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 « Влагозащита и герметизация РЭУ » Ведущий преподаватель: Белоус И.А. Владивосток, 2014

СОДЕРЖАНИЕ 1. Механизмы проникновения влаги 2. Бескорпусная влагозащита ЭРК 3. Способы бескорпусной герметизации 4. Антикоррозийные и декоративные покрытия 5. Герметизация в разъемных и неразъемных корпусах

ЛИТЕРАТУРА 1. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: учебное пособие для студ. вузов / Г. Ф. Баканов, С. С. Соколов, В. Ю. Суходольский. - М.: Академия, с.: ил.

1. Механизмы проникновения влаги Проблемы влагозащиты и герметизации РЭУ возникают, когда предполагается их длительная эксплуатация в условиях повышенной влажности окружающей среды. Эти условия оговариваются в техническом задании наряду с другими эксплуатационными требованиями, и тогда они являются исходными при выполнении проектных исследований и разработке мероприятий по влагозащите и герметизации РЭС.

Условия эксплуатации РЭУ характеризуют следующие климатические параметры: максимальная, минимальная температуры окружающей среды, максимальная относительная влажность воздуха при определенной температуре. В условиях этих климатических воздействий РЭУ должны сохранять работоспособность в течение заданного времени. Аналогичные параметры задаются и для ежима хранения РЭУ.

Температуру влажного воздуха, при охлаждении до которой происходит конденсация влаги, т.е. переход ее в капельно-жидкое состояние, называют температурой точки росы. Воздействие паров воды на элементы и несущие конструкции РЭС определяется сорбционными процессами, т.е. поверхностным и объемным поглощением влаги, находящейся в парообразном или капельно-жидком состоянии. Изменения при этом структуры и параметров поглощающих материалов связаны с особенностями строения молекул воды.

Без специальных мер защиты воздействие влаги может оказать существенное влияние на целость конструкции и параметры ЭРК. В моточных изделиях влага, проникая через выво­ды в межобмоточную и межслойную изоляцию, способствует снижению ее сопротивления R из и возрастанию tgδ, увеличивая при этом вероятность теплового пробоя.

В коммутационных устройствах влага, проникая через межконтактные капиллярные и механические зазоры, спо­собствует увеличению переходного сопротивления контактного соединения вследствие образования оксидных пленок на его по­верхностях, а также изменяет требуемое усилие и четкость пере­ключения вследствие изменения механических характеристик упругих элементов.

В конденсаторах возможны объемное увлажнение органического диэлектрика и поверхностное увлажнение неорга­нического диэлектрика, увеличивающие их емкость и потери, а также снижающие сопротивление изоляции и значение напряже­ния пробоя. Проникновение влаги в органическое связующее вещество токопроводящей композиции непроволочных резисторов приводит к изменению их сопротивления.

Для проводников, припоев и несущих металлических конструкций РЭУ большую опасность представляют процессы электрохимической и электролитической коррозии металлов, т.е. растворения металлов в присутствии ионных загрязнителей в адсорбированной пленке паров воды. Ионные загрязнители это диссоциированные ионы остатков серной, соляной и азотной кислот, присутствующих в атмосфере. Вследствие этого адсорбированная пленка становится электролитом, в котором металлы конструкции образуют первичные гальванические пары. Аналогичные процессы могут происходить и под действием внешнего электрического поля.

Под проникновением влаги вообще понимают процесс ее поглощения (сорбции) и прохождения паров воды через слой (пленку) органического вещества в направлении падения их концент­рации до наступления равенства парциальных давлений по обе стороны этого слоя.

Различают следующие сорбционные процессы: адсорбцию процесс поглощения паров воды из атмосферы поверхностью материала в результате адгезии (прилипания); абсорбцию процесс поглощения паров воды материалом вслед­ствие диффузии или капиллярной конденсации при пониженном давлении паров воды над мениском в капилляре.

2. Бескорпусная влагозащита ЭРК Метод бескорпусной влагозащиты основан на нанесении слоя влагозащитного, или герметизирующего материала (ВГМ) непосредственно на защищаемое изделие. В основную группу ВГМ вхо­дят органические полимеры и композиции на их основе термо­ пластичные, термореактивные материалы, полиуретаны и кремнийорганические полимеры. Выбор вида ВГМ зависит от требова­ний, предъявляемых к качеству влагозащиты, возможного ее вли­яния на параметры защищаемых изделий, устойчивости к воздей­ствию неблагоприятных факторов производства и условий эксплуатации.

К теплофизическим параметрам ВГМ относят коэффициент теплопроводности λ, и температурные коэффициенты линейного расширения (TKЛP), диэлектрической проницаемости (ТКε) и тангенса угла диэлектрических потерь (TKtgδ). Способность ВГМ к влагопоглощению характеризует удельная влагопроводимость D 0.

К механическим параметрам ВГМ относят допустимые напря­жения при деформациях тсжатия δ тсж, растяжения δ р и изгиба δ из, Ж износостойкость, коэффициент трения и стойкость к растрескиванию. К технологическим параметрам ВГМ относят жизнестойкость, текучесть (вязкость), адгезию, время отвердевания и усадку. Кроме того, ВГМ должны быть экологически безопасны, иметь высокую стабильность, повторяемость параметров и не вступать в хи­мическое взаимодействие с материалами защищаемого изделия.

Виды ВГМ. Различают следующие виды ВГМ: пропиточные и покрывные лаки, заливочные компаунды, клеи, пенопласты и пенокомпаунды и порошкообразные термореактивные гермети­зирующие материалы. Пропиточные и покровные лаки это составы с растворителем, содержание которого составляет %. В процессе сушки ра­створитель улетучивается, оставляя после себя поры, снижающие влаго- и нагревостойкость изоляции. Распространён покровный полиуретановый лак УР-231.

Заливочные компаунды это термореактивные заливочные материалы без растворителя (с добавками пластификатора и наполнителя). полимеризация которых происходит в присутствии отвердителя. Применяются полиуретановый компаунд «Виксинт К-68», герметик «Виксинт У-1-1-8». Клеи это пленкообразующие синтетические материалы. В технологических процессах производства РЭС их применяют, главным образом, для склеивания очень тонких фольговых и пленочных материалов со слоистыми пластиками с образованием фольгированных диэлектриков, служащих для изготовления печатных плат. Кроме того, клеи используют для герметизации и фиксации ЭРК на поверхности платы. Высокими адгезионными свойствами и влагостойкостью обладает, например, полиуретановый клей марки ПУ-2.

3. Способы бескорпусной герметизации При бескорпусной герметизации форма и размеры ЭРК и функциональных узлов второго уровня (микросборки) могут измениться за счет слоя ВГМ, нанесенного на их поверхность пропиткой, заливкой, обволакиванием или опрессовкой.

Для пропитки используют жидкие пропиточные компаунды, которые заполняют большие и малые поры, отвер­стия и каналы изделия, образуя на его поверхности тонкий изоляционный слой. Этот слой помимо влагозащиты обеспечивает ме­ханическое скрепление отдельных элементов конструкции изде­лия (например, витков катушки трансформатора), способствует повышению его электрической прочности и теплопроводности. Пропитку производят в специальных вакуум-пропиточных уста­новках, применяя ее как самостоятельный способ защиты, а также сочетании с заливкой.

При заливке свободное пространство легкого кор­пуса, в который помещено изделие, заполняют смолой. Выбор марки смолы зависит от конкретных требований, предъявляемых к изделию. Так, эпоксидные смолы обеспечивают изделию высо­кую прочность, полиуретановые обладают хорошей адгезией, акриловые повышенной термостойкостью, при полимериза­ции силиконовых смол минимальны возникающие внутренние на­пряжения, полиэфирные смолы - дешевые. После полимеризации смолы надобность в легком корпусе отпадает.

При обволакивании изделие многократно покрывают изоляци­онным материалом (например, уретановым лаком УР-231) либо окунанием, либо кистью или с помощью пульвериза­тора, либо помещая его в паровую среду этого материала, слой которого будет удерживаться на поверхности изделия за счет ад­гезии. Далее изделие помещают в термостат для сушки и полиме­ризации. Двух- или трехкратное повторение процедуры обволаки­вания обеспечивает надежную влагозащиту изделия.

4. Антикоррозийные и декоративные покрытия Для защиты поверхностей металлов несущих конструкций РЭУ от коррозии и в декоративных целях применяют негальваниче­ские (металлические и неметаллические), гальванические и химические покрытия.

Негальванические покрытия. В процессе выполнения негальванического покрытия последовательно происходят диспергирование материала покрытия путем его испарения или распыления, пере­нос и осаждение материала на защищаемую поверхность и меха­ническое удержание покрытия на поверхности за счет сил сцеп­ ления. Необходимую толщину покрытия получают изменением ин­тенсивности процесса диспергирования, увеличением эффектив­ности процесса переноса и изменением времени нанесения покрытия.

К металлическим негальваническим покрытиям относят вакуумное испарение, катодное распыление, горячее распыление и горячую металлизацию (пайку). Метод вакуумного испарения основан на явлении интенсивного испарения металла 7, осаждаемого на мишени 2 при температуре зачастую ниже температуры его плавления, т.е. когда давление паров металла превышает давление в испарительной камере 3 (составляет порядка 10~ 3 Па). Этот метод позволяет наносить любые пленки диэлектрические, проводящие, магнитные и другие практически на любые подложки.

Метод катодного распыления основан на явлении переноса осаждаемого металла, являющегося катодом 7, на анод 2 в условиях существования между ними тлеющего газового разряда. При этом изделие J, на которое наносится покрытие, находится в потоке ионизированного газа вблизи «темного катодного про- Лстранства» 4.

При горячем распылении расплавленный металл (олово, цинк), распыляемый тсжатым газом, осаждается на поверхности защища­емого изделия. Достоинствами метода являются простота техноло­гии и неограниченность площади покрытия; недостатком невысокая прочность сцепления защитного слоя с защищаемой по­верхностью.

При горячей металлизации (лужении) расплавленный металл наносят (с применением флюса) на разогретую и очищенную от оксидов поверхность защищаемого изделия. Достоинства метода относительно простая технология и высокая прочность сцепле­ния защитного слоя с защищаемой поверхностью. К неметаллическим негальваническим покрытиям относятся многочисленные виды лакокрасочных покрытий.

Гальванические покрытия. В основе гальванических способов Защиты лежит электрохимическое или электролитическое (анодное или катодное) осаждение на защищаемую металлическую поверхность металла покрытия из водных растворов его солей. Вид процесса осаждения определяется взаимным положением метал­ лов основания и покрытия в ряду электрохимических потенциалов: Li Zn Fe Cd Ni Sn H Cu Ag Hg Au -3,02 -0,76 -0,44 -0,4 -0,24 -0, ,34 +0,8 +0,86 +1,4

Металлы с более отрицательным потенциалом вытесняют металлы с менее отрицательным потенциалом из растворов их солей, а металлы, стоящие правее водорода, вытесняют его из кислот.

При анодном покрытии (например, при лужении меди оловом) электрохимический потенциал металла покрытия меньше потенциала металла основания. Благодаря этому обеспечивается и I механическая, и электрохимическая защиты основания. Действительно, при наличии нарушений и пор в материале покрытия систему металл основания (Си) -металл покрытия (Sn) раство­ряющая окружающая среда (Н 2 0, НС1) (рис. 5.9, а) можно рас­сматривать как короткозамкнутый гальванический элемент. При этом в процессе электролиза растворение металла покрытия (оло­ва) происходит быстрее, чем металла основания (меди), так как энергия активации олова меньше, и поэтому оно будет растворяться с образованием хлорного олова SnCl 4 и гидрата закиси олова Sn(QH) 2.

При катодном покрытии (например, при серебрении меди) злектрохимический потенциал и энергия активации металла покрытия больше, чем потенциал и энергия активации металла основания, поэтому обеспечивается только механическая защита. Действительно, при наличии нарушений и пор в материале по-крытия (рис. 5.9, б) систему металл основания (Сu)-металл покрытия (Ag)-растворяющая окружающая среда (H 2 S0 4, HN0 3 ) также можно рассматривать как короткозамкнутый гальваниче­ский элемент. При этом в процессе электролиза растворение ме­талла основания (Си) происходит быстрее, чем металла покрытия (Ag), так как энергия активации меди меньше, и поэтому она будет растворяться с образованием нитрата (Cu(N0 3 ) 2 ) и сульфата (CuS0 4 ) меди.

Химические покрытия. Химические способы защиты основаны на упрочнении структуры тонкого приповерхностного слоя защищаемого металлического изделия в процессе воздействия на него щелочей и кислот. Чаще всего применяют оксидирование, пасси­ вирование, фосфотирование и азотирование защищаемых поверхностей.

В процессе оксидирования на поверхности металла образуется устойчивая к внешним воздействиям пленка оксида исходного металла толщиной до 1,5 мкм. В зависимости от применяемых электролитов оксидирование бывает щелочное, бесщелочное (кислотное) и химическое.

5. Герметизация в разъемных и неразъемных корпусах В разъемных корпусах узел гермосоединения является основ­ным элементом, определяющим надежность герметизации; при этом важным параметром узла является его периметр. Минимально возможное значение периметра обеспечивает и наименьше Усилие, приходящееся на элементы крепления крышки с корпусом.

Степень герметизации в неразъемных (вакуум-плотных)" кор­пусах зависит от качества сварного или паяного шва, вальцовки или герметичности заливки шва компаундом. При этом TKЛP материалов, образующих шов, а также герморазъемов и проходных изоляторов из стекла или керамики должны быть совместимы с TKЛP материала корпуса. Кроме того, выходы валов и осей орга­нов управления должны быть уплотнены сальниками из фетра или фторопласта, а сами органы управления (тумблеры, кнопки) герметизированы с помощью резиновых колпачков.