СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА ГАЗОМ
METHOD AND DEVICE OF ELECTRONIC INSTRUMENT CLEANING BY GAS

Изобретение относится к области технологических методов очистки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космических аппаратов (КА) и КА в целом от газовыделений, а точнее вакуумной очистки внутренних полостей электронных приборов в процессе изготовления КА с целью обеспечения и с контролем заданных требований по ограничению газообразных выделений из электронных приборов, в том числе гелия.
Данный вид очистки необходим для снижения до заданного уровня газообразных выделений внутри и снаружи КА из их РЭА как в процессе изготовления (чтобы обеспечить условия проверки герметичности систем КА и КА в целом), так и при эксплуатации, чтобы указанные выделения не провоцировали разряды статического электричества с возможностью нарушения работы приборов.
Для снижения газообразных выделений КА в космосе в наземных условиях проводят его вакуумирование (откачку газообразных выделений) с контролем обеспечения заданного максимально допустимого уровня. Проблема в данном способе очистки заключается в том, что при современной тенденции производства КА с контейнерами негерметичного исполнения разработчики РЭА стараются выполнять свои приборы по возможности с максимально защищающими корпусами от попадания в них прямых и хаотичных частиц космического излучения, в том числе с учетом противоположной электростатической заряженности приборов и указанных частиц. Отсюда возникает задача, связанная со значительным увеличением времени вакуумирования КА из-за низкой эффективности откачки вакуумом газообразных выделений, в том числе гелия, из корпусов приборов РЭА, выполненных в герметичном исполнении.
Присутствие гелия в корпусах приборов РЭА обусловлено его применением в технологии испытаний элементов микросхем РЭА.
С помощью гелия осуществляется контроль заданной герметичности корпусов элементов микросхем РЭА. Сначала корпусы элементов снаружи спрессовывают избыточным давлением гелия, а затем, создав обратный перепад давления на стенку корпуса вакуумированием снаружи, определяют течеискателем гелиевый фон из элемента. Если он не выше заданного уровня, то это свидетельствует о достаточной степени герметичности элемента.
При этом в корпусах элементов микросхем РЭА остается гелий в различном количестве. Изготовители элементов микросхем РЭА вакуумную откачку оставшегося в корпусах элементов гелия не производят из-за значительного увеличения сроков, усложнения и удорожания производства, так как для этого необходимо применять специальное дорогостоящее в приобретении и эксплуатации вакуумное оборудование с рабочим объемом, большим объемов выпускаемых элементов.
Кроме того, удаление гелия из корпусов элементов РЭА способом вакуумирования, например, в барокамере не обеспечивает достаточно быстрой очистки полостей корпусов элементов РЭА от гелия, так как этот газ обладает так называемым «эффектом памяти» (см. книгу: А.С.Ассовская. Гелий на Земле и во вселенной. Ленинград, «НЕДРА», Ленинградское отделение. 1984. Стр.71). Этот эффект как раз обусловлен проникновением гелия в элементы при избыточном давлении снаружи и обратном выделении при резком снижении давления снаружи элемента под воздействием вакуума и нагрева поверхностей.
И если после вакуумирования гелий остается в корпусе элемента электронного прибора в достаточном количестве, он будет свободно конкурировать с гелием, предназначенным для последующих испытаний систем КА и КА в целом на герметичность при наземной подготовке КА, что недопустимо и требует исключения гелиевого фона из процесса испытаний.
Известен «Способ очистки изделий растворителем и устройство для его осуществления» (патент РФ №2089302. М.кл. 7 В08В 3/08). В этом решении изделие, размещенное в герметичной емкости, обрабатывают растворителем, после окончания очистки растворитель и его пары удаляют из емкости.
Недостаток указанного решения заключается в том, что очистку изделия проводят при атмосферном давлении, при котором очищающее вещество недостаточно проникает в щели, маленькие отверстия, что снижает эффективность очистки изделия. Кроме того, в данном решении применяется в качестве очистителя растворитель, что исключает возможность применения данного решения для щадящей очистки изделий космической техники.
Известен «Способ очистки полостей изделия» (патент РФ №2172218. М.кл. 7 В08В 3/08), предусматривающий удаление из полостей изделия атмосферного воздуха путем вакуумирования, обработку внутренних поверхностей летучим растворителем в жидкой или паровой фазах, после окончания процесса очистки и слива растворителя изделие без напуска атмосферного воздуха подключают к предварительно отвакуумированной системе, снабженной охлаждаемым конденсатором паров растворителя, изделие подогревают, а образующийся в охлажденном конденсаторе конденсат паров растворителя отводят в специальную емкость до прекращения процесса конденсации, причем удаление паров растворителя из полостей изделия осуществляют при создании определенного температурного режима данного процесса.
Недостаток данного решения заключается в невозможности его применения для очистки от загазованности внутренних и внешних поверхностей радиоэлектронных изделий из-за применения в нем растворителя в качестве очистителя, что исключает возможность щадящей очистки указанных изделий.
В качестве прототипа способа выбран «Способ и устройство для очистки изделий летучими растворителями» (патент РФ №2173221).
Способ включает размещение изделия в герметичной камере для очистки, очистку изделия растворителем, удаление последнего из камеры, сушку изделия, удаление паров растворителя из камеры путем их конденсации сжатым газом, камеру для очистки предварительно вакуумируют, осушку изделия производят нагревом изделия струей горячих паров растворителя.
Известно устройство для очистки изделий летучими растворителями (патент РФ №2173221), выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит цилиндрическую камеру с верхней крышкой, в которой размещено изделие. В верхней крышке установлено устройство напуска газа, состоящего из клапана и проницаемой диафрагмы для равномерного распространения газа по всему объему камеры. Очищающий растворитель подается в камеру из одной емкости. Загрязненный растворитель собирается в другой емкости. К линии подачи подключен генератор горячих паров очищающего растворителя. Вакуумный насос предназначен для удаления из камеры атмосферного воздуха.
Недостаток известных способа и устройства заключается в ограниченности возможностей их применения из-за использования для очистки изделий летучих растворителей, что не обеспечивает надежности сохранения выходных характеристик для целого ряда изделий, подлежащих очистке их наружных и внутренних поверхностей с применением вакуумирования, в том числе от загазованных загрязнений.
Целью предложенного решения является создание способа и конструкции устройства очистки полостей изделий, которые бы обеспечивали эффективную щадящую очистку, сокращение сроков и стоимости выполнения очистки электронных приборов.
Поставленная цель достигается за счет того, что в способе очистки, включающем размещение прибора в камере с последующей ее герметизацией, вакуумирование камеры, подачу очистителя с последующим его удалением, перед установкой в камеру прибор подключают к оборудованию для включения его в работу и к магистрали подачи очистителя, а в качестве очистителя используют газ, например азот, его подачу осуществляют периодически в полость корпуса электронного прибора, чередуя подачу газа с резким вакуумированием этой полости, контролируя при этом требуемую чистоту, и прекращают после достижения ее требуемого уровня, при этом в процессе очистки электронный прибор находится постоянно в работающем состоянии.
Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для очистки электронного прибора газом, содержащем герметичную камеру с верхней крышкой и емкость с очистителем, в качестве которого используют газ, например азот, связанные основной магистралью с установленным в ней регулировочным клапаном, вакуумный насос, соединенный с камерой, введена магистраль вакуумирования через камеру с устройством подключения ее к внутренней полости электронного прибора, располагаемым внутри камеры, подключенная к основной магистрали в месте между регулировочным клапаном и вновь установленным дополнительным регулировочным клапаном и следующим за ним индикатором гелия. Кроме того, устройство может быть снабжено системой автоматического управления работой, связанной соответствующим образом с рабочими параметрами и элементами управления камеры, вакуумного насоса, электронного прибора, емкости очищающего газа, индикатора гелия, регулировочным клапаном и дополнительным регулировочным клапаном.
Суть предложенного способа и устройства заключается в создании динамического взаимодействия нейтрального газа (азота) под избыточным давлением с атомами гелия, вылетевшими под воздействием нагрева и дополнительного перепада давления из внутренних полостей элементов электронных приборов, с последующим удалением взаимодействующих смешанных газов резким (быстрым) вакуумированием с неоднократным повторением указанных циклов до обеспечения заданной степени чистоты электронного прибора по результатам осуществляемого контроля.
Положительный эффект от использования предложенного изобретения заключается в простоте способа и эффективности устройства интенсивной, щадящей очистки электронных приборов от гелия, которая позволит существенно сократить сроки и стоимость последующих испытаний систем КА и КА в целом на герметичность при наземной подготовке КА и повысить надежность работы КА.
Из известных заявителю патентно-информационных источников не известна совокупность признаков, схожая с совокупностью признаков заявляемого решения.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства.
Устройство содержит камеру 1 с верхней крышкой 2, внутри которой размещен электронный прибор 3 (с оставшимся в элементах РЭА, после проверки степени их герметичности, гелием). Вакуумный насос 4 предназначен для создания в камере 1 заданной степени вакуума. Емкость очищающего газа (азота) 5 подключена к камере 1 магистралью подачи очищающего газа 6 с установленным в ней регулировочным клапаном 7 и устройством подключения 8 ее к внутренней полости электронного прибора 3 внутри камеры 1. Индикатор гелия 9 подключен одним концом магистрали 10 к камере 1, а другим концом магистрали 11 с установленным дополнительным регулировочным клапаном 12 - к магистрали 6 очищающего газа между ее регулировочным клапаном 7 и камерой 1. Система автоматического управления работой устройства 14 связана соответствующим образом с рабочими параметрами и элементами управления работой камеры 1, вакуумного насоса 4, электронного прибора 3, емкости очищающего газа 5, индикатора гелия 9, регулировочного клапана 7 и дополнительного регулировочного клапана 12. Для включения электронного прибора 3 в камере 1 он соединен с системой 14 технологическим электрокабелем 13. Система 14 представляет собой программное оборудование с соответствующим программным обеспечением. Функциональная связь системы автоматического управления работой устройства 14 с элементами устройства очистки электронного прибора газом показана чертеже штриховыми линиями.
Устройство работает следующим образом. Электронный прибор 3 подвергают очистке от гелия с применением интенсивных, щадящих методов очистки. Для чего его устанавливают в камеру 1, подключают его внутреннюю полость к магистрали 6 очищающего газа (азота) посредством устройства подключения 8, а также выводят наружу технологический электрокабель 13 для включения (выключения) электронного прибора 3. Камеру 1 герметично закрывают верхней крышкой 2. При закрытых регулировочном клапане 7 и дополнительном регулировочном клапане 12 включают вакуумный насос 4 для удаления атмосферного воздуха из камеры 1. При этом, если корпус электронного прибора 3 выполнен не на 100% герметичным (по результату испытаний на герметичность погрешность герметичности входит в допустимый интервал), то его внутренняя полость очищается от гелия через негерметичные места его корпуса. Тепловое воздействие на электронный прибор 3 осуществляют путем включения его в работу в течение всего процесса очистки.
-4
2
После достижения вакуума в камере 1 уровня 10 мм рт.ст. открывают дополнительный регулировочный клапан 12. Происходит резкое вакуумирование внутренней полости электронного прибора 3 через магистраль 6, магистраль 11 и магистраль 10, способствующее выделению из элементов микросхем РЭА гелия. С помощью индикатора 9, подключенного магистралью 11 через дополнительный регулировочный клапан 12 и магистраль 6 к прибору 3, определяют степень очистки внутренней полости электронного прибора 3 от гелия. Если загрязнение гелием превышает допустимую норму, то регулировочный клапан 12 закрывают, а регулировочный клапан 7 на доли секунды открывают. При этом азот из емкости очищающего газа 5 с диапазоном давления 0,001-0,05 кг/см заполняет внутреннюю полость электронного прибора 3. Так как регулировочный клапан 7 открывают кратковременно, то даже если корпус электронного прибора 3 не является герметичным на 100%, давление в герметичной камере 1 не успевает повыситься до уровня давления в емкости очищающего газа 5, что способствует ускоренному выведению герметичной камеры 1 на заданный уровень вакуумметрического давления.
Затем открывают дополнительный регулировочный клапан 12. При этом осуществляется интенсивное удаление из корпуса электронного прибора 3 газа (азота с гелием). В процессе удаления газа по индикатору 9 определяется процентное содержания гелия в полости электронного прибора 3. Если оно превышает заданный уровень обеспечения очистки, то описанный рабочий цикл очистки повторяют столько раз, пока не будет обеспечена заданная «чистота по гелию» внутренних полостей элементов РЭА и прибора в целом.
Система автоматического управления работой устройства 14 в автоматическом режиме осуществляет описанный алгоритм процесса очистки электронного прибора 3 от гелия.
Предложенное устройство позволяет проводить режим эффективной очистки прибора путем динамического взаимодействия молекул азота с молекулами гелия, при этом подаваемый порционно в полость электронного прибора нейтральный газ - азот - в щадящем для прибора режиме интенсивно замещает удаляемый резким вакуумированием газ - гелий.
Предложенное техническое решение в настоящее время находится на стадии отработки действующего экспериментального образца для подготовки внедрения в производство.