从一例电感元件封装开裂问题的解决
摘要：环氧封装质量的好坏是影响环氧封装器件“三防”性能及绝缘性能的关键因素。本着从本单位的一例环氧封装电感的封装质量问题的解决，讨论了器件环氧封装过程中需要着重注意的几个问题。
关键词：高频电感元件 封装 三防性能
LGB―E―100型高频电感是我所某型军用机载雷达显示电路中的关键器件，对它所应承受工作环境的要求相当严格。它不仅要求具备防潮、防霉、防盐雾的三防性能，而且还必须能够耐受―55℃/4小时的低温存储试验和―――55℃/0。5小时∽125℃/0。5小时五个循环的高低温冲击试验。在―55℃―125℃的温度范围内电感量波动<10%，Q值下降不超过5%。由于目前市售的电感不能达到这样严格的要求，经过调研，所器材处决定在某元线电元件厂订制该电感。电感样品做出来后，我们对其进行了检测，电感量、Q值均能符合要求。然而在做温度冲击试验时，却发生了严重的问题。这样的十只电感的环氧树脂封装全部严重开裂！我们立即与厂方取得了联系，反映了这一情况，要求厂方在环氧树脂的配方及封装工艺上进行改进，以解决电感封装开裂问题。厂方虽经过多次环氧配方改进却收效甚微，后不复不宣布电感封装问题短期很难解决。由于某型军用机载雷达交付军方的期限很短，再去考察、认证其他外协生产厂，时间已不允许，这样解决电感环氧封装开裂难题的任务就交到了我们工艺研究部。
接到任务后，我们初判断可能是电感封装用的环氧树脂配方不合理，固化产物的刚性太大，韧性不足，致使其在温度冲击试验中开裂。对此，我们调整了环氧树脂封装料配方中的增韧剂的种类和含量，希望能够解决开裂问题。但通过试验我们发现，不论我们怎么调整。改进配方都不能完全解决开裂问题。我们又更换了环氧粉末、环氧联弹性粉末来涂覆封装电感，仍不能解决问题。这时，我们开始怀疑是否是电感结构上的问题导致了电感封装的开裂。我们仔细研究了电感的结构及其开裂的部位。该电感的磁芯是“工”字型铁氧体磁芯，电感的线圈绕制在磁芯的中部圆柱形部位，后整体用环氧树脂封装成圆柱状的成品电感。电感开裂部位则经常发生在电感上下两个端面的圆周部位。虽然铁氧体硫芯是圆柱形的，顶面和圆柱面没有易引起应力集中的尖角，但项面和圆柱面的相交部位却存在直角的核，可能引起环氧树脂固化过程中的应力集中。是否是这个核导致电感的环氧封装在温度冲击试验时的应力开裂呢？为了验证这个原因，我们又做了试验。这次我们不改配方，只将铁氧体磁芯项面和圆柱面的相交的部位的校用沙皮打磨成R角，然后再封装，结果开裂现象大为改善。大部分试样没有开裂，开裂试样的开裂情况也较以前大为减轻。试验结果证明了我们的设想是基本正确的，至于为什么还有部分样品存在开裂南象，我们认为可能是打磨的R角太小。由于提供给我们试验的电感是绕制好的，因此对铁氧体磁芯的进一步打磨难度较大，稍不小心，就会损伤导线的绝缘。如何既要消除铁氧体磁芯上的棱角，又不能损伤导线呢？我们采用了以下办法：在电感封装前，先用热缩管线将其包封直来。由于热缩管收缩后在磁芯的棱角部位会自然产生一个R角，然后再用环氧树脂进行封装时，棱角上的应力就大大降低了。试样做后，经过低温存储试验和温度冲击试验，样品全部合格，没有一个开裂。测试其各项电性能，也全部符合要求。接着，我们又做了潮湿试验、盐雾试验，均顺利通过。LGB―E―100型电感封装开裂问题完全解决了。
众所周知，环氧树脂封装料的配方设计和封装、固化工艺是影响变压器、电感器等元器件环氧封装质量的重要因素。通过我所这次电感环氧封装开裂问题的解决，我们可以看出，元器件的结构也是影响变压器、电感器等元器件环氧封装质量的一个重要因素。因此，在元器件环氧封装的实际应用中，我们认为应该注意以下四个方面：1、在封装前，应仔细检查被封装的器件，对器件上的棱角、尖角等易造成应力集中的部位要加以处理，以消除或减小其影响；对封装后，封装层太薄的地方，要想办法加以改进，以增加环氧树脂层的壁厚；结构设计上还应保证环氧树脂流动通畅，器件内的气泡易于排除。2、环氧树脂封装料的配方设计应保证其固化复合物既要有较好的强度，还要有较好的韧性，以保证其在高、低温的条件下均有较好的性能。有一个简单的方法可以测试环氧树脂封装料的高低温性能，可以参见《电子变压器技术》VOL4，1994，《不氧树脂浇注料耐高低温开裂的模拟试验》一文。此外环氧树脂封装料的配方设计还应保证其具有较好的工艺性。3、封装过程中，应严格按照工艺要求进行，保证配料的准确性。对于结构比较复杂的器械件以及高压器件还需要采用真空浇注。4、器件封装后，应严格按照固化工艺进行固化。有的时候，不按固化工艺规定的温度、时间进行操作时，环氧树脂也能够固化，但实际上环氧树脂的固化程度和按正常工艺进行时有着较白的差异，这种差异往往肉眼是看不见的，但当你用DSC进行残余放热峰的检测或对环氧树脂固化复合物用溶剂进行革取时，就能明显发现这一差异。不同固化程度的环氧树脂复合物的电性能、机械性能和“三防”性能存在着较大的差别，直接影响到产品的质量。
关键词：高频电感元件 封装 三防性能
LGB―E―100型高频电感是我所某型军用机载雷达显示电路中的关键器件，对它所应承受工作环境的要求相当严格。它不仅要求具备防潮、防霉、防盐雾的三防性能，而且还必须能够耐受―55℃/4小时的低温存储试验和―――55℃/0。5小时∽125℃/0。5小时五个循环的高低温冲击试验。在―55℃―125℃的温度范围内电感量波动<10%，Q值下降不超过5%。由于目前市售的电感不能达到这样严格的要求，经过调研，所器材处决定在某元线电元件厂订制该电感。电感样品做出来后，我们对其进行了检测，电感量、Q值均能符合要求。然而在做温度冲击试验时，却发生了严重的问题。这样的十只电感的环氧树脂封装全部严重开裂！我们立即与厂方取得了联系，反映了这一情况，要求厂方在环氧树脂的配方及封装工艺上进行改进，以解决电感封装开裂问题。厂方虽经过多次环氧配方改进却收效甚微，后不复不宣布电感封装问题短期很难解决。由于某型军用机载雷达交付军方的期限很短，再去考察、认证其他外协生产厂，时间已不允许，这样解决电感环氧封装开裂难题的任务就交到了我们工艺研究部。
接到任务后，我们初判断可能是电感封装用的环氧树脂配方不合理，固化产物的刚性太大，韧性不足，致使其在温度冲击试验中开裂。对此，我们调整了环氧树脂封装料配方中的增韧剂的种类和含量，希望能够解决开裂问题。但通过试验我们发现，不论我们怎么调整。改进配方都不能完全解决开裂问题。我们又更换了环氧粉末、环氧联弹性粉末来涂覆封装电感，仍不能解决问题。这时，我们开始怀疑是否是电感结构上的问题导致了电感封装的开裂。我们仔细研究了电感的结构及其开裂的部位。该电感的磁芯是“工”字型铁氧体磁芯，电感的线圈绕制在磁芯的中部圆柱形部位，后整体用环氧树脂封装成圆柱状的成品电感。电感开裂部位则经常发生在电感上下两个端面的圆周部位。虽然铁氧体硫芯是圆柱形的，顶面和圆柱面没有易引起应力集中的尖角，但项面和圆柱面的相交部位却存在直角的核，可能引起环氧树脂固化过程中的应力集中。是否是这个核导致电感的环氧封装在温度冲击试验时的应力开裂呢？为了验证这个原因，我们又做了试验。这次我们不改配方，只将铁氧体磁芯项面和圆柱面的相交的部位的校用沙皮打磨成R角，然后再封装，结果开裂现象大为改善。大部分试样没有开裂，开裂试样的开裂情况也较以前大为减轻。试验结果证明了我们的设想是基本正确的，至于为什么还有部分样品存在开裂南象，我们认为可能是打磨的R角太小。由于提供给我们试验的电感是绕制好的，因此对铁氧体磁芯的进一步打磨难度较大，稍不小心，就会损伤导线的绝缘。如何既要消除铁氧体磁芯上的棱角，又不能损伤导线呢？我们采用了以下办法：在电感封装前，先用热缩管线将其包封直来。由于热缩管收缩后在磁芯的棱角部位会自然产生一个R角，然后再用环氧树脂进行封装时，棱角上的应力就大大降低了。试样做后，经过低温存储试验和温度冲击试验，样品全部合格，没有一个开裂。测试其各项电性能，也全部符合要求。接着，我们又做了潮湿试验、盐雾试验，均顺利通过。LGB―E―100型电感封装开裂问题完全解决了。
众所周知，环氧树脂封装料的配方设计和封装、固化工艺是影响变压器、电感器等元器件环氧封装质量的重要因素。通过我所这次电感环氧封装开裂问题的解决，我们可以看出，元器件的结构也是影响变压器、电感器等元器件环氧封装质量的一个重要因素。因此，在元器件环氧封装的实际应用中，我们认为应该注意以下四个方面：1、在封装前，应仔细检查被封装的器件，对器件上的棱角、尖角等易造成应力集中的部位要加以处理，以消除或减小其影响；对封装后，封装层太薄的地方，要想办法加以改进，以增加环氧树脂层的壁厚；结构设计上还应保证环氧树脂流动通畅，器件内的气泡易于排除。2、环氧树脂封装料的配方设计应保证其固化复合物既要有较好的强度，还要有较好的韧性，以保证其在高、低温的条件下均有较好的性能。有一个简单的方法可以测试环氧树脂封装料的高低温性能，可以参见《电子变压器技术》VOL4，1994，《不氧树脂浇注料耐高低温开裂的模拟试验》一文。此外环氧树脂封装料的配方设计还应保证其具有较好的工艺性。3、封装过程中，应严格按照工艺要求进行，保证配料的准确性。对于结构比较复杂的器械件以及高压器件还需要采用真空浇注。4、器件封装后，应严格按照固化工艺进行固化。有的时候，不按固化工艺规定的温度、时间进行操作时，环氧树脂也能够固化，但实际上环氧树脂的固化程度和按正常工艺进行时有着较白的差异，这种差异往往肉眼是看不见的，但当你用DSC进行残余放热峰的检测或对环氧树脂固化复合物用溶剂进行革取时，就能明显发现这一差异。不同固化程度的环氧树脂复合物的电性能、机械性能和“三防”性能存在着较大的差别，直接影响到产品的质量。
（作者：电子科技集团总公司第十四研究所工艺研究部张静波 210013
