CN110139495A - 一种满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其中：所述集成灌封系统包括灌注系统、真空系统、温控系统、振动系统；采用振动、温控、抽真空三位一体的灌封方式，解决了封闭型腔内置印制板部件复杂结构真空灌封后仍然有空洞缺陷的问题，进一步提高了环氧胶的流动性，提高了印制板部件及其他结构件的润湿能力，基本实现了环氧胶无空洞灌封，满足了航天产品大过载情况下抗冲击、振动的能力。

Description

一种满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统及方法

技术领域

本发明属于航空产品印制板灌封领域，具体涉及一种满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统及方法，用于提高引信印制板部件环氧胶可靠润湿及无空洞灌封，保证高过载、冲击、振动情况下印制板工作的可靠性。

背景技术

现有航天军工企业用印制板部件环氧胶灌封一般采用真空灌封设备。

现有设备的特点就是对环氧胶灌封后进行抽真空排泡。

对于封闭型腔内置印制板部件复杂结构采用真空灌封设备进行灌封，由于电阻电容底部、元器件之间、导线的根部、印制板与型腔之间存在着大量的微小间隙，严重阻滞了环氧胶的流动性和润湿效果，造成大量的不同形态的空洞，空洞存在不但造成应力集中、影响产品的电气性能，更重要是在大过载冲击、振动条件下造成印制板部件工作失效。目前，采用真空灌封设备很难根除微小空洞产生。

另外，由于空洞缺陷一般存在于复杂结构的微小间隙处，尺寸又很小，目前，业界还没有较完美检测空洞缺陷的科学方法。通过检测来淘汰有空洞缺陷的也不可能。

总之，采用真空灌封设备不能保证反硬目标要求。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，结合抗大过载反硬目标产品的特殊要求，本发明提供了一种满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，采用振动、温控、抽真空三位一体的灌封方式，解决了封闭型腔内置印制板部件复杂结构真空灌封后仍然有空洞缺陷的问题，进一步提高了环氧胶的流动性，提高了印制板部件及其他结构件的润湿能力，基本实现了环氧胶无空洞灌封，满足了航天产品大过载情况下抗冲击、振动的能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其中：所述集成灌封系统包括灌注系统、真空系统、温控系统、振动系统；

所述灌注系统包括真空箱以及均置于真空箱内的三轴机械手和振动工作台，以及固定在所述三轴机械手上的伺服推胶机构、针管、不粘胶管、不粘胶阀、针头、和固定在所述振动工作台上的被灌注件的夹持工装；多个被灌注件被夹持在所述振动工作平台上；所述针管内装载配制好的胶料，所述不粘胶管连接所述针管与所述针头、中间设置所述不粘胶阀；所述针管、不粘胶管、不粘胶阀、针头设置在所述伺服推胶机构上；所述伺服推胶机构固定连接于所述三轴机械手、用于将针管内的胶料推压至针头；所述三轴机械手用于胶料和针头的三轴移动，对多个被灌注件分别进行浇注；

所述真空系统通过管路与所述真空箱连接，对所述真空箱进行不同真空梯度的抽真空；

所述温控系统包括加热装置和温控装置，对所述真空箱内的所述针管和所述振动工作台分别进行加热和温控；

所述振动系统包括振动台，所述振动台通过传动轴与所述真空箱内的振动工作台连接，对灌封胶料进行振动处理。

优选地，所述集成灌封系统还包括控制系统，对真空箱内的真空度，针管和振动工作台两处的加热温度，以及振动台的振动频率、振幅、振动时间进行实时测量显示和调整控制。

优选地，所述集成灌封系统还包括监控系统；

所述监控系统包括显示器、四工位摄像头，摄像头设置在所述真空箱的四周，对被灌注件灌封口的灌胶过程进行全方位监控。

优选地，所示三轴机械手包括相互垂直连接的X轴手臂、Y轴手臂、Z轴手臂；

所述X轴手臂固定在所述真空箱底部，伺服推胶机构固定在所述Z轴手臂上。

优选地，所述伺服推胶机构包括推杆、丝杆、支架、电机；

所述支架设置在所述Z轴手臂的下端，所述电机设置在所述支架上、其电机轴输出连接所述丝杆，所述丝杆的上部螺纹匹配所述推杆中部的丝孔，所述推杆的一端滑动连接所述支架、另一端设置活塞杆，所述活塞杆的另一端插入所述针管上端管内；

所述电机和所述丝杆带动所述推杆上下运动，所述活塞杆将针管内的胶料推压至针头处流出。

优选地，所述针管、不粘胶管、针头为整套的一次性消耗件；

配制好的胶料先在真空箱外装入针管内，然后将所述整套的一次性消耗件装配在固定于所述伺服推胶机构上的所述不粘胶阀上，在依次完成真空箱所有被灌注件的灌胶之后，更换另一套所述整套的一次性消耗件，再对下一批次的被灌注件进行灌胶。

优选地，所述真空系统包括真空泵箱以及均置于真空泵箱内的真空泵、真空缓冲罐、阀门、过滤冷凝器、真空计；

所述真空泵通过所述真空缓冲罐、阀门、管路与所述真空箱内的真空室相连。

优选地，所述振动系统的振动台设置在所述真空泵箱内且置于真空泵箱底部，所述振动台的振动台控制柜设置在所述真空泵箱外且置于真空泵箱侧面，所述振动台控制柜通过线缆与所述振动台相连。

优选地，所述温控系统的加热装置包括加热板，在所述针管的环形外壁设置该加热板、所述振动工作台的背面底部设置有该加热板，并采用SSR可控硅式无触点加热方式；

所述温控系统的温控装置包括PID温度控制装置、测温铂电阻、数字温控表，对不同类型的胶料进行不同的加热温度控制。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种如前所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统的灌封方法，其中，包括如下步骤：

S1、在所述真空箱内的振动工作台上通过被灌注件的夹持工装安装多个被灌注件；

S2、将配制好的胶料先在真空箱外装入针管内，然后将所述针管、不粘胶管、针头这一整套装配在固定于所述伺服推胶机构上的所述不粘胶阀上；

S3、通过所述真空系统对所述真空箱进行不同真空梯度的抽真空；同时，通过所述温控系统对所述真空箱内的所述针管和所述振动工作台分别进行加热和温控；对真空度、温度参数进行实时测量显示和调整控制；

S4、通过所述三轴机械手将胶料和针头移动到对准第一个被灌注件的灌封口，开启所述伺服推胶机构，将针管内的胶料推压至针头处、灌注到灌封口中，完成对第一个被灌注件的灌胶操作；

S5、重复S4依次完成其他被灌注件的灌胶操作；

S6、开启所述振动系统的所述振动台，对真空箱内的振动工作台上的被灌注件的灌封胶料进行振动处理，对振动频率、振幅、振动时长参数进行实时测量显示和调整控制。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，采用振动、温控、抽真空三位一体的灌封方式，解决了封闭型腔内置印制板部件复杂结构真空灌封后仍然有空洞缺陷的问题，进一步提高了环氧胶的流动性，提高了印制板部件及其他结构件的润湿能力，基本实现了环氧胶无空洞灌封，满足了航天产品大过载情况下抗冲击、振动的能力。

2、本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，通过抽真空，强迫胶液中气泡的逸出，降低灌封后的空洞率、减小空洞的截面尺寸；其排泡采用真空与常压交替进行，破裂气泡。

3、本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，通过振动，使胶液作剧烈的强迫运动，加速物质的传递扩散，使胶液能够渗透到元器件底部及死角部位；有效降低流体粘度，提高其流动性，加速空洞的逸出；造成胶液反应体系活性的变化，使两组份胶液混合更充分混合。

4、本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，通过适度加热，降低胶液粘度，增加胶液的活性，提高胶液的流动性，加速气泡的逸出；提高PCB板等难粘基材粘接、吸附性能，增加灌封胶与基材的粘接强度；固化时对胶液的适当温度控制还可以降低热应力，提高灌封体的弹性模量。

5、本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，针管、不粘胶管、注射针头均为一次性低值易损件，每灌注一批产品均进行更换，满足航天产品高品质、小批量要求。

6、本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，控制系统能在电脑显示屏上对真空度、温度、振动频率、振幅及时间进行设定、编程，对真空度、温度、振动频率、振幅参数实时测量显示。

7、本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，监控系统可实时监控设备运行状态及工件灌注情况，可在电脑显示屏上利用CCD摄像头进行灌胶定位辅助编程。

8、本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，振动、温控、抽真空三位一体的灌封方式既各自独立，又相互依存，通过对温度、振动量级、真空度等参数的妥善控制，设置它们与时间轴合理曲线，得到优质的灌封质量，满足引信印制板部件抗大过载的要求。

附图说明

图1是本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统的总体结构示意图；

图2是本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统的伺服推胶机构结构示意图；

图3是本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统的三轴机械手结构示意图；

图4是本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统的胶料灌注原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-4所示，本发明提供一种满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其中：所述集成灌封系统包括灌注系统、真空系统、温控系统、振动系统、控制系统、监控系统。

所述灌注系统包括真空箱1，真空箱1内底部固定有三轴机械手12-14，真空箱内底部还浮置有振动工作台，伺服推胶机构7-10、针管11、不粘胶管15、不粘胶阀16、针头17固定在三轴机械手12-14上，被灌注件的夹持工装固定在振动工作台上。真空箱外形尺寸1100mm×900mm×1600mm(长×宽×高)，真空室内腔尺寸600mm×600mm×500mm(长×宽×高)，其中箱体上表面、下表面为金属，其他面为钢化玻璃(中间开窗式)，采用自动升降门，进行空气隔断。振动工作台尺寸400mm×300mm(长×深)，配置快速夹紧沟槽。多个被灌注件被夹持在所述振动工作平台上；所述针管11内装载配制好的胶料，所述不粘胶管15连接所述针管11与所述针头17、中间设置所述不粘胶阀16；所述针管11、不粘胶管15、不粘胶阀16、针头17设置在所述伺服推胶机构7-10上；所述伺服推胶机构7-10固定连接于所述三轴机械手12-14、用于将针管内的胶料推压至针头；所述三轴机械手12-14用于胶料和针头的三轴移动，对多个被灌注件分别进行浇注。

所示三轴机械手12-14包括相互垂直连接的X轴手臂12、Y轴手臂13、Z轴手臂14；三轴机械手应满足X轴行程400mm，Y轴行程300mm，Z轴行程100mm。所述X轴手臂12固定在所述真空箱底部，伺服推胶机构7-10固定在所述Z轴手臂14上。所述伺服推胶机构7-10包括推杆7、丝杆8、支架9、电机10。所述支架9设置在所述Z轴手臂14的下端，所述电机10设置在所述支架9上、其电机轴输出连接所述丝杆8，所述丝杆8的上部螺纹匹配所述推杆7中部的丝孔，所述推杆7的一端滑动连接所述支架9、另一端设置活塞杆，所述活塞杆的另一端插入所述针管11上端管内。不粘胶管15穿过不粘胶阀16，不粘胶阀16能够关断不粘胶管15。所述电机10和所述丝杆8带动所述推杆7上下运动，所述活塞杆将针管11内的胶料推压至针头17处流出，通过推杆7和不粘胶阀16的相关运动能够较精确控制点胶量。

所述针管11、不粘胶管15、针头17为整套的一次性消耗件，易于更换，能够满足航天产品小批量、高可靠性要求。配制好的胶料先在真空箱1外装入针管11内，然后将所述整套的一次性消耗件装在所述伺服推胶机构7-10上，在依次完成真空箱1所有被灌注件的灌胶之后，更换另一套所述整套的一次性消耗件，再对下一批次的被灌注件进行灌胶。

所述真空系统包括真空泵箱2以及均置于真空泵箱内的真空泵、真空缓冲罐、阀门、过滤冷凝器、真空计；所述真空泵通过所述真空缓冲罐、阀门、管路与所述真空箱1内的真空室相连，对所述真空箱1进行不同真空梯度的抽真空。通过抽真空，强迫胶液中气泡的逸出，降低灌封后的空洞率、减小空洞的截面尺寸；其排泡采用真空与常压交替进行，破裂气泡。

所述温控系统包括加热装置和温控装置，对所述真空箱1内的所述针管11和所述振动工作台分别进行加热和温控。所述温控系统的加热装置包括加热板，在所述针管11的环形外壁设置该加热板、所述振动工作台的背面底部设置有该加热板，并采用SSR可控硅式无触点加热方式。所述温控系统的温控装置包括PID温度控制装置、测温铂电阻、数字温控表，对不同类型的胶料进行不同的加热温度控制。通过适度加热，降低胶液粘度，增加胶液的活性，提高胶液的流动性，加速气泡的逸出；提高PCB板等难粘基材粘接、吸附性能，增加灌封胶与基材的粘接强度；固化时对胶液的适当温度控制还可以降低热应力，提高灌封体的弹性模量。

所述振动系统包括振动台，所述振动台设置在所述真空泵箱2内且置于真空泵箱底部，所述振动台的振动台控制柜4设置在所述真空泵箱2外且置于真空泵箱侧面，所述振动台控制柜4通过线缆与所述振动台相连。所述振动台通过传动轴与所述真空箱1内的振动工作台连接，完成传动轴轴向方向的振动，对灌封胶料进行振动处理，满足灌封胶料不同频率和振幅的要求。通过振动，使胶液作剧烈的强迫运动，加速物质的传递扩散，使胶液能够渗透到元器件底部及死角部位；有效降低流体粘度，提高其流动性，加速空洞的逸出；造成胶液反应体系活性的变化，使两组份胶液混合更充分混合。

所述控制系统分为两部分，振动台的控制由振动台控制柜4单独完成，其余设备由控制柜3完成。控制柜均包括工控机、PLC(PC)、手持式控制器、空气开关、接触器、控制按钮、仪表、警示灯及各种接线端子。通过线缆与真空泵、三轴机械手、显示屏、摄像头、自动升降门及加热元件等连接。所述控制系统配备合适的人机界面，能在电脑显示屏上对真空度、温度、振动频率、振幅及时间进行设定、编程，对真空度、温度、振动频率、振幅参数实时测量显示和调整控制。

所述监控系统包括显示器、四工位摄像头、高清线缆等，摄像头设置在所述真空箱1的四周，对被灌注件灌封口的灌胶过程进行全方位监控。显示器包括两块显示屏，一块监控屏6显示摄像头监控内容，另一块操作屏5作为设备控制界面。监控系统可实时监控设备运行状态及工件灌注情况，可在电脑显示屏上利用CCD摄像头进行灌胶定位辅助编程。

本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统的灌封方法，其中，包括如下步骤：

S1、在所述真空箱1内的振动工作台上通过被灌注件的夹持工装安装多个被灌注件；

S2、将配制好的胶料先在真空箱1外装入针管11内，然后将所述针管11、不粘胶管15、针头17这一整套装配在固定于所述伺服推胶机构7-10上的所述不粘胶阀16上；

S3、通过所述真空系统对所述真空箱1进行不同真空梯度的抽真空；同时，通过所述温控系统对所述真空箱1内的所述针管11和所述振动工作台分别进行加热和温控；对真空度、温度参数进行实时测量显示和调整控制；

S4、通过所述三轴机械手12-14将胶料和针头移动到对准第一个被灌注件的灌封口，开启所述伺服推胶机构7-10，所述电机10和所述丝杆8带动所述推杆7上下运动，所述活塞杆将针管11内的胶料推压至针头17处流出、灌注到灌封口中，完成对第一个被灌注件的灌胶操作；

S5、重复S4依次完成其他被灌注件的灌胶操作；

S6、开启所述振动系统的所述振动台，对真空箱1内的振动工作台上的被灌注件的灌封胶料进行振动处理，对振动频率、振幅、振动时长参数进行实时测量显示和调整控制；

S7、在依次完成真空箱1所有被灌注件的灌胶之后，更换另一套针管11、不粘胶管15、针头17，再对下一批次的被灌注件进行灌胶。

本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，采用振动、温控、抽真空三位一体的灌封方式，解决了封闭型腔内置印制板部件复杂结构真空灌封后仍然有空洞缺陷的问题，进一步提高了环氧胶的流动性，提高了印制板部件及其他结构件的润湿能力，基本实现了环氧胶无空洞灌封，满足了航天产品大过载情况下抗冲击、振动的能力。

本发明的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统和方法，振动、温控、抽真空三位一体的灌封方式既各自独立，又相互依存，通过对温度、振动量级、真空度等参数的妥善控制，设置它们与时间轴合理曲线，得到优质的灌封质量，满足引信印制板部件抗大过载的要求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：所述集成灌封系统包括灌注系统、真空系统、温控系统、振动系统；

所述灌注系统包括真空箱以及均置于真空箱内的三轴机械手和振动工作台，以及固定在所述三轴机械手上的伺服推胶机构、针管、不粘胶管、不粘胶阀、针头和固定在所述振动工作台上的被灌注件的夹持工装；多个被灌注件被夹持在所述振动工作平台上；所述针管内装载配制好的胶料，所述不粘胶管连接所述针管与所述针头、中间设置所述不粘胶阀；所述针管、不粘胶管、不粘胶阀、针头设置在所述伺服推胶机构上；所述伺服推胶机构固定连接于所述三轴机械手、用于将针管内的胶料推压至针头；所述三轴机械手用于胶料和针头的三轴移动，对多个被灌注件分别进行浇注；

所述真空系统通过管路与所述真空箱连接，对所述真空箱进行不同真空梯度的抽真空；

所述温控系统包括加热装置和温控装置，对所述真空箱内的所述针管和所述振动工作台分别进行加热和温控；

所述振动系统包括振动台，所述振动台通过传动轴与所述真空箱内的振动工作台连接，对灌封胶料进行振动处理。

2.如权利要求1所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：

所述集成灌封系统还包括控制系统，对真空箱内的真空度，针管和振动工作台两处的加热温度，以及振动台的振动频率、振幅、振动时间进行实时测量显示和调整控制。

3.如权利要求1所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：

所述集成灌封系统还包括监控系统；

所述监控系统包括显示器、四工位摄像头，摄像头设置在所述真空箱的四周，对被灌注件灌封口的灌胶过程进行全方位监控。

4.如权利要求1所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：

所示三轴机械手包括相互垂直连接的X轴手臂、Y轴手臂、Z轴手臂；

所述X轴手臂固定在所述真空箱底部，伺服推胶机构固定在所述Z轴手臂上。

5.如权利要求4所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：

所述伺服推胶机构包括推杆、丝杆、支架、电机；

所述支架设置在所述Z轴手臂的下端，所述电机设置在所述支架上、其电机轴输出连接所述丝杆，所述丝杆的上部螺纹匹配所述推杆中部的丝孔，所述推杆的一端滑动连接所述支架、另一端设置活塞杆，所述活塞杆的另一端插入所述针管上端管内；

所述电机和所述丝杆带动所述推杆上下运动，所述活塞杆将针管内的胶料推压至针头处流出。

6.如权利要求1所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：

所述针管、不粘胶管、针头为整套的一次性消耗件；

配制好的胶料先在真空箱外装入针管内，然后将所述整套的一次性消耗件装配在固定于所述伺服推胶机构上的所述不粘胶阀上，在依次完成真空箱所有被灌注件的灌胶之后，更换另一套所述整套的一次性消耗件，再对下一批次的被灌注件进行灌胶。

7.如权利要求1所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：

所述真空系统包括真空泵箱以及均置于真空泵箱内的真空泵、真空缓冲罐、阀门、过滤冷凝器、真空计；

所述真空泵通过所述真空缓冲罐、阀门、管路与所述真空箱内的真空室相连。

8.如权利要求7所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：

所述振动系统的振动台设置在所述真空泵箱内且置于真空泵箱底部，所述振动台的振动台控制柜设置在所述真空泵箱外且置于真空泵箱侧面，所述振动台控制柜通过线缆与所述振动台相连。

9.如权利要求1所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统，其特征在于：

所述温控系统的加热装置包括加热板，在所述针管的环形外壁设置该加热板、所述振动工作台的背面底部设置有该加热板，并采用SSR可控硅式无触点加热方式；

所述温控系统的温控装置包括PID温度控制装置、测温铂电阻、数字温控表，对不同类型的胶料进行不同的加热温度控制。

10.如权利要求1-9任一项所述的满足反硬目标要求的环氧胶集成灌封系统的灌封方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在所述真空箱内的振动工作台上通过被灌注件的夹持工装安装多个被灌注件；

S2、将配制好的胶料先在真空箱外装入针管内，然后将所述针管、不粘胶管、针头这一整套装配在固定于所述伺服推胶机构上的所述不粘胶阀上；

S3、通过所述真空系统对所述真空箱进行不同真空梯度的抽真空；同时，通过所述温控系统对所述真空箱内的所述针管和所述振动工作台分别进行加热和温控；对真空度、温度参数进行实时测量显示和调整控制；

S4、通过所述三轴机械手将胶料和针头移动到对准第一个被灌注件的灌封口，开启所述伺服推胶机构，将针管内的胶料推压至针头处、灌注到灌封口中，完成对第一个被灌注件的灌胶操作；

S5、重复S4依次完成其他被灌注件的灌胶操作；

S6、开启所述振动系统的所述振动台，对真空箱内的振动工作台上的被灌注件的灌封胶料进行振动处理，对振动频率、振幅、振动时长参数进行实时测量显示和调整控制。