Эксплуатационные факторы и старение резисторов

Резисторы являются наиболее часто используемыми элементами электронных схем и применяются в аппаратуре различного назначения. Условия эксплуатации объектов с установленной на них аппаратурой разнообразны.

Аппаратура может находиться и работать в условиях холодного, умеренного, сухого и влажного тропического климата, подвергаться действию радиация и факторов космического простран­ства.

Условия окружающей среды различны при изменении климатиче­ских зон и времени года. Кроме того, на аппаратуру и ее элементы происходит  воздействие механических факторов, вид и уровень нагрузок от которых опреде­ляется конструктивными особенностями аппаратуры и функциональ­ным назначением объекта, на котором она установлена.

Сложный комплекс разнообразных факторов, воздействию которых подвергаются при эксплуатации, резисторы, по своей природе можно разделить на следующие группы:

1. Воздействие климатических факторов (температура и влажность окру­жающей среды, атмосферное давление, примеси в окружающей среде, биологические факторы и т. д.).

2. Механические нагрузки (вибрация, удары, постоянно действующее ускорение, акустические шумы).

3. Радиационные воздействия (поток нейтронов, гамма-лучи, кос­мические частицы, солнечная радиация и т. д.) и факторы космиче­ского пространства.

Воздействие климатических факторов на резисторы

Наиболее существенное влияние на работоспособность резисторов оказывают повышенная температура и повышенная влажность окружающей среды.

Наряду с внешней температурой на резисторы в составе аппаратуры дополнительно воздействует тепло, выделяемое другими сильно нагревающимися при работе аппаратуры изделиями, в частности мощными модуляторными и генераторными лампами, резисторами, трансформаторами и т. п.

Повышенная температура вызывает тепловое старение проводниковых, контактных и изоляционных материалов, из которых изготовлены детали резисторов.

При этом из-за изменения структуры изоляционных материалов и их химического разложения может снижаться сопротивление изоляции, разрушаться защитные покрытия, заливочные и опрессовочные материалы, материалы для установочных деталей.

При повышении температуры на поверхности проволочного резистивного элемента и подвижного контакта появляются изоляционные пленки, уменьшается упругость пружинящих материалов и снижается контактное давление, понижается износоустойчивость переменных резисторов и увеличивается их установленное сопротивление, повышается вероятность нарушения герметичности резисторов герметичной конструкции.

Сочетание электрической нагрузки и повышенной температуры усиливает локальные перегревы в дефектных участках проводящего элемента и контактных узлах резисторов, ускоряет процессы электролиза в керамическом основании, содержащем окислы щелочных металлов.

При воздействии низких температур ухудшаются механические свойства изоляционных материалов (повышается хрупкость, уменьшается эластичность), увеличивается вязкость смазочных материалов, что может вызвать нарушение герметичности и прочности контактных узлов, снижение механической прочности и износоустойчивости рези­сторов.

Циклические воздействия температур (смена дневной жары ночными заморозками, чередование нагрева и охлаждения при подъеме и посадке самолетов и т. п.) приводит к появлению трещин, пор и зазоров в деталях и узлах резисторов и способствует их росту при замерзании конденсированной в них влаги.

Значение относительной влажности окружающей среды и смачи­ваемость поверхности резисторов определяет количество влаги на ней. Конденсация влаги на резисторах происходит в условиях влажности при понижении температур (например, в ночной период, особенно в жарком климате, при подъеме летательных аппаратов и т. п.), в недостаточно герметизированных и уплотненных объемах циклическое изменение окружающей температуры приводит к накоплению влаги внутри блоков аппаратуры.

Повышенная влажность среды вызывает коррозию металлических деталей и контактной арматуры резисторов, ухудшает электрические свойства изоляции, способствует развитию грибковой плесени.

Во влаж­ной среде происходит перемещение и разобщение частиц резистивного элемента, набухание эмалевых защитных покрытий, что может явиться причиной отслаивания резиетивной пленки от изоляционной основа­ния, появляются коррозионные пленки на проволочных резистивных чивается и при температуре, равной точке росы, избыток влаги, содер­жащейся в воздухе, сконденсируется на. поверхности резистора.

При температуре резистора ниже нуля избыток влаги выпадет на его поверхность и в виде инея, а с повышением температуры будет происходить оттаивание инея с образованием росы на поверхности резистора, что приводит к снижению электрической прочности и уменьшению сопротивлений за счет шунтирующего действия поверхностной влаги.

Продол­жительность восстановления характеристик резистора после испаре­ния влаги с его поверхности зависит от габаритов и теплоемкости резистора, его формы, влажности и температуры окружающей среды.

Пониженное атмосферное давление снижает электрическую проч­ность воздушного промежутка между металлическими деталями резисто­ров, находящимися под различным напряжением, создавая благоприят­ные условия для электрического пробоя воздуха или перекрытия по поверхности резисторов. Возникающая при этом ионизация воздуха способствует ускоренному старению изоляционных и проводниковых материалов.

В воздухе всегда содержится в большей или меньшей степени органическая и неорганическая пыль, песок, различные агрессивные примеси (сернистый газ, хлор, соли и т. д.). Пыль и песок способны про­никать в очень малые отверстия и зазоры даже при незначительном дви­жении воздуха. Солнечный свет может оказывать влияние на изделия за счет теплового и фотохимического эффекта. Наиболее интенсивна и продолжительна солнечная радиация в сухой тропической зоне, при этом с увеличением высоты интенсивность излучения возрастает.

Резисторы практически, не подвергаются непосредственному воз­действию солнечной радиации, атмосферных осадков, песка и пыли, поэ­тому эти эксплуатационные факторы не оказывают заметного влияния на работоспособность резисторов.

Однако пыль и песок способствуют коррозии металлических деталей и развитию плесени, а попадая в за­зоры между трущимися частями переменных резисторов, ускоряют их износ.

Присутствие в атмосфере водных растворов солей приводит к ин­тенсификации коррозионных процессов металлических деталей, процес­сов электролиза, к снижению сопротивления изоляции.

При эксплуатации и хранении резисторов в условиях влажного тропического климата наибольшую опасность представляет разруши­тельное действие плесени, развитию и росту которой благоприятствует сочетание высокой влажности и высоких температур.

Появление пле­сени на поверхности резисторов приводит к обесцвечиванию и разруше­нию защитных покрытий, особенно органического происхождения, ухудшению изоляционных и механических свойств деталей, а также способствует образованию пленки влаги на поверхности резисторов, коррозии их металлических частей и химическому разложению мате­риалов.

Воздействие механических факторов на резисторы

В процессе эксплуатации резисторы подвергаются воздействию различных по характеру механических нагру­зок — вибрации, одиночным и многократным ударам, линейным (центробежным) нагрузкам и акустическим шумам.

Наиболее опасными яв­ляются вибрационные и ударные нагрузки. В результате действия циклической нагрузки вибрации в материа­лах резисторов наблюдаются усталостные явления, приводящие к по­степенному снижению механической прочности отдельных деталей изделия и выходу его из строя вследствие обрыва выводов, повреждения элементах и подвижных контактах.

Действие повышенной влажности в сочетании с электрической нагрузкой приводит к электрохимическому разрушению материалов и интенсификации процессов старения рези­стивного элемента.

Если резистор, имеющий температуру ниже температуры окружающей среды, поместить в эту среду, то воздух в результате соприкосновения контактного узла, нарушения контакта между подвижной системой и проводящим элементом переменных резисторов, потери герметичности и др.

При этом наиболее опасными являются вибрационные нагрузки в области частот, совпадающих с собственными (резонансными) частотами, резисторов, величина которых зависит от способа крепления, рабочей длины выводов, диаметра вывода и массы резистора.

Удары приводят к деформации отдельных деталей резисторов, к по­явлению сколов, трещин и изломов, поломке корпусов, разрушению паяных соединений, потере герметичности и нарушению контактов.

Особенно опасно воздействие ударов с возмущающими частотами, близ­кими к собственным частотам резистора, поскольку это приводит к воз­никновению больших разрушающих усилий, прикладываемых к его де­талям и узлам.

Радиационные воздействия на резисторы и факторы космического пространства

Запуск космических объектов, развитие атомной энергетики и ее исполь­зование в атомных двигателях выдвинули новые требования к работо­способности электронной и радиотехнической аппаратуры и комплек­тующих элементов, в том числе резисторов, в полях радиационных излучений, в условиях высокого и сверхвысокого вакуума и сверхниз­ких температур.

Среди различных видов радиации (облучение нейтро­нами и протонами, воздействие электронов, альфа-частиц, осколков ядер и гамма-лучей) наиболее опасны гамма- и нейтронное излучение вследствие их высокой проникающей способности.

Основными физико-химическими процессами, протекающими при этом в материалах и изме­няющими эксплуатационные характеристики резисторов, являются ра­диационный разогрев и химические процессы в материалах (структу­рирование и деструкция в полимерах, окисление и т. п.).

Характер и скорость их протекания зависят от плотности потока нейтронов и мощ­ности дозы гамма-излучения, времени облучения, свойств материалов резистора и условий эксплуатации (температура, влажность окружаю­щей среды и т. д.).

Ионизирующие излучения могут вызывать обратимые (временные) и необратимые (остаточные) изменения параметров резисторов. Обратимые изменения, как правило, являются следствием ионизации материа­лов и окружающей среды, необратимые изменения связаны в основном с нарушением структуры проводящих и диэлектрических материалов.

Радиационные нарушения структуры материалов конструкции ре­зисторов и сопровождающие их процессы газовыделения и особенно окисления в ряде случаев могут приводить к ухудшению их основных эксплуатационных характеристик: надежности и долговечности, изно­соустойчивости, термо- и влагостойкости, механической и электриче­ской прочности.

В высоком вакууме в результате ухудшения условий отвода тепла от резистора нарушается тепловой режим его работы, происходит пере­грев резистора и выход его из строя.

Экспериментально установлено, что для большинства типов резисторов допустимая электрическая на­грузка в условиях вакуума 0,00013 Па (10⁶ мм рт. ст.) и ниже не должна превышать 30—40% номинальной.

При глубоком вакууме возможна также сублимация твердых мате­риалов особенно органического происхождения. Газовыделение из ма­териалов и потеря легколётучих компонентов при длительном пребы­вании материалов в вакууме, вызывают изменение свойств, связанных с объемными электрическими и теплофизическими характеристиками материалов (электропроводности, теплопроводности и др.), а также ухуд­шение их механической прочности.

Процесс сублимации представляет опасность для электронной аппа­ратуры при наличии в ней элементов, содержащих в незащищенном виде металлы с высоким давлением паров, такие как кадмий, магний, цинк (часто применяемые для гальванических покрытий).

Сублимация и осаждение испарившихся частиц металла на более холодные поверх­ности окружающего диэлектрика может приводить к созданию прово­димости между токоведущими частями в блоках аппаратуры.

---

ЗАО "РЕОМ" производит одноканальные радиационно-стойкие источники питания DC-DC.

Данные источники питания выполнены полностью на отечественной элементной базе (с приемкой "5" и "9"), имеют категорию качества – «ВП» и предназначены для аппаратуры специального назначения, эксплуатирующихся в жестких условиях.

Задать вопрос