真空技术在电装工艺中的应用

　　真空技术在电装工艺中的应用，主要是真空灌封、真空浸漆和真空涂覆等几个方面。通过真空灌封将气体绝缘转换为固体绝缘，有效提高了产品的绝缘能力。真空浸漆工艺处理后绝缘漆覆盖完全，提高了产品整体的绝缘强度和抗压能力。真空涂覆通过气相沉积在产品表面形成厚度均匀的薄膜，几乎不改变产品外观，并具有稳定的介电常数，提高产品整体的高压绝缘性能。通过真空技术在电装工艺中的应用，改进了航天电子产品的绝缘防护工艺，确保航天电子产品质量的可靠和安全。

　　引言

　　随着真空科学技术的发展，真空技术的应用越来越广泛，尤其在航天、航空、高能物理、可控热核聚变、表面物理、半导体与微电子等尖端科学领域的应用。真空绝热、干燥、蒸发、升华、蒸馏、凝结、浓缩、灌封、浸漆和涂覆等真空技术，在航天电子产品的电装工艺中也得到广泛的应用。为了保证航天器件的可靠性和质量筛选试验的要求，提高航天电子产品的装联质量，在航天电子产品装联工艺中，采用了真空灌封、真空浸漆和真空涂覆工艺技术，同时对其技术进行了深入的试验研究。真空灌封技术将气体绝缘转换为固体绝缘；真空浸漆技术将电子产品内部无缝隙处理；真空涂覆技术将气相沉积在产品表面，形成厚度均匀的薄膜，提高产品的绝缘性能，从而保证航天电子产品质量。

1、真空灌封技术

　　1.1、灌封机理

　　灌封是将液态灌封材料如环氧树脂，用机械或手工方式灌入装有电子元件的模具中，在常温或加温条件下将其固化成型的过程。真空灌封是灌封材料在真空条件下脱气，然后在真空条件下灌入装有电子元件的模具中，最后将其固化成型的操作工艺。

　　由于在常压下会出现灌封部件内部的气泡或漏料缺陷，很难保证产品的质量，这些缺陷造成产品绝缘性能下降，出现打火、电晕、飞弧等问题，如图1所示。采用真空灌封工艺后，很好地解决了气泡或漏料缺陷等问题。提高产品的绝缘性，保证了产品质量。

图1 常压下灌封缺陷图

　　1.2、灌封实验材料的选择

　　常用的灌封材料一般为环氧树脂类和硅橡胶类。环氧树脂类具有较好的导热性能和附着力，但在灌封过程中控制不当或者工作时受环境温度变化的影响，使材料的膨胀系数产生变化，产生的应力可能会损坏元器件或焊点，固化期间的发热也会对元器件造成损坏，而且环氧树脂灌封后修复比较困难。通过分析采用硅橡胶类作为灌封材料进行试验。常用的单组份室温硫化硅橡胶为GD414，经过试验测试GD414主要性能数据见表1所列。

表1 单组份室温硫化硅橡胶性能数据

　　硅橡胶的固化本质是一种硫化反应。室温硫化硅橡胶是以粘度较低的聚硅氧烷为聚合物，在室温下通过与湿气或交联剂混合均匀可硫化成弹性体。通过试验发现，由于操作时无法避免混进气体，而且GD414材料是从表面向内部逐步固化的，从而造成在真空条件下，内部气体膨胀。另一种常用材料是道康宁公司的有机硅弹性体，为双组份硅橡胶材料，内添加有导热陶瓷粉，导热性能较好，使用时按照一定的比例进行配料，充分搅拌后开始固化反应。经测试有机硅弹性体的主要性能数据见表2所列。

表2 道康宁有机硅弹性体性能数据

　　1.3、耐压强度试验

　　在常温常压和真空条件下，对两种硅橡胶类材料分别进行了耐压强度试验。按照单组份硅橡胶和双组份有机硅弹性体进行测试，厚度在0.3 mm以下时，击穿电压都在3.5 kV以下；厚度在0.5 mm以上时，耐压值可以达到5 kV以上，说明硅橡胶作为灌封材料，在常温常压下，涂层的厚度一定要达到0.5 mm以上，才可以保证5 000 V以上的耐压值。测试数据如表3所列。

表3 试件耐压检测结果

　　真空条件下耐压强度测试首先是采用单组份硅橡胶。在常温常压下固化后，在真空条件下电压升至1 500 V，真空压力降至400 Pa时，出现大面积的真空放电现象，持续的电弧和辉光放电，造成产品明显的烧损，从真空设备取出试件进行分析，发现样品的电极尖端未彻底防护。当采用双组份有机硅弹性体测试时，分别制作了0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm三种不同厚度的模具进行灌封，在固化过程中进行了真空除气。真空度在0.1 Pa的状态下，试件电压逐步加到5 000 V时，也未出现拉弧放电等现象。取出试件进行了认真分析检查，没有发现试件内部有空腔、气泡等缺陷。因此，只要在真空条件下内部空气排净，就可以大幅提高绝缘性能。

　　1.4、真空灌封工艺流程

　　真空灌封工艺流程主要包括清洗、预烘、表面处理、配料、搅拌、真空除气等过程，如图3所示。首先设计制作了专用的灌封模具，在清洁、预烘环节对产品进行清理，并烘干产品和模具内潮气放入模具，然后配比灌封胶并搅拌，随后对胶液真空除气；由于灌封材料在常态下内部有少量的气体，同时在对它们进行配比时也会混入少量的气体，利用真空泵进行“除气”，将会减少灌封物质内部的气体。

　　开始“除气”的时候，由于气体较多，完全打开真空阀提高真空度。当真空室里的真空度达到0.1 Pa的要求时，灌封物质就会沿着容器上升，此时微调真空阀，降低真空室的真空度，这时灌封材料将向下沉。由于真空室内真空度的短时间变化，使得灌封材料中的气泡破裂，有利于残余气体的排除。按照上述方法反复几次以后，灌封材料内部气体基本排净，如图4所示。

图3 真空灌封工艺流程

图4 真空灌封合格产品

4、结论

　　综上所述，这三种电装工艺都采用了真空技术，收到很好的效果，达到了预期目的。灌封技术将气体绝缘转换为固体绝缘，有效的提高了产品绝缘能力，保证了高压电在低气压下正常工作；浸漆技术将产品内部进行无缝隙、无遗漏的涂覆处理，提高产品整体的绝缘强度和抗高压能力；涂覆技术通过气相沉积，在产品表面形成厚度均匀一致，并具有稳定介电常数的薄膜，提高了产品整体的高压绝缘性能。提高了产品质量，增加了技术含量，保证了产品在真空环境下可靠工作。今后，需要进一步利用真空技术，完善工艺流程，进一步提高产品的质量。