真空技術在電裝工藝中的應用

　　真空技術在電裝工藝中的應用，主要是真空灌封、真空浸漆和真空涂覆等幾個方面。通過真空灌封將氣體絕緣轉換為固體絕緣，有效提高了產品的絕緣能力。真空浸漆工藝處理后絕緣漆覆蓋完全，提高了產品整體的絕緣強度和抗壓能力。真空涂覆通過氣相沉積在產品表面形成厚度均勻的薄膜，幾乎不改變產品外觀，并具有穩(wěn)定的介電常數(shù)，提高產品整體的高壓絕緣性能。通過真空技術在電裝工藝中的應用，改進了航天電子產品的絕緣防護工藝，確保航天電子產品質量的可靠和安全。

　　引言

　　隨著真空科學技術的發(fā)展，真空技術的應用越來越廣泛，尤其在航天、航空、高能物理、可控熱核聚變、表面物理、半導體與微電子等尖端科學領域的應用。真空絕熱、干燥、蒸發(fā)、升華、蒸餾、凝結、濃縮、灌封、浸漆和涂覆等真空技術，在航天電子產品的電裝工藝中也得到廣泛的應用。為了保證航天器件的可靠性和質量篩選試驗的要求，提高航天電子產品的裝聯(lián)質量，在航天電子產品裝聯(lián)工藝中，采用了真空灌封、真空浸漆和真空涂覆工藝技術，同時對其技術進行了深入的試驗研究。真空灌封技術將氣體絕緣轉換為固體絕緣；真空浸漆技術將電子產品內部無縫隙處理；真空涂覆技術將氣相沉積在產品表面，形成厚度均勻的薄膜，提高產品的絕緣性能，從而保證航天電子產品質量。

1、真空灌封技術

　　1.1、灌封機理

　　灌封是將液態(tài)灌封材料如環(huán)氧樹脂，用機械或手工方式灌入裝有電子元件的模具中，在常溫或加溫條件下將其固化成型的過程。真空灌封是灌封材料在真空條件下脫氣，然后在真空條件下灌入裝有電子元件的模具中，最后將其固化成型的操作工藝。

　　由于在常壓下會出現(xiàn)灌封部件內部的氣泡或漏料缺陷，很難保證產品的質量，這些缺陷造成產品絕緣性能下降，出現(xiàn)打火、電暈、飛弧等問題，如圖1所示。采用真空灌封工藝后，很好地解決了氣泡或漏料缺陷等問題。提高產品的絕緣性，保證了產品質量。

圖1 常壓下灌封缺陷圖

　　1.2、灌封實驗材料的選擇

　　常用的灌封材料一般為環(huán)氧樹脂類和硅橡膠類。環(huán)氧樹脂類具有較好的導熱性能和附著力，但在灌封過程中控制不當或者工作時受環(huán)境溫度變化的影響，使材料的膨脹系數(shù)產生變化，產生的應力可能會損壞元器件或焊點，固化期間的發(fā)熱也會對元器件造成損壞，而且環(huán)氧樹脂灌封后修復比較困難。通過分析采用硅橡膠類作為灌封材料進行試驗。常用的單組份室溫硫化硅橡膠為GD414，經過試驗測試GD414主要性能數(shù)據(jù)見表1所列。

表1 單組份室溫硫化硅橡膠性能數(shù)據(jù)

　　硅橡膠的固化本質是一種硫化反應。室溫硫化硅橡膠是以粘度較低的聚硅氧烷為聚合物，在室溫下通過與濕氣或交聯(lián)劑混合均勻可硫化成彈性體。通過試驗發(fā)現(xiàn)，由于操作時無法避免混進氣體，而且GD414材料是從表面向內部逐步固化的，從而造成在真空條件下，內部氣體膨脹。另一種常用材料是道康寧公司的有機硅彈性體，為雙組份硅橡膠材料，內添加有導熱陶瓷粉，導熱性能較好，使用時按照一定的比例進行配料，充分攪拌后開始固化反應。經測試有機硅彈性體的主要性能數(shù)據(jù)見表2所列。

表2 道康寧有機硅彈性體性能數(shù)據(jù)

　　1.3、耐壓強度試驗

　　在常溫常壓和真空條件下，對兩種硅橡膠類材料分別進行了耐壓強度試驗。按照單組份硅橡膠和雙組份有機硅彈性體進行測試，厚度在0.3 mm以下時，擊穿電壓都在3.5 kV以下；厚度在0.5 mm以上時，耐壓值可以達到5 kV以上，說明硅橡膠作為灌封材料，在常溫常壓下，涂層的厚度一定要達到0.5 mm以上，才可以保證5 000 V以上的耐壓值。測試數(shù)據(jù)如表3所列。

表3 試件耐壓檢測結果

　　真空條件下耐壓強度測試首先是采用單組份硅橡膠。在常溫常壓下固化后，在真空條件下電壓升至1 500 V，真空壓力降至400 Pa時，出現(xiàn)大面積的真空放電現(xiàn)象，持續(xù)的電弧和輝光放電，造成產品明顯的燒損，從真空設備取出試件進行分析，發(fā)現(xiàn)樣品的電極尖端未徹底防護。當采用雙組份有機硅彈性體測試時，分別制作了0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm三種不同厚度的模具進行灌封，在固化過程中進行了真空除氣。真空度在0.1 Pa的狀態(tài)下，試件電壓逐步加到5 000 V時，也未出現(xiàn)拉弧放電等現(xiàn)象。取出試件進行了認真分析檢查，沒有發(fā)現(xiàn)試件內部有空腔、氣泡等缺陷。因此，只要在真空條件下內部空氣排凈，就可以大幅提高絕緣性能。

　　1.4、真空灌封工藝流程

　　真空灌封工藝流程主要包括清洗、預烘、表面處理、配料、攪拌、真空除氣等過程，如圖3所示。首先設計制作了專用的灌封模具，在清潔、預烘環(huán)節(jié)對產品進行清理，并烘干產品和模具內潮氣放入模具，然后配比灌封膠并攪拌，隨后對膠液真空除氣；由于灌封材料在常態(tài)下內部有少量的氣體，同時在對它們進行配比時也會混入少量的氣體，利用真空泵進行“除氣”，將會減少灌封物質內部的氣體。

　　開始“除氣”的時候，由于氣體較多，完全打開真空閥提高真空度。當真空室里的真空度達到0.1 Pa的要求時，灌封物質就會沿著容器上升，此時微調真空閥，降低真空室的真空度，這時灌封材料將向下沉。由于真空室內真空度的短時間變化，使得灌封材料中的氣泡破裂，有利于殘余氣體的排除。按照上述方法反復幾次以后，灌封材料內部氣體基本排凈，如圖4所示。

圖3 真空灌封工藝流程

圖4 真空灌封合格產品

4、結論

　　綜上所述，這三種電裝工藝都采用了真空技術，收到很好的效果，達到了預期目的。灌封技術將氣體絕緣轉換為固體絕緣，有效的提高了產品絕緣能力，保證了高壓電在低氣壓下正常工作；浸漆技術將產品內部進行無縫隙、無遺漏的涂覆處理，提高產品整體的絕緣強度和抗高壓能力；涂覆技術通過氣相沉積，在產品表面形成厚度均勻一致，并具有穩(wěn)定介電常數(shù)的薄膜，提高了產品整體的高壓絕緣性能。提高了產品質量，增加了技術含量，保證了產品在真空環(huán)境下可靠工作。今后，需要進一步利用真空技術，完善工藝流程，進一步提高產品的質量。