Способ влагозащиты печатных плат с навесными элементами

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении печатных плат. Техническим результатом является упрощение технологии и надежности печатных плат. Технический результат осуществляется за счет того, что в известном способе, включающем очистку токопроводящих элементов, обезжиривание и сушку после нанесения влагозащитного покрытия, после обезжиривания печатные платы погружают в раствор, включающий соль циклогексиламина и синтетических жирных кислот с числом атомов углерода С ₁₀-С₁₃ или С₁₇ -С₂₀ - 0,1-0,5 мас.%, доводят до кипения в трифтортрихлорэтане и выдерживают в кипящем растворе в течение 20-40 мин.

Изобретение относится к области техники электрической связи, более конкретно к технологии печатного монтажа и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где применяются печатные платы с навесными элементами: катушками индуктивности, электросоединителями и т.д.

Множество и миниатюрность элементов и соединений на печатной плате ставит в зависимость надежность и безотказность электронной аппаратуры в целом. Увеличение плотности навесных элементов на печатных платах выдвигает особые требования к повышению уровня электрической изоляции разобщенных печатных цепей и радиоэлементов. Увлажняющие среды особенно опасны для печатных плат, так как кроме того, что влага ускоряет коррозию их металлических элементов, диэлектрики в условиях повышенной влажности адсорбируют пары воды своей поверхностью и становятся проводниками, а это приводит к изменению электрических параметров электроаппаратуры..

Известен способ защиты печатного монтажа от адсорбции влаги путем их помещения в полугерметичные конструкционные капсулы [1]. Однако такой способ не надежен как влагозащитный и сложен в технологическом исполнении. В [2] в качестве влагозащитного покрытия используется полиэтиленовый чехол.

Указанное покрытие не прочно, не надежно в работе и не позволяет обеспечивать компактность печатного монтажа.

Известно также покрытие на основе полиэтилена с добавкой полисилоксана [3]. Данное покрытие обеспечивает хорошее сцепление с поверхностью плат с навесными элементами, но нанесение его очень трудоемкая операция, приводящая к значительному утяжелению монтажа в целом.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ нанесения на токопроводящий рисунок печатных плат лакового покрытия [4]. На очищенный и обезжиренный токопроводящий рисунок кистью наносят лак марки ЭП-730, с последующей сушкой до полного отверждения. Описанный способ обеспечивает прочное соединение изолирующего слоя с защищаемой поверхностью и увеличивает надежность работы печатного плата.

Однако применение лака в качестве покрытия требует специальных условий обеспечения техники безопасности, так как используемый лак ЭП-730 является токсичным и пожароопасным, а техника нанесения этого лака на плату очень трудоемка. Кроме того, лаковая пленка не одинакова по толщине, что затрудняет обеспечение компактности печатного монтажа.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и разработка способа влагозащиты печатных плат с навесными элементами, позволяющего повысить надежность его работы, компактность и упростить процесс нанесения гидрофобных покрытий при условии сохранения неизменными электрических параметров монтажа.

Указанная цель достигается тем, что печатные платы с навесными элементами после обработки растворителем погружают в раствор, включающий соль циклогесиламина и синтетических жирных кислот с числом атомов углерода С₁₀-С ₁₃ или C₁₇-C₂₀ в количестве 0,1-0,5 мас.%, перфторполиэфирную кислоту в количестве 0,5-5,0 мас.% в трифтортрихлорэтане, доводят до кипения, выдерживают в кипящем растворе в течение 20-40 мин, а затем вынимают и высушивают.

Авторы полагают, что в результате такой обработки на поверхности печатных плат с навесными элементами образуется прочно соединенная с ней мономолекулярная гидрофобная пленка, прозрачная и не влияющая на электрические свойства как проводников, так и изоляторов, выполняющая функцию диффузионного барьера для проникновения влаги к поверхностям плат и элементов. В случае сокращения времени выдержки печатных плат в кипящем растворе (менее 20 мин) не достигается сплошность пленочного покрытия, а увеличение времени процесса кипячения (более 40 мин) технологически нецелесообразно.

Указанный выше раствор известен как состав для защиты черных и цветных металлов от коррозии [5]. Однако возможность его применения в качестве гидрофобизатора в печатных платах с навесными элементами для авторов была неожиданной, при обычном нанесении на поверхность указанного раствора, как это осуществляется при обработке черных и цветных металлов, он не обеспечивал основного требования, предъявляемого к печатным платам - сохранение электрических параметров. А печатные платы с навесными элементами, обработанные предлагаемым способом, сохраняют эти параметры неизменными. Ни в патентной, ни в научно-технической литературе авторы не обнаружили сведений об использовании отличительных признаков изобретения для достижения цели, а именно, упрощение технологии нанесения гидрофобного состава на печатные платы при сохранении неизменными их электрических параметров.

Пример конкретного выполнения

Гидрофобное покрытие наносят на шесть печатных плат (PX7.150.11 PX7.150.116). Перед нанесением покрытия печатные платы отмывают от флюса и канифоли первоначально спирто-бензиновой смесью 1:3, а затем спирто-хладоновой в соотношении 1:10. Далее к печатным платам припаивают провода длиной 1,5 м для проведения электрических измерений непосредственно в термовлагокамере и проводят замер сопротивления изоляции и пробивное напряжение до нанесения гидрофобного покрытия. При этом сопротивление составило: R_из=0,2·10¹¹ (Ом) пробивное напряжение - u_пр 500 (В).

Далее печатные платы погружают в объем с раствором, включающим соль циклогексиламина и синтетических хлорных кислот с числом атомов углерода С₁₀-С₁₃ в количестве 0,3 мас.%, перфторполиэфирную кислоту в количестве 3 мас.% в хладоне 113. Затем путем подвода тепла доводят раствор до кипения и поддерживают его в течение 30 мин. Обратный холодильник, установленный на крышке объема, позволял поддерживать неизменным состав раствора в течение кипения.

После кипячения платы вынимают, просушивают и устанавливают на испытательный стенд в термовлагокамеру с температурой +40°С и влажностью 98%. Испытания проводят в соответствии с пп.1, 2, 3, 4 степеней жесткости ГОСТ 23752-79. Измерения осуществляют на мегоометре мод. 35А №3-2436.

В результате испытаний сопротивление изоляции после нанесения покрытия составило 0,2·10 ¹¹ Ом, через 2 суток пребывания в термовлагокамере сопротивление изоляции 0,2·10¹¹ Ом, напряжение 500 В, через 20 суток сопротивление 0,2·10¹¹ Ом, напряжение 500 В.

Аналогичная обработка была проведена для навесных элементов и металлостеклянных электросоединителей. Полученные результаты представлены в таблице, где представлены также сравнительные результаты по обработке печатных плат лаком ЭП-730 и электрические характеристики не защищенных от влаги металлостеклянных электросоединителей.

Кроме того, в таблице представлены данные о влиянии длительности обработки кипячением печатных плат на их электрические параметры.

Таблица Влагозащита печатных плат предлагаемым способом Время кипячения - 15 минут № Наименование электрических параметров Показания до влагозащиты Показания после влагозащитыВ камере влаги ψ=98%, Т=+40°С через 2 сутчерез 4 сут через 10 сутчерез 20 сут 123 35 67 81. Сопротивление изоляции R_из (Ом) 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹0,2·10 ⁸2. Пробивное напряжение U_пр (В) 500500 500500 500ПРОБОЙ Время кипячения - 20 мин  1.Сопротивление изоляции R_из (Ом) 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹0,2·10 ¹¹2. Пробивное напряжение U_пр (В) 500500 500500 500500  Время кипячения - 40 мин 1.Сопротивление изоляции R_из, (Ом) 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹0,2·10 ¹¹2. Пробивное напряжение U_пр (В) 500500 500500 500500  Время кипячения - 45 мин 1.Сопротивление изоляции R_из (Ом) 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹0,2·10 ¹¹2. Пробивное напряжение U_пр (В) 500500 500500 500500  Влагозащита катушек индуктивности предлагаемым способом. Время кипячения - 30 мин 1.Индуктивность, J 205 205±0,3205±0,3 205±0,3 205±0,5205±1 2.Добротность, Q 415415±0,2 415±0,2415±0,5 3415±4,0 415±1  Влагозащита металлостеклянных электросоединителей предлагаемым способом. Время кипячения - 30 мин 1.Сопротивление изоляции R _из (Ом)2·10 ¹²2·10 ¹²2·10 ¹²2·10 ¹²2·10 ¹²2·10¹² 2.Пробивное напряжение U_пр (кВ) 33 33 33  Влагозащита печатных плат лаком ЭП-730 (3 слоя + изоляция)1. Сопротивление изоляции R_из (Ом) 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹ 0,2·10¹¹0,2·10 ¹¹2. Пробивное напряжение U_пр (В) 500500 500500 500500  Нанесение состава бед кипячения на поверхность печатных плат1. Сопротивление изоляции R _из (Ом)0,2·10 ¹¹0,2·10 ¹¹0,2·10 ⁸0,2·10 ⁸0,2·10 ⁸0,2·10 ⁷2. Пробивное напряжение U _пр (кВ)3 500пробой пробойпробой пробой  Характеристики металлостеклянных электросоединителей без влагозашиты 1.Сопротивление изоляции R_из (Ом) 2·10¹²  2·10 ⁹1,5·10 ⁹2·10 ⁸2·10 ⁸2. Пробивное напряжение U_пр (кВ) 3  пробойпробой пробойпробой

Из приведенных данных видно, что печатные платы, обработанные предлагаемым способом влагозащиты и существующим, имеют одинаковые электрические характеристики, которые они сохраняют длительное время. Однако предложенная технология имеет преимущества по сравнению с прототипом.

Она не требует кустарной обработки каждой платы. В ней возможно одновременно обрабатывать большое количество плат, что позволяет автоматизировать предложенный процесс. Применяемый в предложенной технологии состав не токсичен и пожаробезопасен в отличие от используемых в существующей.

Кроме того, толщина пленки, образующейся в предлагаемом процессе влагозащиты, позволяет значительно плотнее скомпоновать на плате навесные элементы, увеличить их количество, что повысит надежность и безотказность электронной аппаратуры в целом.

Предлагаемый способ влагозащиты печатных плат с навесными элементами прошел опытные испытания и рекомендован к промышленному использованию.

Источники информации

1. Медведев А.М. Надежность и контроль качества печатного монтажа. М.: Радиосвязь, 1986.

2. А.с. СССР №390561.

3. Патент США №3936572.

4. ОСТ 4 Г 0054205 «Типовые технические покрытия печатных плат лаками».

5. А.с. СССР №1185915.

Формула изобретения

Способ влагозащиты печатных плат с навесными элементами, включающий очистку токопроводящих элементов, обезжиривание и сушку после нанесения влагозащитного покрытия, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и надежности печатных плат, после обезжиривания печатные платы погружают в раствор, включающий соль циклогексиламина и синтетических жирных кислот с числом атомов углерода С ₁₀-С₁₃ или С₁₇ -С₂₀ - 0,1-0,5 мас.%, доводят до кипения в трифтортрихлорэтане и выдерживают в кипящем растворе в течение 20-40 мин.