Срок службы

Средний срок службы соединений накруткой можно определить временем, в течение которого изменение переходного сопротивления не превосходит допустимую величину. Допуск на изменение сопротивления, очевидно, необходимо выбирать, исходя из конкретных условий применения.

Напряжение в проводе постоянно снижается (происходит релаксация), что ослабляет соединение, но диффузия металлов в твердой фазе развивается в большей степени, что приводит к увеличению электрической прочности соединения. Экспериментальные характеристики уменьшения напряжения в луженом медном проводе в функции времени и температуры показаны на рис. 23.

Рис. 23. Уменьшение напряжения в луженом медном проводе от времени и температуры

Из рис. 23 видно, что при температуре, равной 175° С, в течение 3 ч происходит снижение первоначального напряжения примерно на 50%, тогда как такое же снижение напряжения при комнатной температуре может произойти приблизительно за 40 лет.

Однако можно предположить, что в результате процессов диффузии качество витого соединения за это время не изменится при прочих равных условиях.

Срок службы в значительной степени  зависит от поддержания на приемлемом уровне остаточного напряжения в навиваемом проводе.

Бели соединения подвергаются воздействию крайних значений температуры и термоудару, напряжение в навиваемом проводе уменьшается и срок службы соединения может быть меньше по сравнению со сроком службы, который имеет соединение, подверженное только колебаниям нормальной температуры.

Установлена зависимость срока службы от температуры, при которой в луженом медном проводе происходит 50%-ная релаксация. Например, если соединение подвергается воздействию крайних значений температур —40 и +70° С, напряжение в навитом проводе может уменьшиться за 15 лет до 50%, т. е. соединение можно еще считать хорошим. Та же величина релаксации может быть получена за сравнительно короткие промежутки времени при более высокой температуре (например, за 6  мес. при 105° С).

Рассмотрение указанных зависимостей дает качественную характеристику срока службы, который может быть оценен временем не менее  15—20 лет при нормальных климатических воздействиях.

Зарубежные фирмы, в частности IBM, Bell Telephon и др., имеющие опыт эксплуатации этих соединений около 10 лет, предполагают, что их средний срок службы равен 40 годам.

По физико-механическим или химико-технологическим соображениям почти невозможно даже приближенно установить начало возникновения отказов из-за старения или износа. Это касается большинства радиоэлементов и особенно наглядно для соединений  накруткой. Как выход из положения, можно предложить ускоренные испытания, причем эти испытания могут дать удовлетворительные результаты, если ускоряющий фактор (воздействия) будет выбираться с учетом конкретных условий применения. Так как процессы диффузии будут препятствовать возникновению отказов, то можно ожидать, что для этих соединений с течением времени будут преобладать отказы, вызванные коррозией. Поэтому для ускоренных испытаний соединений целесообразно выбирать в качестве ускоряющих воздействий агрессивные среды, состав которых определяется условиями применения.

Можно рекомендовать проведение ускоренных испытаний по следующему методу:
1.     Выбирается определенная концентрация газа или другой агрессивной среды.

2.     Проводятся испытания в выбранной среде и фиксируется время возникновения отказов.

3.     По полученным данным известными методами определяется закон распределения и его параметры.

4.     Изменяется концентрация и процедура повторяется для нескольких концентраций. Строятся кривые зависимости параметров закона распределения от тяжести (веса) ускоряющего фактора, в данном случае от концентрации.

Путем аппроксимации можно получить параметры закона распределения для состава среды или концентрации агрессивных газов, заданных в технических условиях.

От такого метода нельзя ожидать высокой точности определения параметров распределения, однако может быть получена точность, достаточная для практических целей, если срок службы значительно превосходит требования, выдвигаемые техническими условиями применения.

Наглядную качественную характеристику устойчивости соединений накруткой дают результаты климатических испытаний, которые включают в себя испытания тепловым ударом, работу в коррозионных средах и в условиях высокой влажности. При этих испытаниях практически не наблюдаются увеличения сопротивления соединений. Высокое контактное давление между проводом и выводом образует постоянное газонепроницаемое соединение и предотвращает повреждение соединения при нахождении в коррозионной среде.

Температурный циклический режим при ускоренном старении может создать  механические нарушения, которые могут влиять на процессы диффузии и приводить к ухудшению соединения, если значительно различаются коэффициенты теплового расширения провода и вывода.

Результаты циклических температурных испытаний в диапазоне от +20 до +100° С в течение 20 суток, после которых следовал цикл нахождения в течение 14 суток при температуре +150° С, показали, что среднее контактное сопротивление составляло 0,0006 Ом.

Испытания в условиях повышенной влажности и в коррозионной солевой среде показали, что если в начале испытания среднее контактное сопротивление составляло ≈0,5·10^—3 Ома, то после 28 суток пребывания в условиях повышенной влажности это среднее «сопротивление несколько снизилось (на сотые доли миллиома), а последующее пребывание в течение 28 суток в коррозионной солевой среде обусловило снижение среднего сопротивления на десятую долю миллиома.

Что же касается  максимального увеличения сопротивления, то оно после тяжелого цикла (влажность + коррозия) составило около 0,0001 Ом. Отсюда следует вывод, что сопротивление контакта накрутка-вывод практически мало зависит от внешних условий. При этом было отмечено наличие коррозии покрытия провода оловом вплоть до его разрушения.

Коррозия в солевой среде, по-видимому, усиливает гальваническое действие и обусловливает почти полное растворение олова, что, однако, не влияет на качество соединения. Испытания в течение 3 мес. в тропической камере не привели к появлению нарушений соединений. Для проверки контактных поверхностей были произведены раскрутки, которые показали, что на углах вывода и в точках контакта провода сохранились совершенно чистые участки материалов, в то время как внешние участки соединений имели следы коррозии.

Испытания «а газонепроницаемость проводились в среде газа SO₂ с содержанием 0,1% (объемных) при температуре +40° С и влажности 95% в течение 30 суток.

Переходное сопротивление оставалось постоянным в течение 18—20 суток, после чего наблюдалось его увеличение, которое было вызвано уменьшением контактирующих поверхностей вследствие коррозии.

К исходу 30 суток сопротивление увеличивалось в среднем в 2—3 раза.

Следы коррозии на выводах и проводе появлялись на четвертые сутки. К концу срока испытаний серебряные покрытия выводов и полуда провода разрушались полностью.

Однако при раскрутке соединений, прошедших такие испытания, на проводе и выводе сохранились совершенно чистыми контактирующие поверхности.