Окружающий воздух практически всегда представляет собой паровоздушную смесь. Содержание паров воды в воздухе при различных температурах определяется из рис ниже.
Количество поглощенной герметизирующей конструкцией из воздуха влаги М увеличивается с повышением парциального давления паров воды рн2о (закон Генри):
М = Г* рн2о,
где Г — коэффициент растворимости - количество влаги, которое способен поглотить материал в данных климатических условиях. Скорость процесса поглощения влаги материалом определяется коэффициентом диффузии молекул воды D (м2/с) в материале. Коэффициент влагопроницаемости В (с) характеризует способность материала пропускать влагу и определяется количеством воды, прошедшей через мембрану из этого материала при наличии разности давлений паров воды по обе стороны мембраны. Коэффициент В отражает процесс выравнивания концентраций влаги в двух объемах, разделенных мембраной из испытуемого материала и имеющих в начальный момент различные концентрации влаги.
В=D*Г.
Зная значения влажностных коэффициентов, можно расчетным путем оценить влагозащитные свойства материалов и герметизирующих конструкций на их основе.
Исходные данные для расчета влагозащиты микросхем: Тс — температура окружающей среды, К; Ф — относительная влажность окружающей среды, %; ро — парциальное давление паров воды окружающей среды, Па; ркр — критическое давление паров воды, приводящее к отказу ИМС, Па; S — площадь герметизирующей оболочки, через которую влага диффундирует в корпус, м2; d — толщина герметизирующей оболочки, м; V — внутренний объем корпуса, в котором происходит растворение влаги, м3; В — коэффициент влагопроницаемостн герметизирующей оболочки, с; D — коэффициент диффузии молекул влаги в герметизирующей оболочке, м2/с, Г — коэффициент растворимости влаги в материале, окружающем ИМС, с2/м2.
Рассчитывают время влагозащиты ИМС т, с, в течение которого обеспечивается безотказная работа ИМС. Влагостойкость ИМС оценивают из расчета влияния влаги на самый чувствительный к ее воздействию элемент или компонент ИМС.
Влагостойкость полых корпусов.
Корпусы, имеющие свободный внутренний объем, называются полыми. Влагозащита таких корпусов оценивается временем t, в течение которого давление паров воды внутри корпуса достигает критического значения ркр, при котором наступает отказ ИМС:
t = t0+t1,
где t0 — время увлажнения материала оболочки; t1 — время натекания влаги во внутренний объем корпуса.
Значение t0 зависит от толщины оболочки d и коэффициента диффузии D молекул воды в материале оболочки:
t0=d2/(6D)
Формула предполагает, что насыщение материала влагой осуществляется только путем молекулярной диффузии в оболочку корпуса. Обычно то следует учитывать при толщине оболочки корпуса d>0,1 мм.
В большинстве случаев внутри полых корпусов находится воз< дух, который обладает определенной влажностью. Если в начальный момент времени в корпусе ИМС имеется влага с парциальным давлением рн, то t уменьшается:
Г —коэффициент растворимости влаги в воздухе, равный 7,4- 10-6 с2/м2.
Если для герметизации ИМС выбран стандартный пластмассовый или металлополимерный корпус, то время влагозащиты рассчитывают, исходя из влажности внешней среды в условиях хранения и эксплуатации ИМС и давления ркр. В зависимости от чувствительности к влаге элементов ИМС значение ркр = 0,85—0,95 р0, так как при этих значениях ркр влага приводит к внезапному или к постепенному отказу ИМС.
Влагостойкость монолитных корпусов.
Потеря работоспособности ИМС, герметизированных в монолитные корпусы, вызывается поглощением герметизирующим материалом влаги и увлажнением поверхности ИМС. При достижении критической концентрации, соответствующей критическому давлению ркр паров воды, наступает отказ ИМС. Время, в течение которого на поверхности ИМС достигается критическая концентрация влаги, определяют толщиной герметизирующего материала, коэффициентом диффузии молекул воды в нем и отношением pкр/p0- Формула предполагает, что с поверхностью ИМС полимер имеет слабую адгезию.
