Назаров А.С. (ред.) Конструирование радиоэлектронных средств

Подождите немного. Документ загружается.

Из приведенных в табл. 10.1 металлических покрытий наибольшей

температурной стабильностью обладает хромовое (тускнеет при

500°С); золотое покрытие не взаимодействует с кислотными, щелочны-

ми и сернистыми соединениями, но очень мягкое и легкое, подвергает-

ся износу и истиранию. В ряде случаев защитное покрытие делают мно-

гослойным, например: слой меди, толщиной 6...10 мкм (высокая адге-

зия 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 не-

прерывный слой лака. Они защищают материалы от проникновения в его

поры влаги, увеличивают прочность изоляции. При пропитке или покры-

тии деталей используют изоляционные лаки УР-231, СБ-1С; перхлорви-

ниловые 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 компаун-

ды МБК, ЭЗК, ФК-20, УТ-31. Пленочному покрытию изоляционными ла-

ками и эмалями подвергаются многие функциональные узлы печатного

монтажа, микросхемы и микросборки. Пропитке также подвергаются де-

тали, изготовляемые из гигроскопичных, пористых или волокнистых мате-

риалов, а также различные моточные изделия.

Применяемые лаки, эмали, компаунды, эпоксидные смолы разрабаты-

вались, в первую очередь, для защиты от коррозии, создания лакокрасоч-

ных 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 воз-

действии повышенных температур и их резком изменении.

В настоящее время применяются комбинированные пассивационно-

защитные покрытия из тонкой пленки неорганического диэлектрика и

органического полимерного покрытия. Назначение тонкой пленки диэ-

лектрика, например слоя Si О

, — нейтрализовать активные центры и в

определенной мере стабилизировать свойства поверхности. Относи-

тельно толстый слой полимерного покрытия предотвращает механиче-

ское 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 пропит-

ки, компаунды ЭЗК-1, ЭЗК-4, ..., ЭЗК-12, ЭК-20 — для заливки дета-

лей и узлов.

Пенополиуретан ЖК-2 применяют, когда требуется обеспечить теп-

лоизоляцию изделий при сохранении малой массы. Его достоинством

является высокая адгезия к большинству материалов.

361

Широкое распространение получили пластичные компаунды и гер-

метики ВГП-2П, ВГО-1, СКТН-1, виксинты У-1-18, У-2-28, К-18, ПК-

68.

Недостатком этих компаундов и герметиков на каучуковой основе явля-

ется их недостаточная адгезионная способность к металлам и различ-

ным 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). Про-

ходная арматура (выводы, теплоотводы), а также герметизация мест со-

единения отдельных деталей в них должны быть вакуумно-плотными,

поэтому подобные корпуса относятся к категории вакуумно-плотных.

Для интегральных схем корпуса подразделяются на металлические, ме-

таллостеклянные, 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 метал-

лических частей корпуса и собственно герметизацию корпуса, которая

производится после сборки и монтажа изделия и состоит обычно в со-

здании 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 гермети-

зация стеклянных корпусов бесфлюсовой пайкой низкотемпературны-

ми припоями. Существует герметизация керамических корпусов с по-

мощью приклейки крышки корпуса к рамке органическими полимерны-

ми клеями.

Герметизация металлостеклянных корпусов обычно осуществляет-

ся сваркой плавлением, контактной сваркой, иногда пайкой мягкими

362

Рис. 10.1. Конструкции герметичных выводов корпусов:

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

приведены на

рис. 10.1, в, г.

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 предотвраще-

ния 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).

Рис. 10.2. Конструкция одиночного ме- Рис. 10.3. Вариант установки

таллостеклянного гермоввода: гермопереходников в корпус

1 — оболочка из ковара; 2 — проволока блока: / — корпус; 2 — про-

из ковара; 3 — стеклянный изолятор волока из ковара; 3 —припой

ПОС-61; 4 — оболочка из ко-

вара

363

Герметизация корпусов РЭС может быть выполнена сваркой, пайкой

или с помощью эластичных уплотнений. Первые два способа гермети-

зации используются в случае жестких требований к герметичности

блоков, состоящих из негерметизированных ячеек. Высокую техноло-

гичность имеет вакуумно-плотная герметизация корпусов блоков пая-

ным швом по всему периметру корпуса (см. разд. 3).

При разъемном способе герметиза-

ции в паз кожуха или корпуса изделия

укладывается прокладка, которая при

поджатии уплотняет стык между кожу-

хом и корпусом (рис. 10.4). Уплотни-

тельная прокладка, равномерно поджи-

маясь по всей поверхности крепежными

винтами, осуществляет герметизацию,

находясь в сжатом состоянии и заполняя

все сечения паза. Утечка газов через уп-

лотнение при сжатии прокладки на

25...30% от ее первоначальной высоты

происходит только за счет диффузии.

Большие усилия при сжатии не рекомен-

дуются, поскольку из-за интенсивного старения прокладка быстро вы-

ходит из строя.

Форма поперечного сечения прокладки может быть различной. Наи-

более 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 аппара-

туре 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

Рис.

10.4. Герметизация блока

уплотнительной прокладкой:

/ — корпус; 2 — кожух;

3 — прокладка

Ширина фланца определяется по формуле

ФЛ

2δ

ст

+ 2,6d

кв

где δ

ст

— толщина стенки корпуса; d

— диаметр крепежного

винта.

Площадь сечения прокладки 5 вычисляется из выражения

пр

= (1,1...1,2)S

п)

где S

— площадь сечения паза.

При расчете герметизации определяется усилие обжатия проклад-

ки, на основе которого вычисляются усилие затягивания и количество

крепежных винтов.

Герметизация внешних электрических

связей РЭС осуществляется с помощью

металлостеклянных гермовводов, впаива-

емых в стенку блока, опайкой соедините-

лей (например, высокочастотных) по пе-

риметру, полимерной герметизацией низ-

кочастотных соединителей. Электриче-

ские соединители герметизируются уста-

новкой на прокладки (рис. 10.6, а), залив-

кой компаундами (рис 10.6, б).

Надо отметить, что уплотнительными

прокладками, устанавливаемыми в круп-

ных приборных корпусах, трудно обеспе-

чить абсолютную герметичность. Однако

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 си-

ликагель, который в размельченном виде помещают в патроны, футля-

ры или мешочки, устанавливаемые внутри изделия. Осушительный пат-

рон 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 элемент-

ной базы и функциональных ячеек РЭС. В зависимости от особенно-

365

Рис. 10.6. Герметизация соеди

нителя с помощью уплотнитель-

ной прокладки (а), уплотни-

тельной прокладки и заливки

компаундом (б): 1 — соедини-

тель; 2 — корпус; 3 — проклад-

ка; 4 — компаунд

стей конструкции изделий, в частности расположения выводов, суще-

ствуют два вида корпусов с использованием металлической капсулы:

с вертикальным расположением выводов (рис. 10.7, а) — в этом слу-

чае поверхность изделия контактирует с герметизирующим компаун-

дом;

с выводами 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 штыревы-

ми выводами; б — односторонний пенальный корпус; в — двухсторонний; 1 — капсула;

2 — подложка; 3 — герметизирующий компаунд; 4 — вывод; 5 — прокладка

Наиболее широкое распространение получили корпуса первого ви-

да [60], где надежная герметизация изделий определяется герметично-

стью узлов «вывод — компаунд (подложка)» и «капсула — компаунд»,

а также адгезией компаунда к поверхности платы. При герметизации

капсулированием изделие помещается в корпус (капсулу) выводами на-

ружу. 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 про-

изводства малогабаритных изделий. Это объясняется трудностью дози-

ровки больших порций компаунда, низкой жизнеспособностью компа-

унда. Эффективнее применять порошкообразные компаунды. В этом

случае появляется возможность осуществлять предварительную дози-

ровку компаунда путем изготовления из него калиброванных по массе и

размерам таблеток. Герметизация порошкообразными компаундами в

виде таблеток позволяет автоматизировать процесс сборки и гермети-

зации изделий.

366

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица П.1

Формулы расчета осевых моментов инерции простейших сечений

367

Физические параметры некоторых

материалов

Таблица

П.2

Параметры материала

Материал

Плотнос

ть

р, г/см

Модуль

упругост

Е 10"', Па

Коэффиц

и-

ент

Пуассона

Предел

прочнос

ти

при

изгибе

КГ

Па

Коэффици-

ент

демпфи-

рования

1 2 3 4 5 6

Сплавы

алюмини

я:

щ,

Д16,

В95,

АМц,

АЛ2,

АЛ9,

АД1

2,8

2,76

2,85

2,73

2,65

2,71

69,6

0,29

410

520

560

520

180

200

0,05...0,013

0,004...0,00

Сплавы

титана:

ВТ 1

0, ВТЗ

4,4...4,9

105

0,25...0,3

950

Сплавы

магниевые:

МА18,

МА2

1,48

1,8

180

280

0,0063...0,0

125

29НК (ковар) 8,35 145 480

Сталь 20, Сталь

7,82 200 0,25

420...61

ЗОХГСА 7,85 198 0,36 1080

Бронза 8,27 75...141

0,31

200...

1350

Латунь 8,5 106...110

0,41

320..

.700

0,03...0,06

Ситалл СТ50-1

2,65 180 0,26 176

Керамика 22ХС

3,86 255 0,26 85

Брокерит-9 2,83 320 100

Поликор 3,98 392 0,26 200

Фторопласт-4 2,25 0,47...0,85

Стеклотекстол

ит:

СФ,

СТЭФ

1,85

2,47

30,2

0,22

0,279

0,02...0,

Гетинакс 1,4 11. ..14

0,03...0,08

368

Таблица П.З

Коэффициенты теплопроводности наиболее часто применяемых материалов

Наименование материала X , Вт/(м К)

1, Алюминиевые сплавы 160...180

2. Брокеритовая керамика 180...200

3. Воздух 0,025

4. Германий 52...5S

5. Гетинакс 0,15...1,18

б. Кремний 120...130

7. Ковар Н29К18

8. Керамика 22ХС 18...20

9. Латунь 100...200

10. Магниевые сплавы 120...127

11. Медь 380...390

12. Олово 64

13. Пенопласт 0,04...0,06

14. Резина 0,11-0,16

15. Ситалл СТ - 50 - 1 1,1. ..1,6

16. Стекло кварцевое 1,4.. .1,5

17. Сталь конструкционная 45...50

18. Слюда 0,43.. .0,6

19. Стеклотекстолит ОД7...1.18

20. Титановые сплавы 14.. .16

21. Клеи и компаунды 0.15..ДЗ

22. Поликор 25...38

369

Таблица П.4

Степень черноты различных поверхностей

Материал и состояние поверхности Температура, ° С

Степень черноты

Алюминий (полированная пластина) 200...600 0,04...0,0б

Алюминий (сильно окислен) 35...500 0,2...0,31

Силуминовое литье (в песчаной форме) 100...500 0,33...0,31

Силуминовое литье (в кокильной форме) 100...500 0,16...0,23

Дюралюминий Д16 50...350 0,37...0,41

Сталь полированная

100

0,066

Сталь листовая холоднокатаная

0,075...0,085

Сталь листовая сильно окисленная

0,8...0,82

Латунь прокатанная

0,06

Латунь тусклая 50...350 Of,22

Латунь хромированная полированная

100

0,075

Медь шабренная до блеска

0,072

Медь (пластина после нагрева до 600° С)

200

0,57

Олово, луженое кровельное железо

100

0,07...0,08

Цинк, оцинкованное железо

0,23...0,27

Краски эмалевые, лаки различных цветов 20... 100 0,92

Краски матовые различных цветов

100

0,92...0,96

Лак черный матовый 40... 100 0,96...0,98

Муар серый, черный

0.86...0.9

Краска защитно-зеленая

20 0,9

Краска бронзовая

100

0,51

Краска алюминиевая

100

0,28

Алюминиевая фольга

100

0,09

370