Проходные изоляторы для герметизированных корпусов

Электрические выводы осуществляются через проходные изоляторы Их основными элементами являются трубка и фланец, впаянные в стеклянный изолятор. Материалы деталей соединения выбираются с примерно равными значениями ТКЛР. В результате образуется согласованный спай. Недостатки стеклянных изоляторов - высокая чувствительность к резкому изменению температуры. Более надежными являются стеклокерамические и керамические изоляторы.

В стеклокерамическом изоляторе втулка из керамики между фланцем и стеклом предохраняет последнее от растрескивания при тепловых ударах. Для внешних соединений на корпусах герметизированных приборов укрепляют гермопроводники, электрически изолированные от корпуса, и герметичные штепсельные разъемы.

Выбор материалов токопровода для его вакуумного уплотнения определяется конкретными условиями эксплуатации. Наибольшее распространение получили гермопроводники на базе согласованных спаев металла со стеклом.

Несогласованные спан имеют более высокие механические характеристики, однако их целесообразно применять только при работе изделия п. ограниченном интервале температур.

Попытки использовать в качестве гермопроводников металлические штыри, залитые эпоксидными компаундами, неудачны, так как в результате разных ТКЛР металлов и эпоксидных компаундов в процессе пайки монтажных проводов к выводам происходит разгерметизация. Термоудары и вибрация также приводят к разгерметизации таких соединений.

РАСЧЕТЫ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

При конструировании герметичных изделий возникают две задачи: расчет усилия обжатия, обеспечивающего герметичность соединения, например корпуса и крышки (с прокладкой между ними), и расчет утечки газа через соединение.

Расчет усилия обжатия

 

Отсутствие обоснованных математических моделей разгерметизации объемных соединений не позволяет точно определить давление обжатия с учетом свойств среды, материала прокладок и характеристики микрогеометрни их поверхности. Поэтому получили распространение эмпирические формулы для определения давления обжатия. Они справедливы только в том диапазоне изменения параметров, в котором ставились эксперименты.

Зная необходимое усилив обжатияможно определить усилие затяжки соединения, например винтами, стягивающими уплотнительную прокладку между крышкой и корпусом.

Расчет утечки

 

При расчете утечки (скорости натекания) через уплотнение используются две модели. Одна из них - утечка через круглые капилляры, другая - ламинарное течение через плоскую щель (формула Пуазейля). Расчеты, сделанные по этим моделям, расходятся с практикой, т.к. последние не учитывают такие факторы, как контактное давление, характеристики микрогеометрии поверхности, а также физико-механические свойства материалов уплотняемых деталей и т.д. Между тем не все факторы в одинаковой степени влияют на утечку, поэтому многие авторы для каждого случая обрабатывали результаты эксперимента и получали эмпирические формулы, расчеты по которым дают хорошую сходимость с практическими данными.

Средняя статистическая высота щели  и контактное давление Р_к, обеспечивающее нормальнее уплотнение прокладки, связаны соотношением

                                                                (1)

 

где R - параметр, характеризующий способность материала к уплотнению микронеровностей поверхности. Утечка через уплотнение из эластомера равна.

                                                 (2)

 

Проводимость (утечка на единицу перепада давления и периметра уплотняемой поверхности В)

                                                     (3)

Здесь С₀ - проводимость при отсутствии внедрения прокладки в микронеровности уплотняемой поверхности.

Формулы 1-3 справедливы для газов, не создающих облитерацию, которая уменьшает утечку за счет заращивания щели.

Утечка газа через зазор между уплотнительной прокладкой и фланцами для лучших эластомеров колеблется в пределах 8·10^-6... 4·10^-11 Па·см³/с (8·10^‑6... 4·10^-11 атм см³/с) на 1 см длины прокладки и зависит от ее материала и температуры,

Массовый расход газа через неплотности стыка герметичного соединения( 4 )

(4)

где Р_и - .давление газе в изделии,

Р₀ - давление окружающей среды;

R - газовая постоянная,

h ₀ - средняя высота щели при отсутствии контактного давления на стыке;

К₀ - постоянная Козени, зависящая от формы поперечного сечения щели (для круглой щели Ко =2);

t – коэффициент извилистости ( );

- вязкость уплотняемой среды (газа);

 Т- абсолютная температура;

, - соответственно наружный и внутренний радиусы уплотнительных поверхностей;

 (t=1,2) - наибольшая высота неровностей профиля уплотнительных поверхностей;

Sm - средний шаг неровностей профиля (ГОСТ 2789-73);

Ra - среднее арифметическое отклонение профиля;

 - коэффициент пропорциональности;

 - коэффициент, характеризующий физико-механические свойства материала уплотнительных поверхностей;

М _i - коэффициент Пуассона материала,

Е_i - модуль упругости материала;

r- средний радиус закругления вершин микронеровностей$

в₁ - суммарные параметры опорных кривых контактирующих поверхностей;

 - параметр опорных кривых,

 - гамма-функция.

Требование высокой степени герметичности микросборок, например, корпусов полупроводниковых приборов и ИС неразрывно связано с обеспечением их надежности и долговечности.

В результате негерметичности внутрь корпуса может попасть влага, коррозионно-активные вещества, а также посторонние частицы, которые вызовут повреждения отдельных элементов микросборки или короткое замыкание.

Герметичность корпусов микросборок очень высокая и массовый расход может достичь величины 10^-8...10^-9 см³/с. Укажем для сравнения, что через отверстие диаметром 10 мкм расход газа составляет 5·10^-9 см³/с. При уменьшении диаметра отверстия до 0,1 мкм расход газа снижается на четыре порядка и составляет 5·10^-13 см³/с. Эго вызывает большие трудности в выборе методов и средств для проверки герметичности микросборок, особенно в массовом производстве. Из существующих методов контроля распространение получил газовый (при помощи гелиевого течеискателя).

Как показала практика, утечка корпусов микросборок зависит не только от давления индикаторного газа, которым производят испытание, времени продолжения этого давления, интервала времени после снятия давления, но и от величины внутреннего (свободного) объема испытуемого на герметичность корпуса.

Для точной оценки утечки гелия по результатам измерений

       (5)

где R - измеренная утечка, атм·см³/с;

L - эквивалентная стандартная утечка, атм·см³/с;

 - молекулярный вес соответственно воздуха и индикаторного газа;

t ₁ - время пребывания поддавлением;

t ₂ - время выдержки перед измерением после снятия давления;

U - объем корпуса, см³.

ЛИТЕРАТУРА

1. Достанко А.П., Пикуль М.И., Хмыль А.А. Технология производства ЭВМ. Учеб. Мн.: Вышэйшая школа, 2004.

2. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования технологии и надежности РЭС. Учеб. М.: Радио и связь, 2001.

3. Глудкин О.П. Методы и устройства испытаний РЭС и ЭВС. Учеб. М.: Высш. шк., 2001.

4. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник А.П. Достанко, В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев. Мн.: Выш. шк., 2002.