4.4. Герметизация.

Герметизация узлов, блоков и шкафов ЭА является надежным средством защиты от воздействия влажности, агрессивных веществ окружающей среды, пыли, изменения барометрического давления. Хотя микросхемы и ЭРЭ поставляются герметичными, но часто в процессе эксплуатации внутрь корпусов компонентов проникает влага, изменяя свойства материалов, вызывая короткие замыкания.

Модули первого уровня защищают покрытием их лаком, заливкой эпоксидной смолой, опрессовкой герметизирующими компаундами на основе органических (смол, битумов, масел) или неорганических (алюмофосфатов, металлометафосфатов) веществ. Герметизация компаундами улучшает электроизоляционные и механические характеристики модулей. Однако низкая теплопроводность большинства компаундов ухудшает отвод теплоты, ограничивает или делает невозможным ремонт, внутренние напряжения нарушают целостность деталей и электрических соединений.

Полная герметизация блоков и шкафов путем помещения в герметичный кожух является самым эффективным способом защиты, но и самым дорогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных корпусов, прокладок, способов герметизации внешних электрических соединителей, выходов жгутов, элементов управления и индикации. В условиях вакуума стенки герметизируемых изделий должны противостоять значительным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В результате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры. Применение полной герметизации может потребовать введения в конструкцию клапана-регулятора для снижения давления внутри корпуса.

Существует большое разнообразие способов герметизации. Широко применяющиеся упругие уплотнительные прокладки устанавливают между крышкой и корпусом (рис. 4.13). При поджатии они уплотняют стык корпуса с крышкой. Утечка газа через уплотнение при сжатии прокладки на 25–30% от ее первоначальной высоты происходит только за счет диффузии. Большие усилия при сжатии не рекомендуются, поскольку из-за интенсивного старения прокладка быстро выходит из строя.

Форма поперечного сечения прокладок может быть различной. Прямоугольные прокладки просты в изготовлении, легки в использовании, способны обеспечить воздушную герметизацию габаритных изделий, но не защищают от воздействий водяных паров. Давление крышки на корпус получается низким, поскольку прокладка легко деформируется под воздействием стяжных винтов 3.

В качестве материала прокладок используется резина, обладающая высокой эластичностью, податливостью и способностью проникать в мельчайшие углубления и неровности. Большие крышки требуют высокой жесткости и большого числа стяжных винтов с мелкой резьбой.

Влага со временем проникает через все органические материалы, поэтому изделия с прокладками из органических материалов обеспечивают защиту от водяных паров лишь на протяжении нескольких недель.

При эксплуатации аппаратуры в условиях сверхнизкого вакуума, больших давлений, высоких температур органические материалы применять запрещается, рекомендуется использовать металлы, керамику, стекло. Необходимо помнить, что источниками влаги могут оказаться литые конструкции, конструкции полученные экструзией из-за их пористости. В порах скапливается влага, грязь, жиры и проникают в герметизируемые объемы. Чтобы этого не происходило, подобные конструкции в вакууме пропитывают эпоксидной смолой.

Если температура внутри герметизируемых изделий ниже температуры окружающей среды, то при высокой влажности внутри изделия влага будет конденсироваться, вызывая отказы. Вертикальной ориентацией плат и электрических соединителей обеспечиваются естественные пути отвода влаги в поддон изделия. Чтобы с конструкции легко скатывалась влага, поверхность ее должна быть гладкой. Избежать ловушек влаги, например, в углах несущих конструкций, где горизонтально ориентированные элементы конструкции сочленяются с вертикальными, можно выполнением отверстий диаметром 5…7 мм. Влага из поддона удаляется сливом, либо испарением.

Постоянство относительной влажности в определенных пределах внутри герметичного аппарата можно добиться введением внутрь изделия веществ, активно поглощающих влагу. Подобными веществами могут явиться силикагель, хлористый кальций, фосфорный ангидрид. Однако они впитывают влагу до тех пор, пока не окажутся ею насыщенными. Например, силикагель поглощает около 10% влаги от своей сухой массы. При этом относительная влажность внутри аппаратуры не превысит 80%.

В особых случаях в качестве материалов прокладок применяют медь и нержавеющую сталь с алюминиевым или индиевым покрытием. Такие прокладки чаще всего выполняются трубчатыми с внешним диаметром 2–3 мм при толщине стенок 0,1–0,15 мм. Усилие поджатия при герметизации металлическими прокладками около 20–30 кг на сантиметр длины прокладки. Желобок в крышке и корпусе изделия должен в поперечном сечении быть в форме эллипса. При расчетах герметизации определяются усилие поджатия прокладки, усилия затягивания и количество стяжных винтов.

При жестких требованиях к герметичности герметизацию выполняют сваркой или пайкой (рис. 4.14) по всему периметру корпуса. Конструкция корпуса изделия должна допускать неоднократное выполнение операций герметизации и разгерметизации. В углубление корпуса 1 устанавливается прокладка 2 из жаростойкой резины, на которую укладывается стальная луженая проволока 3. Проволока по контуру изделия припаивается к корпусу, образуя шов. Свободный конец проволоки в виде отвода фиксируется в пазу на крышке 5. При разгерметизации изделия шов нагревают и припой вместе с проволокой легко удаляется. Повторная герметизация может осуществляться многократно. Резиновая прокладка предохраняет изделие от перегрева при пайке шва. Ширина прокладки на 0,2–0,3 мм больше ширины зазора между крышкой и корпусом. Диаметр проволоки должен быть меньше ширины зазора между крышкой и корпусом на 0,1–0,2 мм.

Внутренний объем герметизируемой аппаратуры заполняется инертным газом (аргоном или азотом) с небольшим избыточным давлением. Поскольку атмосфера земли в большинстве своем содержит азот, то при заполнении герметизируемого изделия сухим азотом свойства газа внутри изделия будут практически подобны свойствам воздуха. Закачка газа внутрь корпуса осуществляется через клапаны-трубки.

Рис. 4.15. Трубки-клапаны откачки воздуха: 1–трубка-клапан; 2–корпус; 3–припой; 4–компаунд; 5–винт.

Входные и выходные клапаны–трубки следует размещать на противоположных сторонах корпуса. Продувка азотом обеспечивает очистку полости корпуса от водяных паров. Клапаны–трубки привариваются к корпусу или заливаются компаундом (рис. 4.15а, б), затем защемляются. Защемленная часть трубки при разгерметизации изделия срезается и при необходимости повторно защемляется. Более удобна герметизация винтом 5 с острой кромкой, врезающейся в мягкий материал трубки–клапана (рис. 4.15в).

Элементы управления и индикации герметизируются резиновыми чехлами, мембранами, электрические соединители – установкой на прокладки (рис. 4.16а), заливкой компаундами (рис. 4.16б), выходы жгутов – резиновыми зажимными шайбами (рис. 4.16в).

Рис. 4.16. Герметизация соединителя (а, б) и выхода жгута (в): 1–соединитель; 2–корпус; 3– прокладка; 4–компаунд; 5–зажимная шайба; 6–жгут; 7–втулка

Выбор способа герметизации определяется условиями эксплуатации, применяемыми материалами и покрытиями, требованиями к электрическому монтажу. Окончательное решение о выборе способа герметизации принимается после проведения натурных испытаний изделий в камерах влажности и барокамерах.