Герметизация и герметики
Современная электронная аппаратура содержит громадную номенклатуру материалов и предназначена для работы в самых разнообразных окружающих условиях. Для обеспечения долгой работоспособности аппаратуры в ее составе применяют разного рода адгезивы и герметики.
К примеру, лампы, резисторы, катушки индуктивности в коммерческих либо бытовых радио- и телевизионных приемниках трудятся в стабильных окружающих условиях, где влажность и температура изменяются мало. Для обеспечения и экономии минимальной защиты от механических действия окружающих и ударных нагрузок сред смогут употребляться такие термопластичные материалы, как воск, бытовые клеи и битум. Но с увеличением электрических напряжений в электронной совокупности к ней начинают предъявлять более степень воздействия и высокие требования окружающих сред будет зависеть от уровня герметизации аппаратуры.
Вследствие этого, по-видимому, полезно разглядеть кое-какие вопросы, определяющие надежность работы синтетических компаундов, таких, как фенольные и полиэфирные пластики, эпоксидные смолы, полисульфиды, фторсодержащие и кремнийорганические соединения.
Фенольные смолы
Фенольные смолы па базе нитрила имеют довольно низкую механическую прочность, но их рабочая температура более высокая (175 °С). Они инертны к действию жидкости, но выделяют летучие продукты более интенсивно, чем полиэпоксидные смолы. Винильные фенолы владеют промежуточными механическими особенностями.
Они, равно как и нитридные фенолы, имеют тенденцию к выделению газа и становятся хрупкими при старении.
Полиуретаны
Полиуретаны являются, возможно, самые разнообразными по своим особенностям смолами. Их состав возможно таким, что они будут воображать собой довольно не сильный эластомеры. Но они смогут владеть большой механической прочностью в тех случаях, в то время, когда не содержат в собственном составе пластификаторы.
Полисульфиды
Использование полисульфидов в качестве герметиков определяется их высокой устойчивостью к действию разных факторов внешней среды. Полисульфиды целесообразно применять в тех случаях, в то время, когда температурные коэффициенты расширения сопрягаемых материалов значительно различаются. Этим обеспечивается герметизация без образования громадных внутренних механических напряжений в совокупности.
В случае если в совокупности, которую герметизируют твёрдой эпоксидной смолой, на подробности, чувствительные к давлению, нанести перед герметизацией подслой из полисульфида, это обеспечит защиту таких подробностей от действия громадных механических напряжений в широком диапазоне температур. Полисульфиды в собственном составе имеют пластификаторы, часть которых есть растворителями. Это нужно учитывать в тех случаях, в то время, когда критичным есть выделение летучих продуктов.
Эпоксидные смолы
Неотвержденные эпоксидные смолы существуют как в жидком, так и в жёстком состоянии в зависимости от количества эпоксидных групп. Они владеют весьма хорошей смачивающей свойством. При реакции с ангидридами и аминами кислот они образуют твёрдые и прочные смолы с малой усадкой в ходе отверждения.
Существует большое количество разных типов эпоксидных смол. Свойства их возможно регулировать применением соответствующих растворителей, отвердителей и неорганических наполнителей.
По температуре отверждения эпоксидные смолы возможно поделить на три типа:
— отверждающиеся при комнатной температуре. Это указывает, что приемлемая степень отверждения возможно достигнута при комнатной температуре в довольно маленькое время, в большинстве случаев через 24 ч. Довольно полное отверждение может наступить спустя семь дней. Эпоксидные смолы, отверждающиеся при комнатной температуре, смогут приводить к коррозии и выделять большое количество летучих продуктов; они являются кроме этого более чувствительными к действию жидкости. Растворители смогут размягчать и разрушать составы для того чтобы типа;
— отверждающиеся при умеренных температурах (до 95 °С); они отверждаются до довольно хрупкого состояния, но меньше повреждают железные приклеиваемые поверхности, такие, как латунь;
— отверждающиеся при большой температуре. В большинстве случаев, они являются самые устойчивыми к действию воды и растворителей, дают довольно твёрдую и жёсткую смолу и владеют хорошей адгезией при применении в качестве клеев в соединениях, подвергающихся действию сдвига и напряжений растяжения. Выделение летучих продуктов в них ограничивается абсорбируемыми атмосферными газами.
Эластомеры на базе смол
Эти составы являются комбинацией весьма эластичных материалов с твёрдыми смолами, такими, как эпоксидные либо фенольные. В большинстве случаев они отверждаются при температуре около 180°С в течение 1 ч.
Полиэпоксиды
Эти смолы весьма легко перерабатываются, потому, что они не требуют применения громадных давлений (только бы был обеспечен контакт со смачиваемой поверхностью). Они так прекрасно смачивают поверхность, что при их верном применении образуется слой либо шов, подобный шву при применении немодифицированных эпоксидных клеев. Помимо этого, они выделяют меньше летучих продуктов по сравнению с другими клеями.
Недочёты этого вида смол: довольно низкая большая рабочая температура (100°С), чувствительность к влаге и ослабление механической прочности при увеличении влажности. К примеру, их прочность на сдвиг может уменьшиться на 50% по окончании выдержки в течение 10 дней при влажности 95%.
Кремнийорганические соединения
Кремнийорганические соединения смогут употребляться в виде однокомпонентных и двухкомпонентных совокупностей с отверждением при комнатной и более больших температурах либо в качестве высокотемпературной однокомпонентной массы. Они смогут воображать собой жидкости с разной вязкостью. Однокомпо-нентные кремнийорганические соединения достаточно прекрасно совмещаются с поверхностями разного типа без применения грунтовки.
Но в некоторых случаях грунты смогут пара улучшать силу сцепления.
Кремнийорганические смолы не вызывают сильной коррозии, но они содержат летучие их выделение и вещества может привести к повышению контактного переходного сопротивления, исходя из этого их отверждение целесообразно проводить под вакуумом.
Полиэфирные смолы
Данный тип смол употребляется в плоских многожильных кабелях и эластичных печатных схемах. Для расплавления этих их приклеивания и смол 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 особенностях всецело отвержденной смолы, и на ее технологичности на протяжении переработки до отверждения. Рассмотрение таких критичных особенностей, как свойство приводить к коррозии, выделение летучих продуктов, поглощение жидкости и т. д. значительно в тех случаях, в то время, когда ясно, что ни одна из смол неимеетвозможности удовлетворить всем нужным требованиям и, так, окончательный выбор смолы должен быть основан компромиссном ответе.
Электрические и физические особенности. На электрические особенности смолы воздействуют наличие либо отсутствие полярных групп, жесткость смолы, определяемая выбранными реагентами, образующими поперечные связи, и температура.
Физические особенности смол, играющие роль при их применении в электронной аппаратуре, изменяются под действием влажности. В зависимости от конкретного применения употребляются разные виды смол — от весьма прочных, снабжающих жесткость конструкции, до смол, прочность которых не имеет громадного значения, поскольку они употребляются в конструкциях с малой массой.
Коррозия. Влияние коррозии самый без шуток и разумеется на чувствительные щётки и электрические контакты. К примеру, латунные контакты, залитые в смолу, отвержденную диэтилентриамином (ДЭТА), становятся тёмными либо темно-коричневыми. Данный эффект самый заметен во мокрой воздухе.
Позолоченные контакты по окончании выдержки в отвердителе, в состав которого входят ДЭТА либо триэтилентетра-мин (ТЭТА), покрываются пятнами. Эти пятна позваны повышением пористости золотого покрытия.
Эпоксидные смолы, отвержденные ТЭТА, кроме этого приводят к потускнению бронзы и золоченых латунных контактов, причем более сильное, чем потускнение, обусловленное действием лишь жидкости и тепла. Контакты, выдержанные лишь в ДЭТА и ТЭТА, не чернеют, но на них образуется зеленоватый осадок. При выдержке в эпоксидной смоле, отвержденной диэтил-аминпропиламином (ДЭАПА), контакты кроме этого тускнеют и покрываются налетом.
Полисульфидные герметики, отверждаемые двуокисью-свинца, кроме этого приводят к небольшому изменению в бронзовых контактах, в то время как при отверждении дихроматом это изменение весьма существенно. В случае если полисульфидные герметики сохраняются либо эксплуатируются при температуре 95 °С, то все они приводят к значительной коррозии.
Кремнийорганические смолы по-различному воздействуют на коррозию материалов, но они содержат летучие вещества и с практической точки зрения их нужно 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 важные загрязнители среды. Их конденсация и позванная этим коррозия являются значительной проблемой в блоках и вакуумированных изделиях, действующий при пониженном давлении. Для твёрдой эпоксидной совокупности с громадным ко-
ЛИчесТвом поперечных связей выделение летучих продуктов ограничивается сорбированными и несор-бированными парами и атмосферными газами, такими, как пары углекислый газ и воды. Пластифицированные эластомеры и эпоксидные системы, такие, как нитрилфенольные резины, существенно посильнее выделяют летучие продукты, чем твёрдые совокупности, потому, что их сорбционная свойство выше и в них имеются не всецело заполимеризованные летучие фракции.
Летучими продуктами полиуретановых смол являются окись и водород углерода. Полиэтилен выделяет углеводороды.
Сорбция жидкости. Эпоксидные смолы очень сильно различаются по свойству сорбировать воду, причем полужесткие смолы имеют тенденцию сорбировать больше воды, чем твёрдые смолы с громадным числом поперечных связей. Полужесткие совокупности в течение 360 дней смогут сорбировать 7% жидкости.
Твёрдые совокупности с аминиыми отвердителями сорбируют 1—2% воды в течение первых 8 дней по окончании отверждения, но затем сорбция возрастает мало.
Применение смол
В радиоэлектронной индустрии смола может употребляться как уплотняющий материал, герметик либо покрытие, и как пропитывающий материал. Во всех этих случаях нужно, дабы она снабжала хорошую адгезию. Адгезионная сообщение нужна для осуществления плотного контакта на границе раздела между смолой и присоединяемой поверхностью.
Электрические особенности совокупности определяются наряду с этим лишь объемными электрическими особенностями смолы либо присоединяемой поверхности.
В случае если из-за отсутствия адгезии на границе раздела образуются пустоты, то в этом месте появляется слой с низкой электрической прочностью. При образовании на границе раздела частичного вакуума напряжение пробоя этого слоя (полости) значительно уменьшается. При заполнении данной полости влагой она может стать кроме того проводящей.
Кроме того при хорошей адгезии сохраняется возможность образования вакуумов на границе раздела, особенно тогда, в то время, когда подложка и полимер владеют различными коэффициентами расширения. Для материалов с высоким температурным коэффициентом расширения температурные флуктуации смогут привести к появлению напряжений, по величине громадных, чем может выдержать хотя бы один из сопрягаемых материалов. Исходя из этого в электронных блоках, в которых нужна герметизация стеклянных и керамических подробностей твёрдыми эпоксидными смолами, эти подробности должны предварительно покрываться эластичным материалом типа полисульфидной либо кремний-органической смолы, что владеет достаточной для данного применения прочностью.
Печатные платы. Применение печатных плат есть одним из способов миниатюризации. Они смогут воображать собой твёрдые пластины с односторонним либо двусторонним нанесением проводящих дорожек. Эти платы смогут набираться в панели.
Помимо этого, в качестве печатных плат смогут использоваться эластичные подложки.
Для покрытия плоских твёрдых печатных плат применяют эпоксидные либо полиуретановые смолы для работы при температурах до 120 °С либо кремний-органические смолы для работы при температурах до 260 °С.
Твёрдые печатные платы, каковые собирают в пакеты, соединяются майларовой либо мелинексовой пленкой, покрытой с обеих сторон термопластичным либо термореактивным связующим составом. Компоненты в стеклянных корпусах (к примеру, диоды, вакуумные лампы и транзисторы) защищают вспененными полисульфидными покрытиями либо кремнийорганиче-скими смолами в зависимости от рабочей температуры компонентов. Литые колпачки из кремнийорганической резины снабжают соответствующую амортизацию для чувствительных компонентов.
Электрическое сопротивление в схеме увеличивается, в случае если отверстия и выводы герметизируются кремний-органической смолой. Чувствительные к механическим действиям компоненты смогут быть защищены заливкой вспененным кремнийорганическим составом.
Катушки индуктивности. Эпоксидные смолы снабжают большой уровень электрической изоляции трансформаторов и обмоток соленоидов. Изоляцию реализовывают покрытием провода смолой в ходе намотки катушек или их пропиткой под вакуумом по окончании окончания процесса намотки. В первом случае может удачно употребляться полиамидная смола.
Эпоксидные смолы являются достаточно вязкими, исходя из этого при намотке на проводе удерживается достаточное количество смолы, снабжающее 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. Но более предпочтительны в этом случае ангидридные отвердители.
Сердечники из отдельных пластин. Эти сердечники соединяются в блок посредством вакуумной пропитки эпоксидной смолой, отверждаемой ангидридными от-вердителями. В случае если употребляется жидкая смола, к примеру винилфенол, то отдельные пластины сердечника покрываются ею перед сборкой.
После этого эти пластины в сухом виде набираются в пакет для отверждения под действием тепла и давления.
Подробности с винтовой нарезкой. Для крепления подробностей с нарезкой употребляются три категории компаундов:
— смолы с растворителями, к примеру алкидные смолы, активно применяются в тех случаях, в то время, когда пары растворителей не вызывают отказа в работе изделия;
— анаэробные полиэфиры, отверждаемые в отсутствие воздуха; катализатором процесса отверждения есть металл самих подробностей с винтовой нарезкой. Применение этого типа смол ограничено изюминками их отверждения: та часть смолы, которая граничит с окружающей средой, может стать источником летучего мономера, что может оказать влияние на уровень качества электрических соединений;
— эпоксидные смолы, отверждаемые промежуточными отвердителями, такими, как диэтиламинопропи-ламин, имеют мельчайшую тенденцию к выделению летучих продуктов.
Корпуса. Отдельные компоненты смогут потребовать защиты от атмосферных действий либо потребовать вакуумпрования в железных корпусах. В случае если в конструкции употребляются крышки и жёсткие основания с согласующимися коэффициентами расширения, то целесообразно применять эпоксидные смолы, отверждаемые отвердителями, не вызывающими коррозию железных частей.
В этом случае более предпочтительными являются тиксотропные смолы с неорганическими наполнителями, потому, что нехорошая подгонка подробностей железного корпуса может привести к тому, что жидкие эпоксидные смолы смогут затекать вовнутрь корпуса.
Нужно быть особенно внимательным при отверждении смол при повышенных температурах, поскольку захваченный воздушное пространство может привести к образованию газовых раковин и пузырей.
Кое-какие советы при герметизации смолами:
— в случае если в корпусе находятся изделия, которые содержат узкие эластичные материалы, пли температурные коэффициенты расширения используемых материалов не согласованы, нужно применять герметики на базе эластомеров;
— в случае если в состав блока не входят электрические контакты либо щетки, то отличных показателей даст применение полисульфидных герметиков.
Выводы
В общем описании клеющих и герметизирующих их использования и материалов в электронных блоках внимание было обращено не только на особенности материалов, но и на верные способы их применения с учетом конструкции блоков и процессов переработки материалов. Ниже сделана попытка выяснить условия, каковые нужно учитывать при выборе герметика. Но в том, что касается надежности, приведенные советы не призваны заменить яркие консультации со экспертами по данным и методам их переработки.
1. Нужно учитывать, имеются ли в совокупности электрические контакты, каковые были бы чувствительны к коррозии, образованию на них полимерных пленок с высоким сопротивлением или других летучих продуктов, выделяемых из клея либо герметика.
2. Конструкция блока должна быть выполнена с таким расчетом, дабы свести к минимуму яркие контакты компонентов со смолой в ходе изготовления блока.
3. В случае если блок должен быть герметизирован, нужно рассмотреть возможность применения сушки в вакууме перед герметизацией, дабы уменьшить попадания и возможность выделения в блок летучих продуктов.
4. Нужно знать и учитывать все технологические температуры, и температуры самих компонентов при их работе, дабы не превышать температурные пределы применяемых герметиков и клеёв.
5. Нужно, дабы конструкция перегородок и швов в блоке разрабатывалась с учетом применения соответствующих герметиков и клеёв.
6. В то время, когда склеиваются подробности из стекла и металла, материалы должны быть выбраны так, дабы их коэффициенты расширения были согласованы.
7. Очистка соединяемых изделий обязана производиться так, дабы по окончании присоединения изделие в минимальной степени пребывало в контакте с очищающими растворами, в особенности с трихлорэти-леном.
8. Нужно предусмотреть возможность применения грунтовок не только для получения хорошей адгезии, вместе с тем для защиты поверхностей.
9. Нужно учитывать тот факт, что кое-какие совокупности смол являются несовместимыми с другими материалами. К примеру, блоки, залитые кремний-органическими соединениями, в большинстве случаев, смогут монтироваться лишь посредством кремнийорганических клеев.
10. Нужно решить вопрос легкой пескоструйной очистки соединяемых поверхностей, в особенности в случаях соединения подробностей из готовых отливок и нержавеющей стали.
11. Разработка обязана предусматривать изоляцию участка, где оснастки и инструменты обрабатываются смазкой, эмульсией и т. д., от участков, где производится очистка нанесение и плат герметиков и клеёв.
12. Разработка обязана запрещать касаться незащищенными руками всех поверхностей блока, каковые потом будут соединяться либо склеиваться.
13. Нужно предусмотреть применение соответствующей защитной тары для транспортировки и хранения подробностей от момента их очистки до момента их окончательной сборки.
14. Для отверждения смол нужно применять печи с принудительным отсосом воздуха с летучими продуктами. Нужно предотвращать перегрузку этих печей высушиваемыми изделиями, и иногда контролировать устройство контроля температуры.
15. Нужно предусмотреть адекватные формы контроля как применяемых материалов, так и технологических процессов.
