CC BY
305
УДК 621.396.6:621.792:539.217.3
Белов А.Г., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Горячев Н.В., Юрков Н.К.
Пензенский государственный университет
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЛАГОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ПЕЧАТНЫХ УЗЛОВ ДАТЧИКА ПРОТЕЧКИ
Введение
Современный уровень развития радиоэлектронного оборудования позволяет управлять всеми самыми сложными и ответственными процессами. Хотя в прошлом жесткие условия эксплуатации использовались в радиоэлектронных средствах только специального или военного назначения, но на сегодняшний день пользование радио электронными средствами в условиях повышенной влажности, высоких и низких температур, условия соленного тумана или повышенной вибраций становится очень распространенным случаем в повседневной жизни. И для обеспечения их безотказной работы, следует использовать дополнительные средства защиты. И для этого используется ряд индивидуальных факторов зависящих от условий среды их применения: высокая влажность, высокие или низкие температуры, механические воздействия и т.д или даже их комбинация.
Датчик утечки воды [1] должен безотказно работать во влажной среде, а также иметь дополнительную пылезащиту, свободно переносить низкие и высокие температуры, иметь хорошую механическую прочность.
Анализ средств влагозащиты печатных узлов
Перед всеми производителями электронных устройств на главном месте существуют такие задачи:
Минимизация электронных устройств и компонентов.
Широкий температурный диапазон эксплуатации устройств.
Одновременное наличие слабых и мощных сигналов тока на одном печатном узле.
Увеличение количества мощных компонентов на одном печатном узле.
Высокие механические нагрузки при эксплуатации.
Высокая конкуренция за потребителя.
Большое количество печатных узлов работают в особых условиях, которым свойственно:
Воздействие повышенной влажности и соляного тумана;
Воздействие ультрафиолетового излучения;
Воздействие высоких и низких температур, а также их резкое изменение
Воздействие агрессивных сред: топлива, щелочей, кислот, солей, газов и т. п.
И для определения степени защиты радиоэлектронных средств существует стандарт 1Р(ГОСТ 14254-
96) [2] .
Степень защиты корпусов устройств согласно международному нормативу International Protect, или просто IP. Этот норматив несет информацию о защите обслуживающего персонала от поражения электрическим током и о степени защиты расположенных внутри электронных элементов от проникновения пыли и воды. Удобство норматива IP признано во всем мире, поэтому он используется гораздо чаще, чем ссылки на национальные стандарты. Поэтому, необходимо обращать внимание не только на внешний вид устройства, но и на степень защиты по IP. Эти стандарты приведены ниже в таблице 1:
Таблица 1. - Стандарты IP
Первая цифра стандарта IP
Условное графическое обозначение
Вторая цифра стандарта IP
Условное графическое обозначение
0 - Защита отсутствует
0 - Защита отсутствует
1 - Защита от твердых предметов с размерами более 50 мм
1 - Защита от вертикально падающих капель воды
2 - Защита от твердых предметов с размерами более 12 мм
2 - Защита от капель воды, падающих с отклонением от вертикали не более 15°
3 - Защита от твердых предметов с размерами более 2.5 мм
£
и*
3 - Защита от дождя
4 - Защита от твердых предметов с размерами более 1
4 - Защита от водяных брызг
5 - Защита от пыли
5 - Защита от водяных струй под давлением
мм
6 - Полная защита от пыли ifs1 - 1 1 : IL :: . ГіІУ- ‘ • 6 - Защита от волн
7 - Защита от погружения (глубина не более 1 м) 1т 15 сп т г л
8 - Защита от затопления (глубина в м указывается дополнительно) т
И для обеспечения отличной пыле-влагозащиты по мировым стандартам применяются различные способы защиты электронных устройств от негативного воздействия внешней среды, среди них такие как:
Защита изделия влагозащитным покрытием
Заливка компаундом или гелем
Герметизация изделия в корпусе, а так же придание дополнительной механической прочности при помощи клеев-герметиков.
Анализ технологий влагозащитных покрытий
Одним из лидеров в производстве влагозащитных покрытий является HumiSeal. Спектр материалов этой компании для защиты электронных устройств от негативного воздействия внешней среды включает в себя:
Акриловые покрытия
Уретановые покрытия
Покрытия ультрафиолетового отверждения
Покрытия на водной основе
Однокомпонентные лаки с высокой технологичностью применения, диапазон рабочих температур -65 до +150°С [3], хорошие диэлектрические характеристики, высокая скорость отверждения, возможность нанесения любым методом (кисть, окунание, распыление, селективное автоматическое нанесение), хорошая ремонтопригодность. Перечисленные выше свойства позволяют решениям Humiseal находить широкое применение в электронной технике.
Также лидером в производстве влагозащитных покрытий является компания Dow Corning. Их особенностью в отличии от других компаний, это использование в технологии изготовления влагозащитных покрытий на основе кремнийорганических материалов. Для защиты электронных устройств от негативного воздействия внешней среды решения от Dow Corning включают в себя:
Влагозащитные покрытия.
Заливочные компаунды.
Гели.
Клеи-герметики.
Диапазон рабочих температур -80 до +300°С, высокие диэлектрические характеристики [4] , отверждение при комнатной температуре или ускоренное при нагреве, различная толщина материала и одновременно ряд дополнительных свойств, таких как теплопроводность и защита от механических нагрузок. Кроме сохранения своих физических и электрических свойств в широком диапазоне эксплуатационных условий, силиконы устойчивы к разложению под действием озона и ультрафиолета.
Акриловые и уретановые покрытия Humiseal на основе растворителей относятся к классической хорошо себя зарекомендовавшей группе влагозащитных покрытий. Если Вы ищете надежное, многократно проверенное высокотехнологичное покрытие, то материалы этой группы могут быть удачным решением. Покрытия Humiseal на основе растворителей находят широкое применение для замены традиционно применяемых на отечественных производствах влагозащитных материалов с невысокой технологичностью.
Если Ваша задача требует влагозащитного покрытия с высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками, а обстоятельства связанные с производством обуславливают применение материалов с минимальным содержанием растворителей [5], слабым запахом, высокой точкой вспышки и низкой чувствительностью к влажности воздуха, то акриловые и уретановые покрытия Humiseal на водной основе могут быть хорошим решением такой задачи.
Если перед Вами стоит задача обеспечить высоконадежную защиту печатного узла от повышенной влажности и агрессивных химических веществ, исключить нагрев печатного узла для отверждения покрытия или минимизировать время между нанесением покрытия и получением защитной пленки с конечными свойствами, то покрытия Humiseal ультрафиолетового отверждения.
Если Ваша задача предполагает защиту печатного узла от повышенной влажности с температурным режимом эксплуатации выше 125°С, если требуется высокая эластичность покрытия для минимизации воздействия на чувствительные компоненты или нужно обеспечить высокие диэлектрические характеристики платы, если нужен материал не содержащий в своем составе растворителей и обладающий стабильной вязкостью на протяжении длительного промежутка времени - для всех перечисленных задач силиконовые покрытия могут быть хорошим решением.
Если Вам нужно обеспечить высоконадежную защиту электронного устройства от воздействия негативных климатических факторов, одновременно обеспечить теплоотвод [6,7] с поверхности печатного узла, улучшить механическую прочность устройства или обеспечить высокие диэлектрические свойства изделия, то силиконовые заливочные компаунды успешно справятся с такой задачей. Также силиконовые компаунды применяются в любых задачах, где нужно совместить высокую надежность изделия и простоту применения защитного материала.
Одновременная защита печатного узла от негативного воздействия внешней среды и демпфирование ударов или вибраций - прямое назначение этой группы материалов. Также применение гелей обосновано в изделиях с незащищенными корпусом проволочными соединениями между участками или компонентами платы. Гели минимизируют механическое воздействие на проволоку или другие чувствительные к механическим нагрузкам элементы устройства.
Надежная фиксация крупногабаритных компонентов печатного узла или герметичное приклеивание крышки к корпусу с одновременным обеспечением специальных свойств шва (теплопроводность, электроизоляция и т.д.) - все эти задачи являются прямым назначением силиконовых гелей.
Выбор технологии
Проводя анализ технологий влагозащитных покрытий, получен вывод, что нет универсального покрытия для защиты печатного узла, нужно учитывать в каких условиях будет работать радио электронное средство: температура окружающей среды, влажность, вероятность получения механических повреждений, условия соленого тумана, химическая активность, давление и так далее. Для каждой печатной платы покрытие выбирается индивидуально исходя из условий применения.
Для выбора влагозащитного покрытия использовался метод подборки от компании HumiSeal (рисунок 1) [8-27]. Здесь ключевыми особенностями стали температура окружающей среды и химическая стойкость .
Рисунок 1. - Метод выбора влагозащитного покрытия HumiSeal
Из метода выбора влагозащитного покрытия HumiSeal лучшим покрытием для датчика утечки является уретановое покрытие ультрафиолетового отверждения.
Заключение
В данной работе проведен анализ различных методов влагозащитных покрытий и выбран более подходящий, который в полной мере обеспечивает высоконадежную защиту печатного узла от высокой влажности, от механических повреждений, от высоких и низких температур и от химических веществ, а также имеет минимальное время между нанесением покрытия и получения защитной пленки, это обеспечивает сразу большое количество продукции готовым влагозащитным покрытием, что сокращает потери большого количества денег и времени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белов А.Г. Обзор современных датчиков утечки воды / А.Г. Белов, Н.В. Горячев, В.А. Трусов, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 34-36.
2. ГОСТ 14254-96. Степени защиты IP. Пылевлагозащищенность.
3. Юрков Н.К. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплекса
/ Н.К. Юрков, Н.В. Горячев // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433-
436 .
4. Горячев Н. В. Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. 2011. № 26. С. 534-540.
5. Лысенко А.В. Структура и программно-информационное обеспечение информационно-измерительного лабораторного комплекса/Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков//Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. Т. 130. № 5. С. 169-173.
6. Стенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС/ Н.В. Горячев, И.Д. Граб, А.В. Лысенко, П.Г. Андреев, В.А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 162-166.
7. Граб И. Д. Алгоритм функционирования стенда исследования теплоотводов и систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры/ И.Д. Граб, Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 385-391.
8. Предприятие Остек 2012. Защита электронных устройств от негативного воздействия внешней
среды [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.ostec-
materials.ru/tech_lib/technology/zashchita-elektronnykh-ustroystv-ot-negativnogo-vozdeystviya-vneshney-sredy.php
Меркульев А.Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А.Ю. Меркульев, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — №11. — С. 143-145.
Андреев П.Г. Микропроцессорные системы в учебном процессе / П.Г. Андреев, И.Ю. Наумова, Н.К. Юрков, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, А.В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 1. С. 161-164.
Бростилова Т.Ю. Волоконно-оптический датчик деформации / Т.Ю. Бростилова, С.А.Бростилов, Т.И. Мурашкина // Надежность и качество сложных систем . 2013. № 1. С. 93-99.
Горячев Н. В. Концептуальная схема разработки систем охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. 2009. № 2. С. 66-70.
Быков В.В., Назаренко А.С., Юрков Н.К. Моделирование системы технического сервиса. М.: МГУЛ, 2004. 84 с.
Кочегаров И. И. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств/И.И. Кочегаров, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, К.С. Петелин, В.А. Трусов,Н.К. Юр-ков//Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136-143.
Бростилов С.А. Распространение света в искривленном многомодовом оптическом волноводе / С. А. Бростилов, С. И. Торгашин, Н. К. Юрков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 1. - С. 141-150.
Горячев Н.В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122-124.
Андреев П.Г. / Моделирование переотражателей радиолучевых систем обнаружения. / Автореферат
диссертации на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: — Пенза: ПГУ, 2005 г. — 22 с.
Трифоненко И.М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И.М. Трифоненко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396-399.
Андреев П.Г. / Моделирование переотражателей радиолучевых систем обнаружения. / Диссертация на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: — Пенза: 2005 г. — 249 с.
Горячев Н.В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА /
H. В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78-79.
Андреев П. Г. Основы проектирования электронных средств:учеб. пособие/П. Г. Андреев, И. Ю.
Наумова//Пенза:Изд-во ПГУ, 2010.-124 с.
Бростилов С.А. Волоконно-оптический датчик давления на основе туннельного эффекта / С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина, Т. Ю. Бростилова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2010. - № 4. - С. 106-117.
Юрков Н. К. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования теплоотводов элек-трорадиоэлементов/Н.К. Юрков, Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, И.Д. Граб//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 239-240.
Гарькина И. А. Системные методологии, идентификация систем и теория управления: промышленные и аэрокосмические приложения / И. А. Гарькина, А. М. Данилов, Э. В. Лапшин, Н. К. Юрков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2009. № 1. С. 3-11.
Горячев Н.В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н.В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263-263.
Лысенко А. В. Краткий обзор методов имитационного моделирования / А. В. Лысенко, Н. В. Горячев, И.Д. Граб, Б.К. Кемалов, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2011. № 14. С. 171176 .
Сивагина Ю.А. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Ю.А. Сивагина, И.Д. Граб, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т.
I. С. 74-76.
