Промышленностью выпускается кремнийоргаииче-ский каучук оиластик-2086, обладающий полупроводниковымисвойствами [Л. 8-9]. Сообщается, что он имеет удельное сопротивление около 15 ом-см. Этот материал выпускается щ прессованном или шприцованном виде, но его можно иодвергнуть размолу и получить дисперсию в ксилоле или толуоле. Такая дисперсия, имеющая сухой'остаток до 25%, будет течь под действием собственного веса.

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ

ДЕЙСТВИЕ ОСОБО СУРОВЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ЗАЛИТОЕ ЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Так как большой процент залитого злектронного оборудования предназначен для военных целей, естественно, что значительная часть испытаний материалов и залитых изделий проводится в наиболее жестких условиях эксплуатации. Обычно встречающиеся жесткие эксплуатационные условия изложены в большом числе военных технических условий, которые существуют как для материалов, так и длп электронного оборудования. Из наиболее важных эксплуатационных факторов, приводимых в .различных технических условиях, следует назвать высокую и низкую температуры, тепловые удары, разреженность воздуха (связанную с большой высотой), высокую влажность, действие морской воды, тепловое старение, действие плесневых грибков, действие радиации, механические удары и вибрации. Некоторые из этих эксплуатационных факторов больше действуют на залитые изделия, чем другие. Например, обычно высокие температуры рассматривают как очень сильно действующий фактор. Зависимость время - температура, определяющая нагревостойкость, представляет отдельную и широкую область исследования. Исходя из этого, нагревостойкость будет обсуждена отдельно в гл. 10.

Требования к морозостойкости предполагают эксплуатацию или хранение оборудования в пределах температур от -55 до -65°С. Обычно минусовые температуры в указанном температурном интервале не так вред-

но влияют на залитое оборудование, как высокие температуры. Однако, особенно если оборудование должно работать, а ие просто храниться при изких температурах, следует определять не только морозостойкость, но и стойкость к тепловому удару, который является следствием перепада температур между повышенной температурой, развивающейся при работе залитого оборудования, и низкой температурой окружающей среды. Подобный тепловой удар может привести к растрескиванию отливки. Кроме того, разные материалы по их тенденции к растрескиванию при действии низких температур различаются весьма значительно.

В основном эластичные материалы лучше противостоят низким температурам, чем жесткие. По этой причине, как это уже указывалось в предыдущих главах, разработке эластичных материалов было посвящено много исследований. В большинстве случаев растрескивание есть результат разницы температурных коэффициентов расширения заливочного материала и материалов заливаемых деталей. Тенденция к растрескиванию может быть уменьшена (введением такого наполнителя, который будет понижать температурный коэффициент расширения заливочного материала. Это сближает температурные коэффициенты расширения заливочного материала и заливаемых деталей. Обычно заливочные материалы имеют значительно большие температурные коэффициенты расширения, чем .металлы, стекло, керамика и другие материалы заливаемых деталей.

Испыта.ние на тепловой удар в основном включает попеременное действие высоких и низких температур, что может быть ра.ссмотрено как ужесточение работы залитого .оборудования при отр.ицательных температурах. Практически тепло.вой удар может быть гораздо более суровым. Например, для .оборудования, работающего при -ЫЗО или -Ы55 С, термический удар .между этой максимальной температурой и температурой -55 или -65° С является (чрезвычайно жестким фактором. Решение проблемы обычно заключается: 1) в использовании .более эластичных или менее склонных к растрескиванию материалов; 2) применении правильно подобранных .наполнителей, обеспечивающих минимальное тепловое расширение заливочного материала или 3) .в защите заливаемых деталей .покрытием из еластич-

ного материала, например крем-нииорганического каучука. Такое покрытие обычно применяют ивиду того, что оно .выполняет две функции. Во-.пер.Бых, оно поглощает знертию удара заливочного материала об острые углы, твердые .предметы и т. д., что уменьшает .бозм.ожность его растрескивания. Во-вторых, при поглощении энергии удара покрытие предотвращает хрупкие детали от разрушения при ударе.

Высокая влажность является следующим очень вредно действующим эксплуатационным фактором. Основные сведения о влиянии влаж.но1сти на залитое оборудование и заливочные материалы, будут приведены в этой гла-.ве. Морская вода обычно пе особенно сильно влияет на сами заливочные материалы, однако, попадая между проводниками, морская вода .может вызывать короткое замыкание или снижать сопротивление изоляции. Попадание солей часто вызывает периодическое за.корачива-ние, та.к как проводимость будет .повышаться при увлажнении солей. Если установка хорошо герметизирована от попадания морокой воды., последняя обычно не влияет на поверхность заливочных материалов.

Большинство заливочных материалов не поддерживает роста плесневых лрибков, так что .грибостойкость не является проблемой. Большая высота обычно незначительно влияет на заливочные материалы, так как физическое .влияние большой высоты заключается в понижении давления и температуры. Однако в связи с понижением тем.пературы м.ожет возникнуть опасность термического удара. Хотя заливочные материалы не изменяются под влиянием (больших высот и под действием грибков, другие части залитого электронного оборудо- вания .огут при этом ухудшаться.

Влияние ионизирующей радиации меняется в зависимости от облучаемого материала, .источника радиации, интенсивности .и времени .облучения. Вообще говоря, для отрицательного действия на заливочные материалы требуется очень большая доза радиации, хотя различные детали оборудования относятся .к ней .различно.

Механические удары .и вибрации при достаточной силе .могут привести к растрескиванию заливочных материалов. Особенно это проявляется в тонких слоях. Кроме того, механический удар и .вибра|Ция разрушающе действуют на металлические детал.и и заливаемые узлы.

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЙ ВЛАЖНОСТИ

Одним из наиболее опасных эксплуатационных факторов, .влияющих на заливочные .материалы и залитое электронное оборудование, является вы.сокая влажность. Вредное действие влажности может проявляться различно. Кроме коррозионного действия .на находящиеся на поверхности .металлические -детали, например зажимы и т. д., влажность может отрицательно влиять .и на заливочные материалы. Большинство сведений, отио-сящ.ихся к действию влаги, относится к полиэфирным и апоксидным смолам. Согласно этим данным эпоксидные смолы в .отношении стойкости к влаге являются более высококачественными. В .связи с этим эпоксидные смолы более широко применяются в тех случаях, .когда изделия эксплуатируются в услов-иях повышенной влажности. Однако существует та.к много видов -материалов, что нельзя считать, что .полиэфиры являются неудовлетворительными во всех случаях.

Возможными причинами замеченной разницы в поведении эпоксидных и полиэфирных смол в условиях высокой влажности можно считать несколько основных исходных положений. Необходимо вспомнить, что, как указывалось в гл. 2, при производстве полиэфирной смолы в ней остается очень небольшое количество свободной кислоты или других незаполимеризованных исходных компонентов. Обычно их так мало, что они не влияют на качество .продукта. Однако -при .совместном действии высоких значений температуры -и влажности возможно, что эти небольшие количества незаполимеризованных материалов смогут реагировать с влагой при температурах, при которых .проверяется циклическое увлажнение согласно военным техническим условиям. Частично это подтверждается тем фактом, -что в некоторых случаях на поверхности полиэфирных материалов образуются продукты деструкции, которые обладают очень плохими электроизоляционными .свойствами [Л. 9-1]. Продукты деструкции имеют вид липких или сиропообразных -капелек на поверхности. Предполагается, что -причиной появления этих продуктов Я1вляет-ся выщела-чивание или реакция с небольшими .количествами свободной кислоты или других остатков неп-рореа-гировавших продуктов, оставшихся в полиэфире.

: Таблица 9-1

Сопротивление изоляции (с контактов на шасси) залитых эпоксидными смолами электронных устройств после 15-дневного циклического воздействия высокой влажности по MIL-E-5272, Мом [Л. 9-1]

№

Обозначения контактов

Примечание. До начала опытов сопротивление во всех случаях превышало 100 ООО Мом,

Таблица 9-2

Сопротивление изоляции (с контактов на шасси), залитых полиэфирными смолами электронных устройств после 15-дневного циклического воздействия высокой влажности по MIL-E 5272, Мом [Л. 9-1]

Примечание. До начала опытов сопротивление во всех случаях превышало 100 ООО Мом.

Наиболее изучено влияние высокой влажности на электроизоляционные характеристики заливочных материалов. Одной из важных характеристик является удельное сопротивление заливочных .материалов и его ухудшение -.в процессе циклического определения влагостойкости. В табл. 9-1 и 9-2 отражено влияние влажности на две партии залитых изделий, отличающихся только видом смолы, .использованной для заливки: в первом случае применялся наполненный двуокисью кремния полиэфирный компаунд, а во втором - эпоксидный компаунд с тем же наполнителем. Циклические испытания на влагостойкость проводились согла.сно военным техническим условиям MIL-E-5272. Сопротивление изоляции в процессе -иопытаний значительно лучше сохранялось у эпоксидного материала, чем у .полиэфирного. В обоих случаях сопротивление изоляции не- , ред испытаниями превышало 100 000 Мом. Из таблиц следует, что сопротивления обоих материалов сильно изменились.

Часто электроизоляционные свойства, например со--противление изоляции, восстанавливаются после -снижения влажности. Время восстановления может колебаться от минут до дней, но заметное восстановление обычно происходит в течение часов.

При изучении влияния .влажности .на сопротивление изоляции необходимо различать -изменения объемного и поверхностного сопротивлений. В тех изделия, где проверяется электрическое сопротивление, например в печатных схемах или контактных кольцах, поверхностное удельное сопротивление часто является более важной величиной. В то время как может .потребоваться несколько дней или даже месяцев для обнаружения влияния влажности на объемное сопротивление, изменение поверхностного сопротивления является почти единственным видом ухудшения, обнаруживаемым достаточно быстро. Разумеется, состояние поверхности пластмассы будет в значительной степени отражаться -на стойкости изоляции -к действию влаги. Большое влияние на поверхностное сопротивление оказывает наполнитель, особенно если материал подвергнут механической обработке.

Buchoff и Botjer .изучали влияние влаги на удельное поверхностное сопротивление нескольких наполненных

и енаполненных эпоксидных систем и время (Восстановления свойств этих систем {Л. 9-2]. Результаты их работ приведены на рис. 9-1-9-4. Из этих рисунков следует, что существует значительная разница между различными эпоксидными системами и . аполнителями.

влаакность, %

Рис. 9-1. Влияние относительной влажности воздуха на удельное поверхностное сопротивление при 35° С ненаполненных эпоксидных

смол [Л. 9-2].

1 - метнлнаднк-ангндрид; 2 - диэтилентриамин; 3 - ароматический амин; 4 - новолачно-эпоксидная смола, ароматический амин.

30 IfO 50 Врепя,мин

Рис. 9-2. Восстановление удельного поверхностного сопротивления ненаполненных эпоксидных смол при относительной влажности воздуха 80% и при температуре 25° С [Л. 9-2].

1 - эраматичесний агмян; 2 - мешилнадикчагагиирид; 3 - диэтилвн>11р1иами .

Ввиду того, что проводить ПОЛНЫЙ комплекс испытаний па готовых изделиях трудно и дорого, а также в связи с тем, ЧТО камеры влажности имеются не на всех предприятиях, в целом ряде случаев применяются менее

дорогие, но надежные методы иопытаний. Например, для того чтобы обеспечить в закрытых емкостях определенную относительную влажность воздуха, шрименяются насыщенные растворы различных солей или растворы серной кислоты.

во 80

Влажность, %

Рис. 9-3. Влияние относительной влажности воздуха на удельное сопротивление при 35° С наполненных эпоксидных смол (Л. 9-2] (отвердитель - ароматический амин).

1 - без наполнителя; 2 - двуокись кремния; 3 - карбонат кальция; 4 - слюда; 5 - силикат кальция.

ID го 30 40 SO 60 70 Влажнцсть,%

Рис. 9-4. Восстановление удельного поверхностного сопротивления наполненных эпоксидных смол при 80% относительной влажности воздуха и 25° С 1Л. 9-2].

i - слюда; 2 - без наполнителя; 3 - двуокись кремния; 4 - силикат кальция; 5 - карбонат кальция.

Простой, удобный И надежный метод определения влияния высокой влажности на электроизоляционные свойства литьевых смол был предложен Graves и Pizzino [Л. 9-3]. Этот метод заключается в помещении

злектродов, залитых проверяемым компаундом в атмо--сферу шовышенной влажности. Схема прибора приведена на рис. 9-5. Залитые компаундом электроды снабжаются плотно пригнанной резиновой пробкой и погружаются в пробирку, которая служит миниатюрной камерой влажности. Выводы электродов подключаются к-измерительным приборам. Как показано на рисунке, вода заливается на высоту 25,4 мм и весь прибор нагревается до температуры 70° С подходящим нагревательным устройством. Пе- риодически прибор удаляется из нагревательной каме-;,ры и охлаждается 2 ч, при 23° С, после чего производятся электрические измерения. После каждого замера прибор опять нагревается. По этому способу влияние влажности определяется путем сравнения с результатами измерений, проведенных при комнатной температуре. Также легко, если это необходимо, подключить Измерительные приборы непосредственно в нагревательной камере, с тем чтобы производить измерения при повышенной температуре.

Проверенные по этому методу компаунды перечислены в табл. 9-3. Влияние увлажнения в течение различных промежутков юремени на важнейшие электроизоляционные свойства показано на рис. 9-6-9-8. Из этих рисунков можно видеть, что полученные данные подтверждают ранее приведенные сведения о лучшей влагостойкости эпоксидных смол по сравнению с полиэфирными. Конечно, необходимо помнить, что в связи с тем, что существуют различия внутри каждой группы мате-

Рнс. 9-5. Схема прибора с залитыми электродами для кондиционирования заливочных компаундов при различной влажности (Л. 9-3].

1 - резиновая пробка; 2 - вода; 3- четыре электрода диаметром 2,38 мм, расположенные под углом 90° друг к другу; 4 - заливочный компаунд; 5 - пробирка диаметром 25 и длиной .200 мм; 6 - поперечное сечение (в удвоенном масштабе).

Плоские образцы

Mdmepudfi

Образцы с запитым злентрадом

О 20 иОБО О 20 <fO 60 80 WOIZOM160180 Выдержка, дни

Рис. 9-6, Влияние увлажнения при ТСС на сопротивление изоляции заливочных компаундов (см. табл. 9-3); измерение на залитых электродах Л. 9-3].