Методика расчета влагозащиты

Под временем эффективной влагозащиты элемента РЭС понимают то время, в течение которого через защитную оболочку из полимерного материала пройдет критическое для данной изоляции количество влаги. Величина критического количества влаги q_кр определяется объемом изоляции V_из, коэффициентом растворимости влаги в изоляции h_из и величиной критической влажности N_кр.

Q_кр=V_изh_изN_кр. (77)

Самое сложное в данном расчете - это определить N_кр. Зная N_кр, можно рассчитать срок эффективной защиты от влаги элемента РЭС в оболочке из полимерного материала.

Для определения величины N_кр представим элементы РЭС в виде физической модели, объясняющей поведение элемента в условиях повышенной влажности окружающей среды (рис. 6.2. – элемент; 2 - оболочка из полимера; 3 - электрический вывод; 4 - дефект в оболочке; I - поток влаги через оболочку; II - поток влаги в месте вывода; III - поток влаги через дефект в оболочке I, II, III - возможные пути проникновения влаги).

Рис. 6.2

По воздействию пара (воды) на функциональное ядро элемента, микромодуля или ИС все элементы разделяют на три типа.

1. Элементы, у которых внутренний объем заполнен газом, т.е. гидроизоляция не контактирует с поверхностью функционального узла.

2. Элементы, внутренний объем которых заполнен электроизолирующей жидкостью, т.е. непосредственного контакта нет.

3. Элементы, у которых есть хороший непосредственный контакт герметика с функциональным узлом.

В первом случае диффузия влаги приводит к увеличению влажности во внутреннем объеме с адсорбцией влаги.

Во втором случае возможно образование раствора или эмульсии. В случае помещения элемента в условия повышенной влажности проникновение влаги в диэлектрик может подчиняться тем же закономерностям. Влага будет проникать к функциональному ядру через дефектную часть оболочки. Если предположить, что:

а) диэлектрик оболочки изотропен;

б) скорость адсорбции со стороны окружающей среды выше скорости диффузии в оболочке;

в) коэффициент диффузии не зависит от концентрации влаги;

г) температура в процессе диффузии постоянна, тогда скорость диффузии через герметизирующую оболочку подчиняется эмпирическому уравнению

 , (78)

где M₁ - масса продифундировавшей влаги за время t; D₁ - коэффициент диффузии через материал оболочки; S₁ - площадь бездефектной оболочки; C₁ - концентрация влаги.

Скорость проникновения влаги через неплотные соединения (II) можно определить по эмпирическому уравнению

_S , (79)

где M₂ - масса влаги, прошедшей через поверхность раздела за время t; _s - коэффициент поверхностной диффузии вдоль поверхности раздела герметик – токовывод; l₂ - периметр электрического вывода; С₂ - градиент концентрации влаги вдоль вывода.

Если считать, что элементы проходят контроль после изготовления и не могут иметь дефектных мест в оболочке, можно исключить случай проникновения влаги по дефектам и записать, что количество влаги, проникающей через функциональный элемент, равно

₁  . (80)

Последнее выражение можно считать математической моделью поведения радиодетали во влажной среде, так как с количеством проникающей влаги коррелируются все параметры функционального ядра.

При расчете времени эффективной влагозащиты изделия следует дифференцируемо рассматривать два случая:

1. Защита невлагоёмкого изделия.

2. Защита изделия, имеющего влагоёмкие элементы (например, бумага).

Дело в том, что водяные пары, проникающие под оболочку невлагоёмкого изделия, целиком идут на увеличение парциального давления в замкнутом объеме между оболочкой и невлагоёмким изделием. При наличии влагоемкой составляющей водяные пары в первый момент времени поглощаются этой составляющей и до определенного момента не вызывают ухудшения электрических характеристик элемента.