我到传力公司做技术顾问已约八年了,八年中我做了不少基础研究和具体产品的研发工作,也写了几十万字的试验小结和论文,在告老返乡之前,打算发表几篇文章和同行同仁共同探讨并共享。我不想只公开一个贴片胶的配方,这样大家就只是多了解了一种产品,我想介绍研制的思路,这样大家就可以研发出更多更好的胶和其他的新产品。正如唯物辩证法并没有穷尽真理,而是在不断开辟认识真理的捷径。
一、对贴片胶的要求
贴片胶的作用不仅仅是把应变计(GAGE)贴片到传感器(L/C)上,因而要有很好的粘结性能,还有很多重要的要求。
1、粘结性能好,因而能把GAGE牢固的粘结到L/C上。
2、要求能耐180°C左右的高温,因为弹性体钢材或铝材在轧制和机加工以及其后贴片等过程中会产生很多的应力,在贴片后去掉夹子以后继续高温烘烤就能起到一定的退火消除应力的作用。
3、在把应变从弹性体到GAGE的传递中要尽量减少附加的蠕变和滞后,因而要求它固化后的刚性很好。
4、绝缘性能好,而且防潮防水性能要求好。我在做L/C长期防潮稳定性试验中发现,不 仅L/C上胶材料和GAGE的盖面胶要求防潮性能好,GAGE基底胶和贴片胶的防潮性能也很重要。
5、配置方便,工艺操作性好。
二、对贴片胶材料的选择
1、根据上述1、3、4条的要求,首选环氧树脂做粘结剂材料,它的粘结强度、刚性和防潮性能都非常好。参见[1]
2、根据要求2首选高温固化剂。
3、根据要求4和5选择了一种对环氧树脂和高温固化剂的溶解度很好的溶剂。还要求它纯净,不会污染GAGE内部,固化时易挥发无残留物,还要求它在固化时不和环氧树脂反应,只起溶解和调整胶液粘稠度的作用,也就是非活性溶剂和稀释剂了。
三、研制过程中遇到的问题
1、在初步选定了某种类型的环氧树脂、固化剂和非活性溶剂之后,就是先按其环氧值估算环氧树脂和固化剂的理论配比,并实际配置了几种不同比例的胶水进行贴片工艺和L/C性能测试。
2、在找了几种类型的环氧树脂配成胶后和能买到的最好的贴片胶做对比,结果发现只能在防潮性能或者滞后性能上不亚于参照物,不能全面超越或不亚于参照物。
3、国产固化剂原料容易吸潮影响胶的性能,如果买进口料价格大约是国产的10倍,需要在性价比上寻求突破。
四、技术上的创新和突破
1、优势互补理论的应用
理论上和实践中都能发现,有些类型的环氧树脂防潮性能好,而另外一些类型的环氧树脂粘结性能好,也就是固化后刚性好L/C的滞后较小,于是我们把这两种环氧树脂按一定比例混合使用实现优势互补,结果发现1+1>2,混合使用的贴片胶在小滞后和防潮性能上都有了显著改善,这就是现在的639胶。
2、较低温应用的贴片胶
某些L/C要求140°C左右的贴片固化温度,用639胶贴片的固化效果不够好,于是我们配好了一种环氧树脂的催化剂,加入到639胶中就成了既可低温又可高温固化的贴片胶。后来发现加入了催化剂的贴片胶常温和低温(冰箱冷藏室5°C左右)存放的寿命较短,没加催化剂的贴片胶A胶和B胶混合后可以低温保存十几天,而加了催化剂的低温贴片胶放几天就会变成果冻状无法使用。于是我们配成了催化剂添加剂,正常使用639贴片胶,需要低温贴片胶时只要在小瓶639胶胶液中加入1-2滴添加剂摇匀后就成了638低温贴片胶,小瓶随用随加很方便。
3、可以有不同浓度的配方以适用于不同爱好的操作者。
由于我们选用的是非活性溶剂,它只能改善胶液的粘稠度而不参加固化反应。因此,喜欢稠的胶我们就少加些溶剂,喜欢稀的胶就多加一些溶剂,溶剂在高温固化时都会挥发掉,不会改变L/C的性能参数。
4、A胶和B胶可以有不同的比例
最初我们把固化剂溶解到溶剂中配成A胶,把环氧树脂溶解到溶剂中配成B胶,一开始,我们的配比是A:B=1:1。在配制过程中我们发现环氧树脂很容易溶解,而固化剂却很难溶解,要很长时间才能溶解,于是我就把B胶中的一部分溶剂放到A胶中来,于是就有了A:B=2:1或3:1的贴片胶。只要混合后的贴片胶中两种环氧树脂和固化剂的比例符合我们预先设定好的最佳配比就可以。这样一来,尽管B胶的溶解周期稍有延长,也还是比A胶的短,但是A胶的溶解周期缩短了,A胶和B胶总的溶解周期是缩短了。
五、试验数据摘录
我们在确定639胶的配方之前曾经做了大量的对比试验,包括在钢L/C和铝L/C上的性能测试,以及99%RH湿度下15天的潮湿试验,钢板和铝板桥路中强化的潮湿试验以及满负荷L/C的10万次疲劳试验,现将部分数据摘录出来供同行参考。参见[2].
1、L/C参数对比试验
用完全相同的GAGE分别用三种不同的贴片胶贴片在铝制L/C FAJ-7A上做性能对比试验,并记录上胶后的成品,以及成品10天后、20天后和30天后参数稳定性测试数据。
638胶贴片的参数见表一,用进口的某品牌贴片胶贴片的参数见表二,用国内买到的某种贴片胶贴片的参数见表三。
从表一、表二和表三的数据可以看到,638/639胶贴片的滞后和进口胶贴片的相当,都优于国产贴片胶。
2、疲劳加压试验
我们用上述638/639胶贴片的L/C在成品上胶30天之后再用满量程疲劳加压10万次后再进行测试,数据见表四(因为疲劳机只有4个工位,就只做了4只L/C的试验)。从疲劳试验的结果来看,除了蠕变变正了一些以外,其余的参数(非线性失真、重复性和滞后)都变好了,这说明我们的L/C包括弹性体、GAGE和贴片胶在内整体质量,是越用越好的,实际上我们还做过120%FS和130%FS的10万次疲劳试验,也都没有问题。
3、钢板强化潮湿试验
我们在钢板上贴片4个未盖面的GAGE组成一个惠斯顿电桥,并在GAGE上面涂一层很薄的同种贴片胶,再放到99%RH的潮湿箱中做15天的潮湿试验,每天记录电桥零点的变化情况。
用638/639胶贴片和上胶的记录见表五。用表五数据画成的潮湿试验零点变化曲线见图一,用某品牌进口贴片胶的潮湿试验数据见表六,零点变化曲线见图二,用某国产贴片胶的潮湿试验数据见表七,零点变化曲线见图三。
比较这些钢板电桥15天99%RH潮湿试验前后,零点变化绝对值后的平均值也可以明显的看出来。638/639胶平均变化0.197mv/10v优于某进口品牌的贴片胶的1.595mv/10v,优于某国产品牌的2.891 mv/10v。
4、 GAGE(含贴片胶)按国标的测试数据
把我们自制的高性能(小滞后)GAGE和高性价比(普通)GAGE连同639胶送到国内某权威单位检测,测得结果是,用639胶贴片的高性能GAGE,滞后为0.88μm/m,普通GAGE的滞后为1.96μm/m。说明用传力贴片胶CL-639贴片的传力GAGE的滞后都优于A级国家标准3μm/m的指标。
参考文献
[1]环氧树脂及其应用 陈平 王德中 编著 化学工业出版社2004年2月
[2]传力贴片胶对比试验小结 梁昌锐试验小结和论文集[05-92] 05年12月13日
作者简介:梁昌锐,毕业于清华大学电子工程系,教授级高工。获得过国家发明三等奖并在静止式通信卫星试验中荣立二等奖,是四项专利的发明人或设计人,编写过几十万字的半导体书籍,国内外发表多篇论文,现从事有关应变计的研发工作。
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