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

Зависимость контактного давления может быть представ­ лена следующим упрощенным выражением:

(1.13)

Выражение (1.13) не содержит членов, описывающих релаксационные свойства компаундов. Поэтому необхо­ димо определить область его применения.

Из (1.13) следует, что контактное давление достигает наибольшей величины при нижней рабочей температуре изделия. Как правило, при низких температурах компа­ унды находятся в стеклообразном состоянии и релакса­ ционные процессы имеют очень большую длительность. Именно в этой области происходит растрескивание ком­ паундов и изменение свойств элементов РЭА за время, значительно меньшее времени релаксации.

В высокоэластическом состоянии скорость релаксаци­ онных процессов термореактивных компаундов значи­ тельно выше, и контактное давление имеет пренебрежи­ мо малую величину. Практически оно не оказывает существенного влияния на работу герметизированной аппаратуры. Следовательно, отказ от учета релаксации напряжений в выражении (1.13) не вызывает значитель­ ной погрешности, но упрощает расчет.

Формула (1.13) дает возможность не только рассчи­ тать контактное давление, но также оценить влияние геометрических факторов, таких, например, как толщина слоя компаунда, диаметр и толщина стенки элемента, на величину контактного давления.

1.4.Влияние внутренних напряжений на параметры

элементов РЭА

Внутренние напряжения представляют собой дополни­ тельную нагрузку на компаунд и герметизированные элементы РЭА, и в результате может быть нарушена целостность компаундов и могут измениться параметрыэлементов РЭА.

18

В случае корпусной герметизации внутренние напря­ жения и термические деформации проявляются в виде трещин в компаунде и отслоений его от стеиок корпуса. Происходит это следующим образом. При охлаждении блока размеры корпуса уменьшаются в меньшей степе­ ни, чем размеры отливки компаунда, так что между ком­ паундом и внутренней стенкой корпуса должен возник­ нуть зазор в соответствии с выражением (1.9):

6=«2—«i = /'o(ct2—di) (Тп—Т),

где го— радиус отливки компаунда при температуре от­ верждения Ти. Вследствие разности ТКЛР материала корпуса и компаунда зазор может достигать значитель­ ной величины. Например, в стальном цилиндрическом корпусе радиусом 50 мм, залитом эпоксидным компаун­ дом без наполнителя, при охлаждении на 100 К теоре­ тический зазор 6 = 50-(100—11) - ІО-6-100=0,45 мм.

Обычно отслаивание происходит не по всей поверхно­ сти компаунда, оно начинается в слабейшем месте, и конфигурация отслоения представляет собой дугу в 30— 180°, так что фактический размер зазора при отслоении равен двойному теоретическому, т. е. в рассмотренном, примере 26 = 0,9 мм.

Компаунд не отслаивается от внутренней стенки кор­ пуса благодаря адгезии. Однако при этом он находится в напряженно-деформированном состоянии. В рассмо­ тренном примере относительная деформация компаунда (если он не отслоился) составляет около 0,9%. Таким образом, при корпусной герметизации компаунд с невы­ сокой адгезией отслаивается от стенок, а хрупкий ком­ паунд с небольшим относительным удлинением при раз­ рыве растрескивается.

Компаунды с хорошей адгезией и относительным удлинением при разрыве более 4—6% обычно не рас­ трескиваются и не отслаиваются (при отсутствии термо­ ударов), однако при любых условиях внутренние напря­ жения влияют на герметизированные элементы РЭА.

При бескорпусной герметизации блоков условия ра­ боты компаунда легче и отслоение, естественно, исключа­ ется, однако необходимо учитывать возможность растре­ скивания компаунда в местах концентрации внутренних напряжений, а также изменение параметров элементов.

Анализ выражения (1.13) показывает, что напряже­ ния, возникающие в сопряженной системе цилиндр —

компаунд, пропорциональны разности возможных изме­ нений размеров тел и обратно пропорциональны подат­ ливости материалов (компаунда и цилиндра). Податли­ вость упругим деформациям характеризуется обратной величиной модуля упругости. Кроме того, податливость определяется соотношением геометрических размеров: тонкостенные цилиндры деформируются легче, чем тол­ стостенные.

1) (л=+1)/(л--1)-/(л); 2) Р=/(л).

Рис. 1.6. Зависимость контактного давления от показателя толщины компаунда при различных показателях толщины стенки элемен­ та РЭА.

Это значит, что при прочих равных условиях элемен­ ты, изготовленные из материалов с малым ТКЛР (стек­ ло, керамика и ферриты), будут испытывать наиболь­ шее контактное давление.

Толщина слоя компаунда существенно влияет на ве­ личину контактного давления. Как следует из выраже­ ния (1.13), при увеличении толщины слоя компаунда, т. е. при увеличении n=<R/r0, контактное давление увели­

П т(я2+ 1)/(я2—1) = 1

П-*00

и зависимость контактного давления от толщины слоя может быть представлена графиком рис. 1.5. Как сле­ дует из кривых 1 и 2, при Д/го1>4 величина (я2+1) : : (я2—1) приближается к своему предельному минималь-

20

ному значению, равному единице, а контактное давление достигает предельного максимального значения Рмакс и при дальнейшем увеличении толщины слоя компаунда практически не увеличивается, т. е. Р = Рмакс при Р^4го. С помощью формулы (1.13) и кривых рис. 1.5 можно рассчитать абсолютное значение контактного давления, оценить условия работы отдельных элементов РЭА и определить элемент, работающий в наихудших условиях.

Например, для элементов цилиндрической формы ра­ диусом го=10 мм максимальное значение контактного давления возникает при толщине слоя компаунда, рав­ ной или больше 35 мм, т. е. при R ^ A r a=A0 мм. Для герметизации единичных элементов слои такой толщины обычно не применяюстя, однако в блоках РЭА, состоя­ щих из плат с навесным монтажом, модульных конст­ рукций и т. п., толщина слоя вокруг отдельных элемен­ тов может достигать значительной величины.

Легко подсчитать, что этот же элемент, покрытый компаундом с толщиной слоя 1 мм, нагружен контакт­ ным давлением, равным О.ЗРмакс-

Очевидно, что при прочих равных условиях, отно­ шение P/го будет тем больше, чем меньше диаметр эле­ мента. В герметизированном блоке малогабаритные эле­ менты находятся под большим контактным давлением, чем расположенные рядом массивные, т. е. малогабарит­ ные элементы находятся в относительно худших усло­ виях.

Контактное давление увеличивается с увеличением толщины стенки. Это значит, что на пустотелые элемен­ ты действует меньшее по величине контактное давление, чем на сплошные такого же диаметра. В зависимости от показателей толщины слоя компаунда п и стенки Пі — =Гі/г0 относительная величина контактного давления мо­ жет быть рассчитана по графикам рис. 1.6.

Например, при п = 4 контактное давление на кольце­

дечниками из магнитно-мягких материалов. Как известно,

электромагнитные свойства магнитно-мягких материалов весьма чувствительны к воздействиям механических на­

21

грузок. Так, электромагнитные свойства высокопрони­ цаемых марганец-цинковых и ннкель-цинковых ферритов чувствительны к механическим воздействиям при нагруз­ ках выше 50-ІО4 Н/м2 [53]. В зависимости от величины нагрузки проницаемость в слабых полях и таигеис угла потерь существенно изменяются. В области малых на­

на рис. 1,7 (пот — амплитуда перемагничиваиия ненагруженного сердечника). Независимо от знака деформации (растяжения или сжатия) при напряжениях (600— 800) Н/м2 уменьшение амплитуды сигнала перемагничивания достигает 40—50%. Дальнейшее увеличение на­ пряжения вызывает необратимые изменения — трещины, сколы и т. п.

Изменение электромагнитных свойств магнитно-мяг­ ких материалов является причиной изменения тока хо­ лостого хода /хх трансформаторов и дросселей, наруше­ ний в работе счетно-решающих устройств, содержащих сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса, и т. п. отклонений от заданного режима. Эти отклонения про­ исходят независимо от того, каким образом созданы на­ пряжения в магнитно-мягком материале.

Внутренние напряжения влияют на электромагнитные свойства сердечников из магнитно-мягких материалов так же, как и сосредоточенная или равномерно распре­ деленная внешняя нагрузка.

Например, по данным [47], колебания температуры окружающей среды на ±50 К относительно среднего значения вызывают изменение тока холостого хода трансформатора, герметизированного жестким компаун­ дом, на ±40%' (рис. 1.8).

22