縮醛漆包線

縮醛漆包線是世界上發展最早的品種之一,1930年已由德國、美國分別投放市場,蘇聯也發展很快,有聚乙烯醇縮甲醛和聚乙烯醇縮乙醛兩種,我國也在60年代研究成功。該漆包線雖耐溫等級低(105°C,120°C),但由於其具有優良的耐高溫水解性能而廣泛的套用於油浸變壓器中,這一特性得到了世界各國的公證,我國仍有少量生產,特別是縮醛漆包扁線用來製作換位導線,用於大型變壓器中。

基本介紹

• 中文名：縮醛漆包線

1漆包線

漆包線是電機、電器和家用電器等產品的主要原材料,特別是近幾年電力工業實現了持續快速增長,家用電器的迅速發展,給漆包線的套用帶來較廣闊的領域,隨之而來的是對漆包線提出了更高的要求。為此漆包線的產品結構調正不可避免,與之配合的原材料(銅、漆),漆包工藝,工藝裝備和檢測手段等也急待開發研究。

漆包線,有時也叫電磁線(Magnetwire)或絕緣線(Insulatedwire),是一種表面覆有絕緣薄膜的導線。漆包線的導體部分一般是經退火處理的未摻雜的純金屬,特別是銅和招,某些場合也使用銅合金、金、銀、鎳、不鏽鋼等材料,根據工作電壓和工作溫度的不同,漆包線常採用聚氨酷、聚酷、聚酷亞胺、聚醯亞胺等聚合物作為絕緣薄膜材料。漆包線廣泛套用於電子、電氣、醫療器具和半導體的生產中(如感測器、變壓器、線圈、繞組、植入電極、晶片互聯引線等),充當內部基礎元件的一部分,或者作為元件內外連線的導體介質。當作為內外連線的介質時,漆包線的末端必須和金屬終端(如插片、針、箱等)實現電接觸,並滿足一定的力學性能、導電性能和耐溫度疲勞性能等要求。因此,它們之間的連線性能直接影響到整個產品的性能。

2漆包線的微連線

微連線是微電子封裝及互連的重要部分,由於連線對象的微小精細,在傳統煙接技術中可以忽略的因素,如溶解量、擴散層厚度、表面張力、應變數等都會對材料的 接性、岸接質量產生不可忽視的影響。絕大多數微連線用於異種材料之間的連線,連線時除了強度要求以外,更重要的是可靠性和電氣連線性,連線過程不應對器件功能產生任何影響。微連線涵蓋了非常廣闊的領域,對於製造小型器件、裝置和系統尤為關鍵。

傳統的連線方法

傳統的漆包線連線方法中,必須先將妨礙導電和影響接頭可靠性的高分子絕緣薄膜去除,然後再用釺傳等其他微連線方法實現連線。絕緣薄膜的去除通常採用以下幾種方法:

機械法去除。機械法去除漆包線絕緣薄膜是指用磨輪或刮刀除去漆包線絕緣薄膜。漆包線線徑大小不同,機械法去除絕緣薄膜的方法也不相同。當線徑大於120um時,通常用砂輪可有效地磨除絕緣薄膜;當線徑小於120um時,一般採用微噴砂的方法去除絕緣薄膜。機械法去除絕緣薄膜工作量繁重,易產生氧化層和污染物,並且會不可避免地損傷導體部分或出現去除不盡的現象,留下應力傷痕,降低漆包線的強度,影響接頭性能。

化學法去除。即利用脫漆劑與高聚物大分子的聚合、溶解,在大分子鏈段之間的間隙中滲透、浸蝕,使大分子的分子鏈段溶脹、拉伸,產生自發的收縮應力,從而解除漆膜與導體間的附著力,實現漆膜與導體分離。脫漆過程是一個複雜的物理化學過程。較機械法,化學法可以批量去除絕緣薄膜,提高了生產效率和質量。對於線徑非常小的漆包線,化學法是去除絕緣薄膜最好的方法。但是,化學法去除絕緣薄膜後要對漆包線進行嚴格的清洗,否則殘留的化學試劑會對漆包線導體部分產生腐燭或氧化,導致斷線故障。並且,這些化學試劑大部分對人體有害,廢液也會對環境造成污染。

準分子雷射去除。準分子雷射器是一種能發射多個紫外雷射波長的短脈衝寬度、高峰功率雷射脈衝的雷射器,它可以高重複頻率地運行。雲南大學的史明霞[8]等人對不同能量密度、不同頻率的準分子雷射作用漆包線的情況進行了實驗研究,得出用雷射精細剝漆的最佳能量密度,且用最佳能量密度對不同粗細、不同漆厚的漆包線進行剝漆處理,發現剝漆所需的脈衝個數與絕緣薄膜厚度有著密切的關係。初步分析了各種實驗現象。採用準分子雷射進行加工,其邊緣整齊,精度較高,對材料內部及邊緣的熱損傷非常小。準分子雷射去除是目前唯一能精密去除絕緣薄膜而不損傷漆包線導體部分的方法。但是,該方法費用高昂,並且,這種設備需要很多保護措施來防護操作人員受到雷射的輻射。

傳統的漆包線連線方法除了上述預先去除絕緣薄膜工藝帶來的諸多不便之外,釺焊也有其本身的缺點和局限。釺焊前必須對工件進行細緻加工和嚴格清洗,除去油污和過厚的氧化膜,保證接口裝配間隙。隨著社會對環境問題的日益關注,對釺料和釺劑的要求也越來越苟刻。另外,由於釺煙燥點容易發生脫落失效,對被輝件的氧化和污染也比較嚴重,在某些場合如航空航天、醫療器械、核電設施等,不允許採用釺焊工藝。

漆包線的其他微連線工藝

雷射微擇接和雷射軟釺焊(Flashsoldering or Lasersoldering)

雷射微接和雷射軟釺掉都是用雷射作為熱能將絕緣薄膜燒除,然後實現偉接的技術。用雷射作為傳接能源,熱量集中,能夠快速使漆包線的絕緣薄膜氣化,無須預先去除絕緣薄膜而能直接實現對工件的連線。因為 接時間短,整個 接過程產生的高溫來不及傳導給周圍器件,從而避免了爆接對元器件的熱損傷。師文慶等通過3種不同的方式對雷射直接偉接的方法進行了實驗研究和理論分析,獲得了直徑為0.10 mm的極細銅芯漆包線在不去除絕緣漆的情況下直接焊接到銀引腳上的方法和途徑。Steimneier D 等通過電鏡掃描等實驗說明了雷射軟釺輝無需預先去除絕緣薄膜而能直接連線細小的漆包線,使漆包線和電子元器件終端形成持久、可靠接頭的原因。BohmS等採用楊氏雷射,證明了雷射軟釺輝適合各種漆包線的接,一般 接過程的平均時間只需20ms。雷射軟釺傳屬非接觸輝接,不會給產品帶來接觸污染,同時也克服了傳統釺揮釺料容易引起短路的問題,具有能同時除漆和焊接等優點,但雷射掉接對煌件加工、組裝、定位要求均很高,且燥接成本相對較高。它常用於片式或梁式引線的燥接,而不太適合細線間的接。

超聲熱壓焊

超音波焊接是利用超音波的高頻機械振動能量,對工件接頭進行內部加熱和表面清理,同時對工件施加壓力來實現煙接的一種壓煌方法。超聲傳主要用於IC晶片互連工藝中的引線鍵合,即用金線、鍋線、或銅線實現晶片和引線框架之間電氣連線因為預熱能使超聲鍵合接頭性能更好,所以超聲熱壓煌是超音波煌接的主流。晶片塑封時,具有一定長度的金屬絲弧在塑封料流動衝擊下會發生絲擺現象,由於目前採用的鍵合線表面通常沒有絕緣層,間距變小容易引起相鄰引線間短路,絲擺嚴重時將會導致金屬線間發生接觸從而導致短路lisj。近年來,隨著微電子器件集成度的提高,微晶片的尺寸在不斷縮小,晶片電路越來越複雜,引線線徑越來越小,對絲擺現象的控制要求也越來越高II9]。採用漆包線進行引線鍵合連線可有效解決以上矛盾,並由此出現了 X-Wire技術2006年國際半導體技術藍圖(The 2006 ITRS Roadmap)認為漆包線是25 u m引線鍵合的潛在解決辦法,特別是用漆包銅線來替代金線迅速成為當前研究的熱點。Song, W. H. 等用表面沒有絕緣薄膜的金線和有絕緣薄膜的金線作了對比實驗,研究了它們在熱影響區、金絲球的可變形性等方面的差別。Lee,Jaesik等從工藝參數的角度研究了表面有絕緣薄膜的金線的燒接性能。通過對勞刀的改進,有效地提高了漆包線在超聲鍵合工藝中得接性能。

3縮醛漆包線

縮醛漆包線是世界上發展最早的品種之一,1930年已由德國、美國分別投放市場,蘇聯也發展很快,有聚乙烯醇縮甲醛和聚乙烯醇縮乙醛兩種,我國也在60年代研究成功。該漆包線雖耐溫等級低(105°C,120°C),但由於其具有優良的耐高溫水解性能而廣泛的套用於油浸變壓器中,這一特性得到了世界各國的公證,我國仍有少量生產,特別是縮醛漆包扁線用來製作換位導線,用於大型變壓器中。

縮醛線的工藝特點

縮醛漆分為大線漆和小線漆兩種,大線漆具有較各種漆包線漆更大的粘度,適合於使用模具法在立式車上塗制,而細線漆則粘度小適合於在臥式漆包機上用毛氈法生產。多年來塗制大線漆的生產實踐創造了使用模具法的很多經驗,這種方法具有很多特點:

1.用模具法塗線時,當模具孔徑配合適當以後,漆包線的漆層厚度可以保持長時間的穩定,不需象用毛氈法那樣經常進行厚度的調整。

2.可使漆包線表面保持均勻光滑,很少出現不光、氣泡、粒子等缺陷。在爐溫、速度和銅線質量基本穩定的情況下,它比其他類型漆包線有更高的正品率。

3.模具法塗線時,可使用原漆,塗線的固體含量可提高,這樣既可節約溶劑,又可減少調漆工藝。

4.模具在使用一段時間後也需要清洗,但一般可維持場天。與毛氈在使用天后即要更換相比,可減少換毛氈時的廢絲,節約被毛氈吸收的漆液。

5.模具本身結構簡單,成本很低,一套模具配好以後可套用七、八年或更長時間並不損壞,而毛氈每年在漆包線廠的消耗量卻是相當可觀的。

當然在縮醛大線的生產中如批量小,規格多,由於更換模具會給生產上帶來一定困難,這也是實際存在的一個間題,但如象北京電力器材一廠那樣,在生產安排上考慮更適當些,這種情況還是可以改變的。因此,從國內外的發展來看,模具法很有推廣套用和加強研究的必要。

聚酯漆包線與縮醛漆包線在含水的變壓器油中進行了模擬老化試驗,以106~1100老化7天為一周期,試驗結果證實聚酯漆包線在12個周期後,電氣性能顯著下降,而縮醛線仍保持了較好的性能。將各種漆包線按標準製成擊穿電壓的紋線試樣,放入功30X20毫米的黃銅圓筒容器中,並加入1毫升經真空乾燥處理的腸號變壓器油,在1℃老化500小時後,測漆包線擊穿電壓之變化。

縮醛漆包線的特性和套用

縮醛漆包線是最早的高強度漆包線,具有較高的機械強度,能滿足一般高速自動繞組裝置對漆包線強度的要求;此外,它的漆膜又較柔軟,對銅線也有良好的附著力,所以也能滿足微電機端部整形的要求。但是它最大的特點是具有極優異的耐油性與耐熱衝擊性。

一般的高強度漆包線均有較好的耐油性,但在油浸式變壓器中以及充油電機中,由於漆包線長期浸於高溫密閉的油里,不同漆包線的耐油性則顯然不同。從國外報導來看,美國在1963年的第4次絕緣材料會議上就作了這樣的結論:在所有的試驗中,不管是否用紙,聚醋漆包線的漆層全開裂了,它與變壓器油系統是完全不相容的;相反,縮醛漆包線與聚丙烯酸系的漆包線(Loot)n在試驗後較全面地保持了原有的性能。從日本1973年的報導來看,占漆包線品種總量30界的縮醛線主要用於油浸式變壓器,而聚醋則較成功地在E級電機與乾式變壓器中獲得了廣泛的套用。在歐洲也是這樣,油浸式變壓器全部使用縮醛線。