真空涂覆等幾個(gè)方面。通過(guò)真空灌封將氣體絕緣轉換為固體絕緣，有效提高了產(chǎn)品的絕緣能力。真空浸漆工藝處理后絕緣漆覆蓋完全，提高了產(chǎn)品整體的絕緣強度和抗壓能力。真空涂覆通過(guò)氣相沉積在產(chǎn)品表面形成厚度均勻的薄膜，幾乎不改變產(chǎn)品外觀(guān)，并具有穩定的介電常數，提高產(chǎn)品整體的高壓絕緣性能。通過(guò)真空技術(shù)在電裝工藝中的應用，改進(jìn)了航天電子產(chǎn)品的絕緣防護工藝，確保航天電子產(chǎn)品質(zhì)量的可靠和安全。

　　引言

　　隨著(zhù)真空科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，真空技術(shù)的應用越來(lái)越廣泛，尤其在航天、航空、高能物理、可控熱核聚變、表面物理、半導體與微電子等尖端科學(xué)領(lǐng)域的應用。真空絕熱、干燥、蒸發(fā)、升華、蒸餾、凝結、濃縮、灌封、浸漆和涂覆等真空技術(shù)，在航天電子產(chǎn)品的電裝工藝中也得到廣泛的應用。為了保證航天器件的可靠性和質(zhì)量篩選試驗的要求，提高航天電子產(chǎn)品的裝聯(lián)質(zhì)量，在航天電子產(chǎn)品裝聯(lián)工藝中，采用了真空灌封、真空浸漆和真空涂覆工藝技術(shù)，同時(shí)對其技術(shù)進(jìn)行了深入的試驗研究。真空灌封技術(shù)將氣體絕緣轉換為固體絕緣；真空浸漆技術(shù)將電子產(chǎn)品內部無(wú)縫隙處理；真空涂覆技術(shù)將氣相沉積在產(chǎn)品表面，形成厚度均勻的薄膜，提高產(chǎn)品的絕緣性能，從而保證航天電子產(chǎn)品質(zhì)量。

1、真空灌封技術(shù)

　　1.1、灌封機理

　　灌封是將液態(tài)灌封材料如環(huán)氧樹(shù)脂，用機械或手工方式灌入裝有電子元件的模具中，在常溫或加溫條件下將其固化成型的過(guò)程。真空灌封是灌封材料在真空條件下脫氣，然后在真空條件下灌入裝有電子元件的模具中，最后將其固化成型的操作工藝。

　　由于在常壓下會(huì )出現灌封部件內部的氣泡或漏料缺陷，很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量，這些缺陷造成產(chǎn)品絕緣性能下降，出現打火、電暈、飛弧等問(wèn)題，如圖1所示。采用真空灌封工藝后，很好地解決了氣泡或漏料缺陷等問(wèn)題。提高產(chǎn)品的絕緣性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 常壓下灌封缺陷圖

　　1.2、灌封實(shí)驗材料的選擇

　　常用的灌封材料一般為環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)和硅橡膠類(lèi)。環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)具有較好的導熱性能和附著(zhù)力，但在灌封過(guò)程中控制不當或者工作時(shí)受環(huán)境溫度變化的影響，使材料的膨脹系數產(chǎn)生變化，產(chǎn)生的應力可能會(huì )損壞元器件或焊點(diǎn)，固化期間的發(fā)熱也會(huì )對元器件造成損壞，而且環(huán)氧樹(shù)脂灌封后修復比較困難。通過(guò)分析采用硅橡膠類(lèi)作為灌封材料進(jìn)行試驗。常用的單組份室溫硫化硅橡膠為GD414，經(jīng)過(guò)試驗測試GD414主要性能數據見(jiàn)表1所列。

表1 單組份室溫硫化硅橡膠性能數據

　　硅橡膠的固化本質(zhì)是一種硫化反應。室溫硫化硅橡膠是以粘度較低的聚硅氧烷為聚合物，在室溫下通過(guò)與濕氣或交聯(lián)劑混合均勻可硫化成彈性體。通過(guò)試驗發(fā)現，由于操作時(shí)無(wú)法避免混進(jìn)氣體，而且GD414材料是從表面向內部逐步固化的，從而造成在真空條件下，內部氣體膨脹。另一種常用材料是道康寧公司的有機硅彈性體，為雙組份硅橡膠材料，內添加有導熱陶瓷粉，導熱性能較好，使用時(shí)按照一定的比例進(jìn)行配料，充分攪拌后開(kāi)始固化反應。經(jīng)測試有機硅彈性體的主要性能數據見(jiàn)表2所列。

表2 道康寧有機硅彈性體性能數據

　　1.3、耐壓強度試驗

　　在常溫常壓和真空條件下，對兩種硅橡膠類(lèi)材料分別進(jìn)行了耐壓強度試驗。按照單組份硅橡膠和雙組份有機硅彈性體進(jìn)行測試，厚度在0.3 mm以下時(shí)，擊穿電壓都在3.5 kV以下；厚度在0.5 mm以上時(shí)，耐壓值可以達到5 kV以上，說(shuō)明硅橡膠作為灌封材料，在常溫常壓下，涂層的厚度一定要達到0.5 mm以上，才可以保證5 000 V以上的耐壓值。測試數據如表3所列。

表3 試件耐壓檢測結果

　　真空條件下耐壓強度測試首先是采用單組份硅橡膠。在常溫常壓下固化后，在真空條件下電壓升至1 500 V，真空壓力降至400 Pa時(shí)，出現大面積的真空放電現象，持續的電弧和輝光放電，造成產(chǎn)品明顯的燒損，從真空設備取出試件進(jìn)行分析，發(fā)現樣品的電極尖端未徹底防護。當采用雙組份有機硅彈性體測試時(shí)，分別制作了0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm三種不同厚度的模具進(jìn)行灌封，在固化過(guò)程中進(jìn)行了真空除氣。真空度在0.1 Pa的狀態(tài)下，試件電壓逐步加到5 000 V時(shí)，也未出現拉弧放電等現象。取出試件進(jìn)行了認真分析檢查，沒(méi)有發(fā)現試件內部有空腔、氣泡等缺陷。因此，只要在真空條件下內部空氣排凈，就可以大幅提高絕緣性能。

　　1.4、真空灌封工藝流程

　　真空灌封工藝流程主要包括清洗、預烘、表面處理、配料、攪拌、真空除氣等過(guò)程，如圖3所示。首先設計制作了專(zhuān)用的灌封模具，在清潔、預烘環(huán)節對產(chǎn)品進(jìn)行清理，并烘干產(chǎn)品和模具內潮氣放入模具，然后配比灌封膠并攪拌，隨后對膠液真空除氣；由于灌封材料在常態(tài)下內部有少量的氣體，同時(shí)在對它們進(jìn)行配比時(shí)也會(huì )混入少量的氣體，利用真空泵進(jìn)行“除氣”，將會(huì )減少灌封物質(zhì)內部的氣體。

　　開(kāi)始“除氣”的時(shí)候，由于氣體較多，完全打開(kāi)真空閥提高真空度。當真空室里的真空度達到0.1 Pa的要求時(shí)，灌封物質(zhì)就會(huì )沿著(zhù)容器上升，此時(shí)微調真空閥，降低真空室的真空度，這時(shí)灌封材料將向下沉。由于真空室內真空度的短時(shí)間變化，使得灌封材料中的氣泡破裂，有利于殘余氣體的排除。按照上述方法反復幾次以后，灌封材料內部氣體基本排凈，如圖4所示。

圖3 真空灌封工藝流程

圖4 真空灌封合格產(chǎn)品

4、結論

　　綜上所述，這三種電裝工藝都采用了真空技術(shù)，收到很好的效果，達到了預期目的。灌封技術(shù)將氣體絕緣轉換為固體絕緣，有效的提高了產(chǎn)品絕緣能力，保證了高壓電在低氣壓下正常工作；浸漆技術(shù)將產(chǎn)品內部進(jìn)行無(wú)縫隙、無(wú)遺漏的涂覆處理，提高產(chǎn)品整體的絕緣強度和抗高壓能力；涂覆技術(shù)通過(guò)氣相沉積，在產(chǎn)品表面形成厚度均勻一致，并具有穩定介電常數的薄膜，提高了產(chǎn)品整體的高壓絕緣性能。提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增加了技術(shù)含量，保證了產(chǎn)品在真空環(huán)境下可靠工作。今后，需要進(jìn)一步利用真空技術(shù)，完善工藝流程，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量。