Цель работы
1. Изучить методы испытаний РЭС и ее элементов на влагоустойчивость.
2.Ознакомиться с принципом действия и устройством испытательногооборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, применяемых прииспытании.
3. Исследовать влагоустойчивость выборки узлов или элементов РЭС.
Теоретические сведения
Характер воздействия влаги на РЭС и ее элементы определяется свойствамиводы в жидком, твердом и газообразном состояниях, наличием растворенныхпримесей и их свойствами. Возможны две основные формы взаимодействия воды с материалами.
При первой влага проникает в трещины, зазоры, капилляры или находится на поверхности, удерживаясь на его мелкодисперсных частицах. Это ухудшает физико-химические, электрические и тепловые свойства, ускоряет процессы старения.
При второй форме вода оказывается химически связанной с элементамивещества, что приводит к ускорению процессов коррозии металлов, к гидролизу и способствует распаду некоторых материалов, что нередко приводит к выходу из строя различных ЭРЭ. При ненадежной влагозащите в различных типах конденсаторов с твердым диэлектриком резко снижается сопротивление изоляции, растут емкость и потери, уменьшается допустимая величина рабочего напряжения. В керамических и герметизированных конденсаторах влага, хотя и не проникает внутрь, но, конденсируясь, уменьшает поверхностное сопротивление изоляции. Наличие паров воды в воздухе вызывает изменение его диэлектрической проницаемости, что в свою очередь приводит к изменению емкости конденсаторов с воздушным диэлектриком и нарушению стабильности РЭА. Тем не менее, конденсаторы с воздушным диэлектриком и большими зазорами наиболее устойчивы против действия влажной атмосферы. На емкость конденсаторов с воздушным диэлектриком оказывает влияние также коррозия его металлических обкладок.
Влага интенсивно влияет на сопротивление резисторов различных типов и конструкций. Периодическое действие влаги на тонкослойные пленочные резисторы типа ВС или МЛТ приводит к набуханию лакового покрытия и частичным отрывам проводящего слоя от основания, следствием чего является уменьшение сопротивления и поверхностный пробой, уменьшение надежности контактов. В проволочных резисторах наличие влаги приводит к коррозии и интенсивному окислению проводников и особенно поверхностей подвижных контактов, что способствует уменьшению фактического сечения проводников, росту их сопротивления и снижению надежности контактов.
При воздействии влаги на высокочастотные катушки и дроссели увеличиваются собственные емкости, потери и, соответственно, снижается добротность. Более чувствительны к действию влаги катушки с каркасами из гигроскопических материалов, намотанные проводами в шелковой и хлопчатобумажной изоляции. Действие влаги снижает добротность таких катушек до 40 %. В трансформаторах и дросселях низкой частоты происходит не только рост потерь, но и увеличивается местный тепловой перегрев, что ухудшает коэффициент полезного действия трансформатора и изменяет индуктивность дросселя. Влага, проникая через трещины в заливке, уменьшает сопротивление межвитковой и межслойной изоляции, способствует развитию электрохимических процессов между витками, что увеличивает вероятность коротких замыканий.
Различают два вида испытаний на влагоустойчивость: длительные иускоренные. Ускоренные испытания проводят с целью оперативного выявления грубых технологических дефектов, которые могут возникнуть из-за нарушения технологии производства изделий и низкого качества применяемых в производстве материалов, а также с целью выявления дефектов, которые могут возникнуть в изделиях при других видах испытаний.
В зависимости от условий эксплуатации, в которых должны работать испытываемые изделия, их подвергают циклическим или непрерывным испытаниям с выпадением и без выпадения росы. Циклическим испытаниям подвергают изделия, предназначенные для работы на открытом воздухе и в открытых производственных помещениях, под навесами, а также в крытых транспортных средствах. Непрерывным испытаниям на влагоустойчивость подвергают изделия, предназначенные для работы в помещениях, где нет резких изменений температуры воздуха, солнечной радиации и осадков.
Испытательное оборудование
Для испытания РЭС и их элементов на воздействие влаги используют камеры влажности или комбинированные термовлагокамеры. Камеры должны обеспечивать получение воздуха с определенной температурой, влажностью и скоростью движения. При этом должен воспроизводиться постоянный или циклический режим испытаний. Испытательная камера, как правило, состоит из рабочего отсека, в котором размещают испытываемые изделия, осушительно-увлажнительного устройства, вентиляторов, измерителя влажности, вспомогательных устройств и электрооборудования. Для получения в камере заданного режима необходимо достаточно точно регулировать влаго- и теплосодержание воздуха, поскольку незначительные изменения температуры сопровождаются значительными колебаниями относительной влажности около точки росы. Для поддержания относительной влажности 95±3 % в диапазоне температур 40-70 С требуется точность регулирования по сухому термометру ±0,3С, а по мокрому до ±0,2С.
Для обеспечения требуемой влажности воздуха в испытательных камерах применяется ряд. Наиболее простым является открытый способ воспроизводящий природные условия увлажнения. Его недостатком является трудность поддержания необходимого режима.
Рисунок 1 – Способы увлажнения воздуха
Для обеспечения требуемой влажности воздуха в испытательных камерах применяется ряд способов (рисунок 1). Наиболее простым является открытый способ (рисунок 1а), воспроизводящий природные условия увлажнения. Его недостатком является трудность поддержания необходимого режима. Характерной особенностью закрытых способов увлажнения является рециркуляция воздуха из рабочего объема камеры через увлажнительное устройство. В увлажнителе воздух либо продувается через слой подогретой воды (рисунок 1б), либо смешивается с распыленной водой (рисунок 1в). Иногда для имитации быстрых суточных изменений температуры и влажности воздуха в испытательный объем вводится водяной пар.
Практическая часть
Исходные данные: 2 варианта плат
| Вариант 1 | |
| На плате расположены следующие элементы: § 2 SMDрезистора: 12 кОм (1206) § 2 SMD резистора: 910 Ом (1206) § 2 SMD конденсатора(0805) § 2SMD биполярных транзистора § Электролитические конденсатор SMD § Соединитель |
| Анализ: все элементы, расположенные на плате, являются элементами поверхностного монтажа. При SMD площадь контактов меньше, таким образом, паразитные сопротивление и емкость будут меньше, чем при штыревом монтаже, но при этом при SMD монтаже элементы рискуют просто отвалиться в случае сильного воздействия влаги в результате коррозии. |
| Вариант 2 | |
| На плате расположены следующие элементы: § Резистор металлоплёночный общего применения: 47 кОм ±5% § Керамический конденсатор: 15нФ § Микросхема DIP14(DV74HC00AN) § Электролитический конденсатор § Соединитель |
| Анализ: При воздействии влаги у резисторов падает сопротивление, у типа ВС(высокостабильных) или МЛТ(металлизированных лакированных теплостойких) приводит к набуханию лакового покрытия и частичным отрывам проводящего слоя от основания, следствием чего является уменьшение сопротивления и поверхностный пробой, уменьшение надежности контактов. У конденсаторов не будет изменяться емкость,влага не проникает внутрь, но, конденсируясь на поверхности, уменьшает поверхностное сопротивление изоляции. Наличие паров воды в воздухе вызывает изменение его диэлектрической проницаемости, что, в свою очередь, приводит к изменению емкости конденсаторов с воздушным диэлектриком и нарушению стабильности РЭА ИМС имеет герметизированный корпус из пластмассы, но попадание влаги возможно через поры и трещины в защитных покрытиях. Наличие остатков влаги внутри корпуса микросхемы после ее изготовления, а также наличие ионных загрязнений на поверхности кристалла способствуют возникновению коррозии металлизации, носящей, как правило, электрохимический характер. При достижении относительной влажности внутри корпуса порядка 60% создаются благоприятные условия для адсорбции на поверхности кристалла достаточного количества влаги, обеспечивающей высокую электролитическую проводимость. |
Вывод: в ходе лабораторной работы изучили влиянии влаги на элементы узлов РЭУпри различных видах монтажа. После анализа всех полученных схем можно сказать, что более надежной оказалась схема с поверхностным монтажом(Вариант1).Для уменьшения воздействия влаги, помимо конструктивных решений монтажа, следует применять различные защищающие лаки и гидрофобные покрытия.