Защиту изделий органическими материалами также осуществляют разными методами, например, пропиткой и обволакиванием, заливкой, опрессовыванием, переносом капли и др.

Пропитка - процесс герметизации гигроскопичных изделий путем заполнения пор, капилляров, трещин, воздушных зазоров диэлектрическими материалами, которые после обработки могут оставаться жидкими, застывать или отвердевать. Она проводится при

Атмосферном давлении (открытая пропитка), в вакууме, в условиях чередования пониженного и повышенного давления (циклическая пропитка) под действием центробежных сил и ультразвукового поля.

Пропитка при атмосферном давлении применяется в тогда, когда пропиточный состав имеет низкую вязкость, а растворителем является вещество, обладающее значительной летучестью. В этом случае предварительно просушенные изделия погружаются в ванну с подогретым лаком до полного прекращения выделения из них воздуха. В результате на поверхности изделий образуется покровный слой, предохраняющий изделие от проникновения влаги и увеличивающий его механическую прочность. Более высокое качество обеспечивает вакуумная пропитка. Ее отличительная особенность состоит в том, что предварительная сушка и пропитка объединены в одном технологическом цикле. Используемое разрежение позволяет из деталей удалять не только пары влаги, но и воздух, что облегчает проникновение лака в поры и капилляры. Вакуумная пропитка производится в специальной установке, схема которой приведена на рис. 17.4 и осуществляется следующим образом.

Рис. 17.4. Схема установки для вакуумной пропитки

В автоклав 1 наливают пропиточный лак, а в автоклав 4 загружают в корзине просушенные изделия. Затем включают обогрев (5, 7) и после достижения требуемой температуры подключают автоклав 4 через вентиль 3 к магистрали низкого давления 8. При остаточном давлении 60...665 Па проводится вакуумная сушка. После этого открывается вентиль 6, пропиточный лак перетекает из автоклава 1 в автоклав 4 до определенного уровня, а вентиль 6 снова закрывается. В автоклаве 4 при остаточном давлении 1, 33...2, 66 кПа происходит пропитка в течение 5...10 мин, а в автоклаве 1 - загрузка новой партии деталей и ее вакуумная сушка при открытом вентиле 2. Заканчивается пропитка при атмосферном давлении в автоклаве 4, и весь процесс повторяется. Работа с двумя автоклавами позволяет увеличить производительность процесса, но она применяется в тех случаях, когда время сушки и пропитки приблизительно одинаковы. В процессах, различающихся по времени, для герметизации используется один автоклав, а второй служит для поддержания требуемой вязкости и однородности состава или в качестве дополнительного резервуара для пропиточного материала.

Если пропиточный лак или компаунд обладает высокой вязкостью, то одной вакуумной пропитки оказывается недостаточно для полного заполнения пор изделия. В этом случае используют циклическую пропитку, в которой периоды обработки в вакууме чередуются с обработкой под высоким (300...500 кПа) давлением в течение 5...10 мин. Для исключения химического взаимодействия пропиточного лака с воздухом создается повышенное давление нагнетанием в автоклав нейтрального газа (азота). Число циклов колеблется от 2 до 6 и зависит от конструкции изделий.

Пропитка под действием центробежных сил находит применение в основном при герметизации обмоточных изделий. В этом случае изделия фиксируют в центрифуге и в них вводят определенное количество пропиточного состава. Вращение центрифуги с частотой 10...50 обор./мин обеспечивает равномерное проникновение жидкого лака вглубь обмотки и постепенное его отверждение. Для ускорения полимеризации лака изделия во время пропитки подогревают с помощью инфракрасного излучения или путем пропускания через обмотку электрического тока. Процесс легко поддается автоматизации, в нем исключаются потери пропиточного состава и не меняется внешний вид изделий, цикл пропитки составляет 5...10 мин, используется серийное технологическое оборудование.

Ультразвуковая пропитка проводится при возбуждении в пропиточном составе продольных акустических волн. Под действием кавитационных явлений происходит эффективное заполнение пор и капилляров пропиточным составом. Время пропитки значительно сокращается, но для её проведения требуется сложное технологическое оборудование.

Обволакивание - процесс получения защитных покрытий путем погружения изделия в жидкий лак или компаунд и последующего их отверждения. Он нашел широкое применение в массовом производстве из-за простоты реализации и экономичности оборудования. Процесс выполняется в ваннах, которые снабжаются автоматическими устройствами для перемешивания обволакивающего состава, погружения и извлечения деталей с заданной скоростью, а также их вибрации в погруженном состоянии. Под действием вибрации удаляются воздушные пузырьки из покрытия, происходит увеличение вязкости тиксотропных составов, используемых для обволакивания. Это в основном фенольные, эпоксидные и кремнийорганические лаки. Чтобы получить монолитное и достаточно толстое покрытие (1..3 мм), погружение осуществляют многократно с интервалами в несколько минут и промежуточной сушкой.

При влагозащите ПП предъявляются повышенные требования к равномерности обволакивающего слоя, так как от этого зависит разброс величин, характеризующих паразитные связи. Улучшается равномерность покрытия путем центрифугирования. Частота вращения центрифуги находится в пределах 300...700 обор./мин, а время процесса составляет 10...20 с. Если требуется локальная защита печатных проводников, то покрытие наносят через сетчатые трафареты.

Для герметизации изделий тонкими лаковыми покрытиями разработано много других производительных и экономичных методов: поливом, кистью, валиком, пульверизацией. Однако, жидкие полимерные составы постепенно вытесняются более технологичными порошковыми герметизирующими веществами.

Одним из перспективных способов получения полимерных покрытий из порошковых композиций является вихревое напыление в электростатическом поле (рис. 17.5). Процесс протекает в камере 1, где размещены два электрода: анод 2 и катод 3, а также металлическая сетка 5, на которую насыпают порошок полимера. Покрываемое изделие находится на катоде 3. При подаче высокого потенциала (порядка 90 кВ), создаваемого генератором 4, между электродами возникает коронный разряд, вследствие которого частички полимера заряжаются и движутся к электроду с противоположным зарядом (т. е. к изделию).

Рис. 17.5. Схема установки для нанесения полимерных покрытий в электростатическом поле.

Для облегчения процесса порошок полимера взвихривается сжатым воздухом, проходящим через сетку. Нанесенный слой оплавляется в печи, температурный режим которой зависит от нагревостойкости изделий и от вида используемого материала. За один проход получается покрытие толщиной 0, 05...0, 2 мм, время напыления одного слоя колеблется от 3 до 20 с в зависимости от габаритных размеров и сложности изделий.

Сверхтонкие (1...5 мкм) полимерные покрытия также выполняют защитно-пассивирующие и демпфирующие функции. Их наносят из газовой фазы с последующей полимеризацией или поликонденсацией мономеров, под действием тлеющего разряда, фотохимическим способом и др. Это позволяет на ИС, ПП, ферритовых сердечниках и других изделиях получать сплошные или селективные покрытия из таких материалов, которые не существуют в виде лаков и эмалей. После этого часто наносят слой более прочного материала известными методами. Заканчивается процесс нанесения полимерных покрытий сушкой, которая обычно проводится известными способами, но многостадийно. На первой стадии просушивают при температуре 25...60°С, так как при более высокой температуре происходит энергичное испарение растворителей, приводящее к разрыхлению покрытий и частичному вытеснению лака из пор и капилляров, а также его отверждению на наружных поверхностях, что затрудняет удаление остатков растворителей из глубины покрытий или изделий, вызывает растрескивание пленок. Более высокая температура необходима на последующих стадиях, так как при этом не только ускоряются физико-химические процессы, приводящие к отверждению лака, но и повышается качество герметизации.

Герметизация с использованием заранее изготовленных деталей корпусов (чаще всего из неорганических материалов), либо с монолитным корпусированием пластмассой применяется в тех случаях, когда требуется обеспечить надежную защиту изделий от воздействия внешних климатических факторов. Герметизация с формированием монолитных пластмассовых корпусов чаще всего выполняется заливкой жидкими компаундами и литьевым прессованием порошкообразных композиций.

Заливка - это процесс заполнения герметизирующими составами (герметиками или компаундами) свободного пространства между изделием и специальной съемной формой, выполняемый в вакууме (остаточное давление 4...6, 5 кПа), либо при атмосферном или повышенном давлении. Выбор способа реализации заливки определяется конструкцией изделия и технологическими свойствами компаунда. Технологический процесс включает фиксацию изделий в подготовленной форме, заливку с помощью дозирующего устройства обезгаженной однородной смеси и ее отверждение при комнатной или повышенной температуре, которое длится от нескольких часов до одних суток. Для улучшения качества герметизации заливку сочетают с предшествующей ей пропиткой. Все методы заливки характеризуются повышенной трудоемкостью приготовления гомогенной смеси, сложностью поддержания ее технологических свойств в заданных пределах. Для автоматизации процесса заливки создано оборудование, в котором автоматически дозируются отдельные компоненты, перемешивается, обезгаживается и дозируется требуемыми порциями заливочная масса. Оборудование оснащено устройствами предотвращения желатинизации компаунда в смесительной камере и промывки дозирующей системы растворителем. Метод заливки нашел применение при герметизации оптоэлектронных приборов (фотодиодов, цифровых индикаторов и др.) прозрачными герметиками на основе эпоксидных смол, отверждаемыми при 90...125°С за 8...24 ч. Эти материалы в диапазоне длин волн 300...800 мм при слое толщиной 3 мм пропускают 80...95 % света. Прозрачность композиции не меняется в течение длительной эксплуатации при 100...125°С.

Литьевое прессование или опрессовывание получило широкое распространение после появления термореактивных смол, прессуемых при низких давлениях, что позволило герметизировать изделия, чувствительные к механическим воздействиям (полупроводниковые приборы, ИС, катушки индуктивности и др.). Материал для прессования поставляется в виде порошков, гранул, таблеток или брикетов. Процесс проводится с использованием дорогостоящего оборудования и сложных прессформ, однако одновременная опрессовка 400...800 изделий делает его экономичным в условиях крупносерийного и массового производства. Для повышения долговечности прессформ их изготавливают из высококачественной инструментальной стали, а на внутреннюю поверхность наносят тонкое (5...10 мкм) покрытие из хрома или борида железа.

Технологический цикл литьевого прессования включает следующие операции: фиксацию изделия или ленточного носителя изделий в прессформе, нагрев, подачу дозированного количества пресс-порошка в тигель и заполнение расплавленным составом формующей полости, полимеризацию пресскомпозиции при оптимальном режиме, подготовку прессформы к следующему циклу (удаление изделий, очистка). Основными параметрами ТП опрессовки являются температура, давление и время. В зависимости от прессуемого материала температура прессования колеблется от 110 до 170°С, давление - 0, 5...5 МПа, время - 3...5 мин.

Герметизация с использованием капсул (то есть с получением металлополимерных конструкций корпусов) широко применяется для влагозащиты бескорпусных компонентов и микросборок МЭА. Она включает подготовку детали корпуса (капсулы либо колпачка, изготавливаемых из легко деформируемого металла, например, алюминия или сплавов на его основе) методами, рассмотренными выше, размещение в нем подготовленного к герметизации изделия выводами наружу, заливку компаундом пространства между изделием и внутренней торцевой стенкой капсулы с его последующим отверждением (рис. 17.6, а). Качество герметизации определяется физико-химическими и механическими характеристиками соединяемых материалов (модулем упругости, ТКЛР, влагопроницаемостью, адгезией заливочного компаунда к поверхности капсулы и выводам и др.). Процесс герметизации жидкими полимерными композициями недостаточно экономичен для условий автоматизированного производства малогабаритных компонентов из-за малой жизнеспособности компаунда, трудности его дозирования, высокой стоимости оборудования. Эти недостатки устраняются при использовании порошкообразных материалов, из которых прессованием при давлении 45...50 МПа изготавливаются калиброванные по массе таблетки требуемой формы (см. рис. 17.6, б). Высокая растекаемость порошкообразных компаундов при невысокой температуре (< 150º С), длительная жизнеспособность при комнатной температуре, возможность автоматического позиционирования таблетки с требуемой точностью относительно изделия и капсулы позволяют считать этот метод лучшим для герметизации капсулированием.

Рис. 17.6. Примеры герметизации с использованием капсул и жидкого
компаунда (а); прессованной таблетки (б): 1 - капсула; 2 – основание
платы микросборки; 3 - герметизирующий компаунд; 4 - выводы

Герметизация изделий в вакуумплотных корпусах из неорганических материалов приобрела особую значимость в связи с переходом на производство бескорпусных компонентов и микросборок, которые на сборку ячеек и блоков поступают только с кратковременной технологической защитой (рис. 17.7). В этом случае герметизация характеризуется: повышенной надежностью при хранении и эксплуатации (за счет заполнения полостей корпусов инертным газом, использования поглотителей влаги, обеспечения нормального теплового режима); ремонтопригодностью; возможностью гибкого сочетания общей герметизации с локальной, (в том числе без применения корпусов) а также с технологической защитой наиболее ответственных навесных компонентов и пленочных элементов; экономичностью (так как сокращается количество используемых материалов и циклов герметизации в общем производственном процессе изготовления МЭА).

16 18 17

Рис. 17.7. СВЧ-блок в герметичном (вакуумплотном) корпусе:
1 - узел откачки (штенгель); 2 - микросборка (ячейка) гетеродина;
3 - внутренняя стенка корпуса; 4 - межъячеечный СВЧ-переход;
5 - микросборка балансового смесителя; 6 - СВЧ-гермоввод; 7 – основа-
ние корпуса; 8 - микросборка предварительного УПЧ; 9 - НЧ-гермоввод;
10 - ферритовый диск; 11 - магнит; 12 - резонатор; 13 - диод Ганна;
14 - радиатор; 15 – изолятор; 16 – крышка корпуса; 17 – уплотнители;
18 – паянный шов.

Конструкцию вакуумплотного корпуса можно видеть на рис. 17.7, а и б. Качество герметизации и степень герметичности определяются правильным выбором сопрягаемых в одном корпусе материалов и их совместимостью (согласованностью ТКЛР, высокой теплопроводностью, пластичностью, минимальной газо- и влагопроницаемостью и др.), а также надежностью реализации конкретного метода герметизации. Для изготовления вакуумплотных корпусов используются материалы: медь, латунь, мягкая сталь, алюминий и сплавы на его основе, магниевые сплавы (МА-8), титановые сплавы (ВТ1-0), никель, сплавы железа с никелем и кобальтом (29 НК), стекло, керамика (ВК-94, СКМ) и др.

Основные этапы ТП изготовления вакуумплотного корпуса, общая сборка и монтаж, а также герметизация конструктивов МЭА в корпусе приведены на рис.17.8.

Детали металлических корпусов получают литьем под давлением, глубокой вытяжкой, ударным выдавливанием, фрезерованием на станках с ЧПУ, штамповкой. На поверхности деталей для улучшения качества последующей сборки наносят технологические покрытия (олово, олово-свинец, олово-висмут, никель-медь-олово - под пайку, никель - под сварку). Выводы в металлических корпусах изолируются при помощи стеклянных или керамических изоляторов (рис. 17.9), изготовленных в виде одиночного перехода либо групповой колодки. Соединение их с основанием либо крышкой корпуса осуществляется пайкой, сваркой или приклейкой с последующей заливкой компаундом места крепления. Аналогично устанавливаются в корпусе медные, латунные или коваровые откачные трубки (рис. 17.10).

Рис. 17.8. Основные этапы изготовления деталей вакуумплотных корпусов,
сборка, монтаж и герметизация в них.

Герметизацию герметичных корпусов выполняют с применением уплотнительной резиновой прокладки и стяжки болтами с последующей защитой герметиком (клеем) мест уплотнения; прокладки и проволоки с пайкой; различных способов сварки (рис. 17.11)
и др. Метод а (см. рис. 17.11) применяется для аппаратуры с малым сроком хранения. При изготовлении МЭА наиболее универсальным и надежным методом является герметизация паянным либо сварным соединением. При реализации метода б (см. рис. 17.11) в зазор между крышкой и основанием сначала укладывается прокладка из термостойкой резины, которая препятствует проникновению паров припоя и флюса в герметизируемый объем во время герметизации пайкой. На прокладку по всему периметру накладывается стальная

Рис. 17.9. Методы получения герметичных выводов в герметичных корпусах:
а - сваркой; б - пайкой; в - спеканием.

Рис. 17.10. Методы закрепления узлов откачки: а - наиболее часто используемый вариант; б - применяется в литых корпусах; в - в блоках со значительным внутренним объёмом: 1 – корпус; 2 – трубка (штенгель); 3 – втулка; 4 – паянный шов; 5 – сварной шов; 6 – компаунд.

Рис. 17.11. Методы герметизации вакуумплотных корпусов: с применением прокладок (уплотнителей), стяжки болтами и герметика (а); прокладки, проволоки и пайки (б); лазерной сварки (в); 1 - корпус; 2 - уплотняющая прокладка; 3 - проволока; 4 - крышка; 5 - припой; 6 - гермоввод.

облуженная проволока, диаметр которой выбирается на 0, 1...0, 2 мм меньше ширины зазора в пазах основания и крышки корпуса. Пайка выполняется низкотемпературным припоем (ПОС-61 или др.) с применением соответствующего флюса. Для удобства разгерметизации на концах проволоки делаются петли, которые выводятся из зазора через предусмотренный паз в крышке корпуса. Для герметизации корпусов широко используются также методы сварки: контактная (конденсаторная, роликовая), электронным или лазерным лучом (см. рис. 17.11, в), аргоно-дуговая, давлением (холодная) и др. При выборе режимов сварки плавлением необходимо исключить воздействие сильного нагрева на ЭРК и образование пор в сварном соединении за счет выделения газообразных веществ (водорода, азота и др.) из основного материала и технологических покрытий. Это достигается работой на малых скоростях нагрева и охлаждения объекта, либо за счет использования импульсного режима сварки.

После герметизации при наличии откачной трубки в корпусе создают разрежение до 1, 3 Па и проверяют его герметичность. Если корпус герметичен, то его заполняют сухим азотом или аргоном до давления 0, 1...0, 15 МПа. Откачную трубку обжимают и запаивают или заваривают (заделка штенгеля, см. рис. 17.8).

Заготовки металлостеклянных корпусов изготавливают прессованием стекломассы (порошок стекла и пластификатор) с последующим спеканием в графитовых или керамических тиглях в конвейерных печах с контролируемой атмосферой. Металлическая арматура, используемая для гермовыводов и последующего герметичного соединения отдельных их частей, а также деталей металлостеклянных корпусов, изготавливается обычно из ковара, имеющего ТКЛР, близкий к ТКЛР стекла. Арматура заливается стекломассой с последующим прессованием, либо спекается со стеклом в специальных формах в результате частичного растворения оксида металла и стекла.

Керамические корпуса отличаются от металлостеклянных большей химической устойчивостью и легко поддаются металлизации. Их изготавливают аналогично металлостеклянным, но с использованием специальных токопроводящих паст на основе Мо-Мn, благородных металлов, которые наносят на детали через трафареты. После высокотемпературного (700...1000°С) обжига на поверхности керамики образуется металлический слой, обеспечивающий герметичное соединение основания с металлической крышкой корпуса пайкой. Соединения деталей получают также при помощи стеклоцемента.