способ герметизации корпуса электронного прибора

Формула изобретения

1. Способ герметизации корпуса электронного прибора, при котором электронную плату размещают в основании корпуса прибора, а стык основания и крышки корпуса сваривают, отличающийся тем, что основание и крышка корпуса выполнены из термопластичного полимерного материала, при этом стык основания и крышки корпуса выполнен в виде V-образного выступа и канавки, размещают электронную плату на фиксирующих элементах основания корпуса и проводят ультразвуковую сварку всего периметра стыка в импульсном режиме при статическом давлении, переводя ультразвуковые колебания в механические с выдержкой времени остывания под тем же давлением не менее времени длительности импульса ультразвука.

2. Способ герметизации корпуса электронного прибора по п.1, отличающийся тем, что мощность ультразвуковых колебаний лежит в пределах 2,5 - 4,0 кВт, статическое давление лежит в пределах 1,5 - 6,0 атм, длительность импульса воздействия ультразвуковых колебаний изменяют в пределах 0,4 - 1,0 с, амплитуду механических колебаний поддерживают в интервале 10 - 40 мкМ, а время остывания под давлением не менее длительности импульса ультразвуковых колебаний.

3. Способ герметизации корпуса электронного прибора по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве термопластичного полимерного материала используют полибутилентерефталат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к корпусам электрических приборов, в частности к герметичным закрытым корпусам, и может использоваться в конструкциях, к которым предъявляются высокие требования по герметичности и весовым характеристикам.

Известен способ герметизации корпуса электронного прибора, согласно которому между корпусом и крышкой, установленными с зазором, размещают уплотнительную прокладку с проволокой и производят запайку легкоплавким припоем.

Для вскрытия корпуса паяное соединение по зазорам последовательно плавится паяльником и проволока вытягивается. (Патент Российской Федерации №2072124, МПК: Н 05 К 5/06, опубл. 1997 г.).

Недостатком известного способа является то, что зазор между крышкой и корпусом по периметру заполнен большой массой припоя.

Протекающие в этом случае при образовании паяного соединения процессы, в том числе и кристаллизация, являются неравновесными. При неравновесной кристаллизации обычно частично подавляется выравнивание состава не только в твердой, но и в жидкой фазе.

Как известно, неравномерность кристаллизации сплавов приводит к дендритной ликвации, что, в свою очередь, вызывает появление в паяном шве более легкоплавкой обычно эвтектической составляющей, обладающей хрупкостью и менее прочной.

Для обеспечения максимальной прочности шва физико-химические процессы при пайке должны протекать в зазорах порядка 0,05-0,3 мм, где количество жидкого металла, находящегося в паяном шве, весьма незначительно.

Это приводит к тому, что при температуре пайки получают большое развитие взаимодействия основного металла и расплавленного припоя. (См. И.Е. Петрунин, С.Н. Лоцманов, Г.А. Николаев. Пайка металлов. М.: Металлургия, 1973 г., с.109-110. Н.Ф. Лашко, С.В. Лашко. Пайка металлов. М.: Машиностроение, 1977 г., с.56-57).

Известен способ изготовления корпуса микросхемы, по которому крышку и основание корпуса вырубают из титановой ленты штамповкой на нескольких штампах с дальнейшей фрезеровкой основания, а соединение крышки с основанием производится контурной контактной сваркой. (Авторское свидетельство СССР №707457, МПК: H 01 L 5/06, опубл. 1980 г.).

Однако данным способом нельзя изготовить герметичный корпус, который будет удовлетворять одновременно высоким требованиям по степени герметичности и весовым характеристикам.

Известным является способ изготовления герметичного корпуса из алюминиевых сплавов, в котором корпус и крышка корпуса изготавливаются фрезерованием, затем на них наносится гальваническое покрытие, после чего производится герметизация соединения корпуса посредством пайки с применением предварительно уложенных в место соединения уплотнительной резиновой прокладки и луженой медной проволоки. (Авторское свидетельство СССР №1568275, МПК: Н 05 К 5/06, опубл. 1980 г.).

Однако данным способом нельзя изготовить герметичный корпус, поскольку при нанесении гальванического покрытия под пайку образуются дефекты на поверхности соединяемых деталей, а также сам припой содержит большое количество микронесплошностей, что снижает степень герметичности корпуса, в особенности больших габаритов из-за большой протяженности (длины) паяного шва.

Известен способ герметизации корпуса электронного прибора, согласно которому крышка корпуса вырезается и фрезеруется по габаритным размерам из алюминиевого листа. Основание корпуса фрезеруется по габаритным размерам из алюминиевой плиты. Рамки свариваются из отфрезерованных в требуемый размер пластин титанового сплава двусторонней импульсной лазерной сваркой, а затем диффузионной сваркой в вакууме привариваются к основанию и крышке.

После диффузионной сварки основание и крышку контролируют на герметичность, производят сборку микромодуля и затем направляют на операцию герметизации, выполняемую сваркой. Заключительная операция производится импульсной микроплазменной сваркой или импульсной лазерной сваркой. (Патент Российской Федерации №2037280, МПК: Н 05 К 5/06, опубл. 1995 г.).

Недостатком данного способа является трудоемкость, высокие температурные режимы, возможность изготовления лишь замкнутых металлических корпусов, которые экранируют работу электронного прибора, сложность технологии.

Известен способ герметизации корпуса электронного прибора, при котором размещают плату электронного прибора в корпусе и по стыку кожуха и крышки производят лазерную или электронно-лучевую сварку. (Патент Российской Федерации №1780200, МПК: Н 05 К 5/06, опубл. 1992 г., прототип).

Недостатком прототипа является выполнение корпуса из металла и использование лазерной или электронно-лучевой сварки, что может привести к перегреву герметизируемого прибора, его деформации и к неисправности его элементов.

Процесс герметизации трудоемок и может привести к локальным проникновениям пыли и влаги по периметру сварного шва из-за его неравномерности. Возможна разгерметизация шва из-за линейных расширений при температурных изменениях. Данное изобретение устраняет недостатки прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности, надежности герметизации, сохранность работоспособности электронной платы после герметизации корпуса, повышение производительности, снижение трудозатрат.

Технический результат достигается тем, что в способе герметизации корпуса электронного прибора, при котором электронную плату размещают в основании корпусе прибора, а стык основания и крышки корпуса сваривают, основание и крышка корпуса выполнены из термопластичного полимерного материала, при этом стык основания и крышки выполнен в виде V-образного выступа и канавки, размещают электронную плату на фиксирующих элементах основания корпуса и проводят ультразвуковую сварку всего периметра стыка в импульсном режиме, при статическом давлении, переводя ультразвуковые колебания в механические с выдержкой времени остывания под тем же давлением, не мене времени длительности импульса ультразвуковых колебаний. В качестве термопластического полимерного материала используют полибутелентерфлат.

При этом способ герметизации корпуса электронного прибора характеризуется следующими параметрами:

выходная мощность ультразвуковых колебаний от 2,5 до 4,0 кВт,

статическое давление от 1,5 до 6,0 атмосфер,

длительность импульса воздействия ультразвуковых колебаний от 4,0 до 1,0 с,

амплитуда механических колебаний от 10 до 40 мкм,

время остывания под давлением не менее длительности импульса ультразвуковых колебаний,

угол раскрытия V-образного выступа не превышает 90 градусов.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1, 2, 3, 4а, б, в.

На фиг.1 представлен вид сверху на внутреннюю поверхность основания корпуса, где 1 - V-образный выступ замкового соединения, 2 - фиксирующие элементы для радиоэлектронной платы, 3 - фиксирующий элемент ввода проводников, 4 и 5 - фиксирующие элементы крепления корпуса, выполненные в виде цилиндров круглой 4 и овальной 5 формы.

На фиг.2 представлен вид сверху на внутреннюю поверхность крышки корпуса, где 6 - канавка замкового соединения, с плоским или с изогнутым дном. Дно канавки в сечении может быть ломаной линией или дугой, 7 - амортизаторы, 8, 9 - отверстия фиксирующих элементов крепления корпуса круглой 8 и овальной 9 формы, 10 - отверстие для герметичного ввода проводников.

На фиг.3 представлен продольный разрез основания корпуса, где 1 - выступ замкового соединения, 2 - фиксирующий элемент для радиоэлектронной платы, 3 - фиксирующий элемент ввода проводников, 4, 5 - фиксирующие элементы крепления корпуса круглой 4 и овальной 5 формы.

На фиг.4 а, б, в представлены различные виды замкового соединения, где 1 - V-образный выступ, 6 - канавка замкового соединения с плоским или изогнутым дном, угол раскрытия V-образного выступа не превышает 90 градусов.

Сущность способа заключается в том, что размещенная на фиксирующих элементах 2 электронная плата в процессе сварки не подвергается ни термическому, ни механическому воздействию, даже при некоторой деформации основания корпуса или его крышки. Форма выступа, статическая нагрузка и время остывания позволяют получить сплошное монолитное соединение крышки и кожуха.

Часть энергии механических колебаний переходит в тепловую. Зоны контакта соединяемых деталей нагреваются до температуры вязкотекучего состояния. Надлежащие условия ввода механических колебаний и создание тесного контакта свариваемых деталей обеспечивается статическим давлением рабочего торца волновода на свариваемые детали. Это давление способствует также концентрации энергии в зоне соединения. Динамическое усилие, возникающее в результате воздействия механических колебаний, приводит к нагреву свариваемого материала, а действие статического давления обеспечивает получение прочного сварного соединения.

Интенсивность образования сварного соединения зависит от степени концентрации напряжений в зоне сварки, и она может быть повышена за счет создания искусственных концентраторов напряжений.

Один из элементов 1, 6 имеет V-образный выступ. Угол раскрытия этого выступа не превышает 90 градусов. Изменением геометрии свариваемых деталей можно концентрировать энергию ультразвуковых колебаний в том или ином сечении, что позволяет ускорить процесс сварки. Уменьшение площади контакта деталей значительно повышает статические и динамически напряжения на стыках, что, в свою очередь, ведет к понижению температуры перехода полимера в вязкотекучее состояние и также способствует сокращению продолжительности сварки. Оптимальное время около 0,7 с. Формы и размеры стыков деталей под ультразвуковую сварку в зависимости от конкретных изделий и материалов могут быть различными, но наиболее эффективным углом при вершине V-образного выступа является угол, не превышающий 90 градусов, при котором обеспечивается минимальная площадь контакта деталей перед сваркой.

Пропускание ультразвуковых колебаний ведет к увеличению динамических напряжений в выступе 1, который под их воздействием быстро разогревается. Расплавляясь, материал выступа 1 растекается между свариваемыми кромками, что вызывает интенсивный разогрев и оплавление материала деталей. С момента начала размягчения вершины выступа на продолжительность сварки значительное влияние оказывает вязкость расплава свариваемого полимера. Чем ниже вязкость расплава, тем быстрее растекается материал выступа между свариваемыми кромками и тем быстрее заполняет он зазоры.

Вид разделки стыкуемых кромок (фиг.4а, б, в) зависит от требований к готовой продукции и теплофизических характеристик свариваемого материала.