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

разрушение; в) коррозия контактов, приводящая к отказу ре­ зистора; г) пористость материала каркаса п внешнего покрытия, приводящие к коррозии проводов у проволочных резисторов.

Наиболее трудным режимом работы для резистора является такой, когда резистор в обесточенном состоянии находится в ус­ ловиях повышенной влажности долгое время, а затем нагру­ жается.

Повышенная относительная влажность окружающей среды не влияет на физические процессы, происходящие в электро­ вакуумном приборе, но может привести к появлению проводя­ щих пленок на поверхности и к коррозии выводов. Особенно это сильно наблюдается в электронных приборах СВЧ, имею­ щих дисковые выводы.

Существенное влияние на долговечность оказывает процент влажности в корпусе полупроводникового прибора.

При действии повышенной влажности на негерметпзнроваиные конденсаторы, в которые вода проникает за счет диффузии через пластмассовую опрессовку, либо в местах соединения вы­ водов и пластмассы, происходит увеличение tg б и уменьшение сопротивления изоляции (см. гл. 2, 4).

Основные отказы у моточных изделий (дроссели, катушки индуктивности и трансформаторы) вызываются разрушением изоляции под действием высокой влажности и температуры. К ним относится обрыв обмотки, межвитковые замыкания, про­ бой на корпус или между жилами и т. д. Эти отказы в основном зависят от конструкции и от культуры производства.

По изложенным причинам функциональные узлы, детали конструкции, а также конструкции элемента в целом должны обязательно иметь защиту от действия влаги. Рациональность конструкции влагозащитной полимерной оболочки определяется

и методами защиты: механические конструкции, механизмы, радиоэлементы и монтаж. Механические конструкции при дли­ тельном действии влаги подвергаются коррозии. Для защиты механических конструкций от действия влаги применяются за­ щитные покрытия, выбор материала для которых необходимо производить в зависимости от влагопроницаемости и диффузии материала.

Существенно влияние влажности на монтаж, в котором при длительном воздействии влажности происходит изменение свойств изоляции проводов, что снижает сопротивление утечки, увеличивает паразитные емкости и т. п. С этой целью необходимо применять влагостойкие изоляционные материалы или поме­ щать изоляционный материал в герметичную оболочку, толщина которой должна определяться из условия диффузии влаги через оболочку.

Однако основное влияние влажность оказывает на радио­ элементы. Методы защиты радиоэлементов от действия влаги играют очень важную роль в конструкции элемента. Возмож­ ность создания долговечных элементов появилась в связи с при-

48

мененнем функционально-узлового метода конструирования элементов, о котором было сказано выше. Применение этого метода требует от конструктора глубокого знания материалов и их свойств, умения разрешать комплекс вопросов по распре­ делению функций влагозащиты между герметизацией аппара­ туры или блоков в целом и улучшением защищенности монтажа, радиоэлементов и узлов.

Производственные фанторы

Долговечность элементов зависит в известной степени от технологии производства, от проблемы обеспечения влагозащнты, от проблемы устранения воздушных включений при герметиза­ ции элементов полимерными материалами. Наличие воздушных включений в герметизирующем материале, так же как и присутст­ вие влаги внутри элемента, является причиной появления раз­ личных дефектов в готовых элементах. Эти производственные факторы вызывают ухудшение механических и электрических свойств, а также пробой герметизирующего материала в про­ цессе эксплуатации. Производственные факторы, снижающие срок службы элементов, связаны с недостаточностью технологи­ ческих процессов, с нарушениями технологии, со слабым кон­ тролем качества продукции и др.

Устранение влаги в процессе герметизации требует большой тщательности при всех технологических операциях. Кроме того, при разработке приемов удаления влаги из полимерного герме­ тизирующего материала или из активного элемента следует осо­ бое внимание уделить условиям хранения герметизирующего материала и конструкции элемента, предназначенного для гер­ метизации. В противном случае могут произойти необратимые процессы в материале, приводящие к проникновению влаги в активный элемент и к отказу элемента.

Можно предположить, что скорость необратимых процессов в зоне дефекта для каждого элемента при неизменном режиме нагрузки есть величина постоянная до тех пор, пока величина перегрева остается без изменения и скорость проникновения влаги также постоянная и зависит от влагопроницаемости ма­ териала. Если процессы разрушения зашли так далеко, что тем­ пература в зоне дефекта начинает повышаться, то это вызовет в свою очередь увеличение скоростей разрушения и проник­ новения влаги в загерметизированный элемент. Такая обратная связь приведет к лавинообразному процессу разрушения актив­ ного элемента.

Таким образом, срок службы элемента есть функция неко­ торой случайной величины, обратной скорости необратимых про­ цессов в зоне скрытого локального дефекта; в свою очередь тем­ пература в области дефекта и скорость проникновения влаги определяются размерами и характером дефекта.

Исходя из экспоненциальной зависимости скорости проник­ новения в материал влаги в зоне дефекта, можно прийти к вы­ воду о существовании такого порогового значения температуры, ниже которой скорость проникновения влаги будет очень малой (определяется растворимостью влаги в материале и влагопро­ ницаемостью), а срок службы элемента при определенной влаж-

ности — практически неограниченным, т. е. значительно больше установленного технического ресурса.

С другой стороны, при повышенных значениях температуры (т. е. при значительных дефектах) лавинообразный процесс раз­ рушения всего элемента наступит довольно быстро, так как с по­ вышением температуры значительно повышается разностное давление паров воды, что приводит к ускорению продвижения паров воды через герметизирующий материал.

Следует учитывать не только локальные повышения темпе­ ратуры в зоне скрытого производственного дефекта, но и другие факторы, влияющие на скорость проникновения влаги, а именно: напряженность электрического поля, механические напряжйния, а также технологию соединения полимерных материалов и металлических деталей элементов с другими функциональными узлами, которые могут также влиять на скорости необратимых процессов узла преобразования энергии и сроки службы эле­ ментов.

Момент возникновения лавинообразного процесса разруше­ ния элемента во время эксплуатации зависит от размеров дефект­ ного участка, его расположения, степени разрушения структуры материала или отклонения от нужного состава и других обстоя­ тельств, которые не могут быть заранее известны. Длительные специальные испытания и опыт эксплуатации элементов пока­ зывают, что может быть достигнута высокая степень герметиза­ ции элементов.

Если известен какой-либо признак xit характеризующий опасность скрытого дефекта данного вида для работоспособности элемента, то он несет лишь частичную, неполную информацию о скрытом дефекте и, следовательно, точное определение срока службы элемента с заданным значением х; найти нельзя, поэ­ тому следует искать связь между значениями х{ и вероятностью безотказной работы элемента в условиях повышенной относи­ тельной влажности. Признаки типа х{ можно назвать техноло­ гическими признаками качества, поскольку часть их можно из­ мерить лишь в условиях производства, когда полный цикл из­ готовления элементов еще не завершен. Найдем соотношение между долговечностью элементов и признаками типа Х[. Пред­ положим, что причиной отказа совокупности элементов опреде­ ленного типа являются скрытые производственные дефекты оп­ ределенного вида, описываемые одним признаком х(. Тогда ус­ ловная вероятность отсутствия отказов в промежутке времени

с заданными значениями xt в промежутке 0—t. Безусловная плотность вероятности запишется как

(37)

—со

50

где

причем ср (л:) — функция распределения элементов по признаку х. Из выражений (37) и (38) имеем

Условную вероятность безотказной работы можно предстЭ'

вить как

/

b J

где Л (т/х) можно назвать частотой (условной интенсивностью) отказов элементов, т. е. относительной скоростью отказов эле­ ментов при фиксированном значении признака качества хг (па­ раметра потока отказов). Параметром потока отказов Л (т/х) называется предельное значение отношения вероятности появ­ ления хотя бы одного отказа (в потоке отказов) за промежуток времени At, к длине этого промежутка:

где pj (/, Д/) — вероятность появления одного отказа за проме­