Раздел 2. Герметизация блоков свч-устройств методом паяного шва

Раздел 2

Герметизация блоков СВЧ-устройств

методом паяного шва

Консультант: ________________________(Волков В. А.)

2.1 Введение

Одним из структурных элементов приёмной АФАР является приёмный модуль. Он включает в себя несколько функциональных узлов, одинаковых в каждом канале и объединённых в общий корпус. Характеристики устройств, входящих в модуль, непосредственным образом определяют параметры всей системы. Для нормальной работы АФАР необходимо, чтобы эти характеристики находились в заданных пределах в течение длительного времени. Однако в реальных условиях эксплуатации все устройства подвергаются одновременному воздействию различных климатических факторов. Такое воздействие приводит к ухудшению характеристик устройств с течением времени. В результате возникают отказы и система быстро оказывается неработоспособной. Поэтому для обеспечения эксплуатационной надёжности АФАР требуется в максимальной степени ослабить дестабилизирующее влияние факторов внешней среды. Эта задача в определённой степени решается путём герметизации входящих в АФАР устройств. Качество герметизации, а следовательно — и надёжность аппаратуры определяются теми конструктивно-технологическими решениями, которые реализуются в ходе производственного процесса. Современный уровень развития технологии производства МЭА позволяет выпускать изделия, обладающие высокими надёжностными показателями. Так, срок службы аппаратуры при соблюдении условий эксплуатации исчисляется годами, а время наработки на отказ может составлять десятки тысяч часов (для изделий специального назначения).

В данном разделе дипломного проекта рассматриваются вопросы герметизации блоков СВЧ-устройств на примере модуля АФАР.

2.2 Характеристика факторов внешней среды

Под факторами внешней среды обычно понимают совокупность всех природных, а также искусственно созданных условий , в которых осуществляется производство, хранение и эксплуатация изделий. К факторам внешней среды относятся температура, давление, влажность, химический состав атмосферы и т.д. Из многих климатических факторов, характеризующих состояние внешней среды, в первую очередь следует принимать во внимание те, которые практически всегда проявляются в эксплуатационных условиях и являются наиболее критичными для герметизируемых МЭУ и герметизирующих конструкций. Для полупроводниковых структур и полимерсодержащих герметизирующих конструкций такими факторами являются влажность и, в меньшей мере, температура внешней среды.

Влага адсорбируется на гидрофильных поверхностях неорганических диэлектриков, резко снижая их поверхностные электрофизические характеристики. Её воздействие на негерметизированные структуры приводит к ухудшению основных параметров p-n переходов, в частности: к снижению их пробивных напряжений, увеличению обратных токов, повышению уровня шумов и нестабильности коэффициента усиления приборов, коррозии пленочных элементов коммутации. Использование же для герметизации таких изделий полимерсодержащих конструкций превращает вопрос влагозащиты в самостоятельную сложную научно-техническую проблему.

Рабочая температура структур обычно превышает температуру внешней среды. По этой причине влияние температуры среды, в которой эксплуатируется изделие, на деградационные процессы является не основным, а сопутствующим, хотя и серьёзным фактором. Влияние температуры в основном проявляется через изменение абсолютной влажности среды, а также значений влажностных коэффициентов герметизирующих материалов. Повышение температуры влажного воздуха усугубляет его воздействие на герметизированное изделие, уменьшая время эффективной влагозащиты конструкций и снижая электрофизические свойства герметизирующей оболочки в результате её увлажнения.

В связи с тем, что влага практически всегда присутствует в воздухе, её воздействие является наиболее универсальным и при этом оказывается весьма опасным. По экспериментальным данным, отказы полупроводниковых приборов, наблюдавшиеся при низких температурах, наиболее часто встречаются в тех случаях, когда в корпусах обнаруживается высокое содержание водяного пара. Предполагается, что механизм отказов состоит в конденсации влаги и последующей активации ионов примеси на поверхности прибора. Помимо изменения параметров полупроводника, это вызывает коррозию проводящих металлических плёнок, что может привести к увеличению контактного сопротивления и даже к коррозийному разрушению контактов.

Однако считается, что водяной пар является лишь одним из возможных агентов, вызывающих коррозию. Фактически разрушение электрических соединений происходит под воздействием воды, загрязнённой химически активными веществами, например, хлором и йодом, образующими с водой электролит. В результате в электрическом поле происходит перенос ионов между токоведущими дорожками. Электрическая и химическая коррозия приводит к разрушению паяных и сварных швов (деградация корпуса), обрыву электрических связей, изменению сопротивления контактных пар, уменьшению механической прочности.

Помимо коррозии металлов, влага также оказывает воздействие на диэлектрические материалы. При этом повышается их диэлектрическая проницаемость e, что может приводить к образованию больших паразитных емкостей. Кроме того, при уменьшении диэлектрических потерь (снижается tgd) повышается проводимость диэлектриков (т.к. снижается их объёмное сопротивление).

В результате описанных выше процессов уменьшается параметрическая надёжность изделия, увеличивается интенсивность отказов. Поэтому большое значение имеет обеспечение влагозащиты МЭУ. Влагостойкость изделий или время их эффективной влагозащиты можно оценивать расчётным и экспериментальным путём. При этом окончательное решение о влагостойкости герметизируемых конструкций следует принимать на основе экспериментальных данных. Время влагозащиты зависит не только от влагостойкости герметизирующих материалов и толщины стенок корпуса или покрытия, но и от характера физико-химического взаимодействия, в частности от адгезии покрытия с поверхностью изделия (в монолитных структурах) и от газопроницаемости стенок корпуса (в полых конструкциях). Время влагозащиты существенно повышается при использовании тонких герметизирующих покрытий, когда энергия адгезионных связей покрытия с поверхностью изделия превышает энергию адсорбции молекул воды. В отдельных случаях возможно также уменьшение толщины стенок корпусов без снижения их влагозащитных свойств.