CN113133233A - 一种绝缘导热灌封电气元件及其灌封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绝缘导热灌封电气元件,属于电气制造技术领域。它解决了现有技术中电气元件灌胶所需用量大,成本高的问题。本绝缘导热灌封电气元件包含壳体,壳体内设有待灌封部件,待灌封部件与壳体之间具有间隙,间隙内填充有导热绝缘胶体,导热绝缘胶体内设有大粒径固体颗粒。本绝缘导热灌封电气元件通过在胶体内设有大粒径固体颗粒,可降低胶体用量,大粒径固体颗粒成本相对胶体更低,而导热性能高于胶体,且大粒径固体颗粒的加入可提升胶体韧性,本发明同时实现了降低成本,提高胶体韧性,提升导热效果的作用。
Description
技术领域
本发明属于电气制造领域,涉及一种灌封电气元件,特别是一种绝缘导热灌封电气元件及其灌封方法。
背景技术
随着市场对电气元件精密化、轻量化的需求越来越高,而电气元件在工作过程中往往伴随着大量发热,且对于电气元件的绝缘要求,而现有技术中对于导热绝缘最常用的方法是通过胶体灌封,将电气元件发热部位通过导热绝缘胶传导至电气元件外部进行散热。
所谓胶体灌封,是指使用特制的灌封胶填满电气元件的空腔,固化。提高胶体灌封能强化电子器件的整体强度,提高对外来冲击、震动的抵抗力;提高内部元件、线路间绝缘,有利于器件小型化、轻量化;避免元件、线路直接暴露,改善器件的防水、防潮性能。灌封胶体一般是由胶水和导热填料混合而成,胶水起粘结作用,而导热填料用于提高整个灌封胶的导热性。目前较为常规的胶水选择有环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯等,常用的导热绝缘填料有氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、氮化硅等;其中,尤以微米级氧化铝、硅微粉为主体,纳米氧化铝,氮化物做为高导热领域的填充粉体;而氧化锌大多做为导热膏(导热硅脂)填料用。
灌封后胶体凝固物成为连接发热元器件与散热元器件的桥梁,能够将发热元器件产生的热量传递到散热元器件上,从而通过散热结构带走热量。由于由于电子元器件的构造势必会存在一定的空腔,空腔内需要填入大量胶体,使用较多胶体导致成本大大提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题,提出了一种胶体用量少的绝缘导热灌封电气元件。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种绝缘导热灌封电气元件,包括待灌封腔体,所述的待灌封腔体内设有设有待灌封部件,其特征在于:所述的待灌封腔体与待灌封部件之间填充有导热绝缘胶体,所述的导热绝缘胶体内设有大粒径固体颗粒,所述胶体层由液态的胶体凝固而成。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件中,所述胶体包括粘结剂或粘结剂和导热绝缘粉末,当胶体包括粘结剂和导热绝缘粉末时所述大粒径固体颗粒粒径大于所述导热绝缘粉末粒径。
胶体根据使用环境的不同可以是不含导热粉末的胶本体,亦可是包括粘结剂和导热绝缘粉末,当包含导热绝缘粉末时,所述大粒径固体颗粒粒径大于所述导热绝缘粉末粒径。胶体内设有大粒径固体颗粒,可降低胶体用量,大粒径固体颗粒成本相对胶体更低,而导热绝缘性能高于胶体,可同时实现降低成本,提升导热绝缘效果的作用。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件中,所述的待灌封腔体为电气元件壳体内形成的腔体或电气元件灌封模具形成的腔体。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件中,所述的大粒径固体颗粒同时具有绝缘功能。大粒径固体颗粒一方面起到导热作用,另一方面还具备绝缘功能,使得胶体在固化后同时具备导热和绝缘效果。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件中,所述的大粒径固体颗粒采用高导热性无机化合物。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件中,所述的高导热无机化合物为氧化铝、氮化铝、二氧化硅的一种或多种,氧化铝、氮化铝的导热性能佳,同时具备良好的绝缘性能,可实现本方案中对于导热和绝缘性能的双重要求。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件中,所述的胶体采用为环氧类、聚氨酯类、有机硅胶类等材料制成。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件中,所述的胶体包括环氧树脂、固化剂、无机填料和增塑剂、增韧剂、分散剂等。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件中,所述的大粒径固体颗粒呈球形、三角形、方向、矩形、多边形或不规则形状。
本发明的另一目的在于提供一种绝缘导热灌封电气元件的灌封方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、对待灌封区域加入大粒径固体颗粒和胶体;
S2、灌封后按工艺要求进行固化。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件的胶体灌封方法中,所述的步骤S2中,固化工艺采用真空加热固化。对于热固性材料制成的胶体,需要采用加热固化的方式使其固化。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件的胶体灌封方法中,所述的步骤S2中,固化工艺采用冷却固化。对于热塑性材料制成的胶体,需要采用冷却固化的方式使其固化。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件的胶体灌封方法中,所述的步骤S1为将待灌封部件装入待灌封腔体内,所述的待灌封腔体为电气元件壳体内形成的腔体或电气元件灌封模具形成的腔体。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件的胶体灌封方法中,所述的步骤S1包括步骤S1.1:待灌封区域加入大粒径固体颗粒;步骤S1.2:向待灌封区域加入胶水。
先将大粒径固体颗粒加入壳体内,然后再加入胶水,可使得胶水渗入大粒径固体颗粒间隙,将壳体间隙填满,同时起到封装待灌封部件和大粒径固体颗粒的作用。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件的胶体灌封方法中,所述的步骤S1.1与步骤S1.2可互换。步骤S1.1与步骤S1.2后,先加入小于待填充空间体积的胶体,再向胶体内添加大粒径固体颗粒,亦可实现胶体将大粒径固体颗粒包裹的作用。
作为另一种方案,在上述的一种绝缘导热灌封电气元件的胶体灌封方法中,所述的步骤S1包括S1.3:将大粒径固体颗粒与胶体混合均匀;S1.4:将混合后的胶体与大粒径固体颗粒混合物加入壳体与待灌封部件的间隙。先将胶体与大粒径固体颗粒混合,再将混合物填入壳体与待灌封部件的间隙内,亦可实现胶体与大粒径固体颗粒同时填充的目的,但是鉴于胶体与大粒径固体颗粒混合后,流动性变差,因此填充时间相对较长,颗粒物的分布均匀度较差,需经过震动或静置后方可使颗粒物均匀分布于胶体内。
在上述的一种绝缘导热灌封电气元件的胶体灌封方法中,所述的步骤S1.1中,在加入大粒径固体颗粒的同时通过震动或加入大粒径固体颗粒后静置一段时间使得大粒径固体颗粒分布均匀。
作为另一种方案,在上述的一种盘式电机定子组件的灌封工艺中,所述的步骤S1.2中,在加入胶体后通过震动或静置一段时间,使得大粒径固体颗粒均匀分布于胶体中。
以上灌封,适用于真空灌封或常压灌封两种工艺条件。
与现有技术相比,本绝缘导热灌封电气元件利用大粒径固体颗粒对待灌封腔体进行预填充,然后再填入胶体,具有如下优点:
1、大粒径固体颗粒成本较低,通过大粒径固体颗粒的填充可降低胶体用量以节约成本;
2、利用大粒径固体颗粒进行预填充,使得胶体填充总量减少,胶体固化后整体收缩率降低,使得胶体填充更加饱满紧实,绝缘导热效果更优;
3、在加入了大粒径固体颗粒后,由于大粒径固体颗粒的膨胀系数介于固化后的胶体和金属壳体之间,加上大粒径固体颗粒的牵制作用,分散了胶体固化后的应力分布,可有效防止胶体与金属壳体接合处开裂。
综上所述,本发明同时实现了降低成本,提高胶体韧性,提升导热效果的优点。
附图说明
图1是本发明提供的实施例1中电气元件的剖视结构示意图;
图2是本发明提供的实施例2中电气元件的剖视结构示意图;
图中,1、壳体;2、大粒径固体颗粒;3、胶体;4、定子绕组盘;5、转子;6、电容器芯。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
本发明提供了一种绝缘导热灌封电气元件,包括待灌封腔体,待灌封腔体内设有待灌封部件,待灌封腔体与待灌封部件之间填充有导热绝缘胶体3,导热绝缘胶体3内设有大粒径固体颗粒2,所述的大粒径固体颗粒2同时具有导热绝缘功能,大粒径固体颗粒2一方面起到导热作用,另一方面还具备绝缘功能,使得胶体3在固化后同时具备导热和绝缘效果。本实施例中,所述的大粒径固体颗粒2采用氧化铝、氮化铝中的一种或多种,氧化铝、氮化铝的导热性能佳,同时具备良好的绝缘性能,可实现本发明中对于导热和绝缘性能的双重要求。所述的胶体3采用为环氧类、聚氨酯类、硅胶类等材料制成,本实施例中,所述的胶体3包括环氧树脂、固化剂、无机填料和增塑剂等,所述的大粒径固体颗粒2呈球形方便均匀分散于待灌封腔体内。
实施例1
本实施例提供了一种绝缘导热灌封电气元件,如图1所示,本绝缘导热灌封电气元件为径向电机,所述的待灌封部件为定子绕组盘4,所述的待灌封腔体为径向电机的壳体1与定子绕组盘4内形成的腔体,壳体1内设有安装腔,安装腔内安装定子绕组盘4和转动于壳体1的转子5,定子绕组盘4可以是铁芯结构,也可以无铁芯的线圈结构,定子绕组盘4与壳体1之间的间隙内填充有大粒径固体颗粒2,颗粒外径为2mm,球形颗粒方便填入间隙内流动,且填充密度均匀。若定子绕组盘4为线圈结构,由于大粒径固体颗粒2粒径大小大于绕组线圈之间间隙大小,因此将大粒径固体颗粒2向壳体1内填充时,大粒径固体颗粒2无法进入两个绕组线圈之间的间隙,保证间隙较小的区域仍然填充胶体3,防止散热不均,而定子绕组盘4与壳体1之间由于间隙区域较大,可填充大粒径固体颗粒2与胶体3的混合物,由于定子绕组盘4与壳体1之间间隙较大,因此填充大粒径固体颗粒2与胶体3的混合物能提升胶体3的韧性,提升电机定子的结构强度。
实施例2
本实施例提供了一种绝缘导热灌封电气元件,如图2所示,本绝缘导热灌封电气元件为电容器,所述的待灌封部件为电容器芯6,所述的待灌封腔体为电容器的壳体1与电容器芯6之间形成的腔体,壳体1内设有安装腔,安装腔内安装电容器芯6,电容器芯6与壳体1之间的间隙内填充有大粒径固体颗粒2,颗粒外径为2mm,球形颗粒方便填入间隙内流动,且填充密度均匀。若壳体1与电容器芯6之间间隙区域较大,可填充大粒径固体颗粒2与胶体3的混合物,填充大粒径固体颗粒2与胶体3的混合物能提升胶体3的韧性,提升电容器的结构强度。
在填充有大粒径固体颗粒2的电容器芯6与壳体1之间的间隙内填充有导热绝缘胶体3,胶体3固化后的高度高于大粒径固体颗粒2高度。通过在电容器芯6与壳体1之间的间隙内填充大粒径固体颗粒2,在不降低导热绝缘性能的前提下,可减少胶体3用量,节约成本。
上述两个实施例中,胶体3选用ZB3231胶体,该胶体由南京中贝新材料科技有限公司生产,该胶体主要物质为环氧树脂,通过实验验证该胶体具备0.7W/m.K导热系数,18kV/mm的绝缘强度,固化后能承受180℃高温;选取0.5-5mm粒径的模拟颗粒,分别填充满透明杯体,具体过程为,向杯体中倒入ZB3231胶体,观察其胶体3渗透情况与渗透实际,验证ZB3231胶体3在粒径模拟颗粒中的渗透率,确定大粒径固体颗粒2的选择范围为1-4mm,本实施例最终选择2mm的大粒径固体颗粒2;分别计算不同杯体中模拟颗粒的体积比,确定实际填充过程中大粒径固体颗粒2的填充密度,大粒径固体颗粒2的体积占比为46%;计算壳体1与胶体3凝固物的膨胀系数,确定壳体1的膨胀系数为23.21x10-6/℃,胶体3固化后的膨胀系数为25x10-6/℃,以及胶体3在凝固时的收缩率为2%-7%;并结合大粒径固体颗粒2的填充密度,选择合适膨胀系数的绝缘导热材料作为大粒径固体颗粒2,最终选择选择纯度≥92%的材料作为大粒径固体颗粒2,其中氧化铝材料膨胀系数为8x10-6/℃,氧化铝材料能够有效的减少胶体3的开裂效应,经过冷热冲击测试300次(-30~60℃),未出现结构性缺陷,同时氧化铝的导热系数较高,绝缘系数较高,作为大粒径固体颗粒2可实现绝缘性和导热性双重提升,尽管本实施例中称之为大粒径固体颗粒2,但其同时具备绝缘性能和导热性能。
完成胶体3和大粒径固体颗粒2的选择后,本绝缘导热灌封电气元件的灌封过程如下:
S1、待灌封区域加入大粒径固体颗粒2和胶体3;
S2、灌封后按工艺进行固化。
本实施例中,所述的步骤S1中,固化工艺采用真空加热固化;所述的步骤S1中的预处理为清洗、预装配或预加热;所述的步骤S1包括步骤S1.1:向壳体1与待灌封部件的间隙内加入大粒径固体颗粒2;步骤S1.2:向壳体1与待灌封部件的间隙内加入胶体3。先将大粒径固体颗粒2加入壳体1内,然后再加入胶体3,可使得胶体3渗入大粒径固体颗粒2间隙,将壳体1间隙填满,同时起到封装待灌封部件和大粒径固体颗粒2的作用。所述的步骤S1.1中,在加入大粒径固体颗粒2的同时通过震动或加入大粒径固体颗粒2后静置一段时间使得大粒径固体颗粒2分布均匀;所述的步骤S1.2中,在加入胶体3后通过震动或静置一段时间,使得大粒径固体颗粒2均匀分布与胶体3中。
作为另一种方案,本绝缘导热灌封电气元件的胶体3灌封方法中,所述的步骤S1包括S1.3:将大粒径固体颗粒2与胶体3混合均匀;S1.4:将混合后的胶体3与大粒径固体颗粒2混合物加入壳体1与待灌封部件的间隙。先将胶体3与大粒径固体颗粒2混合,再将混合物填入壳体1与待灌封部件的间隙内,亦可实现胶体3与大粒径固体颗粒2同时填充的目的,但是鉴于胶体3与大粒径固体颗粒2混合后,流动性变差,因此填充时间相对较长,颗粒物的分布均匀度较差,需经过震动或静置后方可使颗粒物均匀分布于胶体3内。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种绝缘导热灌封电气元件,包括待灌封腔体,所述的待灌封腔体内设有设有待灌封部件,其特征在于:所述的待灌封腔体与待灌封部件之间填充有导热绝缘胶体,所述的导热绝缘胶体内设有大粒径固体颗粒,所述胶体层由液态的胶体凝固而成。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘导热灌封电气元件,其特征在于:所述胶体包括胶本体或粘结剂和导热绝缘粉末,当胶体包括粘结剂和导热绝缘粉末时所述大粒径固体颗粒粒径大于所述导热绝缘粉末粒径。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘导热灌封电气元件,其特征在于:所述的待灌封腔体为电气元件壳体内形成的腔体或电气元件灌封模具形成的腔体。
4.根据权利要求1所述的一种绝缘导热灌封电气元件,其特征在于:所述的大粒径固体颗粒具有导热功能或绝缘功能中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种绝缘导热灌封电气元件,其特征在于:所述的大粒径固体颗粒采用高导热性无机化合物。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种绝缘导热灌封电气元件,其特征在于:所述的胶体采用环氧类、聚氨酯类或硅胶类材料制成。
7.一种绝缘导热灌封电气元件的灌封方法,其特征在于,包括如下步骤之一或全部:
S1、向待灌封区域加入大粒径固体颗粒和胶水;
S2、灌封后按工艺要求进行固化。
8.根据权利要求7所述的一种绝缘导热灌封电气元件的灌封方法,其特征在于:所述的步骤S2中,所述的固化工艺采用加热固化或冷却固化。
9.根据权利要求7或8所述的一种绝缘导热灌封电气元件的灌封方法,其特征在于:所述的步骤S1包括:
S1.1:向待灌封区域加入大粒径固体颗粒;
S1.2:向待灌封区域加入胶水。
10.根据权利要求9所述的一种绝缘导热灌封电气元件的灌封方法,其特征在于:所述的步骤S1.1与步骤S1.2可互换。
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