книги из ГПНТБ / Галушко, А. И. Внутренние напряжения в герметизирующих компаундах радиоэлектронной аппаратуры

ройству: увеличении нагрузок, расширении диапазона рабочих температур и т. и.

Взадачах первого типа знание гарантии позволяет уже на стадии проектирования исключить из рассмотре­ ния компаунды с худшим показателем стойкости к рас­ трескиванию.

Взадачах второго типа данные о контактном дав­ лении и гарантии позволяют принять обоснованное решение о необходимости в связи с изменившимися требованиями заменить герметизирующий компаунд. Если такая необходимость доказана, то можно опреде­ лить, какой из предлагаемых новых компаундов дейст­ вительно лучше по величине гарантии и обосновать целесообразность применения того или иного компаунда.

5.3.Оценка компаундов по контактному давлению

Специфические проблемы возникают при герметиза­ ции механически непрочных и чувствительных к дейст­ вию нагрузок элементов РЭА, так называемых слаботочных или тензочувствительных. К их числу относятся керамические платы микромодульных схем, катушки, намотанные тонким проводом, трансформаторы с пермаллоевыми и ферритовыми сердечниками и т. п. Ярко выраженная зависимость параметров слаботочных эле­ ментов от величины приложенной нагрузки и сравни­ тельно невысокая их механическая прочность приводят к тому, что контактное давление может либо изменить их параметры и вызвать погрешность в работе электрон­ ных схем, либо вывести их из строя раньше, чем произойдет растрескивание компаунда. В таких случаях абсолютная величина контактного давления является решающим критерием работоспособности компаундов в конкретном изделии.

Методика подбора компаунда для герметизации слаботочных элементов сводится к поиску такого ком­ паунда из числа пригодных, контактное давление кото­ рого в диапазоне рабочих температур изменяет пара­ метры элементов в пределах допустимого по ТУ откло­ нения. Например, в ходе предварительного анализа выяснено, что для герметизации ферритовых сердечни­ ков в данном устройстве равнопригодны по своим элек­ троизоляционным и технологическим свойствам ком­ паунды МБК-1, МБК-3, КТ-102 и СКТНП.

90

Для того чтобы выбрать компаунд, необходимо знать уровень допустимого отклонения критического параметра сердечника и температурную зависимость внутренних напряжений предполагаемых компаундов.

Предположим задано, что в данном изделии допу­ скается 10%-ное снижение амплитуды сигнала перемагничивания ферритового сердечника марки М 0,25 ВТ. Строятся графики температурной зависимости контакт-

Рис. 5.4. Схема подбора компаунда по допустимому отклонению сигнала 'перемагинчнвания:

ного давления компаундов и график изменения ампли­ туды сигнала перемагничивання феррита от величины деформирующего усилия, как показано на рис. 5.4. По графикам находим, что 10%-ное отклонение сигнала перемагничивання происходит при нагружении сердеч­ ника нагрузкой 130-ІО4 Н/м2, что соответствует кон­ тактному давлению компаунда СКТН-1 при 195 К, ком­ паунда КТ-102 при 220 К, компаунда МБК-3 при 223 К, компаунда МБК-1 при 240 К-

Если задана нижняя рабочая температура 213 К, то для герметизации можно применить только ком­ паунд СКТН-1, так как остальные компаунды создают контактное давление значительно больше допустимого. Так, компаунд КТ-102 при 2ГЗ К создает давление 150-ІО4 Н/м2, в результате чего отклонение сигнала перемагничивания составит 13%, что больше допустимого.

Если допустимое значение контактного давления разработчику аппаратуры неизвестно, его можно опре­ делить следующим образом. Находят по справочнику

(или определяют экспериментально) температуру стек­ лования и температурную зависимость контактного давления каждого из компаундов. Затем производится пробная герметизация сердечника компаундом с наибо­ лее высокой температурой стеклования, в нашем случае компаундом МБК-1. Заливка помещается в камеру кли­ матических испытаний и при плавном понижении тем­ пературы определяется изменение существенно важной характеристики, в нашем случае — сигнала перемагничивания.

Зная температуру, при которой отклонение сигнала перемагиичивання достигает предельного значения, по кривой температурной зависимости контактного давле­ ния компаунда МБК-1 находят предельно допустимое контактное давление, а затем подбирают нужный ком­ паунд, как это было показано выше.

Таким способом можно проверить целесообразность применения того или иного пластификатора (или на­ полнителя) и оценить его необходимое количество, определить скорость повышения контактного давления при ускоренном тепловом старении компаундов и ре­ шить ряд других задач.

5.4. Использование внутренних напряжений для улучшения герметизации

это не совсем так. Можно назвать по меньшей мере два типа конструкций, в которых внутренние напряжения играют полезную роль, позволяя эффективно решать следующие технические задачи: 1) усилить влагозащит­ ные свойства конструкций с металлическими выводами; 2) использовать внутренние напряжения в работе дат­ чиков систем автоматики.

В конструкциях с металлическими выводами, про­ ходящими через толщу обволакивающего компаунда, окружная (тангенциальная) и осевая составляющие внутренних напряжений являются причиной отслоений

случае создается механическое уплотнение, препятст­ вующее проникновению влаги по поверхности вывода даже при плохой адгезии компаунда.

92

Заключение

Количественная оценка гарантии и контактного дав­ ления на простых моделях цилиндрической формы эко­ номит время и средства, предотвращает необоснованное расширение номенклатуры компаундов и дает уверен­ ность в том, что выбранный таким образом компаунд является оптимальным или лучшим из числа возможных.

Эта же процедура позволяет разработчикам ком­ паундов и конструкторам РЭА при составлении техни­ ческого задания на разработку нового компаунда задать количественные характеристики его контактного давле­ ния и гарантии вместо качественного описания. Напри­ мер, в справочниках можно встретить такую характери­ стику [29]: «...компаунд типа Д-36 отличается повышен­ ной эластичностью, ... предназначен для герметизации деталей, ... не допускающих сильного сжатия». Эта довольно неопределенная формулировка свойств дана компаундам нескольких марок, например Д-127, Д-129, Д-130 и др., что никак не облегчает процедуру выбора нужной марки компаунда, а в некоторых случаях услож­ няет работу. Вместо неопределенных формулировок гораздо удобнее задать количественные значения гаран­ тии и контактного давления. Для этого необходимо принять единую методику ц. измерять контактное дав­ ление наряду с другими физико-механическими харак­ теристиками. Сделать это можно, например, на стадии составления ТУ на новый компаунд. Химикам-разработ- чикам компаундов известны определенные закономер­ ности взаимосвязи химической структуры полимеров с их физико-механическими характеристиками, и в ряде случаев они умеют целенаправленно «конструировать» полимеры и компаунды с заданными свойствами. Нуж­ но лишь правильно задать их на языке, понятном и хи­ микам, и конструкторам.

При. постановке задач по подбору компаундов, обес­ печивающих заданную надежность работы аппаратуры, следует учитывать, что контактное давление — ком­ плексный показатель. Оно является функцией несколь­ ких параметров, в том числе модуля упругости, ТКЛР и температуры стеклования компаундов, что затрудняет возможность непосредственного изучения связи контакт­ ного давления со структурой полимеров.

94

В таком случае легче ориентироваться на установле­ ние связи контактного давления с физпко-мехамическп- мп характеристиками компаундов, пользоваться спра­ вочными данными или в необходимых случаях опреде­ лять контактное давление экспериментально. Справочные данные о некоторых компаундах приведены в прило­ жении.

Можно надеяться, что изложенные в книге критерии оценки работоспособности компаундов помогут вырабо­ тать общий язык и сблизить позиции разработчиков и потребителей компаундов в их общей работе по улуч­ шению качества РЭА. В перспективе можно ожидать, что разработчики компаундов сами будут определять показатели, характеризующие внутренние напряжения, стойкость к термоударам и ряд других характеристик, оказывающих значительное влияние на надежность РЭА, и вносить их в справочники. Это позволит про­ изводить расчет конструкции изоляции и грамотно выбирать герметизирующий компаунд.

Приложение

На рис. П.1—П.З приведены данные о температурной зависимо­ сти контактного давления некоторых компаундов, применяемых в промышленности для герметизации РЭА.

95

Я,к г с /с м 2 Р * 1 0 \ н / м ^

293 Т,К

Рис. П.2. Температурная зависимость контактного давления эпоксид­ ных компаундов с олигомером ПДИ-ЗАК [52]:

1) 90 в. ч. ПДИ-ЗАК II Ш в. ч. смолы ЭД-5; 2) 50 в. ч. ПДИ-ЗАК и 50 в. ч.

смолы ЭД-5.

Рис. П.З. Температурная зависимость контактного давления ком­ паундов:

Рис. П.4. Трещина в пропиточном компаунде КП-34 (шлиф попереч­ ного сечения обмотки):

1) прорастание трещины в эмаль провода ПЭТВ; 2) эмаль; 3) компаунд; 4) медь провода.

96

Рис. П.5. Температурная зависимость внутренних напряжений пропи­ точных составов:

1) КП-103; 2) КП-101; 3) КП-31; 4) МЛ-92; 5) КП-18.

£

Рнс. П.6. Изменение температурной зависимости внутренних напря­ жений в процессе старения в компаунде КП-101 ( а ) и в лаке МЛ-92 (б):

1) негодное состояние; 2) после 3,6- (О6 с; 3) после 7,2 - 10е с; 4) после 1810е с.

97

Рис. П.7. Зависимость внутренних напряжений (б) и разрушающей нагрузки при разрушении (а) от длительности теплового старения составов (измерения при 293К):

1) КП-103; 2) КП-101; 3) МЛ-92; 4) КП-18; 5) КП-34.

Рис. П.8. Изменение температурного коэффициента линейного рас­ ширения составов в процессе старения:

1) КП-18; 2) КП-34; 3) МЛ-92; 4) КП-101; 5) КП-103,

98

Рис. П.9. Изменение температуры стеклования составов в процессе старения:

/) КП-103; 2) КП-101; 3) КП-34; 4) МЛ-92; 5) КП-18.

•

Под воздействием ряда причин, в значительной сте­ пени под воздействием внутренних напряжений, в пропи­ точных составах (компаундах и лаках) обмоток транс­ форматоров, электрических машин и т. -п. возникают трещины [59]. Они снижают электрическую прочность межвитковой изоляции и облегчают воздействие внеш­ ней среды на обмотку, ускоряют процесс разрушения эмали провода (рис. П. 4).

Данные о внутренних напряжениях и физико-механи­ ческих свойствах, характеризующих поведение некото­ рых составов в исходном состоянии и в процессе старе­ ния, приведены на графиках рис. П.5—П.9. Компаунд КП-18 и лак МЛ-92 старились при температуре 403К, компаунды КП-1Ö1, КП-103 и КП-34—при 428КВну­ тренние напряжения измерены консольным методом

(см. п. 1.5.5).

Список литературы

1. П е с т р я к о в В. Б. Конструирование радиоэлектронной аппа ратуры (основные проблемы и современное состояние). М., «Сов.

радио», 1969.

2. Д а в и д е н к о в Н. Н. Об остаточных напряжениях. — В кн.: Рентгенография в применении к исследованию материалов. Под ред. Г. Курдюмова, М.—Л. Сектор ведомственной литературы ОНТИ НКТП, 1936.

99