PCB灌封服务：化合物、工艺和设计规则

PCB灌封是将组装好的电路板（或连接器或模块）封装在实心树脂块中，使其完全密封，免受潮气、振动、化学品和人为破坏的影响。它是最坚固的电子产品保护方式——远比薄涂层坚韧——但它会增加重量和成本，并且使电路板无法修复，因此仅在环境要求严格的场合使用。本指南将解释什么是灌封，它与保形涂层的区别，常用树脂及其优缺点，以及Highleap Electronics如何将灌封作为组装服务的一部分。

1. 什么是PCB灌封？它能防止什么损坏？

PCB灌封是将组装好的电路板周围的壳体或模具填充液态树脂，树脂固化后形成固体，从而完全封装电子元件。它能有效防止潮气和水渗入、机械冲击和振动、灰尘、腐蚀性化学品、热循环以及逆向工程或篡改——与表面涂层相比，其密封性更佳，因为元件被嵌入到固体材料中，而不仅仅是被覆盖。

正是由于其完全封装的特性，灌封工艺才成为严苛应用场景的首选：例如汽车和工业模块、户外和船舶电子产品、电源，以及任何需要承受持续振动或浸没的设备。同样的目的——隔绝外部环境——也推动了全防水PCB设计的发展，而灌封往往是其中的关键步骤。但灌封工艺也存在一些不足，例如重量增加、成本上升、散热问题，以及灌封后的电路板通常无法修复。因此，灌封工艺仅适用于真正需要的产品。

2. PCB灌封与保形涂层：您需要哪一种？

对于一般的防潮和防污染需求，轻便且成本低廉的电路板，可选择保形涂层；而当电路板需要承受水浸、剧烈振动或腐蚀性化学品等恶劣环境，且需要极高的耐用性时，则应选择灌封。这两种方法都能抵御一些重叠的威胁，但防护程度却大相径庭：

对于大多数室内电子产品和消费电子产品而言，保形涂层是一种经济实惠且合适的保护方式。只有当应用环境极其恶劣时——例如浸没、持续冲击、化学品侵蚀或需要隐藏电路——灌封才真正体现其价值和成本。一条实用原则是：如果薄膜能够承受环境影响，就采用保形涂层；如果电路板必须密封在固体材料中才能承受环境影响，就采用灌封。

3. 灌封胶：环氧树脂、聚氨酯和硅酮

三种主要的灌封材料分别是环氧树脂（硬度最高，耐化学腐蚀和防篡改性能最佳）、聚氨酯（韧性好但柔韧性更强，抗振动性能好）和硅酮（柔软、柔韧，最适合宽温度范围和热应力环境）。树脂的选择需要在硬度、柔韧性、温度范围和热性能之间取得平衡：

• 环氧树脂 固化后坚硬且粘合牢固，具有最佳的耐化学性和最强的防篡改屏障——但其刚性会传递热应力，因此适合温度稳定的应用。
• 聚氨酯 它坚韧而又比环氧树脂更有弹性，能很好地吸收振动和机械冲击，因此常用于移动或坚固耐用的设备。
• 硅胶 在很宽的温度范围内保持柔软和柔韧性，可减轻部件的热膨胀应力，是高温或热循环组件的理想选择。

由于树脂是直接涂覆在组件上的，因此它与一般封装中使用的PCB 环氧树脂材料密切相关，而合适的树脂取决于工作温度、机械环境以及通过灌封散热对您的电路板是否重要。

4. 如何设计灌浆板

设计用于灌封的电路板时，需考虑树脂的重量和热膨胀系数，避免产生气泡，保护必须保持可触及的连接器和可调节部件，并控制嵌入树脂中的功率元件产生的热量。灌封会改变组件的机械和热性能，因此应在设计中加以规划，而不是盲目添加。关键考虑因素：

• 热膨胀应力。 刚性树脂的膨胀和收缩可能会对焊点和元件造成应力，因此元件放置和树脂选择必须适合温度范围。
• 空气滞留。 高大的部件和狭窄的缝隙在浇注过程中可能会产生气孔；布局和脱气（通常是真空灌封）可以防止气孔的产生，从而削弱密封性。
• 禁入区域。 连接器、测试点和可调节元件必须保持可用，需要进行遮蔽或放置在灌封区域之外。
• 散热。 嵌入树脂中的功率元件会失去气流冷却，因此树脂的导热性和电路板的散热设计必须能够解决这个问题。

这些问题正是制造评审能够及早发现的，就像预生产可制造性评审能够在组装风险进入生产阶段之前发现它们一样——在设计阶段解决这些问题比在电路板被树脂密封后解决要便宜得多。

5. PCB灌封工艺步骤详解

灌封工艺分为五个步骤：准备并遮蔽电路板、按正确比例混合双组分树脂、将其注入外壳或模具、通过真空脱气去除残留空气，然后固化成固体。每个步骤都有其失效模式，用于判断最终的封装是否真正能够保护电路板。正因如此，灌封是一个受控过程，而不仅仅是简单地浇注树脂。

• 准备并敷上面糊。 电路板经过清洁，以便树脂能够很好地粘合，任何必须保持​​可触及的连接器、测试点或可调节部件在灌封前都会被遮盖起来。
• 按比例混合。 大多数灌封胶都是双组分体系，必须按精确的比例混合并充分搅拌；比例不对或混合不均匀的批次可能永远无法完全固化，或者固化后会出现薄弱环节。
• 分发。 将树脂浇注或泵入电路板周围的壳体或模具中，填充空间，而不会干扰元件。
• 真空脱气。 将组件置于真空状态下，以抽出液态树脂中滞留的空气以及低间隙部件下方的空气，因为空气空隙会削弱密封性并造成热量和水分的渗入。
• 治愈。 树脂在室温下或加热后（取决于成分）固化，最终形成固体块。固化条件会影响树脂的机械性能和热性能。

真空脱气是最常被低估的步骤：如果没有这一步骤，浇注过程中残留的气泡会形成空隙，从而破坏灌封原本应有的保护作用。用于此步骤的树脂与封装中使用的环氧树脂体系密切相关，对于需要完全浸没的产品而言，该工艺是构建防水PCB的核心环节。

6. Highleap 如何保护您的组件

Highleap提供灌封和封装服务，作为组装流程的一部分，我们会根据您的环境选择合适的树脂和工艺，并保护必须保持可访问的区域。通过PCB封装，电路板会使用合适的环氧树脂、聚氨酯或硅胶化合物进行密封，并特别注意空隙、热应力以及连接器禁入区域。

由于灌封是电路板成型后的最后一道保护工序，Highleap 提供交钥匙组装服务——电路板的制造、装配、测试和灌封在一个协调的流程中完成；而轻型产品则可根据实际情况采用保形涂层。询价时，请描述运行环境（浸没、振动、温度范围、化学品暴露）、需要保持畅通的区域以及任何散热需求，以便我们选择合适的化合物和工艺。

7. PCB灌封常见问题解答

PCB灌封费用是多少？

灌封工艺会增加树脂材料、混合、点胶和真空脱气所需的人工和设备成本，以及固化时间，因此单位成本会随着电路板尺寸和树脂用量的增加而上升。最经济的做法是将其纳入组装设计并批量生产，而不是作为事后一次性添加的工序。

灌封和封装是一样的吗？

在大多数电子行业工作中，这两个术语可以互换使用——它们都指的是将电路板封装在固化树脂中。严格来说，“灌封”是指将树脂倒入一个固定在产品上的外壳中，而“封装”可以指模压成型的树脂外壳，但工艺和材料是相同的。

灌封胶可以去除进行维修吗？

刚性环氧树脂灌封是永久性的，不破坏电路板就无法移除；较软的硅胶和一些聚氨酯化合物有时可以切割或挖掉进行有限的返工，但灌封通常是为无法维修的产品而选择的。

灌封会导致元件过热吗？

确实如此，因为将部件嵌入树脂中会阻碍空气冷却。解决方法是使用导热灌封胶，或者设计通往外壳的散热路径，使电源部件的热量通过树脂散发出去，而不是在内部积聚。

灌封式PCB能达到怎样的IP防护等级？

正确灌封且电缆入口密封的电路板可以达到很高的防护等级，包括完全防尘和浸水等级，因此灌封工艺常用于户外、船舶和埋地电子设备。最终的防护等级取决于外壳、连接器处的密封以及灌封层的无空隙。

盆栽需要多长时间才能固化？

固化时间取决于化合物和固化方法，从热固化环氧树脂的几个小时到某些室温固化体系的一天或更长时间不等。固化程序会影响树脂的最终硬度和热性能，因此应根据应用需求进行调整，而不是仓促行事。