專利名稱:硅凝膠備料方法
技術領域:
本發明涉及電子產品的灌封前的備料エ藝,尤其涉及ー種適用于硅凝膠對IGBT模塊灌封エ藝中的硅凝膠備料方法。
背景技術:
隨著中國經濟的高速發展,高鐵、地鐵、城市軌道交通、風電、太陽能、清潔能源等領域均在不斷發展,在這些領域中,IGBT模塊被廣泛的應用于這些領域的一些逆變裝置中。隨著科學技術的發展,高技術含量、結構復雜的變流裝置專業化分エ極強、更加趨于模塊化。如此大規模的模塊化部件生產,對IGBT模塊在產品一致性及可靠性等方面要求極高。IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的ー種器件,在IGBT模塊封裝生產中,對灌封材料的前處理則是保證產品性能的關鍵環節之一。硅凝膠因其特殊的硅氧鍵主鏈結構不僅具有耐高低溫和耐候性,而且還具有一定的機械性和電絕緣性等,因此,硅凝膠已被廣泛的應用在IGBT模塊封裝生產中。采用硅凝膠對IGBT模塊內部元件進行整體灌封,可以強化電子器件的整體性,提高對外來沖擊、震動的抵抗力,提高內部元件、線路間絕緣性能,有利于元器件向小型化、輕量化發展,同時避免元器件、線路等直接暴露于空氣中,改善器件的防水、防潮性能,提升產品質量。硅凝膠是由主體成分與交聯劑/催化劑構成的復合物,例如,ー種常用的硅凝膠主要由含有催化劑的甲基こ烯基硅油(主體,可稱A組分)和甲基含氫硅油(起交聯劑作用,可稱B組分)組成為復合物(本發明可稱AB組分復合物)。硅凝膠灌封是將液態硅凝膠復合物用機械或手工方式灌入裝有電子元件、線路的器件內,并使其在常溫或加熱條件下固化成為性能優異的熱固性高分子絕緣材料。灌封產品的質量主要與產品結構設計、元器件選擇、組裝及所用灌封材料密切相關,因此,在進行產品灌封硅凝膠之前,硅凝膠材料的備料方法及提供的硅凝膠備料的性質是直接關系到產品灌封效果的關鍵之一。IGBT模塊廣泛應用于各種領域的變頻變流裝置中,且單臺使用量較大,因而,對IGBT模塊產品的一致性要求極高。然而,在IGBT模塊的大規模、批量化生產時,傳統的硅凝膠備料方法不能滿足對IGBT模塊在產品一致性及可靠性等方面的要求。目前,常規的硅凝膠備料方法是首先,把硅凝膠原料各組分分別在容器內充分攪拌均勻;然后,遵守所確定的各組分的重量比對原料組分進行混合;最后,把硅凝膠原料的各組分混合攪拌均勻后放入真空容器中進行脫泡處理,從而得到灌封前的硅凝膠備料。灌封生產中,按照上述方法得到的硅凝膠備料一般采用隨用隨取的方式用于灌封,一方面,在灌封前的備料中已經將硅凝膠各組分先實施混合攪拌均勻后進行真空脫泡處理,在此過程中,硅凝膠各組分會發生一定程度的化學交聯反應,形成網狀結構,將這樣的備料用于灌封,這樣會使每ー批次得到的硅凝膠的備料都有所不同,因而容易導致不同批次的備料灌封后的IGBT模塊在電氣性能方面出現較大的區別,不能滿足IGBT模塊產品 的一致性要求,而為了避免備料放置時間過長而發生變化,隨用隨取實際上需要隨用隨備料,也會影響エ業化批量生產的效率;另ー方面,傳統的硅凝膠備料中,將硅凝膠各組分混合攪拌均勻后進行真空脫泡處理,在此過程中,硅凝膠各組分會發生一定程度的化學交聯反應,形成網狀結構;傳統的硅凝膠備料方法僅在原料各組分是在混合攪拌均勻后進行抽真空排泡處理,并沒有要求所得到的備料如何輸送到灌封口和實施灌封,也不能做到在真空狀態下進行硅凝膠的輸料,仍然難免將氣泡帶入灌封ロ。因而,采用傳統的備料方法,在進行大批量、規范化生產時,難以滿足大批量產品性能指標一致、重復性好、質量可靠的要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種硅凝膠備料方法,改變了硅凝膠各原料組分的排泡處理操作,所得到的備料尤其利于滿足灌封IGBT模塊的大批量生產中產品性能指標一致、重復性好、質量可靠的要求,從而保證批量化灌封產品的一致性和可靠性。為了實現上述目的,本發明提供了一種硅凝膠的備料方法,該方法包括以下步驟將經過陳放、用于制備組成硅凝膠的ニ種以上原料組分分別置于設有攪拌機構的備料桶中,分別對硅凝膠的所述各原料組分維持在真空環境下進行間歇性攪拌,完成排泡處理;所述備料桶均設置出料ロ,并通過輸料泵與傳送管路連通,該傳送管路能與該原料組分的灌封ロ相連,在灌封ロ與輸料泵之間還設有可被關閉的回流管路,維持真空環境將經排泡處理后的原料組分通過輸料泵送入其各自的傳送管路,并將該傳送管路的灌封ロ關閉,而使原料組分通過回流管路返回備料桶形成回流,控制物料的回流狀態直至各組分的整個傳送管路均處于真空狀態。根據本發明的備料方法,硅凝膠的各原料組分在灌封エ序才被混合而經交聯反應實現固化,并且確保各原料組分都處在真空(無氣泡)環境,因此利于保證灌封產品的品質。本發明的備料方法采用經過了陳放的原料,S卩,提供灌封的原料組分在灌封前分別獨立放置了一定時間,例如不少于6小吋。一般情況下,對于商購來的原料都能滿足該要求,但在備料前適當陳放是比較有效的方法。具體實施方案中,所述硅凝膠各原料組分可以是分別經過了 6-10小時的陳放。本發明的上述實施方案中,對原料組分的在硅凝膠的備料エ藝中,排泡和回流操作均在維持物料的真空環境下實施,以氣泡完全消失及不產生新氣泡為標準,可以根據物料的特性來控制和設置適當的真空條件。例如,排泡處理和回流操作過程中可以控制真空度為 I-IOOmbar0本發明的實施上述的技術方案中,要求在排泡處理中通常對硅凝膠的各原料組分采用間歇性攪拌,在真空狀態下采用間歇性攪拌是達到對硅凝膠輔助排泡的目的。間歇攪拌的速率和時間可以結合原料的特性來確定。申請人的研究發現,在真空環境下配合攪拌利于排泡,但如果采取連續攪拌,由于原料處于持續的運動狀態,有可能會使原料的性質發生變化,例如某些化學物質揮發。在具體實施方案中,可以將攪拌的速率控制在800-1600rad/min,攪拌時間間隔為 10_20min。本發明提供的實施方案中,各原料組分的備料桶均通過出料口和傳送管路連接至該原料組分的灌封ロ,并且除傳送管路外,還分別設置了回流管路,通過對傳送管路和回流管路的選擇,實現灌封和備料エ序的切換。在具體實施方案中,所使用備料桶的出料ロ位于備料桶的下部或底部,將排泡處理后的原料組分利用輸料泵從備料桶的該出料ロ輸入各自的傳送管路,并經回流管路返回備料桶而實現回流。這樣對操作的便利性和物料的穩定性上都比較有利。根據本發明的方案,排泡處理是在控制各原料組分處于真空環境和維持間歇攪拌完成,可以觀察在真空狀態下,在攪拌過程中,沒有新的氣泡產生,并且硅凝膠各原料組分呈現均勻流動的狀態,作為評判排泡處理工序完成的標準。當所用硅凝膠為確定組成時,通過適當的摸索和實驗,應該就可以確定出統ー參數標 準,從而提高備料乃至灌封的效率和質量。一般情況下,所述的硅凝膠排泡處理的時間可以為2-5小吋。按照上述方法完成備料的硅凝膠各原料組分就可以直接用于灌封エ序。此時應關閉各組分備料桶出料ロ與灌封ロ之間的回流管路,按照設定的比例將各原料組分通過輸料泵同時輸送至灌封ロ,實施灌封。可以設置ニ套或更多的上述備料系統,連續化生產中,可以在灌封過程中,同時實施另ー套系統的備料的操作,既能滿足連續批量生產的需要,也能保證硅凝膠灌封的質量。綜上所述,本發明的技術方案具有如下有益效果I、本發明硅凝膠的備料エ藝與現有技術相比,采用了對硅凝膠的各原料組分分別進行抽真空排泡處理以及間歇性攪拌輔助排泡處理的操作エ藝,利于提高排泡效果,并且各原料組分只有在灌封過程中才被混合而發生交聯反應,克服了傳統備料方法中原料各組分因事先被混合而發生一定程度的化學交聯反應而影響灌封質量的缺陷,更利于提高灌封產品的品質一致性。2、本發明的硅凝膠備料方法與現有技術相比,采用了回流方式對硅凝膠各組分進行回流處理,保證了硅凝膠的整個備料過程是在高度真空狀態下完成的,并且原料組分在實施灌封時能做到無氣泡殘留和引入。3、本發明硅凝膠的備料エ藝與現有技術相比,無論是從保證灌封質量還是提升灌封效率方面,都更利于在滿足大批量產品性能指標一致、重復性好、質量可靠的要求前提下,進行大批量、規范化生產。
圖I為本發明硅凝膠備料方法流程示意圖。圖2A和2B分別示意了按照本發明的硅凝膠備料方法備料以及按照傳統備料方法備料的硅凝膠樣品的效果圖。圖3A和3B分別為圖2A和圖2B硅凝膠樣品改變觀察角度所看到的硅凝膠樣品效果圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例,對本發明的技術方案作進ー步的詳細描述。硅凝膠的備料方法是關系到產品灌封效果的關鍵因素之一。因此,硅凝膠在進行模塊灌封之前,對硅凝膠進行備料處理,能夠達到提高模塊的灌封質量的目的。
首先,在混合灌封之前,硅凝膠原料各組分最好在備料桶中分別陳放適當時間,以背景技術中提到的AB組分復合物為例,需要說明的是,在硅凝膠混合灌封之前,需要對硅凝膠的AB組分分別陳放6-10小時,這樣做的目的是使AB組分中的各組分能夠達到性能穩定。其次,在真空狀態下對硅凝膠AB組分分別進行2-5小時的排泡處理,從而充分排出硅凝膠材料中的空氣,完成硅凝膠各組分備料的全過程。具體可以為,在真空度I-IOOmbar下,對娃凝膠的A、B組分分別實施間歇性攪拌,攪拌速度為800-1600rad/min,攪拌時間為10-20min,停止10_20min后繼續攪拌,從而形成間歇性攪拌。本發明采用間歇性攪拌,除之前提到的防止連續攪拌使物料產生大量的熱量而導致ー些組分性質的改變,采用間歇性攪拌的另ー個目的也是為了防止連續攪拌對設備的損壞。評判硅凝膠備料過程的排泡處理是否完成的標準是當硅凝膠原料各組分在攪拌過程中沒有新氣泡產生,并且硅凝膠各組分能夠均勻流動,即為排泡完全。
排泡處理還需要采用回流方式使硅凝膠各組分在輸送管路和回流管路中進行充分填充,使各原料組分處于完全真空無氣泡狀態。參見圖1,以所述AB組分構成的硅凝膠為例示意的備料流程圖,使用的備料桶設置馬達驅動的攪拌機構和真空泵接ロ,備料桶的底部設置出料ロ,并通過輸料泵連通傳送管路(例如Al管路和BI管路),傳送管路的端部能夠連接至該組分的灌封ロ,灌封ロ與出料ロ之間還設置了回流管路(例如A2管路和B2管路),該回流管路上還設置有閥門。實施例仍以前面說明的AB組分硅凝膠的備料方法為例,具體闡述本發明提供的備料エ藝。參照圖I所示,將經過陳放、用于制備組成硅凝膠的AB組分分別置于設有攪拌機構的A、B組分備料桶中,啟動真空泵維持真空度為50mbar的條件下,分別對AB組分進行真空排泡處理,維持抽真空排泡時間為4小時左右,同時,控制馬達帶動位于桶內的攪拌槳對原料組分進行間歇性攪拌,攪拌速率為800-1600rad/min,攪拌時間間隔為10_20min。可以觀察該過程中沒有新氣泡產生,并且硅凝膠各組分能夠均勻流動,即可確定排泡完全。開啟備料桶底部的出料ロ及輸料泵,經真空排泡處理后的AB組分分別通過備料桶底部的出料ロ及各自的輸料泵進入傳送管路A1、A2,此時,將A1、A2傳送管路通往灌封ロ的端ロ關閉,而使A、B組分分別通過B1、B2回流管路返回備料桶而形成回流,控制物料的回流狀態直至A、B組分的整個傳送管路均處于真空狀態,即,各組分物料在傳送管路和回流管路中被完全填充而沒有氣泡。此時確認備料完成,可以用于灌封作業。灌封作業時,關閉回流管路的閥門,將傳送管路(Al管路和BI管路)連接至灌封ロ,啟動并控制各自的輸送泵,按照預先確定的比例將A、B組分分別經灌封ロ完成灌封,A、B組分從灌封ロ輸出后被混合而固化。可以理解,經過前述備料エ藝得到的硅凝膠備料已經被充分排泡,杜絕了氣泡的引入,而且A、B組分在灌封過程中才接觸混合,確保了硅凝膠灌封品質的一致性。對比試驗如圖2A和3A所示是采用本發明的硅凝膠備料方法采集的硅凝膠樣品在不同角度觀察的效果圖,圖2B和3B則是采用按照傳統方法備料采集的硅凝膠樣品在相同條件下不同角度觀察的效果圖。通過對比圖2A與2B、圖3A與3B,可以明顯看出,無論從容器底部,還是從容器側面觀察,采用本發明的硅凝膠備料方法制備的硅凝膠樣品內部氣泡很少,能夠滿足灌封エ藝的要求;而采用傳統方法制備的硅凝膠樣品則內部仍會看到明顯的氣泡存留,不能滿足灌封エ藝的要求。最后應說明的是以上實施例僅用以說明 本發明的技術方案,而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明,本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改,或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種硅凝膠的備料方法,其特征在于,該方法包括以下步驟 將經過陳放、用于制備組成硅凝膠的ニ種以上原料組分分別置于設有攪拌機構的備料桶中,分別對硅凝膠的所述各原料組分維持在真空環境下進行間歇性攪拌,完成排泡處理; 所述備料桶均設置出料ロ,并通過輸料泵與傳送管路連通,該傳送管路能與該原料組分的灌封ロ相連,在灌封ロ與輸料泵之間還設有可被關閉的回流管路,維持真空環境將經排泡處理后的原料組分通過輸料泵送入其各自的傳送管路,并將該傳送管路的灌封ロ關閉,而使原料組分通過回流管路返回備料桶形成回流,控制物料的回流狀態直至各組分的整個傳送管路均處于真空狀態。
2.根據權利要求I所述的硅凝膠的備料方法,其特征在于,所述原料組分分別經過了.6-10小時的陳放。
3.根據權利要求I所述的硅凝膠的備料方法,其特征在于,所述排泡處理和回流處理過程中控制各原料組分所處環境的真空度為1-lOOmbar。
4.根據權利要求I所述的硅凝膠的備料方法,其特征在于,所述間歇性攪拌的速率為.800-1600rad/min,所述間歇性攪拌的時間為10_20min。
5.根據權利要求I或4所述的硅凝膠的備料方法,其特征在于,所述的排泡處理的時間為2-5小時。
6.根據權利要求I所述的硅凝膠的備料方法,其特征在于,所述備料桶的出料ロ位于備料桶的下部或底部,將經排泡處理后的原料組分利用輸料泵從備料桶的出料ロ輸入各自的傳送管路,并經回流管路返回備料桶而實現回流。
7.硅凝膠的灌封方法,其特征在于,所述灌封方法包括 將構成硅凝膠的各原料組分按照權利要求1-6任一項所述的方法完成備料,關閉各組分備料桶所連接的回流管路,按照設定的比例將各原料組分通過輸料泵同時輸送至灌封ロ,實施灌封。
全文摘要
本發明提供了一種硅凝膠的備料方法,該方法包括以下步驟將經過陳放、用于制備組成硅凝膠的二種以上原料組分分別置于在設有攪拌機構的料桶中,維持在真空狀態分別對硅凝膠的所述各原料組分進行間歇性攪拌,完成排泡處理;所述料桶設置出料口,并通過輸料泵與傳送管路連通,該傳送管路與該原料組分的灌封口相連,在灌封口與輸料泵之間還設有可被關閉的回流管路,將經排泡處理后的原料組分通過輸料泵送入其各自的傳送管路,將該傳送管路的灌封口關閉,而使原料組分通過回流管路返回料桶形成回流,控制物料的回流狀態直至各組分的整個傳送管路均處于真空狀態。本發明的備料方法滿足了IGBT模塊的大規模、批量化生產產品一致性及可靠性的要求。
文檔編號B01J13/00GK102641698SQ201210108839
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月16日 優先權日2012年4月16日
發明者李先亮 申請人:西安永電電氣有限責任公司