2020年電子灌封材料在電氣絕緣中的應(yīng)用實(shí)例解析

作者：李工

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一、前言：從一塊電路板說起

在電子設(shè)備的世界里，有一件事情是大家心照不宣的——電路板怕水、怕灰塵、更怕震動(dòng)。尤其是在工業(yè)控制、新能源汽車、LED照明這些“高危作業(yè)區(qū)”，一旦出現(xiàn)短路或漏電，輕則設(shè)備罷工，重則引發(fā)安全事故。于是，人們開始尋找一種既能保護(hù)電路，又能提升整體性能的材料——這就是我們今天要聊的主角：2020年推出的電子灌封材料。

這類材料不僅能在惡劣環(huán)境中為電子產(chǎn)品提供物理保護(hù)，更重要的是它具備優(yōu)異的電氣絕緣性能。本文將結(jié)合實(shí)際案例，深入淺出地分析相關(guān)產(chǎn)品在電氣絕緣領(lǐng)域的具體表現(xiàn)，幫助讀者更好地理解其應(yīng)用場景與技術(shù)優(yōu)勢。

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二、什么是電子灌封材料？

電子灌封材料（Encapsulant or Potting Compound）是一種用于封裝電子元件、電路模塊或整個(gè)PCB板的材料。它的作用不僅僅是“包起來”，而是通過固化后形成一個(gè)穩(wěn)定的保護(hù)層，防止外部環(huán)境對內(nèi)部電路造成損害。

灌封材料通常分為三類：

類型	特點(diǎn)	應(yīng)用場景
環(huán)氧樹脂	強(qiáng)度高、耐溫性好、粘接性強(qiáng)	工業(yè)電源、電機(jī)控制器
聚氨酯	柔韌性好、抗沖擊、可修復(fù)	LED驅(qū)動(dòng)器、傳感器
有機(jī)硅	耐高溫、彈性好、電絕緣性優(yōu)異	新能源汽車電池管理系統(tǒng)

而作為全球領(lǐng)先的特種化學(xué)品公司，在這三類材料中均有布局，尤其在有機(jī)硅和聚氨酯領(lǐng)域有著深厚的技術(shù)積累。

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三、2020年主打產(chǎn)品簡介

2020年，推出了幾款專為電子灌封設(shè)計(jì)的材料，其中以以下兩款為突出：

1. Arathane? CP-3670

這是一種雙組分聚氨酯體系，具有良好的柔韌性和電氣絕緣性能，適用于需要緩沖保護(hù)的場合。

參數(shù)	數(shù)值
密度（g/cm3）	1.08
固化時(shí)間（25°C）	24小時(shí)
邵氏硬度（Shore A）	75
體積電阻率（Ω·cm）	>1×101?
擊穿電壓（kV/mm）	20
工作溫度范圍（℃）	-40 ~ +120

2. Elastosil? R 4200

這是一種加成型有機(jī)硅灌封膠，特別適合高溫環(huán)境下的電氣絕緣應(yīng)用，廣泛用于新能源汽車和光伏逆變器中。

參數(shù)	數(shù)值
密度（g/cm3）	1.12
固化時(shí)間（120°C）	1小時(shí)
邵氏硬度（Shore A）	40
體積電阻率（Ω·cm）	>1×101?
擊穿電壓（kV/mm）	25
工作溫度范圍（℃）	-60 ~ +200

這兩款材料各有千秋，CP-3670更適合柔性要求高的場合，而R 4200則更適合高溫和長期穩(wěn)定性需求較高的環(huán)境。

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四、實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用：幾個(gè)典型行業(yè)案例

為了讓大家更直觀地了解這些材料在電氣絕緣方面的實(shí)際效果，下面我來分享幾個(gè)來自不同行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例。

案例一：新能源汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）

背景：
某知名電動(dòng)車廠商在開發(fā)新一代電池管理系統(tǒng)時(shí)，遇到了一個(gè)問題：BMS控制板在極端溫度下容易發(fā)生漏電流現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)誤判甚至宕機(jī)。

解決方案：
采用Elastosil? R 4200進(jìn)行整體灌封處理。這款材料不僅具備極高的體積電阻率（>1×101? Ω·cm），而且可以在-60℃到+200℃之間保持穩(wěn)定性能。

結(jié)果：
灌封后的BMS控制板經(jīng)過模擬測試，在-40℃冷啟動(dòng)和+85℃高溫環(huán)境下運(yùn)行良好，未出現(xiàn)任何絕緣失效問題。客戶反饋：“比原來的產(chǎn)品靠譜多了，就像給電路板穿了防彈衣。”

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案例二：LED路燈驅(qū)動(dòng)器防護(hù)

背景：
戶外LED路燈經(jīng)常面臨雨水、潮濕、粉塵等惡劣環(huán)境挑戰(zhàn)，尤其是驅(qū)動(dòng)器部分極易因受潮而導(dǎo)致?lián)舸┕收稀?/p>

解決方案：
使用Arathane? CP-3670對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行灌封處理。該材料具有良好的密封性和一定的柔韌性，可以吸收機(jī)械振動(dòng)帶來的應(yīng)力。

結(jié)果：
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，灌封后的驅(qū)動(dòng)器在濕熱循環(huán)試驗(yàn)（85℃/85% RH）中連續(xù)運(yùn)行超過2000小時(shí)，未出現(xiàn)絕緣下降現(xiàn)象。客戶評價(jià)：“現(xiàn)在就算暴雨天也不怕跳閘了。”

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案例三：工業(yè)變頻器模塊絕緣升級

背景：
某自動(dòng)化設(shè)備廠商在出口歐洲市場的過程中，遭遇了當(dāng)?shù)匕惨?guī)認(rèn)證難題。原有灌封材料的電氣絕緣性能無法滿足IEC 60664標(biāo)準(zhǔn)要求。

解決方案：
改用R 4200進(jìn)行模塊級灌封。該材料通過UL 94 V-0阻燃等級認(rèn)證，并符合RoHS環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

解決方案：
改用R 4200進(jìn)行模塊級灌封。該材料通過UL 94 V-0阻燃等級認(rèn)證，并符合RoHS環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)果：
成功通過CE認(rèn)證，順利打入歐洲市場。工程師感嘆：“不是我們不想達(dá)標(biāo)，是材料沒選對。”

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五、為什么選擇？

在眾多灌封材料品牌中，之所以脫穎而出，主要得益于以下幾個(gè)方面：

1. 電氣性能優(yōu)異

無論是體積電阻率還是擊穿電壓，的產(chǎn)品都處于行業(yè)領(lǐng)先水平，能夠有效防止漏電和電弧現(xiàn)象的發(fā)生。

2. 工藝適配性強(qiáng)

雙組分配方設(shè)計(jì)便于自動(dòng)化生產(chǎn)，且固化過程溫和，不會(huì)對敏感電子元件造成熱損傷。

3. 環(huán)保合規(guī)

產(chǎn)品符合REACH、RoHS、SVHC等多項(xiàng)國際環(huán)保法規(guī)，適應(yīng)全球化市場需求。

4. 技術(shù)支持到位

在全球設(shè)有多個(gè)技術(shù)服務(wù)中心，能根據(jù)客戶需求提供定制化解決方案，從實(shí)驗(yàn)室測試到量產(chǎn)支持全程跟進(jìn)。

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六、未來趨勢展望

隨著5G通信、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電子設(shè)備的工作環(huán)境日趨復(fù)雜，對灌封材料的性能要求也越來越高。未來的電子灌封材料不僅要具備良好的電氣絕緣性能，還需要在導(dǎo)熱性、耐候性、輕量化等方面有所突破。

作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，正在積極布局下一代功能性灌封材料的研發(fā)，比如：

• 高導(dǎo)熱低介電常數(shù)材料：用于高頻高速芯片封裝；
• 自修復(fù)型灌封材料：可在輕微破損后自動(dòng)恢復(fù)性能；
• 生物基/可降解材料：響應(yīng)綠色制造趨勢。

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七、結(jié)語：材料雖小，責(zé)任重大

在這個(gè)萬物互聯(lián)的時(shí)代，電子設(shè)備早已滲透到我們生活的方方面面。而看似不起眼的一滴灌封膠，卻可能決定一臺(tái)設(shè)備能否安全運(yùn)行十年之久。

2020年的這幾款電子灌封材料，雖然只是化學(xué)世界中的一粒沙，但它們所承載的責(zé)任卻不容忽視。正是這些默默無聞的“幕后英雄”，守護(hù)著我們的數(shù)字生活不受風(fēng)雨侵?jǐn)_。

后，借用一句老話：“細(xì)節(jié)決定成敗。”在電氣絕緣的世界里，有時(shí)候，一款合適的灌封材料，就是你離成功近的距離。

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參考文獻(xiàn)：

1. Wang, L., et al. (2019). Thermal and Electrical Properties of Silicone Encapsulants for High-Power Electronics. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 9(3), 567–575.

2. Zhang, Y., & Liu, H. (2020). Polyurethane Potting Materials for Outdoor Electronic Devices: A Review. Journal of Applied Polymer Science, 137(18), 48672.

3. Smith, J. R., & Patel, N. (2018). Advances in Electrically Insulating Elastomers for Automotive Applications. Macromolecular Materials and Engineering, 303(10), 1800123.

4. Chen, X., et al. (2021). Reliability Assessment of Encapsulated PCBs under Harsh Environmental Conditions. Microelectronics Reliability, 122, 114123.

5. European Committee for Electrotechnical Standardization. (2020). IEC 60664-1: Insulation Coordination for Equipment within Low-Voltage Systems.

6. UL Standards. (2020). UL 94: Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances.

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完

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

• NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑，不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

• NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系；

• NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比A-14活性低；

• NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲(chǔ)存時(shí)間長；

• NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強(qiáng)，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；

• NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強(qiáng)的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強(qiáng)；

• NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動(dòng)性和耐水解性；

• NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；

• NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來替代A-14，添加量為A-14的50-60%；

• NT CAT MB20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機(jī)錫相對較低；

• NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；

• NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。