Министерство образования и науки российской федерации Владивостокский государственный университет экономики и сервиса Институт информатики, инноваций и бизнес систем Кафедра электроники «Основы конструирования и технологии производства РЭУ» Тема «Защита РЭУ от климатических факторов эксплуатации» Ведущий преподаватель: Белоус И.А. Владивосток, 2014

СОДЕРЖАНИЕ 1. Влияние климатических факторов на конструкцию 2. Защитные покрытия 3. Герметизация элементов, узлов, устройств или всего прибора

ЛИТЕРАТУРА 1. Ивченко В.Г. Конструирование и технология ЭВМ. Конспект лекций. - / Таганрог: ТГРУ, Кафедра конструирования электронных средств. – Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. – М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, – 528 с.

1. Влияние климатических факторов на конструкцию Влияние климатических факторов на конструкционные материалы выражается главным образом в возникновении процессов коррозии, потере механических и диэлектрических свойств, изменении электропроводности. Реакция на воздействующий фактор, степень и скорость изменения свойств конструкционного материала в зависимости от его состава различны. Процесс коррозии у металлов имеет химическую или электрохимическую природу, но причина в этих случаях одинакова: переход металла в более стабильное природное состояние.

Процесс коррозии связан с отдачей энергии, что указывает на самопроизвольный ход реакции, без затраты энергии извне. Процесс химической коррозии протекает без участия влаги. При электрохимической коррозии растворение металла и возникновение новых соединений происходит с участием электролита, т. е. воды.

Различают три вида коррозии: равномерную, неравномерную и межкристаллическую. При равномерной коррозии процесс распространяется постепенно от отдельных коррозирующих мест по всей поверхности металла. Неравномерная коррозия ограничивается отдельными местами и возникает, например, вследствие нарушения защитного покрытия. Коррозия межкристаллическая характеризуется проникновением в глубь металла путем разрыва структуры и распространением вдоль границ кристаллов.

Наличие в атмосфере кислот, щелочей, солей ускоряет процессы коррозии. Воздействие агрессивной атмосферы на изоляционные материалы выражается в поглощении ими влаги, ухудшении диэлектрических свойств и постепенном разрушении. Проникновение влаги в изоляционные материалы может быть капиллярное и диффузионное.

Капиллярное проникновение имеет место в случае наличия в материале грубых микроскопических пор, трещин и других дефектов. Процесс диффузионного проникновения, который заключается в заполнении промежутков между молекулами материала молекулами воды. Поглощение влаги диэлектриком ведет к уменьшению его сопротивления, увеличению диэлектрических потерь, набуханию, механическим повреждениям.

Плесневые грибки, как один из сильнейших биологических факторов, также могут отрицательно воздействовать на работоспособность аппаратуры. Для развития плесени необходимы большая относительная влажность воздуха ( %) и температура °С. Такие условия естественны для стран с тропическим влажным климатом, однако они могут возникнуть искусственно в помещениях, где эксплуатируется аппаратура.

2. Защитные покрытия Для защиты поверхности металлических и неметаллических материалов от агрессивной внешней среды применяют покрытия, которые по назначению делят на три группы: защитные, защитно-декоративные и специальные. Защитные покрытия предназначены для защиты деталей от коррозии, старения, высыхания, гниения и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя. Защитно-декоративные покрытия наряду с обеспечением защиты деталей придают им красивый внешний вид. Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают их от влияния особых сред.

По способу получения все покрытия разделяют на металлические и неметаллические. Металлические покрытия – покрытия, нанесенные горячим способом, гальванические, диффузионные и металлические на диэлектриках. Неметаллические покрытия – покрытия лаками, эмалями, грунтовками, а также противокоррозионное покрытие пластмассами. Выбор того или иного вида покрытия в каждом конкретном случае зависит от материала детали, ее функционального назначения и условий эксплуатации.

Для борьбы с плесневыми грибками применяют три способа: Способ 1 - использование материалов, не склонных к образованию на них плесени (применение этого метода ограничивается возможностями выбора материалов). Способ 2 - изменение внутреннего климата в аппаратуре, имеющее цель лишить плесневые грибки благоприятной базы для развития Способ 3 - добавление в состав лака или эмали, которыми покрывают поверхность деталей, специальных химических веществ - фунгицидов.

3. Герметизация элементов, узлов, устройств или всего прибора Защита изделий изоляционными материалами может производиться пропиткой, заливкой, обволакиванием и опрессовкой. Пропитка изделий состоит в заполнении имеющихся в них каналов электроизоляционным материалом. Одновременно с заполнением каналов при пропитке на всех элементах конструкции образуется тонкий изоляционный слой, защищающий от воздействия агрессивной среды. Одновременно с защитными функциями пропиточный материал повышает электрическую прочность изделия, скрепляет механически его отдельные элементы, во многих случаях улучшает теплопроводность. Пропитку осуществляют погружением изделий в жидкий изоляционный материал. После извлечения изделия материал отвердевает. Процесс отверждения может происходить при нормальной температуре или с внешним подогревом. При использовании полимеризующихся пропиточных материалов необходимо применять специальные ускорители.

При герметизации заливкой все свободные полости в изделии, в том числе и пространство между элементами и корпусом, заливают электроизоляционным материалом, который после отверждения образует достаточно толстый защитный слой.

Герметизация обволакиванием по технике исполнения аналогична операции пропитки, однако здесь используют вязкие изоляционные материалы, обладающие хорошей адгезией к элементам изделия. Слой материала, образующегося на поверхности деталей, сравнительно толст (от долей до нескольких миллиметров) и надежно защищает их от воздействия агрессивной среды.

Защита изделий непроницаемыми для газов оболочками - наиболее совершенный способ защиты узлов и устройств РЭА, так как кроме эффективной защиты он может обладать возможностью разгерметизации в производственных условиях и при эксплуатации для выполнения ремонта изделий.

ЗАЩИТА АППАРАТУРЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЛАЖНОСТИ Выпадение росы (конденсация на холодных поверхностях конструкции) вызывается понижением температуры, которое практически всегда имеет место при отключении и последующем хранении аппаратуры. На­пример, если в течение дня влажность внутри РЭУ составляла 70 %, то точка росы оказывается всего на 5 °С ниже температур, которые имели место внутри РЭУ.

Длительное воздействие высокой влажности вызывает коррозию металлических конструкций, набухание и гидролиз органических материалов. Продуктом гидролиза являются органические кислоты, разрушающие органические материалы и вызывающие интенсивную коррозию металлических несущих конструкций. Наличие во влажной атмосфере промышленных газов и пыли приводит к прогрессирующей коррозии. В результате создания благоприятных условий для образования плесени воздействие влаги может многократно усилиться.

Защита аппаратуры от воздействия влажности осуществляется соответствующими материалами, покрытиями, применением усиленной вентиляции сухим воздухом, поддерживанием внутри изделий более высокой температуры, чем температура окружающей среды, использованием поглотителей влаги, разработкой герметичной аппаратуры.

Металлические покрытия образуют с основным материалом детали контактную пару. В зависимости от полярности потенциала различают покрытия анодные и катодные. При коррозии может разрушаться как основной металл детали, так и покрытие. Разрушение происходит из-за наличия пор в покрытиях, повреждений в виде сколов, царапин, трещин, возникающих в процессе эксплуатации, и будут тем интенсивнее, чем больше разница электрохимических потенциалов между основным металлом и покрытием. При анодном покрытии вследствие коррозии разрушается само покрытие, при катодном – основной металл.

В качестве материалов покрытий наибольшее распространение получили никель, медь, цинк, кадмий, олово и серебро. Толщина покрытия выбирается в зависимости от материала и способа нанесения покрытия. Для улучшения механических и защитных свойств покрытий рекомендуются к применению многослойные покрытия из разнородных материалов. Толщина покрытия обычно равна 1-15 мкм.

Оксидирование - получение окисной пленки на стали, алюминии и его сплавах. Покрытие имеет хороший внешний вид, антикоррозионные свойства, но оно микропористое и непрочное. Анодирование - декоративное покрытие алюминия и его сплавов электрохимическим способом. Защитная пленка химически устойчива, обладает высокими электроизоляционными свойствами, надежно защищает от коррозии. Фосфатирование - процесс образования на стали защитной пленки с высокими антикоррозионными и электроизоляционными свойствами, хорошей адгезией. Получаемое покрытие пористо и недостаточно прочно.

Лакокрасочные покрытия защищают детали от коррозии. Как недостаток следует отметить низкую механическую прочность и термостойкость. Этот вид покрытия применяется для окрашивания каркасов, кожухов, лицевых панелей приборов и т. п. Качественный внешний вид изделия обеспечивается многослойным окрашиванием. Толщина лакокрасочного покрытия колеблется от 20 до 200 мкм.

Различают следующие виды лаковых покрытий для защиты от соответствующих видов внешнего воздействия: Водостойкие - морская, пресная вода и ее пары. Специальные - облучение, глубокий холод, открытое пламя, биологи­ческое воздействие и пр.

Маслобензостойкие – минеральные масла и смазки, бензин, керосин. Химически стойкие – различные химические реагенты, агрессивные газы, па­ры и жидкости растворы кислот и солей. Термостойкие - температура выше +60 °С. Электроизоляционные - электрический ток, коронные и поверхностные разряды.

ЗАЩИТА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЫЛИ Пыль - смесь твердых частиц малой массы, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии. Различают пыль естественную или природную, всегда присутствующую в воздухе, и техническую, которая является следствием износа оборудования, обработки материалов, сжигания топлива и пр.

При относительной влажности воздуха выше 75 % и нормальной температуре наблюдается рост числа частиц пыли, их коагуляция, увеличивается вероятность притяжения пыли к неподвижным поверхностям. При низкой влажности частицы пыли электрически заряжаются, неметаллические - положительно, металлические - отрицательно. Заряд частиц чаще всего возникает из-за трения.

Пыль снижает сопротивление изоляции, особенно в условиях повышенной влажности, приводит к появлению токов утечек между выводами, что очень опасно для микросхем. Диэлектрическая проницаемость пыли выше диэлектрической проницаемости воздуха, что определяет завышение емкости между выводами компонентов и, как следствие, увеличение емкостных помех. Оседающая пыль снижает эффективность охлаждения изделия, образует на поверхностях печатных плат, не защищенных лаковым покрытием, токопроводящие перемычки между проводниками.

Пыленепроницаемость РЭУ или отдельных ее устройств может быть достигнута установкой их в герметичные корпуса. Однако при этом возрастает стоимость РЭА и ухудшается температурный режим рабо­ты. Если корпус РЭУ выполнен с перфорациями, пыль вместе с воздухом проникнет внутрь РЭА естественным путем либо вместе с воздушными пото­ками от вентиляторов. Уменьшить попадание пыли внутрь РЭУ воз­можно установкой на вентиляционные отверстия мелкоячеечных сеток и противопыльных фильтров.

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ АППАРАТУРЫ Герметизация РЭА является надежным средством защиты от воздействия от пыли, влажности и вредных веществ окружающей среды. Модули конструкции первого уровня защищают покрытием лаком, заливкой эпоксидной смолой, пропиткой, особенно моточных изделий, опрессовкой герметизирующими компаундами на основе органических (смол, битумов) или неорганических (алюмофосфатов, металлометафосфатов) веществ.

Герметизация компаундами улучшает электроизоляционные и механические характеристики модуля. Полная герметизация путем помещения изделия в герметичный кожух является самым эффективным способом защиты, но и дорогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных корпусов, способов герметизации внешних электрических соединителей, элементов управления и индикации.

Стенки герметизируемых изделий должны противостоять значительным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В результате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры. Существует большое разнообразие способов герметизации. Широко применяются упругие уплотнительные прокладки для всех элементов конструкции по периметру изделия.

При жестких требованиях к герметичности корпуса изделия герметизацию выполняют сваркой или пайкой по всему периметру корпуса. Конструкция корпуса изделия должна допускать неоднократное выполнение операций разгерметизации/герметизации. Элементы управления и индикации герметизируются резиновыми чехлами, мембранами, электрические соединители - установкой на прокладки, заливкой компаундами.

Выбор способа герметизации определяется условиями эксплуатации, применяемыми материалами и покрытиями, требованиями к электрическому монтажу. Окончательное решение о выборе способа герметизации принимается после проведения натурных испытаний РЭА в камерах влажности.