Герметизация и герметики

Категория:
Производство радиоаппаратуры


Герметизация и герметики

Современная электронная аппаратура содержит большую номенклатуру материалов и предназначена для работы в самых разнообразных окружающих условиях. Для обеспечения длительной работоспособности аппаратуры в ее составе используют различного рода адгезивы и герметики.

Например, лампы, резисторы, катушки индуктивности в коммерческих или бытовых радио- и телевизионных приемниках работают в стабильных окружающих условиях, где температура и влажность изменяются очень мало. Для экономии и обеспечения минимальной защиты от механических ударных нагрузок и действия окружающих сред могут использоваться такие термопластичные материалы, как воск, битум и бытовые клеи. Однако с повышением электрических напряжений в электронной системе к ней начинают предъявлять более высокие требования и степень воздействия окружающих сред будет зависеть от уровня герметизации аппаратуры.

В связи с этим, по-видимому, полезно рассмотреть некоторые вопросы, определяющие надежность работы синтетических компаундов, таких, как фенольные и полиэфирные пластики, эпоксидные смолы, полисульфиды, фторсодержащие и кремнийорганические соединения.

Фенольные смолы

Фенольные смолы па основе нитрила имеют относительно низкую механическую прочность, однако их рабочая температура более высокая (175 °С). Они инертны к действию влаги, но выделяют летучие продукты более интенсивно, чем полиэпоксидные смолы. Винильные фенолы обладают промежуточными механическими свойствами. Они, так же, как и нитридные фенолы, имеют тенденцию к выделению газа и становятся хрупкими при старении.

Полиуретаны

Полиуретаны являются, вероятно, наиболее разнообразными по своим свойствам смолами. Их состав может быть таким, что они будут представлять собой относительно Слабые эластомеры. Однако они могут обладать достаточно большой механической прочностью в тех случаях, когда не содержат в своем составе пластификаторы.

Полисульфиды

Применение полисульфидов в качестве герметиков определяется их высокой устойчивостью к воздействию различных факторов окружающей среды. Полисульфиды целесообразно использовать в тех случаях, когда температурные коэффициенты расширения сопрягаемых материалов существенно различаются. Этим обеспечивается герметизация без образования больших внутренних механических напряжений в системе. Если в системе, которую герметизируют жесткой эпоксидной смолой, на детали, чувствительные к давлению, нанести перед герметизацией подслой из полисульфида, это обеспечит защиту таких деталей от воздействия больших механических напряжений в широком диапазоне температур. Полисульфиды в своем составе имеют пластификаторы, часть которых является растворителями. Это необходимо учитывать в тех случаях, когда критичным является выделение летучих продуктов.

Эпоксидные смолы

Неотвержденные эпоксидные смолы существуют как в жидком, так и в твердом состоянии в зависимости от количества эпоксидных групп. Они обладают очень хорошей смачивающей способностью. При реакции с аминами и ангидридами кислот они образуют жесткие и прочные смолы с очень малой усадкой в процессе отверждения. Существует много различных типов эпоксидных смол. Свойства их можно регулировать применением соответствующих растворителей, неорганических наполнителей и отвердителей.

По температуре отверждения эпоксидные смолы можно разделить на три типа:
— отверждающиеся при комнатной температуре. Это означает, что приемлемая степень отверждения может быть достигнута при комнатной температуре в относительно короткое время, обычно через 24 ч. Относительно полное отверждение может наступить через неделю. Эпоксидные смолы, отверждающиеся при комнатной температуре, могут вызывать коррозию и выделять значительное количество летучих продуктов; они являются также более чувствительными к действию влаги. Растворители могут размягчать и разрушать составы такого типа;
— отверждающиеся при умеренных температурах (до 95 °С); они отверждаются до относительно хрупкого состояния, но меньше повреждают металлические приклеиваемые поверхности, такие, как латунь;
— отверждающиеся при высокой температуре. Как правило, они являются наиболее устойчивыми к действию воды и растворителей, дают относительно жесткую и твердую смолу и обладают хорошей адгезией при использовании в качестве клеев в соединениях, подвергающихся воздействию напряжений растяжения и сдвига. Выделение летучих продуктов в них ограничивается абсорбируемыми атмосферными газами.

Эластомеры на основе смол

Эти составы являются комбинацией очень эластичных материалов с жесткими смолами, такими, как эпоксидные или фенольные. Обычно они отверждаются при температуре около 180°С в течение 1 ч.

Полиэпоксиды

Эти смолы очень легко перерабатываются, поскольку они не требуют применения больших давлений (лишь бы был обеспечен контакт со смачиваемой поверхностью). Они настолько хорошо смачивают поверхность, что при их правильном использовании образуется слой или шов, аналогичный шву при использовании немодифицированных эпоксидных клеев. Кроме того, они выделяют меньше летучих продуктов по сравнению с другими клеями. Недостатки этого вида смол: относительно низкая максимальная рабочая температура (100°С), чувствительность к влаге и ослабление механической прочности при повышении влажности. Например, их прочность на сдвиг может уменьшиться на 50% после выдержки в течение 10 дней при влажности 95%.

Кремнийорганические соединения

Кремнийорганические соединения могут использоваться в виде однокомпонентных и двухкомпонентных систем с отверждением при комнатной и более высоких температурах или в качестве высокотемпературной однокомпонентной массы. Они могут представлять собой жидкости с различной вязкостью. Однокомпо-нентные кремнийорганические соединения достаточно хорошо совмещаются с поверхностями различного типа без использования грунтовки. Однако в некоторых случаях грунты могут несколько улучшать силу сцепления.

Кремнийорганические смолы не вызывают сильной коррозии, однако они содержат летучие вещества и их выделение может вызвать повышение контактного переходного сопротивления, поэтому их отверждение целесообразно проводить под вакуумом.

Полиэфирные смолы

Этот тип смол используется в плоских многожильных кабелях и гибких печатных схемах. Для расплавления этих смол и их приклеивания к поверхностям нужна температура около 150 °С. Полиэфирная пленка не сорбирует воду, по удерживает влагу, адсорбированную на ее поверхности.

Факторы, определяющие выбор смолы для герметизации

Выбор смолы для каждого конкретного применения основывается на электрических, физических и химических свойствах полностью отвержденной смолы, а также на ее технологичности во время переработки до отверждения. Рассмотрение таких критичных свойств, как способность вызывать коррозию, выделение летучих продуктов, поглощение влаги и т. д. существенно в тех случаях, когда ясно, что ни одна из смол не может удовлетворить всем необходимым требованиям и, таким образом, окончательный выбор смолы должен основываться на компромиссном решении.

Электрические и физические свойства. На электрические свойства смолы влияют наличие или отсутствие полярных групп, жесткость смолы, определяемая выбранными реагентами, образующими поперечные связи, и температура.

Физические свойства смол, играющие роль при их применении в электронной аппаратуре, изменяются под действием влажности. В зависимости от конкретного применения используются различные виды смол — от очень прочных, обеспечивающих жесткость конструкции, до смол, прочность которых не имеет большого значения, так как они используются в конструкциях с малой массой.

Коррозия. Влияние коррозии наиболее серьезно и очевидно на чувствительные электрические контакты и щетки. Например, латунные контакты, залитые в смолу, отвержденную диэтилентриамином (ДЭТА), становятся черными или темно-коричневыми. Этот эффект наиболее заметен во влажной атмосфере. Позолоченные контакты после выдержки в отвердителе, в состав которого входят ДЭТА или триэтилентетра-мин (ТЭТА), покрываются пятнами. Эти пятна вызваны увеличением пористости золотого покрытия.

Эпоксидные смолы, отвержденные ТЭТА, также вызывают потускнение латуни и золоченых латунных контактов, причем более сильное, чем потускнение, обусловленное действием только влаги и тепла. Контакты, выдержанные только в ДЭТА и ТЭТА, не чернеют, но на них образуется зеленоватый осадок. При выдержке в эпоксидной смоле, отвержденной диэтил-аминпропиламином (ДЭАПА), контакты также тускнеют и покрываются налетом.

Полисульфидные герметики, отверждаемые двуокисью-свинца, также вызывают небольшое изменение в медных контактах, тогда как при отверждении дихроматом это изменение очень значительно. Если полисульфидные герметики хранятся или эксплуатируются при температуре 95 °С, то все они вызывают значительную коррозию.

Кремнийорганические смолы по-разному влияют на коррозию материалов, но они содержат летучие вещества и с практической точки зрения их необходимо сушить в вакууме.

Не вызывают коррозии эластомеры полиуретана, отвержденные метилен-о-хлоранилином.

Выделение летучих продуктов и газов. Летучие продукты, выделяющиеся из органических материалов, рассматриваются как серьезные загрязнители среды. Их конденсация и вызванная этим коррозия являются серьезной проблемой в вакуумированных изделиях и блоках, работающих при пониженном давлении. Для жесткой эпоксидной системы с большим ко-

ЛИчесТвом поперечных связей выделение летучих продуктов ограничивается сорбированными и несор-бированными атмосферными газами и парами, такими, как пары воды и углекислый газ. Пластифицированные эпоксидные системы и эластомеры, такие, как нитрилфенольные резины, значительно сильнее выделяют летучие продукты, чем жесткие системы, поскольку их сорбционная способность выше и в них имеются не полностью заполимеризованные летучие фракции. Летучими продуктами полиуретановых смол являются водород и окись углерода. Полиэтилен выделяет углеводороды.

Сорбция влаги. Эпоксидные смолы сильно различаются по способности сорбировать воду, причем полужесткие смолы имеют тенденцию сорбировать больше воды, чем жесткие смолы с большим количеством поперечных связей. Полужесткие системы в течение 360 дней могут сорбировать 7% влаги. Жесткие системы с аминиыми отвердителями сорбируют 1—2% воды в течение первых 8 дней после отверждения, но после этого сорбция увеличивается мало.

Использование смол

В радиоэлектронной промышленности смола может использоваться как уплотняющий материал, герметик или покрытие, а также как пропитывающий материал. Во всех этих случаях необходимо, чтобы она обеспечивала хорошую адгезию. Адгезионная связь необходима для осуществления плотного контакта на границе раздела между смолой и присоединяемой поверхностью. Электрические свойства системы определяются при этом только объемными электрическими свойствами смолы или присоединяемой поверхности.

Если из-за отсутствия адгезии на границе раздела образуются пустоты, то в этом месте возникает слой с низкой электрической прочностью. При образовании на границе раздела частичного вакуума напряжение пробоя этого слоя (полости) уменьшается. При заполнении этой полости влагой она может стать даже проводящей.

Даже при хорошей адгезии сохраняется возможность образования пустот на границе раздела, особенно в том случае, когда полимер и подложка обладают разными коэффициентами расширения. Для материалов с высоким температурным коэффициентом расширения температурные флуктуации могут вызвать появление напряжений, по величине больших, чем может выдержать хотя бы один из сопрягаемых материалов. Поэтому в электронных блоках, в которых необходима герметизация стеклянных и керамических деталей жесткими эпоксидными смолами, эти детали должны предварительно покрываться эластичным материалом типа полисульфидной или кремний-органической смолы, который обладает достаточной для данного применения прочностью.

Печатные платы. Использование печатных плат является одним из методов миниатюризации. Они могут представлять собой жесткие пластины с односторонним или двусторонним нанесением проводящих дорожек. Эти платы могут набираться в панели. Кроме того, в качестве печатных плат могут применяться гибкие подложки.

Для покрытия плоских жестких печатных плат используют эпоксидные или полиуретановые смолы для работы при температурах до 120 °С или кремний-органические смолы для работы при температурах до 260 °С.

Жесткие печатные платы, которые собирают в пакеты, соединяются майларовой или мелинексовой пленкой, покрытой с обеих сторон термопластичным или термореактивным связующим составом. Компоненты в стеклянных корпусах (например, диоды, транзисторы и вакуумные лампы) защищают вспененными полисульфидными покрытиями или кремнийорганиче-скими смолами в зависимости от рабочей температуры компонентов. Литые колпачки из кремнийорганической резины обеспечивают соответствующую амортизацию для чувствительных компонентов.

Электрическое сопротивление в схеме повышается, если отверстия и выводы герметизируются кремний-органической смолой. Чувствительные к механическим воздействиям компоненты могут быть защищены заливкой вспененным кремнийорганическим составом.

Катушки индуктивности. Эпоксидные смолы обеспечивают максимальный уровень электрической изоляции обмоток соленоидов и трансформаторов. Изоляцию осуществляют покрытием провода смолой в процессе намотки катушек либо их пропиткой под вакуумом после окончания процесса намотки. В первом случае может успешно использоваться полиамидная смола. Эпоксидные смолы являются достаточно вязкими, поэтому при намотке на проводе удерживается достаточное количество смолы, обеспечивающее полное заполнение пространства между отдельными витками. Эти смолы отверждаются при комнатной температуре в течение 16 ч и в течение 1—2 ч при температуре 75 °С.

Вакуумная пропитка эпоксидными смолами требует применения более жидких смол с отверждающимн аминами. Однако более предпочтительны в этом случае ангидридные отвердители.

Сердечники из отдельных пластин. Эти сердечники соединяются в блок с помощью вакуумной пропитки эпоксидной смолой, отверждаемой ангидридными от-вердителями. Если используется жидкая смола, например винилфенол, то отдельные пластины сердечника покрываются ею перед сборкой. Затем эти пластины в сухом виде набираются в пакет для последующего отверждения под действием тепла и давления.

Детали с винтовой нарезкой. Для крепления деталей с нарезкой используются три категории компаундов:
— смолы с растворителями, например алкидные смолы, широко используются в тех случаях, когда пары растворителей не вызывают отказа в работе изделия;
— анаэробные полиэфиры, отверждаемые в отсутствие воздуха; катализатором процесса отверждения является металл самих деталей с винтовой нарезкой. Использование этого типа смол ограничено особенностями их отверждения: та часть смолы, которая граничит с окружающей средой, может стать источником летучего мономера, который может повлиять на качество электрических соединений;
— эпоксидные смолы, отверждаемые промежуточными отвердителями, такими, как диэтиламинопропи-ламин, имеют наименьшую тенденцию к выделению летучих продуктов.

Корпуса. Отдельные компоненты могут требовать защиты от атмосферных воздействий или требовать вакуумпрования в металлических корпусах. Если в конструкции используются жесткие основания и крышки с согласующимися коэффициентами расширения, то целесообразно использовать эпоксидные смолы, отверждаемые отвердителями, не вызывающими коррозию металлических частей. В этом случае более предпочтительными являются тиксотропные смолы с неорганическими наполнителями, поскольку плохая подгонка деталей металлического корпуса может привести к тому, что жидкие эпоксидные смолы могут затекать внутрь корпуса.

Необходимо быть особенно внимательным при отверждении смол при повышенных температурах, так как захваченный воздух может вызвать образование газовых пузырей и раковин.

Некоторые рекомендации при герметизации смолами:
— если в корпусе находятся изделия, содержащие тонкие гибкие материалы, пли температурные коэффициенты расширения применяемых материалов не согласованы, необходимо использовать герметики на основе эластомеров;
— если в состав блока не входят электрические контакты или щетки, то наилучшие результаты даст использование полисульфидных герметиков.

Выводы

В общем описании клеющих и герметизирующих материалов и их использования в электронных блоках внимание было обращено не только на свойства материалов, но и на правильные методы их применения с учетом конструкции блоков и процессов переработки материалов. Ниже сделана попытка определить условия, которые необходимо учитывать при выборе герметика. Однако в том, что касается надежности, приведенные рекомендации не призваны заменить непосредственные консультации со специалистами по материалам и методам их переработки.

1. Необходимо учитывать, имеются ли в системе электрические контакты, которые были бы чувствительны к коррозии, образованию на них полимерных пленок с высоким сопротивлением или других летучих продуктов, выделяемых из клея или герметика.

2. Конструкция блока должна быть выполнена с таким расчетом, чтобы свести к минимуму непосредственные контакты компонентов со смолой в процессе изготовления блока.

3. Если блок должен быть герметизирован, необходимо рассмотреть возможность использования сушки в вакууме непосредственно перед герметизацией, чтобы уменьшить возможность выделения и попадания в блок летучих продуктов.

4. Необходимо знать и учитывать все технологические температуры, а также температуры самих компонентов при их работе, чтобы не превысить температурные пределы используемых клеев и герметиков.

5. Необходимо, чтобы конструкция швов и перегородок в блоке разрабатывалась с учетом использования соответствующих клеев и герметиков.

6. Когда склеиваются детали из металла и стекла, материалы должны быть выбраны так, чтобы их коэффициенты расширения были согласованы.

7. Очистка соединяемых изделий должна производиться так, чтобы после присоединения изделие в минимальной степени находилось в контакте с очищающими растворами, в особенности с трихлорэти-леном.

8. Необходимо предусмотреть возможность использования грунтовок не только для получения хорошей адгезии, но также для защиты поверхностей.

9. Необходимо учитывать тот факт, что некоторые системы смол являются несовместимыми с другими материалами. Например, блоки, залитые кремний-органическими соединениями, как правило, могут монтироваться только с помощью кремнийорганических клеев.

10. Необходимо рассмотреть вопрос легкой пескоструйной очистки соединяемых поверхностей, особенно в случаях соединения деталей из нержавеющей стали и готовых отливок.

11. Технология должна предусматривать изоляцию участка, где инструменты и оснастки обрабатываются смазкой, эмульсией и т. д., от участков, где производится очистка плат и нанесение клеев и герметиков.

12. Технология должна запрещать касаться незащищенными руками всех поверхностей блока, которые впоследствии будут соединяться или склеиваться.

13. Необходимо предусмотреть использование соответствующей защитной тары для хранения и транспортировки деталей от момента их очистки до момента их окончательной сборки.

14. Для отверждения смол необходимо использовать печи с принудительным отсосом воздуха с летучими продуктами. Необходимо предотвращать перегрузку этих печей высушиваемыми изделиями, а также периодически проверять устройство контроля температуры.

15. Необходимо предусмотреть адекватные формы контроля как используемых материалов, так и технологических процессов.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум