Влияние климатических факторов на конструкцию

Влияние климатических факторов на конструкционные материалы выражается главным образом в возникновении процессов коррозии, потере механических и диэлектрических свойств, изменении электропроводности и т. п. Реакция на воздействующий фактор, степень и скорость изменения свойств конструкционного материала в зависимости от его природы различны. Процесс коррозии у металлов имеет химическую или электрохимическую природу, но причина во всех случаях одинакова: переход корродирующего металла в более стабильное первоначальное состояние, из которого он был получен с затратой большой энергии. Процесс коррозии всегда связан с отдачей энергии, что указывает на самопроизвольный ход реакции, т. е. без затраты энергии извне. Процесс химической коррозии протекает без участия влаги. При электрохимической коррозии растворение металла (возникновение новых соединений) происходит с участием электролита, т. е. воды.

Различают три вида коррозии: равномерную, неравномерную, межкристаллическую.

При равномерной коррозии процесс распространяется постепенно от отдельных коррозирующих мест по всей поверхности металла.

Неравномерная коррозия ограничивается отдельными местами и возникает, например, вследствие нарушения защитного покрытия.

Коррозия межкристаллическая характеризуется проникновением в глубь металла путем разрыва структуры и распространением вдоль границ кристаллов.

Наличие в атмосфере кислот, щелочей, солей в большинстве случаев ускоряет процессы коррозии.

Воздействие агрессивной атмосферы на изоляционные материалы выражается в поглощении ими влаги, ухудшении диэлектрических свойств и постепенном разрушении.

Изоляционных пластмасс, не поглощающих влаги, не существует. Количество проникшей влаги и время ее проникновения неодинаковы для различных материалов.

Проникновение влаги в изоляционные материалы может быть капиллярное и диффузионное.

Капиллярное проникновение имеет место в случае наличия в материале грубых микроскопических пор, трещин и других дефектов. Так как в микроэлектронике применяют только высококачественные изоляционные материалы, то они практически свободны от таких дефектов.

Поэтому в данном случае существенно большее значение имеет процесс диффузионного проникновения, который заключается в заполнении промежутков между молекулами материала молекулами воды. При этом перемещение молекул воды происходит в сторону меньшей их концентрации. Таким образом, при повышенной влажности молекулы воды проникают внутрь материала, а в сухой теплой атмосфере — из материала. В первом случае имеет место поглощение влаги, во втором — высыхание.

Поглощение влаги диэлектриком ведет к уменьшению его сопротивления, увеличению диэлектрических потерь, набуханию, механическим повреждениям.

Плесневые грибки как один из сильнейших биологических факторов также могут отрицательно воздействовать на работоспособность аппаратуры. Для развития плесени необходимы большая относительная влажность воздуха (80— 100%) и температура 25—37°С.

Такие условия естественны для стран с тропическим влажным климатом, однако они могут возникнуть искусственно в помещениях, где эксплуатируется аппаратура.

Среди материалов, применяемых в микроэлектронной аппаратуре, наибольшее воздействие плесень оказывает на те, которые имеют органическую основу.

Способы защиты от воздействия агрессивной внешней среды

Покрытия

Для защиты поверхности металлических и неметаллических материалов от агрессивной внешней среды применяют различные покрытия, которые по назначению делят на три группы: защитные, защитно-декоративные и специальные.

Защитные покрытия предназначены для защиты деталей от коррозии, старения, высыхания, гниения и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя.

Защитно-декоративные покрытия наряду с обеспечением защиты деталей придают им красивый внешний вид.

Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают их от влияния особых сред.

По способу получения все покрытия разделяют на металлические и неметаллические.

Металлические покрытия – покрытия, нанесенные горячим способом, гальванические, диффузионные и металлические на диэлектриках.

Неметаллические покрытия – покрытия лаками, эмалями, грунтовками, а также противокоррозионное покрытие пластмассами.

Выбор того или иного вида покрытия в каждом конкретном случае зависит от материала детали, ее функционального назначения и условий эксплуатации.

Для борьбы с плесневыми грибками применяют три способа:

способ 1 — использование материалов, не склонных к образованию на них плесени (применение этого метода ограничивается возможностями выбора материалов);

способ 2 — изменение внутреннего климата в аппаратуре, имеющее цель лишить плесневые грибки благоприятной базы для развития (здесь главным образом требуется принимать меры к снижению влажности воздуха, так как саморазогрев как отдельных микросхем, так и полностью всей аппаратуры почти автоматически лишает грибки благоприятной температуры);

способ 3 — добавление в состав лака или эмали, которыми покрывают поверхность деталей, специальных химических веществ – фунгицидов.