從一例電感元件封裝開裂問題的解決
摘要：環氧封裝質量的好壞是影響環氧封裝器件“三防”性能及絕緣性能的關鍵因素。本著從本單位的一例環氧封裝電感的封裝質量問題的解決，討論了器件環氧封裝過程中需要著重注意的幾個問題。
關鍵詞：高頻電感元件 封裝 三防性能
LGB―E―100型高頻電感是我所某型軍用機載雷達顯示電路中的關鍵器件，對它所應承受工作環境的要求相當嚴格。它不僅要求具備防潮、防霉、防鹽霧的三防性能，而且還必須能夠耐受―55℃/4小時的低溫存儲試驗和―――55℃/0。5小時∽125℃/0。5小時五個循環的高低溫沖擊試驗。在―55℃―125℃的溫度范圍內電感量波動<10%，Q值下降不超過5%。由于目前市售的電感不能達到這樣嚴格的要求，經過調研，所器材處決定在某元線電元件廠訂制該電感。電感樣品做出來后，我們對其進行了檢測，電感量、Q值均能符合要求。然而在做溫度沖擊試驗時，卻發生了嚴重的問題。這樣的十只電感的環氧樹脂封裝全部嚴重開裂！我們立即與廠方取得了聯系，反映了這一情況，要求廠方在環氧樹脂的配方及封裝工藝上進行改進，以解決電感封裝開裂問題。廠方雖經過多次環氧配方改進卻收效甚微，后不復不宣布電感封裝問題短期很難解決。由于某型軍用機載雷達交付軍方的期限很短，再去考察、認證其他外協生產廠，時間已不允許，這樣解決電感環氧封裝開裂難題的任務就交到了我們工藝研究部。
接到任務后，我們初判斷可能是電感封裝用的環氧樹脂配方不合理，固化產物的剛性太大，韌性不足，致使其在溫度沖擊試驗中開裂。對此，我們調整了環氧樹脂封裝料配方中的增韌劑的種類和含量，希望能夠解決開裂問題。但通過試驗我們發現，不論我們怎么調整。改進配方都不能完全解決開裂問題。我們又更換了環氧粉末、環氧聯彈性粉末來涂覆封裝電感，仍不能解決問題。這時，我們開始懷疑是否是電感結構上的問題導致了電感封裝的開裂。我們仔細研究了電感的結構及其開裂的部位。該電感的磁芯是“工”字型鐵氧體磁芯，電感的線圈繞制在磁芯的中部圓柱形部位，后整體用環氧樹脂封裝成圓柱狀的成品電感。電感開裂部位則經常發生在電感上下兩個端面的圓周部位。雖然鐵氧體硫芯是圓柱形的，頂面和圓柱面沒有易引起應力集中的尖角，但項面和圓柱面的相交部位卻存在直角的核，可能引起環氧樹脂固化過程中的應力集中。是否是這個核導致電感的環氧封裝在溫度沖擊試驗時的應力開裂呢？為了驗證這個原因，我們又做了試驗。這次我們不改配方，只將鐵氧體磁芯項面和圓柱面的相交的部位的校用沙皮打磨成R角，然后再封裝，結果開裂現象大為改善。大部分試樣沒有開裂，開裂試樣的開裂情況也較以前大為減輕。試驗結果證明了我們的設想是基本正確的，至于為什么還有部分樣品存在開裂南象，我們認為可能是打磨的R角太小。由于提供給我們試驗的電感是繞制好的，因此對鐵氧體磁芯的進一步打磨難度較大，稍不小心，就會損傷導線的絕緣。如何既要消除鐵氧體磁芯上的棱角，又不能損傷導線呢？我們采用了以下辦法：在電感封裝前，先用熱縮管線將其包封直來。由于熱縮管收縮后在磁芯的棱角部位會自然產生一個R角，然后再用環氧樹脂進行封裝時，棱角上的應力就大大降低了。試樣做后，經過低溫存儲試驗和溫度沖擊試驗，樣品全部合格，沒有一個開裂。測試其各項電性能，也全部符合要求。接著，我們又做了潮濕試驗、鹽霧試驗，均順利通過。LGB―E―100型電感封裝開裂問題完全解決了。
眾所周知，環氧樹脂封裝料的配方設計和封裝、固化工藝是影響變壓器、電感器等元器件環氧封裝質量的重要因素。通過我所這次電感環氧封裝開裂問題的解決，我們可以看出，元器件的結構也是影響變壓器、電感器等元器件環氧封裝質量的一個重要因素。因此，在元器件環氧封裝的實際應用中，我們認為應該注意以下四個方面：1、在封裝前，應仔細檢查被封裝的器件，對器件上的棱角、尖角等易造成應力集中的部位要加以處理，以消除或減小其影響；對封裝后，封裝層太薄的地方，要想辦法加以改進，以增加環氧樹脂層的壁厚；結構設計上還應保證環氧樹脂流動通暢，器件內的氣泡易于排除。2、環氧樹脂封裝料的配方設計應保證其固化復合物既要有較好的強度，還要有較好的韌性，以保證其在高、低溫的條件下均有較好的性能。有一個簡單的方法可以測試環氧樹脂封裝料的高低溫性能，可以參見《電子變壓器技術》VOL4，1994，《不氧樹脂澆注料耐高低溫開裂的模擬試驗》一文。此外環氧樹脂封裝料的配方設計還應保證其具有較好的工藝性。3、封裝過程中，應嚴格按照工藝要求進行，保證配料的準確性。對于結構比較復雜的器械件以及高壓器件還需要采用真空澆注。4、器件封裝后，應嚴格按照固化工藝進行固化。有的時候，不按固化工藝規定的溫度、時間進行操作時，環氧樹脂也能夠固化，但實際上環氧樹脂的固化程度和按正常工藝進行時有著較白的差異，這種差異往往肉眼是看不見的，但當你用DSC進行殘余放熱峰的檢測或對環氧樹脂固化復合物用溶劑進行革取時，就能明顯發現這一差異。不同固化程度的環氧樹脂復合物的電性能、機械性能和“三防”性能存在著較大的差別，直接影響到產品的質量。
關鍵詞：高頻電感元件 封裝 三防性能
LGB―E―100型高頻電感是我所某型軍用機載雷達顯示電路中的關鍵器件，對它所應承受工作環境的要求相當嚴格。它不僅要求具備防潮、防霉、防鹽霧的三防性能，而且還必須能夠耐受―55℃/4小時的低溫存儲試驗和―――55℃/0。5小時∽125℃/0。5小時五個循環的高低溫沖擊試驗。在―55℃―125℃的溫度范圍內電感量波動<10%，Q值下降不超過5%。由于目前市售的電感不能達到這樣嚴格的要求，經過調研，所器材處決定在某元線電元件廠訂制該電感。電感樣品做出來后，我們對其進行了檢測，電感量、Q值均能符合要求。然而在做溫度沖擊試驗時，卻發生了嚴重的問題。這樣的十只電感的環氧樹脂封裝全部嚴重開裂！我們立即與廠方取得了聯系，反映了這一情況，要求廠方在環氧樹脂的配方及封裝工藝上進行改進，以解決電感封裝開裂問題。廠方雖經過多次環氧配方改進卻收效甚微，后不復不宣布電感封裝問題短期很難解決。由于某型軍用機載雷達交付軍方的期限很短，再去考察、認證其他外協生產廠，時間已不允許，這樣解決電感環氧封裝開裂難題的任務就交到了我們工藝研究部。
接到任務后，我們初判斷可能是電感封裝用的環氧樹脂配方不合理，固化產物的剛性太大，韌性不足，致使其在溫度沖擊試驗中開裂。對此，我們調整了環氧樹脂封裝料配方中的增韌劑的種類和含量，希望能夠解決開裂問題。但通過試驗我們發現，不論我們怎么調整。改進配方都不能完全解決開裂問題。我們又更換了環氧粉末、環氧聯彈性粉末來涂覆封裝電感，仍不能解決問題。這時，我們開始懷疑是否是電感結構上的問題導致了電感封裝的開裂。我們仔細研究了電感的結構及其開裂的部位。該電感的磁芯是“工”字型鐵氧體磁芯，電感的線圈繞制在磁芯的中部圓柱形部位，后整體用環氧樹脂封裝成圓柱狀的成品電感。電感開裂部位則經常發生在電感上下兩個端面的圓周部位。雖然鐵氧體硫芯是圓柱形的，頂面和圓柱面沒有易引起應力集中的尖角，但項面和圓柱面的相交部位卻存在直角的核，可能引起環氧樹脂固化過程中的應力集中。是否是這個核導致電感的環氧封裝在溫度沖擊試驗時的應力開裂呢？為了驗證這個原因，我們又做了試驗。這次我們不改配方，只將鐵氧體磁芯項面和圓柱面的相交的部位的校用沙皮打磨成R角，然后再封裝，結果開裂現象大為改善。大部分試樣沒有開裂，開裂試樣的開裂情況也較以前大為減輕。試驗結果證明了我們的設想是基本正確的，至于為什么還有部分樣品存在開裂南象，我們認為可能是打磨的R角太小。由于提供給我們試驗的電感是繞制好的，因此對鐵氧體磁芯的進一步打磨難度較大，稍不小心，就會損傷導線的絕緣。如何既要消除鐵氧體磁芯上的棱角，又不能損傷導線呢？我們采用了以下辦法：在電感封裝前，先用熱縮管線將其包封直來。由于熱縮管收縮后在磁芯的棱角部位會自然產生一個R角，然后再用環氧樹脂進行封裝時，棱角上的應力就大大降低了。試樣做后，經過低溫存儲試驗和溫度沖擊試驗，樣品全部合格，沒有一個開裂。測試其各項電性能，也全部符合要求。接著，我們又做了潮濕試驗、鹽霧試驗，均順利通過。LGB―E―100型電感封裝開裂問題完全解決了。
眾所周知，環氧樹脂封裝料的配方設計和封裝、固化工藝是影響變壓器、電感器等元器件環氧封裝質量的重要因素。通過我所這次電感環氧封裝開裂問題的解決，我們可以看出，元器件的結構也是影響變壓器、電感器等元器件環氧封裝質量的一個重要因素。因此，在元器件環氧封裝的實際應用中，我們認為應該注意以下四個方面：1、在封裝前，應仔細檢查被封裝的器件，對器件上的棱角、尖角等易造成應力集中的部位要加以處理，以消除或減小其影響；對封裝后，封裝層太薄的地方，要想辦法加以改進，以增加環氧樹脂層的壁厚；結構設計上還應保證環氧樹脂流動通暢，器件內的氣泡易于排除。2、環氧樹脂封裝料的配方設計應保證其固化復合物既要有較好的強度，還要有較好的韌性，以保證其在高、低溫的條件下均有較好的性能。有一個簡單的方法可以測試環氧樹脂封裝料的高低溫性能，可以參見《電子變壓器技術》VOL4，1994，《不氧樹脂澆注料耐高低溫開裂的模擬試驗》一文。此外環氧樹脂封裝料的配方設計還應保證其具有較好的工藝性。3、封裝過程中，應嚴格按照工藝要求進行，保證配料的準確性。對于結構比較復雜的器械件以及高壓器件還需要采用真空澆注。4、器件封裝后，應嚴格按照固化工藝進行固化。有的時候，不按固化工藝規定的溫度、時間進行操作時，環氧樹脂也能夠固化，但實際上環氧樹脂的固化程度和按正常工藝進行時有著較白的差異，這種差異往往肉眼是看不見的，但當你用DSC進行殘余放熱峰的檢測或對環氧樹脂固化復合物用溶劑進行革取時，就能明顯發現這一差異。不同固化程度的環氧樹脂復合物的電性能、機械性能和“三防”性能存在著較大的差別，直接影響到產品的質量。
（作者：電子科技集團總公司第十四研究所工藝研究部張靜波 210013
