Файл: Доценко Н.С. Долговечность элементов радиоэлектронной аппаратуры (влияние влаги).pdf

загерметизированного элемента, согласно гиперболи­ ческому закону

может быть выражена в виде

ЛР

Dx (/) =

2 (О ІПМрг (/)]}»’

Математическое ожидание времени до отказа функ­ ционального узла, удовлетворяющего плотности распре­ деления (96), согласно выражениям (7) и (8), можно представить в виде

Кроме того, для b >/г существует /г-й момент. Предельное или установившееся значение интенсив­

ности отказов функциональных узлов работающего эле­ мента является удобной количественной оценкой улуч­ шения долговечности.

Полный поверочный расчет долговечности элементов

В простейшей схеме расчета долговечности было при­ нято, что отказ любого функционального узла вызывает отказ всего элемента в целом, но не влияет на срок службы других функциональных узлов. В действи­ тельности очень часты случаи, когда отдельные функ­

установленных допусков. В этих случаях элемент отка­ жет в результате суммарного накопления проникшей внутрь загерметизированного элемента влаги. Обычно предполагают, что скорость проникновения паров воды через герметизирующую оболочку определяется ско­ ростью диффузии, поэтому могут быть использованы основные уравнения диффузии для стационарного (71), (74) и нестационарного (82), (85) потока.

Если имеет место случай накопления проникшей влаги, то отказ элемента при достижении внутри его

144

отожженной керамики и из стекла практически влаго­ непроницаемы, что было доказано в гл. 2, то следует рассматривать только те узлы, которые содержат в себе органические полимерные материалы. Следовательно, под временем эффективной влагозащиты элемента или кабеля следует понимать то время, в течение которого через защитную оболочку из полимерного материала пройдет критическое для данной изоляции количество влаги, которое обычно определяется по формуле (22).

Однако прежде чем определять qKp необходимо решить задачу, заключающуюся в установлении критического давления паров воды или критической величины о. в., при которой электрические характеристики элементов

Для определения величины рк„ представим элемент в виде физической модели (рис. 46), объясняющей пове­ дение элемента в условиях повышенной влажности ок­ ружающей среды [23]. Функциональное ядро 1 опреде­ ляет основное назначение радиодетали как элемента, т. е. в данный функциональный узел обычно входит ак­ тивный элемент и изоляционный материал, а также при­ меняемое влагозащитное покрытие изоляционного ма­ териала, срок службы которого определяется отдельно.

По воздействию паров воды на функциональное ядро радиодеталей, микромодулей, микросхем и интеграль­ ных схем, защищенных полимерной герметизирующей оболочкой, все элементы могут быть разделены на сле­

146

дующие три типа: 1) элементы, внутренний объем кото­ рых заполнен газом и узлы гидроизоляции не контакти­ руют непосредственно с поверхностью узла преобразо­ вания энергии. В этом случае диффузия влаги приводит к увеличению влажности во внутреннем объеме и к ад­ сорбции влаги поверхностью активного элемента; 2) эле­ менты, внутренний объем которых заполнен электро­ изолирующей жидкостью и узлы гидроизоляции не кон­ тактируют непосредственно с поверхностью узла преоб­ разования энергии. При диффузии влаги возможно об­ разование раствора или эмульсии; 3) элементы, в кото­ рых герметизирующий материал непосредственно кон­ тактирует с поверхностью активного элемента при до­ статочной адгезии к нему этого материала. Под достаточ­ ной адгезией герметизирующей оболочки к материалу активного элемента понимается такая адгезия, которая исключает возможность образования пленок воды ме­ жду поверхностями герметизирующего материала и ак­ тивного элемента. Функциональное ядро элемента ха­ рактеризуется выходными параметрами узла. Если по­ местить функциональный узел в условия сухой атмос­ феры и постепенно повышать влажность окружающей среды, то при определенной величине о. в. параметры незащищенного функционального узла станут недопу­ стимо низкими (рис. 45), так как при нахождении за­ герметизированного элемента в условиях повышенной влажности или в воде, герметизирующий материал ув­ лажняется даже в случае совершенной механической конструкции герметизирующего кожуха.

Обычно в этом случае проникновение влаги в диэлек­ трик может подчиняться закономерностям потока 1 влаги (рис. 46) к функциональному ядру элемента че­ рез бездефектную часть оболочки из органического диэ­ лектрика. При этом, если предположить, что диэлек­ трик оболочки изотопный, скорость адсорбции со сто­ роны окружающей среды значительно выше скорости диффузии в оболочке; коэффициент диффузии не зависит от концентрации влаги и температура в процессе диффу­ зии постоянна, тогда скорость диффузии через гермети­ зирующую оболочку подчиняется уравнению [231:

DJSI ACJ,

дх

где D x — коэффициент диффузии через материал обо­ лочки; S t — площадь бездефектной оболочки; Дсх — градиент концентрации влаги; М х — масса влаги, про­ шедшая через бездефектную часть оболочки за время т.

Следует отметить, что состояние 100%-ного содержа­ ния паров воды в атмосфере существует только при спе­ циальных условиях, поэтому рассматривая механизм проникновения паров через неплотные соединения (по­ ток II), необходимо учесть наличие воздуха и паров влаги, содержащихся в нем. Во многих случаях через неплотные соединения поступает смесь воздуха и паров влаги, за счет перепада давлений. Скорости проникно­ вения влаги через неплотные соединения при действии низкого или высокого давления паров окружающей среды могут быть вычислены по графикам или определены [23] по уравнению

(98)

дт

где К*, — коэффициент диффузии вдоль поверхности стыка органической герметизирующей оболочки с ме­

ность, разделяющую вывод и герметизирующую обо­ лочку за время т.

Практика показывает, что элементы, прошедшие контроль после изготовления, не могут иметь дефектных мест в оболочке, так как последние обнаруживаются простыми течеискателями и нет необходимости рассмат­ ривать закономерности влагопереноса через дефектную герметизирующую оболочку (поток III).

Следовательно, количество проникшей к функцио­ нальному ядру элемента влаги за определенный проме­ жуток времени можно определить путем суммирования уравнения (97) и (98).

Полученное выражение можно считать математиче­ ской моделью поведения радиодетали во влажной среде, ибо с количеством проникшей влаги коррелируются все параметры функционального ядра, а величина о. в. в этом случае носит название критической.

Рассмотрим это на примере пьезокерамического пре­ образователя, состоящего из хорошо обожженной ке.

148

рамики и электрического вывода (рис. 47). Керамиче­ ский элемент представляет собой диск с серебреными плоскостями. Поскольку используемая керамика яв­ ляется хорошо обожженной, то наиболее чувствитель­ ным параметром к влаге будет сопротивление боковой поверхности диска, на которой образуется тонкая пленка влаги, снижая ее поверхностное сопротивление. Таким образом, решается первая задача, т. е. опреде­ ляется допустимая критическая о. в. воздуха для керами­

довательно воздействию различной о. в. при темпера­

Результаты проведенных измерений, представляющие среднее из трех измерений, приведены ниже:

Как видно из приведенных значений, снижение по­ верхностного сопротивления Rs керамического элемента ниже допустимого значения наблюдалось при 55%-ной

149