CN106409695B - 一种复杂三维结构组件的非气密包封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，包括以下步骤：先对灌封料液进行预处理；然后将灌封料液加入真空腔室内，调节真空腔室内的真空压力，进行灌封准备；再控制真空腔室内灌封料液的流动方向对工件进行灌封；最后待灌封料液固化后形成致密灌封体。本发明通过采用真空除气、真空离心脱泡、降低真空度灌封、控制灌封料液流动方向以及注胶口液面下灌封的组合控制方式，能够实现比通常采用的灌封工艺更好的气泡率控制效果，特别适合复杂三维结构组件的致密包封要求，能够大幅降低产品内部气泡率，有效提高产品的封装成品率，为基于灌封工艺进行复杂三维结构组件包封的产品提供了一个综合工艺平台，具有广阔的应用前景。
Description
【技术领域】
本发明属于集成制造技术领域，具体涉及一种采用灌封材料对复杂三维结构组件进行非气密包封的方法。
【背景技术】
采用环氧材料对元件进行包封是电子行业的常用工艺之一。包封后的结构非完全气密但仍具有保护内部结构的效果。环氧材料固化后形成的工件内部气泡是该工艺最常见的缺陷。气泡的产生与灌封材料黏度以及工件形状有着紧密地联系。采用高黏度环氧材料进行复杂三维结构组件(例如有大量内部引线的工件)的灌封时，由于工件内部三维结构复杂，不利于灌封胶流动，极易在灌封时形成内部气泡。气泡可造成模块内部缺陷，若气泡较大并浮于表面还可能会暴露内部器件。另一方面，复杂三维结构组件由于内部尖锐点较多，材料种类较多，相互之间材料热膨胀系数不一致，易导致灌封体固化后在复杂结构尖角位置形成内应力集中区域，气泡恰最易产生在这些部位(见图1)，因此会进一步导致灌封体结构强度下降，增加了在受到外界应力作用时发生开裂的风险。因此针对复杂三维结构组件进行环氧灌封需要特殊工艺方法。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，实现使用灌封工艺封装复杂三维结构组件时减少内部气泡产生概率，防止对包封体结构可靠性造成的负面影响。
本发明采用以下技术方案：
一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，包括以下步骤：
S1：对灌封料液进行预处理；
S2：将灌封料液加入真空腔室内，调节真空腔室内的真空压力，进行灌封准备；
S3：控制真空腔室内灌封料液的流动方向对工件进行灌封；
S4：待灌封料液固化后形成致密灌封体。
进一步的，步骤S1中，对所述灌封料液进行预加热，加热温度为70℃～100℃，加热时间小于10min，便于后续脱泡。
进一步的，步骤S2中，通过真空除气对所述灌封料液内部的气体进行快速抽真空抽走一部分，剩余部分在相对真空度-95Kpa～-100Kpa下转化为气泡，然后通过对灌封料液进行真空离心脱泡处理，使气泡上浮至灌封料液表面并破裂排出，最后的少量气泡将随表面灌封料液一起被舍弃。
进一步的，所述真空离心脱泡包括两步，具体为：先采用相对真空度-40Kpa～-50Kpa排气10s～20s，然后在相对真空度-80Kpa～-90Kpa下排气400s～600s。
进一步的，所述真空除气和真空离心脱泡交替进行，以减少所述灌封料液内部气体含量。
进一步的，步骤S3，所述真空腔室内设置有注胶头，所述注胶头的注胶口位于所述灌封料液的液面以下，用于在灌封过程中，减少所述灌封料液断流时产生的断面与真空腔室内部稀薄空气的接触，防止将气体卷入所述灌封料液内部形成气泡。
进一步的，所述注胶头的注胶口设置在所述复杂三维结构的侧面，使所述灌封料液的流动方向与复杂三维结构面平行，依靠灌封料液的流动将小气泡推离复杂三维结构面，防止灌封料液内部还剩余的小气泡被灌封料液流推至复杂三维结构表面并被吸附住从而导致在所述复杂三维结构体内部形成气泡。
进一步的，步骤S3中，所述真空腔室内灌封真空度低于脱泡真空度，用于防止真空下产生新的气泡。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，通过控制灌封料液的流动方向，使残余气泡远离组件的复杂三维结构面，从而减少因被工件表面吸附而无法上浮并最终凝固在灌封体内部的气泡的数量，避免因内部气泡、针孔等缺陷对三维器件的包封体可靠性造成的负面影响。
进一步的，在70℃～100℃下对灌封料液进行加热，能够有效降低大部分环氧材料的黏度，便于后续脱泡。
进一步的，对真空离心脱泡采用分两阶段实施，首先通过较低的真空和转速清除液面可能的大气泡，可防止大气泡在高真空高转速下破裂，并带起胶液飞溅至排气通道；然后使用更高的真空和转速可进一步清除胶液内气体。
进一步的，注胶头的注胶口位于灌封料液的液面以下，以防止胶液在滴落并与液面相接触时在两者的界面之间包裹真空室内部稀薄气体从而形成新的气泡，通过控制真空腔室的真空度低于脱泡真空度，有助于防止在低真空下产生新的气泡。
进一步的，注胶点设置在组件具有尽可能少的复杂三维结构的侧面，从而使灌封料液流动方向与组件复杂结构面平行，依靠灌封料液流动将小气泡推离复杂结构面，防止胶液内部还剩余的小气泡被胶液流推至复杂结构表面并被吸附住从而导致在结构体内部形成气泡。
综上所述，本发明通过采用真空除气、真空离心脱泡、降低真空度灌封、控制灌封料液流动方向以及注胶口液面下灌封的组合控制方式，能够实现比通常采用的灌封工艺更好的气泡率控制效果，特别适合复杂三维结构组件的致密包封要求，能够大幅降低产品内部气泡率，有效提高产品的封装成品率，为基于灌封工艺进行复杂三维结构组件包封的产品提供了一个综合工艺平台，具有广阔的应用前景。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
图1为典型复杂三维结构灌封后的剖面结构示意图；
图2～图4为注胶头悬空断胶过程中引入气泡的过程示意图；
图5为本发明注胶头伸入液面灌封示意图；
图6为本发明通过注胶流动方向控制气泡位置的示意图。
其中：1.复杂三维结构；2.工件；3.注胶头；4.液滴；5.液面；6.气泡；7.灌封料液流向。
【具体实施方式】
请参阅图1至图4所示，现有灌封中，注胶头3出胶若产生中途断流，则灌封料液的液滴4吸附真空腔室内部稀薄空气后，在重新启动注胶时滴落，会与下方液面汇合并将该部分稀薄空气裹入胶内，并会在烘烤后由于空气受热膨胀而形成小气泡，且典型复杂三维结构在灌封后，气泡6在上浮时会被内部金属线阻挡无法上浮并最终凝固在灌封体内部，影响三维器件的包封体可靠性。
请参阅图5和图6所示，本发明一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，包括以下步骤：
S1：对灌封料液进行预处理；
操作流程为：先将灌封料液预加热到70℃～100℃，此范围内大部分环氧材料黏度会急剧下降，便于后续脱泡，加热时间不宜超过10min。
S2：将灌封料液加入真空腔室内，真空除气进行灌封准备；
通过真空除气使灌封料液内部的气体部分被抽走，剩余部分在低压相对真空度-95Kpa～-100Kpa下转化为气泡，然后通过对灌封料液进行真空离心脱泡使气泡移至灌封料液表面并破裂排出，最后的少量气泡将随表面灌封料液一起被最终舍弃。
将灌封料液至于真空腔室中，以尽可能高的真空度(-95Kpa～-98KPa)，对其快速抽真空，使灌封料液内包含的气体凝聚成泡并上浮破裂，之后将灌封料液采用真空离心脱泡，过程分为两步，先采用相对真空度-40Kpa～-50Kpa排气10s～20s，然后在相对真空度-80Kpa～-90Kpa下排气400s～600s。
其中，真空除气和真空离心脱泡应交替进行，可反复使用以上两步，以充分减少灌封料液内部气体含量。
S3：控制真空腔室内灌封料液的流动方向对工件进行灌封；
在真空腔室中对工件2进行灌封，控制真空腔室内的真空度低于脱泡真空度。在低真空下灌封时，需要将注胶头3插入灌封料液的液面5以下，以防止灌封料液在滴与液面5相接触时包裹真空室内部稀薄气体而形成新的气泡6。
将注胶头3的注胶点设置在复杂三维结构1中具有尽可能少的复杂三维结构的侧面，从而使灌封料液流向7与复杂三维结构1的表面平行，依靠灌封料液流动将气泡6推离复杂三维结构1的表面，防止灌封料液内部还剩余的气泡6被灌封料液流推至复杂三维结构1的表面并被吸附住从而导致在整个结构体内部形成气泡6。
S4：固化后形成致密灌封体。
实施例1
S1：先将灌封料液预加热到70℃，加热时间8min。
S2：在真空腔室内以-95KPa真空度对灌封料液进行快速抽真空，然后在低压相对真空度-95Kpa下抽真空并使内部气体转化为气泡，再采用真空离心脱泡技术，具体为先采用相对真空度-40Kpa排气20s，然后在相对真空度-80Kpa下排气600s。
S3：控制真空腔室内的真空度低于脱泡真空度，对工件进行灌封，真空脱泡过程真空度为-95KPa，则灌封真空度可采用-70KPa。这样有助于防止在低真空下产生新的气泡。
S4：常温固化后形成致密灌封体。
实施例2
S1：先将灌封料液预加热到85℃，加热时间9min。
S2：在真空腔室内以-97KPa真空度对灌封料液进行快速抽真空，然后在低压相对真空度-98Kpa下转化为气泡，再采用真空离心脱泡技术，具体为先采用相对真空度-45Kpa排气20s，然后在相对真空度-85Kpa下排气500s。
S3：控制真空腔室内的真空度低于脱泡真空度，对工件进行灌封，真空脱泡过程真空度为-97KPa，则灌封真空度可采用-73KPa。这样有助于防止在低真空下产生新的气泡。
S4：常温固化后形成致密灌封体。
实施例3
S1：先将灌封料液预加热到100℃，加热时间10min。
S2：在真空腔室内以-98KPa真空度对灌封料液进行快速抽真空，然后在低压相对真空度-100Kpa下转化为气泡，再采用真空离心脱泡技术，具体为先采用相对真空度-50Kpa排气18s，然后在相对真空度-90Kpa下排气600s。
S3：控制真空腔室内的真空度低于脱泡真空度，对工件进行灌封，真空脱泡过程真空度为-98KPa，则灌封真空度可采用-75KPa。这样有助于防止在低真空下产生新的气泡。
S4：常温固化后形成致密灌封体。
采用本方案后，在使用黏度常温下为30000cps～40000cps的环氧灌封胶，且灌封的是如图1所示类型结构产品时，气泡率可降低30％～50％。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对灌封料液进行预处理，对所述灌封料液进行预加热，加热温度为70℃～100℃，加热时间小于10min，便于后续脱泡；
S2：将灌封料液加入真空腔室内，真空除气进行灌封准备，通过真空除气对所述灌封料液内部的气体进行快速抽真空抽走一部分，剩余部分在相对真空度-95Kpa～-100Kpa下转化为气泡，然后通过对灌封料液进行真空离心脱泡处理，使气泡上浮至灌封料液表面并破裂排出，最后的少量气泡将随表面灌封料液一起被舍弃；
S3：控制真空腔室内灌封料液的流动方向对工件进行灌封，所述真空腔室内灌封真空度低于脱泡真空度；
S4：待灌封料液固化后形成致密灌封体。
2.根据权利要求1所述的一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，其特征在于，步骤S2中，所述真空离心脱泡包括两步，具体为：先采用相对真空度-40Kpa～-50Kpa排气10s～20s，然后在相对真空度-80Kpa～-90Kpa下排气400s～600s。
3.根据权利要求1所述的一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，其特征在于：步骤S2中，所述真空除气和真空离心脱泡交替进行，以减少所述灌封料液内部气体含量。
4.根据权利要求1所述的一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，其特征在于：步骤S3，所述真空腔室内设置有注胶头，所述注胶头的注胶口位于所述灌封料液的液面以下，用于在灌封过程中，减少所述灌封料液断流时产生的断面与真空腔室内部稀薄空气的接触，防止将气体卷入所述灌封料液内部形成气泡。
5.根据权利要求4所述的一种复杂三维结构组件的非气密包封方法，其特征在于：所述注胶头的注胶口设置在所述复杂三维结构的侧面，使所述灌封料液的流动方向与复杂三维结构面平行，依靠灌封料液的流动将小气泡推离复杂三维结构面，防止灌封料液内部还剩余的小气泡被灌封料液流推至复杂三维结构表面并被吸附住从而导致在所述复杂三维结构体内部形成气泡。
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