第42章 电气工业用胶粘剂
胶粘剂在电气工业中的应用正在迅速扩展，因为其特性已能适应电气/电子市场的特殊要求，而且其可靠性也已得到电气工业的认可。 近期电气工业用胶的一些主要进展包括：表面安装专用胶问世，聚酰亚胺用量及用途的扩展，管心安装胶和其他与IC(集成电路)管心密切接触材料的精制以及平板显示器密封中采用高分子量环氧树脂等。 胶粘剂在电气/电子领域中的应用可谓五花八门，从微电路定位直到大电机线圈的粘接。胶粘剂一旦失效，计算机将停止运行，城市将失去光明，导弹也无法升空。 电气用胶，除要求机械紧固外，还有导热、导电、绝缘、减振、密封和保护基材等方面的要求。其不同应用所要求的特性包括：有效寿命从数秒至几年不等，工作温度从-270～500℃，用量从不足微克到超过1t，胶粘剂的选择除了取决于这些条件外，还要考虑强度、导热性、使用方法、固化温度以及工作环境等因素。 环氧胶应用最为广泛，因为它们具有通用性，粘附性好，适应性强，使用方便，电性能好，而且耐老化。在要求柔韧性，温度范围宽，高频高湿和/或大气污染条件下，可选用有机硅胶粘剂。热熔胶适用于主要要求快速装配，但强度较低和工作温度不高的场合。选用丙烯酸系胶粘剂，则是着眼于它们有优异的电性能，稳定性，耐老化性，透明性而且固化迅速。聚氨酯胶粘剂从低温到125℃始终保持柔软、坚韧、牢固。预涂聚乙烯醇缩丁醛可以形成坚韧且易组装的接头。多组分陶瓷和玻璃可形成耐高温气密密封。胶粘剂供货形式包括：单包装液体、双包装液体、粉末、溶液、胶膜、热塑性胶棒以及预成型胶粒。 微电子学领域 管心胶接 在微电子领域内，胶粘剂的三项主要应用是管心胶接、电路元件-基板胶接和封装。胶接温度远低于低共熔合金焊接温度(焊接会使芯片性能降低)。胶接管心时，要把直径小到0.003in的微滴胶粘剂xx涂布到基板的指定部位，把集成电路芯片准确地放入胶粘剂内，然后加热固化。涂胶量及定位要求严格，胶量过多，则胶层太厚。胶的粘度和表面张力应当高到足以使芯片定位，而且不应稀到流动使电路焊点绝缘的程度。粘度降低会使填料沉降，并使芯片漂离其规定的位置。管心固定可以采用单包装和双包装特制环氧胶以及聚酰亚胺胶。 几年前，聚酰亚胺就巳成为管心胶接的通用胶种，因为当时市售的环氧胶含有有害离子性污染物。由于制法不同，聚酰亚胺胶本来就比环氧胶“洁净”。聚酰亚胺耐温度性比环氧高得多，但它们总是以溶液形式使用，而且固化温度比环氧胶高得多。目前使用的环氧胶，其离子性杂质含量一般低于50×10-6。表1列出了环氧胶的各种以及它们对固化胶粘剂性能的影响。表2给出典型的管心固定胶的性能。胶粘剂应当经得起下道工序的考验，，譬如说，导线热压焊时，可能遇到400℃的高温。 有些芯片对气态大气污染物极为敏感。据报道，溶剂和某些固化剂如胺类和氟化物等对于CMOS和其它ICS都有影响。在气密封装条件下，所有有机胶粘剂都放出水蒸汽。为避免芯片损坏。应保证水汽含量低于15000×10-6。采用含固化水性吸气剂的胶粘剂，即可解决这个问题。对于胶粘剂在固化过程中放出的其他化学品，不同芯片的敏感性各不相同，每种电路都应以选定的胶接配方进行检验。 一般而言，管心胶除固定芯片外，还需将热量从芯片导向散热器，这就要求它们具有高度的导热性，而且务必使胶层孔隙降到{zd1}限度。导电胶用于芯片背面带电路接点(接地)的部位。(本手册将在有关章节介绍)
元件固定 第二层次的微电子胶接是在混合电路上胶接IC封装芯片、电容器和电阻器。采用性能与管心胶类似的环氧胶。在多芯片应用中，胶粘剂一般是印到陶瓷基板上。有时，也使用有玻璃布载体或者无载体的胶膜。这种胶膜是半固化的固态环氧，被切成芯片封装大小的尺寸。加热时，环氧树脂熔化，然后在固化过程中变定。 生产胶膜所用溶剂终归不能xx脱除，在固化过程中，溶剂可能形成气穴，并从而产生劣质多孔的胶接接头。在某些电路中，溶剂还可能影响元件的电气特性。 封装 胶膜也可以用来封装集成电路，把胶膜切成框架形状，放在胶接凸缘处，装上盖子，然后加热该组合件，使胶粘剂熔化并固化，这种工艺可以确保在适当部位有适量的胶粘剂并减少胶粘剂的流出。 在要求气密封装时，也可采用陶瓷玻璃料或金属焊料封装集成电路。把陶瓷悬胶液涂在基板上，蒸发掉溶剂，烧去粘料，然后装好盖子，，熔化玻璃料便可形成胶接接头，陶瓷和玻璃的性质列于表3中。
印制电路板 那些可能用来把铜箔胶接成层压印刷电路板的胶粘剂，必须经受250℃的焊接温度。如果层压板的基础树脂具有足够的胶接强度，铜箔便可在层压过程中进行胶接。要是铜箔需要复合到已固化的板材上。就应当首先涂敷B-阶环氧树脂或热塑性胶粘剂，然后加热胶接。预涂胶液也可用B-阶环氧或聚乙烯醇缩丁醛胶膜代替。 用热塑性聚酯胶可将铜箔胶接成聚酯薄膜基的挠性电路板。由此形成的接头，其工作温度低于前面列出的其它胶种。当采用聚酰亚胺薄膜，例如Du Pont公司的Kapton作高温挠性电路基材时，可以用热塑性FEP(聚全氟乙丙烯)、环氧、丙烯酸或聚酰亚胺胶粘剂胶接铜箔。 在印刷电路装配件承受冲击或振动时，元件应当用印刷板涂料或胶粘剂定位，通常采用低温，胺类固化的高填充环氧树脂。如果胶粘剂的热膨胀系数与相邻物体相差悬殊，温度循环就可能使胶接接头裂开，胶接前，务必用软质硅橡胶把玻璃元件垫好，以防止其开裂。 大型设备 人们对于发电机，变压器和其它大型设备的物理及电气方面的要求越来越苛刻，它们必须在恶劣的环境和高温条件下运转20～40年。驱动线圈的电脉冲和高转速设备承受应力。许多设备的尺寸排除了烘箱固化的可能性。而铜和其它金属的热传导又使局部加热无法实现。采用室温固化的胶粘剂可以克服这些困难。 线圈之类的元件通常在组装前胶接并作绝缘处理。线圈周围的高压绝缘靠浸有环氧、聚酯或有机硅清漆的织物形成。玻璃布或聚酯织物缠到线圈里，起垫片作用，随后用树脂浸渍，由此产生的增强织物把线圈粘合成一个牢固的整体结构件、介电强度很高。苯基改性有机硅可用作耐热高达220℃的浸渍剂，它们对于绕组的织物浸渗性极强，而且防潮性好。在185℃下工作的设备，可以采用间-或对-苯二甲酸聚酯或室温硫化硅橡胶。至于155℃下的高压绝缘，则常选的浸渍剂是二元羧酸酐固化的环氧树脂。 可以采用玻璃布基B-阶环氧和聚酯胶接并固定衔铁、变压器和线圈。这种增强材料可以代替早先使用的钢粘合。这种钢粘合必须仔细绝缘以免与其它电气元件短路。玻璃布或Nomex织物基丙烯酸树脂适用于气密性通用级电机，因为它们可耐受Du Pont公司的氟利昂、溶剂和油类的作用。 压敏胶 压敏胶带适合于在变压器线圈外层线匝上固定引出线，电容器缠绕，导线和线圈的保护以及其它类似的应用。胶接性转移膜可用于绝缘材料的定位。xx橡胶压敏胶不经交联，其耐溶剂性极差，可进行多方面的改进。合成橡胶的稳性、耐溶剂性和抗臭氧性均比xx橡胶要好。丙烯酸压敏胶综合性能{zj0}，它们经过高温老化后，仍能保持其优异的电性能和耐溶剂性，而且必要时可进行交联。有机硅(压敏胶)是{wy}适合在180℃下工作的压敏胶，其工作温度下限也比其它胶种更低。胶带的背材包括聚酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯膜、聚酰亚胺膜和聚四氟乙烯膜等。 检查压敏胶与所用电磁线的相容性十分重要，务必保证电磁线漆层不受损伤，介电强度不致降低。高硫和高氯化物含量对铜线有不良影响，在潮湿及污染条件下尤甚。 云母胶接 用虫胶或醇酸树脂胶接云母片以制成云母板，它通常压制成适合于电动机、发电机和变压器绝缘应用的形状。云母带用于电动机和发电机线圈的槽绝缘。它是用虫胶或有机硅树脂把小片云母胶接到玻璃布或薄纸上制成的。 显示器 胶接和密封液晶显示器时，选胶及操作均需格外仔细，以保证排xx气而且无损于液晶元件。不含催化剂的热塑性高分子环氧树脂广泛用作密封介质。有些生产商采用涂有B-阶环氧树脂的，厚度0.0005in的聚酯薄膜垫片。表3所述玻璃密封剂，适用于液晶显示器和气体放电显示器。 表面安装胶粘剂 带有表面安装和通孔连接件的印制电路板在焊接之前，其片状元件务需确保处于板子底部。为此，已研制出几种专用的胶粘剂。这些胶粘剂可使元件在从板子加工、清洗、涂助焊剂直到焊接的整个过程中，始终保持其准确位置，磆不被削弱或发生变形。 焊接完成后，胶粘剂的作用微乎其微，但它{jd1}不能因环境曝露而变得导电而降低电路的可靠性，也不能在热循环或机械加工过程中对元件产生应力。另外，如需更换元件，则胶粘剂应在烙铁温度下软化，以便除去元件。 对元件固定而言，很多市售胶粘剂都具备其所要求的固化后的特性，但往往都不具备必要的使用工艺特性。高速涂胶设备要求胶粘剂适用期长，流动特性稳定。在整个固化过程中，形成的胶墩应保持其形状而没有坍陷。还应具有足够的初始强度以确保元件在位。在移开打胶嘴时，胶粘剂一定不能拉丝或尾随(形成慧尾)。树脂组分不允许流到接触底座上，因为它们能在那里固化，影响焊接。胶粘剂还应能在加热和/或紫外光照射条件下迅速固化。 现已配出几种胶粘剂，其性能符合表面安装的要求。表4列出了一些典型的产品以及它们的性质。这些胶粘剂可采用丝网漏印、单管或多管打胶或针头输送方式施用。 注：a.如果光线可普照胶粘剂各个部分，便可单独用紫外灯固化。曝露胶粘剂可用紫外光照射10～30s，使之部分固化，然后加热完成固化。
胶粘剂供货形式 双包装系统 举例：环氧、聚氨酯和有机硅。 优点：储存期限很长，固化很快，能室温变定（固化）性能因固化体系不同而异。 缺点：适用期短，浪费过量混合的材料，配比或混合不当时，可能导致不良的胶接效果。 应用：一般用，印制电路上粘元件用。
单包装液体（加热固化） 举例：环氧和聚酰亚胺。 优点：不用混合，没有适用期问题，没有原料浪费。 缺点：必须高温固化，储存期和贮藏条件苛刻。 应用：IC芯片胶接和浸渍。 单包装液体（潮气固化） 举例：RTV硅橡胶和聚硫橡胶。 优点：对包括有机硅在内的各种基材都具有优异的粘附性。室温变定，使用方便。 缺点：有些硅橡胶放出醋酸。要求被粘物透气。 应用：固定有机硅垫圈，密封线束。 胶模（有载体或无载体） 举例：B－阶环氧、橡胶－酚醛和聚乙烯醇缩丁醛。 优点：可在正确部位施用数量及形状xx的胶粘剂，精密的胶接体间隙和(胶粘剂)分布控制。 缺点：价格昂贵，配合表面必须平行，需要加热，加压。 应用：IC封装，将铜箔胶接成印制电路板。 预型件（锭片）－固体型材（受热时，熔化成粘液并固化） 举例：B－阶环氧树脂圆柱。 优点：可在{zj0}位置上放上数量xx的胶粘剂，流动性可控制，无浪费，生产速度高。 缺点：价格昂贵，要求仔细控制加热固化条件。 应用：密封真空管管帽和形状接线柱。
热塑性材料 举例：乙烯－醋酸乙烯热熔胶。 优点：施用和变定极快，无浪费，价格便宜。 缺点：需要热施胶设备，接头强度中等，高温不能使用。 应用：导线定位，扬声器中音圈纸盆胶接。 压敏胶 举例：聚酯膜为背材的橡胶或丙烯酸压敏胶带。 优点：室温下瞬时胶接，胶粘剂支撑在基材上，容易去除。 缺点：耐温有限，强度低，有蠕变。 应用：变压器线圈定位，在线圈上固定引出线。 溶液型胶粘剂 举例：橡胶、橡胶－酚醛、丙烯酸。 优点：使用迅速，便宜，胶接方法和胶接基材范围广。 缺点：需要脱除溶剂，固化收缩率大。 应用：标签和绝缘层压制品。
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