Материал: Защита конструкций РЭС от воздействия влаги

Рис. 4.3. Классификация конструкторско-технологических средств защиты от влаги

с индивидуальной герметизацией компонентов), а также возможностью создания внутри гермоблоков при заполнении контролируемой по влажности и химическому составу инертной среды. Однако стоимость таких оболочек высокая, а ремонтопригодность— низкая, поэтому они находят применение в основном для бортовой и СВЧ-аппаратуры.

§ 4.2. Защита от влаги элементов и узлов РЭС монолитными оболочками

Монолитные оболочки можно использовать для защиты элементов и узлов от влаги на этапе изготовления и сборки (пленочные оболочки) или для защиты их при эксплуатации (толстостенные оболочки). Пленочная защита не может служить конструктивной основой для крепления внешних выводов, а является лишь технологической защитой компонентов (см. рис. 1.19) до герметизации их в монолитных (полых) оболочках или до сборки в узлы с общей герметизацией. Пленочные оболочки выполняются из органических и неорганических материалов и имеют толщину (для различных способов защиты от влаги) 0,2...20 мкм.

К материалам защитных пленок (рис. 4.3) предъявляется ряд требований: хорошие влагозащитные свойства (малая влагопроницаемость, отсутствие пор, пассивирующие свойства), возможность работы в диапазоне температур (близость ТКЛР пленки и материала компонента, эластичность), хорошая адгезия к защищаемому компоненту. Одновременно всем свойствам не отвечает ни один из материалов, поэтому в каждом конкретном случае выбирается тот или иной вариант пленочной защиты. ТКЛР пленок SiO2 значительно отличается от ТКЛР кремния. Поэтому пленки SiO2 плохо работают в широком диапазоне температур и при большой толщине. Для усиления их защитных свойств используется дублирование пленками силанов Si3N4, которые имеют высокую адгезию и термостойкость. Гидрофобные пленки имеют способность к водоотталкиванию, но их температурная стойкость не превышает 250 °С и они неустойчивы при длительном воздействии влаги. Пленки из эластичных лаков (МК4У, КО-961п, ПЭ-518 и др.) хорошо защищают от влаги, но трудно контролировать толщину и равномерность пленки. В ряде случаев для защиты полупроводниковых компонентов можно использовать пленки из стекла. При выборе стекла того или иного химического состава необходимо, чтобы ТКЛР стекла и защищаемого компонента были близки, а также учитывать температуростойкость стекла (в случае установки кристалла в корпус с использованием эвтектики Al

— Si нагрев превышает 577 °С).

Для защиты от влаги компонентов и узлов с помощью монолитных оболочек, являющихся одновременно несущей

Основные параметры некоторых покровных и пропиточных лаков

конструкцией для внешних выводов, используются пропитка, заливка, обволакивание и опрессовка.

Пропитка нашла наибольшее применение для защиты от влаги обмоток электродвигателей, катушек трансформаторов и т. д. При пропитке из полостей и пор вытесняется воздух и они заполняются лаком или компаундом. Это приводит к увеличению электрической и механической прочности, улучшению теплопроводности, но одновременно увеличиваются масса, паразитная емкость, интенсифицируются химические и электрохимические процессы в местах пайки или сварки внешних выводов. В конструкциях изделий, предназначенных для пропитки, должна быть предусмотрена возможность свободного выхода воздуха и заполнения пор пропиточным составом (например, в «щечках» катушек трансформаторов делаются вырезы). Выбор пропиточного состава определяется требованиями, которые являются наиболее важными для данного изделия (проникающая способность, химическая нейтральность, цементирующая способность, электрическая прочность изоляции, высокая адгезия, теплопроводность, значения ε и tgδ, холодо- и термостойкость). Характеристики некоторых пропиточных составов приведены в табл. 4.2.

Заливка—это сплошная упаковка компонента или узла в изоляционную массу путем заполнения ею свободного промежутка между изделием и стенками корпуса или между изделием и заливочной формой (рис. 4.4). Материал формы в последнем случае выбирают таким (например, фторопласт), чтобы он обеспечивал минимальную адгезию заливочного материала; иногда стенки формы покрывают смазкой. Заливка пенопластом позволяет значительно увеличить механическую прочность узла при минимальном увеличении массы, но теплоотвод (без тепло-отводящих шин) резко ухудшается. Толщина стенок влагозащитной конструкции выбирается из соображений получения требуемого времени влагозащиты. Для улучшения теплопроводности в заливочный компаунд иногда добавляют кварцевую пудру или прокаленный порошок оксида алюминия, а для улучшения влагозащитных свойств можно добавлять порошок цеолита, поглощающего влагу.

Расчетное время (с) защиты оболочки (без цеолита) можно определить по формуле

где d—толщина оболочки, м; D — коэффициент диффузии, м2/с; р0—давление паров окружающей среды; ркр—давление паров влаги, соответствующее ее критической концентрации, после достижения которой появляются отказы. Расчетное время влагозащиты не является определяющим при выборе материала, так как надо оценить внутренние напряжения после полимеризации и в диапазоне температур, адгезию оболочки к

особое внимание следует обращать на близость ТКЛР материала заливки и защищаемого компонента или узла (это влияет на внутренние напряжения в компаунде), а также ТКЛР материала заливки и внешних выводов (это влияет на образование каналов проникновения влаги при изменении температуры). Для защиты заливаемых элементов от механических нагрузок, возникающих в результате внутренних напряжений в компаунде, принимают следующие меры: ограничивают толщину заливки; наиболее чувствительные компоненты располагают ближе к центру (рис. 4.5); отдельные компоненты, например магнитные, помещают в защитные каркасы; перед заливкой защищаемые компоненты покрывают тонким слоем эластичного компаунда (например, СКТН), вазелина (КВ-3, КВ-Н и др.), смазки (ВНИИНП, ЦИ-АТИМ-201 и др.) (рис. 4.6). Смазка толщиной 0,025; 0,062; 0,087 мм снижает контактное давление на 30, 70 и 80% соответственно. Увеличивать толщину слоя смазки для изделий, работающих в широком диапазоне температур, нецелесообразно из-за высокого значения ТКЛР силиконовых материалов (около 200-10-6 °С-1) и возникающего вследствие этого большого гидростатического давления в замкнутом объеме.

Применяют различные компаунды: эпоксидные (ЭЗК, ЭК-16Б, Э- 242 и др.), эластичные полиуретановые для заливки ферри-товых элементов (типа 10-10, 10-20 и др.), кремнийорганиче-ские (Виксинт, Сиэл и др.), полиэфирные (МБК) и др. Особое место занимают пенокомпаунды, имеющие малые плотность (10...300 кг/м3), диэлектрическую проницаемость (ε= 1,05...2,1) и потери (tgδ = 0,002...0,03). Они выполняются на основе фенол-формальдегидной смолы (ФК-20), полиуретанов (ПУ-101 и др.), эпоксидной смолы (ПЭ-1, ПЭ-5 и др.), кремнийорганических материалов (ВПГ, СИЛПЕН, К-40 и др.). Пенокомпаунды последней группы обладают демпфирующими свойствами, работают в диапазоне температур — 60... + 250 °С. Жесткие пенокомпаунды