Исследование свойств отвердевшего компаунда в задачах заливки высоковольтного источника питания

На сегодняшний день для многих производителей электроники важен вопрос качества заливки высоковольтных источников питания. Для заливки высоковольтных источников питания используются компаунды. Компаунды – это наполненные или ненаполненные полимерные материалы, предназначенные для заливки или пропитки элементов и узлов электроаппаратуры и радиоаппаратуры. В зависимости от типа аппаратуры компаунды выполняют различные функции – воспринимают механические нагрузки, играют роль диэлектрика, объединяют элементы конструк- ции в одно целое, защищают конструкции от влаги и т.д.

Предмет и методы исследования

Особенностями разрабатываемой на предприятиях высоковольтной аппаратуры являются малые габаритные размеры и минимальные зазоры: порядка 1,5-2 мм - между токопроводящими элементами конструкции [1] , порядка 1 мм – между радиоэлементами, на изображении (Рис.1) приведён пример высоковольтного изделия. Потенциал между токоведущими элементами – до 15 кВ.

Рис. 1. Высоковольтный источник питания, вид сверху.

Анализ качества заливки высоковольтных источников питания компаундом обычно производится при помощи:

– математического моделирования [2 -7] ;

– обработки результатов реальных экспериментов по заливке.

В данной работе, для решения задач улучшения качества заливки, повыше- ние качества производства и анализа причин отказов было проведено исследование компаунда типа 10-200, применяемого для заливки высоковольтной аппаратуры (ОСТ 4ГО.029.206 [8], ОСТ 4ГО.054.213 [9]). Компаунд играет роль диэлектрика, объединяет элементы конструкции в одно целое, защищает от влаги. В таблице 1, приведен состав компаунда типа 10-200.

Таблица 1. Состав компаунда типа 10-200

Состав компаунда 10-200	ГОСТ(ТУ)	Вес.ч.
Продукт 10-000 [10]	ТУ 84-566-75	100
Эпихлоргидрин	ГОСТ 12844-74	1,5
Диметилбензиламин	ТУ 6-09-2974-78	1,1

Компаунд должен обеспечивать полноту заполнения объема вокруг элементов без воздушных пузырьков, полостей, что является необходимым условием высокого сопротивления изоляции [11] и исключает возможность пробоя, при высоком напряжении, и выхода аппаратуры из строя.

При работе с компаундом 10-200 был обнаружен ряд недостатков. Вследствие длительного вакуумирования из компа- унда улетучивались ускорители затвердевания – эпихлоргидрин [12] и диме-тилбензиламин [13]. Процесс отверждения замедлялся и по режимам ОСТ 4ГО.054.213 компаунд не отверждался с достаточной скоростью, что явилось причиной вздутий в процессе полимеризации или при климатических испытаниях. На изображении (Рис. 2) представлен подготовленный для заливки компаунд.

Рис. 2. Подготовленный для заливки компаунд типа 10-200

Устранение недостатков при заливке компаунда

Путём испытаний были выявлены режимы, при которых образование воздушных пузырьков, в отверждённом компаунде, было снижено до допустимого уровня.

Недостатки были устранены, при следующих режимах заливки:

Вакуумирование компаунда 015мин;

Вакуумирование сборочной единицы 30-40мин;

Заливка сборочной единицы компаундом 5-10 мин;

Вакуумирование компаунда, залитого в корпус сборочной единицы

Остаточное давление при заливке 0,2-0,26 МПа;

Температура    70ᵒС (343К);

Общее время приготовления компаунда при остаточном давлении не более 40-45 мин (во избежание улетучивания ускорителей). Заливка производилась в нормальных условиях, на изображении (Рис. 3) приведен пример.

Рис. 3. Заливка высоковольтного источника питания

Необходимое качество заливки достигается также при отверждении компаунда при режимах: 1) температура 60±5ᵒС (335±5К) [14] и давление 0,20,22 МПа в течение 17-24 ч.; 2) темпе- ратуре 18-25ᵒ С (291-298К) и нормальном давлении в течение 10 суток.

В таблице 2 приведены типовые дефекты при работе с компаундами.

Таблица 2. Типовые дефекты при работе с компаундами и способы их устранения

Виды дефектов	Типовые дефекты при работе с компаундами и способы их устранения	Наличие влаги в под ложке	Неправильное соотношение смешивания компонентов	Не завершена дегазация залитого ком паунда
Описание дефекта	Техпроцесс настроен правильно	Наличие влаги в подложке	Неправильное соотношение смешивания компонентов	Не завершена дегазация залитого компаунда
Решение проблемы	-	Тщательно просушить изделие перед заливкой	Выдерживать заданное   соот ношение основы и     отвердите- ля [15]	Для лучшей дегазации использовать вакуумную камеру

Физико-химические свойства компаунда показали следующее

• 1.    Прочность при растяжении компаунда:

• •   отвержденного под давлением,

составляет 127,53*104 Па (13 кгс/см2),

• •   отвержденного при нормальном

• 2.  Отверждение компаунда происходит полнее при нормальном давле-

• нии, его механическая прочность в два раза выше, чем при отверждении под давлением.

давлении 245,25*104 Па (25 кгс/см2).

Ранее исследованные результаты диэлектрических параметров компаунда типа 10-200 представлены в таблице 3. Верхняя строка-компаунд полимеризованный под давлением, нижняя-полимеризованного при нормальном давлении.

Таблица 3. Диэлектрическая характеристика компаунда 10-200

Параметр	В исходном состоянии	После климатических условий
		Циклическим воздействием температуры -60-600 С	Воздействием относительной влажности 95+3% при температуре 400 С в течение 56суток	Повышенной предельной температурой среды (600 С в течение 3000ч)
Удельное объемное сопротивление, МОм*см	4,5 *107	3,5 *107	10 *103	10*106
	3,5 *107	2,2 *107	2 *105	5 *107
Диэлектрическая проницаемость при радиочас-тоте 106 Гц	7,5-8	7,5-8	7,5-8	3,8-4
	7,5-8	7,5-8	7,5-8	3,5-3,6
Тангенс угла диэлектрических потерь 10-4	100-110	100-110	160-170	280
	100-110	100-110	120-125	100
Электрическая прочность кВ/мм	22	22	20	22
	22	22	20	22

При длительном воздействии относительной влажности удельное сопро- тивление компаунда уменьшается на несколько порядков и составляет для компаунда, отвержденного под давлением, величину в 50 раз меньшую, чем для компаунда, отвержденного при нормальном давлении. Тангенс угла диэлектрических потерь компаунда, отвержденного под давлением, в 1.5 раза повышается, а отвержденного при нормальном давлении не меняется. Диэлектрическая проницаемость и электриче-

Выводы:

Компаунд типа 10-200 независимо от режима отверждения имеет высокие диэлектрические свойства. Компаунд, отвержденный под давлением, в большей степени подвержен влиянию климатических факторов, но как показала практика, это не сказывается на работоспособности изделия. Высокая прозрачность компаунда, позволяет обеспечить визуальный контроль качества заливки и упрощает анализ причин отказов аппаратуры. Оба режима отверждения ская прочность компаунда неизменны и признаны годными. от режима отверждения не зависят.