灌封優化元件設計的技巧和服務

在灌封方面，電子元件和元件的設計對經濟和可持續生產具有重大影響。這方面的關鍵方面是可撾性、材料使用、循環時間、品質和所需的工藝技術。優化的無氣泡灌封對產品的功能和使用壽命有很大貢獻。本文將介紹了在設計和開發階段要考慮的灌封技巧，以實現最佳實踐。

關鍵方面

1. 工程和設計必須滿足哪些要求？

設計師在設計產品時有很大的責任。在電子元件開發中需要考慮各種問題，任何衝突都必須解決。這方面的一個例子是圍繞生產和灌封的各個方面。如果工程師和產品設計師在元件開發過程中考慮到這些，將有多種好處（圖1）。為了達到最佳效果，系統規劃、生產和售後部門之間需要全面交流，以便利用以前產品的經驗。系統和材料供應商的參與也很有用，以免錯過任何新的、經濟的設計選擇。如果將所有這些方面都納入元件設計中，則在總擁有成本方面的總體結果也將令人印象深刻。

圖 1：灌封優化元件設計的優勢會對總擁有成本產生重大影響。

2. 灌封優化元件設計涉及哪些內容？

灌封優化元件設計涉及在灌封過程中置換空氣並促進這種置換。這將防止灌封材料中存在氣泡，這有時會對產品的正確操作產生嚴重後果。

3. 為什麼要避免氣泡？

灌封材料中的氣穴會產生不利影響。根據產品的不同，它們可能會縮短使用壽命，甚至導致完全故障。在某些情況下，它們可能會導致熱負荷，從而產生部件內部的應力，甚至導致外皮裂縫。例如，氣泡的導熱性差，絕緣性降低，因此會降低元件的介電強度。它們還會助長腐蝕。

4. 如何防止灌封材料中的氣泡？

有許多規則需要滿足，如下所述。在設計元件時，重要的是要考慮灌封過程 - 特別是灌封材料的流動方向，從而考慮空氣置換的方向。

5. 設計安全性如何？

元件設計中出現的錯誤只能在以後糾正，只需花費大量的時間和金錢，如果有的話。設計安全性源於遵守灌封規則以及與公司所有各部門以及材料和系統供應商的早期對話。如果現有經驗不足以進行灌封優化的元件設計，或者正在使用新材料，則在技術中心的生產條件下進行測試將有所説明。這將確保在合理的時間範圍內及早澄清所有問題。這為經濟和可持續的灌封工藝和所需的產品品質創造了安全性。

6. 為什麼灌封優化的元件設計是可持續的？

灌封優化的元件設計具有很高的可持續性潛力。最少的浪費、更少的材料使用和更短的循環時間不僅經濟實惠，而且還提供了變得越來越重要的環保優勢。

建設性提示

元件小型化、更複雜的形狀、電子元件的安全相關使用、材料的可持續使用——所有這些都定義了絕對無氣泡灌封的要求。遵循以下提示是向前邁出的重要一步。灌封是用於填充、密封還是浸漬電子元件並不重要。灌封材料的流動方向以及空氣的自由位移始終是關鍵因素。

1. 避免水準表面

水準嵌入的元件（圖2）是氣泡上升的障礙。由於氣泡的形成，它們可以防止下面的觸點被灌封化合物完全封閉。

2. 為空氣逸出提供空間

元件數量越多，灌封空間越小。大量的空氣頑固地被困在繞組的細縫隙中，例如點火線圈的縫隙。如果在大氣壓下灌封過程中逐漸逸出或根本不逸出，建議在真空下灌封元件。有兩種設計措施可以促進空氣逸出：如果垂直佈置具有大水準表面的元件（圖 3），則空氣可以更容易逸出。如果整體設計不允許這樣做，則應在水準表面上提供開口，以便空氣流出（圖4）。

3. 為扁平元件提供間距

扁平部件的安裝應與外殼有足夠的間隙。這將使灌封化合物更好地流動並填補間隙。

大比例或高大的元件設計使灌封過程更快（圖 5）。

如有必要，可以使用小支撐物從外殼中產生足夠的間隙，併為上升的氣泡提供較小的屏障（圖 6）。

4. 仔細選擇元件尺寸

元件的尺寸以各種方式影響以後的灌封（圖7）。不同的要求可能會導致衝突。

這是一個很好的例子。假設所使用的灌封材料的反應時間很慢。如果可能的話，更大的灌封空間將允許更快的灌封。在這種情況下，整個金額將立即流動。當產生的氣穴向上逸出時，灌封化合物將繼續向動並填充所有間隙。

如果外殼尺寸很緊，則可能需要分幾個階段進行罐裝。每次點膠過程結束後，都會有一段時間等待，直到材料完全消失並且氣穴逸出。這導致更長的循環時間。

圖 7：由於各種原因，必須考慮元件的尺寸。

5. 在早期階段定義其他功能

有時元件是完全灌封的，不需要蓋子。這簡化了設計並減輕了重量。另一個好處是，灌封元件被遮罩在視線之外，因此可以防止工業間諜活動（圖8）。灌封的另一種形式是元件的密封，例如防止環境影響和腐蝕。這裡的目標是延長使用壽命和功能可靠性。敏感的電子表面，例如印刷電路板的表面，塗有一層薄薄的樹脂或保護性清漆（圖 9）。

圖 8：用於防止工業間諜活動的灌封是一項附加功能，在高科技行業中越來越重要。

原則上，灌封表面現在可以設計成滿足最終產品的觸覺要求。這樣就不需要任何住房了。然而，在設計元件和產品時，總是會出現一個問題，即是否真的需要這些特性，或者“覆蓋解決方案”是否不是維修目的的更好選擇。

圖 9：印刷電路板的密封;在這種情況下，請確保僅密封所需的區域。

點膠解決方案

在實際操作中，存在無法再改變不良元件設計的情況。然後所能做的就是調整灌封過程。這意味著確保元件完美地放置在點膠針下方，以便灌封化合物甚至可以到達元件的最遠角落而沒有氣泡，並且所有空氣都可以逸出。根據灌封系統的不同，這裡有各種自動化選項。它們的範圍從定位解決方案，如集成在三軸系統中的提升和傾斜裝置（圖 10）到機器人手臂（圖 11）。基本上，灌封系統需要做更多的工作，因此循環時間更長。

圖 10：首先傾斜元件，使材料填充下角，然後移動到水準位置進行其餘的灌封。

如果設計人員在早期階段與生產團隊或系統供應商保持聯繫，則可以避免由此產生的成本。內部員工通常接受過有關可用灌封系統的全面培訓，並擁有大量專業知識。然而，鑒於灌封系統的動態發展，在系統供應商工作的專家對新技術有更好的瞭解。在這種情況下，諮詢可以節省時間和金錢。

圖 11：機器人解決方案在元件定位方面提供了最大的靈活性，但通常是最昂貴的。

考慮材料和灌封技術

材料選擇

設計和生產團隊不僅開發元件，還選擇灌封材料。這必須滿足產品要求並適合元件設計。首先，所有相關方都應瞭解灌封將要執行的功能。要考慮的問題包括以下內容：

• 是否只需要保護元件免受潮濕或機械應力的影響？
• 是否需要導熱性能？
• 是否需要絕緣或介電強度？

這些問題用於讓材料供應商和系統製造商參與進來，以便從他們的經驗和專業知識中受益，因為每種材料的行為都不同，因此可以以不同的方式加工。這最終會影響哪種灌封系統最適合工作（自動化、材料準備、點膠、質量保證等）。

有許多基於有機矽、環氧樹脂或聚氨酯的成熟材料可用於有效保護元件（圖 12）。例如，有機矽的表面具有出色的防水性。它們是電絕緣體，可抑制機械振動，並在很寬的溫度範圍內保持不變。

聚氨酯是高度可定製的。根據配方的不同，它們在固化後可以非常軟或非常硬。這些樹脂對金屬的附著力非常好，在硬化過程中收縮相對較小。它們的導熱性非常好。

環氧樹脂具有非常好的粘接性能和優良的電絕緣性能。連續負載下的熱阻高達180°C。

圖 12：每種材料都具有獨特的優勢，但也對灌封工藝提出了不同的要求。

灌封技術

元件設計對灌封是在大氣壓下還是在真空下具有重大影響。如果灌封必須絕對無氣泡以確保電子元件的高水準功能品質、安全性和可靠性，則真空灌封的使用越來越多。最佳設計允許在大氣壓下灌封達到一定限度（非常小的點膠空間、咬邊等），但有時只有真空灌封是解決方案。在技術方面，沒有任何限制。目前，基於複雜工藝工程的成熟解決方案可用於兩種類型的灌封。

及早驗證元件開發

通過測試設計安全性

設計安全性來自驗證各個方面：

• 點膠材料如何流過元件？
• 計劃的設計變更是否足以實現絕對無氣泡的灌封？
• 在某些情況下，是否可以避免真空灌封或元件定位複雜的灌封？

沒有足夠的經驗，這些問題很難在理論上回答。在這種情況下，建議在技術中心進行測試。這些測試檢查元件在生產條件下的適用性，提供如何優化元件的早期指示。該團隊還清楚地瞭解元件設計、材料和所選的灌封技術是否完美地協同工作。技術中心回答所有相關問題 - 在仍然可以避免任何高後續成本的時候。在灌封方面，實際測試使製造商確信他們已經履行了提供功能強大且耐用的元件的責任。

優化元件設計階段

由於灌封錯誤而導致的劣質廢品和/或投訴價格昂貴，並且根據產品的不同，可能會損害企業形象。設計師從一開始就對避免此類問題有很大的影響。通過遵守本白皮書中總結的規則，並在早期階段與所有相關利益相關者進行溝通，他們可以為實現成功的高品質產品做出巨大貢獻。在早期階段獲得專有技術、經驗和服務（例如系統和材料供應商的技術中心）是有意義的。