一、包封料的核心作用
在深入了解具体材料之前,首先要明白包封料究竟要做什么:
1、保护:隔绝空气中的水分、氧气、灰尘和盐雾等,防止内部电阻体受潮、氧化或腐蚀,导致性能漂移或失效。
2、绝缘:提供良好的电气绝缘,防止在使用中发生短路或漏电。
3、机械支撑:增强元件的结构强度,抵抗振动、冲击等物理应力。
4、散热/导热:将电阻体产生的热量有效地传递到环境中,或承受外部热冲击。
5、耐化学性:抵抗油脂、化学品等的侵蚀。
不同的包封料,在这些方面的侧重点和能力各不相同。
二、各类包封料的深度解析
下面我们逐一深入探讨表格中提到的几种主要包封料。
1. 环氧树脂
这是最常见、使用最广泛的热敏电阻包封料。
优点:
优异的附着力与高硬度:能形成坚固的保护壳,机械强度非常高。
出色的绝缘性:电气性能可靠。
良好的密封性:能有效阻隔潮气。
成本低廉:原料来源广,生产工艺成熟,性价比高。
体积小巧:可以做成很小的包封尺寸,适合微型化器件。
缺点:
耐冷热冲击性能较差:这是环氧树脂最主要的弱点。在温度剧烈、快速变化时(例如从-40℃迅速升至125℃),由于环氧树脂的热膨胀系数与内部的电阻体、引线不匹配,容易产生内应力,导致包封层开裂。一旦开裂,保护作用就丧失了。
耐高温上限相对较低:长期工作温度通常不超过150℃,高温下易老化、变黄、变脆。
适用场景:
绝大多数常规的消费电子产品和工业控制设备中的温度测量、补偿电路。
电池组内部的温度监控(如锂电池包)。
任何对成本敏感、工作环境温度变化不极端的场合。
2. 有机硅橡胶
这是一种高性能的包封材料,特别适合苛刻的环境。
优点:
极佳的柔韧性:这是它与环氧树脂最根本的区别。硅橡胶可以承受极大的热胀冷缩而自身不会开裂,耐冷热冲击性能极优。
宽广的耐温范围:既能耐低温(可达-60℃),也能耐高温(长期工作温度可达200℃以上)。
优异的电绝缘性和憎水性。
耐老化、耐紫外线。
缺点:
机械强度低:质地柔软,容易被划伤或磨损。
附着力相对较差:与环氧树脂相比,与基材的结合力较弱。
成本较高。
适用场景:
大电流冲击场景:如空调压缩机的启动PTC、伺服电机的消磁电阻。在这些场景中,元件会瞬间产生大量热量,温度急剧上升,只有硅橡胶的韧性才能保证不开裂。
高振动环境:如汽车发动机舱附近的传感器。
对可靠性要求极高的场合。
3. 玻璃封装
这是性能和稳定性最高的封装形式之一。
优点:
极高的耐温性:最高工作温度可达300℃甚至更高。
极佳的密封性:几乎完全隔绝气体和水分,具有近乎完美的气密性。
卓越的稳定性:不老化,不降解,长期稳定性无与伦比。
高机械强度和硬度。
响应速度快:由于玻璃本身是良好的导热体,且包封通常很薄,使得热敏电阻对温度变化的反应非常迅速。
缺点:
成本最高:制造工艺复杂,需要高温烧结。
脆性大:不耐机械冲击和弯曲应力,容易碎裂。
工艺难度大:需要精确控制玻璃和热敏陶瓷的膨胀系数匹配,否则在冷却过程中会因应力而炸裂。
适用场景:
极端恶劣环境:如汽车排气系统、高温烘箱、航空航天设备。
需要快速响应和高精度的测量:如高端医疗器械、精密实验仪器。
长期稳定性要求极高的场合。
4. 硅树脂 & 酚醛树脂
这两种材料常用于热敏电阻 (主要用于抑制浪涌电流)。
核心作用:在这里,包封料的主要目的不仅是保护,更是散热。热敏电阻在通过大电流时自身会发热,需要包封料将其热量快速传导到环境中。
硅树脂:
耐温性比酚醛树脂更好(可达200℃),但固化后表面可能比较粗涩。
酚醛树脂:
成本较低,表面光滑,但耐温上限(约170℃)和长期热稳定性略逊于硅树脂。
选择:在对散热和耐温要求稍高的场合,会选择硅树脂;在成本控制更严格的常规场合,酚醛树脂是经济的选择。
最终建议:
在选择时,请务必参考元器件厂商提供的数据手册,其中会明确规定该产品的包封材料、工作温度范围、耐候性等级等信息。最好的方法是根据你的具体应用场景(温度、湿度、振动、电气负荷、成本预算),与供应商的技术支持人员进行沟通,他们能提供最匹配的方案。
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