книги из ГПНТБ / Герметизация полимерными материалами в радиоэлектронике

1 Ф а к т о р у ч и т ы в а е т с я , е с л и он о г о в о р е н в з а к а з е .

тов: испытания на сухой нагрев, на влагостойкость, па пылезащпщепность, испытания в соляной атмосфере и на грибостойкость.

На сухой нагрев испытываются изделия, на работо­ способности которых может сказаться повышенная тем­ пература (старение материалов, увеличение их разме­ ров и т. д.). Эти испытания проводятся при одной тем­ пературе, обычно при номинальной окружающей. Для отдельных изделий она может быть повышена до 70 °С в зависимости от условий работы.

Испытания на влагостойкость могут проводиться по длительному и ускоренному режимам. Ускорение дости-

41

Нормы испытательных режимов

гается повышением температуры испытании. В зависимо­ сти от категории выбирается различная длительность испытаний при одной и той же температуре.

Испытания на пылезащищенность проводятся для из­ делий, предназначенных для эксплуатации в климатиче­ ских областях ТВ и ТС. Испытания ведутся в два этапа: испытания на воздействие и на проникновение пыли. Бра­ ковочным признаком при первом испытании является на­ рушение работоспособности аппаратуры или других тре­ бований технических условий, при втором — проникнове­ ние пыли внутрь аппаратуры.

Испытанию в насыщенной солями атмосфере подвер­ гаются изделия, предназначенные для работы во влаж­ ном приморском климате (в течение 7—10 сут) и в су­ хом климате (в течение 2 сут).

На грибостойкость испытываются изделия и материа­ лы, используемые в них, предназначенные для эксплуа­ тации во влажном тропическом климате. Для всех трех категорий испытания ведутся в одном режиме: при отно­ сительной влажности 95—100% и температуре 30 °С в те­ чение 30 сут.

Для изделий категории В возможны также испытания на воздействие солнечной радиации.

Испытания проводятся при температуре 80°С и ма­ ксимальной интенсивности инфракрасной составляющей спектра 1 ПО Дж/(м2-с) и ультрафиолетовой составляю­ щей 55,6 Дж/(м2-с).

Г л а в а в т о р а я

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ИЗДЕЛИЙ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИХ НАДЕЖНОСТИ

Воздействие на РЭА в процессе эксплуатации боль­ шого числа климатических факторов делает чрезвычай­ но сложной проблему обеспечения ее высокой надежно­ сти. Поэтому повышение надежности работы радиоком­ понентов неразрывно связано с разработкой эффектив­ ных способов их защиты от воздействия внешней среды.

Для целей герметизации РЭА может быть использо­ вана широкая номенклатура защитных материалов и мо­ гут быть реализованы различные конструктивные и тех­ нологические решения. В каждом конкретном случае

44

выбор оптимального конструктивно-технологического решения должен определяться типом защищаемого из­ делия, его назначением и предъявляемыми к нему тех­ нико-экономическими требованиями.

2-1. Влияние окружающей среды на параметры радиокомпонентов радиоэлектронной аппаратуры

Для обеспечения работоспособности РЭА необхо­ димо обеспечить нормальное функционирование входя­ щих в нее элементов. Наиболее эффективно это можно осуществить лишь в том случае, если будет ясен меха­ низм явлений, приводящих к изменению параметров эле­ ментов при том или ином внешнем воздействии.

Взависимости от типа входящих в эту систему эле­ ментов физическая сущность воздействия среды, а сле­ довательно, и конкретное решение задачи герметизации будут различными.

На основе обобщения имеющихся сведений ниже из­ ложены принципы работы дискретных элементов РЭА и рассмотрено влияние внешней среды на их параметры.

Полупроводниковые приборы. Основой работы любого полупроводникового прибора или полупроводниковой микросхемы является р-п переход. От его стабильной работы в значительной степени будет зависеть эксплуа­ тационная надежность РЭА, содержащей полупровод­ никовые приборы и микросхемы. Поэтому ниже приве­ дены основы образования и работы р-п переходов в том виде и объеме, как эго необходимо для уяснения сущ­ ности их отказов вследствие влияния окружающей их среды в виде атмосферы или герметизирующей оболочки.

Вполупроводнике ток создается носителями двух ти­ пов— электронами и дырками, которые отличаются зна­ ком переносимых зарядов. Сильное влияние на электро­ проводность полупроводников оказывают примеси чуже­ родных атомов. Это используется для получения полу­ проводников, обладающих заданной и управляемой элек­ тропроводностью. Добавляя различные примеси, можно изменять как значение удельной проводимости, так и характер электропроводности полупроводника; возмож­ но получать преобладающую электронную или дырочную

проводимость.

При добавлении к чистому германию или кремнию небольшого количества примеси элемента V группы таб­

45

лицы Д. И. Менделеева резко увеличивается их элек­ тронная проводимость («-проводимость), элемента III группы — дырочная проводимость (р-прозодимость).

Каждый из полупроводников с п- или p-проводимо­ стью, взятой в отдельности, является электрически ней­ тральным и обладает двусторонней проводимостью. Со­ вершенно по-другому ведут себя кристаллы, в которых одна часть имеет электронную проводимость, а другая — дырочную. Если взять кристалл полупроводника и доба­ вить в одну часть примесь, дающую «-проводимость,

1

ня я ц е п ь .

оУ о

ав другую примесь, дающую р-проводимость, то в ре­ зультате получится контакт между двумя полупровод­ никами, обладающими электропроводностью различного типа, — р-п переход.

Большая разность концентраций одноименных заря­ дов в двух соприкасающихся областях приводит к диф­ фузии свободных электронов из «-области в р-область. Одновременно происходит диффузия дырок из р-области

в«-область. В результате образуется электрическое поле разноименных зарядов, имеющих отрицательный потен­

циал в p-области и положительный потенциал в «-обла­ сти. Как видно из рис. 2-I, образующийся при этом не­ прерывно увеличивающийся по мере протекания диффу­ зии потенциальный барьер препятствует диффузионному движению электронов и дырок и процесс в конечном итоге приостанавливается. Эго происходит тогда, когда наступает динамическое равновесие, т. е. когда количе­ ство электронов и дырок, движущихся из одной области в другую в результате диффузии, станет равным количе­ ству электронов и дырок, движущихся навстречу в ре­ зультате действия образовавшегося электрического поля.

Благодаря диффузии вблизи границы р- и «-областей возникает слой, обедненный носителями заряда. Этот слой называется запорным слоем. При большой концен-

4б

грации носителей заряда один и тот же объемный заряд создается в слое меньшей толщины. Поэтому чем боль­ ше концентрация примесей, тем меньше будет толщина запорного слоя и тем выше напряженность электриче­ ского поля. Наоборот, чем меньше концентрация при­ месей, тем больше толщина запорного слоя. Если одна область сильно легирована примесыо (низкоомная об­ ласть), а другая слабо (высокоомная область), то свой­ ства р-п перехода в значительной степени будут зави­ сеть от высокоомной области, определяющей в основном толщину запорного слоя.

Внешнее электрическое поле, приложенное к р-п пе­ реходу, может либо увеличить потенциальный барьер и тем самым еще больше затруднить переход электронов и дырок через запорный слой, либо частично или полно­ стью его скомпенсировать, и тогда электроны и дырки получат возможность легко переходить из одной области в другую. В первом случае р-п переход оказывается включенным в обратном направлении, и через него про­ текает незначительный ток, во втором — в прямом на­ правлении, и сила проходящего через него тока будет определяться величиной приложенного напряжения.

Влияние поверхности на параметры полупроводнико­ вых приборов проявляется в уменьшении пробивного на­ пряжения р-п перехода, увеличении обратного тока, повышении уровня шумов и т. д. Это воздействие осуще­ ствляется через образование в определенных окружаю­ щих средах поверхностных зарядов и их влияние на объем полупроводника.

Если на поверхности полупроводника образуется за­ ряд, этот заряд нейтрализуется объемным зарядом в результате перемещения носителей из объема кри­ сталла в приповерхностную область. Толщина такого пространственного заряда может доходить до 1 мкм и выше. Вследствие этого в полупроводнике может суще­ ствовать область, электрические свойства которой опре­ деляются не объемной концентрацией примесей, а вели­ чиной поверхностного заряда. В этой области концен­ трация носителей может значительно отличаться от объемной.

Появление на поверхности хемосорбированных частиц приводит к изменению плотности, а иногда и знака по­ верхностного заряда. При определенных знаке и плот­ ности поверхностного заряда возможно образование ин­

47

версии в приповерхностной области полупроводника, т. е. изменение типа проводимости на противоположный.

Нестабильность поверхностного заряда и, в частно­ сти, возможность образования инверсионного слоя могут

p-типа образуется на материале «-типа вследствие при­ сутствия на поверхности отрицательных ионов. Видно, что в результате увеличения эффективной площади р-п перехода обратный ток насыщения при обратном смеще-

© е eTJ

а — у в е л и ч е н и е э ф ф е к т и в н о й п л о щ а д и р - п п е р е х о д а ; б — к о р о т к о е з а м ы к а н и е д в у х р - п п е р е х о д о в ; / — л - о б л а с т ь ; 2 — р - о б л а с т ь ; 3 — о т р и ц а т е л ь н ы е п о в е р х н о с т н ы е и о н ы ; 4 — и н в е р с и о н н ы й с л о й .

нии будет иметь более высокое значение по сравнению со случаем нормального перехода. В транзисторе п-р-п типа (рис. 2-2,6) при образовании инверсионного слоя в области p-типа переходы закорачиваются и фактически работает только один р-п переход.

Поверхностный заряд может вызвать и неоднород­ ность электрического поля на поверхности р-п перехода. В соответствии с двумерной моделью и в объеме поле является однородным, в то время как на поверхности существуют нормальная и тангенциальная составляю­ щие поля (рис. 2-3), особенно при наличии поверхност­ ных зарядов. В зависимости от знака поверхностного за­ ряда и типа проводимости высокоомной области напря­ женность электрического поля на поверхности может быть больше или меньше, чем в объеме.

Например, на рис. 2-4 высокоомной является «-об­ ласть. Поскольку на нее падает практически все внешнее напряжение, то изменение ее ширины непосредственно влияет на величину напряжения поверхностного пробоя.

48

Если поверхностный заряд положительный, то ширина зоны пространственного заряда на поверхности умень­ шается, а пробивное напряжение у поверхности будет меньше, чем в объеме. При отрицательном поверхност­ ном заряде картина будет обратная.

В связи с изложенным большое внимание уделяется работам по изысканиям способов регулирования плотно­

рой— электролитические конденсаторы, конденсаторы со слюдяным, керамическим, стеклянным или стеклокерами-

Рис. 2-4. Схема, поясняющая изменения напряженности элек­ трического поля у поверхности р-п перехода,

а — п о в ы ш е н и е н а п р я ж е н и я п о в е р х н о с т н о г о п р о б о я ; б — п о н и ж е н и е н а ­ п р я ж е н и я п о в е р х н о с т н о г о п р о б о я ; 1 — « - о б л а с т ь ; 2 — р - о б л а с т ь ; 3 — о т р и ц а т е л ь н ы е п о в е р х н о с т н ы е з а р я д ы ; 4 — п о л о ж и т е л ь н ы е п о в е р х н о с т ­ н ы е з а р я д ы ; 5 — п о л о ж и т е л ь н ы й п р о с т р а н с т в е н н ы й з а р я д ( в з а п о р н о м с л о е ) ; 6 — о т р и ц а т е л ь н ы й п р о с т р а н с т в е н н ы й з а р я д ( в з а п о р н о м с л о е ) .