SEP环氧树脂色浆在电子封装与电气绝缘中的应用：干式变压器浇注、电子灌封与覆铜板着色技术

环氧浇注灌封是电气绝缘领域最核心的成型工艺之一。从干式变压器的线圈包封、互感器的整体浇注，到IGBT模块的密封保护、印刷电路板的覆铜板基板，环氧树脂凭借其优异的附着力、绝缘性、耐湿热性和尺寸稳定性，成为电气绝缘系统不可替代的基体材料。东莞市蒂森新材料有限公司（DENSON）的SEP系列环氧树脂色浆专为环氧浇注、灌封和层压体系开发，在不牺牲电气性能的前提下实现制品的标准化着色、相序标识和外观美化。

图1  红色环氧浇注干式变压器，三相线圈被环氧树脂整体包封，实现防潮与绝缘

一、干式变压器与互感器环氧浇注着色

干式变压器（Dry-Type Transformer）的高压线圈采用环氧树脂真空浇注成型，取代传统油浸式结构，具有难燃、防尘、免维护等优势。浇注体通常呈现经典的红色、灰白色或深绿色，其中红色最为常见——这不仅是外观选择，更承载了相序标识（A相黄色、B相绿色、C相红色）和安全警示功能。SEP红色色浆以耐温氧化铁红或偶氮红颜料为着色剂，在酸酐固化环氧体系中分散均匀，固化后颜色稳定，长期运行（B级绝缘130℃或F级155℃）不褪色、不粉化。

电压互感器（PT）、电流互感器（CT）和高压绝缘子同样采用环氧浇注工艺。互感器浇注体要求无气泡、无裂纹、局放值低，色浆的引入量必须严格控制——过量颜料会增加浇注体的介电损耗和内部缺陷风险。蒂森SEP色浆推荐添加量为A组分的0.5%–2%（红色）或1%–3%（彩色），在保证颜色饱和度的同时不影响浇注工艺性。

二、电子元器件灌封封装着色

电子灌封（Potting）是将液态环氧树脂注入装有电子元器件（电容、电阻、继电器、电源模块、IGBT）的外壳中，固化后形成整体保护结构，实现防潮、防震、绝缘和散热。灌封环氧通常为黑色或深灰色（以高色素炭黑着色），黑色灌封胶具有遮光、吸潮保护和外观统一的特点；部分特殊产品采用红色、蓝色或自然透明色以区分型号或满足客户定制。

图2  液态环氧灌封料注入PCB组件，固化后保护元器件免受潮湿与振动影响

IGBT模块（绝缘栅双极型晶体管）是新能源汽车、光伏逆变器和工业变频的核心功率器件，其封装采用环氧塑封料（Epoxy Molding Compound, EMC）传递模塑成型。EMC中添加硅微粉填料和炭黑颜料，黑色外观既满足遮光要求，也便于自动化产线的视觉识别。SEP黑色色浆在环氧塑封料中分散性好，不影响模塑流动性和脱模性。相关环氧灌封材料在电子封装中的应用与可靠性研究可参考IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation、Microelectronics Reliability等期刊。

三、覆铜板与电工层压板着色

覆铜板（Copper Clad Laminate, CCL）是印制电路板（PCB）的基板材料，由电子级玻璃纤维布浸渍环氧树脂后与铜箔热压成型。FR-4型覆铜板的经典外观为黄绿色半透明——这是环氧树脂本身的色泽配合固化剂和填料后的自然颜色，通常不额外加色浆。但在某些特殊应用中，如高Tg无卤CCL、高频高速板、金属基覆铜板，会通过色浆调整树脂色泽以区分产品型号或满足客户外观要求。

图3  FR-4覆铜板（黄绿色环氧玻璃布层压板）与铜箔叠层结构

电工层压板（如3240环氧板）广泛用于电机、电器的绝缘结构件，通常呈本色（深黄色至棕色）。当客户要求特定颜色（如黑色防静电环氧板、红色绝缘挡板）时，需在环氧胶液浸渍阶段加入SEP色浆。需要注意的是，层压板工艺要求色浆不影响树脂对玻璃纤维布的浸渍速度和凝胶时间，蒂森SEP色浆在低添加量下对浸渍工艺影响极小。

四、色浆对固化动力学的影响

色浆的引入会在一定程度上影响环氧固化反应动力学，主要体现在凝胶时间、固化放热峰温度和放热峰位置三个方面。颜料粒子作为固体填料，一方面稀释了环氧与固化剂的反应浓度，另一方面其表面可能吸附促进剂或与固化剂发生酸碱相互作用。在推荐添加量内（≤5%），SEP色浆对凝胶时间的影响通常在±15%以内，对放热峰温度的影响在±10℃以内。

对于厚壁浇注件（如干式变压器线圈，壁厚可达20–50 mm），固化放热集中可能导致内部温度过高、树脂开裂。色浆的存在可略微分散反应热，但更重要的是通过调整固化剂体系和阶梯升温工艺来控制放热。建议新配方先进行DSC差示扫描量热分析和小型浇注试验，确认放热峰和凝胶时间满足工艺窗口。

五、色浆对电气绝缘性能的影响

电气绝缘性能是环氧浇注制品的核心指标。SEP色浆对绝缘性能的影响主要通过以下标准评价：

需要特别指出，黑色色浆（炭黑着色）的体积电阻率比彩色色浆低2–3个数量级，这是因为炭黑本身具有半导体特性。在高电压绝缘场合（如互感器主绝缘），应避免使用黑色色浆或严格控制炭黑添加量在渗流阈值以下；黑色色浆更适合灌封保护（低压、信号类）和外观统一场景。对于要求高绝缘电阻的制品，推荐使用彩色无机颜料色浆（如红色氧化铁、绿色氧化铬、白色钛白）。

六、IGBT功率模块封装的着色要求

IGBT模块封装是环氧色浆在电子领域最苛刻的应用之一。IGBT芯片在开关过程中产生大量热量，模块工作结温可达150–175℃，环境温度范围-40℃至150℃。环氧塑封料（EMC）必须同时满足高玻璃化转变温度（Tg≥150℃）、低线膨胀系数（匹配硅片和铜底板）、低吸湿率和高电气绝缘。

图4  IGBT功率模块，内部芯片被黑色环氧塑封料包封保护

SEP黑色色浆在EMC中的作用不仅仅是着色——炭黑还赋予EMC一定的紫外线屏蔽能力和吸湿保护。但炭黑含量必须精确控制：过低则颜色发灰、遮光不足；过高则影响EMC的流动性和粘度，导致模塑填充不良。蒂森技术团队可根据客户EMC配方（硅微粉含量、固化体系、填料级配）推荐合适的色浆添加量和分散方案。

七、工艺要点与质量控制

第一，色浆加入位置：SEP色浆应加入环氧A组分（基料侧），在真空脱泡前与树脂、填料搅拌均匀，严禁直接加入固化剂B组分。第二，真空脱泡：浇注前必须在-0.095 MPa以上真空脱泡10–20分钟，避免色浆带入微小气泡。第三，阶梯升温固化：厚壁浇注件建议采用"低温凝胶—中温固化—高温后固化"阶梯工艺，控制放热峰不超过180℃。第四，批次一致性：同一制品颜色应使用同一批次色浆，更换批次时做刮样比对。详见蒂森官网产品中心的SEP系列TDS与使用指南。

八、结论

SEP环氧树脂色浆在干式变压器浇注、电子灌封、覆铜板和IGBT封装等电气绝缘领域发挥着标准化着色和标识作用。在推荐添加量内，SEP色浆对凝胶时间影响±15%以内，对体积电阻率和击穿强度影响可控，不降低制品耐热等级（F级/H级）。彩色无机颜料色浆适用于高绝缘要求场合，黑色炭黑色浆适用于灌封保护和外观统一场景。

FAQ常见问题

问：干式变压器浇注体为什么通常是红色？可以改成其他颜色吗？

答：红色是环氧浇注干式变压器的经典颜色，兼具外观美观和相序标识功能。完全可以根据客户需求改为黄色、绿色、蓝色、灰色等，但需注意颜色对绝缘性能的影响——彩色无机颜料（氧化铁红、氧化铬绿）对绝缘影响小，深色或高添加量色浆可能略微降低体积电阻率。

问：灌封环氧用黑色色浆会不会影响绝缘？

答：在低压电子灌封（≤1000V）场景下，黑色炭黑色浆对绝缘的影响可接受（体积电阻率≥10¹² Ω·cm）。但在高压主绝缘场合（如互感器、高压变压器），应避免使用黑色色浆，改用彩色无机颜料色浆以保证≥10¹⁴ Ω·cm的绝缘水平。

问：SEP色浆会让环氧浇注体的耐热等级下降吗？

答：在推荐添加量内，SEP色浆不改变环氧固化体系的交联密度和玻璃化转变温度，制品耐热等级维持原设计（F级155℃或H级180℃，依据IEC 60085）。过量添加（>5%）可能因颜料粒子干扰交联网络而略微降低HDT。

问：覆铜板FR-4的黄绿色是色浆调出来的吗？

答：FR-4的黄绿色是环氧树脂（通常为双氰胺固化的溴化环氧）本身的自然色泽，一般不额外加色浆。特殊型号CCL（无卤、高Tg、高频板）可能通过微量色浆微调色差，但添加量极低（<0.1%）。<>

问：IGBT模块的黑色环氧塑封料和灌封环氧是同一种材料吗？

答：不是。IGBT用环氧塑封料（EMC）是粉状热固性材料，含高比例硅微粉填料（>70%），采用传递模塑成型；电子灌封环氧是双组分液态树脂，常温或中温固化。两者虽都是环氧体系，但配方和工艺差异很大，色浆适配性也不同，蒂森可分别提供对应方案。

核心结论：

1. SEP环氧色浆广泛用于干式变压器/互感器浇注、电子灌封、覆铜板和IGBT塑封的标准化着色，推荐添加量0.5%–5%，在推荐量内对凝胶时间影响±15%以内、不降低耐热等级（IEC 60085 F/H级）。

2. 彩色无机颜料色浆体积电阻率≥1×10¹⁴ Ω·cm，适用于高压绝缘场合；黑色炭黑色浆体积电阻率≥1×10¹² Ω·cm，适用于低压灌封和外观统一，两者不可混用。

3. 色浆加入环氧A组分后真空脱泡、阶梯升温固化，击穿强度按GB/T 16927评价，体积电阻率按GB/T 1408评价，详见蒂森官网技术资料。