CN104039087A - 一种电路板组件的有机硅凝胶无模具灌封方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电路板组件的有机硅凝胶无模具灌封方法，通过用事先固化好的有机硅凝胶裁剪成适宜尺寸的胶条，将胶条围挡灌封区域并固定在电路板上，堵漏后即可灌封。灌封后胶条可根据实际情况保留或去除。本发明能够代替设计制作专用灌封模具，降低成本，缩短周期，尤其适合小批量、多品种的产品。

Description

一种电路板组件的有机硅凝胶无模具灌封方法

技术领域

本发明涉及一种封灌方法，尤其涉及一种电路板组件的有机硅凝胶灌封工艺方法，在不制作专用灌封模具的情况下，完成电路板组件的局部或整体灌封。

背景技术

灌封工艺技术是采用绝缘介质排除空气填充到元器件周围，达到加固和提高组件抗电强度的作用，是电路板组件常用的一种防护工艺方法。例如,户外工作,舰船舱外的电路板,为了防止湿气、凝露、盐雾对电路的腐蚀,需要对电路板进行灌封；为提高海上工作的电子设备的三防性能,所有的变压器、阻流圈,要求灌封、裹复、包封或封端；为提高机载、航天电子设备抗振能力,对某些电路板需要进行固体封装或局部加固封装；某些电缆插头座,防止焊点腐蚀或折断,需灌封。

常用的灌封材料包括有机硅材料、聚氨酯材料和环氧树脂材料，其中有机硅材料具有优良的电气性能,耐水、耐气候老化性能,缺点是固化后的弹性体与金属的粘接性能较差,所以灌封时组件表面一般应涂有交联剂(偶联剂),一般应用其灌封电源组合、电路板等。加成型硅橡胶又命名为GN型硅凝胶(有机硅凝胶),其优点是对金属不会产生腐蚀,且无毒,在密封容器内,高温下不会象双组份缩合型硅橡胶那样由弹性体变为流体,并且表面与深层同时熟化,熟化后,强度高,透明,收缩率低,对应力敏感的元器件如铁氧体、坡莫合金器件更为合适,并可作为无壳机构的灌封胶,这类加成型硅凝胶是无线电子工业和其它工业部门可广泛推广的性能良好的材料。缺点是易中毒,切忌工作环境和工件表面沾有含有氮、硫、磷的化合物及金属有机酸。

有机硅凝胶灌封一般工艺过程如下所示：

根据电路板组装件外形及灌封要求设计制作模具→电路板组件灌封前清洗及干燥→在模具表面涂脱模剂(采用难粘特殊材料制作的模具可省略此步骤)→安装模具→缝隙堵漏→电路板组装件灌封面涂偶联剂，干燥→配制有机硅凝胶→胶液排气泡→灌注→固化→脱模→整理→检验。

电路板组装件在进行有机硅凝胶在灌封操作时，通常需要安装专用模具，将需要灌封的部位形成四周腔体，并用适当的辅料和材料堵住模具及模具与电路板之间的缝隙，避免漏胶，再将配制好的胶液灌注入腔体内，固化完成后拆卸模具及堵漏材料，最后进行外观整理。电路板组装件灌封有机硅凝胶时，出于尺寸稳定性、加工性能、重复使用、维护方便且不与灌封材料反应等因素的考虑，灌封使用的模具一般采用铝合金材料，有时也采用聚四氟乙烯材料。模具应一般遵循以下设计原则:

(1)便于组装,便于拆卸；

(2)配合紧密,防止胶液漫流；

(3)支撑底面平整,固化后胶体厚度应一致；

(4)便于控制灌封高度；

(5)材料以清理并且耐用，不与灌封材料发生化学反应；

(6)不易变形。

由于电路板组装件的结构尺寸、灌封要求各个不同，因此灌封模具也必须分别设计，并且按照批生产数量制作一定数量的模具，每次完成灌封的产品数量不多于产品专用灌封模具的数量；即使仅有少量产品，也需要设计和制作专用的灌封模具。灌封模具的设计和制作占用了一定的加工时间，并增加了一定的加工成本，尤其不利于小批量、多品种的产品。

发明内容

为了降低加工成本，适用于小批量、多品种的产品，本发明提出了一种工艺方法，借助适宜的材料，通过相对简单的操作，完成对电路板组件灌封有机硅凝胶的规定区域和灌封厚度的限定和堵漏，从而代替专用模具，免去专用模具设计和加工带来的周期延长、成本增加。

具体而言，本发明提供了一种电路板组件的有机硅凝胶无模具灌封方法，包括以下步骤：

步骤一：对要灌封有机硅凝胶的电路板组装件特点进行分析，获得灌封区域尺寸、胶层厚度；

步骤二：按照有机硅凝胶的配制比例均匀混合后，利用胶膜的灌注模具将所述机硅凝胶灌注为一片厚度均匀的胶膜；

步骤三：将固化后的胶膜切割成条，胶条的高度即为步骤二中胶膜的厚度，胶条的厚度应参考电路板组装件元器件间距，以能够稳定粘贴在电路板表面为准；

步骤三：根据灌封区域的边长裁剪胶条长度；

步骤四：将裁剪好的胶条小心粘贴在电路板上，按灌封尺寸围出灌封区域，要求胶条与电路板表面贴合紧密，没有明显缝隙，根据需要在局部使得胶条与电路板用聚酰亚胺压敏胶带临时固定，防止胶条意外脱落导致漏胶或灌封外形变形；

步骤五：在电路板组件灌封表面涂敷偶联剂并干燥后，将配制好的有机硅凝胶少量灌注入围出区域内的胶条与电路板接合处，然后进行初步固化，固化参数按照有机硅凝胶或产品规定的条件缩短进行，以胶液失去流动性为准；

步骤六：将配制好的有机硅凝胶灌继续注入完成堵漏的灌封区域内，胶液高度与胶条高度一致；

步骤七：将灌注好的电路板组件静置排气泡，避免大量的胶液过快进入固化过程；

步骤八：按照有机硅凝胶或产品规定的条件进行固化，加热固化的有机硅凝胶需要随炉降温后方可取出；

步骤九：将固化后的有机硅凝胶边界进行整理，直至符合灌封要求，围挡的胶条是否去除以灌封要求为准。

步骤十：清理压敏胶带，完成封灌。

特别地，所述胶膜的制作方法为：

在一块平整光滑的玻璃表面，按照需要设定四边尺寸，用光滑平整的金属条作为四周挡条，四周挡条高度高于需要胶膜的厚度至少0.5mm，在四周挡条内部制作刻线等标识，以制作不同厚度的胶膜；

用酒精棉彻底清理接触有机硅凝胶的表面，并彻底晾干备用；

按照不同牌号有机硅凝胶的使用要求，分别称量各组分，在充分混合均匀后，在不低于0.1MPa的真空度下排气泡，待气泡排净、胶液透明后，将胶液缓慢注入上述准备好的模具内，胶液注入速度不可过快，以防裹入空气产生新的气泡，室温静置半小时；

按照有机硅凝胶的固化要求进行固化，如果需要热固化，将上述注入胶液的槽平稳转移到干燥箱中，防止胶液溢出影响胶膜厚度；

胶膜固化后，用清洁的手术刀沿四周挡条切割，要求刀片垂直切割到底，去掉四周挡条后，胶膜可以较容易的从底面表面剥离。

特别地，所述胶条厚度适当增加以改善胶条的稳定性和堵漏效果，取2～5mm。

特别地，利用专用的切割工具，将胶条的接头制成榫接的形式，所述的胶条的一端裁剪成阳榫而与其连接的另一根胶条裁剪成阴榫的形式，当连接在一起时所述阳榫和阴榫相互配合，确保所述两根胶条的上下两个表面分别平齐。

本发明利用有机硅凝胶灌封材料透明、易切割和能够二次灌封的特性，使用有机硅凝胶本身裁剪为适宜形状的胶条，围挡出灌封区域，获得专用灌封模具相同的效果，且方法灵活、操作简便、成本低、制作周期短，避免了制作专用灌封模具的耗费的人力和物力，尤其适用于小批量、多品种的产品。

说明书附图

图1是胶膜的灌注模具示意图；

图2是常用胶条接头形式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

对要灌封有机硅凝胶的电路板组装件特点进行分析，了解灌封区域、胶层厚度等要求；

按照有机硅凝胶的配制比例均匀混合后，灌注为一个矩形的胶膜，形成的胶膜厚度应高出电路板组装件要求的胶层厚度尺寸约0.5mm，并在有机硅凝胶规定的固化条件进行固化。矩形的胶膜的制作可以根据产量酌情安排，胶膜的制作方法是：

在一块平整光滑的玻璃(或抛光金属板)表面，按照需要设定四边尺寸，用光滑平整的金属条(或其他不影响有机硅凝胶固化的材料围出)作为四周挡条，四周挡条高度高于需要胶膜的厚度至少0.5mm，如果经常使用，也可在四周挡条内部制作刻线等标识，可以制作不同厚度的胶膜；也可根据产量制作固定的模具。

用酒精棉彻底清理接触有机硅凝胶的表面，并彻底晾干备用；

按照不同牌号有机硅凝胶的使用要求，分别称量各组分，在充分混合均匀后，在不低于0.1MPa的真空度下排气泡，待气泡排净、胶液透明后，将胶液缓慢注入上述准备好的模具内。胶液注入速度不可过快，以防裹入产生新的气泡。室温静置半小时；

按照有机硅凝胶的固化要求进行固化，如果需要热固化，将上述注入胶液的模具平稳转移到干燥箱中，防止胶液溢出影响胶膜厚度；

胶膜固化后，用清洁的手术刀沿四周挡条切割，要求刀片垂直切割到底，去掉四周挡条后，胶膜可以较容易的从底面表面剥离；

胶膜的切割和保存都要保持清洁干燥，以免影响胶条使用或形成产品的多余物。胶膜的制作可以提前集中完成，储存不同厚度规格，备用，以提高生产效率。

胶膜的灌注模具示意图见图1。

将固化后的胶膜切割成条，胶条的高度即为(2)中胶膜的厚度，(相对来说，胶膜的上下表面比手术刀切割面平整度更好，更易于与电路板表面良好贴合)胶条的厚度应参考电路板组装件元器件间距，以能够稳定粘贴在电路板表面为准；胶条长度参考灌封区域的边长，按需切割裁剪。沿胶条长度方向的切割裁剪工具为清洁锋利的手术刀，要求刀片垂直切割到底，防止胶条切割后倾斜，与电路板贴合不稳定；根据实际需要，胶条长度确定好后，使用专用切割工具处理胶条端面，使两根胶条的接头制成榫接等形式，使胶条稳定、紧密的固定，并且外观良好。由于通常胶条的尺寸较小，因此不适合过于复杂的接头形式，优先选用简单的接头形式，能够达到稳定连接的目的即可。

常用胶条接头形式见图2，所述的胶条的一端裁剪成阳榫而与其连接的另一根胶条裁剪成阴榫的形式，当连接在一起是所述阳榫和阴榫相互配合，确保所述两根胶条的上下两个表面分别平齐。

为了避免胶条意外移动，应使用聚酰亚胺压敏胶带辅助固定胶条，重点位置是接头、弧度处，每隔大约50mm粘贴一处。

在电路板组件灌封表面涂敷偶联剂并干燥后，将裁剪好的胶条底部沾少量配制好的有机硅凝胶，小心粘贴在电路板上，按灌封要求围出灌封区域，仔细调整，将配制好的有机硅凝胶灌注入少量围出的区域内，重点是胶条与电路板表面交界处，目的是为了将胶条与电路板的细小缝隙堵住，防止大量漏胶。确认围出的区域不漏胶液后，按照有机硅凝胶或产品的要求进行初步固化，固化参数按照有机硅凝胶或产品规定的条件适当缩短进行，以胶液失去流动性为准，这样既达到了堵漏的目的，又没有产生明显的气泡；

将配制好的有机硅凝胶灌注入胶条围出的灌封区域内，胶液高度基本与胶条高度一致(由于表面张力的作用，胶液高度实际上与灌封要求一致，仅在胶条处升高约0.5mm)；

将灌注好的电路板组件静置排气泡，也可真空排气泡，避免大量的胶液过快进入固化过程，灌注时裹入的气泡不能及时排除，影响产品的外观甚至电性能；

按照有机硅凝胶或产品规定的条件进行固化，加热固化的需要随炉降温后方可取出，以减小产品受温度变化产生应力的影响；

将固化后的有机硅凝胶边界进行整理，直至符合灌封要求。围挡的胶条是否去除以灌封要求为准。去除胶条时用手术刀沿围挡的胶条的内壁小心划一周，注意刀尖不能划伤产品，然后将胶条沿电路板平面向外剥离，避免灌封胶层与电路板脱粘，再剥离围挡的胶条。

实施例：

某电路板组装件要求CS面整板灌封GN521有机硅凝胶，电路板为80mm×120mm的矩形，电路板边向内4mm内无元器件，要求胶层厚度3.5mm。电路板具体灌封实施过程是：

胶条制作：

要求灌胶胶层厚度为3.5mm，因表面张力作用，胶液在固化前临近模具的位置大约向上爬升0.5mm，因此需要制作4mm高的胶条；电路板边向内4mm内无元器件，为了胶条能够稳定的固定在电路板上，胶条厚度应尽量厚，设定胶条厚度3mm，胶条固定在电路板后，电路板边仍留有约1mm的余量，便于少量溢胶、清理、产品的持握等操作；电路板为80mm×120mm的矩形，需要胶条长度大于120mm；因此，需要制作胶膜的尺寸确定，模具内腔尺寸应大于需要胶膜的尺寸。

在一块约400mm×500mm的矩形平整玻璃表面，用截面积为20mm×20mm的铝条4根，围出尺寸约300mm×300mm的矩形，并用聚酰亚胺压敏胶带适当固定，制成模具。

用洁净的酒精棉清理模具内腔，考虑表面张力的原因胶液会沿模具内壁向上爬升约0.5mm，在模具内腔四周4.5mm高度处作标记，并等待酒精彻底挥发。

将GN521有机硅凝胶的双组分按照1：1的重量比充分混合均匀，此时由于搅拌过程中混入空气，胶液中会产生大量的气泡，因此将混合胶液置于清洁干燥的广口玻璃或陶瓷容器中进行真空排气泡，真空度尽量高，以不低于0.1MPa为宜，较大的表面和较高的真空度有利于尽快排除气泡。肉眼观察，直至胶液均匀透明没有气泡为止。

将排除气泡的胶液缓慢注入水平放置的模具内腔中，尽量放慢注入速度，并使胶液从靠近模具底面中心的位置向四周缓慢流平，防止裹入空气形成气泡。待胶液流平后位置到达模具内腔四周4.5mm标记处，室温静置约半小时，以保证胶液充分流平，并排除可能产生的少量气泡。

将上述模具水平转移至干燥箱中，开始升温过程：40⁺²℃20min，50⁺²℃20min，60⁺²℃20min，75⁺²℃120min(以上时间包括升温时间在内)；固化完成后随炉降至室温，取出待用。控制温度变化过程稳步进行，避免急剧升温产生的应力影响。

胶膜固化后，用清洁的手术刀沿四周挡条切割，要求刀片垂直切割到底，去掉四周挡条后，胶膜可以较容易的从底面表面剥离。胶膜四周靠近边缘处由于高度较高，应弃去不用。

将固化后的胶膜用手术刀配合钢板尺切割为厚度为3mm的胶条，胶条长度大于125mm；胶膜的切割和保存都要保持清洁干燥，以免影响胶条使用或形成产品的多余物。

胶条围出灌封区域：

用无水乙醇清理产品灌封表面并彻底晾干，再用偶联剂溶液处理产品灌封表面，并彻底干燥。

取一根胶条沿电路板边缘向内1mm围挡，倒转角时切断胶条，再用另一根胶条沿相邻的电路板边缘向内1mm围挡，胶条间小心贴合紧密，稳定连接，仔细调整，直至灌封区域全部用此方法完成围挡。用聚酰亚胺压敏胶带适当固定胶条，防止胶条意外移动，压敏胶袋粘贴的位置应在灌封区域外，避免影响灌封操作。

将GN521有机硅凝胶的双组分按照1：1的重量比充分混合均匀并真空排气泡后，将配制好的有机硅凝胶胶液灌注入少量围出的区域内，重点是胶条与电路板表面交界处，目的是为了将胶条与电路板的细小缝隙堵住，防止大量漏胶。确认围出的区域不漏胶液后，按照有机硅凝胶或产品的要求进行初步固化，固化参数按照有机硅凝胶或产品规定的条件适当缩短进行(40⁺²℃20min+50⁺²℃20min+60⁺²℃20min+75⁺²℃20min)，胶液失去流动性，这样既达到了堵漏的目的，又没有产生明显的气泡。

灌胶

按照1：1的重量比配制GN521有机硅凝胶，将充分混合并完成脱泡的有机硅凝胶沿胶条内壁和器件疏散处缓慢灌注入围出的区域内，高度基本与胶条高度一致(由于表面张力的作用，胶液高度为3.5mm，符合灌封要求，仅在靠近胶条处升高约0.5mm)。

产品室温静置30～60min,排除胶液气泡后，按照40⁺²℃20min+50⁺²℃20min+60⁺²℃20min+75⁺²℃20min进行固化。

用手术刀沿围挡的胶条的内壁小心划一周，注意刀尖不能划伤产品，然后将胶条沿电路板平面向外剥离，避免灌封胶层与电路板脱粘，再剥离围挡的胶条。

整理，完成灌封。

尽管已经结合优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是在不违背本发明精神和实质的情况下，各种修正都是允许的，它们都落入本发明的权利要求的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种电路板组件的有机硅凝胶无模具灌封方法，包括以下步骤：

步骤一：对要灌封有机硅凝胶的电路板组装件特点进行分析，获得灌封区域尺寸、胶层厚度；

步骤二：按照有机硅凝胶的配制比例均匀混合后，利用胶膜的灌注模具将有机硅凝胶灌注为一片厚度均匀的胶膜；

步骤三：将固化后的胶膜切割成条，胶条的高度即为步骤二中胶膜的厚度，胶条的厚度应参考电路板组装件元器件间距，以能够稳定粘贴在电路板表面为准；

步骤三：根据灌封区域的边长确定胶条长度；

步骤四：将裁剪好的胶条小心粘贴在电路板上，按灌封尺寸围出灌封区域，要求胶条与电路板表面贴合紧密，没有明显缝隙，根据需要在局部使得胶条与电路板用聚酰亚胺压敏胶带临时固定，防止胶条意外脱落导致漏胶或灌封外形变形；

步骤五：在电路板组件灌封表面涂敷偶联剂并干燥后，将配制好的有机硅凝胶少量灌注入围出区域内的胶条与电路板接合处，然后进行初步固化，固化参数按照有机硅凝胶或产品规定的条件缩短进行，以胶液失去流动性为准；

步骤六：将配制好的有机硅凝胶灌继续注入完成堵漏的灌封区域内，胶液高度与胶条高度一致；

步骤七：将灌注好的电路板组件静置排气泡，避免大量的胶液过快进入固化过程；

步骤八：按照有机硅凝胶或产品规定的条件进行固化，加热固化的有机硅凝胶需要随炉降温后方可取出；

步骤九：将固化后的有机硅凝胶边界进行整理，直至符合灌封要求，围挡的胶条是否去除以灌封要求为准。

步骤十：清理压敏胶带，完成封灌。

2.如权利要求1所述的电路板组件的有机硅凝胶无模具灌封方法，其特征在于，所述胶膜的制作方法为：

在一块平整光滑的玻璃表面，按照需要设定四边尺寸，用光滑平整的金属条作为四周挡条，四周挡条高度高于需要胶膜的厚度至少0.5mm，在四周挡条内部制作刻线等标识，以制作不同厚度的胶膜；

用酒精棉彻底清理接触有机硅凝胶的表面，并彻底晾干备用；

按照不同牌号有机硅凝胶的使用要求，分别称量各组分，在充分混合均匀后，在不低于0.1MPa的真空度下排气泡，待气泡排净、胶液透明后，将胶液缓慢注入上述准备好的模具内，胶液注入速度不可过快，以防裹入空气产生新的气泡，室温静置半小时；

按照有机硅凝胶的固化要求进行固化，如果需要热固化，将上述注入胶液的模具平稳转移到干燥箱中，防止胶液溢出影响胶膜厚度；

胶膜固化后，用清洁的手术刀沿四周挡条切割，要求刀片垂直切割到底，去掉四周挡条后，胶膜可以较容易的从底面表面剥离。

3.如权利要求1或2任意一项所述的电路板组件的有机硅凝胶无模具灌封方法，其特征在于：所述胶条厚度适当增加以改善胶条的稳定性和堵漏效果，取2～5mm。

4.如权利要求1或2任意一项所述的电路板组件的有机硅凝胶无模具灌封方法，其特征在于：利用专用的切割工具，将胶条的接头制成榫接的形式，所述的胶条的一端裁剪成阳榫而与其连接的另一根胶条裁剪成阴榫的形式，当连接在一起时所述阳榫和阴榫相互配合，确保所述两根胶条的上下两个表面分别平齐。