Исследования влагозащитных свойств компаунда марки "Виксинт К-68" (резиноподобный) Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

11. Щербань А.Б., Володин К.И., Куц А.В. Использование нечётких оценок частных критериев в процессе многокритериального оценивания. - Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 282-285.

12. Грибань М.Е., Адаев Н.В., Семочкина И.Ю. Обобщенная процедура синтеза измерительных преобразователей на базе замкнутых структур интегрирующего типа для преобразования сигналов сложной формы. - Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 389-393.

13. Михеев А.М., Семочкина И.Ю. 3D-моделирование в интеллектуальной информационной системе поддержки научного эксперимента для систем мониторинга и контроля изделий ракетно-космической техники. - Надежность и качество сложных систем. 2013. № 4. С. 28-32.

14. Problem of virtual space modelling in aviation simulators // V.R. Roganov, E.A. Asmolova, A.N. Seredkin, M.V. ^etvergova, N.B. Andreeva, V.O. Filippenko Life Science Journal 2014;11(12s).-371-373.

15. Михеев А.М., Сёмочкина И.Ю. Алгоритмы интеллектуального анализа данных в информационной системе поддержки удалённого эксперимента. - Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 396-398.

16. Вяткин С.И., Долговесов Б.С., Валетов А.Т. Геометрические операции для функционально заданных объектов с применением функций возмущения. - Автометрия. 2004. Т. 40. № 1. С. 65-73.

17. Vyatkin S.I., Dolgovesov B.S. Collision detection of functionally defined objects for constant time. - В сборнике: GraphiCon 2005 - International Conference on Computer Graphics and Vision

Proceedings. 2005.

УДК 621.397

Зелякова Т.И., Крутов Л.Н,

Филиал ФГКУ «46 ЦНИИ» Минобороны России, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛАГОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ КОМПАУНДА МАРКИ «ВИКСИНТ К-68» (РЕЗИНОПОДОБНЫЙ)

В статье приведены результаты исследований влагозащитных свойств компаунда марки «Виксинт К-68» (резиноподобный).

Проведенные исследования характеристик защитных покрытий, используемых при производстве микросхем, показали, что имеются нерешенные вопросы, связанные с химической совместимостью ряда кремнийорганических покрытий с конструктивными элементами микросхем, что в значительной мере ограничивает их надежность [1].

Одним из необходимых требований, предъявляемых к защитным покрытиям (компаундам), является их высокая степень чистоты и отсутствие химического воздействия под влиянием эксплутационных факторов (влаги, рабочего напряжения, температуры и т.п.), а также сохранять свои свойства в течение срока эксплуатации интегральных микросхем, не ухудшать их качество и надежность [2].

Задачу по отбору защитных покрытий (компаундов) упростит выбор приоритетных требований к ним в соответствии с требованиями военного стандарта. Требованиям химической совместимости с конструкционными элементами микросхем и отсутствия разрушения алюминиевой металлизации отвечают такие параметры защитных покрытий, как равновесное влагопоглощение, коэффициент влагопро-ницаемости и содержание примесных ионов корро-зионно-активных элементов (калия, натрия, хлора и серы). В Центре исследования надежности и анализа отказов радиоэлектронной аппаратуры и комплектующих ее изделий Филиале 4 6 Центрального научно-исследовательского испытательного института Министерства обороны Российской Федерации разработаны и внедрены методики определение вла-гопоглощения, коэффициента влагопроницаемости и содержание примесей в защитных покрытиях производилось по ранее разработанным методикам c использованием рабочего места [3, 4].

С этой целью были проведены по разработанным ранее методикам исследования основных характеристик, влагопоглощения, коэффициента влагопроницаемости и концентрации ионных примесей защитного покрытия марки «Виксинт К-68» (резиноподобный) ТУ 38.103508-81.

Компаунд представляет собой композицию вяз-котекучей консистенции, состоящую из пасты «К» и катализатора № 68 (ТУ 38.303-04-05-90). Паста «К» - каучук СКТН (диметил-силоксановый) (ТУ22 94-002-00152 000 96) или СКТНФ (диметилфе-нил-силоксановый). В макромолекулах СКТН и СКТНФ имеются реакционноспособные центры трех типов: связь Si-O, концевые силанольные и боковые углеводородные группы. Для центров первых двух типов характерны гетеролитические реакции, для последнего - гомолитические. Полярные реагенты (щелочи, амины, кислоты и др.) могут вызывать различные перегруппировки макромолекулы, напри-

мер, деструкцию с образованием циклосиланов, которые могут полимеризоваться, а также поликонденсацию по концевым силанольным группам с отщеплением воды. Концевые силанольные группы могут взаимодействовать с алкоксисиланами или ал-коксидами металлов с отщеплением спирта. Силок-сановые и концевые силанольные группы могут вступать и в другие гетероциклические реакции. Поэтому ничтожные примеси ионных соединений вызывают нежелательные изменения каучука при эксплуатации в микросхемах [5]. При температурах выше 150о С окисляются боковые метильные группы, что приводит к деструкции и структурированию полимера.

Заливочный кремнийорганический компаунд «Вик-синт К-68» применяется для герметизации изделий радио- и электротехнической аппаратуры, различных плат и приборов, работающих в воздушной среде в условиях повышенной влажности. Компаунд Виксинт К-68 не вызывает коррозии неанодирован-ных и неплакированных А1 сплавов, с хроматным пассированием латуни и серебряного покрытия.

Технические характеристики:

- ресурс при +2 00оС равен 2500 ч, при + 250оС равен 1500 ч.

- объёмное и удельное электрическое сопротивление компаунда при температуре +20оС +25оС и относительной влажности воздуха 60-65%,

- не менее 1.10-13 Ом.см;

- тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106 Гц, — не более 0,020;

- диэлектрическая проницаемость — не более 3,5;

- электрическая прочность при температуре +(20-25)оС и относительной влажности воздуха 6065%, кВ/мм — не менее 15;

- прочность связи компаунда с металлом при отслаивании с применением подслоя П-11, кН/м (кгс/см) — не менее 0,69 (0,7);

- компонентность + подслой П-11 (П-90) — паста К: катализатор № 68;

- цвет/состояние — белый, серый/вязкотекучий;

- срок хранения — 12 месяцев;

- температурный режим —7 0о С +25оС;

- жизнеспособность — 0,5 - 6,0;

- условная прочность при растяжении, МПа (кгс/см2) — не менее 1,96 (20);

- РН водной вытяжки — не менее 6,0;

- относительное удлинение при разрыве, % — не менее 80;

- твердость по Шору, А, в (условных единицах)

— 55-70.

Для изготовления пяти образцов полимера 10 г. основной пасты «К» и 0,6 г. катализатора тщательно перемешиваются шпателем или механической

мешалкой в фарфоровой, металлической или полиэтиленовой таре до получения однородной массы. Время смешивания, в зависимости от величины навески приготовляемого компаунда, вязкости пасты и интенсивности перемешивания, составляет от 3 до 10 мин.

Смесь не должна иметь пузырьков воздуха, для чего смесь вакуумируют при давлении от 986 до 993 гПа (остаточном от 15 до 20 мм рт. ст.) при температуре от 15 до 30оС до прекращения пенооб-разования. После чего аликвота смеси (2 г.) переносится в форму (приспособление №1) методом заливки, отверждается в слое толщиной до 5 мм. Полная вулканизация происходит при температуре

Геометрические размеры

окружающей среды в течение 72 ч, считая с момента смешения пасты (полимера) с катализатором.

При использовании подслоя П-11, поверхность вначале обезжиривается бензином (ацетоном, этиловым спиртом) и сушится на воздухе при температуре от 15оС до 30 оС. На подготовленную таким образом поверхность чистой кис-точкой наносится один раз равномерным слоем подслой П-11. Нанесенный под-слой сушится на воздухе при температуре от 15оС до 30оС в течение не менее 40 мин. После этого на поверхность наносится смесь компаунда с катализатором.

Геометрические размеры и первоначальная масса образцов представлены в таблице 1. и первоначальная масса образцов Таблица 1

Определяемый параметр

Толщина Ь, мм

Средняя толщина образца Ьср

Объем образца V, м3

Масса, т о, г.

Измеренные размеры в точках по номерам образцов

1

318 548 568 547 504

497

65-10-

1, 3294

2

481 339 396 505 230

39

3 -10-

1,2389

3

577 390 496 599 577

528

7 5-10-

1,6797

4

865 764 421 764

866

736

4 -10-

2,4998

5

550 611 628 460 637

577

9 -10-

1,8496

Результаты определения и среднее значение влагопоглощения для каждого интервала времени приведены в таблице 2.

Результаты определения влагопоглощения Таблица 2

Порядковый номер интервала измерения Значения параметра по номерам образцов П а

1 2 3 4 5

1 1,2 1,09 1,29 1,0 1,29 1,17

2 1,2 1,09 1,29 1,0 1,35 1,19

3 1,26 8 1 1,3 1,08 1,4 1,24

4 1,26 8 1 1,3 1,08 1,4 1,24

Продолжительность исследований составила 4 суток (96 ч).

По полученным значениям В строилась кривая кинетики сорбции влаги материалом в координатах влагопоглощение, (%) - время, сутки. Вид кривой приведен на рисунке 1.

1,4

1,2

■ 0,8

0,6

т 0,4

0,2

"171719-

-1,24

-1,24

-1,24

1,24

0 ■ -00

4 5

Время, сутки

Рисунок 1 - Кривая сорбции компаунда марки «Виксинт К-68» Коэффициенты растворимости образцов Ь представлены в таблице 3.

Номер образца 1 2 3 4 5

Ь, кг/(м3Па) 3,4-10-3 3,7-10-3 4,4-10-3 3,8-10-3 4,6-10-3

I диффузии Д образцов представлены в таблице 4.

Номер образца 1 2 3 4 5

Д, м2/с 5,8 -10-7 3,6 -10-7 6,6-10-7 1,3 -10-6 7,9-10-7

Таблица 3

Таблица 4

Коэффициенты влагопроницаемости образцов (Р) в кг/(м.с.Па) и его среднее арифметическое значение представлены в таблице 5.

Таблица 5

Номер образца 1 2 3 4 5

Р, кг/(м-с-Па) 2,0 -10-9 1,3 -10-9 2,9 -10-9 4,9 -10-9 3,6 -10-9

Рср., кг/(м.с.Па) = 2.9-10-9

0

О

0

0

о

1

1

1

2

1

1

1

2

3

достигнуто в и составляет

Исследования показали:

- равновесное влагопоглощение течение первых суток (за 30 мин)

1,24 %;

- среднее значение коэффициента влагопрони-цаемости составляет 2,9-10-9 кг/(м.с.Па);

нарушений внешнего вида образцов не выявлено. Далее подготовленные образцы полимера диаметром 30 мм и подслоя, всего 10 образцов, поочередно заключались в соответствующие обоймы и помещались в камеру анализа спектрометра, имп/с

После набора спектра осуществлялся качественный анализ полимера и подслоя, для чего проводили измерение спектров на всех кристаллах спектрометра и во всем диапазоне длин волн с последующей их расшифровкой [3]. Спектры образцов полимера и подслоя представлены на рисунках 2. и 3., соответственно.

60 и и

50 0 О

4000

3000

2000

1 ими

ЕЗ и

_ I ЕЗ С2

« И N -}- Ж J и М ¿¡В О ^^Р : -'^т_г-тм-Ч ■ Г* ■ 1

2000 250 0 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0 450 0 5 0 0 0 550 0 6 0 0 0 650 0

Дпина волны, мА

Рисунок 2 - Рентгеновский спектр компаунда марки «Виксинт К-68»

и м п/с*1 000

7 00 0

1 6 1 4 1 2 1 0 в 6 4 2

и еЗ И еЗ

\ Ч 1 Е— 1 -Г

М еЗ мы

1000 2000 3000 4000 5000 6000

Длина волны, мА

Рисунок 3 - Рентгеновский спектр подслоя

7000

Для проведения количественного анализа составлялся список обнаруженных элементов в полимере, устанавливался режим анализа спектрометра «Спектроскан» и запуск измерений. Результаты

определения концентрации примесей представлены в таблице 6. Концентрация ионных примесей выражалась в массовых долях (ш).

Таблица 6

Название химического элемента примеси Массовые доли ионных примесей, не более, % по номерам образцов Среднее значение

1 2 3 4 5

Хлор (С1) 1,5 *10-2 1,0-10-2 1,3-10-2 1,4 -10-2 2,4 -10-2 1,5*10-2

Сера (Б) 1,4*10-2 7,9*10-3 1,2*10-2 9,8*10-3 1,8*10-2 1,2*10-2

Исследования показали:

- образцы компаунда марки «Виксинт К-68» содержат коррозионно-активные примеси (хлор и серу);

- содержание остальных элементов лежит за пределами обнаружения.

В подслое коррозионно-активных элементов не обнаружено.

Вывод: В результате проведенных исследований компаунда марки «Виксинт К-68» установлено наличие гидрофильных ионных примесей в полимере, что увеличивает значение равновесного влагопоглоще-ния, коэффициента влагопроницаемости и делает такое защитное покрытие потенциально ненадежными для защиты алюминиевой металлизации. В полимерах содержащих гидрофильные низкомолекулярные примеси под влиянием проникающей влаги происходит образование активных реагентов (электролитов),

что приводит к проникновению влаги и реагента на поверхность кристалла. Такие полимерные покрытия (компаунды) являются химически несовместимыми с конструктивными элементами микросхем [6].

Окончательный вывод о влиянии этих примесей на надежность микросхем в процессе хранения или

длительной эксплуатации возможен только после проведения ускоренных испытаний на коррозионную стойкость тестовых образцов микросхем с компаундом марки «Виксинт К-68».

ЛИТЕРАТУРА

1. НТО о НИР «Исследование и испытание защитных покрытий (компаундов), применяемых в ИС», шифр: «Оборона», этап II. - Мытищи: ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2003.- 157 с.

2. ОСТ 11 0044-84 «Материалы полимерные для защиты и герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем»

3. НТО о НИР «Исследования и испытания защитных покрытий (компаундов) элементов электронной компонентной базы военного назначения.», шифр «Димер-ку», I этап.— Мытищи: ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России», 2007. — 61 с.

4. Зелякова Т.И., Крутов Л.Н., Баринов П.Е. Комплекс средств для контроля характеристик компаундов // Экономика и производство.—2005. №3.-72 с.

5. Нестеров В. Б., Теверовский А.А. Исследование термо-, влагостойкости кремнийорганических компаундов, применяемых для защиты полупроводни-ковых приборов.//Электронная техника. Сер. Материалы, 1986, вып.3 (214), с.49-54.

6. Рейтлингер С.А. Проницаемость полимерных материалов.— М.: Химия, 1974, с.104.

УДК 621.397

Лапшин Э.В., Трусов В.А,

ФГУБО ПО Пензенский государственный университет, Пенза, Россия

РАСЧЁТ СИСТЕМ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Многие типы магнитных систем с высококоэрцитивными постоянными магнитами допускают аналитическое описание магнитного поля при задании поля намагниченности М, которое сохраняется постоянным [1].

В связи с этим возникает необходимость отдельного рассмотрения магнитных муфт (ММ) с циркулярным намагничиванием постоянных магнитов (ПМ) таких, как MS-12 (рис. 1.13), MS-15, МБ-16 (рис. 1.14), которая вызвана чрезвычайно высокой трудоёмкостью задания поля намагниченности М при использовании существующих программных средств, основанных на методе конечных элементов [2, 4].

Все известные в настоящее время методы расчёта систем с постоянными магнитами можно подразделить на две основные группы:

1. Методы, основанные на расчёте цепных схем замещения.

2. Методы расчёта, основанные на дифференциальных и интегральных уравнениях магнитного поля постоянного магнита.

Разработка методов расчёта первой группы относится к 20 - 30-м годам прошлого столетия. Сложность математического описания магнитного поля ПМ, являющегося нелинейной средой, и отсутствие технических средств, позволяющих численно решать задачу расчёта магнитного поля как краевую задачу математической физики, привели к созданию методов расчёта, предполагающих замену полевой задачи расчётом цепной схемы замещения [5].

Эти методы до настоящего времени применяются

в различных инженерных методах расчёта магнитных систем с ПМ, особенно в тех случаях, когда магнит намагничен практически однородно и его состояние характеризуется одной единственной точкой на характеристике размагничивания.

Точность, с которой схема замещения позволяет описывать магнитные процессы, протекающие в магнитной системе, зависит от точности определения проводимостей рассеяния и рабочей проводимости воздушного зазора, поскольку именно они определяют положение рабочей точки на диаграмме магнита. Обычно для определения требуемых магнитных проводимостей магнитную цепь разбивают на простейшие области с учётом предполагаемых силовых трубок магнитного поля. Проводимости определяются при помощи приближённых формул, полученных либо экспериментальным путём, либо графоаналитическими методами по построенной картине магнитного поля. Обычно реальные силовые трубки внешнего магнитного поля системы заменяются простыми геометрическими фигурами. Погрешность получаемых при этом аналитических зависимостей определяется точностью замены реальных трубок

внешнего поля предполагаемыми, достоверность которых заранее трудно предопределить.

Причём, для одних и тех же форм поверхностей имеется несколько формул определения проводимости, предложенных различными авторами, которые при подсчёте одной и той же проводимости могут давать величины, различающиеся в несколько раз.

Сложность расчёта проводимости рассеяния самого постоянного магнита обусловлена неэквипо-тенциальностью его поверхностей. Это усложняет подсчёт магнитного напряжения между его отдельными участками. Принимаемый часто линейный закон изменения магнитного потенциала также вносит погрешности в расчёт, что особенно существенно при расчёте неявнополюсных магнитных систем со сложной формой полюса.

Расчёт магнитных муфт в полевой постановке задачи позволяет более

точно исследовать магнитную систему и изыскать резервы при решении различного рода оптимизационных задач. Всё это, в свою очередь, позволит сэкономить дефицитные материалы, в том числе и материалы постоянных магнитов. В настоящее время в электромашиностроении всё острее ставится задача уменьшения габаритов и массы вновь создаваемых устройств. В связи с этим

возникает необходимость повышения точности расчёта магнитных систем. При этом необходимо отказаться от большинства допущений, которые применяются при использовании цепных схем замещения.

Таким образом, наиболее перспективными методами расчёта и проектирования магнитных муфт являются методы, основанные на математическом моделировании магнитных полей. Расчёт магнитного поля или моделирование магнитного поля ММ обычно сводится к решению уравнений Лапласа или Пуассона относительно скалярного или векторного потенциала магнитного поля в исследуемой области [2, 3]. Сложные зависимости между параметрами магнита, его формой и геометрическими размерами являются причинами того, что современные ЭВМ позволяют рассчитать магнитное поле ММ не только в плоскости, но и в объёме [4].

В настоящее время в основном используется метод конечных элементов, который первоначально был применён для решения задач строительной механики [6].

Необходимо отметить интегральные методы расчёта магнитных полей, которые могут быть положены в основу аналитической методики расчёта. В настоящее время существуют два подхода к формулировке математического описания магнитных систем на основе интегральных уравнений, которые