CC BY
42УДК 629.78.067
ЗАЩИТА ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ УСТРОЙСТВ ОТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОРОВ
Е. А. Старостин, М. С. Московских, В. В. Двирный, А. П. Лебедев*
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Рассмотрен уникальный способ изоляции изделий электронной техники, с применением поли-пара-ксилиленового покрытия (ППКП).
Ключевые слова: срок активного существования (САС), повышенные эксплуатационные характеристики, воздействия агрессивной среды, поли-пара-ксилилен (ППКП).
HIGH-TECHNOLOGY DEVICES PROTECTION FROM EXTREME EXTERNAL IMPACT
E. A. Starostin, M. S. Moskovskih, V. V. Dvirniy, A. P. Lebedev*
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
A unique isolating method of electronic products using a poly-para-xylylene coating is considered.
Keywords: active life time, enhanced performance characteristics, exposure of an aggressive environment, poly-para-xylylene.
В настоящее время на первый план выходят потребности страны в высокотехнологичной и энерговооруженной продукции отечественного космического машиностроения имеющие улучшенные функционально-эксплуатационные характеристики и увеличенный срок активного существования (САС) более 15 лет, способные обеспечить импортонезависимость и решение широкого спектра задач в научной, экономической и оборонной сферах. Вследствие этого ставится задача развития современной техники, изделий, обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками в условиях сложного высокотемпературного нагружения, воздействия агрессивной среды, износа, и позволяющих достичь высоких энергетических характеристик [1].
Одним из важных факторов, влияющих на выполнения выше изложенные требования, является защита электрорадиоизделий (ЭРИ) от повышенной влажности воздуха, конденсации влаги. Для выполнения данных требований на нашем предприятии применяют технологию покрытия поли-пара-ксилиленом (ППКП) [2].
Наибольшее применение технология получила в электронике и электротехнике, и, прежде всего, изделиях радиоэлектронной аппаратуры и является уникальным способом обеспечения надежности электронных устройств различного назначения в жестких условиях эксплуатации.
Электронный модуль с точки зрения покрытия является сложнопрофильным изделием, состоящим из многослойного диэлектрического основания с металлическими проводниками, узкими отверстиями и элементами электронной техники, изготовленными из
различных материалов (металлы, керамика, стекло, пластмассы и т. д.). Для защиты электронных устройств традиционно использовались лаки на основе эпоксидных, уретановых, силиконовых связующих
[3]. Однако в связи с появлением высокоинтегриро-ванной элементной базы, увеличение насыщенности радиоэлементами, в том числе бескорпусными, применение безвыводных пассивных и активных компонентов, новых миниатюрных мощных интегральных схем (ИС) с большим количеством выводов, монтируемых на печатные платы с шагом меньше 0,625 мм, использование миниатюрных многоконтактных соединений а также новых требований по экологии и безопасности процессов применение лаков в этих устройствах резко ограничилось, вплоть до полного отказа. На смену лаковым покрытиям пришли полимерные покрытия.
Основные из покрытий и их сравнительные характеристики приведены в таблице.
В отличие от лаковых покрытий, когда для обеспечения требуемых защитных свойств покрытия осуществляются методом многократного нанесения материала толщиной 50-80 мкм, при использовании ППКП эквивалентное по защитным свойствам покрытие толщиной 10-15 мкм наносится за одну операцию
[4]. Полученное покрытие при нанесении ППКП представлено на рисунке.
Важной особенностью ППКП является отсутствие внутренних напряжений, так как осаждение происходит из газовой фазы (минуя жидкую) при нормальной или пониженной (до 0 °С) температуре и для формирования покрытия не требуется температурного отверждения.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Основные из покрытия и их сравнительные характеристики
Полимер Модуль Устойчивость Адгезия Ремонто- Максимальная
упругости к растворителям пригодность температура плавления, °С
Полиакрилат Высокий Отличная Хорошая Легкая 125
Эпоксидная смола Высокий Отличная Хорошая Трудная 150
Полиуретан Высокий Хорошая Хорошая Трудная 125
Силикон Низкий Средняя Хорошая Легкая 175
Поли-пара- Высокий Отличная Хорошая Трудная 150
ксилилен
Полученное покрытие при нанесении ППКП
Высокая равномерность покрытия по толщине, в том числе на острых кромках и в узких (<1 мкм) зазорах, делает его незаменимым для сложнопро-фильных поверхностей. Защитное ППКП обеспечивает надежное функционирование таких изделий в условиях воздействия повышенной влажности, смены температур в широком диапазоне (от -80 до 100 °С), биологических, химических и других факторов [5].
Среди разнообразных методов получения полимерных покрытий особое место занимает метод вакуумного осаждения из газовой фазы, позволяющий получать тонкие покрытия на изделиях из любых материалов разных конфигураций. Для реализации процесса получения поли-п-ксилилена в виде покрытий или пленок требуются вакуумные установки, состоящие из трех основных узлов: зоны сублимации порошкообразного ди-п-ксилилена, зоны пиролиза паров ди-п-ксилилена с образованием реакционного мономера п-ксилилена при температуре 650-680 °С и зоны осаждения, в которой происходит адсорбция паров п-ксилилена с последующей полимеризацией и кристаллизацией полимера при температуре ниже 30 °С. Необходимое условие такого процесса - вакуум в системе 1-10 Па. При использовании других за-
мещенных ди-п-ксилиленов изменяется температура адсорбции мономера, например, для дихлор-ди-п-ксилилена она составляет 70 °С и ниже. Для получения полимерного покрытия высокого качества (с минимальным содержанием примесей и высокой степенью кристалличности) необходимо строгое соблюдение технологических параметров процесса, при этом большое значение имеет система управления параметрами процесса и частота применяемого димера. Для контроля качества применяемого димера на нашем предприятии используется инфракрасный Фурье-спектрометр ткоМ 10, сопоставляющий получаемый спектр порошка (димера) с эталонным (чистым).
Электрические свойства поли-п-ксилилена. Поли-п-ксилилен характеризуется высоким объемным электрическим сопротивлением, высокой электрической прочностью, низким значением диэлектрических потерь, малым изменением диэлектрической проницаемости с частотой. Эти свойства делают поли-п-ксилилен отличным диэлектрическим и изоляционным материалом в условиях повышенной температуры и влажности. Электрические свойства поли-п-ксилиленовых пленок мало зависят от их толщины, и скорости их образования. Кроме того, для каждого
конкретного применения решаются вопросы, связанные с очисткой поверхности от ионных и жировых загрязнений, специальной подготовкой поверхности (аппретирование), защитой мест, не подлежащих покрытию, технологией ремонта изделий. При решении вопроса о целесообразности применения ППКП в каждом конкретном случае исходят из условий эксплуатации изделия, конструктивно-технологического исполнения, экономических показателей, требований к чистоте и экологии процесса.
ППКП является уникальным изоляционным покрытием, которое осаждается на подготовленную поверхность абсолютно равномерно с заданной толщиной независимо от площади и конфигурации изделия. Размеры покрываемых поверхностей ограничены лишь габаритами камеры осаждения и при необходимости любые элементы крупногабаритных трансформируемых систем могут быть надежно изолированы от воздействия окружающих факторов с помощью ППКП.
Библиографические ссылки
1. Чеботарев В., Косенко В. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 488 с.
2. Уразаев В. Г. Влагозащита печатных плат. М. : Техносфера, 2006. 344 с.
3. Калошина Н. В., Гречаник Г. Т. Испытания покрытий на основе полипараксилилена. М. : Наука, 2008. 408 с.
4. Шитова В. В., Хохлов Д. А. Получение диэлектрических пленок полипараксилилена за один технологический цикл. М. : Мир, 1993. 420 с.
5. Ширшова А. А. Технология влагозащиты и электроизоляции изделий РЭА полипараксииленом. М. : Радиотехника, 2011. 630 с.
References
1. Chebotarev V. E., Kosenko V. E. Osnovy proekti-rovaniya kosmicheskikh apparatov informatsionnogo obe-specheniya. [Design philosophy of information spacecraft] / SibSAU. Krasnoyarsk, 2011. 488 p.
2. Urazaev V. G. Vlagozashhita pechatnyh plat. [Moisture protection of printed circuit boards]. Moscow : Technosphere, 2006. 344 p.
3. Kaloshina N. V., Grechanik G. T. Ispytanija pok-rytij na osnove poliparaksililena. [Tests of coatings based on poly-para-xylylene]. Moscow: The science, 2008. 408 p.
4. Shitova V. V., Hohlov D. A. Poluchenie dijelek-tricheskih plenok poliparaksililena za odin tehnologichekij cikl. [Production of poly-para-xylylene dielectric films per single technological cycle]. M. : World, 1993. 420 p.
5. Shirshova A. A. Tehnologija vlagozashhity i jelektrlizoijacii izdelij RJeA poliparaksililena. [Technology of moisture protection and electrical insulation of REE. [Radio-electronic equipment) products by poly-para- xylylene]. M. : Radio engineering, 2011. 630 p.
© Старостин Е. А., Московских М. С., Двирный В. В., Лебедев А. П., 2018
