Основы проектирования электронных средств Материалы к Экз ОПЭС-2014 РК-01-02 / Назаров_Конструирование_РЭС

Из приведенных в табл. 10.1 металлических покрытий наибольшей температурной стабильностью обладает хромовое (тускнеет при 500°С); золотое покрытие не взаимодействует с кислотными, щелочными и сернистыми соединениями, но очень мягкое и легкое, подвергается износу и истиранию. 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).

Пленочные покрытия образуют на поверхности материала тонкий и непрерывный слой лака. Они защищают материалы от проникновения в его поры влаги, увеличивают прочность изоляции. При пропитке или покрытии деталей используют изоляционные лаки УР-231, СБ-1С; перхлорвиниловые эмали ХВ-125; пентафталевые эмали ПФ-115, МФ-28, ПФ-223; эпоксидные эмали Э-5, Э-11; нитроцеллюлозные эмали НЦ-11; ЭМ-508, НЦ-25; кремнийорганические эмали ЭМ-9, ЭМК-2, ЭМКО-81 и компаунды МБК, ЭЗК, ФК-20, УТ-31. Пленочному покрытию изоляционными лаками и эмалями подвергаются многие функциональные узлы печатного монтажа, микросхемы и микросборки. Пропитке также подвергаются детали, изготовляемые из гигроскопичных, пористых или волокнистых материалов, а также различные моточные изделия.

Применяемые лаки, эмали, компаунды, эпоксидные смолы разрабатывались, в первую очередь, для защиты от коррозии, создания лакокрасочных и декоративных покрытий, а также для пропитки, заливки, склеивания и т.д. К недостаткам органических полимерных материалов относится ухудшение электрических и механических свойств при длительном воздействии повышенных температур и их резком изменении.

В настоящее время применяются комбинированные пассивационнозащитные покрытия из тонкой пленки неорганического диэлектрика и органического полимерного покрытия. Назначение тонкой пленки диэлектрика, например слоя Si О 2, — нейтрализовать активные центры и в

определенной мере стабилизировать свойства поверхности. Относительно толстый слой полимерного покрытия предотвращает механическое повреждение пленки неорганического диэлектрика, защищает его поверхность от воздействия внешней атмосферы.

В качестве пропиточных, заливочных и обволакивающих материалов широкое распространение получили компаунды на основе эпоксидных смол ЭД-5 и ЭД-6. Компаунды ЭПК-1 и ЭПК-4 применяют для пропитки, компаунды ЭЗК-1, ЭЗК-4, ..., ЭЗК-12, ЭК-20 — для заливки деталей и узлов.

Пенополиуретан ЖК-2 применяют, когда требуется обеспечить теплоизоляцию изделий при сохранении малой массы. Его достоинством является высокая адгезия к большинству материалов.

361

Широкое распространение получили пластичные компаунды и герметики ВГП-2П, ВГО-1, СКТН-1, виксинты У-1-18, У-2-28, К-18, ПК68.

Недостатком этих компаундов и герметиков на каучуковой основе является их недостаточная адгезионная способность к металлам и различным материалам.

10.4. Герметизация корпусов микросхем и РЭС

Корпусная герметизация обычно предусматривает окончательную защиту от климатических и радиационных воздействий, оговоренных в ТУ на изделме. Корпуса изготавливаются на основе не сорбирующих влагу неорганических материалов (металла, стекла, керамики). Проходная арматура (выводы, теплоотводы), а также герметизация мест соединения отдельных деталей в них должны быть вакуумно-плотными, поэтому подобные корпуса относятся к категории вакуумно-плотных. Для интегральных схем корпуса подразделяются на металлические, металлостеклянные, стеклянные, металлокерамические и керамические.

Плоские корпуса ИС выполняют в двух основных конструктивных вариантах: со штыревыми и планарными выводами, расположенными обычно по противоположным сторонам корпуса.

Герметизация обеспечивает вакуумно-плотное соединение выводов корпуса с его основанием или стенкой, изолирование выводов от металлических частей корпуса и собственно герметизацию корпуса, которая производится после сборки и монтажа изделия и состоит обычно в создании вакуумно-плотного шва.

В керамических корпусах герметизация выводов осуществляется стеклоэмалью или стеклоприпоем. Узел «вывод — тело корпуса» (гермоввод) является критичным у всех корпусов, так как механические нагрузки на выводы при монтаже корпусов могут привести к потере герметичности узла. Некоторые конструкции герметичных выводов представлены на рис. 10.1. Видно, что оптимальной является конструкция керамического корпуса, внешние выводы которого устанавливаются вне герметизированного объема (рис. 10.1,а).

Герметизация стеклянных и керамических (рис. 10.1, б) корпусов производится металлизацией узлов корпуса по месту соприкосновения с последующей пайкой. Широкое распространение получила герметизация стеклянных корпусов бесфлюсовой пайкой низкотемпературными припоями. Существует герметизация керамических корпусов с помощью приклейки крышки корпуса к рамке органическими полимерными клеями.

Герметизация металлостеклянных корпусов обычно осуществляется сваркой плавлением, контактной сваркой, иногда пайкой мягкими

362

\

Рис.10.1.Конструкциигерметичныхвыводовкорпусов:

а, б — керамические; в, г — металлостеклянные; / — припаянная крышка (ковар); 2 —слой металла; 3 — керамическое кольцо;

4 — вывод (ковар); 5 — основание (керамика); б — крышка (керамика); 7 — слой металла или клеевой шов; 8 — крышка (нержавеющая сталь, ковар);

9 —изолятор (стекло); 10 — основание (ковар); // — кольцо (ковар)

припоями. Примеры конструкций стеклянных корпусов

Высокий уровень герметичности корпусов допускает повышение надежности изделий за счет заполнения внутреннего объема корпусов разными материалами. Так, часто корпуса заполняют инертными газами (например, аргоном) для исключения из объема влаги и предотвращения окислительных процессов, жидкими веществами или вазелинами;часто внутри корпуса помещают геттеры для регулирования влажности среды в корпусе.

Герметизация вывода корпуса блока осуществляется путем спая ковара со стеклом. В блоках могут быть использованы гермовводы, представляющие либо одиночный металлостеклянный вывод (рис. 10.2), либо групповую колодку выводов, впаянную в корпус блока (рис. 10.3).

Герметизация корпусов РЭС может быть выполнена сваркой, пайкой или с помощью эластичных уплотнений. Первые два способа герметизации используются в случае жестких требований к герметичности блоков, состоящих из негерметизированных ячеек. Высокую технологичность имеет вакуумно-плотная герметизация корпусов блоков пая-

дуются, поскольку из-за интенсивного старения прокладка быстро выходит из строя.

Форма поперечного сечения прокладки может быть различной. Наиболее распространены прокладки сечений, показанные на рис. 10.5, а, б,

в,

так как они просты в изготовлении и выдерживают широкий диапазон давлений. Гребенчатая прокладка (рис. 10.5, г) используется в аппаратуре с большим сроком службы.

Рис. 10.5. Формы сечений уплотнительных прокладок

В качестве материала прокладбк используется резина, обладающая высокой эластичностью, податливостью и способностью затекать в мельчайшие углубления и неровности. Для уплотнительных прокладок можно применять следующие марки резины: ИРП-1267, ИРП-1338, ИРП-1354. Перед сборкой прокладка смазывается тонким слоем масла ЦИАТИМ-221.

364

Ширина фланца определяется по формуле bФЛ = 2δст + 2,6dкв,

где δст — толщина стенки корпуса; d к в — диаметр крепежного винта.

Площадь сечения прокладки 5 вычисляется из выражения

Sпр = (1,1...1,2)Sп )

где S п — площадь сечения паза.

При расчете герметизации определяется усилие обжатия прокладки, на основе которого вычисляются усилие затягивания и количество крепежных винтов.

Герметизация внешних электрических связей РЭС осуществляется с помощью металлостеклянных гермовводов, впаиваемых в стенку блока, опайкой соединителей (например, высокочастотных) по периметру, полимерной герметизацией низкочастотных соединителей. Электрические соединители герметизируются уста-

они в достаточной мере предохраняют внутреннюю полость прибора от влажного воздуха или воды, обеспечивая более благоприятные условия работы изделий во влажной среде, особенно если при этом в приборах используют средства осушения. Наиболее эффективным способом осушки внутренней полости изделия в период эксплуатации является использование влагопоглотителей. Широкое применение получил силикагель, который в размельченном виде помещают в патроны, футляры или мешочки, устанавливаемые внутри изделия. Осушительный патрон предусматривает замену силикагеля при полном насыщении его влагой. Контроль за влагонасыщением силикагелем производится по изменению его цвета. Для этого силикагель окрашивают 3%-м водным раствором хлористого кобальта, тогда при полном насыщении влагой он принимает розовый цвет, а после просушки — синий.

Капсулирование широко используется для герметизации элементной базы и функциональных ячеек РЭС. В зависимости от особенно-

365

стей конструкции изделий, в частности расположения выводов, существуют два вида корпусов с использованием металлической капсулы:

свертикальным расположением выводов (рис. 10.7, а) — в этом случае поверхность изделия контактирует с герметизирующим компаундом;

свыводами в одной плоскости с подложкой (рис. 10.7, б, в) — в этом случае герметизирующий материал не контактирует с поверхностью изделия.

Рис. 10.7. Примеры герметизации способом капсулирования: а — изделие со штыревыми выводами; б — односторонний пенальный корпус; в — двухсторонний; 1 — капсула; 2 — подложка; 3 — герметизирующий компаунд; 4 — вывод; 5 — прокладка

Наиболее широкое распространение получили корпуса первого вида [60], где надежная герметизация изделий определяется герметичностью узлов «вывод — компаунд (подложка)» и «капсула — компаунд», а также адгезией компаунда к поверхности платы. При герметизации капсулированием изделие помещается в корпус (капсулу) выводами наружу. Свободный торец капсулы и выводы заливаются компаундом. Для герметизации изделий микроэлектроники в металлополимерные корпуса наибольшее распространение получил жидкий компаунд ЭК-16. Однако он недостаточно пригоден для организации автоматизированного производства малогабаритных изделий. Это объясняется трудностью дозировки больших порций компаунда, низкой жизнеспособностью компаунда. Эффективнее применять порошкообразные компаунды. В этом случае появляется возможность осуществлять предварительную дозировку компаунда путем изготовления из него калиброванных по массе и размерам таблеток. Герметизация порошкообразными компаундами в виде таблеток позволяет автоматизировать процесс сборки и герметизации изделий.

366

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица П.1

Формулы расчета осевых моментов инерции простейших сечений

367

368

Таблица П.З Коэффициенты теплопроводности наиболее часто применяемых материалов

369

370