特种抗振灌封胶——高端电路系统的“守护神”


       近年来,随着电子工业的飞速发展,人们对电子产品的稳定性和耐候性提出了愈发严苛的要求。特别是在军事、航空航天等特殊领域,电子器件所处的工作环境往往更为恶劣。面对日益严峻的挑战,如何确保电子设备中的电路系统免受外部环境侵扰,提高元器件的整体机械强度和抗振动性能,并保持特种装备在复杂工况下能够稳定运行,便成为摆在相关研究者面前一个至关重要的课题。这其中,对电路系统的有效封装与保护技术显得尤为重要。

       电子设备灌封技术正是针对这一需求应运而生的一项关键技术。该技术通过将特定材料(主要是灌封胶)精准地浇灌到设备或电路系统内部,为电子元器件和电路筑起一道坚固的防护屏障,使其免受外部环境的冲击和侵害。灌封胶通常分为多种类型,包括有机硅灌封胶、环氧树脂灌封胶、聚氨酯灌封胶等。其中环氧树脂灌封胶因其出色的综合性能而备受瞩目。该材料具有突出的耐化学性、出色的绝缘性能、高机械强度和高粘接性、较宽的温度适用范围以及优良的流动性等,这些特性共同构筑起了其作为电子元器件保护者的坚实基础。同时,环氧灌封胶在固化过程中收缩率极小,保证了产品应用中的高尺寸精准度,使得封装后的电子元器件性能更加稳定可靠。



图1电子灌封胶的作用及灌封操作


       目前市面上的环氧灌封胶产品虽然已能满足大部分民用需求,但在特殊工况如导弹、火箭等特殊装备的电路系统以及其他军事和航空航天领域,其振动抑制能力仍有待提升。在这类极端环境中,强烈的振动会从外部传导至电路系统内部,进而可能导致元器件功能不稳定和传感器信号失真等问题。为了攻克这一难题,中科力信团队精心研发出IMECAM智能柔性电子灌封胶,其是以EP为基体材料,在特定条件下将FIAM(一种柔性智能抗冲击材料,Flexible Intelligent Anti-Impact Material)抗冲击因子与EP按一定比例复合而成。相较于传统灌封胶,IMECAM不仅在减振、滤振性能上有了质的飞跃,从而能够有效提升军用、航天相关领域特种电路系统在高强高频振动环境下的稳定性,同时也可以为其他关键传感器、电子元件、动力电子设备和电源系统等提供卓越的保护,尤其在极端特种环境下IMECAM产品的表现更为突出。


图2 多组分新型柔性智能电子灌封胶—IMECAM


       具体性能方面,通过对比传统EP和FIAM-EP灌封材料本身的动态压缩试验结果,可以发现传统EP材料在达到屈服强度后其真实应力快速下降,开始软化并出现不稳定变形区,从试样破坏结果图片(图3,a)可以看出其在外力作用下主要产生脆性破坏,这种破坏模式显然无法为在高强高频振动环境下工作的电子元器件提供理想的防护。相比之下,FIAM-EP材料在达到屈服点后,进入了一个较宽的塑性阶段,随着应变的增加,材料的真实应力保持稳定。试样破坏结果(图3,b)显示,FIAM-EP材料发生的是韧性破坏,具有稳定的塑性变形区,其动态真实失效应变提升了60%。这种较高的韧性意味着外力能够被FIAM-EP材料有效地吸收和耗散,从而确保被灌封的电路和电子元器件在恶劣环境下仍可保持良好的稳定性。



图3 动态压缩试验结果
(a)EP灌封材料 (b)FIAM-EP灌封材料



       FIAM-EP(IMECAM)的吸能特性通过DMA动态力学性能测试得到了进一步证实。从图4的试验结果可以看出,相对于传统灌封材料,FIAM-EP的储能模量有所降低,表明其在动态承载过程中由于材料变形恢复向外界传递的能量相对较低。另外,FIAM-EP灌封材料的损耗因子较EP材料平均提升55%,最大提升105%,展现出更优异的能量吸收特性和高频阻尼性能,表明其对外力的吸收和耗散性能远优于传统EP材料,同时也说明FIAM-EP材料在灌封防护中能够达到理想的“柔性”防护效果。



图4 EP和FIAM-EP灌封材料的DMA频率谱图

       在对实际电路的防护性能方面,研究人员将加速度传感系统用传统EP灌封胶和IMECAM智能柔性电子灌封胶分别进行灌封处理,并采用中科院独有的高过载连续冲击实验平台对灌封后的电路系统进行抗冲击抑振性能实测。相关测试结果(如图5所示,红色曲线为EP灌封材料防护下的加速度响应,蓝色曲线为FIAM-EP灌封材料防护下的加速度响应)表明,FIAM-EP灌封试样的加速度信号整体较为干净清晰、振动噪声得到明显改善。另外,从相同冲击条件下的加速度时域结果看,相较于传统EP灌封材料,FIAM-EP灌封材料表现出更低的加速度响应幅值,对受保护元器件的保护效果实际提升41%,具有显著增强的降载特性和更加出色的器件保护能力。





图5 灌封过程(左)和内部电路的加速度时域图(右)

       综上,随着IMECAM智能柔性电子灌封胶技术短板的攻克,中科力信团队有望填补更多相关领域的技术空白,并以此为基础,持续加大技术研发投入,积极布局新材料产业高地,大力拓展新产品应用领域,全面巩固并持续提升企业在智能柔性抗冲击行业的优势地位和核心竞争力,通过新型特种抗振灌封胶等前沿产品的技术突破,为整个行业开辟高质量发展新空间提供坚实支撑。