Файл: Галушко, А. И. Внутренние напряжения в герметизирующих компаундах радиоэлектронной аппаратуры.pdf

значительно выше, чем компаунда К.ЭП-5, что подтвер­ ждается испытаниями и практическим опытом примене­ ния этих компаундов. Таким образом, сведения о по­ казателе П дают возможность произвести предвари­ тельный выбор компаунда с учетом его внутренних напряжений и прочности. Очевидно, чем больше показа­ тель П, тем меньше вероятность растрескивания ком­ паунда в конструкции.

5.2.Метод нормирования нагрузок

Более точно задача о вероятности растрескивания решается методом нормирования нагрузок и прочности материала {56]. Этот метод принят при расчете конст­ рукций из жестких полимерных материалов.

Введем некоторые понятия, принятые в теории и практике сопротивления жестких полимерных мате­ риалов.

Считается, что одним из самых несложных видов нагружения является быстрое статическое нагружение до определенного тензора напряжения с последующей выдержкой материала при нагрузке [56]. При этом материал разрушается по истечении некоторого срока. Если тензор напряжений меньше определенного значе­ ния, разрушения материала со временем не происходит. Такое значение тензора напряжения называется пре­ дельной длительной прочностью полимерного материала.

Практически найдено, что длительная прочность сгр

86

нагрузка на компаунд. Тогда гарантия определяется

/Y0=To. Если при каких-то условиях внутренние напря­ жения равны Уі, так что Уі <Уо, то относительная ве­ роятность растрескивания будет F(xі), а неразрушения F( Yі)—F(Xi). Если Y2 > Y q, то относительная вероят­ ность растрескивания будет /•’(Уг), а отсутствия трещин F (X2) —F(Y2). Х отя среднее значение прочности ком­ паунда выше среднего значения приложенного напря­ жения, это не гарантирует полной сохранности компаун­ да. Как следует из рис. 5.1, в области величин напря­ жений от А до В существует вероятность того, что слабое место в отливке компаунда попадет под сильную нагрузку, следовательно, существует вероятность, что часть отливок (пропорциональная заштрихованной пло­ щади) растрескается. Показано, что при нормальном законе распределения прочности и внутренних напря­

личина окружного растягивающего напряжения в наи­

Повышения гарантии, т. е. сокращения зоны AB можно добиться путем увеличения прочности компаун­ дов. Тогда зона AB уменьшится за счет перемещения кривой распределения прочности вправо. Этого же эффекта можно достигнуть путем уменьшения величины среднеквадратического отклонения прочности. Уменьше­ ние разбросов прочности достигается путем рациональ­ ного выбора состава компаундов и технологии их изго­ товления. Конструктор должен контролировать гарантию и не допустить к применению компаунд с большой ве­ роятностью растрескивания, даже если этот компаунд

87

обладает комплексом хороших электроизоляционных и технологических характеристик.

Расчеты по формуле (5.1) удобно представить гра­ фически. Для этого необходимо вычертить в одном мас­

Рис. 5.2. Температурная зависимость прочности и внутренних напря­ жений в компаунде ЭЗК-11:

ЭЗК-11 установлена температурная зависимость кон­ тактного давления, а затем по формуле определена ве­ личина максимального значения окружного напряжения на границе раздела деталь — компаунд (рис. 5.2). Затем вычислены среднее значение и дисперсия приложенного напряжения. Экспериментально определена разрывная

прочность ор компаунда ЭЗК-11. Учитывая, что по дан­ ным [46] длительная прочность эпоксидных компаундов

88

Гарантии. График зависпсимости гарантии от температу­ ры приведем па рис. 5.3. С помощью этого графика мож­ но определить диапазон температур, в котором обеспе­ чивается заданная величина гарантии. Снижение гаран­ тии с понижением температуры объясняется ростом вну­ тренних напряжений, тогда как прочность компаунда остается практически неизменной в диапазоне рабочих температур.

С помощью графика рис. 5.3 можно решить и обрат­ ную задачу: определить гарантию компаунда в задан­ ном диапазоне температур. При расчете гарантии сле­ дует учесть, что указанная в [46] рекомендация по определению длительной прочности эпоксидных компа­ ундов может применяться для предварительных расче­ тов. Строго говоря, для прогнозирования длительной прочности следует пользоваться формулой Журкова.

Конечно, условия работы компаундов в модели мо­ гут значительно отличаться от условий работы в реаль­ ных изделиях из-за наличия в них деталей с острыми углами и кромками и других концентраторов напряже­ ния. Однако, исходя из критериев силового подобия при моделировании, можно утверждать, что характер рас­ пределения внутренних напряжений в герметизирующем компаунде зависит не от характеристик компаунда, а от особенностей конструкции и концентраторов напряже­ ния. Характеристики компаунда определяют лишь абсо­ лютную величину внутренних напряжений в той или иной области заливки. Это значит, что при сравнении двух компаундов отношение внутренних напряжений, возникающих в одной и той же области конструкции, равно отношению контактных давлений этих компаун­ дов, измеренных в цилиндрической модели.

Из-за концентраторов напряжения, имеющихся в лю­ бой конструкции РЭА, абсолютная величина гарантии компаунда оказывается ниже, чем рассчитанная по измерениям в цилиндрической модели. Однако гаран­ тия компаунда в конструкции тем выше, чем выше она в модели.

Величину гарантии можно принять в качестве кри­ терия оценки пригодности компаундов при решении по крайней мере двух задач: 1) при совершенствовании или разработке принципиально нового устройства РЭА; 2) при повышении требований к существующему уст­

ройству: увеличении нагрузок, расширении диапазона рабочих температур и т. и.

Взадачах первого типа знание гарантии позволяет уже на стадии проектирования исключить из рассмотре­ ния компаунды с худшим показателем стойкости к рас­ трескиванию.

Взадачах второго типа данные о контактном дав­ лении и гарантии позволяют принять обоснованное решение о необходимости в связи с изменившимися требованиями заменить герметизирующий компаунд. Если такая необходимость доказана, то можно опреде­ лить, какой из предлагаемых новых компаундов дейст­ вительно лучше по величине гарантии и обосновать целесообразность применения того или иного компаунда.

5.3.Оценка компаундов по контактному давлению

Специфические проблемы возникают при герметиза­ ции механически непрочных и чувствительных к дейст­ вию нагрузок элементов РЭА, так называемых слаботочных или тензочувствительных. К их числу относятся керамические платы микромодульных схем, катушки, намотанные тонким проводом, трансформаторы с пермаллоевыми и ферритовыми сердечниками и т. п. Ярко выраженная зависимость параметров слаботочных эле­ ментов от величины приложенной нагрузки и сравни­ тельно невысокая их механическая прочность приводят к тому, что контактное давление может либо изменить их параметры и вызвать погрешность в работе электрон­ ных схем, либо вывести их из строя раньше, чем произойдет растрескивание компаунда. В таких случаях абсолютная величина контактного давления является решающим критерием работоспособности компаундов в конкретном изделии.

Методика подбора компаунда для герметизации слаботочных элементов сводится к поиску такого ком­ паунда из числа пригодных, контактное давление кото­ рого в диапазоне рабочих температур изменяет пара­ метры элементов в пределах допустимого по ТУ откло­ нения. Например, в ходе предварительного анализа выяснено, что для герметизации ферритовых сердечни­ ков в данном устройстве равнопригодны по своим элек­ троизоляционным и технологическим свойствам ком­ паунды МБК-1, МБК-3, КТ-102 и СКТНП.

90

Для того чтобы выбрать компаунд, необходимо знать уровень допустимого отклонения критического параметра сердечника и температурную зависимость внутренних напряжений предполагаемых компаундов.

Предположим задано, что в данном изделии допу­ скается 10%-ное снижение амплитуды сигнала перемагничивания ферритового сердечника марки М 0,25 ВТ. Строятся графики температурной зависимости контакт-

Рис. 5.4. Схема подбора компаунда по допустимому отклонению сигнала 'перемагинчнвания:

ного давления компаундов и график изменения ампли­ туды сигнала перемагничивання феррита от величины деформирующего усилия, как показано на рис. 5.4. По графикам находим, что 10%-ное отклонение сигнала перемагничивання происходит при нагружении сердеч­ ника нагрузкой 130-ІО4 Н/м2, что соответствует кон­ тактному давлению компаунда СКТН-1 при 195 К, ком­ паунда КТ-102 при 220 К, компаунда МБК-3 при 223 К, компаунда МБК-1 при 240 К-

Если задана нижняя рабочая температура 213 К, то для герметизации можно применить только ком­ паунд СКТН-1, так как остальные компаунды создают контактное давление значительно больше допустимого. Так, компаунд КТ-102 при 2ГЗ К создает давление 150-ІО4 Н/м2, в результате чего отклонение сигнала перемагничивания составит 13%, что больше допустимого.

Если допустимое значение контактного давления разработчику аппаратуры неизвестно, его можно опре­ делить следующим образом. Находят по справочнику