125773 (Влагозащита РЭС), страница 2

2.2. Оценочные расчеты степени герметичности блока РЭС

Допустимое истечение из гермокорпуса (дм3 Па/с) может быть определено по формуле Q=VDP/Dt, где DP – начальное избыточное давление газа внутри гермоблока, Па; Dt – время хранения и работы блока, с; V – объем блока, дм3 . Если, например, V=0,5 дм3, DP=0,3×105 Па, Dt=2,5×108 с (8 лет), то Q=0.610-4 дм3×Па/с. Если мал объем, заполненный газом, или велико истечение, то гермокорпус не обеспечит надежной работы в течение заданного времени. В этом случае надо либо отрабатывать технологический процесс герметизации с целью уменьшения течи, либо увеличивать объем оболочки, либо повышать начальное давление в ней. Второй и третий пути не являются эффективными, так как ведут к увеличению габаритов либо массы гермоблока. Приемлемыми считаются следующие течи для блоков с различным свободным объемом: 10-7 дм3 ×Па/с (объем 0,1…0,4 дм3), 10-4…10-5 дм3 ×Па/с (объем 0,5…5 дм3), 10-3…10-4 дм3 ×Па/с (объем более 5 дм3). Течь для разъема типа РПС-1 не должна превышать 10-10 дм3 ×Па/с.

2.3. Расчет времени влагозащиты гермооболочки РЭС

Время влагозащиты t определяет способность гермокожуха или гермооболочки сохранять работоспособным находящееся внутри РЭС или его отдельный компонент и находится в зависимости от физических характеристик материала и конструктивно-технологических особенностей изделия. Основным физическим параметром, определяющим t является коэффициент влагопроницаемости материала оболочки, значение которого зависит от состава материала и температуры. Коэффициент влагопроницаемости - В определяется уравнением диффузиозной проницаемости и выражается массой паров воды, прошедшей в единицу времени через единицу площади при единичном градиенте концентрации или давления. Единица измерения [кг/(м×с×н/м2)] или, упрощая эту размерность, ее можно получить как [c].

Влагопроницаемость металлических оболочек РЭС при одинаковых геометрических размерах существенно ниже, чем полимерных, поэтому далее будут рассматриваться лишь последние. Для ряда систем полимер-вода диффузия, являющаяся основным механизмом переноса влаги через стенку гермооболочки, может быть записана в случае применения закона Фика в форме

(1)

где D – коэффициент диффузии, являющийся функцией концентрации, если у поверхности полимера поддерживается постоянная концентрация с водяных паров.

Для описания концентрационной зависимости применяется полуэмпирическое выражение вида

(2)

где a - константа, DC=0 – коэффициент диффузии, экстраполированный к нулевой концентрации влаги. Коэффициент D наиболее резко меняется в области малых концентраций влаги.

Температурная зависимость коэффициента влагопроницаемости выражается уравнением вида

(3) где B0, E и R – константы (при с=const), T – абсолютная температура.

Решение уравнения диффузии дает время влагозащиты оболочки выраженное через ее геометрические параметры и условия внешней и внутренней сред. Основными величинами, которые определяют необходимый срок службы изделия при заданных условиях, являются коэффициент влагопроницаемости материала приведенный ниже в таблице и толщина стенок оболочки. Для случая если влагозащита осуществляется заливкой или опрессовкой герметизирующего материала расчетное время в с защиты оболочки можно определить по формуле

(4) 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 компоненту, e и tgd, электрическую и механическую прочность, токсичность и т. д.

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):

(5) 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 – коэффициент диффузии материала оболочки, м2/с; В – коэффициент влагопроницаемости оболочки, с. Влажностные параметры некоторых герметизирующих полимерных материалов

№ Материал В, с D, м2/с h, c2/м2 Назначение материала

1 Фторопласт-4 1,010-16 8,3410-13 1210-5 Герметизирующие прокладки

2 Полиэтилен 6,2710-16 6,410-13 9,810-4 Элементы конструкции высокочастотных узлов

3 Полистирол 4,2210-15 3,3210-11 12,610-5 То же

4 Пресс-материал ЭФП-63 1,8310-16 6,110-13 310-5 Монолитный пластмассовый корпус

5 Порошковый компаунд ПЭП-17 8,010-16 1,1410-12 710-4 Герметизация узлов вихревым напылением

6 Клей ВК-9 3,310-16 6,510-13 5,6310-4 Крепление элементов на плату

7 Лак ФП-525 4,510-16 1,1810-12 3,810-4 Бескорпусная герметизация ИС

8 Компаунд ЭК-16Б 2,0810-16 6,410-13 3,2510-4 Заливка элементов и узлов РЭС

9 Пластмасса

К-124-38 1,6610-16 8,3410-14 2,010-3 Полый пластмассовый корпус

10 Компаунд ЭКМ 4,110-16 7,110-13 5,7710-4 Герметизация полупроводниковых ИС

11 Кремнийорганический эластометр СКТН 8,210-15 8,210-12 1,010-3 Заливка ферритовых элементов

12 Компаунд ПЭК-19 7,810-16 2,110-12 3,710-3 Заливка узлов РЭС

13 Лак УР-231 5,210-16 3,510-12 1,4810-4 Обволакивание печатных плат

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волков В.А. Сборка и герметизация микроэлектронных устройств. – М.: Радио и связь, 1992. – 144 с.

2. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1990 – 432 с.

3. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. для вузов / В.Б. Пестряков, Г.Я. Аболтинь-Аболинь, Б.Г. Гаврилов, В.В. Шерстнев; Под ред. В.Б. Пестрякова. – М.: Радио и связь, 1992. – 432с.

4. СТП ВГТУ 001-98. Курсовое проектирование. Организация, порядок проведения, оформление расчетно-пояснительной записки и графической части. Методические указания №186-98