Защита конструкций РЭС от воздействия влаги

Рис. 4.7. Транзисторы в монолитных полимерных корпусах различной конструкции

Опрессовка—это защита изделия от влаги толстым слоем полимерного материала (термореактивная или термопластичная пластмасса) методом литьевого или трансферного прессования в специальных формах. Этот вид влагозащиты используют в основном для малогабаритных компонентов (ИС, ЭРЭ, микросборок; см. рис. 1.17,5, 1.18, 4.7, 4.8), что позволяет надежно укрепить внешние выводы и создать несущую конструкцию, которая способна выдерживать механические перегрузки и пригодна для автоматизации установки компонентов

Рис. 4.8. Монолитный полимерный корпус ИС типа 201.14-1

Таблица 4.3

Температурный коэффициент линейного расширения некоторых материалов

на плату. Используется для нежестких условий эксплуатации (отапливаемые помещения), имеет низкую стоимость (в 2-3 раза ниже стоимости полых корпусов). При разработке конструкции учитывается необходимость использования материалов корпуса и выводов с близкими значениями ТКЛР (табл. 4.3). Толщина опрессовки выбирается с учетом надежности влагозащиты, технологических требований (при толщине стенки менее 2 мм возможно повреждение защищаемого компонента в пресс-форме), внутренних напряжений (при больших толщине и изменении температуры могут возникнуть большие внутренние напряжения). При выборе материала для опрессовки необходимо учитывать его параметры Ε, tgδ, электрическую прочность.

Время влагозащиты рассчитывается по той же формуле, что и для заливки. Для компонентов СВЧ этот вид влагозащиты не используется. Защита полимерными материалами от влаги экономична, но используется только для нежестких условий эксплуатации (отапливаемые помещения). Применяя гермокорпус, можно создать более надежную влагозащиту компонентов, при этом в ряде случаев целесообразно переходить на бескорпусную элементную базу.

Для защиты от коррозии несущих корпусных конструкционных узлов из металлов и сплавов широко применяют монолитные пленочные металлические покрытия, нанесенные горячим способом,

гальванически, путем диффузии. Толщина таких покрытий единицы

— десятки микрометров. Из приведенных в табл. 4.4 металлических покрытий наибольшей температурной стабильностью обладает хромовое (тускнеет при +500 °С). Золотое покрытие не взаимодействует с кислотными, щелочными и сернистыми соединениями, но оно мягкое и легко поддается истиранию.

Таблица 4.4 Характеристики некоторых металлических антикоррозионных покрытий

В ряде случаев защитное покрытие делают многослойным, например слой меди толщиной 6...10 мкм (высокая адгезия к стали), слой никеля толщиной 3...6 мкм (высокая твердость), слой хрома толщиной 0,5 мкм (антифрикционность, гидрофобность). Для защиты корпусов из алюминиевых сплавов используют многослойные покрытия, например Cu—Ni — (Sn — Bi). Добавка висмута позволяет избежать оловянной чумы при низких температурах и препятствует росту дендритов при нанесении покрытия.

В зависимости от поляризуемости пленки металла различают два вида покрытий: катодные и анодные. Если электродный потенциал металла покрытий в данной среде (табл. 4.5) более положительный, чем электродный потенциал основного металла, то покрытие называется катодным, а если он более отрица-

тельный, то покрытие называется анодным. Катодные покрытия защищают основной металл лишь механически, изолируя его от внешней среды. Анодные покрытия защищают его не только механически, но и электрохимически. Продукты разрушения заполняют поры, и процесс разрушения замедляется.

В конструкторской документации на изделие указывается материал покрытия, его толщина, последовательность нанесения слоев. Например, медно-никелево-хромовое покрытие, служащее защитой от коррозии и одновременно являющееся декоративной отделкой, обозначается М24Н12Х (толщина меди 24 мкм, никеля 12 мкм, хрома до 1 мкм). В ряде случаев несущие конструкции защищают от влаги с помощью лакокрасочных покрытий. Такие покрытия вследствие химической инертности обладают лучшими антикоррозионными свойствами, чем металлические, но механическая прочность и влагостойкость их меньше. Перед нанесением лакокрасочных покрытий металл для улучшения адгезии грунтуют.

§ 4.3. Защита от влаги элементов и узлов РЭС полыми оболочками

Применение полых влагозащитных оболочек. Полые влагозащитные оболочки применяют для защиты компонентов и узлов РЭС (ИС, микросборок), в качестве дополнительной защиты от влаги наземных РЭС на корпусированных элементах, для бортовых ЮС на бескорпусных элементах, для аппаратуры диапазона СВЧ. Применение полых оболочек позволяет исключить механический контакт их с защищаемым изделием, что позволяет исключить передачу изделию механических напряжений, которые

Рис. 4.9. Полый полимерный корпус со штыревыми выводами: 1— крышка; 2—углубление для микросборки; 3—корпус с выводами

могут возникнуть в них. Кроме того, устраняется химическое взаимодействие оболочки с защищаемым изделием. Одновременно часто улучшается теплоотвод (при использовании оболочек, теплопроводность которых выше теплопроводности полимеров), повышается надежность влагозащиты и обеспечивается электромагнитное экранирование (при использовании оболочки из металла или металлизированной керамики), ослабляются паразитные связи ввиду уменьшения ε при замене полимера воздухом.

Необходимость дополнительной защиты от влаги компонентов наземных РЭС с помощью полых оболочек вызвана недостаточной надежностью монолитных полимерных оболочек, а также необходимостью защиты от влаги электрических связей (печатных плат, объемных проводников, соединителей). Требования к массогабаритным параметрам наземных РЭС сравнительно мягкие, поэтому наличие дополнительной оболочки не приводит к их значительному ухудшению. Жесткие требования к массогабаритным параметрам бортовых РЭС обусловливают использование бескорпусной элементной базы и герметизацию ее, а также электрических соединений в составе блока.

Использование полых оболочек РЭС диапазона СВЧ позволяет использовать бескорпусную элементную базу (имеющую лучшие частотные свойства), ослабить паразитные связи, улучшить теплоотвод и обеспечить экранирование.

Таблица 4.6

Влажностные параметры некоторых герметизирующих полимерных материалов

Для наземных РЭС, работающих в отапливаемых помещениях, можно использовать дешевые полимерные полые оболочки (рис. 4.9), к пластмассовому основанию которых приклеивается пластмассовая крышка. Основной недостаток подобных оболочек заключается в возможности проникновения влаги в результате диффузии через полимерную оболочку, а также по границе вывод— пластмасса при образовании каналов из-за различия ТКЛР материала вывода и пластмассы.

При использовании полого полимерного корпуса время влагозащиты (с) определяется временем задержки проникновения влаги через слой полимеров и временем накопления влаги внутри корпуса до наступления критического давления паров (ркр):

где V—внутренний объем оболочки, м3; h—коэффициент растворимости влаги в материале оболочки, с2/м2 ; d—толщина стенки оболочки, м; S—площадь проникновения влаги через оболочку, м2; р0—давление окружающей среды, Па; D—коэф-

Рис. 4.10. Металлополимерные корпуса ИС с планарными выводами (на виде сверху крышки условно не показаны): а—16-выводный; б—32-

выводный; 1 — никелевые выводы; 2—полимер; 3— металлическая крышка

фициент диффузии материала оболочки, м2/с; В—коэффициент влагопроницаемости оболочки, с. Влажностные параметры не-

Рис. 4.12. Металлополимерный корпус типа «Тропа» (а) и типа «Пенал» (б)

улучшения влагозащитных свойств внутренняя полость полимерных и металлополимерных оболочек заполняется кремнийорганическим эластомером (ЦИАТИМ, KB и др.), в ряде случаев с наполнителем из цеолита. В этом случае время влагозащиты возрастает в несколько раз. Однако из-за большого значения ТКЛР кремнийорганических эластомеров в оболочке необходимо оставлять свободную полость для размещения увеличивающегося при нагреве объема эластомера.

Рис. 4.15. Металлокерамический корпус типа 4118.24-1