电子器件抗冲击异质聚氨酯灌封防护：实验与模拟研究

沈天阳; 蒋招绣; 王永刚

doi:10.12382/bgxb.2025.1081

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电子器件抗冲击异质聚氨酯灌封防护：实验与模拟研究

更新时间：2026-09-02

- 电子器件抗冲击异质聚氨酯灌封防护：实验与模拟研究
- Impact-resistant Heterogeneous Polyurethane Potting Protection for Electronic Devices: Experimental and Simulation Studies
- 兵工学报 2026年47卷第7期页码：251081
- 作者机构：
  
  宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室，浙江宁波 315211
- 作者简介：
  
  邮箱：wangyonggang@nbu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(U2530210;12102213)
- DOI：10.12382/bgxb.2025.1081
  中图分类号： TN305.94
- 收稿：2025-12-09，
  
  网络首发：2026-07-23，
  
  纸质出版：2026-07-31
- 稿件说明：
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沈天阳,蒋招绣,王永刚.电子器件抗冲击异质聚氨酯灌封防护：实验与模拟研究[J].兵工学报,2026,47(07):251081.

SHEN Tianyang,JIANG Zhaoxiu,WANG Yonggang.Impact-resistant Heterogeneous Polyurethane Potting Protection for Electronic Devices: Experimental and Simulation Studies[J].ACTA ARMAMENTARII,2026,47(07):251081.
沈天阳,蒋招绣,王永刚.电子器件抗冲击异质聚氨酯灌封防护：实验与模拟研究[J].兵工学报,2026,47(07):251081. DOI： 10.12382/bgxb.2025.1081.

SHEN Tianyang,JIANG Zhaoxiu,WANG Yonggang.Impact-resistant Heterogeneous Polyurethane Potting Protection for Electronic Devices: Experimental and Simulation Studies[J].ACTA ARMAMENTARII,2026,47(07):251081. DOI： 10.12382/bgxb.2025.1081.

摘要

灌封防护技术对于解决电子器件在冲击载荷下的失效问题具有关键作用。聚氨酯因其优异的力学性能，被视为电子器件抗冲击防护中的理想灌封材料。制备两种硬度异质聚氨酯灌封材料，设计4种组合形式（全软、全硬、H-S-H及S-H-S）的灌封防护缓冲结构，并分别借助美国Instron公司生产的Instron 5966电子万能试验机和CEAST 9350落锤试验机，对两种聚氨酯灌封材料的力学性能及4种灌封防护结构的冲击特性进行实验研究。实验结果表明，不同应变率下两种聚氨酯均展示出典型的非线性黏弹性力学行为，相较于其他3种结构，S-H-S复合灌封防护结构在减小撞击力的同时，能够有效限制电子器件的变形，展现出更优的综合防护性能。基于实验结果，采用Abaqus瞬态有限元分析软件，通过嵌入Z-W-T黏弹性本构模型来准确描述聚氨酯力学行为，开展聚氨酯灌封防护结构冲击响应数值模拟研究。模拟结果显示，相比其他3种防护结构，S-H-S防护结构中的印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）应力水平较低且分布更为均匀，同时芯片和PCB板之间的焊点界面应力整体较小，进一步验证了该结构在提升电子器件抗冲击能力方面的显著效果。

Abstract

The potting protection technology plays a critical role in mitigating the failure of electronic devices under impact loading. Polyurethane is considered as an ideal potting material for the impact-resistant protection of electronic components due to its excellent mechanical properties. Two types of hardness heterogeneous polyurethane potting materials are prepared， and four types of composite protective buffer structures （fully soft， fully hard， hard-soft-hard， and soft-hard-soft） are designed. The mechanical properties of two types of polyurethane materials and the impact characteristics of four types of protective structures are experimentally investigated using Instron 5966 electronic universal testing machine and CEAST 9350 drop hammer impact tester manufactured by Instron Corporation， USA. Experimental results show that both polyurethane materials exhibit typical nonlinear viscoelastic mechanical behaviors under different strain rates. Compared with the other three structures， the soft-hard-soft composite potting protective structure not only reduces the impact force but also effectively limits the deformation of electronic devices， demonstrating superior comprehensive protective performance. Based on the experimental results， the impact responses of polyurethane potting protective structures are numerically simulated using Abaqus transient finite element analysis software， in which the Z-W-T viscoelastic constitutive model is embedded to accurately describe the mechanical behavior of polyurethane. Compared with the other three protective structures， the soft-hard-soft protective structure ensures that the stress level in the printed circuit board （PCB） is relatively low and more uniformly distributed， and the overall interfacial stress at the solder joint between the chip and the PCB is smaller. These findings further validate the significant effectiveness of soft-hard-soft protective structure in enhancing the impact resistance of electronic devices.

关键词

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